Brevet FR2473380A1 — publié le 19810717

L'invention concerne un dispositif ze réglage pour une tête de soudage utilisée dans une rnacnine à souder du type dans lequel, pendant le soudage, il se prcduit un mouvement relatif entre la pièce à usiner et une artie de la ma- chine servant de support pour la têta de soudage le long d' un trajet prédéterminé correspondant à un déplacement présu- mé du joint à souder, le dispositif pouvant compenser des différences entre le trajet réel du joint et celui qui a été présumé. Dans des machines à souder automatiques qui, la plupart du temps mais pas oblisatoirement, réalisent la couche de soudure per un soudageWpar arc électrique avec ou sans envoi d'un gaz protecteur, la tête de soudage ou son équivalent est contrainte à suivre le joint soit en déplaçant seulement la partie de la machine qui supporte la tête, par exemple au moyen de ce qu'on appelle un robot industriel, soit en dépla çant uniquement la pièce à usiner, par exemple en utilisant un dispositif transporteur approprié, soit enfin en dépla çant à la fois la pièce à usiner et la partie de la machine qui supporte la tête au moyen d'une combinaison appropriée de mécanismes coordonsiés. Pour différentes raisons, il est à conseiller, dans de telles machines à souder, de contrôler le mouvement relatif entre la tdte de soudage et la pièce à usiner au moyen de certains types de suiveurs de joints mécaniques qui, pendant la totalité du soudage, restent continuellement en contact physique avec une partie de la pièce à usiner située au voisinage de la couche de soudure à produire. En conséquence, il est d'usage courant d'utiliser un certain type d'appareillage, tel qu'un robot industriel ou un système transporteur, qui, d'une façon ou d'une autre, peut être programmé ou adapté d'une autre façon à produire un mouvement relatif entre un dispositif de fixation pour la pièce à usiner et la partie de la machine qui supporte la tête le long d'un trajet présumé qui est aussi voisin que possible du trajet désiré.Toutefois, en pratique , ce trajet présumé ne peut %tre qu'approximativement correct, i cause de plusieurs facteurs imprévisibles, tels qu'une variation des tolérances dimentionnelles des différentes parties de la pièce à usi ner, des da'formations de cess parties résultant de forces exercées pendant le soudage et d'une précision insuffisante de la liaison de la pièce à usiner au dispositif de fixation précité; ces facteurs peuvent avoir pour conséquence des différences entre les deux trajets qui sont la plupart du temps relativement faibles, peut-%tre au plus de quelques dizaines de millimètres, mais qui peuvent cependan#t rendre nasardeux le résultat du soudage. En vue de compenser de telles différences entre le déplacement réel ou la ligne du joint et le trajet présumé, il est connu en soi de détecter par intermittence la position réelle du joint et, en cas de besoin, de corriger en conséquence le déplacement relatif entre-le support de la tête de soudage et la pièce à usiner.Toutefois, cela nécessite de munir la machine h souder de mécanismes de déplacement compliqués et motteux qui agissent dans deux plans à angle droit l'un avec l'autre L'invention a pour objet une variante très simple mais néanmoins tout-à-fait satisfaisante de la technique connue précédemment, qui permet de laisser le trajet présumé et le trajet choisi à l'avance pour le déplacement relatif de la fixation de la pièce à usiner par rapport à la partie de la machine supportant la ttte de soudage inchangés pendant la totaluté du soudage, de sorte qu'une déviation quelconque du trajet réel du joint par rapport à celui qui a été-présumé est compensé en corrigeant la position de la tête de soudage par rapport à son support à des intervalles de temps relativement étroits. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en- décrire, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation, avec référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue latérale d'une machine à souder équipée d'un dispositif suivant l'invention. La figure 2 est#une perspective légèrement simplifiée et partielle montrant le fonctionnement-du dispositif- de- réglage de la tête de soudage. La figure 3 est une coupe longitudinale du dispositif, le montrant en détail en position de repos. Les figures 4 à 9 sont des coupes longitudinales simplifiées du dispositif précité et ontrent les différentes étapes de son ionctiormement. La machine à souder représente figure 1, qui est une variante extrêmement simple du type de machine à souder automatique dans laquelle doit être utilisé le dispositif suivant l'invention, comprend un plateau 1 sur iequel une pièce à usiner 2 est fixée dans une position bien déterminée au moyen d'un dispositif de fixation non représent. Un support fixe 3 est fixé au plateau I et supporte un guide 4 pour une tige coulissante 5 qui, au moyen d'an mécanisme non représenté, peut être déplace en va et vient suivant un trajet rectiligne par rapport au guide et donc au plateau 1.A l'extré- mité libre de la ti6e 5 est fixée par un raccord 6 une pince 7 servant de support à un dispositif 8 de réglage de la tête de guidage suivant #'invention. Le dispositif 8 comprend une nonture 9 fixée à la pièce 7 et un support 10 de tête de sou dage relié de façon réglable à la monture et possédant une partie cylindrique externe 11. A la partie 11 est fiée en l'entourant une pièce 12 faisant saillie radialement pour supporter.une tête de soudage 13 qui peut ainsi être ajustée aussi bien axialement que circonférentiellement par rapport au support 10.A l'extrémité supérieure de la tête de soudage 13 sont reliés un câble d'alimentation en courant et des conduits pour l'adduction d'un matériau d'électrode et, en cas de besoin, d'un gaz protecteur, ce câble et ces conduits étant, de manière connue, tous enfermée dans une gaine protectrice commune 14. Le support 10 possède un palpeur 15 qui est extensible en directicn de la pièce à usiner 2 fixée sur le plateau I, comme on le décrira de façon plus précise ciaprès. La pièce 2 est composée d'au moins deux parties qui doivent être soudées une à l'autre. Par exemple, ces parties peuvent avoir la forme et prendre les positions réciproques représentées sur la figure 2, sur laquelle elles sont représentées en 2a et 2b, de façon à ménager entre elles un joint allongé 16 situé entre deux surfaces 17 et 18 qui convergent en direction du joint. il doit être bien entendu qu'en pratique les parties constitutives de la pièce à usiner sont la plupart du temps de forme beaucoup plus compliquée que celles que montre la figure 2; mais les conditions qui règnent das la région du joint peuvent néanmoins être pratiquement les mêmes que celles qui sont représentées seulement à titre indicatif.Bien entendu, pendant le soudage dans la machine de la figure 1, la pièce 2 doit être fixée au plateau 1 dans une position telle que le joint 1 soit au moins d'une façon générale parallèle au trajet rectiligne de déplacement de la pièce 7 sous l'action du guide 4. Toutefois, comme le joint est rarement tout-d-fait rectiligne oü, tout au moins, reste rarement dans cette position pendant le soudage, il est pratiquement impossible d'assurer un rapport parfait entre le trajet du joint et celui de la pièce 7 même si la précision dimentionnelle des éléments de la pièce à usiner est grande. En vue de supprimer pratiquement l'effet nuisible sur le sou dase qui en résulte, la monture 9 ainsi que le support 10 et son palpeur 15 forment un ensemble qui rend possible une rectification de la position de la tEte de soudage 13 par rapport à la pièce 7 à d'étroits intervalles de temps, correspondant de préférence à une longueur de soudage de 10 à 15 millimètres. La construction du dispositif 8 est clairement représentée sur la figure 3. Dans la partie supérieure de la monture 9 se trouve une chambre cylindrique 20 dont l'extrémité supérieure est fermée par une sorte de couvercle 21 fixé de façon immobile, par des moyens non représentés, à la pièce 7 précitée afin de la réunir de façon stable à la monture 9. Dans la partie inférieure de la monture 9 se trouve un alésage 22 ouvert à ses extrémités, concentrique à la chambre 20 mais de plus petit diamètre qu'elle.T'extrémité supérieure de l'alésage 22 débouche dans la chambre 20 et est entourée d'un épaulement 23 ayant des appuis pour une série annulaire de billes de support 24. T ' extrémité inférieure de l'alésage 22 débouche dans la face inférieure extrême de la monture 9, où se trouve un organe d'étanchéité déformable 25. Le support 10 possède un corps sensiblement cylindrique ayant à son extrémita supérieure une tete de piston discG!dale 26 dont la surface périphérique est sensiblement sphérique. La tête de piston 26 est mobile axialement de fa çon coulissante à l'intérieur de la chambre 20 de la monture 9; elle peut aussi y pivoter entre certaines limites, et possède un segment de piston 27 qui peut être dilaté radialement en envoyant de l'air comprimé 8 un raccord de tuyau 28 dans le support 10 afin de bloquer ainsi la tête de piston 26 dans sa position donnée à l'intérieur de la chambre 20 et retenir ainsi le support 10 dans une position voulue quelconque par rapport h la monture 9.Une partie 29 en forme d'arbre du support 10 s'étend vers le bas depuis la tète de piston 26 et traverse avec un jeu radial l'alésage 22 dans la partie inférieure de la monture 9, ce qui permet de faire pivoter l'ensemble du support 10 sous un angle limité dans toutes les directions par rapport à la monture. La partie 29 du support 10 possède sur des côtés opposés desrainures axiales 30 dans lesquelles s'engagent de façon coulissante des saillies de guidage correspondantes 31 afin d'empêcher tout mouvement de rotation entre la monture 9 et le support 10. On notera que, bien que les figures 3 à 9 ne montrent qu'une des rainures 30 et sa saillie de guidage as#ociée 31,.il existe en pratique un nombre correspondant de rainures et de saillies opposées à celle qui est représentée.Grâce à ces rainures et a ces saillies, le support 10 ne peut que pivoter par rapport à la monture 9 autour d'un axe 32 (figures 2 et 3) qui, comme le montre la figure 2, est au moins approximativement parallèle au Joint 16 à souder mais à une certaine distance de lui. On notera que l'axe de pivotement 32 ne reste pas immobile par rapport à la monture 9 mais se déplace verticalement quand le support 10 est déplacé de façon correspondante vers le haut ou vers le bas. Dans la partie supérieure 29 du support 10 est ménagé un alésage cylindrique 33 débouchant centralement sur le ct- té supérieur de la tête de piston 26 et contenant un contrepiston J4 possédant une extrémité supérieure cylindrique 35 susceptible d'être appliquée contre une surface 36 du cbté inférieur du couvercl 20 uand de l'air comprimé est envoyé à un raccord de tuyau 37 situé à l'extrémité inférieure de l'alésa- ge 33. Le contre-piston 34 sollicite ainsi vers le bas le support 10 par rapport à la monture 9, en direction d'une position inférieure ou de démarrage qui est déterminée par la venue en prise de la tête de piston 26 avec les billes de sup port 24. Dans la partie inférieure du support 10 est ménagé un autre alésage 40 dans lequel se déplace un piston 41. L'alésage 40 est co-axial à l'alésage 33 pour le contrepiston 34 et possède le meme diamètre que#lui. Le piston 41 est fixé à l'extrémité supérieure d'une tige 42 qui fait partie du palpeur 15 mentionné précédemment et qui s'étend à travers un organe de guidage 43 monté à l'intérieur de l'extrémité inférieure de l'alésage 40 de façon à faire saillie centralement à l'extrémité inférieure du support 10. Le piston 41 est mobile vers le bas contre l'action d'un ressort de rappel 44 quand de l'air comprimé est amené à un raccord de tuyau 45 situé à l'extrémité supXrieure de l'alésage 40. Le mouvement vers le bas du piston 41 est limité par un prolongement tubulaire 45, dirigé vers le haut, de l'organe de guidage 43.A son extrémité inférieure, la tige 42 possède une pointe remplaçable 47 qui, dans exemple représenté, est sensiblement cylindrique et possède une extrémité libre de forme générale hémisphérique. De ce qui précède, il résulte que le support 10 est réglable par rapport à la monture 9 d'une part en se dépla çant axialement à l'intérieur de la monture, et d'autre part en basculant ou en pivotant autour de l'axe 32. En eonséquence, la tête de soudage 13 fixée au support 10 est réglable de façon correspondante par rapport à la pièce 7 qui se déplace sur le trajet déterminé par le guide 4. D'après l'invention, ce fait est utilisé de façon telle que la position- du support 10 par rapport au joint 16 soit vérifiée à des intervalles appropriés et, en cas de besoin, corrigée au moyen du palpeur 15; il est dans la plupart des cas avantageux (bien que pas toujours absolument nécessaire) d'interrompre temporairement le soudage pendant chacune de ces opérations. La façon dont sont réalisés effectivement la détection et l'ajustage est représentée schématiquement sur les figures 4 à. 9. Sur la figure 4, le support 10 est dans sa position de départ, c'est-à-dire la position représentée figure 3, par rapport à la monture 9. Toutefois, comme on le voit, cela signifie que la tête de soudage 13 occupe une position de travail légèrement incorrecte parrapport au joint 16 de la pié ce 2. A ce osent, de l'air provenant d'une source appropriée est amené par le raccord 37, à une pression légèrement réduite, à l'alésage 33 et sous une pression non réduite ou, en d'autres-termes, sous une pression un peu plus naute, par le raccord 45, à l'alésage 40, de sorte que le palpeur 15 est déplace en direction de la nièce 2 de façon que sa pointe 47 frappe l'une des surfaces inclinées de la pièce au voisinage du joint 16, comme le montre la figure 5.En même temps, le raccord 28 du support 10 est ouvert à l'atmosphère, de sorte que le support 1C peut se déplacer librement par rapport à la monture 9. Le résultat est que la pointe 47 du palpeur, sous 1'influence de la pression de l'air qui agit sur le piston 41, se dirige d'elle-mêne vers le joint, en obligeant ainsi le support 10 et la tête de soudage 13 à se déplacer Jusqu'à une position corrigée latéralement, comme le montre la figure 6. Quand la pointe 47 du palpeur bute finalement à la fois contre les deux parties convergentes de la pièce 2 comme le montre la figure 6, aucun déplacement latéral supplémentaire du support 10 de la tête de soudage ne peut s'effectuer, et le palpeur 15 est alors dans une position qui représente la position réelle du joint 16 seulement à une courte distance en avant du point où se trouve l'extrémité antérieure de la couche de soudure. Toutefois, dans le cas représenté, la position de la tête de soudage 13 n'est pas encore tout à fait correcte, car en fait elle se trouve un peu trop près du Joint.Cette erreur est corrigée à l'étape suivante, dans laquelle le support 10, sous l'action de l'air comprimé agis sant sur le piston 41, est sollicité vers l e haut par rapport à la tonture 9 contre l'action du contre-piston flexible 34, Jusqu'à ce que l ' extrémité supérieure du prolongement tubulaire 46 bute contre le fond du piston 41. Quand ceci est fait, le palpeur 15, de même que le support 10, sont dans la positif relative par rapport à la monture 9 représentée sur la figure 7, dans laquelle une correction complète de la position de la tige de soudage 13 a été atteinte.Dans l'ensem- ble du processus de réglage qui vient d'être décrit, le contrepiston 34 sollicite de façon élastique le support 1C vers le bas par rapport à la monture 9, avec une force qui est cosi- dérablement inférieure (par exemple seulement la moitié) à la force agissant entre 'e support 10 et le piston 41 du palpeur 15. En pratique, la totalité du processus de réglage qui vient d'être décrit se fait trts rapidement et, pratiquement de façon continue, et dès que ce processus est achevé, de l'air sous pression est amené à nouveau au raccord 28 pour obliger le segment de piston 27 de la tête de piston 26 à se dilater et à bloquer ainsi le support 10 dans sa nouvelle position par rapport à la monture 9. Le palpeur 15 est alors immédiatement contraint à s1 escamoter, comme le montre la fi gur 8, à cause de la cessation de la pression d'air exercée sur le piston 41. De préférence, la pression dans le c#lin- dre 33 est également supprimée en même temps.La tête de soudage 13 se trouve alors-dans une position parfaitement correcte par rapport au joint de la pièce 2, et l'opé-ration de soudage est recommencée. Après un court intervalle de temps, le processus de détection du joint est répété, et si la position de la tête de soudage par rapport au joint a changé, par exemple comme représenté de façon légèrement exagérée sur la figure 9, un nouveau réglage peut être réalisé. Comme le comprendra facilement un homme de l'art, on peut apporter certaines modifications de détail aux dispositifs décrits et représentés, sans rendre hasardeux le résultat désiré. Par exemple, le contre-piston 34, au lieu d'être actionné par de l'air sous une pression plus faible que celle qui agit sur le piston 41, peut simplement avoir un plus petit diantre; dans ce cas, les alésages des deux pistons peuvent communiquer librement et avoir une seule alimentation commune, par exemple le raccord 4# (figure 3). il est également possible d'actionner le contre-piston 34 par un ressort. En outre, le verrouillage détachable du support 16 par rapport à la monture 9 peut être réalisé par d'autres moyens que ceux qui ont été décrits dans l'exemple représenté.Ceci est particulièrement le cas si le support de la tette de soudage ne pos-- sède pas la tête de piston 26 décrite et représentée mais est au contraire monté pivotant sur un organe coulissant qui est lui-même mobile en se rapprochant et en s'écartant de la pièce usiner le long d'un organe de guidage servant de monture. Bien entendu, la réalisation de la pointe du palpeur peut également varier entre de large limites en vue de s'adapter à la pièce à usiner ou, plus pcrticulièrement à l'environnenent du joint à souder. Par exempie, la pointe du palpeur peut avoir la forme d'un U ou d'un Y afin de chevaucher , par l'intermédiaire de ses branches, une partie de la pièce à usiner au cas où le joint à souder suit un bord extérieur de cette pièce, car la condition essentielle est que la pointe du palpeur, quand elle est obligée de frapper la pièce à usiner, se dirige pratiquement d'elle-nième vers une position bien définie en butée contre la pièce à usiner, qui sert d'indication de la position réelle du joint. REVENDI CATI O#S 1 - Dispositif de réglage pour une tête de soudage utilisée dans unè macnine dans laquelle il se produit pen dart le soudage un mouvement relatif entre la pièce (2) à usiner et une pièce (7) servant de support à la tête de soudage (13) le long d'un trajet prédéterminé correspondant à un déplacement présumé du joint (16) à souder, le dissposi- tif pouvant compenser des différences entre le trajet réel du joint et celui qui a ét présumé, caractérisé en ce qu'il comprend une monture (9) capable d'être fixée à la pièce (7) de la machine, un support 190) pour la tête de soudage (13) qui est relié à la monture (9) de façon à permettre un réglage de cette tête par rapport à la monture dans: une direc tiou transversale au joint afin de changer ainsi la position de la tête de #soudage (13) par rapport à la-pièce (7), un palpeur (ils) relié de façon mobile au support (10) et qui frappe par intermittence la pièce(2) à usiner de manière à se diriger lui-même, quand il est actionné , vers une position en butée contre la pièce à usiner qui sert d'indication de la position réelle du joint (16), et des moyens pour amener le support (t ) de la tête de soudage dans une position pré-déterminée par rapport au palpeur (15) au moment où ce dernier a atteint sa position en butée contre la pince à usiner, de façon qu'une éventuelle correction nécessaire de la position du support (10) par rapport à la monture (9) et, en conséquence, de la tête de soudage (13) par rapport à la pièce (2) à usiner soit effectuée dans le cas d'une différence entre la position réelle du joint (16) et sa position présumée. 2 - Dispositif de réglage suivant la revendication I, caractérisé en ce que le support (10) de la tête de soudage (13) est réglable par rapport à la monture (9) dans la direction transversale au joint (i6) grâce au fait qu'elle est pivotée autour d'un axe (32) qui suit sensiblement le joint mais en est à une certaine distance. 3 - Dispositif. de réglage suivant 1' une des revendications 1 .et 2, caractérisé en ce que des moyens (27) sont prévus pour verrouiller effectivement le support (10) de la tête de soudage (13) dans toutes les positions possibles par rapport à la monture (5), le dispositif de verrouillage pouvant être libéré dans chaque opération de détection. 4 - Dispositif de réglage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le support (îc) de la tête de soudage (13) comprend une tête de piston circulaire (26) que l'on peut dilater radialement en lui envoyant un milieu sous pression, et en ce que la monture (9) comprend une chambre cylindrique (20) dans 'laquelle la tête de piston (26) est mobile en se rapprochant et en s'écartant de la pièce (2) à usiner et peut également basculer de façon limitée dans une direction transversale à celle du joint (16) à souder, le support (10) pouvant être verrouillé par rapport à la monture (9) en dilatant la tête de piston (26) à l'intérieur de la chambre (20). 5 - Dispos tif de réglage suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le palpeur (15) comprend une tige (42) qui est guidée par rapport au support (10) de la tête de soudage (13) et peut s'en écarter en direction de la pièce (2) à usiner, et une pointe (47) sur la tige axant une forme telle que quand la tige (42) est allongée, elle se dirige vers la position en butée contre la pièce à usiner qui représente la position réelle du joint (15) en venant en contact avec des surfaces (17, 18) de la pièce (2) formant un angle l'une avec l'autre. 6 - Dispositif de régie suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la tige (42) du palpeur est reliée à un piston (41# qui, dans un alésage(40) aménagé dans le support (10) de la tête ne soudage (13) et sous l'action d'un milieu sous pression amené à une extrémité de l'alésage, se déplace rouir pousser la tige (42) jusqu'à une position extrême prédéterminée par rapport au support (10), le piston (41) étant de préférence déplacé ainsi contre l'action d'un ressort de rappel (44). 7 - Dispositif de réglage suivant l'une des revendinations 1 à 6, caractsris en ce qu'entre le support (10) de la tête de soudage (13) et la monture (9) est disposé un ensemble piston -cJlindre (33 à 35) qui, sous l'action d'un milieu sous pression qui lui est amené, oblige le support (10) à se déplacer par rapport à la monture (9) en direction de la pièce t2) à usiner. 8 - Dispositif de réglage suivant la combinaison des revendications 6 et-7, caractérisé en ce que l'ensemble pis ton - cylindre (33 à 35) comprend un alésage cXlindrique (33) dans le support (10) ce la tsste de soudage (13) qui est coaxial à l'alésage (40) da piston (41) relié à la tige (42) du palpeur (15), et un contre-piston (34) mobile dans l'alé sage cylindrique (33) et ayant une extrémité (35) qui bute contre une surface de support (36) dans la monture (9). 9 - Dispositif de réglage suivant l'une des revendi cations 1 à 8, caractérisé en ce que le support t10) de la tête de soudage (13) possible une partie cylindrique extérieure (11), et que la tête de soudage (13) est reliée au support (10) au moyen d'une pièce (12) qui entoure de fa çon réglable la partie cylindrique (11) et peut lui être fixé par serrage.