Brevet FR2788012A1 — publié le 20000707

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de positionnement de flans de tôle devant être soudés bord à bord, à l'aide d'un faisceau à haute densité d'énergie. La mise en place préalable des flans de tôles à souder est une étape cruciale de nombreux procédés industriels de soudage, en particulier dans le domaine de l'automobile. Ces procédés sont généralement automatisés et mis en oeuvre en continu, à des cadences de production élevées. Pour que le soudage ultérieur soit de bonne qualité, il est impératif que les tôles soient positionnées, accostées bord à bord (leur face inférieure ou supérieure étant positionnée dans le même plan) et de réduire le jeu inévitable lié aux imperfections de découpe en exerçant un effort visant à rapprocher les tôles entre elles. En effet, si ce jeu est trop important le cordon de joint peut s'effondrer, diminuant la résistance mécanique de l'ensemble, ce qui n'est pas acceptable. Un procédé de positionnement connu consiste à introduire un premier flan de tôle dans le dispositif de soudage, puis à positionner son bord devant être soudé dans le plan de joint. Le deuxième flan de tôle est ensuite introduit et accosté contre le premier flan de tôle. Ces procédés nécessitent l'utilisation d'une butée centrale de référence, placée au coeur du dispositif de soudage, contre laquelle le premier flan de tôle à souder est positionné. La butée centrale est ensuite escamotée afin de permettre l'accostage du deuxième flan de tôle contre le premier. Le faisceau à haute densité d'énergie utilisé pour le soudage est placé dans le plan de joint des deux flans de tôle, à la verticale de la butée centrale lorsqu'elle est en position. Ce type de procédé pose cependant un certain nombre de problèmes liés à l'utilisation de la butée centrale escamotable. En effet, celle-ci s'encrasse rapidement car les tôles à souder sont recouvertes 2 2788012 d'huiles et de produits divers qui vont être dégradés sous l'action du faisceau à haute densité d'énergie et se déposer ensuite sur elle. Cet encrassement entraîne des baisses de productivité importantes, pouvant aller jusqu'à 30%, en raison des démontages fréquents nécessaires pour nettoyer les dispositifs. En outre, I'espace situé sous le joint, à son voisinage, doit accueillir non seulement cette butée mais aussi des moyens assurant une fonction de puits thermique, ce qui empêche d'y placer d'autres équipements permettant d'améliorer la qualité de la soudure. Enfin, ce procédé exige un degré de précision très poussé dans la réalisation et le réglage des parties mécaniques, en particulier en ce qui concerne la rectitude de la butée centrale et la rectitude du système de guidage du faisceau de soudage, ce qui représente un surcoût important. Le procédé et le dispositif selon l'invention ont donc essentiellement pour but de remédier aux inconvénients susmentionnés des procédés et équipements connus. A cet effet, un premier objet de l'invention est constitué par un procédé de positionnement d'au moins deux flans de tôle destinés à être soudés bord à bord au moyen d'un dispositif de soudage par faisceau à haute densité d'énergie, lesdites tôles étant associées à un plan de joint lorsqu'elles sont assemblées bord à bord, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: a) positionner un premier flan de tôle dans un plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport audit plan de joint; b) mémoriser la position dudit flan de tôle, obtenue à l'issue de l'étape a); c) amener le bord à souder du premier flan de tôle dans le plan de joint desdits flans de tôle, à l'intérieur du dispositif de soudage, d) brider le premier flan de tôle; e) introduire un deuxième flan de tôle dans le dispositif de soudage; f) accoster le deuxième flan de tôle contre le premier flan de tôle. Ce procédé permet de ne plus faire appel à une butée centrale 3 2788012 classique, éliminant par là même l'ensemble des problèmes liés à son utilisation. En effet, le positionnement du premier flan de tôle, pour que le bord à souder de ce premier flan de tôle se trouve dans un plan de référence en relation préderminée par rapport au plan de joint desdits flans de tôle, se fait en dehors du dispositif de soudage. Les moyens nécessaires à ce positionnement ne sont donc plus situés à proximité du faisceau de soudage, et voient ainsi leur encrassement supprimé. Dans un premier mode de réalisation particulier du procédé, le positionnement est effectué dans un plan de référence parallèle au plan de joint. Dans un deuxième mode de réalisation particulier, le positionnement est effectué dans un plan de référence orthogonal au plan de joint, la tôle ainsi positionnée étant ramenée par rotation, éventuellement suivie d'une translation, dans une position telle que son bord à souder soit parallèle au plan de joint. Ces deux plans de référence présentent l'intérêt d'être bien définis. Un second objet de l'invention est un dispositif de positionnement d'au moins deux flans de tôle, destinés à être soudés bord à bord au moyen d'un dispositif de soudage par faisceau à haute densité d'énergie, lesdites tôles étant associées à un plan de joint lorsqu'elles sont assemblées bord à bord, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens de positionnement du bord à souder du premier flan de tôle, dans un plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport audit plan de joint, lesdits moyens n'étant pas situés au sein du dispositif de soudage, - des moyens de mémorisation de la position du premier flan de tôle, - des moyens d'introduction du premier flan de tôle dans le dispositif de soudage, - des moyens de bridage dudit premier flan de tôle, - des moyens d'introduction d'un deuxième flan de tôle dans le dispositif de soudage, des moyens de positionnement de la surface inférieure du 4 2788012 premier et du deuxième flan de tôle dans un plan perpendiculaire au plan de joint. Grâce à ce dispositif ne comportant pas de butée centrale, les moyens nécessaires au positionnement du bord à souder du premier flan de tôle, dans un plan dans un plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport au plan de joint, ne sont plus situés au sein du dispositif de soudage, ce qui supprime leur encrassement. Dans un mode de réalisation préféré, ces moyens de positionnement du bord à souder du premier flan de tôle, dans un plan dans un plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport au plan de joint, comprennent une poutre de positionnement parallèle audit plan de joint. Dans un mode de réalisation plus particulièrement préféré, cette poutre de positionnement porte au moins une butée latérale amovible. Ce mode de réalisation particulier présente l'avantage de pouvoir adapter le dispositif de positionnement à des pièces ayant des implantations machine et/ou des entraxes différents en changeant, de façon rapide et simple, la butée latérale. Dans un autre mode de réalisation préféré, les moyens de positionnement du bord à souder du premier flan de tôle, dans un plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport au plan de joint, comprennent un robot de préhension muni de ventouses mobiles dans le plan des flans de tôle. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens d'introduction du premier flan de tôle dans le dispositif de soudage et les moyens de mémorisation de la position du premier flan de tôle à l'issue de son positionnement, de manière à ce que son bord à souder soit dans un plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport au plan de joint, sont constitués par une table mobile munie d'un dispositif de mémorisation de position magnétique ou mécanique. Ce mode de réalisation particulier permet de simplifier le dispositif en diminuant le nombre d'organes nécessaires. 2788012 Dans un autre mode de réalisation préféré, les moyens d'introduction du premier flan de tôle dans le dispositif de soudage sont constitués par une table mobile, munie ou non d'un dispositif de mémorisation, et qui présente un chanfrein le long de son arête supérieure située au voisinage du bord à souder du premier flan de tôle. Ce chanfrein permet le guidage du deuxième flan de tôle lors de l'accostage. Un autre avantage du dispositif selon l'invention est que l'espace central au voisinage du joint, et sous celui-ci peut désormais être consacré à d'autres fonctions. Ainsi, dans un mode de réalisation préféré, il est possible d'insérer des moyens mobiles de nettoyage automatisé de la zone de soudage sujette à l'encrassement, de part de d'autre du plan de joint. Dans un autre mode de réalisation préféré, on peut assurer une protection gazeuse envers du joint lors du soudage, à l'aide de moyens d'insufflation de gaz placés au sein du dispositif de soudage, sous la surface inférieure des flans de tôle devant être soudés. Dans un autre mode de réalisation préféré, on peut placer des moyens de contrôle du joint sur la face envers, au sein du dispositif de soudage, sous la surface inférieure des flans de tôle devant être soudés. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré du dispositif selon l'invention, on prévoit en outre des moyens anti-chevauchement des deux flans de tôle devant être soudés. En effet, lorsqu'on accoste le deuxième flan de tôle sur le premier, il peut arriver que, sous la violence de cet accostage, le deuxième flan de tôle chevauche en partie ou en totalité le premier flan de tôle, rendant ainsi le soudage impossible. Dans un mode de réalisation plus particulièrement préféré du dispositif selon l'invention, ces moyens anti-chevauchement font partie intégrante des moyens de bridage du premier flan de tôle, ce qui permet d'accoster le second flan de tôle avant la mise en oeuvre d'éventuels moyens de clampage de ce premier flan de tôle. Ce mode de réalisation particulier, outre la simplification qu'il entraîne, permet dès lors de réduire le temps de cycle lors de l'utilisation du dispositif de positionnement selon 6 2788012 I'invention. On choisit, de préférence, comme premier flan de tôle, le plus épais, ceci afin de faciliter l'accostage ultérieur du deuxième flan de tôle. Mais, il peut être nécessaire que le deuxième flan de tôle soit le plus épais. Dans ce cas, on utilisera de préférence un mode de réalisation particulier dans lequel les moyens anti- chevauchement comprennent une pièce comportant une face inférieure plane surplombée par une projection, du côté le plus proche du faisceau de soudage, ladite projection présentant sur sa face inférieure un dégagement. Ce dégagement a une hauteur inférieure à I'épaisseur du deuxième flan de tôle, afin d'empêcher le chevauchement, et supérieure à la différence d'épaisseurs des deux flans de tôle, afin de permettre l'approche et l'accostage du deuxième flan de tôle. Enfin, un autre avantage du dispositif selon l'invention est qu'il peut comprendre, dans un mode de réalisation préféré, des moyens de contrôle du positionnement du faisceau de soudage dans le plan de joint des deux flans de tôle. L'utilisation de ces moyens permet de s'affranchir des contraintes de précision mécanique précédemment évoqués, ainsi que de leur maintien dans le temps, dont le coût est très important. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention donnée à titre d'exemple en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, au stade du positionnement du bord à souder du premier flan de tôle dans un plan parallèle au plan de joint des flans de tôle; - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de la figure 1, au stade de l'accostage du deuxième flan de tôle sur le premier; - la figure 3 est une vue en coupe du dispositif de la figure 1, après accostage et avant clampage des flans de tôle; et - la figure 4 est une vue agrandie en coupe d'un détail de la figure 2, présentant la zone d'accostage des flans de tôle. Pour fixer les idées, et sans que cela soit limitatif en quoi que ce soit de la portée de l'invention, on se placera dans un mode de réalisation particulier de l'invention, pour lequel le positionnement d'un des flans de tôle est effectué dans un plan parallèle au plan de joint. Comme on peut le voir en figure 1, le dispositif selon l'invention comprend une table mobile 1, qui est située initialement en dehors du dispositif de soudage proprement dit, et peut notamment se déplacer perpendiculairement au plan de joint P des deux flans de tôle 2 et 3 à souder. On peut voir sur la figure 4 que la table mobile 1 comporte un chanfrein 10 le long de son arête supérieure située au voisinage du bord 2a à souder du premier flan de tôle 2. Le dispositif comprend également une poutre de positionnement 4, à l'extérieur du dispositif de soudage, parallèle audit plan de joint P et définissant un plan de référence pour le positionnement. Cette poutre 4 a sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle et porte, sur sa face verticale la plus éloignée du dispositif de soudage, une butée latérale 5. L'ensemble constitué par la poutre 4 et la butée 5 peut être escamoté vers le haut par des moyens de commande non représentés. Dans sa position initiale, I'ensemble est à la hauteur de la table 1, entre celle-ci et le dispositif de soudage. Le dispositif comprend en outre un robot de préhension (non représenté) situé au-dessus de la table 1 et muni de ventouses mobiles dans le plan de deux flans de tôle 2 et 3 devant être soudés. Ce robot, la poutre 4 et la butée 5 constituent les moyens de positionnement du bord à souder 2a du premier flan de tôle 2, dans un plan parallèle au plan de joint P desdits flans de tôle 2 et 3. Comme on peut le voir en figure 1 et 3, le dispositif comprend aussi deux systèmes de clampage inférieurs 6a et 6a', et deux systèmes de clampage supérieurs 6b et 6b' pour le clampage du premier flan de tôle 2. Les systèmes de clampage inférieurs 6a et 6a' aident également à positionner la surface inférieure du premier flan de tôle 2 dans un plan horizontal, perpendiculaire au plan de joint P. 8 2788012 De la même façon, le dispositif comprend un système de clampage inférieur 7a, et un système de clampage supérieur 7b pour le clampage du deuxième flan de tôle 3. Ces systèmes de clampage sont analogues aux systèmes de clampage utilisés pour le premier flan de tôle 2. Le système de clampage inférieur 7a aide également à positionner la surface inférieure du deuxième flan de tôle 3 dans le même plan horizontal que celui de la surface inférieure du premier flan de tôle 2, ce qui permet d'assurer la coplanéité de ces surfaces après soudure. Comme on peut le voir sur la figure 3, le dispositif comprend également une pièce 8 anti-chevauchement, assurant également le bridage du premier flan de tôle 2. Cette pièce 8 peut être escamotée vers le haut et vers l'arrière par des moyens de commande non représentés. La figure 4 présente une vue agrandie de la figure 2, dans la zone o a lieu l'accostage. Le flans de tôle 3 est plus épais que le flan de tôle 2. On peut voir sur cette figure la pièce 8 qui comporte une face inférieure plane surplombée par une projection 11, du côté le plus proche du faisceau de soudage, ladite projection présentant sur sa face inférieure un dégagement 12 ayant une hauteur inférieure à l'épaisseur du deuxième flan de tôle 3 et supérieure à la différence d'épaisseurs des flans de tôle 2 et 3. Cette pièce 8, lorsqu'elle est en position basse d'utilisation, est située entre les systèmes de clampage supérieurs 6b et 6b', au-dessus du plan de la table 1. On va à présent décrire le fonctionnement du dispositif selon l'invention. La première phase du cycle a lieu en dehors du dispositif de soudage. Le premier flan de tôle 2 devant être soudé est transféré sur la table mobile 1 par le robot de préhension, au moyen de ses ventouses mobiles qui amènent le flan de tôle 2 contre la poutre de positionnement 4 puis contre la butée latérale 5 portée par la poutre de positionnement 4. La position du flan de tôle 2 est alors mémorisée par les ventouses magnétiques de cette table. La mémorisation de cette position pourrait également se faire par bridage mécanique, au moyen d'une pince par exemple, ou bien encore au moyen d'une ventouse à dépression d'air. La poutre de positionnement 4 est ensuite escamotée vers le haut pour permettre le transfert de ce flan de tôle 2 vers le dispositif de soudage. La table mobile 1 effectue ce transfert afin que l'extrémité 2a à souder du premier flan de tôle 2 soit finalement placée dans le plan de joint P, dans la position o il va être soudé. La table mobile I permet ainsi d'insérer la partie à souder entre les quatre systèmes de clampage inférieurs et supérieurs 6a, 6a', 6b et 6b'. La surface inférieure du flan de tôle 2 est alors déposée dans sa position de soudage sur les systèmes de clampage inférieurs 6a et 6a', tandis que le flan de tôle 2 est toujours solidaire de la table mobile 1. Le dispositif anti-chevauchement 8, qui était jusqu'à présent en position haute afin de permettre le passage du premier flan de tôle 2, est abaissé jusqu'à venir en contact avec la surface supérieure du flan de tôle 2. Un deuxième flan de tôle 3 est en partie posé sur une table magnétique mobile 9 qui le maintient en position grâce à des ventouses magnétiques, de façon similaire au premier flan de tôle 2. La partie à souder 3a ne repose donc pas sur la table 9 comme on peut le voir sur la figure 2 et sur la figure 4. Avant d'introduire ce flan dans le dispositif de soudage, il est possible, mais pas indispensable, de positionner le bord 3a à souder à l'aide d'un dispositif de butée latérale analogue à la poutre 4 portant la butée 5. Le flan 3 est introduit à son tour au moyen de la table magnétique 9 dans le dispositif de soudage, entre le système de clampage inférieur 7a et le système de clampage supérieur 7b. La surface inférieure du flan de tôle 3 est alors déposée sur le système de clampage inférieur 7a, tandis que le flan de tôle 3 reste solidaire de la table mobile 9. La table mobile 9 entraîne ensuite le deuxième flan de tôle 3 jusqu'à ce que son extrémité à souder 3a soit mise en contact avec l'extrémité à souder 2a du premier flan de tôle 2, sur toute leur longueur. Le dispositif est alors dans la position représentée en figure 3. La projection 11 de la pièce 8 empêche tout chevauchement lors de l'accostage de ce flan de tôle 3 sur le flan de tôle 2. Le chanfrein 10 permet de guider l'accostage du flan 3, tandis que le dégagement 12 permet l'approche du flan 3. Les systèmes de clampage supérieurs 6b, 6b' et 7b prennent alors les flancs de tôle 2 et 3 dans cette position, pour assurer la réduction du jeu nécessaire au soudage, après retrait des dispositifs 1, 8 et 9. Un dispositif de suivi de joint permettra éventuellement par la suite de positionner la tête de soudage de façon plus précise dans le plan de joint P et on pourra procéder au soudage. Il va de soi que la forme de réalisation du dispositif selon l'invention décrite ci-dessus a été donnée à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, comme il a été indiqué, le positionnement d'un premier flan de tôle dans un plan de référence parallèle au plan de joint ne constitue qu'une des variantes possibles du procédé selon l'invention, variante que l'on peut qualifier de particulière. Dans un deuxième mode de réalisation particulier, le positionnement est effectué dans un plan de référence orthogonal. Ces deux plans ont l'intérêt d'être bien définis, mais tout autre plan de référence peut être utilisé, s'il existe une relation prédéterminée de position quantifiable entre ce plan de référence et le plan de joint des tôles assemblées bord à bord. Cette relation est caractérisée, de façon générale, par une matrice de rotation dans un référentiel orthonormé, éventuellement associée à un vecteur translation. il 2788012 REVENDICATIONS 1. Procédé de positionnement d'au moins deux flans de tôle (2, 3) destinés à être soudés bord à bord au moyen d'un dispositif de soudage par faisceau à haute densité d'énergie, lesdites tôles étant associées à un plan de joint lorsqu'elles sont assemblées bord à bord, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant aà. a) positionner un premier flan de tôle (2) dans un plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport audit plan de joint (P); b) mémoriser la position dudit flan de tôle (2), obtenue à l'issue de l'étape a); c) amener le bord à souder (2a) du premier flan de tôle (2) dans le plan (P) de joint desdits flans de tôle (2, 3), à l'intérieur du dispositif de soudage; d) brider le premier flan de tôle (2); e) introduire un deuxième flan de tôle (3) dans le dispositif de soudage; f) accoster le deuxième flan de tôle (3) contre le premier flan de tôle (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit plan de référence est parallèle audit plan de joint (P). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit plan de référence est orthogonal audit plan de joint (P). 4. Dispositif de positionnement d'au moins deux flans de tôle (2, 3), destinés à être soudés bord à bord au moyen d'un dispositif de soudage par faisceau à haute densité d'énergie, lesdites tôles (2, 3) étant associées à un plan de joint lorsqu'elles sont assemblées bord à bord, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens de positionnement (4, 5) du bord à souder (2a) du premier flan de tôle (2), dans un plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport audit plan de joint (P), lesdits moyens n'étant pas situés au sein du dispositif de soudage, - des moyens de mémorisation de la position du premier flan de tôle (2), - des moyens d'introduction (1) du premier flan de tôle (2) dans le dispositif de soudage, - des moyens de bridage (8) dudit premier flan de tôle (2), des moyens d'introduction (9) d'un deuxième flan de tôle (3) dans le dispositif de soudage, - des moyens de positionnement (1, 9) de la surface inférieure du premier et du deuxième flan de tôle (2, 3) dans un plan perpendiculaire au plan de joint (P). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de positionnement du bord à souder (2a) dudit premier flan de tôle (2), dans ledit plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport audit plan de joint (P), comprennent une poutre de positionnement (4), définissant ledit plan de référence. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite poutre de positionnement (4) porte au moins une butée latérale amovible (5). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de positionnement du bord à souder (2a) dudit premier flan de tôle (2) dans ledit plan de référence en relation de position prédéterminée par rapport audit plan de joint (P), comprennent un robot de préhension muni de ventouses mobiles dans le plan desdits flans de tôle (2, 3). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'introduction du premier flan de tôle (2) dans le dispositif de soudage sont constitués par une table mobile (1) 13 2788012 comportant un chanfrein (10) le long de son arête supérieure située au voisinage du bord (2a) à souder du premier flan de tôle (2). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'introduction du premier flan de tôle (2) dans le dispositif de soudage et lesdits moyens de mémorisation de la position du premier flan de tôle (2), sont constitués par une table mobile (1) munie d'un dispositif de mémorisation magnétique ou mécanique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens anti-chevauchement (8) du deuxième flan de tôle (3) sur le premier flan de tôle (2). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens anti-chevauchement (8) font partie intégrante des moyens de bridage du premier flan de tôle (2). 12. Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que lesdits moyens anti-chevauchement comprennent une pièce (8) comportant une face inférieure plane surplombée par une projection (11), du côté le plus proche du faisceau de soudage, ladite projection (11) présentant sur sa face inférieure un dégagement (12) ayant une hauteur inférieure à l'épaisseur du deuxième flan de tôle (3) et supérieure à la différence d'épaisseurs desdits flans de tôle (2, 3). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens mobiles de nettoyage automatisé de la zone de soudage sujette à l'encrassement, de part et d'autre du plan de joint (P). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'insufflation de gaz placés au sein du dispositif de soudage, sous la surface inférieure des flans de tôle (2, 3) devant être soudés. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle du joint placés au sein du dispositif de soudage, sous la surface inférieure des flans de tôle (2, 3) devant être soudés. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de contrôle du positionnement du faisceau de soudage dans le plan de joint (P) desdits flans de tôle (2, 3).