Brevet FR2867710A3 — publié le 20050923

FR 2867710 A3 20050923 FR 0402877 A 20040319 Procédé et installation de soudage automatique La présente invention se rapporte à une installation de soudage automatique comprenant un robot et au moins une pince montée sur ledit robot. Un domaine d'application envisagé est celui de l'assemblage et du montage automatique des véhicules automobiles sur des chaînes prévues à cet effet. Des robots munis de pince de soudage et installés sur des îlots, le long de chaînes de montage, permettent déjà de souder ensemble des éléments de carrosserie automobile pré-assemblés sur lesdites chaînes de montage et ce de manière continue. Les robots présentent des bras et les pinces sont montées sur un bras d'extrémité. Ils comportent des moyens de commande pour entraîner en mouvement la pince le long des éléments à souder. Ladite pince présente, elle, au moins deux organes de soudage mobiles l'un par rapport à l'autre, munis d'électrode. La pince comprend également des moyens de commande, pour commander le déplacement relatif desdits organes de soudage et entraîner les électrodes l'une vers l'autre en étau pour souder ensemble deux éléments. A cet instant, une quantité déterminée d'énergie électrique alimente lesdites électrodes et la soudure se réalise par fusion du métal de la zone prise en étau. Après que la soudure a été réalisée et éventuellement contrôlée, les moyens de commande de la pince fournissent un signal aux moyens de commande du robot pour que ce dernier puisse entraîner en mouvement ladite pince vers une autre zone. II est alors nécessaire de gérer le mouvement relatif des organes de soudage et celui du robot autour des éléments en cours d'assemblage sans risquer de les heurter et ce avec des temps de déplacement les plus courts possibles. Ainsi, il a été imaginé de commander à la fois le mouvement des organes de soudage et du robot avec les seuls moyens de commande du N/Réf: F17989 Dernière version du: 19/03/04 robot. De la sorte dès que la soudure est terminée, les moyens de commande de la pince transmettent un signal aux moyens de commande du robot qui non seulement sont susceptibles d'entraîner le robot, mais aussi prennent le contrôle des organes de soudage de la pince au détriment de ses moyens propre de commande. En conséquence, les seuls moyens de commande du robot gérant alors l'ensemble des mouvements du robot et des organes de soudage de la pince, de manière cohérente et optimisée, les temps de déplacement sont minimaux. On pourra se référer au document EP 0 508 874 qui décrit une telle io installation. Cependant, ce type d'installation présente un inconvénient car le temps qui est gagné dans la gestion des déplacements de la pince et des organes de soudage est en partie reperdu par les temps de commutation entre les moyens de commande de la pince et les moyens de commande du robot puisque, dès que la soudure est réalisée, les moyens de commande de la pince envoient un signal aux moyens de commande du robot qui eux doivent se substituer aux moyens de commande de la pince pour commander le mouvement des organes de commande et une fois dans une nouvelle position de soudage, les moyens de commande du robot envoient à leur tour un signal permettant aux moyens de commande de la pince de reprendre la main pour commander à nouveau les organes de commande de la pince. Un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est alors de fournir une installation qui soit non seulement indépendante du robot et de ses moyens de commande, mais aussi qui permette de réduire ces temps de commutation qui grèvent considérablement les temps de déplacement de la pince et de ses organes de soudage. Dans ce but, la présente invention propose une installation de soudage automatique comprenant un robot et au moins une pince montée sur ledit robot, ledit robot comportant des premiers moyens de commande et ladite pince présentant au moins deux organes de soudage N/Réf: F17989 Dernière version du: 19/03/04 mobiles l'un par rapport à l'autre, ladite pince comprenant des seconds moyens de commande, indépendants desdits premiers moyens de commande, pour commander le déplacement relatif desdits organes de soudage, lesdits seconds moyens de commande étant adaptés à fournir un signal auxdits premiers moyens de commande pour que ledit robot entraîne en mouvement ladite pince; selon l'invention lesdits seconds moyens de commande sont adaptés à commander lesdits organes de soudage durant le mouvement de ladite pince. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans le mode de io coopération entre lesdits premiers moyens de commande et lesdits seconds moyens de commande qui ne travaille, non plus en séquence, c'est-à-dire les uns après les autres mais simultanément pour à la fois, les uns, commander le robot et les autres, commander les organes de soudage de la pince. De la sorte, non seulement on s'affranchit des temps de commutation qui allongent les temps de déplacement mais au surplus on peut autoriser, par exemple, un mouvement anticipé des organes de soudage de la pince lorsque le robot porte simultanément la pince dans une position proche d'une position de soudage. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, l'installation comprend en outre au moins une pince périphérique de soudage, et lesdits seconds moyens de commande sont adaptés à commander ladite pince périphérique de soudage. De la sorte, grâce aux seconds moyens de commande uniques et indépendants des premiers moyens de commande, on peut commander d'autres pinces périphériques de soudage, par exemple une pince au sol située à proximité du dit robot. II n'est d'ailleurs pas exclu de monter une pince périphérique de soudage sur le robot lui-même, soit pour souder simultanément des éléments assemblés, soit pour souder séquentiellement lesdits éléments lorsque leur disposition dans l'espace ne permet pas à une seule pince d'atteindre toutes leurs parties à souder dans des temps acceptables. N/Réf:F17989 Dernière version du: 19/03/04 De façon préférentielle, ladite pince comprend des moyens d'alimentation en fluide et lesdits seconds moyens de commande sont adaptés à commander lesdits moyens d'alimentation en fluide. Ainsi, la gestion des fluides et notamment les débits d'eau pour refroidir les électrodes des organes de soudage et les débits d'air nécessaire au fonctionnement de la pince, est également réalisée par les seconds moyens de commande qui notamment commandent les organes de soudage de la pince. En outre, et de façon particulièrement avantageuse, l'installation io comprend des moyens de traitement desdits organes de soudage mobiles sur lesquels sont montées les électrodes, lesdits seconds moyens de commande étant adaptés à commander lesdits moyens de traitement qui agissent alors particulièrement sur les électrodes qui par nature s'érodent et/ou se recouvre d'oxydes, ce qui augmentent alors la résistance ohmique. Pour y remédier, et de façon particulièrement avantageuse, lesdits moyens de traitement comprennent des moyens de rodage et/ou de changement d'électrodes. Ainsi, les moyens de commande du robot, les premiers moyens de commande, coopèrent-ils avec les moyens de commande de la pince, les seconds moyens de commande, non seulement durant le processus de soudage proprement dit mais aussi durant des phases de maintenance dans lesquelles, les seconds moyens de commande sont adaptés à gérer à la fois lesdits moyens de traitement et les mouvements relatifs des organes de soudage qui portent les électrodes. Avantageusement, lesdits seconds moyens de commande comprennent un ordinateur, au moins un variateur de fréquence et des moyens thyristor. Ces derniers qui sont susceptibles de fonctionner sur une gamme de fréquence étendue, sont destinés à commander le passage de courants électriques sous de fortes puissances pour alimenter les électrodes et le variateur de fréquence est lui adapté au pilotage d'un moteur électrique qui actionne les organes de soudage. L'ordinateur, N/Réf:F17989 Dernière version du:19/03/04 quant à lui, permet notamment de contrôler et autoriser le fonctionnement des autres éléments. D'une façon particulièrement avantageuse, l'installation de soudage comprend une armoire de protection divisée en deux compartiments séparés l'un de l'autre, et lesdits moyens thyristor sont logés dans l'un desdits compartiments tandis que ledit ordinateur et lesdits variateurs de fréquence sont logés dans l'autre compartiment. Ainsi, les moyens thyristor par lesquels transitent de fortes charges électriques qui sont susceptibles de générer des champs magnétiques variables de grandes amplitudes, ne perturbent pas notamment l'ordinateur qui est isolé dans l'un des compartiments formant cage de Faraday. Selon un autre objet, la présente invention propose un procédé de soudage automatique au moyen d'un robot et d'au moins une pince montée sur ledit robot, ledit robot comportant des premiers moyens de commande et ladite pince présentant au moins deux organes de soudage mobiles l'un par rapport à l'autre, ladite pince comprenant des seconds moyens de commande, indépendants desdits premiers moyens de commande, pour commander le déplacement relatif desdits organes de soudage, lesdits seconds moyens de commande étant adaptés à fournir un signal auxdits premiers moyens de commande pour que ledit robot entraîne en mouvement ladite pince; selon ledit procédé, on commande lesdits organes de soudage avec lesdits seconds moyens de commande tandis qu'on entraîne simultanément en mouvement ladite pince avec lesdits premiers moyens de commande. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Figure 1 est un schéma synoptique des différents éléments d'une installation de soudage conforme à l'invention; et, - la Figure 2 représente un organigramme selon une phase particulière de fonctionnement de l'installation illustrée sur la Figure 1. N/Réf: F17989 Dernière version du: 19103104 La Figure 1 illustre un robot 10 qui présente une pluralité de bras articulés entre eux et qui généralement est susceptible de se mouvoir selon six axes distincts. Le robot est commandé par des premiers moyens de commande 11 logés dans une baie robot. Sur ce robot 10 est montée une pince de soudage 12 à l'extrémité libre du dernier bras du robot 10. Cette pince présente deux organes de soudage 14, 16, mobiles l'un par rapport à l'autre et qui sont munis d'électrodes non représentées. Les organes de soudage 14, 16 sont adaptés à entraîner les électrodes l'une contre l'autre. Plus précisément, les organes de soudage 14, 16 sont destinés à enserrer deux éléments métalliques à souder ensemble entre les deux électrodes pour ensuite faire transiter une forte charge électrique entre les électrodes de manière à échauffer et fondre la matière des zones enserrées et réaliser un point de soudure. La pince 12 est commandée par des seconds moyens de commande 18 auxquels, elle est reliée par un câble de connexion 19, et qui sont logés dans une armoire dédiée. Ces seconds moyens de commande 18 comprennent notamment, au moins un variateur de fréquence, un séquenceur et un bloc de puissance, ici des thyristors pour commander l'alimentation des électrodes, le tout contrôlé par un micro-ordinateur industriel. Ce micro-ordinateur industriel présente une interface homme/machine comprenant un moniteur ou écran de visualisation et un périphérique d'entré, par exemple un clavier. Toutefois, cette interface homme/machine comprend préférentiellement un écran tactile afin de limiter le nombre de périphérique autour du microordinateur. Il est a noté que le bloc de puissance est apte à permettre le passage d'un courant de forte intensité sur une gamme étendue de fréquence. Cette armoire dédiée est divisée en deux compartiments, un premier compartiment contient les thyristors qui vont permettrent le transfert de charge entre les électrodes durant le soudage proprement dit. Ces thyristors sont isolés des autres composants des moyens de commande 18 car d'une part, ils génèrent des champs magnétiques susceptibles de N/Réf:F17989 Dernière version du:19/03/04 les perturber et d'autre part, ils génèrent également énormément d'énergie thermique qui non seulement est susceptible de détériorer les autres composants mais aussi, qui nécessite l'installation de moyens de refroidissement spécifiques. Ces derniers sont avantageusement constitués d'ailettes de refroidissement mais dans certains cas un circuit de fluide est nécessaire et un tel circuit n'est pas compatible avec un environnement électrique et électronique complexe. L'autre compartiment contient donc les autres composants des moyens de commande 18 et les préserve non seulement de l'énergie io thermique dégagée par les thyristors mais aussi des champs électromagnétiques en formant cage de Faraday. Les variateurs de fréquence des seconds moyens de commande permettent de piloter d'une part le moteur électrique brushless par exemple, qui équipe la pince de soudage 12 et qui permet d'actionner les organes de soudage 14, 16 mais aussi, éventuellement les moteurs d'organes des autres pinces périphériques au sol ou embarquées. Ils permettent également de piloter des moteurs de moyens de traitement 20 des organes de soudage 14, 16 et plus précisément des électrodes comme on l'expliquera ci-après. A cet effet, les seconds moyens de commande 18 sont reliés par une connexion 22 aux seconds moyens de commande. Pour les moteurs électriques qui fonctionnent non pas simultanément mais séquentiellement, un seul variateur de fréquence peut être utilisé et il est connecté grâce au micro-ordinateur aux moteurs à alimenter dans les phases de fonctionnement adaptées. En revanche, d'autres variateurs de fréquence sont prévus lorsque des moteurs électriques doivent être alimentés simultanément par exemple lorsque plusieurs pinces fonctionnent en même temps. Le séquenceur, qui est également contrôlé par le micro-ordinateur, est lui programmé pour autoriser le fonctionnement des différents moteurs durant des temps déterminés mais aussi pour autoriser le transfert de N/Réf: F17989 Dernière version du: 19/03/04 charges de façon à réaliser la soudure, et ce pendant un temps prédéterminé. En outre, les moyens de traitement 20 permettent eux, d'assurer la maintenance des organes de soudage 14, 16 et en particulier des s électrodes qui s'oxydent et s'usent. Ces moyens de traitement 20, qui sont entièrement commandés par les seconds moyens de commande 18, comprennent principalement trois outils qui permettent, le premier de changer les électrodes, le deuxième, de re-paramétrer la position relative des électrodes et le troisième, de roder les électrodes au moyen d'une io fraise pour retirer les oxydes ou redonner aux électrodes leur conformation originelle. Bien évidemment, que ce soit durant le processus de soudage proprement dit ou durant la maintenance des électrodes, les seconds moyens de commande commandent notamment le mouvement relatif des organes de soudage 14, 16 et les transferts de charges entre les électrodes, mais ils sont également adaptés à fournir aux premiers moyens de commande 11, qui eux commandent le robot 10, tous les signaux lui permettant de réaliser dans chaque circonstance, et selon une trajectoire prédéterminée, le mouvement de la pince. Pour ce faire, les premiers moyens de commande 11 et les seconds moyens de commande 18 sont reliés entre eux par un organe de communication 24 adapté. On se référera maintenant, avec la Figure 1, à la Figure 2 qui illustre selon un mode de mise en oeuvre, une phase de fonctionnement de l'installation de soudage, lorsque la pince réalise par exemple une série de points de soudure le long de deux bords de tôle métalliques joints. Selon une première étape, 30 les seconds moyens de commande 18, ceux de la pince de soudage, sont initialisés de façon à ce qu'ils puissent réaliser une séquence de points le long des deux bords. Ensuite, un test 32 est réaliser pour contrôler l'état des électrodes, et s'il n'est pas conforme, une séquence de programme 34 est initialisée pour que les seconds moyens de commandes transmettent un signal aux premiers moyens de commande 11 de façon à porter la pince 12 au droit N/Réf:F17989 Dernière version du: 19103/04 des moyens de traitement 20 tandis que les seconds moyens de commande 18 actionnent les organes de soudage 14, 16 en conséquence pour aboutir à une trajectoire prédéfinie. Si en revanche, le test 32 est positif, un deuxième test 34 permet de 5 vérifier que la séquence à effectuer est bien celle de la soudure par point desdits bords de tôle. Dans la négative, le programme renvoie vers un autre programme 36, par exemple pour une autre séquence de points de soudure située sur une autre partie des tôles à souder. io En revanche, si on est bien dans la séquence de programme initialisée, dans l'étape suivante 38, les seconds moyens de commande, d'une part envoient un signal représentatif d'un déplacement de la pince à effectuer, aux premiers moyens de commande 11 et d'autre part, commandent eux-mêmes le déplacement relatif des organes de soudage 14, 16. Ainsi, deux actions simultanées sont opérées, une première 40 durant laquelle le robot 10 porte la pince dans une position suivante pour réaliser un nouveau point de soudure et une seconde 42, en temps masqué, durant laquelle, les seconds moyens de commande 18 commandent le déplacement relatif des organes de soudage 14, 16 qui par exemple, à partir d'une position de petite ouverture, passent par une position de grande ouverture pour revenir à une position de petite ouverture. A ce stade, les seconds moyens de commande qui ont toujours le contrôle cinématique de la pince, ordonnent selon l'étape suivante 44, à la fois le mouvement des organes de soudage 14, 16 l'un vers l'autre pour serrer les électrodes contre les deux faces opposées des bords de tôle puis l'intensité du courant électrique qui traverse les électrodes. Les seconds moyens de commande 18 contrôle également durant cette phase, la contrainte exercée par les électrodes sur les bords de tôle et le refroidissement des organes de soudage et des thyristors en contrôlant les débits des fluides. NIRéf: F17989 Dernière version du:19103/04 Cette étape de soudage est suivie d'un test 46 apte à contrôler la soudure proprement dite et à poursuivre l'opération si elle n'est pas conforme. La conformité de la soudure peut être déterminée par des moyens de contrôle périphériques par exemple des moyens visuels fonctionnant avec une caméra, ou plus simplement en vérifiant la quantité totale de courant qui a traversé les deux tôles métalliques. En revanche, si la soudure est conforme, les seconds moyens de commande commandent les organes de soudage 14, 16 pour les entraîner dans une position de petite ouverture par exemple, et le pointeur io du programme retourne au premier test 32 pour vérifier l'état des électrodes. Et pour cette phase de soudage, si elle n'est pas terminée, le programme est ré-exécuté à l'identique. Selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, les seconds moyens de commande sont adaptés à commander une pluralité de pince montées sur au moins un autre robot. Chacune des pinces comporte alors des moyens de commande propres, et les seconds moyens de commande sont adaptés à commander dans ce cas les autres moyens de commande propres. N/Réf: F17989 Dernière version du: 19103104 REVENDICATIONS 1. Installation de soudage automatique comprenant un robot (10) et au moins une pince (12) montée sur ledit robot (10), ledit robot comportant des premiers moyens de commande (11) et ladite pince (12) présentant au moins deux organes de soudage mobiles (14, 16) l'un par rapport à l'autre, ladite pince (12) comprenant des seconds moyens de commande (18), indépendants desdits premiers moyens de commande io (11), pour commander le déplacement relatif desdits organes de soudage (14, 16), lesdits seconds moyens de commande (18) étant adaptés à fournir un signal auxdits premiers moyens de commande (11) pour que ledit robot (10) entraîne en mouvement ladite pince (12) ; caractérisée en ce que lesdits seconds moyens de commande (18) 15 sont adaptés à commander lesdits organes de soudage (14, 16) durant le mouvement de ladite pince (12). 2. Installation de soudage automatique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une pince périphérique de soudage, et en ce que lesdits seconds moyens de commande (18) sont adaptés à commander ladite pince périphérique de soudage. 3. Installation de soudage automatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite pince comprenant des moyens d'alimentation en fluide, lesdits seconds moyens de commande (18) sont adaptés à commander lesdits moyens d'alimentation en fluide. 4. Installation de soudage automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de traitement (20) desdits organes de soudage mobiles (14, 16), lesdits seconds moyens de commande (18) étant adaptés à commander lesdits moyens de traitement (20). 5. Installation de soudage automatique selon la revendication 4, caractérisée en ce que, lesdits organes de soudage mobiles (14, 16) étant N/Réf:F17989 Dernière version du: 19103/04 munis d'électrodes, lesdits moyens de traitement (20) comprennent des moyens de rodage et/ou de changement d'électrodes. 6. Installation de soudage automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits seconds moyens de commande (18) comprennent un ordinateur, au moins un variateur de fréquence et des moyens thyristor. 7. Installation de soudage automatique selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend une armoire de protection divisée en deux compartiments séparés l'un de l'autre, et en ce que lesdits moyens io thyristor sont logés dans l'un desdits compartiments tandis que ledit ordinateur et lesdits variateurs de fréquences sont logés dans l'autre compartiment. 8. Procédé de soudage automatique au moyen d'un robot et d'au moins une pince (12) montée sur ledit robot (10), ledit robot comportant des premiers moyens de commande (11) et ladite pince présentant au moins deux organes de soudage mobiles (14, 16) l'un par rapport à l'autre, ladite pince (12) comprenant des seconds moyens de commande (18), indépendants desdits premiers moyens de commande (11), pour commander le déplacement relatif desdits organes de soudage (14, 16), lesdits seconds moyens de commande (18) étant adaptés à fournir un signal auxdits premiers moyens de commande (11) pour que ledit robot (10) entraîne en mouvement ladite pince (12) ; caractérisé en ce qu'on commande lesdits organes de soudage (14, 16) avec lesdits seconds moyens de commande (18) tandis qu'on entraîne simultanément en mouvement ladite pince (12) avec lesdits premiers moyens de commande (11). N/Réf:F17989 Dernière version du: 19/03/04