Brevet FR2742287A1 — publié le 19970613

La présente invention a pour objet un procédé pour la visualisation simultanée sur écran des conditions présidant à la réalisation d'une opération de soudage et notamment de soudage électrique à l'arc, ainsi que son dispositif de mise en oeuvre. Le soudage électrique à l'arc s'effectue généralement selon trois techniques: - le soudage sous protection de gaz inerte avec électrode de tungstène, dit soudage TIG, dans lequel une torche supporte l'électrode réfractaire qui sert uniquement à générer l'arc de soudage et dirige un jet de gaz inerte, argon, hélium ou autre, sur le bain de fusion, le métal d'apport étant amené séparément, manuellement ou automatiquement. - le soudage sous protection de gaz inerte avec électrode fusible, dit soudage MIG, où 1 ' électrode est constituée par le métal d'apport. - le soudage à l'arc sous protection de gaz actif, dit soudage MAG, est comparable au précédent mais dans ce cas un gaz actif de type C02 remplace le gaz inerte. Dans l'un et l'autre de ces procédés l'intensité lumineuse de l'arc dépend de l'intensité instantanée du courant et/ou de la tension. Chaque procédé comporte plusieurs étapes dans lesquelles les phénomènes physiques évoluent en fonction des variations du signal représentatif du courant ou de la tension, par exemple pour un signal en forme de créneau on aura quatre étapes pour la soudure MIG et deux étapes pour la soudure TIG, suivant que l'on se trouve dans un état haut, un état bas, ou dans la phase transitoire, notamment lors de la chute du courant. Pour une bonne réalisation de ces différentes étapes composant ltopération de soudage l'opérateur doit visualiser plusieurs informations ou phénomènes physiques successifs, rapides ou lents, comme la position de la torche et 1'état de l'arc, l'état du bain de soudure, l'apport de métal, l'efficacité du gaz de soudage, d'autres éléments de l'environnement, ou d'autres informations. Toutefois certains phénomènes physiques sont trop rapides, notamment dans le cas d'une soudure de type MIG, et ne sont pas visibles par le soudeur du fait de la fréquence de leur répétition qui se situe bien au-delà de la persistance rétinienne humaine, en sorte que le soudeur doit se guider alors à l'oreille. Une autre possibilité pour le soudeur de contrôler ces phénomènes est d'utiliser des systèmes de visualisation mettant en oeuvre des caméras standard munies de filtres ou des caméras à haute dynamique. Cependant les caméras standard avec filtres permettent seulement la visualisation soit de l'arc de soudage, soit de l'environnement, mais non la visualisation simultanée des différents phénomènes physiques composant l'opération de soudage. Les caméras à haute dynamique, quant à elles, fournissent une vue globale du procédé de soudage dont la dynamique n'est pas compatible avec les outils de visualisation tel qu'un écran vidéo, et l'image restituée est identique à celle perçue à travers le masque de protection du soudeur mais avec une perte de définition en dynamique, rapport des éclairements les plus forts sur les éclairements les plus faibles. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé qui permet à un opérateur de visualiser clairement les informations nécessaires à la réalisation d'une soudure. Le procédé selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste à l'aide d'une caméra vidéo, à ajuster les paramètres de prise de vues à partir de moyens de contrôle et de commande, à réaliser des prises de vues successives de l'opération de soudage selon une séquence synchronisée dans le temps, à mémoriser les images résultant desdites prises de vues à l'aide d'un système électronique, à traiter lesdites images par ledit système électronique de manière à optimiser pour chaque image une des informations déterminantes du procédé de soudage afin de rendre observable ladite information ; puis, à partir desdites images successives traitées, à restituer à chaque séquence sur un écran au moins une image résultante fournissant au moins deux informations déterminantes nécessaires à la réalisation du procédé de soudage et aptes à être interprétées par l'opérateur. Suivant une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention les prises de vues sont synchronisées à partir du signal représentatif de l'intensité lumineuse de l'arc de soudure. Suivant une autre caractéristique additionnelle de l'invention les prises de vues sont synchronisées à partir du signal de commande en courant et/ou en tension de l'arc de soudure. La présente invention a pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, ledit dispositif se caractérisant essentiellement en ce qu'il comprend en combinaison a) une caméra vidéo de type CCD délivrant des signaux représentatifs des images formées sur son capteur d'images; b) un écran de visualisation c) une unité électronique de contrôle à distance des conditions présidant à la réalisation de l'opération de soudage et assurant la gestion des processus de numérisation et de reproduction d'au moins une image finale sur l'écran de visualisation d) un filtre passif ou actif disposé devant 1' objectif de la caméra et apte à être commandé à distance par l'unité de contrôle e) un dispositif d'éclairage dont la puissance est commandée à distance par l'unité de contrôle, motorisé de manière à diriger le faisceau sur l'un ou l'autre des éléments impliqués dans l'opération de soudage f) un ensemble de systèmes électroniques assurant les différentes fonctions: de numérisation des prises de vues, de calcul des paramètres et des instants de prises de vues, de traitement des images numérisées, de calcul de l'image représentant le processus de soudage et des images qui le décompose, de l'envoi des images calculées à l'écran de visualisation, et du dialogue avec l'unité de contrôle g) une unité d'interface avec l'utilisateur Selon une caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention la caméra est montée à l'extrémité d'un bras articulé de manière à visualiser n'importe quel point du processus de soudage. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention il comprend en outre un microphone et un organe de restitution du son capté par ledit microphone. Les avantages et les caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, étant entendu que cette description ne présente aucun caractère limitatif vis à vis de l'invention. Dans le dessin annexé - la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif selon l'invention. - la figure 2 représente schématiquement le cycle d'acquisition des images initiales permettant de visualiser la trajectoire d'une goutte dans le cas d'une soudure MIG. Si on se réfère d'abord à la figure 1 on peut voir que le dispositif de mise en oeuvre du procédé permettant à un opérateur de visualiser clairement les informations nécessaires à l'opération de soudage en vue de son contrôle comprend une caméra vidéo 1 de type CCD munie d'un objectif 10 à focale variable, sur laquelle est fixé un microphone 12 incorporant une électronique de traitement. Un filtre 2 passif ou actif de type céramique, connu sous la dénomination de filtre PZT, est disposé devant l'objectif 10 de la caméra 1 et peut être avantageusement commandé à distance par une unité de contrôle à distance 5 qui contrôle également un ensemble de circuits électroniques de traitement 3. Une unité d'interface 6, un écran de visualisation 7, un dispositif d'éclairage 8 et un dispositif de restitution sonore 80 également reliés à l'unité de contrôle 5 complètent le dispositif. L'unité de contrôle à distance 5 est relié électriquement par des cables 50,51,52,53,54,55,56,57 respectivement au dispositif d'éclairage 8, au filtre 2, à la caméra 1, à 1'ensemble de circuits électroniques de traitement 3, au microphone 12, à l'unité d'interface 6, à l'écran 7 et au dispositif de restitution sonore 80. L'unité 5 permet le contrôle des paramètres de prise de vues, de la position de la caméra 1, du filtre 2, de la position et de la puissance de l'éclairage 8, et gère également les processus de numérisation et de reproduction d'au moins une image finale sur l'écran de visualisation 7. L'unité d'interface 6 avec l'utilisateur permet le paramétrage et la commande du système. La caméra 1 est reliée par des conducteurs électriques 30,31,32 correspondant par exemple aux canaux Rouge, Vert et Bleu à l'ensemble de circuits électroniques 3 qui assurent les fonctions de numérisation des prises de vues, de calcul des paramètres et des instants de prises de vues, de traitement des images numérisées, de calcul de l'image représentant le processus de soudage et des images décomposant le processus de soudage, de l'envoi des images calculées à l'écran de visualisation 7, et du dialogue avec l'unité de contrôle 5. En outre de manière à ce que l'on puisse visualiser n'importe quel point du procédé de soudage la caméra 1 est montée à l'extrémité d'un bras articulé 13. L'axe optique 14 de la caméra 1 est dirigé sur le bain de soudure 150 crée par l'arc électrique 151 jaillissant entre l'électrode 152 d'une torche 15 et les pièces 153 et 154 à assembler. Dans les procédés de soudage connus l'intensité lumineuse de l'arc 151 dépend de l'intensité instantanée du courant et/ou de la tension. Dans le procédé selon l'invention, la commande de l'arc électrique 151 est préférentiellement réalisée à partir d'un signal carré représentatif du courant pulsé, et on effectue, grâce à la caméra 1, des prises de vues successives de l'opération de soudage des pièces 152 et 153 dont les paramètres sont ajustés pour optimiser l'interprétation du phénomène observé, synchronisées dans le temps à partir dudit signal carré. Puis ces prises de vues sont numérisées, sous la forme des canaux Rouge, Vert, Bleu par l'ensemble de circuits électroniques 3 qui traitent également le son parvenant du microphone 12, chacune de ces vues numérisées étant traitée pour extraire les informations intéressantes concernant le procédé de soudage. Les images traitées sont ensuite recombinées par l'un des circuits électroniques 3 de manière à restituer sur l'écran de visualisation 7 une seule image montrant simultanément tous les paramètres du procédé. Ces images peuvent aussi être affichées indépendamment ce qui permet de visualiser une étape du procédé de soudage ou un paramètre particulier tel que par exemple l'état du bain de soudure 150. D'un point de vue avantageux certaines acquisitions d'images peuvent être progressivement décalées dans le temps par rapport à la synchronisation afin de visualiser des phénomènes répétitifs très rapides par effet stroboscopique. Si on se réfère à la figure 2 on peut voir un exemple de phénomène répétitif très rapide apparaissant au cours d'une opération de soudage de type MIG, à savoir la formation au cours du temps d'une bille 155 à l'extrémité de l'électrode 152 lors d'un état haut 90 du courant de commande 9 de l'arc électrique, non représenté. Au moment où le courant passe de l'état haut 90 à l'état bas 91 la bille 155 se détache et va tomber dans le bain de soudure, non représenté. Pour visualiser la trajectoire des billes 155 de l'extrémité de l'électrode 152 au bain de soudure 150 on effectue un échantillonnage des images, par acquisition d'une première image représentative d'une bille 155 en formation à l'extrémité de l'électrode 152, puis d'une seconde image, déclenchée après un certain temps et après avoir effectué les réglages des paramètres électriques et optiques de la caméra 1, d'une autre bille 155' en phase de projection hors de l'électrode 152, puis d'une troisième image et ainsi de suite. Les images sont ensuite traitées par le système électronique 3, qui restitue sur l'écran 7 une image finale animée, et à partir de laquelle l'opérateur peut visualiser la trajectoire de la bille 155. Dans un système à courant lisse les prises de vues successives sont asynchrones. Le procédé selon l'invention permet ainsi de visualiser de façon optimum les informations nécessaires à la soudure et de les interpréter précisément et donc une amélioration des conditions opératoires. En outre la restitution des images sur l'écran de visualisation 7 est réalisée selon un cycle défini en fonction des différents types de soudure. I1 va de soi que la présente invention ne saurait être limitée à la description qui précède d'un de ses modes de réalisation, susceptible de subir un certain nombre de modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En particulier le signal de commande pourra être un signal représentatif d'une tension et les prises de vues successives de l'opération de soudage pourront être synchronisées dans le temps à partir de l'intensité lumineuse de l'arc ou par tout autre moyen ou système de synchronisation. REVENDICATIONS 1) Procédé pour la visualisation simultanée sur un écran des conditions présidant à la réalisation d'une opération de soudure caractérisé en ce qu'il consiste à l'aide d'une caméra vidéo (1), à ajuster les paramètres de prise de vues à partir de moyens de contrôle et de commande (5), à réaliser des prises de vues successives de l'opération de soudage selon une séquence synchronisée dans le temps, à mémoriser les images résultant desdites prises de vues à l'aide d'un système électronique (3), à traiter lesdites images par ledit système électronique (3) de manière à optimiser pour chaque image une des informations déterminantes du procédé de soudage afin de rendre observable ladite information ; puis, à partir desdites images successives traitées, à restituer à chaque séquence sur un écran (7) au moins une image résultante fournissant au moins deux informations déterminantes nécessaires à la réalisation du procédé de soudage et aptes à être interprétées par l'opérateur. 2) Procédé de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les acquisitions des images sont synchronisées à partir du signal représentatif de l'intensité lumineuse de l'arc de soudure (151). 3) Procédé de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les acquisitions des images sont synchronisées à partir de la commande en courant etlou en tension de l'arc de soudure. 4) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé caractérisé en ce qu' il comprend en combinaison a) une caméra (1) vidéo de type CCD délivrant des signaux représentatifs des images formées sur son capteur d'images b) un écran de visualisation (7) c) une unité électronique de contrôle (5) à distance des conditions présidant à la réalisation de l'opération de soudage et assurant la gestion des processus de numérisation et de reproduction d' au moins une image finale sur 1' écran de visualisation (7) d) un filtre passif ou actif (2) disposé devant l'objectif (10) de la caméra et apte à être commandé à distance par l'unité de contrôle (5) e) un dispositif d'éclairage (8) dont la puissance est commandée à distance par l'unité de contrôle (5), motorisé de manière à diriger le faisceau sur l'un ou l'autre des éléments impliqués dans l'opération de soudage f) un ensemble de systèmes électroniques (3) assurant les différentes fonctions: de numérisation des prises de vues, de calcul des paramètres et des instants de prises de vues, de traitement des images numérisées, de calcul zen de l'image représentant le processus de soudage et des images qui le décompose, de l'envoi des images calculées à l'écran de visualisation (7), et du dialogue avec l'unité de contrôle (5) g) une unité d'interface avec l'utilisateur (6) 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la caméra (1) est montée à l'extrémité d'un bras articulé (13). 6) dispositif selon les revendications 4 ou 5 caractérisé en ce qu'il comprend un microphone (12) et un organe de restitution du son (80) capté par ledit microphone (12).