Brevet FR2979271A1 — publié le 20130301

"CONTROLE ET REGLAGE DE SYSTEME DE TETE DE BRASAGE LASER" La présente invention est relative au contrôle et 5 au réglage d'un système de tête de brasage laser. Plus particulièrement, l'invention concerne le contrôle et le réglage d'alignement d'une extrémité libre de fil de métal d'apport à la sortie d'une buse d'amenée dudit fil par rapport à une unité d'émission de faisceau 10 laser dans un système de tête de brasage laser. Le document W003/035318 décrit un système de tête de brasage laser avec contrôle de la position de la focalisation du laser lors d'opérations de soudage. Un tel système est complexe. 15 La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur, pour permettre un contrôle et un réglage simplifié, sans pour autant nécessiter de mesures manuelles relativement longues à effectuer. 20 A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'outillage pour constituer un gabarit de contrôle et de réglage d'alignement d'une extrémité libre de fil de métal d'apport à la sortie d'une buse d'amenée dudit fil par rapport à une unité d'émission de faisceau laser dans 25 un système de tête de brasage laser nécessitant que ledit fil soit dans l'alignement du faisceau laser pour effectuer des soudures par brasage laser. Ce dispositif comprend un corps pourvu d'une part d'une embase qui délimite un fût traversant de passage de faisceau laser 30 et qui est conformée pour pouvoir être fixée à l'unité d'émission de faisceau laser et d'autre part une pointe de positionnement disposée de manière déterminée par rapport à l'embase en ayant son sommet dans l'alignement du fût traversant de passage de faisceau laser, ce sommet 35 étant destiné à être une référence de positionnement de l'extrémité libre du fil de métal d'apport, quand l'embase est solidarisée à l'unité d'émission de faisceau laser. Dans divers modes de réalisation du dispositif selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours 5 en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : la pointe de positionnement est conique en ayant son axe orienté vers l'embase et incliné par rapport à cette dernière ; 10 l'embase et la pointe de positionnement sont reliées par un tronc qui s'étend globalement suivant une direction parallèle à un axe du fût traversant de passage de faisceau laser pour être sensiblement parallèle au faisceau laser ; 15 l'embase comporte un plan d'accostage qui s'étend globalement suivant une direction perpendiculaire à l'axe du fût traversant de passage de faisceau laser et qui est prévu pour être parallèle à une face inférieure de l'unité d'émission de faisceau laser. 20 Par ailleurs, l'invention a également pour objet une machine outil comprenant d'une part un système de tête de brasage laser équipé d'une unité d'émission de faisceau laser et d'une buse d'amenée de fil de métal d'apport, la buse étant réglable relativement à ladite 25 unité d'émission et une extrémité libre dudit fil à la sortie de ladite buse étant destinée à être dans l'alignement du faisceau laser pour effectuer des soudures par brasage laser et d'autre part un dispositif d'outillage qui est conforme à l'invention, qui est 30 détaché dudit système de tête de brasage laser lors des opérations de soudure ou qui peut avoir son embase solidarisée à l'unité d'émission de faisceau laser en ayant sa pointe de positionnement dont le sommet constitue une référence de positionnement de l'extrémité 35 libre du fil de métal d'apport, pour que le dispositif constitue un gabarit de contrôle et de réglage d'alignement de l'extrémité libre dudit fil par rapport à l'unité d'émission de faisceau de manière à pouvoir effectuer un contrôle du positionnement déterminé de cette extrémité libre du fil et un réglage du positionnement dudit fil en réglant la disposition de ladite buse. Dans un mode de réalisation la machine comprend, relié à l'unité d'émission de faisceau laser, un écran de visualisation d'alignement, comprenant un repère de visée dont le centre est représentatif de la génératrice du faisceau laser, pour visualiser le sommet de la pointe de positionnement et ladite extrémité libre de fil de métal d'apport. Par ailleurs, l'invention a également pour objet un procédé d'utilisation d'un dispositif selon l'invention lors d'une opération de contrôle et de réglage d'alignement d'un système de tête de brasage laser équipé d'une unité d'émission de faisceau laser et d'une buse d'amenée de fil de métal d'apport, la buse étant réglable relativement audit dispositif d'émission et une extrémité libre dudit fil à la sortie de ladite buse étant destinée à être dans l'alignement du faisceau laser pour effectuer des soudures par brasage laser. Dans un premier mode d'exécution, ce procédé comprend une étape de solidarisation de l'embase du dispositif à l'unité d'émission de faisceau laser en positionnant la pointe de positionnement appartenant au dispositif de manière que son sommet constitue une référence de positionnement de l'extrémité libre du fil de métal d'apport relativement à l'unité d'émission de faisceau laser, puis une étape de réglage du positionnement dudit fil en réglant la disposition de ladite buse pour que l'extrémité libre du fil en sortie de la buse soit au contact dudit sommet. Dans un deuxième mode d'exécution, lors d'une 35 opération de contrôle et de réglage d'alignement d'un système de tête de brasage laser équipé d'un écran de visualisation d'alignement qui est relié à l'unité d'émission de faisceau laser et qui comprend un repère de visée dont le centre est représentatif de la génératrice du faisceau laser, le procédé comprend d'une part une étape de visualisation à l'écran du fil de métal d'apport lors du réglage de la buse et une étape contrôle de la position de l'extrémité libre du fil en correspondance du centre du repère suivant deux directions dans un plan et d'autre part une étape de contrôle visuel de la position de l'extrémité libre du fil par rapport au sommet de la pointe dans la direction perpendiculaire audit plan, ces étapes de contrôle étant suivies si nécessaire d'une part d'une étape de réglage du positionnement de l'extrémité libre du fil par rapport au sommet de la pointe dans ledit plan et dans la direction perpendiculaire audit plan. Dans un troisième mode d'exécution, en variante d'exécution du deuxième mode d'exécution du procédé, lors d'une opération de contrôle et de réglage du système de tête de brasage laser dont l'unité d'émission de faisceau laser est équipée d'une optique qui sert aussi de viseur pour une caméra reliée à l'écran, la distance focale est réglée dans l'unité pour obtenir la puissance maximale du faisceau laser à l'emplacement du sommet en observant la netteté du sommet en correspondance du centre du repère de l'écran. Dans un quatrième mode d'exécution, en variante d'exécution du deuxième mode d'exécution du procédé et préalablement à son étape de visualisation à l'écran du fil de métal d'apport, pendant l'étape de solidarisation de l'embase du dispositif à l'unité d'émission de faisceau laser dans la première exécution du procédé selon l'invention, le dispositif est solidarisé à l'unité d'émission de faisceau laser en contrôlant et en réglant la position du sommet de la pointe pour que ce sommet soit en correspondance du centre du repère de l'écran. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : la figure 1 est une vue schématique en 5 perspective montrant le dessous d'un dispositif d'outillage selon l'invention à proximité d'un système de tête de brasage laser ; la figure 2 est une vue schématique en perspective montrant le dessus du dispositif d'outillage 10 selon l'invention ; la figure 3 est une vue montrant schématiquement un écran de contrôle équipant le système de tête de brasage laser ; la figure 4 est une vue de côté montrant 15 schématiquement le montage du dispositif d'outillage selon l'invention sur son système de tête de brasage laser. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. 20 En se reportant aux figures, la référence 10 désigne un système de tête de brasage laser. Ce système 10 est destiné à appliquer une extrémité libre d'un fil de métal d'apport contre deux éléments à souder, par exemple une tôle de pavillon et une tôle de côté de 25 carrosserie de véhicule automobile, et à délivrer ce fil au fur et à mesure qu'un faisceau laser apporte de l'énergie pour fondre le métal d'apport et chauffer les deux tôles afin de les souder. Une telle technique de brasage laser est connue en elle-même et ne nécessite pas 30 une plus ample description, sauf à préciser que le fil de métal d'apport et le faisceau laser doivent être concomitants de manière précise pour effectuer un assemblage de qualité. Le système de tête de brasage laser 10 comprend un 35 bâti 12 destiné à être monté sur un robot pour être déplacé relativement aux éléments à souder. Le bâti 12 supporte d'une part une unité d'émission 14 à optique 16 de focalisation d'un faisceau laser 18 schématisé par une génératrice en traits pointillés mixtes à la figure 1 et d'autre part un bras 22 d'alimentation en fil de métal d'apport. Dans la description qui va suivre, le faisceau laser 18 est considéré comme ayant sa génératrice qui est suivant une direction verticale et l'optique 16 est considérée comme étant aménagée pour que le faisceau laser 18 sorte d'une partie de face inférieure horizontale 14A de l'unité d'émission 14. L'optique 16 sert aussi de viseur pour une caméra reliée à un écran 15 de visualisation d'alignement. L'écran 15 permet de viser la cible du faisceau laser. Il est représenté schématiquement et de manière partielle à la figure 3, avec son repère de visée. Le centre 15A du repère correspond très précisément à la génératrice du faisceau laser. Un tel d'écran et une telle caméra sont réalisés par des moyens de type connus. Le bras d'alimentation 22 est de type connu et il 20 est réglable par des moyens de type connu par rapport au bâti 12. Le bras 22 est immobilisé par rapport au bâti 12 par l'intermédiaire de vis de réglage 22A. Ce bras d'alimentation 22 supporte de manière réglable une buse 24 d'amenée de fil 26 de métal 25 d'apport. La buse 24 est alimentée en fil 26 par une gaine 28 fixée au bâti 12. Ce fil 26 est représenté et référencé à la figure 4, tout comme à la figure 3 comme cible visée à l'écran 15. La buse 24 est fixée sur un manchon de support 24C 30 qui est monté réglable par rapport au bras 22 via des moyens de type connu. Le manchon 24C est immobilisé par rapport au bras 22 par l'intermédiaire de vis de réglage 24B. A l'utilisation d'un tel système de tête de brasage 35 laser, il importe que l'extrémité libre 26A du fil 26 de métal d'apport soit exactement dans le faisceau laser 18. Le manchon 24C et de sa buse 24 permettent de disposer très précisément l'extrémité libre 26A du fil 26 de métal d'apport par rapport à l'extrémité libre 24A formant la sortie de la buse 24. Pour régler et contrôler le positionnement de l'extrémité libre 26A du fil 26 de métal d'apport relativement au faisceau laser 18, il est prévu un dispositif d'outillage 30 qui constitue un gabarit de contrôle et de réglage d'alignement du bras et de sa buse 24 par rapport à l'unité d'émission 14 du faisceau laser. Le dispositif d'outillage 30 et le système 10 de tête de brasage laser définissent ici une machine outil. Le dispositif d'outillage 30 comporte un corps pourvu d'une part d'une embase 32 et d'autre part d'une pointe de positionnement 34 disposée de manière déterminée par rapport à l'embase. Un tronc 36 relie l'embase 32 et la pointe de positionnement 34. L'embase 32 est conformée pour pouvoir être fixée à l'unité 14 d'émission de faisceau laser et pour laisser 20 passer ce faisceau à sa sortie par l'optique 16 de l'unité d'émission de faisceau laser. Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures, l'embase 32 est sous la forme d'un bloc qui délimite un fût traversant 38 de passage de faisceau 25 laser, ce fût 38 étant conformé pour correspondre avec l'optique 16. L'embase comporte une face supérieure 32A constituant un plan d'accostage qui s'ajuste parallèlement à la face inférieure 14A de l'unité 14 de laquelle sort le faisceau laser 18. Ce plan d'accostage 30 32A s'étend globalement suivant une direction perpendiculaire à l'axe du fût 38 de passage du faisceau laser. En outre, dans cet exemple de réalisation, le haut de l'embase 32 et le bas de l'unité 14 sont équipés de 35 moyens de fixation et de centrage 42 de type connu, tels que des moyens à d'engagement à rails et coulisseau, comme représentés à la figure 4. Ces moyens ne sont pas représentés aux autres figures pour ne pas les rendre inutilement compliquées. En variante, ces moyens peuvent être à queue d'aronde par exemple OU à tenons et logements à engagement vertical complétés par des vis d'immobilisation. L'important est que l'embase et l'unité puissent être mutuellement fixées en étant centrées pour que l'axe du fût traversant 38 soit en correspondance précisément avec la génératrice du faisceau laser 18. Le tronc 36 prend racine latéralement à l'embase 32. Il s'étend globalement suivant une direction parallèle à l'axe du fût traversant 38 pour être sensiblement parallèle au faisceau laser 18 et permettre l'espacement d'une hauteur souhaitée entre le plan d'accostage 32A et le sommet 34A d'extrémité libre de la pointe 34. A son extrémité libre opposée à l'embase 32, le tronc 36 présente un petit tronçon incliné 36A qui supporte la pointe de positionnement 34. Le tronçon incliné 36A a sa face supérieure 36B qui est en regard de l'embase et qui est orientée de manière à être sensiblement perpendiculaire à la direction générale de la buse 24 d'amenée de métal d'apport. La pointe de positionnement 34 est conique en ayant son axe perpendiculaire à la face supérieure 36B du tronçon incliné 36A du tronc 36. Ainsi, avantageusement, la pointe de positionnement 34 est disposée de manière déterminée par rapport à l'embase 32. Elle est adaptée à être positionnée en regard de l'extrémité libre 24A de la buse d'amenée de fil de métal d'apport pour que cette extrémité de la buse puisse être mise en position de manière déterminée par rapport au dispositif d'émission de faisceau laser quand l'embase est solidarisée à ce dispositif d'émission. Elle est adaptée à être positionnée de manière que son sommet 34A soit en correspondance de la distance focale permettant d'obtenir la puissance maximale du faisceau laser. Le fonctionnement et l'utilisation du dispositif d'outillage 30 ressort déjà en partie de la description 5 qui précède et va maintenant être détaillé. Pour régler ou contrôler le système 10, le dispositif d'outillage 30 est amené à proximité de l'unité 14 d'émission de faisceau laser et de la buse 24 d'amenée de métal d'apport dudit système. 10 Le haut de l'embase 32 et le bas de l'unité 14 sont rapprochés puis les moyens de fixation et de centrage 42 sont mis en oeuvre en ajustant les coulisseaux latéraux aménagés sur l'embase avec les rails aménagés dans l'unité 14 d'émission de faisceau laser. La face 15 supérieure 32A de l'embase 32 coulisse alors contre la face inférieure 14A de l'unité, jusqu'à ce que, en regardant l'écran 15, il s'avère que le sommet 34A d'extrémité libre de la pointe de positionnement 34 soit en correspondance du centre 15A du repère à l'écran. Le 20 dispositif d'outillage 30 est immobilisé sur l'unité 14. A cette position du dispositif d'outillage 30, le sommet 34A de la pointe de positionnement 34 est dans l'axe du fût 38 qui est positionné pour être coaxial avec la génératrice du faisceau laser 18. 25 La distance focale peut être réglée par des moyens connus dans l'unité 14 pour obtenir la puissance maximale du faisceau laser à l'emplacement dudit sommet. Avantageusement, comme l'optique 16 sert aussi de viseur pour la caméra reliée à l'écran 15, c'est cette optique 30 16 qui est utilisé pour ce réglage en observant la netteté du sommet 34A en correspondance du centre 15A du repère. Le bras 22 et le manchon 24C sont alors rendus mobiles par libération respectivement de leurs vis de 35 réglage 22A et leurs vis de réglage 24B. En déplaçant la buse 24 et/ou le bras 22, l'extrémité libre 26A du fil 26 de métal d'apport 26, positionnée précisément par rapport à la buse 24, est alors mise en contact avec le sommet de la pointe de positionnement 34. La position verticale de l'extrémité libre 26A du fil 26 est visuellement contrôlée par le contact avec ladite pointe 34, comme représenté à la figure 4. La position de l'extrémité libre 26A du fil 26 est visuellement contrôlée à l'écran 15 et/ou par le contact avec ladite pointe 34 pour les deux autres directions. Ce contrôle à l'écran 15 est représenté à la figure 3 qui montre cette extrémité 26A en correspondance du centre 15A du repère à l'écran. Les vis de réglage 22A et les vis de réglage 24B sont serrées pour immobiliser le bras 22 et le manchon 24C ainsi réglés. Lors d'un contrôle de positionnement, quand l'embase est montée sur l'unité 14, si la correspondance de l'extrémité libre 26A du fil 26 de métal d'apport 26 avec le sommet 34A de la pointe de positionnement 34 est correcte, il n'est pas nécessaire d'agir sur les vis de réglage 22A et les vis de réglage 24B. Sinon, le réglage est effectué comme déjà expliqué ci-dessus avec déplacement de la buse 24 avec son manchon 24C et/ou le bras 22. Avantageusement, l'outillage 30 est simple à 25 utiliser sur le système 10 de tête de brasage laser et l'alignement du fil de soudure 26 est effectué avec précision de manière rapide, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des mesures longues. En variante non représentée, la pointe conique à 30 sommet peut être remplacée par tout organe équivalent, par exemple de forme différente, pouvant assurer la fonction de référence de positionnement dans l'espace. REVENDICATIONS1. Dispositif d'outillage (30) pour constituer un gabarit de contrôle et de réglage d'alignement d'une extrémité libre (26A) de fil (26) de métal d'apport à la sortie (24A) d'une buse (24) d'amenée dudit fil par rapport à une unité (14) d'émission de faisceau laser (18) dans un système (10) de tête de brasage laser nécessitant que ledit fil soit dans l'alignement du faisceau laser pour effectuer des soudures par brasage laser, comprenant un corps pourvu d'une part d'une embase (32) qui délimite un fût traversant (38) de passage de faisceau laser et qui est conformée pour pouvoir être fixée à l'unité (14) d'émission de faisceau laser et d'autre part une pointe de positionnement (34) disposée de manière déterminée par rapport à l'embase en ayant son sommet (34A) dans l'alignement du fût traversant (38) de passage de faisceau laser, ce sommet (34A) étant destiné à être une référence de positionnement de l'extrémité libre (26A) du fil de métal d'apport, quand l'embase (32) est solidarisée à l'unité (14) d'émission de faisceau laser. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pointe de positionnement (34) 25 est conique en ayant son axe orienté vers l'embase (32) et incliné par rapport à cette dernière. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embase (32) et la pointe de positionnement (34) sont 30 reliées par un tronc (36) qui s'étend globalement suivant une direction parallèle à un axe du fût traversant (38) de passage de faisceau laser pour être sensiblement parallèle au faisceau laser (18). 4. Dispositif selon la revendication précédente, 35 caractérisé en ce que l'embase (32) comporte un plan d'accostage (32A) qui s'étend globalement suivant une direction perpendiculaire à l'axe du fût traversant (38)de passage de faisceau laser et qui est prévu pour être parallèle à une face inférieure (14A) de l'unité (14) d'émission de faisceau laser. 5. Machine outil comprenant d'une part un système (10) de tête de brasage laser équipé d'une unité (14) d'émission de faisceau laser (18) et d'une buse (24) d'amenée de fil de métal d'apport, la buse étant réglable relativement à ladite unité d'émission (14) et une extrémité libre dudit fil à la sortie (24A) de ladite buse étant destinée à être dans l'alignement du faisceau laser (18) pour effectuer des soudures par brasage laser et d'autre part un dispositif d'outillage (30) qui est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, qui est détaché dudit système (10) de tête de brasage laser lors des opérations de soudure ou qui peut avoir son embase (32) solidarisée à l'unité (14) d'émission de faisceau laser en ayant sa pointe de positionnement (34) dont le sommet (34A) constitue une référence de positionnement de l'extrémité libre (26A) du fil (26) de métal d'apport, pour que le dispositif (30) constitue un gabarit de contrôle et de réglage d'alignement de l'extrémité libre (26A) dudit fil par rapport à l'unité (14) d'émission de faisceau de manière à pouvoir effectuer un contrôle du positionnement déterminé de cette extrémité libre du fil et un réglage du positionnement dudit fil (36) en réglant la disposition de ladite buse (24). 6. Machine selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend, relié à l'unité d'émission de faisceau laser, un écran (15) de visualisation d'alignement, comprenant un repère de visée dont le centre (15A) est représentatif de la génératrice du faisceau laser (18), pour visualiser le sommet (34A) de la pointe de positionnement (34) et ladite extrémité libre (26A) de fil (26) de métal d'apport. 7. Procédé d'utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 lors d'uneopération de contrôle et de réglage d'alignement d'un système (10) de tête de brasage laser équipé d'une unité (14) d'émission de faisceau laser (18) et d'une buse (24) d'amenée de fil (26) de métal d'apport, la buse étant réglable relativement audit dispositif d'émission et une extrémité libre (26A) dudit fil à la sortie de ladite buse (24) étant destinée à être dans l'alignement du faisceau laser (18) pour effectuer des soudures par brasage laser, comprenant une étape de solidarisation de l'embase (32) du dispositif à l'unité (14) d'émission de faisceau laser en positionnant la pointe (34) de positionnement appartenant au dispositif (30) de manière que son sommet (34A) constitue une référence de positionnement de l'extrémité libre (26A) du fil de métal d'apport relativement à l'unité d'émission de faisceau laser, puis une étape de réglage du positionnement dudit fil (26) en réglant la disposition de ladite buse (24) pour que l'extrémité libre (26A) du fil en sortie de la buse soit au contact dudit sommet (34A). 8. Procédé selon la revendication précédente lors d'une opération de contrôle et de réglage d'alignement d'un système (10) de tête de brasage laser équipé d'un écran (15) de visualisation d'alignement qui est relié à l'unité (14) d'émission de faisceau laser et qui comprend un repère de visée dont le centre (15A) est représentatif de la génératrice du faisceau laser (18), comprenant d'une part une étape de visualisation à l'écran (15) du fil de métal d'apport lors du réglage de la buse (24) et une étape contrôle de la position de l'extrémité libre (26A) du fil (26) en correspondance du centre (15A) du repère suivant deux directions dans un plan et d'autre part une étape de contrôle visuel de la position de l'extrémité libre (26A) du fil par rapport au sommet (34A) de la pointe (34) dans la direction perpendiculaire audit plan, ces étapes de contrôle étant suivies si nécessaire d'une part d'une étape de réglage du positionnement de l'extrémité libre (26) du fil parrapport au sommet (34A) de la pointe dans ledit plan et dans la direction perpendiculaire audit plan. 9. Procédé selon la revendication précédente dans lequel, lors d'une opération de contrôle et de réglage du 5 système (10) de tête de brasage laser dont l'unité (14) d'émission de faisceau laser est équipée d'une optique (16) qui sert aussi de viseur pour une caméra reliée à l'écran (15), la distance focale est réglée dans l'unité (14) pour obtenir la puissance maximale du faisceau laser 10 à l'emplacement du sommet (34A) en observant la netteté du sommet (34A) en correspondance du centre (15A) du repère de l'écran. 10. Procédé selon la revendication 8 dans lequel, préalablement à l'étape de visualisation à l'écran (15) 15 du fil de métal d'apport, pendant l'étape de solidarisation de l'embase (32) du dispositif à l'unité (14) d'émission de faisceau laser dans le procédé selon la revendication 7, le dispositif (30) est solidarisé à l'unité (14) d'émission de faisceau laser en contrôlant 20 et en réglant la position du sommet (34A) de la pointe (34) pour que ce sommet soit en correspondance du centre (15A) du repère de l'écran.