FR2527957A1 - Methode et systeme de commande adaptatif pour machine a souder par points de resistance - Google Patents

Abstract

METHODE ET SYSTEME DE COMMANDE ADAPTATIF EN TEMPS REEL ET D'ASSURANCE QUALITE POUR MACHINE A SOUDER PAR POINTS PAR RESISTANCE. LE SYSTEME COMPORTE: -UNE SERIE DE DETECTEURS 37, 38, 39 SUR LA MACHINE QUI MESURENT DES PARAMETRES CHOISIS DE LA MACHINE ET DE LA PIECE; DES PREMIERS MOYENS POUR DIAGNOSTIQUER L'ETAT DE LA MACHINE ET DES PIECES AVANT SOUDAGE EN PRODUISANT DES SIGNAUX D'AMORCAGE DE DISPOSITIF DE PUISSANCE 25, 26 POUR ENGENDRER AU MOINS UNE IMPULSION DE DIAGNOSTIC DE FAIBLE INTENSITE, POUR DERIVER CERTAINES VARIABLES DE SOUDAGE DE CES PARAMETRES, ET DETERMINER SI CES VARIABLES SONT OU NE SONT PAS A L'INTERIEUR DE LIMITES PREDETERMINEES POUR REALISER UNE SOUDURE ACCEPTABLE ET INTERROMPRE LE PROCESSUS DE SOUDAGE EN CAS CONTRAIRE; ET DES DEUXIEMES MOYENS POUR PRODUIRE DES SIGNAUX D'AMORCAGE DE DISPOSITIFS DE PUISSANCE POUR ENGENDRER PLUSIEURS IMPULSIONS DE COURANT, MESURER LA PUISSANCE DE SOUDAGE ET DES VARIABLES CHOISIES DE LA PIECE APRES CHAQUE IMPULSION, ET REGLER DYNAMIQUEMENT LA PUISSANCE DE SOUDAGE APRES CHAQUE IMPULSION DE COURANT POUR COMMANDER LA FORMATION D'UN LINGOT DE SOUDURE ET POUR COMMANDER LA VITESSE DE REFROIDISSEMENT ET DURCIR LA SOUDURE. APPLICATION AUX MACHINES A SOUDER.

Description

L'inivertioni ccnceire unre c rommiiae auai 4 ive En

Lemjs réel et un système d'assurance qualité pour une ma-

chine de soudage par points par résistance et une méthode de

commande du processus de soudage.

Pendant le soudage, des variations dans le point de fonctionnement du processus ont lieu entre les différents points de soudure qui sont dues à des conditions différentes

telles que des variations de la surface du matériau, des va-

riations, de la géométrie de la pièce de travail, l'aplatis-

sement des électrodes, un mauvais fonctionnement de la ma-

chine, une erreur de l'opérateur etc Ces variations sont souvent impossibles à détecter par l'opérateur et entraînent

la réalisation de soudures de qualités différentes.

Les installations industrielles de soudage par

points par résistance utilisent différentes procédures coû-

teuses pour essayer de résoudre l'incertitude liée à ce pro-

cessus de jonction de métal Cela comporte la multiplica-

tion par deux ou trois du nombre de soudures nécessaires par rapport au cas o toutes les soudures auraient été bonnes, la pratique d'essais destructifs périodiques sur une gam me d'échantillons qui sont supposés être représentatifs des

conditions réelles de soudage, et le brasage de chaque sou-

dure Ces procédures de contrôle de qualité sont laborieuses

et ont un impact sévère sur la productivité tout en compli-

quant le processus de soudage par points et en n'assurant 2 -

pas une fiabilité totale du processus.

Il était donc nécessaire de développer un système ce soudage par points par résistance qui offre un niveau meilleur de fiabilité et de confiance pour ce processus de base de jonction de métal. Les améliorations apportées par la solution de ce problème comprennent l'élimination des essais destructifs et des soudures supplémentaires, la suppression du brasage, et dans le cas des avions la diminution de quelques livres du poids du moteur et de centaines de livres du poids total de

l'avion L'élimination totale de la part d'estimation asso-

ciée au processus de soudage par points supprime le besoin d'une opérateur entraîné pour commander la machine Ceci rend l'invention adaptée aux applications dans lesquelles on place automatiquement et on commande les pièces à souder au moyen de robots En plus de l'accroissement important de productivité qui sera réalisé, on peut alors utiliser le

soudage par points par résistance au lieu d'autres techni-

ques de jonction o l'on emploie des procédures coûteuses

telle que le rivetage Ceci élargirait de manière considéra-

ble le champ des applications pour le soudage par points par résistance. La plupart des machines à souder par points par

résistance n'utilisent pas de 'réaction" pendant le proces-

sus de soudage L'opérateur régie les commandes de soudure, qui sont établies par approximations successives, pour une

configuration donnée de machine/électrode/pièce Ces règla-

ges sont propres à chaque machine puisqu'ils ne sont pas dé-

finis en termes de propriétés physiques étalonnées; exécu-

ter le même travail sur une machine différente demande d'é-

tablir de nouveaux réglages des commandes par approximations successives Tout changement du point de fonctionnement de

la machine ou des caractéristiques de la pièce aura pour ré-

sultat une soudure défectueuse.

Il existe, essentiellement, quatre types de con-

trôles/commandes de soudage par points sur le marché qui sont définis par le paramètre unique mesuré lors du soudage; ce sont: ( 1) Les contrôles de dilatation thermique ( 2) Les contrôles de résistance de lingot ( 3) Les contrôles de puissance d'entrée (énergie de soudure); et ( 4) Les contrôles du type infrarouge, acoustique, ultrasonique.

Certaines des commandes de soudage à base de mi-

croprocesseurs conçus très récemment mettent en oeuvre des

algorithmes de réaction à une seule variable et sont capa-

bles de donner de bons résultats sous certaines conditions restrictives Les algorithmes ont une complexité limitée et réalisent une compensation seulement une fois par cycle de

soudure Ces unités sont difficiles à programmer et nécesi-

tent une connaissance de la théorie des systèmes pour assu-

rer la ztabilit 6 du processus.

Le défaut le plus grave de ces unités est qu'on ne

pratique aucun diagnostic pendant toute la durée du proces-

sus sur l'algorithme de réaction pour s'assurer que n'im-

porte quelle variation des caractéristiques de la machine ou de la pièce se trouve à l'intérieur de limites suffisantes pour être effectivement compensée par l'algorithme Ce qui a pour résultat, que des soudures de mauvaise qualité peuvent être réalisées par ces systèmes sans être détectées Lorsque le processsus s'interrompt du fait d'une incapacité de la commande de réaction de "tomber" à l'intérieur de limites

prédéterminées, aucune information n'est fournie à l'opéra-

teur décrivant la nature du problème Cette tâche est lais-

sée au jugement subjectif de ce dernier.

Le système de commande adaptatif à variables mul-

tiples en temps réel pour une machine de soudage par points par résistance est capable de commander automatiquement la formation des soudures par points dans le processus, de àa Duos Lisuer Lúa quaïité ue chaque Soudure au etoment o ei Le est fornmée, Ue Pratiquer ues uia; nostics ern airect avant, enuant et après chaque soudure Le système est constitué par une série ue détecteurs placés sur la machine, un miticro- ordinateur et des interfaces machine, capteur et uti-

lisateur Le processus de soudage comporte une étape de dia-

gnostic, une de conditionnement si nécessaire, et des étapes

de soudage et de durcissement.

La méthode de commande du processus de soudage par points comprend le diagnostic de l'état des pièces et de la

machine avant soudage, effectué en mesurant certaines varia-

bles telles que l'épaiseur de la pièce, la pressionde l'é-

lectrode et la résistance dynamique Le processus s'inter-

rompt lorsque l'une quelconque de ces variables n'est pas à l'intérieur de limites prédéterminées et la raison en est indiquée à l'opérateur On envoie des impulsions de courant

seulement après avoir déterminé que toutes les variables me-

surées sont à l'intérieur de l'intervalle et qu'une soudure acceptable peut être faite Lorsqu'une variable, telle que

la résistance dynamique est légèrement supérieure à la nor-

male comme lorsqu'il y a un ajustement mécanique ou un pro-

blème de contamination de surface, on conditionne les pièces en appliquant une ou plusieurs impulsions de courant pour

diminuer la résistance.

Une autre caractéristique de la méthode tient à ce que des impulsions de courant sont appliquées à la pièce et

que l'on régle dynamiquement la puissance de soudage à cha-

que demi-période en fonction de la dilatation thermique et

de la vitesse de dilatation de manière à commander la forma-

tion du lingot de soudure et à régler la vitesse de refroi-

dissement et le durcissement de la pièce soudée Pendant l'étape de diagnostic on mesure l'épaisseur combinée des pièces et on calcule la dilatation maximum pour réaliser une

soudure de qualité Les deux variables de la pièce, dilata-

tion et vitesse de dilatation, sont mesurées et comparées

252 ? 95 ?

-5-

respectivement à la valeur maximum et aux limites prédéter-

minée de la vitesse On règle les limites de la puissance en temps réel pour compenser l'aplatissement de l'électrode et les effets de shunt On applique des impulsions continues de courant pour former le lingot de soudure jusqu'à ce qu'on dépase la dilatation absolue maximum et que la vitesse de

dilatation soit inférieure à une valeur prédéterminée Pen-

dant l'étape de durcissement, on maintient la vitesse de di-

latation à l'intérieur des limites et les impulsions de cou-

rant sont discontinues lorsque la dilatation est inférieure

à une valeur donnée.

Une réalisation représentative du système de la commande adaptatif (de réaction) comporte des détecteurs de

déplacement d'électrode, de pression, de tension et de cou-

rant Un aspect important de l'invention est le détecteur d'interférences électromagnétiques de sorte que les signaux engendrés par les détecteurs précédents sont échantillonnés

pour l'interférence zéro La résistance dynamique, la puis-

sance de soudage, la dilatation et la vitesse de dilatation

sont calculés chaque demi-période et sont toujours disponi-

bles de même que le nombre des impulsions L'interface de la

commande de la machine à souder comporte une ligne de com-

mande de déplacement haut/bas de tête de soudage, des lignes

de circulation de réfrigérant et d'air comprimé et un con-

ducteur de commande de courant Ce dernier règle le courant

de sortie disponible en provenance de l'enroulement secon-

daire de la machine en réglant précisément les périodes de conduction des dispositifs de puissance sur l'enroulement primaire L'amorçage des SCR ou ignitrons est réglé de sorte

que le courant de sortie disponible est directement propor-

tionnel à la valeur de puissance de soudage fixée par le micro-ordinateur.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: Figure 1, la pièce soudée entre les électrodes et -6- un circuit électrique monophasé;

Figure 2, une vue de côté d'un dispositif de sou-

dage avec un circuit de courant triphasé; Figure 3, une vue de face partielle d'une machine à souder par points par résistance à pédale et du micro-or- dinateur; Figures 4 a-4 d des graphiques en fonction du temps du déplacement de l'électrode et de la résistance dynamique de la pièce et les formes d'onde de la tension d'électrode et du courant secondaire;

Figure 5, un diagramme entrée-sortie de la comman-

de adaptative,

Figure 6, un schéma synoptique du système de com-

mande adaptatif de la machine à souder par points par résis-

tance;

Figures 7 a-7 c des organigrammes simplifiés du pro-

cessus de soudage;

Figure 8, une courbe classique de dilatation ther-

mique de pièce en fonction du temps en demi-périodes; Figures 9 et 10, des électrodes et des pièces qui ont des problèmes d'ajustement mécanique et de contamination de surface; Figures lla-llb, une séquence des impulsions de courant pendant les trois ou quatre étapes de la soudure;

Figure 12 sert à expliquer, en liaison avec la fi-

gure 7 b, les limites de la vitesse de dilatation et de la dilatation; Figures 13 a et 13 b, la tension primaire pendant une demi-période et une impulsion de courant; elles sont utilisées pour calculer une expression de I 2 Figures 14 a-14 e des diagrammes de forme d'onde de la tension de réseau monophasée, de la ligne de référence,

de la tension primaire et du courant d'électrode et un dia-

gramme de synchronisation des signaux d'amorçage du SCR; et

Figure 15, un schéma synoptique du circuit de com-

-7-

mande du courant de SCR qui engendre une impulsion d'amor-

çage envoyée au SCR approprié.

Cette commande aaaptative à multivariables pour les machines à souder par points par résistance produit de meilleures soudures avec une répétition plus grande que cel-

les que peuvent produire les commandes existantes On réali-

se la compensation en temps réel pour une gamme très variée de pièces et de conditions d'électrodes qui ont lieu dans l'atelier La possibilité de soudures de mauvaise qualité passant dans la production sans que l'opérateur soit alerté

est virtuellement éliminée Dans les situations les plus ri-

goureuses o il est impossible de produire une soudure, ou une avarie de l'électrode est imminente, la machine fournit automatiquement un message de diagnostic indiquant la nature du problème On donnera quelques informations sur le soudage

par points par résistance mais on présumera que cette tech-

nique de soudage est familière.

Fr liaison avec la figure 1, le processus de sou-

dage par points par résistance électrique pour réunir deux matériaux par une fusion métallique localisée à travers leur

interface est un phénomène physique, chimique et métallurgi-

que compliqué Les électrodes 20 et 21 à faible résistance électrique, qui transportent un courant élevé vers une zone localisée des pièces 22 et 23, exercent une force sur les surfaces extérieures des matériaux à joindre Cette pression d'électrode P produit une déformation locale à l'interface des métaux à joindre et entaille les surfaces extérieures du

fait des contraintes de compression hautement concentrées.

Le but de cette pression initiale de l'électrode est de placer correctement les pièces et de maintenir un bon contact électrique La résistance électrique du système,

composé des électrodes en cuivre et des deux tôles métalli-

ques à joindre, est constituée par les résistances intrinsé-

ques du cuivre et des pièces plus les résistances de contact de surface à chaque interface de matériau La résistance de -8- contact de surface est due aux films de surface, oxydes et

aspérités à chaque interface Une pression d'électrode éle-

vée, produisant une contrainte d'interface de compression localisée, écrasera les aspérités des surfaces, réalisant ainsi un bon contact ce qui aura pour résultat une résis- tance électrique de surface réduite Comme la résistance des électrodes en cuivre et des métaux à joindre est faible, il est nécessaire d'avoir un courant de décharge important pour produire un chauffage par effet Joule La chute de ten-ion et le chauffage par effet Joule sont plus importants dans les pièces puisque la résistivité des électrodes en cuivre est inférieure d'un ordre de grandeur à celle de la plupart

des métaux à joindre.

Un certain chauffage localisé a lieu à l'interface de l'électrode et de la pièce, mais il est faible comparé au chauffage interne dans les pièces La chaleur engendrée par

l'effet Joule produit une élévation de la température inter-

ne qui est proportionnelle à la durée du courant de déchar-

ge Lorsque la durée est suffisamment longue, on atteint la température de fusion ce qui produit une zone de métal fondu

en expansion provenant de l'interface de la pièce Ce chan-

gement de phase, de solide vers liquide, crée une importante

dilatation thermique que l'on doit contenir par les pres-

sions d'électrodes Ensuite, le processus de refroidissement a lieu en formant le lingot de soudure par point 24 à partir

de la zone fondue, liant ainsi ensemble les deux pièces.

Le circuit électrique de la machine à souder mono-

phasée de la figure 1 comporte deux redresseurs commandés au

silicium inversés en parallèle 25 et 26 en série avec l'en-

roulement primaire du transformateur de soudage 27 Les SCR (les machines plus anciennes comportent des ignitrons) sont commandés en phase et commutés naturellement et commandent

le nombre de l'amplitude des impulsions du courant alterna-

tif de soudage fourni aux électrodes La vue de côté de la figure 2 montre les supports d'électrode 28 et 29 et les 9 - bras conducteurs inférieur et supérieur 30 et 31 C'est une machine triphasée; les impulsions de courant continu soit se chevauchent, soit ne se chevauchent pas Le circuit de courant 32 comporte classiquement un transformateur triphasé dont le circuit secondaire fournit du courant aux redres-

seurs basse tension, qui à leur tour fournissent des impul-

sions de courant basse tension, intensité élevée aux élec-

trodes Le circuit primaire comporte trois paires de SCR in-

versés en parallèle pour régler le courant.

La vue de face de la figure 3 représente les li-

gnes d'eau de refroidissement 33 et 34 des électrodes, le boîtier de coulisseau 35 et la glissière de coulisseau 36 qui est fixée au bras conducteur 30 et déplace l'électrode supérieure 20 par rapport à l'électrode inférieure 21 Ceci permet l'application d'une force mécanique aux électrodes avant, pendant et après la circulation du courant de manière

à réaliser des conditions correctes de chauffage et de sou-

dage On peut voir sur cette figure quelques uns des détec-

teurs du système de commande adaptatif à multivariables On détecte la tension d'électrode (ou tension en bout) entre les conducteurs 37 et 38 fixés sur les électrodes supérieure

et inférieure Un montage expérimental pour détecter le dé-

placement vertical utilise un codeur numérique optique 39

(par exemple le modèle SST-D 49-EB fabriqué par Dynamics Re-

search Corporation) qui est monté sur un longeron en saillie

décalé du support 29 de l'électrode inférieure Il détec-

te le mouvement relatif de l'électrode supérieure au moyen

d'une tige 41 montée sur un autre longeron en saillie 42 dé-

calé du support 28 de l'électrode supérieure qui se déplace avec cette dernière et enfonce un plongeur dans le haut du

détecteur 39 L'opérateur appuie sur une pédale 43 pour dé-

marrer manuellement l'opération de soudage Ce système de commande adaptatif expérimental comporte des éléments tels qu'un microprocesseur 44, un écran à tube cathodique 45 et

un clavier d'utilisation 46 Dans une machine à souder in-

- dustrielle le système de commande se trouve sur le côté de

la machine o sont situées toutes les commandes.

Les figures 4 a-4 d représentent des graphiques des paramètres de soudage et des variables de l'étape de soudage uniquement pour une machine monophasée et une pièce soudée

sur une telle machine On a utilisé en laboratoire une ma-

chine Taylor-Winfield monophasée de 150 KVA avec une tête à faible inertie avec une commande de soudage par un ignitron General Electric La figure 4 a représente le déplacement de l'électrode en fonction du temps par demi-périodes; c'était une soudure de dix huit demi-périodes On prévoit que la

courbe pour une machine triphasée sera plus lisse sans poin-

tes marquées à chaque demi-période La figure 4 b représente

la résistance dynamique de la pièce (= la résistance élec-

trique entre les deux électrodes), qui-est calculée à partir de la tension et du courant d'électrode lorsque la vitesse de modification de ce dernier est nulle R I ( 1) pour qdi O Les figures 4 c et 4 d sont des enregistrements de

la tension d'électrode et du courant du secondaire ou cou-

rant d'électrode La présente invention est un système de commande adaptatif en temps réel pour une machine à souder par points par résistance qui est capable d'automatiquement de: 1) commander la formation de soudures par points dans le processus, 2 > diagnostiquer la qualité de chaque soudure à sa formation,

3) réaliser des diagnostics sur la machine en di-

rect avant, pendant et après chaque soudure, et 4) enregistrer lés résultats comme références futures. L'invention fournit aussi un moyen de standardiser

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il - tout programme d'information de soudure de sorte qu'un programme de soudure donné peut être appliqué directement à

n'importe quelle machine indépendamment du type, et de sim-

plifier la procédure de création de nouveaux programmes de soudure Le système de commande est mis en oeuvre par un mi-

cro-ordinateur et des périphériques spécialisés pour exécu-

ter le contrôle des différentes entrées variables du proces-

sus et commander en temps réel la machine à souder par points.

La figure 5 est un diagramme entrée/sortie du sys-

tème de commande adaptatif utilisé avec des machines à sou-

der par points par résistance On divise les différents tra-

jets des signaux et des ordres en trois groupes:

1) les lignes d'interface de commande de la machi-

ne à souder, 2) les lignes d'entrée de détecteur, 3) les lignes d'interface de 1 'utilisateurou de 1 ' ooérateur Dans la discussion qui va suivre on se référera aussi à la figure 6 qui est un schéma synoptique du système de commande de la machine à souder L'interface de commande de la machine à souder à une ligne de commande haut/bas de la tête de soudage, des lignes de commande de courant, une commande d'air comprimé et une conduite d'eau La ligne de déplacement vertical de la tête de soudage commande le sens du mouvement de la tête de soudage de la machine à souder

par points par résistance On utilise la commande d'air com-

primé pour régler avec précision la force appliquée par les électrodes sur la pièce à souder La conduite de circulation d'eau permet au système de commande d'ouvrir ou de fermer

l'arrivée d'eau et les lignes de commande courant sont uti-

lisées pour régler le courant de sortie disponible en prove-

nance de l'enroulement secondaire de la machine à souder.

Ceci est une commande de phase et commande avec précision les temps de conduction des dispositifs de puissance, les SCR ou les ignitrons, dans le circuit primaire de la machine 12 -

à souder par points.

Les lignes d'entrées de capteur permettent au sys-

tème de commande adaptatif de mesurer avec précision l'état de la machine à souder en fonction du temps Ces capteurs mesurent le déplacement, la pression, la tension et le cou-

rant de l'électrode et le schéma d'interférence électroma-

gnétique (IEM) produit par la machine à souder Le système utilise chaque passage à zéro du signal d'entrée IEM pour commander l'échantillonnage des données d'entrée de capteur,

ce qui correspond aussi dans le temps au moment o la déri-

vée première du courant d'électrode secondaire est nulle, ce

qui permet de calculeraisément la résistance entre électro-

des à partir de la tension et du courant On détecte la tem-

pérature du réfrigérant, la température de la diode du re-

dresseur du circuit secondaire dans les machines triphasées, et la température du SCR ou de l'ignitron à la fois dans les

machines monophasées et les machines triphasées.

Les interfaces de l'utilisateur comportent une pé-

dale, un clavier, un écran et-un interface de communications série L'opérateur utilise le clavier principalement pour appeler par leur indicatifles programmes de travail définis

précédemment (le programme pour une configuration machi-

ne/électrode/pièce particulière) et aussi pour entrer l'in-

formation nécessaire à la création de programmes de travail.

L'écran fournit une information de guidage par dialogue avec

l'opérateur pendant la création d'un nouveau programme Pen-

dant le fonctionnement normal de la machine à souder l'écran fournit à l'opérateur des informations importantes d'état des travaux indiquant la qualité de chaque soudure au moment o elle est réalisée On émet un message de diagnostic qui

identifie toute condition qui empêche de terminer une sou-

dure acceptable et, lorsque c'est possible, spécifie l'ac-

tion corrective Dans une usine on peut recommander un pan-

neau avec des signaux lumineux au lieu d'un tube cathodique.

On utilise un interface de communications série

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13 - RS-232 disponible dans le commerce qui permet au système de

commande adaptatif de communiquer avec le monde extérieur.

On transfère facilement les programme de soudure de machine

à machine via l'interface de communications On peut dupli-

quer les diagnostics et les informations de contr 8 le de qua-

lité vers une source centrale pour une tenue d'archives au-

tomatique et dans un but de contrôle de production On peut aussi, réaliser la configuration des fonctions du système de commande adaptatif par une entrée éloignée de communications

du RS-232, permettant ainsi une commande directe par ordina-

teur de la machine à souder par points à partir d'une source extérieure Ceci facilite la bonne synchronisation de la machine à souder avec un 'robot" pour placer automatiquement les pièces à souder S'il y a une commande par robot, le clavier et l'écran ne sont plus nécessaires mais peuvent

encore exister dans le système.

La figure 6 représente les éléments modulaires qui constituent le système de commande adaptatif de la machine à souder par points Les composants du micro-ordinateur à

l'intérieur de la ligne en traits interrompus sont tous com-

mercialement disponibles et leurs fonction et fonctionnement

* sont bien connus de la technique L'unité centrale de trai-

tement 51 est, par exemple, le Z 80 B CPU vendu par Zilog Inc, Cupertino, California Les autres composants sont la

mémoire à accès sélectif 52, la mémoire morte 53, le méca-

nisme d'entraînement de disque et l'interface 54 et 55,

l'interface série RS 232 56 et le système de commande d'in-

terruption 57 De manière classique, le programme de soudure se trouve sur un disque souple et ou l'entre dans la mémoire

52 en même temps avec d'autres données telles que les pro-

priétés du matériaux et des paramètres En variante, on

place le programme dans la mémoire morte 53 pour des appli-

cations de soudage spécialisées Le système de commande d'interruption entre en jeu s'il y a une coupure dans le déroulement du système ou programme de manière à ce qu'il 14 -

puisse être repris à partir de ce point à un moment ulté-

rieur Le module de commande de base de temps peut être une

unité standard On compose le système autour des bus de don-

nées et d'adresses 59 et 60 du micro-ordinateur à 8 chiffres binaires, et le système comporte en outre plusieurs modules

d'interface avec la machine à souder.

Le capteur de courant d'électrode est un transduc-

teur à effet de Hall monté sur le rétrécissement de la ma-

chine à souder (le rétrécissement se trouve entre les bras conducteurs 30 et 31); le contrôle de courant 61 est un amplificateur-séparateur et le signal est mis en forme et

réduit pour servir de signal d'entrée à l'interface de con-

version Analogique/Numérique (A/N) 62 En variante on peut détecter le courant secondaire par une simple bobine On contrôle la tension entre électrodes par les sondes 37 et 38 et on l'envoie à l'entrée d'un convertisseur A/N Sur la machine à souder expérimentale la tension en bout (tension entre électrodes) est de l'ordre de 1 volt et le courant secondaire d'environ 7000-9000 ampères Ces deux signaux d'entrée permettent de calculer dynamiquement la puissance

de soudage et la résistance de la pièce, à chaque demi-pé-

riode ou après chaque impulsion de courant, sous commande de logiciel On calcule la puissance de soudage, P, à partir du courant d'électrode et de la résistance dynamique comme suit

P = I 2 R ( 2)

On mesure la pression d'électrode appliquée à la

pièce avec une cellule de mémoire de pression piézoélectri-

que construite dans la tête de soudage ou on peut la contrô- ler par un circuit extensométre monté sur le bras inférieur 31 de la

machine à souder Le contrôle de charge 63 met en forme et à l'échelle le signal pour qu'il serve d'entrée à

un convertisseur A/N.

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-

L'interface de déplacement permet au micro-ordina-

teur de mesurer le déplacement de l'électrode supérieure 20.

Le microprocesseur utilise cette information pour mesurer l'épaisseur combinée des pièces à souder, et la dilatation thermique en fonction du temps lorsqu'on réalise une sou- dure Le capteur 64 qui sera utilisé avec l'interface peut être n'importe quel codeur numérique rotatif ou linéaire avec des signaux de sortie en quadrature de phase Plusieurs transducteurs disponibles dans le commerce fournissent une résolution suffisante pour cette application Tout mouvement de flexion en fonction de la charge sur le bras inférieur 31

qui maintient l'électrode inférieure 21 en place est facile-

ment compensé par le logiciel L'interface de déplacement 65 convertit les signaux de sortie analogiques du dispositif de

déplacement en données numériques en un modèle reconnais-

sable par le micro-ordinateur Dans une machine industriel-

le, le détecteur de déplacement est situé dans le rétrécis-

sement de la machine à souder plutôt que comme représenté

figure 3.

La quantité importante d'interférence électroma-

gnétique au voisinage de la machine à souder crée un problè-

me si l'on veut obtenir des mesures précises des détecteurs.

On réalise un détecteur d'interférence tel que la bobine de

courant 66 (figure 2) montée sur le bras conducteur infé-

rieur 31 de la machine à souder ou à un autre endroit o des lignes de flux magnétique passent dans la bobine Le signal de tension est proportionnel à l'interférence à ce moment là l'interférence est nulle lorsque di/dt est nul On utilise ce signal pour déterminer quand les autres signaux d'entrée analogiques ayant tendance à capter les IEM, c'est-à-dire les signaux de charge, de courant, de tension, peuvent être étalonnés sans interférence Le déplacement est un signal

numérique que l'on peut étalonner à tout moment sans pro-

blème d'interférence Le contrôle d'I E M 67 est un ampli-

ficateur qui réduit et sert de tampon.

16 -

L'interface de température permet au micro-proces-

seur de mesurer les températures des dispositifs de puis-

sance de circuit primaire, des diodes du redresseur secon-

daire sur les machines triphasées à courant continu et de l'eau de refroidissement de l'électrode On utilise la tem- pérature de l'eau de refroidissement dans le processus pour compenser les variations dans la taille de l'électrode dues

à la dilatation thermique D'autres signaux d'entrée de tem-

pérature sont fournis seulement dans un but de diagnostic.

Les détecteurs sont des thermistances, des thermocouples, ou

des diodes et le contrôle de température 68 amplifie le si-

gnal et le décale de manière appropriée Le dispositif d'in-

terface arithmétique 69 augmente la capacité de calcul du

système et supprime le problème d'effectuer des multiplica-

tions et des opérations inverses à partir du microprocesseur CPU 51 Ceci fournit la largeur de bande augmentée qui est nécessaire pour mettre en oeuvre un algorithme à variables multiples en temps réel ce qui demande de calculer des expressions analytiques compliquées pour chaque demi- période

du courant de soudage L'interface arithmétique a un multi-

plicateur standard et une table à consulter de 1/X On cal-

cule rapidement la résistance dynamique en multipliant la

tension d'électrode par l'inverse du courant secondaire.

L'interface de commande d'air comprimé 70 permet au micro-ordinateur de commande la pression appliquée par l'électrode aux pièces à souder On peut mettre ceci en

oeuvre avec un moteur pas à pas placé sur la vanne du régu-

lateur d'air comprimé de la machine à souder La commande du moteur pas à pas envoie des impulsions au moteur égal au nombre de tours à effectuer dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse Lorsque le moteur atteint

une limite, un signal d'entrée est envoyé au micro-ordina-

teur On réalise une largeur de bande de commande plus ra-

pide que celle obtenue avec un moteur pas à pas avec une sé-

rie de régulateurs d'air comprimé mentés en parallèle qui 17 - ont des pondérations relatives 1, 2,4,8 etc, et que l'on

peut commuter en marche/arrêt à volonté par le micro-ordi-

nateur. L'interface de commande de soudure 72 permet de régler la puissance de soudage en temps réel à chaque demi-période du courant de soudure monophasé traversant les pièces, et à chaque demi-période de chaque phase sur une

machine triphasée En plus de commander l'amorçage des dis-

positifs de puissance, l'interface règle cet amorçage de ma-

nière à ce que la puissance de sortie disponible soit direc-

tement proportionnelle à la valeur de commande du courant fixée par le micro-ordinateur Les sytèmes de commande de

machine à souder par points par résistance de l'art anté-

rieuracxmtondent dynamiquement chaque période entière de cou-

rant Le système de commande adaptatif de l'invention a deux

fois la largeur de bande de commande sur les machines mono-

phasées et six fois la largeur de bande de commande sur les

machines triphasées Le signal de référence de ligne syn-

chronise le circuit de commande de courant qui est expliqué

en détail en liaison avec les figures 13-15, avec le cou-

rant, alternatif 60 Hz L'interface de commande de soudure permet aussi au micro-ordinateur de commander le déplacement

haut/bas de la tête de soudage, le débit d'eau de refroidis-

sement et de contrôler le signal d'entrée de la pédale de

l'utilisateur.

Une caractéristique du système de commande adap-

tatif est que le micro-ordinateur étalonne automatiquement les détecteurs au moment de l'installation On engendre et

on stocke une courbe d'étalonnage, par exemple de la pres-

sion d'électrode pour servir de référence future.

Les paramètres et variables suivants de la machine et de la pièce sont toujours mesurés après chaque impulsion

de courant et sont toujours disponibles: tension d'élec-

trode, courant d'électrode, puissance de soudage, résistance

dynamique de la pièce, dilatation thermique de la pièce, vi-

18 -

tesse de variation de la dilatation, temps (nombre d'impul-

sions) et températures On échantillonne les données d'en-

trée du capteur pour 1 ' interférence zéro et on les envoie des in-

terfaces 62, 65 et 68 dans la mémoire à accès sélectif 52.

Le CPU 51 et le dispositif arithmétique 69 traitent ces don- nées Tous les éléments modulaires ont des liaisons d'entrée et de sortie d'ordinateur standards et un bus de commande adressable; il y a des trajets de données vers tous les éléments mais seul l'élement qui est en marche traite les

données A titre d'exemple de trajet de circulation des don-

nées, on calcule la résistance dynamique en mesurant le cou-

rant et la tension pour l'interférence zéro et en stockant les valeurs numériques dans la mémoire 52 Le CPU 51 envoie une instruction de transfert de données vers le dispositif arithmétique 69 o on multiplie la tension par l'inverse du

courant On calcule le produit qui est envoyé dans la mé-

moire 52 On obtient la dilatation thermique à partir du dé-

tecteur de déplacement et on la ramène aux conditions de température du réfrigérant et de flexion du bras conducteur

inférieur due à la pression d'électrode On détermine la vi-

tesse de dilatation à chaque demi-période ( 1/120 sec) à partir de la différence entre le déplacement actuel et le

dernier déplacement.

Le système de commande adaptatif de la figure 6 a

la flexibilité inhérente nécessaire pour réaliser automati-

quement des soudures par points parfaites pour une gamme très large de matériaux, conditions d'électrode et points de

fonctionnement de machine Un logiciel est, cependant nécçes-

saire pour commander ces fonctions et l'ensemble de fonc-

tions de la machine Les figures 7 a, 7 b, 7 c représentent un

organigramme simple démontrant l'importante capacité adapta-

tive de soudage que l'on atteint facilement avec une com-

mande par logiciel Le processus de soudage comporte quatre étapes: une étape de diagnostic, une étape de mise en condition si nécessaire, une étape de soudage et une étape

297957

19 - de durcissement Les deux premières étapes sont mises en oeuvre par la séquence d'opération représentées figure 7 a, et examinent l'état de la machine et des pièces et adressent certaines conditions Si l'on ne peut obtenir une soudure de 'bonne' qualité, le système de commande arrête la machine

avant que l'étape ne commence La procédure de début 75 con-

siste à ce que l'opérateur appuie du pied sur la pédale, la

tête de soudage s'abaisse et on applique la pression d'élec-

trode aux pièces ( 22 et 23, figure 1) L'épaisseur totale de la pièce et la pression d'électrode sont mesurées avant l'application de la puissance de soudage Ces deux quantités

doivent se trouver à l'intérieur de certaines limites prédé-

terminées pour que le processus de soudage continue Les étapes de la méthode de commande du processus de soudage

sont les suivantes La première décision 76 consiste à mesu-

rer l'épaisseur combinée de la pièce, S, qui doit être com-

prise entre une valeur maximum, SMAX' et une valeur mini-

mum S pour pouvoir continuer Si l'épaisseur réelle est supérieure à SMAX ou inférieure à SMIN' le processus s'interrompera et produira un message de diagnostic énonçant

la nature du problème L'étape 77 consiste à calculer la di-

latation thermique de la cible d MAX' à partir de l'épais-

seur réelle mesurée de la pièce et des matériaux connus à

priori, pour avoir une soudure par point terminée accepta-

ble L'équation de dilatation thermique est un polynôme de

la forme ao + a x + a 2 x 2, dont on connait les coeffi-

cients et o x = épaisseur La figure 8 est une courbe clas-

sique idéale de dilatation des étapes de soudage et refroi-

dissement On a démontré que la dilatation maximum, 6 MAX est un bon discriminant de la qualité de la soudure une fois

que l'on a compensé l'épaisseur, la pression et la résis-

tance Une soudure par point se dilate pendant sa formation proportionnellement au volume de liquide formé; parce que l'enveloppe fondue est très enfermée, la variation de volume a une composante verticale plus importante que la composante -

horizontale Pour la dilatation maximum calculée, le diamè-

tre du lingot et la pénétration sont acceptables et envoyer

plus de courant dans la pièce aurait pour résultat un agran-

dissement non souhaitée du diamètre du lingot.

L'étape 78 de la figure 7 a sert à vérifier la pression d'électrode, L, pour voir si elle se trouve entre les valeurs maximum et minimum LMAX et LMIN Lorsque la pression mesurée est supérieure à LMAX ou inférieure à LMIN' le processus s'interrompt et on engendre un message de diagnostic La pression d'électrode détermine les valeurs de résistance de contact et par conséquent le courant de

soudage Elle agit aussi sur la température en bout d'élec-

trode. Le processus se poursuit avec l'application d'une

impulsion de diagnostic de faible intensité et de courte du-

rée (étape 79) pour mesure la résistance dynamique de la

pièce Une résistance mesurée trop faible ou trop élevée pro-

voquera l'interruption du processus Premièrement, selon

l'étape 80, on vérifie s'il y a un défaut d'amorçage du dis-

positif de puissance en examinant la puissance de soudage calculé Un défaut d'amorçage a pour résultat l'interruption du processus et un message de diagnostic Si non, l'étape 81 sert à vérifier la valeur de la résistance, R, qui doit être comprise entre RMAX et RMIN pour continuer Lorsque la résistance est supérieure à une deuxième limite maximum,

R 2 > RMAX' ou lorsque la résistance mesurée est infé-

rieure à RMIN, le processus s'interrompt et il y a un mes-

sage de diagnostic Une mesure de la résistance légèrement supérieure à la normale, supérieure à R t inférieure à R 2, provoquera la mise en condition par la machine des pièces par application de courtes impulsions de courant de manière à maintenir la résistance de la pièce dans l'intervalle pour la tâche particulière réglée avant de poursuivre la soudure Le processus passe automatiquement à

la nouvelle étape si la mise en condition n'est pas néces-

252 ? 957

21 - saire Les modifications qui donnent une résistance trop

élevée sont habituellement le résultat soit d'une contamina-

tion de surface, soit d'un mauvais ajustement mécanique de la pièce Ce dernière point est représenté figure 9 o l'on peut remarquer que les pièces 22 a et 23 a ne sont pas plates. Figure 10, les pièces 22 b et 23 b ont des oxydes ou autres

agents de contamination en surface ce qui augmente la résis-

tance entre électrodes.

L'étape 82, pour mettre en condition les pièces,

consiste après un temps de refroidissement des pièces à en-

voyer une impulsion de courant On revérifie la résistance

(étape 83), et si R est encore supérieure à Ri AX, on ap-

plique une autre impulsion de courant et on vérifie la ré-

sistance;et on répète les étapes 82 et 83 jusqu'à ce que la résistance mesurée R soit inférieure à RMAX La figure 11 représente l'impulsion de courant de diagnostic de faible intensité et les impulsions de courant de l'étape de mise en condition Le délai observé entre les impulsions de courant de mise en condition permet d'éviter un échauffement trop important des pièces Ces impulsions de courant déforment

plastiquement les matériaux des pièces pour obtenir un meil-

leur contact mécanique et brûlent les agents contaminants en surface. Après un délai approprié (étape 84), on vérifie à l'étape 85 la dilatation thermique, 6 Si la dilatation est

égale ou supérieure à zéro, par rapport à l'épaisseur mesu-

rée à l'étape 76, le processus continue jusqu'à l'étape de

soudage Si la dilatation est inférieure à zéro, ceci indi-

que qu'il y a un problème d'ajustement et que les pièces se sont plastiquement déformées et que leur épaisseur combinée a changé Le processus revient à l'étape 76 pour remesurer l'épaisseur combinée, S, et calculer une nouvelle valeur de

dilatation à atteindre, SMAX' basée sur la nouvelle mesu-

re d'épaisseur On répète les étapes 77 à 81, 84 et 85 et on met en condition à nouveau les pièces si nécessaire Il y a 22 - une limite au nombre d'impulsions nécessaire pour diminuer

la résistance, soit environ cinq impulsions à chaque fois.

On fournit une puissance continue de soudage à partir de la machine à souder par points jusqu'à ce que le processus de mise en condition soit terminé avec succès On ajuste en temps réel l'intensité de chaque demipériode du courant de soudure, après chaque impulsion de courant, en fonction de

la dilatation thermique de la pièce et de sa dérivée pre-

mière de manière à régler précisément la formation d'un lin-

got de soudure Une fois obtenues la taille et la pénétra-

tion complète du lingot de soudure, on utilise le courant pour régler la vitesse de refroidissement de la pièce Ceci

durcit la pièce et diminue les contraintes thermiques à tra-

vers la zone de soudure qui auraient été produites par un

refroidissement normal plus rapide.

La figure 7 b représente le programme de l'étape de soudage Dans les étapes 86 et 87 on applique une impulsion

de courant et on vérifie un compteur pour effectuer le comp-

tage d'impulsions C Si C est inférieur à C 1, par exemple

cinq impulsions, on mesure la vitesse de dilatation, Aô,com-

me indiqué en 88 Le processus continue lorsque la vitesse d'expansion est comprise entre deux vitesses limites Ad^^

et A 2 Si la vitesse de dilatation mesurée est plus fai-

ble que la limite inférieure A 5,, l'étape 89 consiste à augmenter la puissance de soudage et aussi ses limites PMIN et P MAX En variante l'étape 90 consiste à diminuer la puissance de soudage et ses limites lorsque la vitesse de dilatation est supérieure à Aô 2 ' La figure 12 représente les deux limites de la vitesse aux points i et i-l, et la

vitesse de dilatation au point i} A 6 i, qui est la diffé-

rence entre la dilatation au point i et la dilatation au

point i-l On règle la vitesse de dilatation pour la main-

tenir entre ces deux limites Ceci empêche de pomper pas as-

sez ou trop de courant dans la pièce pour obtenir une soudu-

re acceptable On répète les étapes 89 ou 90, figure 7 b, 23 - jusqu'à ce que la vitesse de variation de la dilatation soit

à l'intérieur des limites prédéterminées.

La méthode de réglage se poursuit par la vérifica-

tion de la puissance de soudage P et l'augmentation ou la diminution du courant en 92 et 93 de sorte que la puissance soit comprise entre PMAX et PMIN' L'étape 94 consiste à vérifier la valeur de la dilatation, 6, et se poursuit par la vérification du défaut d'amorçage du SCR ou de l'ignitron en 95 lorsque la dilatation absolue est inférieure à 6 MAX' On répète les étapes 86-95 tant que le compte d'impulsion C

est inférieur à C 1 Après un nombre prédéterminé d'impul-

sions de courant, par exemple cinq, on n'effectue plus les étapes 88-90 et la procédure consiste seulement à vérifier le courant, la dilatation et le défaut d'amorçage tout en maintenant dynamiquement la puissance de soudage entre des limites On applique des impulsions continues de courant de soudage aux pièces comme représenté figure llb jusqu'à ce

que la dilefetior absolue soit supérieure à 6 MAX' Une rai-

son pour changer les limites de puissance dans les séquences 89 et 90 tient à ce que les anciennes électrodes peuvent être aplaties ou que les soudures adjacentes toutes proches peuvent shunter le courant avec pour résultat une dilatation moindre pour une quantité donnée de puissance On remonte les limites de puissance pour compenser La machine a un

point de fonctionnement flottant dépendant du point o l'in-

génieur souhaite placer les limites On fournit un logiciel

de surveillance pour réaliser une compensation adaptative.

A l'étape 96 on diminue la puissance de soudage

dès que l'on a atteint la dilatation maximum fixée et on vé-

rifie en 97 la vitesse de dilatation Tant que la vitesse de

variation de la dilatation est supérieure à la limite préré-

glée A 63 on répète les étapes 86, 87, 91, 97 et on diminue

la puissance de soudage à chaque fois jusqu'à ce que la vi-

tesse de dilatation mesurée soit inférieure à la limite AL 36 A ce point (voir figure 8) la courbe de dilatation 24 -

s'aplatit Deux choses sont nécessaires pour passer de l'é-

tape de soudage à l'étape de durcissement: que la dilata-

tion absolue soit supérieure à la valeur maximum calculée

MAX et quela vitesse de variation de dilatation soit in-

férieure à une valeur minimum AL 6 *

Pendant l'étape de durcissement, on ajuste dynami-

quement la puissance de soudage en temps réel pour-régler la vitesse de refroidissement précise de la pièce On règle la vitesse à laquelle la chaleur chute Ceci durcit la pièce et

diminue les contraintes thermiques à travers la zone de sou-

dure qui auraient été produites par un refroidissement nor-

mal plus rapide La pression d'électrode et la vitesse de refroidissement agissent sur la métallurgie de la soudure et on peut régler ceci précisément La vitesse de variation de

la dilatation à ce moment là est négative.

En se référant à la figure 7 c, les étapes 98 et 99 de la méthode de commande du processus de soudage consiste à

diminuer le courant, envoyer une impulsion de courant et vé-

rifier la vitesse de dilatation On les répète tant que la vitesse est supérieure à une limite A 64 qui a une pente négative Lorsque la vitesse de dilatation est inférieure à ceci, on vérifie en 100 la dilatation absolue pour voir si elle est supérieure à la première limite A trouvée à la figure 8 Les étapes 101 à 104 consistent à appliquer une impulsion de courant, vérifier la vitesse de dilatation et diminuer ou augmenter la puissance de soudage suivant que la vitesse est plus grande qu'une limite supérieure L 65 ou plus petite qu'une limite inférieure L 6 On répéte ces

étapes pour maintenir la vitesse de dilatation entre ces li-

mites par application d'impulsions continues de courant de

soudage comme représenté figure llb jusqu'à ce que la dila-

tation mesurée soit inférieure à 6 A'

Si les pièces sont suffisamment refroidies, la di-

latation mesurée à l'étape 100 est inférieure à 5 A et les

impulsions de courant sont discontinues L'étape 105 con-

252 ï 957

-

siste à remesurer autant de fois que nécessaire la dilata-

* tion absolue, 6, pour que la pièce se refroidisse jusqu'au point o la dilatation est inférieure à la deuxième limite d B représentée figure 8 Cette seconde limite peut être un nombre négatif par ce que les électrodes sous pression en-

taillent les surfaces des pièces La dernière étape 106 con-

siste à émettre un ordre pour lever la tête de soudage La

soudure est faite et on enlève la pièce soudée de la machine.

Le système de commande adaptatif basé sur le mi-

croprocesseur a une flexibilité suffisante pour que l'on puisse contrôler d'autres variables de soudage, telles que la résistance dynamique des pièces, et les utiliser pour commander le processus de soudage La chute brutale de la résistance dynamique figure 4 b est une indication de ce que

la fin de l'étape de soudage est proche.

On a mis l'accent sur le fait que le processus de

soudage commande chaque demi-période d'une machine mono-

phasée, et chaque demi-période de chaque phase d'une machine

triphasée Le circuit de commande de courant dans l'inter-

face de commande de soudure 72, figure 6, plus particuliè-

rement la commande de courant de SCR/ignitron est expliquée

en liaison avec les figures 13 a-15 Les dispositifs de puis-

sance sont commandés en phase et commutés naturellement et

le circuit de commande de courant fournit des signaux d'a-

morçage pour mettre en marche, les dispositifs positif et

négatif Les figures 13 a et 13 b représentent une demi-pério-

de de la tension et du courant de circuit primaire de la ma-

chine monophasée de la figure 1 Le temps T est mesuré à

partir de la tension zéro et est égal à la moitié de la lar-

geur de l'impulsion de courant L'augmentation de la puis-

sance de soudage commandée accroît à la fois la largeur et l'amplitude de l'impulsion de courant; la largeur maximum

est une demi période complète T/2 On rappellera que l'amor-

çage du SCR est commandé de telle sorte que le courant de sortie disponible est directement proportionnel à la valeur 26 -

du courant de soudage ordonnée par le micro-ordinateur.

Les équations suivantes donnent la dérivation de b en fonction de I 2 (P = R) RMSRM rt S I(t) = fsinw tdt -T t > T ( 3) 2 r T/4

IRMS 2

RMS =2 I(t) dt ( 4) -T/4 En substituant T/4 t 2 = f lf sin tdt dt ( 5)

T/4 -T

donc 2 S ()

RMS=F)

C'est-à-dire que I 2 est une fonction quel-

RMS conque de T, la demi largeur de l'impulsion de courant La transformée est: T = G(IR Ms) ( 7)

L'équation ( 7) est le modèle analytique sur le ta-

bleau du circuit de la figure 15.

La figure 14 représente la tension de ligne mono-

phasée et la figure 14 b la référence de ligne de niveau lo-

gique, noté figure 6 comme un signal d'entrée de l'interface de réglage de soudure 72 La tension du circuit primaire et

le courant secondaire sont représentés figures 14 c et 14 d.

L'augmentation du courant de soudage a pour effet de dimi-

nuer la largeur de "l'échancrure" dans la forme d'onde de la tension primaire et la diminution du courant augmente la largeur de "l'échancrure" Les impulsions d'amorçage du SCR sont temporisées à partir de la ligne de référence La ligne

supérieure de la figure 14 e représente les signaux d'amor-

çage du SCR positif et la ligne inférieure d'amorçage infé-

rieure les signaux d'amorçage du SCR négatif Ce sont des impulsions d'amorçage logique engendrées par l'interface de 27- commande de soudure et envoyées aux circuits d'amorçage des

dispositifs de puissance.

La figure 15 est un schéma synoptique simplifiée du circuit de commande de courant On calcule la quantité 12 à partir de la valeur commandée de la puissance de RMS

soudage et de la résistance dynamique et on l'envoie au cir-

cuit du modèle analytique 107 Le modèle est l'équation ( 7).

En sortie on a le temps r que l'on envoie au temporisateur 108 qui engendre l'impulsion d'amorçage 109 envoyé soit au SCR positif, soit au SCR négatif Dans la première ligne de la figure 14 a X = T-T et est le temps qui s'écoule de la tension de ligne zéro à l'apparition de l'impulsion d'amorçage. En conclusion, le système de commande adaptatif à microprocesseur pour les machines à souder par points par résistance réalise des soudures de qualité avec une bonne

répétabilité On réalise une compensation sur toute une gam-

me de conditions de pièce et d'électrode qui ont lieu dans

une usine On élimine pratiquement les mauvaises soudures.

t orcqu'i'ne scud'ure n'a été réalisée ou qu'une dégradation de l'électrode est imminente, la machine produit un message de

diagnostic indiquant le problème.

28 -

Claims (19)

REVENDICATIONS

1 Méthode ae commande d'un processus de soudage par points par résistance effectué par une machine à souder qui applique une pression mécanique d'électrode aux pièces et comporte un circuit secondaire qui fournit du courant aux électrodes caractérisée en ce qu'elle consiste à: diagnostiquer l'état des pièces et de la machine avant le soudage en mesurant certaines variables;

interrompre le processus lorsqu'au moins une va-

riable n'est pas à l'intérieur de limites prédéterminées; et appliquer des impulsions de courant pour souder les pièces après avoir déterminé que toutes les variables

sont à l'intérieur d'un intervalle tel qu'une soudure accep-

table soit obtenue.

2 Méthode selon la revendication 1, caractérisée

en ce qu'elle comporte l'étape de mise en condition des piè-

ces avant soudage par application d'au moins une impulsion

de courant pour amener une variable, initialement hors limi-

tes, à l'intérieur de limites prédéterminées.

3 Méthode selon la revendication 1, caractérisée

en ce que l'interférence électromagnétique du circuit secon-

daire est détectée et que les paramètres de soudage à partir desquels certaines variables sont dérivées, sont détectés

pour une interférence électromagnétique nulle.

4 Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les variables mesurées comprennent l'épaisseur combinée des pièces, la pression d'électrode, la résistance

dynamique de la pièce qui est calculée à partir de la ten-

sion entre les électrodes et du courant d'électrode lorsque

la vitesse de variation du courant est nulle.

Méthode selon la revendication 4, caractérisée

en ce qu'elle comporte l'étape de mise en condition des piè-

ces avant soudage pour corriger un ajustement mécanique ou un problème de contamination de surface en appliquant une ou plusieurs impulsions de courant pour réduire la résistance

252; 7957

29 -

dynamique jusqu'à ce qu'elle soit à l'intérieur de limites.

6 Méthode selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes de calcul des valeurs de dilatation de la cible à partir de l'épaisseur combinée des pièces, de mesure de la dilatation thermique de la pièce et dans le cas d'une dilatation négative indiquant qu'il y a un problème d'ajustement, de remesure de l'épaisseur combinée des pièces pour recalculer les valeurs de dilatation de la cible. 7 Méthode selon la revendication 4, caractérisée

en ce qu'elle comprend l'affichage d'une indication de dia-

gnostic pour l'opéateur donnant la raison de l'interruption

du processus et l'action corrective si possible.

8 Méthode selon la revendication 1, caractérisée

en ce qu'elle comprend la détection du déplacement d'élec-

trode et l'interférence électromagnétique du circuit secon-

daire et la détection de la pression de la tension et du courant et en ce que les variables mesurées qui en dérivent

comprennent la dilatation thermique des pièces et la résis-

tance dynamique de la pièce.

9 Méthode selon la revendication 8, caractérisée

en ce qu'elle comporte l'étape de mise en condition des piè-

ces avant soudage lorsque la résistance dynamique mesurée est au-dessus des limites mais pas supérieure à une valeur prédéterminée de manière à corriger l'ajustement' mécanique et les problèmes de contamination de surface, consistant à appliquer une ou plusieurs impulsions de courant aux pièces pour réduire la résistance dynamique jusqu'à ce qu'elle soit

à l'intérieur de limites,ou autrement à interrompre le pro-

cessus.

Méthode de commande d'un processus de soudage par points par résistance effectué sur une machine à souder

qui applique une pression mécanique d'électrode sur les piè-

ces et comporte un circuit primaire et un circuit secondaire qui fournit du courant aux électrodes, caractérisée en ce - qu'elle consiste à diagnostiquer l'état des pièces et de la machine

avant soudage en mesurant certaines variables et en déter-

minant que ces variables sont à l'intérieur de limites pré-

déterminées; appliquer des impulsions de courant pour souder les pièces et régler dynamiquement la puissance de soudage

après chaque impulsion de courant en fonction de la dilata-

tion thermique de la pièce et de la vitesse de dilatation pour commander la formation d'un lingot de soudure; et

fournir des impulsions de courant supplémen-

taires et régler dynamiquement la puissance de soudage après

chaque impulsion de courant pour commander la vitesse de re-

froidissement et durcir la pièce soudée.

11 Méthode selon la revendication 10, caractéri-

sée en ce que la dilatation thermique de la pièce et la vi-

tesse de dilatation sont mesurées après chaque impulsion de

courant de soudage et comparées respectivement à une dilata-

tion maximum connue et à des limites préréglées de vitesse

de dilatation.

12 Méthode selon la revendication 11, caractéri-

sée en ce que la puissance de soudage est mesurée après cha-

que impulsion de courant de soudage et augmentée ou diminuée

pour amener la vitesse de dilatation et le courant à l'inté-

rieur de limites et compenser l'aplatissement des électrodes

et le shuntage du courant.

13 Méthode selon la revendication 12, caractéri-

sée en ce que l'étape de diagnostic consiste à mesurer l'épaisseur combinée des pièces et à calculer la dilatation maximum, et en ce qu'on applique des impulsions de courant

pour former le lingot de soudure jusqu'à ce que la dilata-

tion maximum soit dépassée et la vitesse de dilatation soit inférieure à une valeur prédéterminée, et ensuite pendant l'étape de refroidissement jusqu'à ce que la dilatation

thermique soit inférieure à une valeur prédéterminée.

31 -

14 Méthode selon la revendication 10, caractéri-

sée en ce que le déplacement d'électrode, la pression

d'électrode, la tension et le courant d'électrode sont dé-

tectés chaque demi-période, qu'un comptage d'impulsions de courant est effectué et que la résistance dynamique, la puissance de soudage, la dilatation thermique de la pièce et

la vitesse de dilatation sont calculés pour chaque demi-pé-

riode.

Méthode selon la revendication 14, caractéri-

sée en ce que l'on détecte l'interférence électromagnétique du circuit secondaire et que la pression, la tension et le

courant sont détectés poour l'interférence zéro.

16 Méthode selon la revendication 10, caractéri-

sée en ce qu'elle comporte l'étape de mise en condition des

pièces avant soudage par application d'une ou plusieurs im-

pulsions de courant pour amener une variable, initialement

hors limites, à l'intérieur de limites prédéterminées.

17 Svstème de commande adaptatif à multivariables

d'une machine à souder par points par résistance qui ap-

plique une pression mécanique d'électrode et comporte un circuit primaire ( 27) avec des dispositifs de puissance ( 25,26) pour commander le courant et un circuit secondaire

qui fournit des impulsions de courant aux électrodes carac-

térisé en ce qu'il comporte

une série de détecteurs ( 37,38,39) sur la machi-

ne qui mesurent des paramètres choisis de la machine et de la pièce; des premiers moyens pour diagnostiquer l'état de

la machine et des pièces avant soudage en produisant des si-

gnaux d'amorçage de dispositif de puissance ( 25,26) pour en-

gendrer au moins une impulsion de diagnostic de faible in-

tensité, pour dériver certaines variables de soudage de ces paramètres, et déterminer si ces variables sont ou ne sont pas à l'intérieur de limites prédéterminées pour réaliser

une soudure acceptable et interrompre le processus de sou-

32 - dage en cas contraire; et des deuxièmes moyens pour produire des signaux

d'amorçage de dispositifs de puissance pour engendrer plu-

sieurs impulsions de courant, mesurer la puissance de sou-

dage et des variables choisies de la pièce après chaque im- pulsion, et régler dynamiquement la puissance de soudage

après chaque impulsion de courant pour commander la forma-

tion d'un lingot de soudure et pour commander la vitesse de

refroidissement et durcir la soudure.

18 Système de commande selon la revendication 17,

caractérisé en ce que les variables de la pièce sont la di-

latation thermique de la pièce et la vitesse de dilatation.

19 Système de commande selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième moyen de mise

en condition des pièces avant soudage en produisant des si-

gnaux d'amorçage de dispositifs de puissance ( 25,26) pour engendrer une ou plusieurs impulsions de courant pour amener

une des variables de soudage telle que la résistance dyna-

mique, initialement hors limites, à l'intérieur de limites

prédéterminées.

Système de commande selon la revendication 19,

caractérisé en ce que les détecteurs comprennent des détec-

teurs de pression, de tension et de courant ( 61) et un dé-

tecte-ur d'interférence électromagnétique grâce à quoi les signaux analogiques engendrés par les précédents qui sont sujet aux interférences électromagnétiques peuvent être

échantillonnés à l'interférence zéro.

21 Système de commande selon la revendication 20, caractérisé en ce que les premier moyens comportent un moyen pour afficher pour l'opérateur la raison de l'interruption

du processus de soudage.

22 Combinaison d'un système de commande adaptatif à multivariables et d'assurance qualité et d'une machine à souder par points par résistance qui applique une pression

mécanique d'électrode aux pièces et comprend un circuit pri-

33 -

maire avec des dispositifs de puissance ( 25,26) pour com-

mander le courant et un circuit secondaire qui fournit des impulsions de courant aux électrodes, caractérisée en ce qu'elle comprend: une série de détecteurs sur la machine qui mesu- rent des paramètres choisis de la machine et de la pièce; un système de microordinateur ( 50) et des moyens d'interface ( 70,72,62,65) entre les signaux engendrés par

les détecteurs et le microordinateur, et des moyens d'inter-

face ( 55,56,57,58) entre les ordres émis par le microordina-

teur et la machine à souder.

le microordinateur et les interfaces comprenant des moyens pour diagnostiquer l'état de la machine et des pièces avant soudage pour déterminer si certaines variables

de soudage dérivées des paramètres mesurés sont à l'inté-

rieur de limites pour réaliser une soudure acceptable et dans le cas contraire interrompre le processus; et des moyens pour produre des signaux d'amorçage des dispositifs de puissance pour engendrer des impulsions de courant, et pour régler dynamiquement la puissance de soudage à chaque

demi période du courant de soudage en fonction de la dilata-

tion thermique de la pièce et de la vitesse de dilatation

pour commander la formation d'un lingot de soudure et com-

mander la vitesse de refroidissement de la pièce soudée.

23 Combinaison selon la revendication 22, carac-

térisée en ce que les détecteurs comprennent un détecteur

d'interférence électromagnétique grâce à quoi les autres dé-

tecteurs peuvent être étalonnés pour l'interférence zéro.

24 Combinaison selon la revendication 22, carac-

térisée en ce qu'il comprend un dispositif d'interface arithmétique ( 69) pour augmenter les capacités de calcul du microordinateur.

Combinaison selon la revendication 22, carac-

térisée en ce que les moyens d'interface avec la machine à

souder comportent un circuit de commande de courant qui en-

34 - gendre des signaux d'amorçage pour chaque demi période du

courant de soudage et est constitué par une table à consul-

ter dans laquelle une fonction de b égal à la moitié de la longueur d'impulsion de courant, est exprimée en fonction de I 2 si o I est la puissance de soudage, et par un tem-

porisateur ( 108) qui produit ces signaux d'amorçage à un mo-

ment après le zéro de la tension du circuit primaire qui dé-

pend de -i