Brevet FR2769529A1 — publié le 19990416

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SUIVI AUTOMATIQUE DE PRECISION ET SUR SITE DE PROFILS CURVILIGNES DE BORD DE PAROI La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de suivi automatique de précision et sur site de profils curvilignes de bord de paroi. Le secteur technique de l'invention est le domaine des systèmes de commandes adaptatifs se réglant eux-mêmes automatiquement pour obtenir un résultat donné suivant des critères prédéterminés. L'une des applications principales de l'invention est la réalisation de machines à souder automatiques permettant d'assembler au moins deux bords de paroi, par exemple métalliques, suivant des profils communs comportant au moins un tronçon curviligne dont les caractéristiques sont parfaitement déterminées, ledit assemblage par soudage devant être réalisé bien entendu sur site, tel que par exemple dans des cuves de réservoirs. On connaît à ce jour différentes machines automatiques pouvant répondre à l'application ci-dessus telle que celle décrite dans la demande de brevet 2701415 publiée le 19 août 1994 et décrivant "une machine automatique de soudage in-situ suivant un profil à tronçon curviligne, et avec commande programmable d'extrapolation" déposée par la société Nouvelle Technigaz ; on se référera utilement à la description de cette demande qui définit l'état de la technique connu alors et dont l'objectif principal est de remplacer les capteurs mécaniques à contact, utilisés dans les machines précédentes pour détecter et ajuster la position de la torche de soudage, par un télémètre de localisation : celui-ci détecte, en avant de la torche, la présence d'un tronçon curviligne et détermine sa position dès que la différence de la mesure d'altitude relevée par rapport à celle d'une partie plate de la paroi dépasse un seuil donné une fois la position du tronçon curviligne ainsi déterminée, la torche de soudage est déplacée, par extrapolation numérique circulaire entre différents points successifs du tronçon, grâce à des actionneurs, d'une part linéaires et donc de translation suivant les axes principaux, et d'autre part deux actionneurs circulaires montés en bout du dispositif pour assurer la rotation de la torche entre deux dits points de passage voisins en suivant l'extrapolation numérique circulaire définie précédemment. D'autres caractéristiques sont définies dans ce document antérieur, mais on peut considérer que le résultat obtenu, en terme de précision et d'efficacité de soudure, peut être encore amélioré, en particulier au niveau de la détermination de la position du tronçon curviligne et pour le suivi du profil de celui-ci, ce qui est l'objet de la présente invention en effet une différence même faible de position d'extrémité de torche par rapport à celle définie pour les paramètres de soudage "idéaux" pour une bonne soudure peut donner une mauvaise soudure. Par ailleurs, on connaît différents autres systèmes de soudage assistés par ordinateur et programmable dont certains ont fait l'objet également de demandes de brevet telles que celle EP 520893 publiée le 30 décembre 1992, déposée par le Commissariat à l'Energie Atomique et intitulée "procédé et système de soudage assistés par ordinateur, basés sur la vision de la scène de soudage", ou encore la demande de brevet EP 512583 publiée le 11 novembre 1992, déposée par les sociétés Hitachi Construction Machinery et Shin Meiwa Industry et intitulée "procédé et dispositif pour contrôler un robot de soudage". Le problème posé est en effet de pouvoir réaliser un dispositif de suivi automatique de profils curvilignes de paroi, avec précision et sur chantier, afin de pouvoir, d'une part réaliser par exemple en tant qu'application principale un soudage de bords de parois entre eux avec une efficacité et un rendement optimum, évitant au maximum bien entendu les défauts de soudure, et d'autre part de pouvoir effectuer toute mesure le long dudit bord afin en particulier de contrôler ladite soudure ; le problème de base pour effectuer ainsi une très bonne soudure, en particulier à l'arc, est de bien positionner l'extrémité active de la torche de soudage par rapport à tous les points de chaque tronçon ou profil curviligne, et cela en continu afin que la distance et l'angle de l'extrémité de la torche par rapport au point à souder correspondent exactement aux paramètres de soudage pour que l'arc électrique alors créé soit exactement celui recherché : la précision du positionnement latéral de l'électrode de soudage doit être de plus ou moins 0,1 mm, les sytèmes connus n'ayant pas une précision meilleure que plus ou moins 0,3 mm. Une solution au problème posé est un procédé de suivi automatique de précision et sur site de profils curvilignes de bord de paroi, utilisant un chariot se déplaçant suivant un axe XX' parallèlement audit bord, le long d'un rail fixé sur ladite paroi, et portant au moins un bras latéral mobile portant le support d'au moins un outil d'intervention tel qu'une torche de soudure, sur ledit profil, et au moins un télémètre de mesure de distance, avec la paroi en amont dudit outil l ; l'ensemble est contrôlé par un dispositif de commande programmable comprenant au moins des mémoires dans lesquelles sont enregistrées les caractéristiques géométriques des profils curvilignes de la paroi et au moins celles du chariot, du bras, de l'outil etc... ; le procédé suivant l'invention est alors tel que - on mesure en permanence pendant l'avancement du chariot sur le rail l'altitude h dudit télémètre par rapport à la surface de la paroi située en dessous de lui quand à partir d'une partie plane de la paroi pour laquelle h est donc constant, ladite altitude h diminue au-delà d'une valeur donnée, pour éliminer toute déformation ponctuelle de la paroi, on attend qu'elle augmente à nouveau en enregistrant précisément en continu les valeurs d'altitude successivement relevées en fonction de la distance parcourue par ledit télémètre et donc le chariot - on détermine ainsi la position exacte par rapport au chariot et suivant l'axe XX' du point haut maximum de chaque profil le plus proche et; - on en déduit à partir des enregistrements des caractéristiques géométriques du profil et de celles du chariot, bras et outil, la position précise dudit outil et de toute partie de celui-ci par rapport à tout point dudit profil. L'objectif de la présente invention est également atteint par la réalisation particulière de la cinématique du mouvement de la partie active de l'outil qui peut être en particulier bien sûr, dans l'application principale de l'invention, l'extrémité d'une torche de soudage, et telle que - on monte en rotation d'une part suivant un angle a une des extrémités dudit bras mobile sur ledit chariot, et d'autre part à l'autre extrémité dudit bras le support de l'outil, suivant un angle a par rapport au bras - on détermine lesdits angles a et B et la position du chariot suivant l'axe XX' pour que la partie active de l'outil soit située à une distance e donnée par rapport à un point donné M du profil et suivant un angle donné T par rapport à la tangente au profil en ce point M. Une telle cinématique permet de positionner la partie active, tel que l'extrémité de l'outil, en tout point, successivement, en continu en suivant toute courbe donnée ; ainsi s'il on veut assembler entre eux deux bords de paroi avec une torche de soudage, on découpe suivant l'invention l'ensemble des profils de la paroi, suivant la direction d'axe XX', en différentes zones, à l'intérieur desquelles on définit des paramètres constants de soudage préenregistrés dans les mémoires du dispositif de commande et on positionne et on déplace l'extrémité de la torche en suivant en continu et précisément la courbe dudit profil, et en respectant lesdites valeurs e et T qui font partie desdits paramètres de soudage, en chaque point successif du profil, grâce à la cinématique de la présente invention. Dans un mode préférentiel de réalisation, on programme suivant une loi de variation donnée les vitesses de transition des paramètres de soudage, entre deux zones successives de paramètres de soudage constants, tel que par exemple à vitesse constante pour des transitions linéaires. Suivant la présente invention, on monte sur le support de l'outil un capteur de mesure de toute caractéristique que l'on souhaite relever en continu le long du profil de la paroi, tel que par exemple un système de vision qui peut permettre entre autre de contrôler la position latérale du bord de la paroi à assembler par rapport à l'extrémité de la torche de soudage, perpendiculairement à l'axe XX' de déplacement : il est alors possible de déplacer suivant cet axe perpendiculaire, le support de la torche à souder par rapport au chariot porteur si la différence entre la position relevée dudit bord par rapport à la position de l'extrémité de la torche de soudage dépasse un seuil donné. Avec un tel système de vision et/ou tout autre capteur de mesure, il est également possible après soudure de déplacer le chariot dans la direction opposée à celle du déplacement du chariot suivant l'axe XX' lors de la soudure, et on relève alors précisément toute caractéristique voulue du cordon de soudure par tout capteur correspondant adapté et que l'on déplace plus ou moins vite, à distance et avec des angles donnés suivant les zones contrôlées ; on peut ainsi par exemple avec le même capteur mesurer la position latérale de ce cordon par rapport à celle du bord de paroi avant soudure, et effectuer tout contrôle profilomètrique de la soudure. Grâce également à l'utilisation d'un système de vision, on peut relever avant soudure l'écartement des bords de paroi à assembler dans le plan vertical et suivant le relevé ainsi obtenu, au-delà par exemple d'une certaine valeur donnée, on modifie les paramètres de soudage afin d'être sûr que les bords soient quand même toujours bien soudés, et si l'écartement est trop important on arrête le soudage ; ceci peut être considéré comme étant un soudage autoadaptatif qui est soit programmé, soit réalisé en cours de soudage par une intervention de l'opérateur à partir d'une alarme qui l'aurait alors prévenu ; le système de vision doit bien sûr être dans ce cas tridimensionnel et de grande précision. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux citer ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description et les figures ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif ; d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention, sachant également que celle-ci peut avoir d'autres applications que le soudage de parois, chaque fois que des opérations utilisant un outil spécifique nécessitent un suivi de profils curvilignes dans l'espace, avec une bonne précision de positionnement de l'outil, telles que par exemple : la dépose de joint de colle sur des pièces à profils curvilignes, l'usinage de chanfrein avant soudure de tôle nervurée assez épaisse, puis le soudage de telle tôle par des procédés de soudage qui ne sont pas alors à arc mais de type MIG, le pointage de tôle nervurée, le contrôle non destructif tel que déjà évoqué précédemment avec différents capteurs tels qu'ultrasons etc... La figure 1 est une vue perspective d'un dispositif suivant l'invention, monté sur une paroi de tôle à profils ou tronçons curvilignes. La figure 2 est une vue latérale schématique de la cinématique du dispositif suivant l'invention. La figure 3 est une représentation d'un tronçon ou profil curviligne de bord de paroi à souder et découpé en différentes zones de soudage Les figures 4 sont des vues successives de la position du dispositif suivant l'invention lors d'une opération de soudage autour d'un tronçon ou profil curviligne. Le dispositif de suivi automatique de précision et sur site de profils 2 curvilignes de paroi 1 comporte au moins un chariot 5 se déplaçant suivant un axe XX' le long d'un rail 4 et portant au moins un bras 9 latéral mobile portant lui-même un support 10 d'au moins un outil 8 d'intervention sur lesdits profils 2, au moins un télémètre 6 de mesure de distance en amont dudit outil 8 ; un dispositif de commande programmable comprend au moins des mémoires dans lesquelles sont enregistrées les caractéristiques géométriques des profils curvilignes de la paroi et au moins celles du chariot 5, du bras 9, de l'outil 8 etc... ledit bras latéral 9 est mobile en rotation d'angle a à une de ses extrémités solidaires du chariot 5, laquelle extrémité articulée 12 faisant épaule ; et le support 10 de l'outil 8, formant une sorte d'avant bras, est également monté mobile en rotation d'angle D à l'autre extrémité 13 dudit bras 9, cette extrémité 13 faisant poignée ; l'articulation 12 dudit bras 9 sur le chariot 5 est mobile linéairement suivant son axe YlY'l de rotation et permet l'écartement latéral dudit outil 8 par rapport audit chariot 5. Le dispositif de commande programmable n'est pas représenté sur les figures jointes car il ne nécessite pas de description : en effet il peut être réalisé par tout homme du métier utilisant des moyens connus de l'art antérieur et rédigeant le programme nécessaire à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention sans qu'il soit besoin d'en décrire la méthodologie dans la présente description. Suivant la représentation de la figure 2, l'extrémité 81 l'électrode de l'outil de soudage 8 doit être positionnée en M' à la distance e et suivant l'angle T par rapport à la tangente au point M considéré, de coordonnées (xm, Zm) par rapport au repère (X,Z) propre au chariot 5 cela est possible grâce à la mesure faite. par le télémètre 6 en amont dudit outil 8 et ayant permis de positionner exactement le profil curviligne 2 de paroi 1 à souder, par la connaissance exacte des coordonnées (X2, Z2) du point haut maximum P de ce profil dans le même repère (X,Z) suivant le procédé de l'invention décrit précédemment ; l'extrémité 81 de l'outil 8 est alors positionné exactement en M' grâce d'une part, à la rotation autour de l'axe YlY' d'angle a du bras 9 par rapport au chariot 5, et à la rotation d'angle ss de l'avant bras 10 autour de l'axe Y2'Y2 par rapport à l'autre extrémité du bras 9, et d'autre part au contrôle de l'avancement xi du chariot 5 suivant l'axe XX'. Ainsi comme on peut le noter sur les figures 4A à 4E qui montrent différentes positions du dispositif suivant l'invention depuis un coté de l'onde ou profil curviligne 2 sur la figure 4A jusqu'à l'autre coté de la même onde profil tronçon 2 suivant la figure 4E ; on remarquera que les variations des angles a et ss sont au maximum de 180 chacun et même en fait plutôt 120 , ce qui est parfaitement réalisable par des actionneurs rotatifs dont on peut déterminer et piloter la position de rotation exacte. L'inclinaison de la torche de soudage 8 par rapport à la verticale dans le plan perpendiculaire à la direction XX' et donc perpendiculaire au plan de la figure 2 est fixée lors de l'opération de soudure suivant un angle qui est soit nul, soit légèrement incliné suivant les caractéristiques données par le constructeur de la torche 8 ; il est également possible pour suivre les variations latérales perpendiculaires à l'axe XX' du bord 3 à assembler de déplacer l'articulation 12 et donc l'ensemble du bras support 9 et de l'outil 8, par rapport au chariot 5 grâce à un vérin linéaire dispose suivant l'axe YIY'I. Suivant la représentation du profil curviligne 2 de la figure 3, on a représenté son découpage en différentes zones élémentaires 12 à l'intérieur desquelles chaque jeu de paramètres de soudage est constant, ce qui simplifie la programmation du dispositif ; le nombre de telles zones découpées peut être jusqu'à une trentaine environ et délimité entre deux points 14 successifs autour desquels on programme des vitesses constantes de transition des paramètres de soudage entre les deux zones 12 à paramètres de soudage constants qu'ils séparent. L'ensemble dudit profil ou tronçon curviligne 2 étant géométriquement défini et mis en mémoire du dispositif de commande, par les coordonnées (x,z) de 200 à 500 de ses points qui sont lissés bien sûr ensuite entre eux pour assurer le pilotage du déplacement de l'extrémité 81 de la torche : cela représente de l'ordre d'une dizaine de points pour chaque zone 12. Du fait de la cinématique des différents composants du dispositif suivant l'invention, le chariot 5, le bras 9 et l'avant bras 10 support d'outil 8 peuvent être disposés et positionnés indifféremment à gauche ou à droite du joint de soudure à réaliser, grâce à la réversibilité totale des mouvements et des trajectoires de ces différents composants du dispositif. Par ailleurs, ledit rail 4 support du chariot 5 comporte des ventouses à dépression aptes à fixer ledit rail 4 sur toute surface plane li de parois en chevauchant tous profils 2 curvilignes ce celles-ci. Pour éviter lors d'un choc de l'outil 8 sur un obstacle ou en cas de collage de la soudure, ce qui forcerait sur les différentes fixations et articulations du dispositif, et diminuerait bien entendu la précision de positionnement de l'outil 8 lors des interventions ultérieures, le dispositif suivant l'invention comporte au niveau de l'avant bras 10 support de l'outil, une interface 11 de fixation de celui-ci réalisée avec tout système limitateur de couple 1 1 : ce limitateur de couple peut être constitué, par exemple, par un plateau garni de plots magnétiques solidaires de l'avant bras 10 et sur lesquels se fixe, par aimantation, une pièce compatible porteuse de l'outil. Ainsi en cas de collage d'électrode ou de choc sur la torche 8, celle-ci ou l'outil subit un effort anormal qui provoque une augmentation importante du couple de maintien au niveau de l'interface de fixation 11 : au-dessus d'une valeur donnée, le limitateur de couple se sépare et l'outil se désolidarise du chariot 5, protégeant ainsi les articulations contre les sur-efforts. De plus un tel dispositif permet un changement rapide de l'outil et/ou le montage d'un autre outil spécifique pour d'autres applications particulières avec le même chariot. En effet en dehors de la torche de soudage 8, comme indiqué précédemment, il peut être installé différents outils de mesure et de contrôle de la paroi 1, soit avec celle-ci sur le même support 10, tel que le système de vision 7, soit à la place de celleci. REVENDICATIONS 1. Procédé de suivi automatique de précision et sur site de profils (2) curvilignes de bord (3) de paroi (1), utilisant un chariot (5) se déplaçant suivant un axe (XX') parallèlement audit bord (3) le long d'un rail (4) fixé sur ladite paroi (1), et portant au moins un bras latéral (9) mobile portant le support (10) d'au moins un outil d'intervention (8) sur ledit profil (2), et au moins un télémètre (6) de mesure de distance avec la paroi (1) en amont dudit outil, l'ensemble étant contrôlé par un dispositif de commande programmable comprenant au moins des mémoires dans lesquelles sont enregistrées les caractéristiques géométriques des profils curvilignes (2) de la paroi (1) et au moins celles du chariot (5), du bras (9), et de l'outil, caractérisé en ce que - on mesure en permanence pendant l'avancement du chariot (5) sur le rail (4) l'altitude (h) dudit télémètre (6) par rapport à la surface de la paroi (1) située en dessous de lui - on détermine ainsi la position exacte, par rapport au chariot (5) et suivant l'axe (XX'), du point haut maximum (21) de chaque profil (2) le plus proche en avant du chariot (5) - on en déduit à partir des enregistrements des caractéristiques géométriques du profil (2) et de celles du chariot, bras et outil, la position précise dudit outil (8) par rapport à tout point dudit profil (2). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que - on monte en rotation d'une part suivant un angle (a) une des extrémités dudit bras mobile (9) sur ledit chariot (5), et d'autre part à l'autre extrémité dudit bras (9) le support (10) de l'outil suivant un angle (ss) par rapport au bras (9); - on détermine lesdits angles (a) et (ss) et la position du chariot (5) suivant l'axe (XX') pour que la partie active (81) de l'outil soit située à une distance (e) donnée par rapport à un point donné M du profil (2) et suivant un angle donné (T) par rapport à la tangente au profil (2) en ce point M. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que - on utilise comme outil une torche (8) de soudage pour assembler entre eux deux bords (3) de paroi (1); - on découpe l'ensemble du profil (2) de la paroi (1) suivant la direction d'axe (XX') en différentes zones (12) à l'intérieur desquelles on définit des paramètres constants de soudage préenregistrés dans les mémoires de dispositif de commande - on positionne et on déplace l'extrémité de la torche (8) en suivant en continu et précisément la courbe du profil (2), et en respectant lesdites valeurs (e) et (T) qui font partie desdits paramètres de soudage, en chaque point successif du profil (2). 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en qu'on programme des vitesses constantes de transition des paramètres de soudage, entre deux zones (12) successives à paramètres de soudage constants. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on monte sur le support (10) de l'outil un capteur de mesure (7) de toute caractéristique que l'on souhaite relever en continu le long de la paroi (1). 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit capteur de mesure est un système de vision (7) 7. Procédé suivant la revendication 6 et l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on contrôle la position latérale perpendiculairement à l'axe (XX'), de l'extrémité de la torche (8) de soudage par rapport au bord (3) de la paroi à souder , et on déplace perpendiculairement à l'axe (XX') le support (10) de la torche (8) par rapport au chariot (5) si la différence entre la position relevée dudit bord (3) par rapport à la position de l'extrémité de la torche de soudage (8) dépasse un seuil donné. 8. Procédé suivant la revendication 6 et l'une quelconque des revendications 3 à 4 et 7, caractérisé en ce qu'on modifie les paramètres de soudage en fonction du jeu relevé entre les deux bords (3) de paroi (1) par ledit système de vision (7). 9. Procédé suivant la revendication 5 et l'une quelconque des revendications 3, 4 ,6, 7 et 8, caractérisé en ce qu' après soudage on déplace ledit chariot (5) dans la direction opposée suivant l'axe (XX') à celle du déplacement du chariot lors de la soudure, et on relève précisément toute caractéristique voulue du cordon de soudure par tout capteur (7) correspondant adapté. 10. Dispositif de suivi automatique de précision et sur site de profils (2) curvilignes de paroi (1), comportant au moins un chariot (5) se déplaçant suivant un axe (XX') le long d'un rail (4) et portant au moins un bras latéral (9) mobile portant lui-même un support (10) d'au moins un outil (8) d'intervention sur lesdits profils (2), au moins un télémètre (6) de mesure de distance en amont dudit outil, et un dispositif de commande programmable comprenant au moins des mémoires dans lesquelles sont enregistrées les caractéristiques géométriques des profils curvilignes (2) de la paroi (1) et au moins celles du chariot (5), du bras (9), de l'outil (8) etc..., caractérisé en ce que ledit bras latéral (9) est mobile en rotation d'angle (a) à son extrémité solidaire du chariot (5), et le support (10) de l'outil, formant avant bras, est également monté mobile en rotation d'angle (ss) à l'autre extrémité dudit bras (9), l'articulation dudit bras (9) sur le chariot étant mobile linéairement suivant son axe (Y1Y'1) de rotation et permettant l'écartement dudit outil par rapport audit chariot. 11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ledit rail (4) comporte des ventouses à dépression aptes à fixer ledit rail (4) sur toute surface plane (lui) de parois en chevauchant tous profils (2) curvilignes ce celles-ci. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en qu'il comporte au niveau de l'avant bras (10) support de l'outil une interface (11) de fixation de celui-ci réalisée avec tout système limiteur de couple. 13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que ledit limiteur de couple (11) est constitué par un plateau garni de plots magnétiques solidaires de l'avant bras (10) et sur lesquels se fixent par aimantation une pièce compatible porteuse de l'outil. 14. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que ledit outil est une torche (8) de soudage à arc.