Brevet FR2753116A1 — publié le 19980313

APPAREIL ET PROCEDE DE DÉTERMINATION DE LA DISTORSION D' ÉEEmTS SOUDÉS La présente invention concerne de façon générale la mesure de la distorsion d'un élément qui résulte du fait que l'élément à été soumis à une opération de soudure. Au cours d'une opération de soudure, les paramètres d'un système de soudure sont réglés à certaines valeurs. Ces paramètres peuvent comprendre la tension, le courant et la vitesse de déplacement de la torche de soudure dans le système de soudure associé. Un élément soumis à l'opération de soudure, avec ses paramètres, est typiquement amené à se tordre dans une cer- taine mesure. Il est souhaitable d'acquérir une connaissance de l'amplitude et du caractère de cette distorsion dans des buts d'analyse. Par exemple, connaître l'amplitude et le caractère de la distorsion de l'élément soudé peut être utile pour optimiser les paramètres de l'opération de soudure. En d'autres termes, modifier les paramètres de l'opération de soudure sur la base de la distorsion connue provoquée par ces paramètres permet à l'opé- rateur de rerégler les paramètres pour que la distorsion soit rendue minimale ou amenée à l'intérieur de limites choisies. Des approches antérieures à la mesure de la distorsion ont inclus le déplacement physique de l'élément soudé à partir d'une zone de soudure dans un laboratoire de mesure. Une fois disposé physiquement dans le laboratoire de mesure, l'élément soudé était soumis à diverses mesures pour déterminer l'amplitude et le caractère de la distorsion. Toutefois, le fait de déplacer physiquement l'élément soudé de la zone de soudure au laboratoire de mesure est ennuyeux, prend du temps et est incommode. Ceci est particulièrement vrai dans des soudures de pièces épaisses par passes multiples quand l'opération de soudure est interrompue après un certain nombre de passes de soudure de sorte que l'1élé- ment peut être physiquement déplacé de la zone de soudure au laboratoire de mesure pour que des mesures puissent être réali- sées quand il existe un besoin de détermination de la distorsion avant achèvement de l'opération de soudure. Selon un premier aspect de la présente invention, celle-ci concerne un procédé de détermination de la distorsion d'un élément qui résulte du fait que l'élément est soumis à une opération de soudure. Ce procédé comprend les étapes suivantes: placer l'élément de sorte que l'élément prend une pre- mière position; obtenir des premières données de mesure de l'élément tandis que l'élément est à la première position; réaliser l'opération de soudure sur l'élément, d'o il résulte l'élément se distord et prend une seconde position; obtenir des secondes données de mesure de l'élément tandis que l'élément est disposé selon la seconde position; et calculer la distorsion de l'élément sur la base des premières données de mesure et des secondes données de mesure. Selon un autre aspect de la présente invention, celle- ci prévoit un appareil de détermination de la distorsion d'un élément qui résulte du fait que l'élément à été soumis à une opération de soudure. Cet appareil comprend: une torche de soudure; un détecteur pour détecter la distance entre l'élément et le détecteur et produire des signaux de distance en réponse, le détecteur étant fixé selon une relation de position déterminée par rapport à la torche de soudure; et un système d'ordinateur pour recevoir des signaux de distance du détecteur et produire des valeurs de distorsion sur la base des signaux de distance. Selon un autre aspect de la présente invention, il est également prévu un appareil de détermination de la distorsion d'un élément. L'appareil comprend: une torche de soudure pour appliquer de la chaleur à l'élément de façon à amener l'élément à se distordre et à se déplacer d'une première position à une deuxième position; un détecteur pour détecter 1) un ensemble de premières distances entre l'élément et le détecteur tandis que l'élément est disposé à la première position, et 2) un ensemble de secondes distances entre l'élément et le détecteur tandis que l'élément est disposé à la seconde position; et un système d'ordinateur pour produire un ensemble de valeurs de distorsion sur la base de l'ensemble de premières distances et de l'ensemble de deuxièmes distances détectés par le détecteur. Un objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil nouveaux et utiles pour mesurer in-situ la distorsion d'un élément qui résulte du fait que l'élément a été soumis à une opération de soudure. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil améliorés pour mesurer la distorsion d'un élément qui résulte du fait que l'élément a été soumis à une opération de soudure. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil pour mesurer la distorsion d'un élément soudé qui ne soient pas fastidieux, longs et incommodes. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil pour mesurer la distorsion d'un élément soudé qui soient très précis. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil pour mesurer la distorsion d'un élément soudé qui puissent être utilisés pour contrôler des paramètres de soudure et une séquence de soudure (c'est-à-dire une commande de processus) pendant l'opération de soudure. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil de détermination de distorsion qui incorpore les caractéristiques de la présente invention, l'appareil étant représenté au-dessus d'un élément à souder; la figure 2 est une vue de côté de l'élément de la figure 1 représenté (en pointillés) à une première position avant d'être soumis à une opération de soudure et également représenté (en traits pleins) à une seconde position après avoir été soumis à l'opération de soudure; la figure 3 est un schéma sous forme de blocs du détec- teur et du système d'ordinateur de l'appareil de détermination de distorsion de la figure 1; et la figure 4 est une représentation graphique d'un tracé de surface qui correspond à un ensemble de valeurs de distorsion produites par l'appareil de détermination de distorsion de la figure 1. Bien que l'invention soit susceptible de diverses modi- fications et variantes, on en a représenté à titre d'exemple dans les dessins un mode de réalisation particulier qui sera décrit ci-après en détail. On notera toutefois que ceci n'a pas pour but de limiter l'invention au mode de réalisation particulier décrit mais au contraire de couvrir toutes les modifications, équiva- lents et variantes tombant dans le domaine de l'invention telle que définie par les revendications. La figure 1 représente un appareil de détermination de distorsion 10. L'appareil de détermination de distorsion 10 est utilisé dans le cas d'une opération de soudure à arc gaz métal (GMAW). L'appareil de détermination de distorsion 10 est disposé au-dessus d'un élément 12 qui doit être soudé. L'élément 12 est représenté dans une première position après avoir été soumis à 1' opération de soudure. L'appareil de détermination de distorsion 10 comprend une torche de soudure 14 qui produit de la chaleur pour l'opéra- tion de soudure. La chaleur produite par la torche de soudure est appliquée à une zone de soudure 17 de l'élément 12. Une plaque d'appui 15 est fixée au dos d'un joint de type en simple V de l'élément 12 près de la zone de soudure 17 (voir figure 1). Un matériau de remplissage 13 est mis en fusion et déposé dans la zone de soudure 17 dans l'intervalle formant un joint de l'élé- ment 12 (voir figure 2). L'appareil de détermination de distorsion 10 comprend un robot (non représenté) qui est un robot à bras articulé à six axes. Par exemple, le robot à bras articulé à six axes fabriqué par Fanuc Robotics, Etats Unis d'Amérique, Auburn Hills, Michigan peut être utilisé dans le cadre de la présente invention. Ce robot comprend un bras de robot 15 qui est déplacé d'un emplace- ment à un autre. La torche de soudure 14 est fixé au bras de robot 15. L'appareil de détermination de distorsion 10 comprend en outre un détecteur 16 et un système d'ordinateur 18. Le détec- teur 16 est fixé selon une relation de position déterminée à la torche de soudure, conme cela est représenté en figure 1. Puisque le détecteur 16 est fixé selon une relation déterminée à la torche de soudure 14, tout déplacement de la torche de soudure 14 provoquera un déplacement correspondant du détecteur 16. Un conducteur électrique 20 couple le détecteur 16 au système d'ordinateur 18. Le détecteur 16 est un détecteur laser sans contact tel que le modèle ANL1751AC disponible auprès de Matsushita Electronics, Japon. Le système d'ordinateur 18 comprend un processeur 22, une station de travail Unix 24 et un affichage 26 (voir figure 3). Le processeur 22 est couplé à la station de travail Unix 24 tandis que la station de travail Unix est couplée à l'affichage 26. Le processeur 22 est un processeur Pentium disponible auprès de Intel Corporation Santa Clara, Californie. Conmme le représente la figure 2, l'appareil de détermi- nation de distorsion 10 acquiert des premières données de mesure de l'élément 12 tandis que l'élément 12 est disposé à la première position. En figure 2, l'élément 12 est représenté en pointillés dans la première position. La torche de soudure 14 (non représen- tée en figure 2 par souci de clarté) applique alors de la chaleur à l'élément 12 pendant une opération de soudure, d'o il résulte que l'élément 12 présente une distorsion et prend une seconde position. En figure 2, l'élément 12 est représenté dans la seconde position en traits pleins. Ensuite, l'appareil de détermination de distorsion 10 acquiert des secondes données de mesure de l'élément 12 tandis que l'élément 12 est à la seconde position. La façon dont l'appareil de détermination de distorsion acquiert les premières données de mesure tandis que l'élément 12 est disposé à la première position sera exposée plus en détail ci-après. En particulier, l'appareil de détermination de distor- sion 10 positionne le détecteur 16 au-dessus d'un point Pi situé sur l'élément 12 tandis que l'élément 12 est à la première posi- tion comme cela est représenté en figure 2. Alors, le détecteur 16 détermine une distance initiale Zi entre ce détecteur 16 et le point Pi. On notera que le point Pi est seulement l'un de nombreux points Pll à Pnm au-dessus desquels l'appareil de détermination de distorsion 10 positionne le détecteur 16 pour des mesures de distance. Les points Pll à Pnm comprennent un réseau de points comportant m points dans la direction de l'axe x et n points dans la direction de l'axe y, comme cela est repré- senté en figure 1. La façon dont l'appareil de détermination de distorsion acquiert les secondes données de mesure tandis que l'élément 12 est disposé dans la seconde position est similaire à ce qui a été exposé ci-dessus en ce qui concerne les premières données de mesure. En particulier, l'appareil de détermination de distorsion dispose le lecteur 16 au-dessus d'un point Pf disposé sur l'élément 12 tandis que l'élément est disposé à la seconde posi- tion, coummne cela est représenté dans la figure 2. Alors, le détecteur 16 détermine une distance finale entre lui-même et le point Pf. Alors, une valeur de distorsion ou de déplacement D est produite par le système d'ordinateur 18 selon la relation sui- vante: D = Zf - Zi On notera que les valeurs de distorsion sont produites pour tous les points ou noeuds d'une matrice prédéterminée sur la surface de l'élément 12 (par exemple Pl1 à Pnm - voir figure 1). La figure 3 représente plus en détail le détecteur 16 et le système d'ordinateur 18. En particulier, avant d'obtenir les mesures de distance avec le détecteur 16, certaines activités d'initialisation et d'étalonnage sont réalisés. On réalise d'abord l'étalonnage du robot. Ces données d'étalonnage sont fournies au processeur 22. Par exemple, les données d'étalonnage peuvent définir un emplacement de référence pour le point central d'outil (TCP) du robot. La pointe 23 de la torche de soudure 14 peut être le TCP du robot et l'emplacement de référence peut être au point Pl1 (voir figure 1). Deuxièmement, le système d'acquisition de données (c'est-à-dire le détecteur 16 et le système d'ordinateur 18) est mis en route. Ces données d'initialisation sont fournies au processeur 22. Par exemple, les données d'initialisation peuvent définir la distance entre les points ou noeuds (c'est-à-dire Pi) tels que 2,5 cm (1 pouce) ou 1,25 cm (1,2 pouce) de la surface de l'élément 12. Ces données d'initialisation peuvent également définir la vitesse de parcours du bras de robot 15. En outre, les données d'initialisation peuvent définir le temps de résidence du bras de robot (c'est-à-dire la durée pendant laquelle le détec- teur est disposé au-dessus d'un point Pi par le bras du robot ). Le temps de résidence du bras de robot peut être égal à 1,5 secondes. Le temps de résidence peut comprendre une période de stabilisation de 0,5 s et une période de mesure de 1 s. Ces données d'utilisation peuvent être introduites vers un logiciel (par exemple un logiciel LabView) qui est exécuté par le proces- seur 22. Troisièmement, l'étalonnage du détecteur et du bras de robot est réalisé. Les données d'étalonnage sont fournies au processeur 22. Par exemple, les données d'étalonnage peuvent définir la distance de détection du détecteur 16 (distance entre le détecteur 16 et le point Pi sur l'élément 12). La distance de détection peut être de 75,0 mm. On notera que la distance de détection est proportionnelle à la plage de détection spécifiée par le détecteur particulier pour assurer une résolution appro- priée du détecteur. En outre le détecteur 16 ne doit pas être disposé trop près de la zone de chauffage de la torche de soudure 14 pour éviter un endommagement thermique du détecteur 16. Quatrièmement, la programmation du robot est réalisée. Les données de programmation sont fournies au processeur 22. Par exemple, le robot est programmé pour positionner le détecteur 16 pour prendre des mesures au niveau de points ou noeuds prédéter- minés Pi sur la surface de l'élément 12 pendant des durées prédéterminées. On notera que le détecteur 16 ne doit pas prendre de mesures pendant le déplacement du détecteur 16 au-dessus de l'élément 12. Les mesures doivent être prises seulement quand le détecteur 16 est maintenu fixe sur un point Pi. On notera que les mesures doivent être prises après une période de stabilisation au-dessus du point Pi. Les informations de distance initiale (c'est-à-dire Zi) des points Pll à Pnm avant l'opération de soudure sont fournies à partir du détecteur 16 au processeur 22. Alors, une information de distance finale (c'est-à- dire Zf) des points Pll à Pnm après une opération de soudure est fournie au processeur 22. Les infor- mations de distances initiale et finale sont classées dans des fichiers de données qui sont alors transférés vers la station de travail Unix 24, et la station de travail Unix 24 calcule la valeur de distorsion D selon la formule suivante: D = Zf - Zi Il faut à nouveau noter que les valeurs de distorsion sont produites pour tous les points ou plusieurs points d'une matrice prédéterminée sur la surface de l'élément 12 (par exemple Pl1 à Pnm - voir figure 1). Une fois que les valeurs de distorsion ont été pro- duites pour tous les points de la matrice prédéterminée sur la surface de l'élément 12, ces valeurs sont affichées en tant que tracé de surface 20 sur l'affichage 26, comme cela est représenté en figure 4. L'axe x et l'axe y du graphe de la figure 4 définis- sent ensemble l'emplacement des points ou noeuds sur l'élément 12 (par exemple P12 ou Pnm). Toutefois l'axe z du graphe de la figure 4 représente la distorsion ou déplacement de l'élément 12 en divers points ou noeuds (par exemple Pl1 à Pnm) par suite de l'opération de soudure. L'axe x et l'axe y sont mesurés en pouce tandis que l'axe z est mesuré en millimètre pour obtenir une meilleure résolution. Bien que seulement un mode de réalisation particulier de la présente invention ait été décrit, celle-ci est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la distorsion d'un élé- ment (12) qui résulte du fait que l'élément (12) est soumis à une opération de soudure, comprenant les étapes suivantes: placer l'élément (12) de sorte que l'élément (12) prend une première position; obtenir des premières données de mesure de l'élément (12) tandis que l'élément (12) est à la première position; réaliser l'opération de soudure sur l'élément (12), d'o il résulte l'élément (12) se distord et prend une seconde position; obtenir des secondes données de mesure de l'élément (12) tandis que l'élément est disposé selon la seconde position; et calculer la distorsion de l'élément (12) sur la base des premières données de mesure et des secondes données de mesure. 2. Procédé selon revendication 1, dans lequel: la première étape d'obtention de données de mesure comprend les étapes consistant à 1) positionner un détecteur (16) à un emplacement de détecteur, et 2) déterminer une première distance entre le détecteur (16) et l'élément (12) tandis que l'élément (12) est à la première position, et la seconde étape d'obtention de données de mesure comprend les étapes consistant à 1) positionner le détecteur (12) à l'emplacement de détecteur, et 2) déterminer une deuxième distance entre le détecteur (16) et l'élément (12) tandis que l'élément (12) est à la seconde position. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel: la première étape de détermination de distance comprend l'étape consistant à produire une valeur Z(initial), la deuxième étape de détermination de distance comprend l'étape consistant à produire une valeur Z(final), et l'étape de calcul comprend l'étape consistant à sous- traire la valeur Z(initial) de la valeur Z(final) de façon à arriver à une valeur de distorsion. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de réalisation de l'opération de soudure comprend les étapes suivantes: prévoir une torche de soudure (14), et réaliser l'opération de soudure sur l'élément (12) avec la torche de soudure (14). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la première étape d'obtention de données de mesure comprend les étapes suivantes: fixer un détecteur (16) dans une relation de position déterminée par rapport à la torche de soudure (14), et déterminer une première distance entre le détecteur (16) et l'élément (12) tandis que l'élément (12) est placé à la première position. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la deuxième étape d'obtention de données de mesure comprend l'étape consistant à déterminer une deuxième distance entre le détecteur (16) et l'élément (12) tandis que l'élément (12) est placé à la seconde position. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de calcul comprend l'étape consistant à produire plu- sieurs valeurs de distorsion sur la base des premières données de mesure et des secondes données de mesure. 8. Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre les étapes d'affichage d'un graphe de surface (28) sur un écran d'affichage (26) qui correspond à la pluralité de valeurs de distorsion. 9. Appareil de détermination de distorsion d'un élément (12) qui résulte du fait que l'élément (12) a été soumis à une opération de soudure, comprenant: une torche de soudure (14); un détecteur (16) pour détecter la distance entre l'élément (12) et le détecteur (16) et produire des signaux de distance en réponse, le détecteur (16) étant fixé selon une relation de position déterminée par rapport à la torche de sou- dure (14); et un système d'ordinateur (18) pour recevoir des signaux de distance du détecteur (16) et produire des valeurs de distor- sion sur la base des signaux de distance. 10. Appareil selon la revendication 9, dans lequel le système d'ordinateur (18) comprend un écran d'affichage (26) pour afficher un graphe de surface (28) qui correspond aux valeurs de distorsion. 11. Appareil selon la revendication 10, dans lequel: la torche de soudure (14) produit de la chaleur qui est appliquée à une zone de soudure (17) disposée sur l'élément (12); le détecteur (16) produit 1) des signaux de distance initiale avant application de chaleur à la zone de soudure (17), et 2) des signaux de distance finale après application de chaleur à la zone de soudure (17); et le système d'ordinateur (18) produit des valeurs de distorsion sur la base des signaux de distance initiale et des signaux de distance finale. 12. Appareil selon la revendication 11, dans lequel: l'un des signaux de distance initiale est égal à une valeur Z (initial), l'un des signaux de distance finale est égal à une valeur Z(final), et l'une des valeurs de distorsion est égale à la valeur D telle que D = Z(final) - Z(initial). 13. Appareil de détermination de distorsion d'un élé- ment (12), comprenant: une torche de soudure (14) pour appliquer de la chaleur à l'élément (12) de façon à amener l'élément (12) à se distordre et à se déplacer d'une première position à une deuxième posi- tion; un détecteur (16) pour détecter 1) un ensemble de pre- mières distances entre l'élément (12) et le détecteur (16) tandis que l'élément (12) est disposé à la première position, et 2) un ensemble de secondes distances entre l'élément (12) et le détec- teur (16) tandis que l'élément (12) est disposé à la seconde position; et un système d'ordinateur (18) pour produire un ensemble de valeurs de distorsion sur la base de l'ensemble de premières distances et de l'ensemble de deuxièmes distances détectés par le détecteur (16). 14. Appareil selon la revendication 13, dans lequel le système d'ordinateur (18) comprend un écran d'affichage (26) pour afficher un graphe de surface (28) qui correspond à l'ensemble de valeurs de distorsion. 15. Appareil selon la revendication 14, dans lequel: l'ensemble de premières distances est égal à une ma- trice de valeurs Z(initial); l'ensemble de seconde distance est égal à une matrice de valeur Z(final); et l'ensemble de valeurs de distorsion est égal à une matrice de valeurs D telles que: D = Z(final) - Z(initial). 16. Appareil selon la revendication 13, dans lequel le détecteur (16) est fixé selon une relation de position déterminée à la torche de soudure (14).