Brevet FR2803785A1 — publié le 20010720

La présente invention concerne un procédé de supervision d'un processus de soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques, enserrées entre deux électrodes, dans lequel on applique un effort de serrage aux électrodes par l'intermédiaire d'une pince et dans lequel on applique entre les deux électrodes une tension électrique permettant le passage d'un courant. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de ce type, qui comprend au moins les opérations consistant à mesurer au moins un paramètre d'effort représentatif de l'effort de serrage avant, pendant et après le passage du courant et à comparer à au moins un premier seuil une évolution croissante du paramètre d'effort mesuré pendant le passage du courant. Un procédé répondant à cette définition générique est par exemple connu du document de brevet FR 2 631 866, qui préconise de surveiller et de comparer au premier seuil l'évolution de l'effort de serrage qui résulte de l'expansion volumique des pièces métalliques en cours de soudage. En dépit de l'intérêt de cette technique connue, il est apparu que, dans certains cas, la soudure réalisée était de qualité médiocre bien que l'effort de serrage ait présenté une évolution croissante relativement importante. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de perfectionner la technique antérieure en proposant des critères de sélection additionnels qui augmentent la fiabilité globale du procédé. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à comparer à au moins un second seuil une évolution décroissante du paramètre d'effort mesuré pendant le passage de courant et à signaler une anomalie lorsque l'évolution décroissante dépasse, en amplitude, le second seuil. Dans la forme la plus rigoureuse de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on signale une anomalie lorsque le paramètre d'effort mesuré présente une évolution croissante et une évolution décroissante, c'est-à-dire dès que le graphe représentant le paramètre d'effort en fonction du temps cesse d'être monotone. Par ailleurs, on applique de préférence la tension électrique pendant une durée minimale prédéterminée, on continue d'appliquer la tension électrique au-delà de cette durée minimale si le paramètre d'effort mesuré n'a pas atteint le premier seuil à la fin de cette durée minimale, et on signale une anomalie si, au bout d'une durée totale maximale prédéterminée d'application de la tension, le premier seuil n'a toujours pas été atteint. En outre, le procédé de l'invention comprend avantageusement une étape supplémentaire consistant à mesurer une valeur maximale atteinte par le paramètre d'effort pendant le passage du courant, à mesurer une valeur instantanée du paramètre d'effort au bout d'une durée constante prédéterminée succédant à une interruption du courant mais concomittante à l'application de l'effort de serrage, à comparer à un intervalle prédéterminé la différence entre la valeur maximale et la valeur instantanée, et à signaler une anomalie si la différence est en dehors de l'intervalle prédéterminé. Pour annuler ou au moins réduire l'effet de toutes éventuelles influences parasites, le paramètre d'effort est de préférence constitué par une contrainte à laquelle est soumis un bras de la pince, cette contrainte étant mesurée au moyen d'une jauge de contrainte optique prenant par exemple la forme d'un interféromètre de Fabry-Pérot. Le procédé de l'invention peut en outre comprendre une opération consistant à surveiller un premier paramètre électrique représentatif d'une relation d'amplitude entre la tension et le courant, à comparer ce premier paramètre électrique, au moins pendant le passage du courant, à un premier gabarit inférieur et à un premier gabarit supérieur, et à signaler une anomalie lorsque le premier paramètre électrique est inférieur au premier gabarit inférieur ou supérieur au premier gabarit supérieur. Dans un mode de réalisation simple de l'invention, les premiers gabarits inférieur et supérieur sont respectivement définis en dessous et au-dessus d'une courbe d'évolution normale, préalablement obtenue de façon expérimentale, du premier paramètre électrique. Dans le cas o la tension est appliquée sous forme d'impulsions périodiques d'amplitude maximale constante, et o le courant se présente corrélativement sous forme d'impulsions d'amplitude crête à crête variable, le premier paramètre électrique peut être constitué par une grandeur variant en fonction de l'amplitude crête à crête des impulsions de courant, et par exemple par cette amplitude elle-même. Le procédé de l'invention peut également comprendre une opération consistant à surveiller un second paramètre électrique représentatif d'une relation de phase entre les impulsions de tension et les impulsions de courant, à comparer ce second paramètre électrique, au moins pendant le passage du courant, à un second gabarit inférieur et à un second gabarit supérieur, et à signaler une anomalie lorsque le second paramètre électrique est inférieur au second gabarit inférieur ou supérieur au second gabarit supérieur. Enfin, le procédé de l'invention peut comprendre une opération consistant à observer une image d'une indentation laissée par l'une au moins des électrodes dans l'empilement de pièces métalliques après passage du courant, à analyser au moins deux plages colorimétriques de cette image, et à signaler une anomalie lorsque les deux plages colorimétriques analysées présentent des barycentres respectifs éloignés l'un de l'autre d'une distance supérieure à une distance maximale prédéterminée. Dans ce dernier cas, l'étape consistant à analyser au moins deux plages colorimétriques de l'image observée peut être réalisée en comparant chacune de ces plages à des plages correspondantes d'une image normale, préalablement obtenue de façon expérimentale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - La figure 1 est une vue schématique partielle d'un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - La figure 2 est un diagramme théorique représentant schématiquement l'évolution normale, en fonction du temps, du paramètre d'effort représentatif de l'effort de serrage, avant, pendant et après le passage du courant; - La figure 3 illustre, dans sa partie supérieure, un graphe obtenu de façon expérimentale, donnant l'évolution en fonction du temps du paramètre d'effort dans le cas d'une soudure de bonne qualité, et dans sa partie inférieure, un agrandissement d'une partie du graphe supérieur; - La figure 4 illustre, dans sa partie supérieure, un graphe obtenu de façon expérimentale, donnant l'évolution en fonction du temps du paramètre d'effort dans un cas possible de soudure de mauvaise qualité, et dans sa partie inférieure, un agrandissement d'une partie du graphe supérieur; - La figure 5 est un diagramme théorique représentant schématiquement l'évolution en fonction du temps de la résistance électrique que constitue l'empilement de pièces à souder, pendant et après le passage du courant; - La figure 6 illustre un graphe obtenu de façon expérimentale, donnant l'évolution en fonction du temps du courant circulant entre les électrodes soumises à des impulsions périodiques de tension d'amplitude maximale constante; - La figure 7 est un diagramme théorique représentant schématiquement, en fonction du temps, le déphasage entre des impulsions de tension et des impulsions de courant dans le cas d'application d'une tension périodique; - La figure 8A est une image, obtenue de façon expérimentale, de l'indentation typiquement laissée, après passage du courant, par une électrode circulaire dans l'empilement de pièces métalliques, dans le cas d'une soudure de bonne qualité; - La figure 8B est une image, obtenue de façon expérimentale, de l'indentation typiquement laissée, après passage du courant, par une électrode circulaire dans l'empilement de pièces métalliques, dans le cas d'une soudure de qualité moyenne; et - La figure 8C est une image, obtenue de façon expérimentale, de l'indentation typiquement laissée, après passage du courant, par une électrode circulaire dans l'empilement de pièces métalliques, dans le cas d'une soudure de mauvaise qualité; L'invention concerne un procédé de supervision d'un processus de soudage par résistance tel que schématiquement mis en oeuvre conformément à la figure 1. Dans un tel processus de soudage, connu en soi et décrit dans le document de brevet FR 2 631 866 discuté dans le préambule, les pièces métalliques à souder entre elles forment un empilement 1 et sont enserrées entre deux électrodes 2a, 2b, auxquelles une pince 3, mue par un vérin 5, applique un effort de serrage F. Une source de tension (non représentée), délivrant une tension V(t) variable en fonction du temps t et mesurable au moyen d'un voltmètre 7, est raccordée aux électrodes 2a, 2b. L'application de la tension V(t), en général constituée par une série d'impulsions périodiques bipolaires d'amplitude maximale constante V0 (voir figure 7), engendre l'apparition d'un courant d'intensité I(t) variable en fonction du temps t et mesurable au moyen d'un ampèremètre 6, ce courant se présentant en général sous forme d'impulsions d'amplitude crête à crête I±I- variable, corrélées aux impulsions de tension (voir figure 6). Le procédé de supervision de ce processus de soudage, que la présente invention vise à perfectionner, utilise de façon connue une indication sur l'évolution de l'effort de serrage F avant, pendant et après le passage du courant, pour faire une première évaluation de la qualité de la soudure réalisée. Plus précisément, le procédé de l'invention prévoit notamment de mesurer avant, pendant et après le passage du courant, un paramètre d'effort Cf(t) représentatif de l'effort de serrage F, par exemple la contrainte à laquelle est soumis un bras 31 de la pince 3, et à comparer à un premier seuil Cfl une évolution croissante de ce paramètre d'effort Cf(t) pendant le passage du courant. Ce paramètre d'effort Cf(t) évolue au cours des différentes phases du processus de soudage comme le montrent la figure 2, qui représente un cas théorique, et la figure 3 qui illustre le cas pratique d'une soudure de bonne qualité. Pendant la période ti, qui est dite "phase d'accostage" et au cours de laquelle les électrodes sont déplacées jusqu'à enserrer fermement l'empilement 1 de pièces à souder, le paramètre Cf(t) évolue de façon croissante et rapide. L'effort de serrage est appliqué avec une intensité calibrée de manière que le paramètre d'effort Cf(t) puisse atteindre ou dépasser un seuil d'accostage approprié Cf0. On notera qu'un intervalle de temps plus ou moins long est prévu entre le début du déplacement des électrodes et l'envoi du courant de sorte que la période tl est suivie d'une période t2 pendant laquelle le paramètre d'effort est constant, mais le courant n'est toujours pas envoyé dans les électrodes. Cet intervalle est déterminé de sorte que la durée tl + t2 soit au moins égale au temps que mettrait le vérin le plus lent à appliquer un effort correspondant au seuil d'accostage CfO. Dès que le temps t2 est écoulé, c'est-à-dire dès le début du temps t3, la tension V(t) est appliquée entre les électrodes 2a, 2b, le courant I(t) commençant alors à échauffer les pièces à souder par effet Joule. Dans un mode de réalisation plus sophistiqué de l'invention, représenté à la figure 4, la valeur instantanée du paramètre d'effort Cf(t) est utilisée, dès qu'elle atteint le seuil d'accostage approprié CfO, pour déclencher l'application de la tension V(t) entre les électrodes 2a, 2b, aucun temps d'attente n'étant donc véritablement prévu dans ce mode de réalisation. La résistance électrique totale RO(t) que présente, dans le cas normal, l'empilement 1 de pièces à souder, ainsi que les composantes Rc(t) et RT(t) de cette résistance totale, sont représentées sur la figure 5. La composante Rc(t), représentative de la résistance due aux contacts mutuels imparfaits des pièces de l'empilement, diminue rapidement avec la température des pièces, donc diminue en fonction du temps qui s'écoule depuis l'instant de première application de la tension V(t), en raison du ramollissement que provoque cette élévation de température, et de l'amélioration des contacts galvaniques qui en résulte. Au contraire, la composante RT(t), représentative de la résistance intrinsèque du matériau constitutif des pièces à souder, qui dépend de la température, augmente avec la température des pièces, donc croît en fonction du temps qui s'écoule depuis l'instant de première application de la tension V(t), et ne décroît qu'après la fin de l'application de la tension. Globalement, la résistance électrique totale RO(t) commence donc par décroître au début de la phase t3 d'application de la tension V(t). La diminution de la résistance totale RO(t) provoque une augmentation du courant I(t), donc une dissipation accrue d'énergie électrique, aboutissant à une brusque élévation de température de l'empilement 1 de pièces à souder. Corrélativement, cet empilement subit, pendant la phase t3 dite "d'expansion volumique", une brusque dilatation qui provoque une augmentation de l'effort F de serrage et donc aussi du paramètre d'effort Cf(t) (figure 2). Une fois que le paramètre d'effort Cf(t) a dépassé un seuil minimal Cfl au-dessus du seuil CfO correspondant à l'effort d'accostage, la tension V(t) peut être coupée. Le refroidissement qui en résulte provoque, pendant la phase t4 suivante dite de "solidification", une rétraction qui entraîne à son tour une diminution de l'effort F de serrage et donc aussi du paramètre d'effort Cf(t). A la fin de la phase t4, c'est-à-dire après solidification complète de l'empilement de pièces soudées, l'effort de serrage peut être relâché pour permettre le déplacement des électrodes 2a, 2b vers un autre empilement de pièces à souder. Selon sa caractéristique principale, le procédé de l'invention comprend au moins une opération supplémentaire qui consiste à comparer à un second seuil Cf2 une évolution décroissante du paramètre d'effort mesuré Cf(t) pendant le passage de courant et à signaler une anomalie lorsque l'évolution décroissante dépasse, en amplitude, le second seuil Cf2. Ainsi, lorsque, pendant le passage de courant, le paramètre d'effort mesuré Cf(t) change de sens d'évolution et se met à décroître après avoir crû, le procédé de l'invention prévoit de comparer au second seuil Cf2 la décroissance de ce paramètre, et de signaler une anomalie lorsque cette décroissance dépasse en amplitude le second seuil Cf2, comme c'est le cas sur la figure 4. Dans le cas d'un contrôle très rigoureux, le second seuil Cf2 peut être choisi comme étant égal à zéro, auquel cas une anomalie est signalée dès que le paramètre d'effort mesuré Cf(t) présente, pendant le passage de courant, une évolution décroissante faisant suite à une évolution croissante. La tension électrique V(t) est de préférence appliquée pendant une durée minimale prédéterminée t30, mais continue d'être appliquée au-delà de cette durée minimale si, à la fin de celle-ci, le paramètre d'effort Cf(t) n'atteint pas le premier seuil Cfl. Par ailleurs, si, au bout d'une durée totale maximale prédéterminée t31 d'application de la tension V(t), le premier seuil Cfl n'a toujours pas été atteint, un signal d'anomalie est émis. Il peut également être avantageux de prévoir une étape supplémentaire consistant à mesurer la valeur maximale Cfmax (figure 2) atteinte par le paramètre d'effort Cf(t) pendant le passage du courant, à mesurer la valeur instantanée Cf(t5) du paramètre d'effort Cf(t) au bout d'une durée constante t5 prise à compter de l'interruption du courant mais se terminant avant le relâchement de l'effort de serrage, à comparer la différence Cfmax-Cf(t5) à un intervalle prédéterminé, et à signaler une anomalie si cette différence est inférieure à la borne inférieure de cet intervalle, ou supérieure à la borne supérieure de ce dernier. Il est apparu en effet que la différence ainsi déterminée était liée, pour chaque fabrication donnée, au diamètre du noyau de soudure par une fonction monotone, et qu'un diamètre insuffisant ou excessif de ce noyau était le signe d'une mauvaise qualité de soudure. Pour réduire l'influence de tout parasite éventuel, la contrainte mécanique à laquelle est soumis le bras 31, et qui est prise comme paramètre d'effort, est de préférence mesurée au moyen d'un interféromètre de Fabry- Pérot, utilisé comme jauge de contrainte optique 4 (figure 1). Le procédé de l'invention peut également comprendre la surveillance de la résistance électrique R(t), ou plus généralement d'un paramètre représentatif d'une relation d'amplitude entre la tension V(t) et le courant I(t), tel que la résistance ou l'admittance. A cette fin, le procédé de l'invention inclut par exemple l'obtention et la mémorisation d'une courbe d'évolution normale de la résistance RO(t), obtenue de façon expérimentale, et la définition d'un gabarit inférieur Rl(t) et d'un gabarit supérieur R2(t), encadrant la courbe d'évolution normale R0(t), et respectivement situés au-dessous et au-dessus de cette courbe RO (t) (figure 5). Ces opérations ayant préalablement été effectuées, le procédé de l'invention comprend les opérations consistant à comparer la résistance électrique R(t), pendant le passage du courant I(t), au gabarit inférieur de résistance Rl(t) et au gabarit supérieur de résistance R2(t), et à signaler une anomalie lorsque la résistance R(t) est inférieure au gabarit inférieur Rl(t) ou supérieure au gabarit supérieur R2(t). Dans le cas o la tension V(t) est appliquée sous forme d'impulsions périodiques d'amplitude maximale constante VO, le courant se présentant alors corrélativement sous forme d'impulsions d'amplitude crête à crête I+ -I- variable, la résistance électrique R(t) peut être assimilée à l'amplitude crête à crête I±I- des impulsions de courant (figure 6). De même, dans le cas o la tension V(t) est appliquée sous forme d'impulsions périodiques, le procédé de l'invention peut en outre comprendre la surveillance du déphasage angulaire Phi(t) entre la tension V(t) et le courant I(t) (figure 7). A cette fin, le procédé de l'invention inclut par exemple l'obtention et la mémorisation d'une courbe d'évolution normale du déphasage (non représentée), obtenue de façon expérimentale, et la définition d'un gabarit inférieur de phase Phil(t) et d'un gabarit supérieur de phase Phi2(t) encadrant, respectivement au- dessous et au-dessus, la courbe d'évolution normale du déphasage. Ces opérations ayant préalablement été effectuées, le procédé de l'invention comprend les opérations consistant à comparer le déphasage Phi(t), pendant le passage du courant, au gabarit inférieur de phase Phil(t) et au gabarit supérieur de phase Phi2(t), et à signaler une anomalie lorsque le déphasage Phi(t) est inférieur au gabarit inférieur Phil(t) ou supérieur au gabarit supérieur Phi2(t). Enfin, le procédé de l'invention peut aussi comprendre une opération consistant à observer et analyser une image de l'indentation que laisse l'une au moins des électrodes dans l'empilement de pièces métalliques après passage du courant. L'analyse peut porter sur plusieurs plages colorimétriques de cette image après numérisation, une anomalie étant signalée lorsque les plages colorimétriques analysées présentent des barycentres respectifs éloignés l'un de l'autre d'une distance supérieure à une distance maximale prédéterminée, c'est- à-dire lorsque la régularité de l'empreinte laissée par l'électrode est insuffisante, cette situation révélant une soudure dite "crachée", c'està-dire dont le noyau est déformé par une expulsion de matière pendant l'opération de soudage. L'étape d'analyse des plages colorimétriques de l'image de l'indentation peut être conduite par la mise en oeuvre d'un algorithme de traitement d'image, ou peut plus simplement être réalisée en comparant chacune de ces plages à des plages correspondantes d'une image normale, préalablement obtenue de façon expérimentale. R E V E N D I C A T IONS 1. Procédé de supervision d'un processus de soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques (1), enserrées entre deux électrodes (2a, 2b), dans lequel on applique un effort de serrage (F) aux électrodes par l'intermédiaire d'une pince (3) et dans lequel on applique entre les deux électrodes une tension électrique (V(t)) permettant le passage d'un courant (I(t)), ce procédé comprenant au moins les opérations consistant à mesurer au moins un paramètre d'effort (Cf(t)) représentatif de l'effort de serrage (F) avant, pendant et après le passage du courant et à comparer à au moins un premier seuil (Cfl) une évolution croissante du paramètre d'effort mesuré (Cf(t)) pendant le passage du courant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à comparer à au moins un second seuil (Cf2) une évolution décroissante du paramètre d'effort mesuré (Cf(t)) pendant le passage de courant et à signaler une anomalie lorsque l'évolution décroissante dépasse, en amplitude, le second seuil (Cf2). 2. Procédé de supervision suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on signale une anomalie lorsque le paramètre d'effort mesuré (Cf(t)) présente une évolution croissante et une évolution décroissante. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on applique la tension électrique V(t) pendant une durée minimale prédéterminée (t30), en ce qu'on continue d'appliquer la tension électrique V(t) au delà de la durée minimale (t30) si le paramètre d'effort mesuré (Cf(t)) n'a pas atteint le premier seuil (Cfl) à la fin de la durée minimale (t30), et en ce qu'on signale une anomalie si, au bout d'une durée totale maximale prédéterminée (t31) d'application de la tension, le premier seuil (Cfl) n'a toujours pas été atteint. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire consistant à mesurer une valeur maximale (Cfmax) atteinte par le paramètre d'effort pendant le passage du courant, à mesurer une valeur instantanée (Cf(t5)) du paramètre d'effort au bout d'une durée constante prédéterminée (t5) succédant à une interruption du courant mais concomitante à l'application de l'effort de serrage, à comparer à un intervalle prédéterminé la différence entre la valeur maximale (Cfmax) et la valeur instantanée (Cf(t5)), et à signaler une anomalie si la différence est en dehors de l'intervalle prédéterminé. 5. Procédé de supervision suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre d'effort (Cf(t)) est constitué par une contrainte à laquelle est soumis un bras (31) de la pince (3), cette contrainte étant mesurée au moyen d'une jauge de contrainte optique (4). 6. Procédé de supervision suivant la revendication , caractérisé en ce qu'on utilise, en tant que jauge de contrainte optique (4), un interféromètre de Fabry-Pérot. 7. Procédé de supervision suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à surveiller un premier paramètre électrique (R(t)) représentatif d'une relation d'amplitude entre la tension (V(t)) et le courant (I(t)), à comparer ce premier paramètre électrique (R(t)), au moins pendant le passage du courant (I(t)) , à un premier gabarit inférieur (Rl(t)) et à un premier gabarit supérieur (R2(t)), et à signaler une anomalie lorsque le premier paramètre électrique (R(t)) est inférieur au premier gabarit inférieur (Rl(t)) ou supérieur au premier gabarit supérieur (R2(t)). 8. Procédé de supervision suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les premiers gabarits inférieur et supérieur (Rl(t), R2(t)) sont respectivement définis en dessous et au-dessus d'une courbe d'évolution normale (RO(t)), préalablement obtenue de façon expérimentale, du premier paramètre électrique. 9. Procédé de supervision suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la tension (V(t)) est appliquée sous forme d'impulsions périodiques d'amplitude maximale constante (V0), en ce que le courant se présente corrélativement sous forme d'impulsions d'amplitude crête à crête (I±I) variable, et en ce que le premier paramètre électrique (R(t)) est constitué par une grandeur variant en fonction de l'amplitude crête à crête (I±I-) des impulsions de courant. 10. Procédé de supervision suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à surveiller un second paramètre électrique (Phi(t)) représentatif d'une relation de phase entre les impulsions de tension (V(t)) et les impulsions de courant (I(t)), à comparer ce second paramètre électrique (Phi(t)), au moins pendant le passage du courant, à un second gabarit inférieur (Phil(t)) et à un second gabarit supérieur (Phi2(t)), et à signaler une anomalie lorsque le second paramètre électrique (Phi(t)) est inférieur au second gabarit inférieur (Phil(t)) ou supérieur au second gabarit supérieur (Phi2(t)). 11. Procédé de supervision suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à observer une image d'une indentation laissée par l'une au moins des électrodes dans l'empilement de pièces métalliques après passage du courant, à analyser au moins deux plages colorimétriques de cette image, et à signaler une anomalie lorsque les deux plages colorimétriques analysées présentent des barycentres respectifs éloignés l'un de l'autre d'une distance supérieure à une distance maximale prédéterminée. 12. Procédé de supervision suivant la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape consistant à analyser au moins deux plages colorimétriques de l'image observée est réalisée en comparant chacune de ces plages à des plages correspondantes d'une image normale, préalablement obtenue de façon expérimentale.