Brevet FR2786720A1 — publié le 20000609

La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point. Une telle opération de soudage est effectuée sur une machine de soudage par point qui comprend essentiellement deux électrodes mobiles respectivement reliées aux bornes de sortie d'une source de courant. Pendant l'opération de soudage de deux pièces, on les plaque l'une contre l'autre puis on applique, avec une pression prédéterminée, les extrémités en regard de chaque électrode sur leurs faces externes. On fait alors passer un courant de soudage entre les deux électrodes, lequel traverse l'épaisseur de chaque pièce pour y créer une fusion locale et le point de soudure. Une fois la soudure réalisée, on interrompt le passage du courant et on relâche la pression des électrodes sur les pièces. Le but de l'invention est de proposer un procédé d'évaluation de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point telle qu'elle vient d'être décrite. Généralement, un tel procédé d'évaluation permettra de déterminer les paramètres d'une machine de soudage d'une manière optimale. Il pourra par exemple être utilisé lorsque les électrodes de la machine de soudage sont l'objet d'une dégradation rapide au cours d'opérations de soudage successives. Cela est le cas lors du soudage, en particulier dans l'automobile, de tôle revêtue de zinc, que ce soit par galvanisation ou par électro- zingage. La dégradation rapide des électrodes entraîne le risque d'obtenir des points de soudage défectueux. On sait que cette dégradation des électrodes est due, d'une part, au fait que le zinc adhère sous forme d'une pellicule sur lesdites électrodes et, d'autre part, diffuse peu à peu dans ces électrodes. Le premier phénomène a pour effet d'augmenter la résistance de contact tôle- électrode, alors que le deuxième phénomène a pour effet de modifier la résistivité électrique de la surface de l'électrode, ainsi que ses caractéristiques mécaniques, notamment la dureté. En ce qui concerne le processus de diffusion, on a pu constater que la couche dans laquelle le zinc a diffusé est de l'ordre de 10 à 20 microns après soudage d'environ 1000 points sur une tôle électro-zinguée. Ces modifications de structure de la surface des électrodes impliquent qu'il est nécessaire de modifier les réglages de la machine, notamment le courant de soudage, afin d'éviter les risques de collage d'électrodes. La mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention pourra également permettre d'estimer ou de déduire la température à la surface de l'électrode et, de là, la 2 2786720 température du point de fusion. Si cette température est trop élevée, le courant de soudage sera diminué, et inversement si cette température est trop basse, le courant de soudage sera augmenté. Afin d'atteindre le but susmentionné, un procédé de mesure de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer l'impédance d'un volume à la surface de la partie de ladite électrode voisine de la partie susceptible d'être en contact avec une pièce à souder. Plus particulièrement, il consiste à injecter entre deux points A et B distincts d'une électrode de soudage et voisins de la partie de ladite électrode susceptible d'être en contact avec une pièce à souder un courant de mesure à haute fréquence et à mesurer, à cette fréquence, l'impédance de la partie de l'électrode parcourue par le courant de mesure injecté. La fréquence du courant injecté est par exemple comprise entre 10 MHz et 1 GHz, avantageusement entre 20 MHz et 400 MHz. La fréquence du courant injecté peut être variable. Selon une autre caractéristique de l'invention, il consiste à mesurer la tension engendrée entre les bornes d'injection dudit courant de mesure et de déduire de ladite tension, l'impédance dudit volume. Selon une variante de mise en oeuvre, il consiste à capter les ondes électromagnétiques rayonnées par ladite partie d'électrode parcourue par le courant de mesure injecté, à les détecter et à mesurer leur amplitude. Avantageusement, la mesure de l'impédance du volume de la partie de ladite électrode est utilisée pour commander des paramètres de commande de ladite machine de soudage. La mesure de l'impédance dudit volume de la partie de ladite électrode est par exemple effectuée pendant des temps d'inactivité du courant de soudage et est utilisée pour déduire les modifications structurelles dudit volume Elle peut également être effectuée pendant des temps d'activité du courant de soudage et est utilisée pour déduire la température du point de fusion des pièces à souder. La présente invention concerne également une machine à souder par points du type qui comprend au moins une électrode susceptible de se trouver en contact avec une pièce à souder à une autre pièce, ladite machine étant pourvue de moyens pour évaluer l'état de ladite électrode. Selon la présente invention, elle est caractérisée en ce que lesdits moyens d'évaluation comprennent un générateur à haute fréquence qui 3 2786720 fournit un signal à haute fréquence entre deux points distincts A et B de ladite électrode et voisins de ladite partie d'électrode susceptible de se trouver en contact avec ladite pièce à souder et un appareil de mesure de l'impédance à la fréquence de fonctionnement du générateur de la partie de ladite électrode comprise entre les points d'injection A et B et parcourue par le courant de mesure. Ledit appareil de mesure est par exemple prévu pour mesurer la tension aux bornes des points d'injection dudit courant de mesure. Selon une variante de réalisation, il est constitué d'un récepteur qui capte les ondes électro-magnétiques rayonnées par la partie d'électrode parcourue par le courant de mesure Im et qui détecte leur amplitude. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec le dessin joint représentant un schéma synoptique d'une machine à souder par points sur la présente invention. La machine à souder par points 10 représentée à la Fig. 1 comprend une source de courant de soudage 11 prévue pour délivrer le courant de soudage à deux électrodes 12 et 13. Cette machine de soudage est prévue pour souder deux pièces 21 et 22 qui sont disposées l'une contre l'autre, entre les deux électrodes 12 et 13. Une machine à souder selon l'invention comporte un générateur à haute fréquence 14 qui délivre un signal à haute fréquence entre deux points distincts A et B de l'électrode 12 dont l'état est à évaluer. Ces deux points A et B sont à une faible distance de la partie 12a de l'électrode 12 qui est susceptible d'être en contact avec une des deux pièces à souder 21 et 22. De plus, ces deux points A et B peuvent être diamétralement opposés dans le cas d'une électrode 12 cylindrique. Le générateur 14 est un générateur qui fonctionne à une fréquence relativement élevée, par exemple comprise entre 10 MNHz et I GHz, avantageusement entre 20 MHz et 400 MHz. Le signal délivré par le générateur 14 a pour résultat le passage d'un courant de mesure Im dans l'électrode. La machine à souder selon l'invention comporte encore un dispositif de mesure 15 qui est prévu pour mesurer directement ou indirectement le signal aux bornes des points A et B. Par exemple, si le générateur 14 est un générateur à courant constant, le dispositif de mesure 15 mesure la tension qui est présente entre les bornes A et B. Il est alors possible d'en déduire l'impédance à la fréquence de fonctionnement du générateur 4 2786720 14 de la partie de l'électrode 12 comprise entre les points A et B et parcourue par le courant de mesure Im. Le dispositif de mesure 15 peut être encore un récepteur qui capte les ondes électro-magnétiques rayonnées, à l'instar d'une antenne, par la partie d'électrode parcourue par le courant de mesure Im, qui détecte leur amplitude et délivre un signal de sortie proportionnel à cette amplitude. Lorsque l'impédance de la partie de l'électrode entre les points A et B varie, le courant de mesure Im varie engendrant alors une variation correspondante de l'amplitude du signal détecté par le récepteur. Le courant haute fréquence injecté par le générateur 14 circule essentiellement à la surface de l'électrode 12 entre les points A et B par un phénomène connu sous le nom d'effet de peau. On sait que l'épaisseur de la peau en centimètres dans laquelle passe environ 37 % du courant total injecté est approximativement donnée, pour le cuivre, par la relation suivante: 8 = 6.62/4f. Ainsi, pour des fréquences de 10 MHz, MHz et 1 GHz, l'épaisseur de peau est respectivement de 20 p, 6 p et 2 I. Elle serait de l'ordre de 3,3 g pour une fréquence de 400 MHz. Ainsi, on peut constater qu'en faisant varier la fréquence, le signal d'évaluation est représentatif d'un volume plus ou moins étendu au-delà de la surface de l'électrode. Selon une caractéristique de l'invention, la fréquence du générateur 14 pourra varier et même être balayée selon une gamme de fréquences, par exemple de 10 MHz à 1 GHz. Le procédé de l'invention consiste donc à injecter entre deux points A et B distincts d'une électrode de soudage un courant à haute fréquence et à mesurer à cette fréquence l'impédance de la partie de l'électrode parcourue par le courant de mesure Im injecté. On comprendra qu'une modification des caractéristiques physiques de la surface de l'électrode 12 va entraîner des modifications de l'impédance de la peau comprise entre les deux points A et B, modifications d'impédance qui seront mesurées ou déduites des mesures effectuées au moyen du dispositif de mesure 15. En particulier, elles peuvent résulter de la modification structurelle de l'électrode 12 (par exemple, dans le cas de soudage de pièces 21 et 22 recouvertes de zinc, par la diffusion du zinc à la surface de l'électrode 12). Il est préférable que le moment de la mesure soit effectué un temps après l'arrêt du courant de soudage suffisant pour permettre à la surface de l'électrode 12 de s'abaisser à la température ambiante. Pour ce faire, le courant de soudage est avantageusement un courant impulsionnel o il est actif pendant un temps ta et inactif pendant un temps ti (voir 2786720 Fig. 2). Lorsqu'il est actif, le courant de soudage Is traverse les deux pièces 21 et 22 provoquant leur fusion ponctuel afin de créer le point de soudage. Lorsqu'il est inactif, le courant Is est nul et les électrodes se refroidissent. La mesure réalisée par l'appareil de mesure 15 est opérée pendant les temps d'inactivité ti du courant de soudage Is pour permettre à la température de l'électrode de descendre à la température ambiante. Il est possible de déduire des mesures effectuées par l'appareil 15, l'épaisseur de diffusion du zinc dans l'électrode 12 et d'effectuer ainsi les modifications de réglage du courant de soudage en conséquence. Les modifications déduites de la mesure de l'impédance de l'électrode 12 peuvent être dues à des variations de la température du point de soudage, et plus précisément, de la température de ladite peau. Du signal issu du dispositif de mesure 15, il est donc possible d'évaluer la température du point de soudage. Dans ce cas, la mesure est effectuée pendant les temps d'activité ta du courant de soudage Is. On comprendra que le signal en sortie de l'appareil de mesure 15 peut être traité, par exemple par une unité de traitement numérique, le signal ainsi traité pouvant servir à commander des paramètres de soudage, tels que le courant de soudage, la pression avec laquelle les électrodes appuient sur les pièces de soudage, etc. L'unité de traitement numérique peut par exemple être une unité fonctionnant par comparaison avec des valeurs préalablement déterminées et les valeurs en sortie de l'appareil 15 et détermination des paramètres sur la base de cette comparaison. 6 2786720 REVENDICATIONS 1) Procédé d'évaluation de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer l'impédance d'un volume à la surface de la partie de ladite électrode voisine de la partie susceptible d'être en contact avec une pièce à souder. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter entre deux points A et B distincts d'une électrode de soudage et voisins de la partie de ladite électrode susceptible d'être en contact avec une pièce à souder un courant de mesure à haute fréquence et à mesurer, à cette fréquence, l'impédance de la partie de l'électrode parcourue par le courant de mesure injecté. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence du courant injecté est comprise entre 10 MHz et I GHz. 4) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence du courant injecté est comprise entre 20 MHz et 400 MHz. 5) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence du courant injecté est variable. 6) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la tension engendrée entre les bornes d'injection dudit courant de mesure et de déduire de ladite tension, l'impédance dudit volume 7) Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à capter les ondes électromagnétiques rayonnées par ladite partie d'électrode parcourue par le courant de mesure injecté, à les détecter et à mesurer leur amplitude. 8) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de l'impédance dudit volume de la partie de ladite électrode est utilisée pour commander des paramètres de commande de ladite machine de soudage. 9) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de l'impédance dudit volume de la partie de ladite électrode est effectuée pendant des temps d'inactivité du courant de soudage et est utilisée pour déduire les modifications structurelles dudit volume. 10) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de l'impédance du volume de la partie de ladite électrode est effectuée pendant des temps d'activité du courant de soudage et est utilisée pour déduire la température du point de fusion des pièces à souder. 7 2786720 11) Machine à souder par points du type qui comprend au moins une électrode susceptible de se trouver en contact avec une pièce à souder à une autre pièce, ladite machine étant pourvue de moyens pour évaluer l'état de ladite électrode, caractérisée en ce que lesdits moyens d'évaluation comprennent un générateur à haute fréquence qui fournit un signal à haute fréquence entre deux points distincts A et B de ladite électrode et voisins de ladite partie d'électrode susceptible de se trouver en contact avec ladite pièce à souder et un appareil de mesure de l'impédance à la fréquence de fonctionnement du générateur de la partie de ladite électrode comprise entre les points d'injection A et B et parcourue par le courant de mesure. 12) Machine à souder par points selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit appareil de mesure est prévu pour mesurer la tension aux bornes des points d'injection dudit courant de mesure. 13) Machine à souder par points selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit appareil de mesure est un récepteur qui capte les ondes électro-magnétiques rayonnées par la partie d'électrode parcourue par le courant de mesure Im et qui détecte leur amplitude. 14) Machine à souder par points selon une des revendications 1 1 à 13, du type dont le courant de soudage est impulsionnel o il est actif pendant des temps d'activité et o il est inactif pendant des temps d'inactivité, caractérisée en ce que lesdits moyens d'évaluation sont utilisés pour déduire l'état de la surface de ladite électrode dans le cas o celle-ci subit des modifications structurelles, ladite mesure d'impédance étant effectuée pendant des temps d'inactivité du courant de soudage. ) Machine à souder par points selon une des revendications précédentes, du type dont le courant de soudage est impulsionnel o il est actif pendant des temps d'activité et o il est inactif pendant des temps d'inactivité, caractérisé en ce que lesdits moyens d'évaluation sont utilisés pour déduire la température du point de fusion, ladite mesure d'impédance étant effectuée pendant des temps d'activité du courant de soudage. 16) Machine de soudage selon une des revendications 1 1 à 15, caractérisée en ce que le signal en sortie dudit appareil de mesure est traité par une unité de traitement qui délivre un signal traité pour la commande de paramètres des opérations de soudage effectuées par ladite machine. 17) Machine selon une des revendications 11 à 16, caractérisée en ce que la fréquence de fonctionnement du générateur est comprise entre 10 MHz et I GHz. 18) Machine selon une des revendications 11 à 17, caractérisée en ce que la fréquence de fonctionnement du générateur est comprise entre 20 MHz et 400 IMHz. 19) Machine selon une des revendications 11 à 18, caractérisée en ce que la fréquence de fonctionnement du générateur est variable.