Brevet FR2709994A1 — publié le 19950324

Les pinces ou machines à souder par résistance traditionnelles équipées d'actionneurs pneumatiques permet- tent d'engendrer des cycles opératoires comportant au minimum trois phases au cours desquelles l'effort appliqué aux électrodes ainsi que le courant de soudage sont modulés. La machine à souder pneumatique représentée à titre d'exemple à la figure 1 des dessins ci-annexés comporte un vérin pneumatique 1 dans lequel l'air comprimé est admis à travers un distributeur 9 commandé électriquement ou manuellement. Le vérin exerce un effort permettant de serrer les pièces à assembler 8 entre des électrodes 7 elles-mêmes montées sur des plateaux-supports 6. Lorsque l'effort est atteint, un transformateur 3 alimenté par un commutateur à thyristors 10 alimente le secondaire de la soudeuse sous une basse tension. Cette tension fait circuler un courant important dans des conduc- teurs 4, un conducteur souple 5, les plateaux 6, les électrodes 7 et les pièces 8, de nature à provoquer une fusion localisée entre ces pièces. Le temps de passage du courant est contrôlé par un temporisateur 11 commandant le commutateur 10. Après arrêt du passage du courant, l'effort est maintenu pendant un court instant pour permettre le refroi- dissement sous pression du joint soudé, puis le vérin 1 se retire afin de permettre l'échange des pièces. Ainsi un tel cycle de soudage comprend trois étapes, après la commande de départ du cycle: 1. accostage, correspondant à un temps de fermeture des électrodes, et d'obtention de l'effort sur les pièces à souder, 2. soudage, pendant lequel l'effort est maintenu et le passage du courant dans les électrodes est maintenu pendant un temps prédéterminé, 3. maintien, qui est le temps de maintien de l'effort après arrêt du passage du courant, ensuite de quoi le verin se retire pour permettre l'échange des pièces à souder, avant les opérations de soudage suivantes. Au cours du cycle, les grandeurs "effort" et "courant" varient en synchronisme, selon le schéma de la figure 2. Dans cet exemple, o I représente le courant de soudage impulsionnel, l'effort F est maintenu constant pendant le cycle soudage + maintien. Cependant, dans certaines applications on aura avantage à faire varier l'effort F en cours de cycle pour obtenir un meilleur résul- tat. Un tel artifice est dénommé "programme de pression" et est représenté à titre d'exemple à la figure 3 des dessins annexes. Une telle procédure pourra s'appliquer en cas de soudage de tôles difficiles à rapprocher, épaisses ou déformées; dans ce cas, un effort F1 très élevé au départ assure le rapprochement des pièces. Ensuite on exerce l'effort F2 pendant le soudage, ce qui permet de réduire le courant I nécessaire à la fusion de la matière. En effet, plus l'effort est faible, plus la résistance de contact entre les pièces s'élève, donc moins il faut de courant pour dégager la chaleur nécessaire (d'après la formule Q = RI2t) Pour la même raison, cette procédure peut s'appli- quer aussi au soudage de l'aluminium. L'aluminium est très bon conducteur, et sa résis- tance de contact est faible. Pour éviter d'avoir recours à des courants de soudage I très élevés, on travaille avec un effort F2 plus faible alors que le rapprochement des tôles a été effectué puis maintenu sous effort F1 plus élevé. Dans la technique o un actionneur pneumatique est utilisé, la variation d'effort, donc de pression, est assez facile à réaliser, qu'il s'agisse d'accroissements ou de diminutions. Le seul inconvénient est que ces modifications de pression sont lentes à l'échelle d'un cycle de soudage, du fait des temps d'admission ou d'évacuation des volumes d'air mis en oeuvre. On peut donc difficilement utiliser cette technique dans le cas de soudages rapides (tôles minces, bossages...). Comme représenté à la figure 4, le vérin pneumatique peut être avantageusement remplacé par un actionneur à moteur électrique M équipé d'un système vis/écrou 12-13 pour engendrer l'effort de soudage. Une telle technique a été décrite dans les brevets français n 85 12239, 89 12344 et 91 04250 au nom de la demanderesse. Le contrôle de l'effort F est obtenu en faisant varier le courant alimentant le moteur. Cette variation est très rapide et autorise donc des temps de réponse très courts. Jusqu'à présent il n'était cependant pas possible de provoquer une diminution de l'effort F pour passer par exemple d'un niveau donné F1 à un niveau inférieur F2, car malgré une réduction du couple moteur (même jusqu'à 0) l'irréversibilité du système vis/écrou est telle que l'effort entre les électrodes 7 ne varie que très peu. Pour obtenir une relaxation de l'effort, il faut faire tourner le moteur M en sens inverse. Le but de l'invention est de résoudre le problème qui se pose alors, et qui est de commander le moteur électrique pour que l'effort F appliqué par les électrodes ou autre outillage sur les tôles à souder (ou sur lesquelles il convient d'exercer une pression) revienne exactement à la valeur souhaitée. Pour résoudre ce problème, l'invention est basée sur la prise en compte de l'élasticité du bâti de la machine ou des bras de la pince à souder ou analogue. Lorsque les électrodes (ou autres outillages) se touchent, l'augmenta- tion de l'effort provoque une déformation du bâti propor- tionnelle à cet effort. Cette déformation est compensée par la rotation du moteur. Ainsi, en relevant la courbe de déformation du bâti, correspondant à des efforts déterminés, en fonction de la rotation du moteur, on pourra faire exercer par ce dernier exactement les efforts souhaités en contrôlant seulement cette rotation. L'invention est mieux explicitée dans ce qui suit, à l'aide des figures suivantes des dessins ci-annexés. Dans la figure 5, on a représenté en ordonnées les efforts F entre électrodes, et en abscisses les angles e de rotation du moteur électrique M, à commande numérique. La phase AB représente le mouvement d'approche: le moteur M tourne, et les électrodes 7 n'étant pas encore en contact, il n'y a aucun effort entre elles. Le point B représente le point o les électrodes arrivent en contact. La phase BC représente la mise en effort. Le moteur M exerce le couple programmé, sa rotation E compense la déformation de la structure S supportant les électrodes. La pente E de la courbe représente la raideur de la structure S (en daN/rad). Afin d'obtenir un effort inférieur F2, il faut commander le moteur en asservissement de position, ce qui est possible grâce à la commande numérique contrôlant le moteur. Un processeur calcule la valeur de la rotation "arrière": A= - Fl - F2 E et commande le moteur jusqu'à la position D pour laquelle la déformation du bâti correspond à un effort F2. Lorsque cette position est atteinte, il est possible de changer le mode d'asservissement du système: passer d'un asservissement de position à un asservissement de couple assurant un couple moteur constant, donc un effort aux électrodes également constant. L'élasticité E de la structure S peut être intro- duite dans le processeur commandant l'installation, comme un paramètre caractéristique de l'installation ou être mesurée directement sur la machine grâce à un cycle de mise en effort approprié. Quand, afin de déterminer avec précision l'élasti- cité de la structure S, un cycle préprogrammé est exécuté, il doit l'être au moins une fois pour un équipement donné et chaque fois qu'une modification peut induire un changement dans le comportement élastique du système S (échange d'outillage, bras de pince, etc.). Le cycle comprend une mise en effort contrôlée à deux paliers différents F1 puis F2, correspondant à deux couples du moteur M1 et M2. A la figure 6 des dessins ci-annexés, on a repré- senté à titre d'exemples l'évolution possible des couples M (en m.N) du moteur et des efforts F (en N) sur les électro- des 7 en fonction du temps t; la figure 7 montre dans ce cas l'évolution de la rotation O du moteur M en fonction du temps; et la figure 8 montre la courbe d'élasticité correspondante, avec en ordonnées les rotations e du moteur et en abscisses les efforts F sur les électrodes. A chaque palier de couple, la position du moteur est mémorisée. Ensuite il est possible de déterminer la raideur de la structure E F2- Fl K (M2 M1), K étant le rapport de e2 - 81 2 - 01 couple du système vis/écrou. L'invention permettra donc, lors de l'utilisation normale de la machine, de connaître avec exactitude le nombre de tours qui devront être effec- tués par le moteur pour que les électrodes ou autres outillages pressent les tôles sous l'effort souhaité, ceci pour chaque phase du processus considéré. En d'autres termes, l'invention consiste donc en un procédé de commande d'effort sur pince, machine à souder par résistance équipée d'un moteur électrique à commande numérique ou analogues, lors duquel il peut être nécessaire, en des phases déterminées du processus concerné, de s'assu- rer que les électrodes ou outillages analogues appliquent sur les pièces traitées un effort prédéterminé, caractérisé en ce que l'on établit la courbe d'élasticité propre du bâti de la machine en faisant exercer sur des pièces, par le moteur M, deux efforts distincts F1, F2 et en relevant ses angles de rotation correspondants 81, E2, grâce à quoi on établit une relation univoque entre tout effort F souhaité lors d'une phase déterminée du processus concerné, et l'angle de la rotation correspondante e qui devra être effectuée par ledit moteur M. Certaines soudeuses sont équipées de bâtis extrême- ment rigides pour que les plateaux supportant les outillages restent parallèles entre eux lors de la mise en effort. Cela est très important lorsque plusieurs points de soudure disposés à la surface des plateaux sont exécutés en même temps. Dans le cas, l'élasticité du bâti est faible et la mesure manque de précision relative, ce qui empêche un contrôle précis de l'effort basé sur l'élasticité de la machine. Pour améliorer cette situation (cf figure 9) on peut introduire un système déformable élastique 14 entre le coulisseau 15 supportant le plateau 6 supérieur et l'écrou 13 du système vis/écrou 12-13 engendrant l'effort. Cette interface élastique 14 augmente la déformation de la structure sous effort sans toutefois engendrer un défaut de parallélisme des plateaux, préjudiciable à la qualité du soudage. On peut donc obtenir une grande précision de la mesure dans tous les cas. Ce système élastique 14 peut être constitué par un empilage de rondellesressorts, auquel cas la linéarité de la loi effort/déformation sera bonne, ou encore d'élastomè- res présentant une caractéristique effort/déformation non linéaire. Dans ce dernier cas l'invention peut encore être appliquée en mémorisant, par le processeur qui commande l'installation, les coefficients de la courbe réelle. L'adjonction d'un système élastique présente également un avantage lors de la phase dite d'indentation au cours de laquelle la fusion du métal provoque un effondre- ment brutal de la résistance de l'assemblage soudé. Si le système mécanique, du fait de ses inerties, n'accompagne pas cet effondrement, il peut en résulter l'expulsion de matière en fusion et la réalisation d'une soudure non satisfaisante. L'adjonction d'un système élastique assure, grâce à l'éner- gie potentielle stockée, un excellent suivi. Dans le cas des pinces ou machines présentant des parties très déformables (bras), cet artifice est inutile. En cas de système élastique linéaire (cas général), la mise en évidence d'une non linéarité au cours des cycles de reconnaissance (en réalisant un troisième point sur la courbe effort/déformation par exemple) pourrait être utilisée pour alerter l'utilisateur d'une défaillance dans le système mécanique (dépassement de limite élastique d'un organe par exemple). La présente invention peut s'appliquer en particu- lier aux: - machines ou pinces à souder par résistance équipées d'actionneurs électriques; - machines ou pinces à souder par résistance équipées d'actionneurs pneumatiques ou hydrauliques sur lesquels un contrôle de l'effort entre les électrodes utiliserait le principe de la déformation de la structure conformément à l'invention; - machines ou appareils de toute sorte réalisant un cycle de travail au cours duquel un effort relatif entre l'outil et la pièce doit être appliqué et modulé et dont la structure présente une élasticité suffisante et acceptable de nature à permettre l'utilisation de l'invention pour contrôler cet effort; il pourra s'agir par exemple des machines ou pinces à riveter ou à agrafer (clinchage), des machines à déformer le métal par pliage, emboutissage, etc, et encore des robots soudant en "piquage": le robot supporte une seule électrode et exerce l'effort par ses différents moteurs; la contre-électrode est constituée par le montage supportant la pièce à souder. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'effort sur pince, machine à souder par résistance équipée d'un moteur électrique à commande numérique ou analogues, lors duquel il peut être nécessaire, en des phases déterminées du processus concerné, de s'assurer que les électrodes ou outillages analogues appliquent sur les pièces traitées un effort prédéterminé, caractérisé en ce que l'on établit la courbe d'élasticité propre du bâti de la machine en faisant exercer sur des pièces, par le moteur (M), deux efforts distincts (F1, F2) et en relevant ses angles de rotation correspondants (81, 82), grâce à quoi on établit une relation univoque entre tout effort (F) souhaité lors d'une phase déterminée du processus concerné, et l'angle de la rotation correspondante (8) qui devra être effectuée par ledit moteur (M). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une interface élastique (14) est introduite dans un système de guidage d'actionneur produisant l'effort. 3. Machine à souder par résistance équipée d'un moteur électrique (M) propre à créer entre les électrodes (7) des efforts (F) par l'intermédiaire d'un système vis- écrou (12-13) ou analogue, caractérisée en ce que pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, elle comporte un système élastique (14) entre ledit écrou (13) et un plateau porte-électrode (6). 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit système élastique (14) est constitué par un empilage de rondelles-ressorts. 5. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit système élastique (14) est constitué par un élastomère à caractéristique élastique non linéaire, et en ce que sa courbe de non linéarité est mémorisée dans un processeur commandant lesdites phases du processus.