Brevet FR2707008A1 — publié le 19941230

La présente invention concerne un procédé de contrôle d'un cordon de soudure, notamment sur une sphère de suspension d'un véhicule automobile, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les sphères de suspension de véhicule automobile sont constituées extérieurement d'un embout fileté sur lequel est rabattue une enveloppe en tôle emboutie, l'étanchéité entre ces deux pièces étant obtenue par soudage de l'enveloppe sur l'embout Or ce cordon peut présenter un certain nombre de défauts. Il peut par exemple présenter une partie manquante, la sphère n'ayant pas effectué un tour complet pendant le soudage. I1 peut également présenter un doublement, des soufflures, des porosités, des défauts de recouvrement (en fin de soudure). I1 peut également comporter des corps étrangers, être trop large et entamer le bord de l'embout, ou bien présenter un rétrécissement etc... Actuellement, la qualité du cordon de soudure est vérifiée par un opérateur qui charge et décharge les sphères manuellement de la machine à souder. Cette opération de vérification est fastidieuse, nécessite la présence d'un opérateur et est sujette à l'appréciation de celui-ci. La présente invention résout ces problèmes et propose un procédé de contrôle d'un cordon de soudure répétable et rapide ainsi qu'un dispositif pour sa mise en oeuvre. A cet effet la présente invention a pour objet un procédé de contrôle d'un cordon de soudure sur une pièce telle qu'une sphère de suspension de véhicule automobile, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à éclairer le cordon en un point donné avec un plan laser, à observer au moyen d'une caméra l'intersection du plan laser précité avec le cordon, correspondant à une tache de forme allongée sur l'image donnée par la caméra, déterminer la ligne médiane de la tache ainsi obtenue, vérifier que cette ligne médiane se trouve à l'intérieur d'un gabarit etSou qu'elle ne présente ni interruption ou décrochement horizontal, ce qui signifie qu'au point considéré la soudure est correcte ; et répéter les étapes précédentes autant de fois que nécessaire le long du cordon. Suivant une réalisation particulière du procédé, la caméra comporte un filtre interférentiel ne laissant passer que la longueur d'onde du faisceau laser. Suivant une caractéristique particulière, l'analyse de l'image obtenue se fait sur une partie de celle-ci appelée "fenêtre d'analyse" prédéterminée après des essais préalables de manière à n'encadrer que la zone où les taches sont susceptibles d'apparaître. Suivant une autre caractéristique, l'étape de détermination de la ligne médiane comprend les étapes consistant à balayer ligne par ligne la zone de l'image à analyser, puis sur chaque ligne, à déterminer le segment correspondant à la tache obtenue et prendre le milieu du segment comme point de la médiane. Selon une autre caractéristique, la détermination du segment correspondant à la tache obtenue consiste à ne retenir que le segment le plus probable. Suivant une réalisation particulière, le segment le plus probable est sur la première ligne, le segment de plus grande longueur ou, s'il y en a plusieurs de cette longueur, celui qui est le mieux centré dans le gabarit et, sur les autres lignes, celui qui est contigu au segment retenu sur la ligne précédente ou, s'il n'y en a pas de contigu, celui des segments retenus qui présente la plus grande longueur et, s'il y en a plusieurs de cette longueur, le mieux centré par rapport au dernier segment retenu sur la ligne précédente, seuls les segments de longueur supérieure à une valeur prédéterminée étant pris en considération. Suivant une autre caractéristique particulière, ce procédé comprend les étapes suivantes, destinées à créer le gabarit et consistant à: préparer au moins une pièce présentant un cordon de soudure jugé correct, effectuer les étapes d'éclairage du cordon, d'observation au moyen d'une caméra de l'intersection du plan laser avec le cordon, et de détermination de la ligne médiane, sur cette pièce en autant de points que nécessaire, à stocker dans une image de référence toutes les lignes médianes ainsi obtenues, répéter si nécessaire les trois étapes précédentes sur plusieurs pièces présentant un cordon de soudure jugé correct, à déterminer les limites de l'ensemble des lignes médianes ainsi obtenues, ce qui détermine les limites du gabarit, et à ajuster si nécessaire ces limites du gabarit pour tenir compte des tolérances de fabrication d'une pièce à l'autre. Suivant une autre caractéristique particulière, l'étape de détermination des limites de l'ensemble des lignes médianes pour constituer le gabarit comprend les étapes suivantes consistant à: combler les espaces entre les lignes afin d'obtenir une tache continue, déterminer le contour de cette tache, et éliminer si nécessaire les extrémités de ce contour, le contour restant constituant les limites du gabarit. Suivant une autre caractéristique, l'élimination des extrémités du contour consiste à détecter des changements de pente des bords du contour supérieurs à une valeur prédéterminée. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison et caractérisé en ce qu'il comporte une source laser, une caméra reliée à une carte de vision destinée à binariser puis stocker I'image, ladite carte de vision étant reliée à un ordinateur destiné à analyser l'image stockée dans la carte de vision. Suivant une caractéristique particulière, ce dispositif comprend en outre un automate destiné à piloter un plateau tournant sur lequel est posée la sphère. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe diamétrale d'une sphère de suspension dont le cordon de soudure est destiné à être vérifié suivant le procédé de l'invention - la figure 2 illustre schématiquement le procédé de contrôle du cordon de soudure d'une sphère de suspension de l'invention, dans lequel on projette un plan laser sur le cordon et on observe avec une caméra l'intersection de ce plan avec le cordon - la figure 3A illustre une image obtenue par la caméra précitée; - la figure 3B illustre l'étape de détermination de la ligne médiane de la tache de l'image obtenue et d'analyse de cette ligne par rapport à un gabarit de contrôle; - les figures 4, 5 et 6 illustrent respectivement trois types de défauts possibles du cordon de soudure - les figures 7 et 8 illustrent l'étape de détermination de la zone de l'image à analyser; - les figures 9, 10 et 1 1 illustrent trois premières étapes successives relatives à la formation du gabarit de contrôle; - les figures 12 à 15 illustrent quatre autres étapes successives relatives à la formation du gabarit; - la figure 16 illustre en particulier l'étape de limitation du bas du contour du gabarit; et - la figure 17 illustre une réalisation particulière du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Sur la figure 1, on voit une sphère de suspension S appartenant à un circuit hydraulique de suspension d'un véhicule automobile et comprenant un embout fileté 19 sur lequel est rabattue une enveloppe en tôle emboutie 20 soudée sur l'embout 19 afin d'assurer l'étanchéité entre les deux pièces. En se reportant à la figure 2, on voit que conformément à une réalisation du procédé de l'invention, on projette sur le cordon de soudure annulaire 1 un plan laser 2 et on observe au moyen d'une caméra 3 l'intersection de ce plan 2 avec le cordon de soudure 1. L'image I obtenue par la caméra 3, telle que représentée sur la figure 3A, comprend une vue 4 du cordon 1, ou vue de profil, en cet endroit du cordon 1 éclairé par le plan laser 2. L'analyse de l'image I obtenue s'effectuera sur une partie de celle-ci appelée fenêtre d'analyse 9 prédéterminée après des essais préalables, de manière à ne considérer que la zone où les taches sont susceptibles d'apparaître tel que représenté sur les figures 7 et 8. On notera que la caméra 3 est équipée d'un filtre interférentiel ne laissant passer que la lumière de même longueur d'onde que celle du laser de façon à s'affranchir en grande partie de la lumière ambiante. L'analyse de la zone précitée 9 consiste à extraire le contour C du profil obtenu puis à calculer la ligne médiane 5 de ce contour, comme ceci sera décrit ultérieurement, et tel que représenté sur la figure 3B. Puis on observe la position de cette ligne médiane 5 par rapport à un gabarit de contrôle 6 dont la formation sera également décrite ultérieurement. Si la ligne médiane précitée 5 est interrompue (tel que représentée sur la figure 5), ou sort des limites du gabarit 6 (tel que représenté sur la figure 4), le cordon 1 sera jugé incorrect. Des défauts de petite taille pouvant se traduire par un décrochement horizontal 8 dans la trace 4 (tel que représenté sur la figure 6), alors que la médiane 5 reste à l'intérieur du gabarit 6, seront decelés par une deuxième analyse réalisée sur les points de la médiane 5 contenus dans le gabarit 6. Ces différentes opérations seront répétées en différents points le long du cordon 1 jusqu'à ce qu'un défaut soit détecté, et, si aucun défaut n'est détecté, le cordon 1 en question sera déclaré correct. On décrira ci-après la création du gabarit de contrôle 6 en référence plus particulièrement aux figures 9 à 16. Le gabarit 6 est créé à partir de pièces de référence (sphères avec leur cordon) qui ont été considérées comme présentant un cordon de soudure I de bonne qualité, de la manière suivante : l'une des sphères de référence est préalablement disposée sur un plateau tournant et éclairée en un point donné avec un plan laser 2. Puis on observe au moyen d'une caméra 3 l'intersection du plan laser 2 avec le cordon 1 sur l'image I donnée par la caméra 3. Puis, de façon à réduire le temps de traitement, on détermine une portion rectangulaire 9 de l'image I appelée "fenêtre d'analyse" qui englobe la zone intéressante de l'image et sera la seule à être analysée. On notera que l'emplacement et la taille de la fenêtre d'analyse 9 dépendront des positions et orientations de la sphère à analyser, de la caméra 3 et du faisceau laser 2, et qu'afin de simplifier la tache de l'opérateur, la taille et la position de cette fenêtre 9 seront calculées automatiquement en début de formation du gabarit de contrôle 6. En se reportant aux figures 7 et 8, on voit que cette détermination de la zone d'analyse sera réalisée en donnant à la fenêtre sa taille maximale (tout l'écran), puis en prenant une image (le fond de l'image étant noir, la trace du laser sur la sphère étant blanche), puis en recherchant dans la fenêtre d'analyse le lieu des points blancs (trace) et enfin la fenêtre d'analyse 9 est ajustée de sorte qu'elle entoure la trace précitée 4. Puis, une fois la fenêtre d'analyse ajustée et positionnée sur l'écran, l'opérateur prendra un certain nombre d'images (figure 9) sur la sphère tournante de façon à couvrir toute la longueur du cordon de soudure. Pour chacune de ces images, le contour C de la trace sera extrait dans la fenêtre d'analyse 9, ce qui permettra (figure 10) de calculer la ligne médiane de ce contour Cette ligne médiane 5 sera ensuite dessinée dans une autre image 10 (figure 11) destinée au stockage de toutes les lignes médianes calculées. Ces opérations seront répétées pour chacune des sphères de référence, l'image 10 servant à stocker les médianes étant la même pour toutes les sphères. Lorsque cette série d'opérations est terminée, l'image de stockage 10 contient donc, pour toutes les sphères de référence, le lieu de toutes les médianes possibles sur un tour de sphère. Après l'obtention de cette image de stockage 10, son contour sera extrait de façon à obtenir le gabarit 6 en tenant compte de plusieurs facteurs supplémentaires tenant au fait d'une part que, l'image obtenue comportant des trous, il est nécessaire de les combler pour pouvoir en extraire le contour, et que d'autre part, le faisceau laser dépassant de chaque côté du cordon de soudure, il est nécessaire de limiter le contour de manière à ne conserver que la trace du cordon. En effet, la partie haute h (figure 16) de la trace représente le début de courbure de l'enveloppe, celui-ci pouvant varier d'une sphère à l'autre, alors que la partie basse b de la trace représente le filetage de l'embout ou le mors de la pince servant à maintenir la sphère pendant le contrôle et ne présente donc pas d'intérêt. En outre, étant donné qu'il est pratiquement impossible de trouver deux sphères identiques, il est nécessaire de prévoir ces disparités en élargissant quelque peu le gabarit. Ainsi le gabarit sera réalisé après obtention de l'image de stockage, en comblant les espaces sur cette image de stockage 10 afin d'obtenir une tache continue t, (figure 12), puis en extrayant le contour d de cette tache résultante (figure 13), puis en éliminant le bas du contour, puis en éliminant le haut du contour (courbure de l'enveloppe) (figure 14), puis en écartant les bords du contour, puis en initialisant le gabarit 6 avec ce contour d, et enfin en ajustant la fenêtre d'analyse 9 autour du gabarit 6 ainsi créé (figure 15). La limitation du contour de façon à éliminer ces parties haute h et basse b s'effectuera de la manière suivante. Sous réserve que le faisceau laser soit orienté de façon à obtenir une image verticale sur l'écran de visualisation, le gabarit 6 brut obtenu a une forme relativement constante. I1 est alors possible de formuler des hypothèses sur sa forme basées sur la pente des profils du gabarit afin d'éliminer ces parties haute et basse. La limitation du contour du gabarit, du côté de l'enveloppe, sera effectuée comme suit: on voit en effet (figure 16) que sur le profil droit d du gabarit brut 6, la séparation entre l'enveloppe 20 et le cordon de soudure 1 est marquée par un changement de pente x très net (inférieur ou égal à zéro pour l'enveloppe, supérieur ou égal à zéro pour le cordon). I1 suffira alors, en partant du haut du gabarit brut de détecter ce changement de pente pour limiter le gabarit côté enveloppe. On peut aussi, pour gagner du temps, prendre le point xl du profil gauche car la zone comprise entre les points x et xl correspond à une zone de recouvrement de l'enveloppe par le cordon où les défauts ne sont pas gênants. La limitation du contour du gabarit du côté de l'embout 19 s'effectuera comme suit : tout comme pour l'enveloppe 20, le passage du filetage 19 au cordon 1 se traduit par un changement de pente prononcé y, (inférieur à zéro pour le filetage et supérieur à zéro pour le cordon). Toutefois, en raison de la forme complexe de la trace à l'endroit du filetage, une simple étude de la pente ne permet pas de détecter ce changement de zone et il est alors nécessaire d'éliminer la partie du filetage 21 présentant des pentes positives. En raison de la forme générale du gabarit brut, la méthode retenue sera la suivante : on procédera tout d'abord au calcul de la position verticale moyenne v du profil gauche g du gabarit brut, puis, à partir du haut h du gabarit, on éliminera la partie du gabarit se trouvant en dessous du premier point d'intersection p entre le profil droit d et la verticale v calculée précédemment, puis à partir de ce point du gabarit, on recherchera le changement de pente et on éliminera la partie basse du gabarit. On décrira ci-après l'opération de recherche de la trace et le calcul de la médiane. La fenêtre d'analyse 9 précédemment mentionnée est explorée ligne à ligne en partant de préférence du bas de la fenêtre. Puis, sur chacune de ces lignes, on recherchera les segments blancs susceptibles de représenter la trace. Seuls les segments dont la largeur est supérieure ou égale à une valeur paramètrale sont retenus. Pour toutes les lignes, c'est le segment le plus probable qui sera retenu. Le gabarit et, sur les autres lignes, celui qui est contigu au segment retenu sur la ligne précédente ou, s'il n'y en a pas de contigu, celui des segments retenus qui présente la plus grande longueur et, s'il y en a plusieurs de cette longueur, le mieux centré par rapport au dernier segment retenu sur la ligne précédente, seuls les segments de longueur supérieure à une valeur prédéterminée étant pris en considération. Pour chaque segment retenu, on affectera au point de la médiane correspondant le milieu du segment. On notera que la limitation automatique de gabarit décrite ci-dessus est adaptée aux sphères de suspension. En adaptant la limitation du gabarit, on peut appliquer ce procédé au contrôle de soudures sur d'autres pièces et en particulier à toute pièce de révolution. On notera également la possibilité d'ajuster le gabarit si on s'aperçoit que le procédé est trop sévère ou pas suffisamment. On peut donc envisager la généralisation du procédé à d'autres types de pièces, la détermination de la zone intéressante étant adaptée pour chaque cas. On décrira ci-après brièvement un mode de réalisation particulier du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Ce dispositif comporte une source laser 12 telle qu'une diode laser, une caméra 3 reliée à une carte de vision 13 destinée à binariser puis stocker l'image obtenue par la caméra, ladite carte 13 étant reliée à un ordinateur 14 permettant d'analyser l'image stockée dans la carte de vision 13. On notera la présence facultative d'un écran de contrôle 17 relié à la carte de vision 13, d'un second écran 18 relié à l'ordinateur précité 14, et d'un automate 15 destiné à piloter l'installation, notamment le plateau tournant 16 sur lequel sont posées les sphères S. On a donc réalisé grâce à l'invention un procédé de contrôle d'un cordon de soudure, notamment sur une sphère de suspension d'un véhicule automobile, rapide et répétable et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle d'un cordon de soudure sur une pièce telle qu'une sphère de suspension de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: a) éclairer le cordon (1) en un point donné avec un plan laser (2), b) observer au moyen d'une caméra (3) l'intersection du plan laser précité (2) avec le cordon (1), correspondant à une tache de forme allongée (4) sur l'image I donnée par la caméra (3), c) déterminer la ligne médiane (5) de la tache (4) ainsi obtenue; d) vérifier que cette ligne médiane (5) se trouve à l'intérieur d'un gabarit (6) et/ou qu'elle ne présente ni interruption (7) ou décrochement horizontal (8), ce qui signifie qu'au point considéré la soudure (1) est correcte; et e) répéter les étapes a) à d) le long du cordon (1) autant de fois que nécessaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caméra (3) comporte un filtre interférentiel ne laissant passer que la longueur d'onde du faisceau laser. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'analyse de l'image obtenue I se fait sur une partie de celle-ci appelée "fenêtre d'analyse" (9), prédéterminée après des essais préalables de manière à n'encadrer que la zone où les taches (4) sont susceptibles d'apparaître. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape c) comprend les étapes consistant à: f) balayer ligne par ligne la zone de l'image (9) à analyser, puis g) sur chaque ligne, déterminer le segment correspondant à la tache obtenue (4); et h) prendre le milieu du segment comme point de la médiane (5). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape g) consiste à ne retenir que le segment le plus probable. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le segment le plus probable est, sur la première ligne, le segment de plus grande longueur, ou s'il y en a plusieurs de cette longueur, celui qui est le mieux centré dans le gabarit, et, sur les autres lignes, celui qui est contigu au segment retenu sur la ligne précédente ou, s'il n'y en a pas de contigu, celui des segments retenus qui présente la plus grande longueur et, s'il y en a plusieurs de cette longueur, le mieux centré par rapport au dernier segment retenu sur la ligne précédente, seuls les segments de longueur supérieure à une valeur prédéterminée étant pris en considération. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, destinées à créer le gabarit (6) et consistant à: k) préparer au moins une pièce présentant un cordon de soudure (1) jugé correct; 1) effectuer les étapes a) à c) sur cette pièce en autant de points que nécessaire; m) stocker, dans une image de référence (10), toutes les lignes médianes (5) ainsi obtenues; n) répéter, si nécessaire, les étapes k) à m) sur plusieurs pièces présentant un cordon de soudure (1) jugé correct; o) déterminer les limites de l'ensemble des lignes médianes (5) ainsi obtenues, ce qui détermine les limites du gabarit (6); et p) ajuster si nécessaire ces limites du gabarit (6) pour tenir compte des tolérances de fabrication d'une pièce à l'autre. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape o) comprend les étapes suivantes consistant à: q) combler les espaces entre les lignes afin d'obtenir une tache continue (t); r) déterminer le contour (d) de cette tache (t); et s) éliminer si nécessaire les extrémités de ce contour, le contour restant constituant les limites du gabarit (6). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape s) consiste à détecter des changements de pente (11) des bords du contour supérieurs à une valeur prédéterminée. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une source laser (12), une caméra (3) reliée à une carte de vision (13) destinée à binariser puis stocker l'image (I), ladite carte de vision (13) étant reliée à un ordinateur (14) destiné à analyser l'image stockée dans la carte de vision (13). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un automate (15) destiné à piloter un plateau tournant (16) sur lequel est posée la sphère (S).