Brevet FR2900851A1 — publié le 20071116

L'invention concerne un dispositif automatique de changement de l'électrode en tungstène d'une torche de soudage à l'arc. En soudage TIG manuel ou automatique, le changement de l'électrode en tungstène de la torche de soudage et son remplacement par une électrode neuve ou une électrode réaffûtée se fait lorsque l'opérateur s'aperçoit que l'électrode ne permet plus de réaliser un soudage correct, c'est-à-dire lorsque son usure est telle qu'elle perturbe l'amorçage de l'arc ou détériore la qualité des cordons de soudage. L'opérateur démonte l'électrode lorsqu'elle est usagée ou érodée, et la remplace par une électrode neuve ou une électrode réaffûtée. Dans ce cas, le remplacement de l'électrode nécessite donc toujours l'intervention manuelle d'un opérateur, ce qui présente les inconvénients notamment d'aboutir à un remplacement lent, irrégulier, non-automatisé et/ou avec des risques de blessures pour l'opérateur. En soudage TIG robotisé, c'est-à-dire lorsque la torche est portée par un bras robotisé incorporé à une chaîne de production en série par exemple, le changement de l'électrode doit se faire rapidement et automatiquement, c'est-à- dire sans intervention d'un opérateur. Il est dès lors indispensable de disposer d'un outil automatisé adapté à la réalisation de cette tâche, d'organiser des cycles de remplacement d'électrode et de les gérer au fil du temps. Autrement dit, en soudage automatique, il convient de prévoir le remplacement d'électrode à des instants donnés du cycle de soudage robotisé de manière à garantir que la productivité du procédé de soudage ne sera pas affectée notablement, en particulier lorsque l'étape de soudage est intégrée dans une chaîne de production plus globale. Ce remplacement d'électrode doit donc se faire de façon rapide, fiable, totalement automatisée et surtout sans intervention d'un quelconque opérateur et de préférence en profitant des temps d'arrêt du robot. Le document JP-A-58081576 a proposé un système automatisé de changement d'électrode d'une torche de soudage robotisée. Ce système vient se positionner sous la tête de la torche comprenant l'électrode, puis un bras mobile verticalement, doté d'un mécanisme de préhension et de libération de l'électrode, vient, par le dessous ou par le bas, se saisir de l'électrode usée puis la libérer du corps de torche où elle est positionnée pendant le soudage. Ensuite, le bras mobile est rétracté de la torche, via un mouvement en translation verticale vers le bas, c'est à dire vers le sol, et va déposer l'électrode usagée dans un réceptacle approprié, alors qu'une nouvelle électrode est mise en place dans la torche, selon un processus inverse. Ce système n'est cependant pas pratique au plan industriel car l'extraction de l'électrode usagée se fait obligatoirement par le bas, c'est-à-dire sous la tête de torche, ce qui oblige à saisir directement l'électrode, étant donné qu'elle n'est pas portée par un porte-électrode, de sorte qu'il est difficile de garantir un repositionnement exact, précis et reproductible de la nouvelle électrode dans le corps de la torche. Un problème à résoudre est dès lors de proposer un dispositif ou système automatisé de remplacement d'électrode permettant d'extraire d'une torche de soudage, un porte-électrode portant une électrode usagée et de mettre en place ensuite un porte-électrode avec une électrode neuve ou réaffûtée et pré-réglée, et ce, sans intervention humaine, et de manière fiable, rapide, précise et régulière, lequel système soit particulièrement bien adapté à un fonctionnement avec un robot de soudage portant ladite torche, notamment lorsque le robot de soudage est incorporé à une chaîne de production en série, par exemple une chaîne de production de véhicules automobiles ou analogues. La solution est un dispositif de changement automatique d'électrode comprenant : - des moyens de logement de torche permettant de recevoir une torche de soudage comprenant un ensemble formé d'un porte-électrode portant une électrode d'axe (A-A) et des moyens de maintien de l'ensemble électrode/porte- électrode permettant de maintenir solidairement ledit ensemble électrode/porteélectrode dans la torche, - des moyens d'actionnement mobiles aptes à se déplacer et à venir agir sur les moyens de maintien de l'ensemble électrode/porte-électrode pour libérer ledit ensemble électrode/porte-électrode lorsqu'il est maintenu par lesdits moyens de maintien, - des moyens de préhension mobiles aptes à venir se saisir de l'ensemble électrode/porte-électrode après libération dudit ensemble par lesdits moyens d'actionnement, et - des premiers moyens de déplacement permettant de déplacer les moyens de préhension, de préférence selon l'axe (A-A) de l'électrode, et dans lequel lesdits premiers moyens de déplacement et lesdits moyens de préhension sont agencés par rapport aux moyens de logement de torche de manière telle que lesdits moyens de préhension puissent extraire l'ensemble électrode/porte-électrode de la torche par la partie arrière de la torche, lorsqu'une torche est agencée dans lesdits moyens de logement de torche. Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - une torche de soudage est agencée dans les moyens de logement de torche et comprend un ensemble formé d'un porte-électrode portant une électrode, de préférence la torche est une torche de soudage TIG ou plasma. - les moyens de préhension sont conçus et agencés pour permettre une extraction de l'ensemble électrode/porte-électrode par la partie arrière de la torche selon un mouvement de translation vertical vers le haut et selon l'axe (A-A). - les premiers moyens de déplacement permettent de déplacer les moyens de préhension selon l'axe (A-A), en rapprochement ou en éloignement par rapport à une torche positionnée dans les moyens de logement. - les moyens de préhension viennent saisir l'ensemble électrode/porteélectrode au niveau du porte-électrode. - l'axe (A-A) est sensiblement vertical par rapport au plan du sol. - il comporte des seconds moyens de déplacement permettent de déplacer les premiers moyens de déplacement et/ou les moyens de préhension en approchement ou en éloignement par rapport à l'électrode. les premiers moyens de déplacement, les seconds moyens de déplacement et/ou les moyens d'actionnement comprennent un ou plusieurs vérins ou analogues. - les moyens de préhension comprennent un mécanisme de fixation apte à venir coopérer avec le porte-électrode, de préférence un mécanisme à pince permettant de solidariser par serrage mécanique les moyens de préhension audit porte-électrode. - il comporte, en outre, des moyens de pilotage commandant les premiers moyens de déplacement, les seconds moyens de déplacement, les moyens de préhension et/ou les moyens d'actionnement, de préférence les moyens de pilotage sont incorporés à un robot de soudage ou à un automate programmable. - il est porté par un bâti. L'invention porte également sur un procédé de soudage à l'arc mettant en oeuvre une torche de soudage comprenant un ensemble formé d'un porte-électrode portant une électrode et des moyens de maintien de l'ensemble électrode/porte-électrode permettant de maintenir solidairement ledit ensemble électrode/porte-électrode dans la torche, et un dispositif de changement automatique d'électrode selon l'invention, de manière à permettre une extraction de l'ensemble électrode/porte-électrode de la torche par la partie arrière de ladite torche. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif en référence aux figures annexées. L'invention porte donc sur un dispositif de changement automatique d'électrode de torche 10 de soudage TIG. Le dispositif de l'invention permet de remplacer automatiquement le porte-électrode 4 avec électrode 11 en tungstène affûtée et préréglée. Le porte-électrode 4 est sorti du corps de torche 10 vers le haut de la torche 10 en contre sens de la pointe de l'électrode 11, c'est-à-dire par la partie l'arrière de la torche 10. La partie avant de la torche 10 comprenant la tête de la torche qui est la partie active durant le soudage, c'est-à-dire celle en regard des tôles à souder et au niveau de laquelle est généré l'arc électrique, alors que la partie arrière est celle située à l'opposée de la partie avant. Comme schématisé sur les figures 1 et 2, durant le soudage, la torche 10 équipée de l'ensemble électrode/porte-électrode 4, 11 est agencée solidairement dans un siège mécanique. Des moyens de maintien 3 de l'ensemble électrode/porte-électrode permettent de maintenir solidairement l'ensemble électrode/porte-électrode dans leur logement 9 au sein du corps de torche 10, pendant le soudage notamment. Les moyens de maintien 3 peuvent comprendre une bague de maintien ou tout autre dispositif conçu et apte à maintenir ledit ensemble électrode/porte-électrode dans la torche. Lorsque l'électrode 11 est érodée et qu'il faut la remplacer par une électrode neuve, des moyens d'actionnement 2 mobiles, tel un dispositif à vérin ou tout autre dispositif d'actionnement, viennent agir sur les moyens de maintien 3 de l'ensemble électrode/porte-électrode 4, 11, par exemple la bague de maintien, pour libérer cet ensemble électrode/porte-électrode lorsqu'il est maintenu par les moyens de maintien. Autrement dit, le dispositif à vérin 2 descend pour actionner la bague 3 de la torche 10 qui va alors relâcher le porte-électrode 4 de son logement 9 du corps de torche. Un deuxième dispositif à vérin 5 se déplace horizontalement vers la torche 10 de manière à amener, vers la partie arrière de la torche 10, des moyens de préhension 7 d'électrode, tel qu'un dispositif à pince conçu pour et apte à saisir l'ensemble électrode/porte-électrode 4, 11 au sein de la torche. Ensuite, des premiers moyens de déplacement 6, tel qu'un dispositif à vérin, déplacent les moyens de préhension 7 mobiles selon l'axe (A-A) et ceux-ci viennent se saisir de l'ensemble électrode/porte-électrode 4, 11 après sa libération par les moyens d'actionnement 2. Autrement dit, les moyens de préhension 7 mobiles descendent, c'est-à-dire se déplacent vers le bas et selon l'axe vertical (A-A), en direction de la partie arrière de la torche 10, et viennent se saisir du porte-électrode et l'extraire vers le haut, c'est-à-dire en le retirant par la partie arrière de la torche 10. Ensuite, le moyen à vérin 5 déplace les moyens de préhension 7 auxquels est solidarisé l'ensemble électrode/porte-électrode 4, 11, vers un plateau magasin 8 de porte-électrode pour y déposer l'électrode 11 usée et y prendre un ensemble électrode/porte-électrode neuf. Le chargement du stock d'ensembles électrodes/porte-électrodes dans le plateau magasin 8 peut être automatisé et il en va de même de l'affûtage des électrodes usagées. Le remplacement de l'ensemble électrode/porte-électrode 4, 11 se fait préférentiellement selon des cycles de changement d'électrode. Selon le cas, le déclenchement d'un cycle de changement peut se faire par : -intervention de l'opérateur en cas d'incident. - changement de prévention après un nombre X d'amorçages ou une durée de présence d'arc. -automatiquement en cas de défaut d'amorçage, par exemple après qu'une durée T préfixée de cycle amorçage ait été dépassée. - en cas de rupture d'arc. - en cas d'irrégularité de tension ou de courant mesurée par des capteurs de tension ou d'intensité adaptés. - après constatation d'irrégularités du résultat de soudage qui sont détectées par exemple par un système de vision par caméra avec déclenchement automatique du cycle, notamment après contrôle visuel de la pointe d'électrode par la caméra associée à un système de traitement d'images et de reconnaissance de forme. - après analyse d'un signal acoustique du bruit de l'arc électrique. Le dispositif de changement d'électrode peut être contrôlé par le robot de soudage lui-même ou par un automate programmable dédié au dispositif de changement d'électrode et/ou au générateur de courant de soudage, ce qui présente l'avantage de conduire à un système complètement autonome et indépendant du type de robot. En effet, un tel automate commande les organes de contrôle, par exemple les électrovannes pneumatiques ou similaires, et prend en compte les signaux des capteurs intégrés dans l'installation, par exemple les capteurs de fin de course des vérins pneumatiques ou autres. D'une façon générale, des capteurs adaptés servent à vérifier la position des vérins, la présence de porte-électrode dans le plateau, le bon positionnement de la torche dans son assise pour le changement, la prise correcte du porte- électrode dans la torche après changement. L'installation peut également comprendre des vérins ou des moteurs électriques, ou des vérins hydrauliques. La cinématique, c'est-à-dire l'ordre des mouvements verticaux, horizontaux et rotatifs, peut être différente. Le bâti support de l'installation comprend une structure, par exemple soudée et vissée de profilés en acier et aluminium ou en un autre matériau, tel l'acier. L'ensemble peut être associé à des dispositifs supplémentaires d'alimentation en électrodes neuves ou d'affûtage automatique des électrodes présentes dans le plateau. Le dispositif de l'invention répond, en outre, aux critères d'autonomie (automatique, réserve d'électrodes, intelligence du cycle), de rapidité (temps de cycle), de fiabilité (reproductibilité du point d'arc donc de la position de la pointe d'électrode), et de sécurité (pièces en mouvement, pointe d'électrode).30 Revendications 1. Dispositif de changement automatique d'électrode comprenant : - des moyens de logement (9) de torche permettant de recevoir une torche (10) de soudage comprenant un ensemble formé d'un porte-électrode (4) portant une électrode (11) d'axe (A-A) et des moyens de maintien (3) de l'ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) permettant de maintenir solidairement ledit ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) dans la torche (10), -des moyens d'actionnement (2) mobiles aptes à se déplacer et à venir agir sur les moyens de maintien (3) de l'ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) pour libérer ledit ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) lorsqu'il est maintenu par lesdits moyens de maintien (3), - des moyens de préhension (7) mobiles aptes à venir se saisir de l'ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) après libération dudit ensemble par lesdits moyens d'actionnement (2), et - des premiers moyens de déplacement (6) permettant de déplacer les moyens de préhension (7), de préférence selon l'axe (A-A) de l'électrode (11), et dans lequel lesdits premiers moyens de déplacement (6) et lesdits moyens de préhension (7) sont agencés par rapport aux moyens de logement (9) de torche de manière telle que lesdits moyens de préhension (7) puissent extraire l'ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) de la torche (10) par la partie arrière (12) de la torche (10), lorsqu'une torche est agencée dans lesdits moyens de logement (9) de torche. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une torche (10) de soudage est agencée dans les moyens de logement (9) de torche et comprend un ensemble formé d'un porte-électrode (4) portant une électrode (11), de préférence la torche (10) est une torche de soudage TIG ou plasma. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de préhension (7) sont conçus et agencés pour permettre une extraction de l'ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) par la partie arrière (12) de la torche (10) selon un mouvement de translation vertical vers le haut et selon l'axe (A-A).35 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les premiers moyens de déplacement (6) permettent de déplacer les moyens de préhension (7) selon l'axe (A-A), en rapprochement ou en éloignement par rapport à une torche (10) positionnée dans les moyens de logement. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de préhension (7) viennent saisir l'ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) au niveau du porte-électrode (4). 10 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'axe (A-A) est sensiblement vertical par rapport au plan du sol. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des seconds moyens de déplacement (5) permettent de déplacer les 15 premiers moyens de déplacement (6) et/ou les moyens de préhension (7) en approchement ou en éloignement par rapport à l'électrode (11). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les premiers moyens de déplacement (6), les seconds moyens de déplacement (5) 20 et/ou les moyens d'actionnement (2) comprennent un ou plusieurs vérins. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de préhension (7) comprennent un mécanisme de fixation apte à venir coopérer avec le porte-électrode (4), de préférence un mécanisme à pince 25 permettant de solidariser par serrage mécanique les moyens de préhension (7) audit porte-électrode (4). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de pilotage commandant les premiers moyens de 30 déplacement (6), les seconds moyens de déplacement (5), les moyens de préhension (7) et/ou les moyens d'actionnement (2), de préférence les moyens de pilotage sont incorporés à un robot de soudage ou à un automate programmable. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce 35 qu'il est porté par un bâti (15).5 12. Procédé de soudage à l'arc mettant en oeuvre une torche (10) de soudage comprenant un ensemble formé d'un porte-électrode (4) portant une électrode (11) et des moyens de maintien (3) de l'ensemble électrode/porteélectrode (4, 11) permettant de maintenir solidairement ledit ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) dans la torche (10), et un dispositif de changement automatique d'électrode selon l'une des revendications 1 à 11, de manière à permettre une extraction de l'ensemble électrode/porte-électrode (4, 11) de la torche (10) par la partie arrière (12) de ladite torche (10).10