Brevet FR2694633A1 — publié le 19940211

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de contrôle du contact de deux tôles placées bord à bord, par exemple pour le soudage de ces tôles au moyen d'un faisceau laser. Le soudage laser a trouvé un débouché industriel important notamment dans la production de flans raboutés, par exemple pour l'industrie automobile. Le soudage bord à bord de tôles au moyen d'un faisceau laser est réalisé sans métal d'apport et demande de très hautes exigences de précision, de forme et de position des tôles à souder. A cet effet, les tôles doivent avoir été préalablement coupées au moyen d'une cisaille ou d'un faisceau laser avec une précision telle que le jeu entre lesdites tôles soit minimum pour assurer une bonne qualité de contact entre les tôles au niveau du plan de joint. Si la qualité du contact au niveau du plan de joint entre les tôles à souder est incorrecte, c'est à dire si le jeu entre les tôles à souder est trop impor- tant, il peut arriver que le joint soudé ne soit pas continu et présente des trous. D'autre part, si le jeu entre les tôles au niveau du plan de joint est localement trop important, le joint soudé peut présenter un effondrement. Un tel effondrement du plan de joint est toléré, si il ne dépasse pas certaines limites. Ainsi, les normes définies par les construc- teurs automobiles imposent pour que des tôles dont l'épaisseur est inférieure à lmm, la valeur totale de l'effondrement du joint soudé, c'est à dire le cumul de la valeur de l'effondrement en partie supérieure et en partie inférieure des tôles, ne doit pas dépasser 20 % de l'épaisseur de la tôle de plus faible épaisseur. De même, pour des tôles d'épaisseur supé- rieure à lmm, la valeur totale de l'effondrement du joint soudé ne doit pas dépasser 10 % de l'épaisseur de la tôle de plus faible épaisseur. Pour limiter ces risques de joints non continus ou d'effondrements trop importants, il est connu d'améliorer la qualité de cisaillage des tôles afin de limiter les ondulations des arêtes de coupe et d'assurer un meilleur contact des tôles entre elles pour mieux maîtriser le jeu entre lesdites tôles. Mais, pour obtenir un tel résultat, il est nécessaire d'utiliser des cisailles très précises ou des cisailles doubles permettant de couper simultanément avec la même lame, les deux tôles à rabouter. Il est également connu d'effectuer la soudure avec un fil d'apport consommable se déroulant au point de soudage. Ce métal supplémentaire en fusion permet de combler les jeux présents entre les tôles. Il est d'autre part connu de former préala- blement les faces latérales des tôles destinées à être raboutées par exemple par martelage avant soudage. Cette opération permet d'obtenir un ren- flement vertical de métal sur les bords des faces latérales afin de fournir de la matière supplémentaire au niveau des jeux pendant le soudage. Mais, dans les deux cas, les soudures pro- duites présentent souvent des bourrelets au niveau de la face supérieure et également de la face inférieure. Ces bourrelets endommagent le poinçon et la matrice lors d'un emboutissage ultérieur de la pièce soudée et cela est d'autant plus significatif que la zone affectée thermiquement et la zone fondue possèdent, surtout en surface, une dureté au moins deux fois supérieure à la dureté du métal de base. Malgré, les techniques de découpe utilisées par exemple au moyen de cisailles de précision ou d'un faisceau laser, il arrive que les conditions au niveau du plan de joint des tôles ne soit pas remplies et que le joint soudé présente des effondrements ou ne soit pas continu. Jusqu'à présent, on connaît des dispositifs qui permettent de contrôler le joint soudé après sa formation, par exemple par rayons X afin de déterminer les porosités. Pour cela, on réalise une photo d'une zone soudée et on analyse la photo. Mais, cette technique présente des inconvé- nients qui résident principalement dans le fait que le contrôle est un contrôle statistique sur des échantil- lons, réalisé après la formation de la soudure. De ce fait, dans le cas de la détection d'un défaut, les pièces réalisées depuis le précédent contrôle doivent être rebutées. On connaît également une autre technique de contrôle de la soudure pendant sa formation à l'aide d'un micro qui enregistre le bruit de l'impact du faisceau laser sur les bords des tôles à souder de façon à déterminer des courbes représentatives de la qualité de la soudure. Mais, si cette technique présente l'avantage de pouvoir réaliser le contrôle en continu, elle est difficilement industrialisable, compte tenu des bruits environnants qui existent dans les ateliers. De plus, chaque pièce soudée qui présente un défaut doit être rebutée. D'autre part, ces techniques ne permettent pas de détecter un décalage vertical entre les tôles. La présente invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif de contrôle de la qualité du contact entre deux tôles placées bord à bord, avant la réalisation du joint soudé. La présente invention a donc pour objet un procédé de contrôle du contact de deux tôles placées bord à bord, par exemple pour le soudage desdites tôles au moyen d'un faisceau laser, caractérisé en ce que: on émet au moins un signal ultrasonore se propageant dans une des deux tôles, ledit signal ul- trasonore traversant le plan de joint desdites tôles sur toute sa hauteur et se propageant dans la seconde tôle, on capte ledit signal ultrasonore dans la seconde tôle, et on détermine la qualité du contact des deux tôles au niveau du plan de joint en comparant ledit signal ultrasonore capté par rapport audit signal ultrasonore émis. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: on compare l'intensité du signal ultraso- nore à l'intensité du signal ultrasonore émis, on compare la fréquence du signal ultraso- nore capté à la fréquence du signal ultrasonore émis, on détermine les pertes d'intensité du signal ultrasonore à l'intérieur des tôles en émettant le signal ultrasonore dans une tôle et en le captant dans la même tôle, la propagation du signal dans les tôles s'effectue sous la forme d'ondes de Lamb. La présente invention a également pour objet un dispositif de contrôle du contact de deux tôles placées bord à bord pour la mise en oeuvre du procédé mentionné ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend: au moins un capteur émetteur d'au moins un signal ultrasonore placé sur une première tôle et formant au moins un faisceau d'ultrasons se propageant dans cette tôle et traversant le plan de joint de ces deux tôles sur toute sa hauteur, au moins un capteur récepteur dudit signal ultrasonore se propageant dans la seconde tôle et disposé sur cette tôle, et des moyens de comparaison dudit signal ultrasonore capté par rapport audit signal ultrasonore émis pour déterminer la qualité du contact des deux tôles au niveau du plan de joint. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: ledit capteur émetteur et ledit capteur récepteur sont disposés chacun sur des faces des tôles, ledit capteur émetteur et ledit capteur récepteur sont disposés chacun sur une des faces des tôles et du même côté, ledit capteur émetteur est disposé sur une face de la première tôle et ledit capteur récepteur est disposé sur une face de la seconde tôle opposée à ladite face de la première tôle, la largeur 1 du faisceau d'ultrasons est 1 > h tg a o h est la hauteur du plan de joint desdites tôles et a est l'angle d'incidence dudit faisceau d'ultrasons, ledit capteur émetteur et ledit capteur récepteur sont disposés chacun sur un des bords desdites tôles, opposés au plan de joint de ces tôles, la largeur du faisceau d'ultrasons est supérieure ou égale à la hauteur du plan de joint des tôles, les capteurs émetteurs et les capteurs récepteurs sont disposés dans un boîtier déplaçable, d'une part, perpendiculairement aux tôles et, d'autre part, parallèlement à ces tôles et à une vitesse iden- tique à la vitesse desdites tôles. les capteurs émetteurs et les capteurs récepteurs sont disposés dans un boîtier fixe, en contact avec les tôles, lesquelles défilent sous ledit boîtier. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: les Figs 1 à 4 sont des vues schématiques en élévation de deux tôles équipées du dispositif de contrôle conforme à la présente invention, selon diffé- rents modes de réalisation. Le procédé selon la présente invention consiste à contrôler la qualité du contact de deux tôles 1 et 2 placées bord à bord avant une opération de soudage, par exemple au moyen d'un faisceau laser. Comme représenté sur les Figs 1 à 4, les tôles 1 et 2 peuvent être d'épaisseur identique ou de différentes épaisseurs et sont placées l'une contre l'autre au niveau d'un de leurs bords, respectivement 10 et 20 de façon à former un plan de joint 3 sur lequel sera réalisé un joint soudé. Le procédé selon la présente invention consiste: à émettre un signal ultrasonore se propa- geant dans la tôle 1, ledit signal ultrasonore traversant le plan de joint 3 desdites tôles sur toute sa hauteur et se propageant dans la tôle 2, à capter ledit signal ultrasonore dans la tôle 2, et à déterminer la qualité du contact des deux tôles 1 et 2 au niveau du plan de joint 3 en comparant le signal ultrasonore capté par rapport au signal ultrasonore émis. On peut soit comparer l'intensité du signal ultrasonore capté à l'intensité du signal ultrasonore émis, soit comparer la fréquence du signal ultrasonore capté à la fréquence du signal ultrasonore émis. Pour cela et comme représenté sur les Figs. 1 à 4, le dispositif de contrôle selon la présente invention comporte: au moins un capteur émetteur 4 d'au moins un signal ultrasonore placé sur la tôle 1 et formant au moins un faisceau d'ultrasons f se propageant dans cette tôle 1 et traversant le joint 3 sur toute sa hauteur, au moins un capteur récepteur 5 dudit signal ultrasonore se propageant dans la tôle 2 et disposé sur cette tôle 2, et des moyens classiques, non représentés, de comparaison dudit signal ultrasonore capté par rapport audit signal ultrasonore émis pour déterminer la qualité du contact des deux tôles 1 et 2 au niveau du plan de joint 3. Comme représenté sur les Figs 1 à 3, le capteur émetteur 4 et le capteur récepteur 5 sont disposés sur les faces des tôles 1 et 2. Selon un premier mode de réalisation repré- senté à la Fig 1, le capteur émetteur 4 est disposé sur la face supérieure 11 de la tôle 1 et le capteur récep- teur 5 est disposé sur la face supérieure 21 de la tôle 2. Selon un second mode de réalisation repré- senté à la Fig 2, le capteur émetteur 4 est disposé sur la face supérieure 11 de la tôle 1 et le capteur récep- teur 5 est disposé sur la face inférieure 22 de la tôle. Le capteur émetteur 4 et le capteur récepteur peuvent être placés sur les faces inférieures 12 et 22 des tôles 1 et 2, et le capteur émetteur 4 peut être placé sur la face inférieure 12 de la tôle 1 et le capteur récepteur 5 peut être placé sur la face supé- rieure 21 de la tôle 2. Le dispositif de contrôle selon la présente invention peut également être utilisé pour des tôles 1 et 2 de différentes épaisseurs, comme représenté sur la Fig 3. Dans ce cas également le capteur émetteur 4 et le capteur récepteur 5 peuvent être disposés sur les faces supérieures 11 et 21 des tôles 1 et 2 ou sur les faces inférieures 12 et 22 de ces tôles. Comme pour le mode de réalisation représenté à la Fig 2, le capteur émetteur 4 peut être disposé sur la face supérieure 11 de la tôle 1 et le capteur récepteur 5 peut être disposé sur la face inférieure 22 de la tôle ou inversement. D'une manière générale, les capteurs 4 et 5 sont des capteurs connus de type oblique et le faisceau d'ultrasons f a un angle d'incidence a. Pour que le faisceau f traverse le plan de joint 3 sur toute sa hauteur, on a l > h tg a ou 1 représente la largeur du faisceau d'ultrasons f, h représente la hauteur du plan de joint 3, c'est à dire la hauteur de la tôle 1 ou 2 la moins épaisse, et a représente l'angle d'incidence du faisceau d'ul- trasons f. Cette condition permet de déterminer avec précision les positions du capteur émetteur 4 et du capteur récepteur 5 sur les tôles 1 et 2 afin que le faisceau d'ultrasons f couvre au moins toute la hauteur h du plan de joint 3. Selon un autre mode de réalisation représenté à la Fig 4, le capteur émetteur 4 est disposé sur le bord 13 de la tôle 1 opposé au bord 10 de ladite tôle et le capteur récepteur 5 est disposé sur le bord 23 de la tôle 2 opposée au bord 20 de ladite tôle. Dans ce cas, le faisceau d'ultrasons f se propage parallèlement aux faces des tôles 1 et 2, c'est à dire perpendiculairement au plan de joint 3 et la largeur de ce faisceau f est supérieure ou égale à la largeur h du plan de joint 3 ou à l'épaisseur de la tôle la moins épaisse. Le dispositif de contrôle de la qualité du contact des tôles 1 et 2 au niveau du plan de joint 3 fonctionne de la manière suivante. Le signal d'ultrasons émis par le capteur émetteur 4 se propage dans la tôle 1, traverse le plan de joint 3 sur toute sa hauteur, puis se propage dans la tôle 2 et est capté par le capteur récepteur 5. Des moyens appropriés, non représentés, comparent le signal ultrasonore capté par rapport au signal ultrasonore émis, ce qui permet de détecter des jeux éventuels entre les deux tôles 1 et 2 au niveau du plan de joint 3. En effet, si il existe un jeu au niveau du plan de joint 3, la réponse en amplitude est faible et la bande passante en fréquence est étroite. Si au contraire les tôles 1 et 2 sont parfaitement en contact la transmission d'une tôle à l'autre est bonne. Préalablement à l'opération de contrôle de la qualité du contact entre les tôles 1 et 2, on détermine les pertes d'intensité du signal ultrasonore à l'inté- rieur des tôles 1 et 2 en émettant le signal ultrasonore dans une tôle et en le captant dans la même tôle. Selon une variante, la propagation dudit signal dans les tôles 1 et 2 s'effectue sous la forme d'ondes de Lamb. Pour contrôler une longueur déterminée du plan de joint 3 par exemple égale à 50 cm et pour ef- f ectuer un contrôle continu, le dispositif peut comporter vingt capteurs émetteurs 4 et vingt capteurs récepteurs placés dans un boîtier, non représenté, et disposés de part et d'autre du plan de joint 3. Ce boîtier peut être déplaçable, d'une part, perpendiculairement aux tôles 1 et 2 pour amener les capteurs en contact avec lesdites tôles et, d'autre part, parallèlement à ces tôles et à une vitesse identique à la vitesse de déplacement desdites tôles. Après un contrôle d'une première longueur du plan de joint 3, le boîtier est soulevé, puis revient en arrière d'une distance sensiblement inférieure à la longueur du plan de joint préalablement contrôlé et redescend sur les tôles pour effectuer un nouveau contrôle, la nouvelle longueur contrôlée chevauchant légèrement la première longueur du plan de joint 3 de façon à effectuer un contrôle continu sur toute la longueur de ce plan de joint. Les capteurs émetteurs 4 et les capteurs récepteurs 5 peuvent être disposés dans un boîtier fixe en contact avec les tôles 1 et 2, lesquelles défilent sous ledit boîtier. Le dispositif de contrôle selon la présente invention a un temps de réponse quasi-instantané si bien que ce type de contrôle ne constitue pas un obstacle dans l'accostage des tôles en continu puisqu'il peut être effectué plus vite que la vitesse de soudage. Par ailleurs, ce dispositif permet de détecter des jeux très faibles et est indépendant des perturbations extérieures. Enfin, le dispositif selon la présente invention permet de contrôler la qualité du contact entre les tôles avant l'opération de soudage ce qui évite un rebut important de pièces. il REVENDICATIONS 1 Procédé de contrôle du contact de deux tôles ( 1, 2) placées bord à bord, par exemple pour le soudage desdites tôles au moyen d'un faisceau laser, caractérisé en ce que: on émet au moins un signal ultrasonore se propageant dans une ( 1) des deux tôles ( 1, 2), ledit signal ultrasonore traversant le plan de joint ( 3) desdites tôles sur toute sa hauteur et se propageant dans la seconde tôle ( 2), on capte ledit signal ultrasonore dans la seconde tôle ( 2), et on détermine la qualité de contact des deux tôles ( 1, 2) au niveau du plan de joint ( 3) en comparant ledit signal ultrasonore capté par rapport audit signal ultrasonore émis. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on compare l'intensité du signal ultrasonore capté à l'intensité du signal ultrasonore émis. 3 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on compare la fréquence du signal ultrasonore capté à la fréquence du signal ultrasonore émis. 4 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'on détermine les pertes d'intensité du signal ultrasonore à l'intérieur des tôles ( 1, 2) en émettant ledit signal ultrasonore dans une tôle ( 1, 2) et en le captant dans la même tôle ( 1, 2). 5 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la propagation du signal dans les tôles ( 1, 2) s'effectue sous la forme d'ondes de Lamb. 6 Dispositif de contrôle du contact de deux tôles ( 1, 2) placées bord à bord, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend: au moins un capteur émetteur ( 4) d'au moins un signal ultrasonore placé sur une première tôle ( 1) et formant au moins un faisceau d'ultrasons f se propageant dans cette tôle ( 1) et traversant le plan de joint ( 3) des deux tôles ( 1, 2) sur toute sa hauteur h, au moins un capteur récepteur ( 5) dudit signal ultrasonore en se propageant dans la seconde tôle ( 2) disposé sur cette tôle, et des moyens de comparaison dudit signal ultrasonore capté par rapport audit signal sonore émis pour déterminer la qualité du contact des deux tôles ( 1, 2) au niveau du plan de joint ( 3). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit capteur émetteur ( 4) et ledit capteur récepteur ( 5) sont disposés chacun sur une des faces ( 11, 12; 21, 22) desdites tôles ( 1, 2). 8 Dispositif selon les revendications-6 et 7, caractérisé en ce que ledit capteur émetteur ( 4) et ledit récepteur ( 5) sont disposés chacun sur une des faces ( 11, 12; 21, 22) desdites tôles ( 1, 2) et du même côté. 9 Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ledit capteur émetteur est disposé sur une face ( 11, 12) de la première tôle ( 1) et ledit capteur récepteur ( 5) est disposé sur une face ( 21, 22) de la seconde tôle ( 2) opposée à ladite face de la première tôle ( 1). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la largeur 1 du faisceau d'ultrasons f est l > h tg a o h est la hauteur du plan de joint ( 3) desdites tôles ( 1, 2) et a est l'angle d'incidence du faisceau d'ultrasons f. 11 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit capteur émetteur ( 4) et ledit capteur récepteur ( 5) sont disposés chacun sur un des bords ( 13, 23) desdites tôles ( 1, 2), opposés au plan de joint ( 3) de ces tôles ( 1, 2). 12 Dispositif selon les revendications 6 et 11, caractérisé en ce que la largeur 1 du faisceau d'ultrason f est supérieure ou égale à la hauteur h du plan de joint ( 3) des tôles ( 1 et 2). 13 Dispositif selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que les capteurs émetteurs ( 4) et les capteurs récepteurs ( 5) sont disposés dans un boîtier déplaçable, d'une part, perpendiculairement aux tôles ( 1, 2) et, d'autre part, parallèlement à ces tôles ( 1, 2) et à une vitesse identique à la vitesse de déplacement desdites tôles. 14 Dispositif selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que les capteurs émetteurs ( 4) et les capteurs récepteurs ( 5) sont disposés dans un boîtier fixe en contact avec les tôles ( 1, 2), lesquelles défilent sous ledit boîtier.