FR2786720A1

FR2786720A1 - METHOD FOR EVALUATING THE SURFACE CONDITION OF AN ELECTRODE OF A POINT WELDING MACHINE AND POINT WELDING MACHINE USING SUCH A METHOD

Info

Publication number: FR2786720A1
Application number: FR9815448A
Authority: FR
Inventors: Paul Leon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2000-06-09
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: FR2786720B1; WO2000032346A1

Abstract

The invention concerns a method for assessing the condition of an electrode surface in a spot welding machine, characterised in that it consists in measuring the impedance of a volume at the surface of said electrode portion adjacent to the part likely to be in contact with the component to be welded. The invention also concerns a spot welding machine using said method.

Description

La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'état deThe present invention relates to a method for evaluating the state of

surface d'unesurface of a

électrode d'une machine de soudage par point. electrode of a spot welding machine.

Une telle opération de soudage est effectuée sur une machine de soudage par point qui comprend essentiellement deux électrodes mobiles respectivement reliées aux bornes de sortie d'une source de courant. Pendant l'opération de soudage de deux pièces, on les plaque l'une contre l'autre puis on applique, avec une pression Such a welding operation is carried out on a spot welding machine which essentially comprises two mobile electrodes respectively connected to the output terminals of a current source. During the welding operation of two parts, they are pressed against each other and then applied, with pressure

prédéterminée, les extrémités en regard de chaque électrode sur leurs faces externes. predetermined, the opposite ends of each electrode on their external faces.

On fait alors passer un courant de soudage entre les deux électrodes, lequel traverse l'épaisseur de chaque pièce pour y créer une fusion locale et le point de soudure. Une fois la soudure réalisée, on interrompt le passage du courant et on relâche la pression A welding current is then passed between the two electrodes, which crosses the thickness of each part to create a local fusion and the welding point. Once the welding has been completed, the current is interrupted and the pressure is released

des électrodes sur les pièces.electrodes on the parts.

Le but de l'invention est de proposer un procédé d'évaluation de l'état de surface The aim of the invention is to propose a method for evaluating the surface condition

d'une électrode d'une machine de soudage par point telle qu'elle vient d'être décrite. of an electrode of a spot welding machine as just described.

Généralement, un tel procédé d'évaluation permettra de déterminer les Generally, such an evaluation process will make it possible to determine the

paramètres d'une machine de soudage d'une manière optimale. parameters of a welding machine in an optimal way.

Il pourra par exemple être utilisé lorsque les électrodes de la machine de soudage It can for example be used when the electrodes of the welding machine

sont l'objet d'une dégradation rapide au cours d'opérations de soudage successives. are subject to rapid degradation during successive welding operations.

Cela est le cas lors du soudage, en particulier dans l'automobile, de tôle revêtue de zinc, que ce soit par galvanisation ou par électro- zingage. La dégradation rapide des This is the case when welding, in particular in the automobile, sheet metal coated with zinc, whether by galvanization or by electrogalvanizing. The rapid degradation of

électrodes entraîne le risque d'obtenir des points de soudage défectueux. electrodes carries the risk of obtaining faulty welding points.

On sait que cette dégradation des électrodes est due, d'une part, au fait que le zinc adhère sous forme d'une pellicule sur lesdites électrodes et, d'autre part, diffuse peu à peu dans ces électrodes. Le premier phénomène a pour effet d'augmenter la résistance de contact tôle- électrode, alors que le deuxième phénomène a pour effet de modifier la résistivité électrique de la surface de l'électrode, ainsi que ses It is known that this degradation of the electrodes is due, on the one hand, to the fact that the zinc adheres in the form of a film to the said electrodes and, on the other hand, gradually diffuses into these electrodes. The first phenomenon has the effect of increasing the sheet-electrode contact resistance, while the second phenomenon has the effect of modifying the electrical resistivity of the surface of the electrode, as well as its

caractéristiques mécaniques, notamment la dureté. mechanical characteristics, in particular hardness.

En ce qui concerne le processus de diffusion, on a pu constater que la couche dans laquelle le zinc a diffusé est de l'ordre de 10 à 20 microns après soudage d'environ With regard to the diffusion process, it has been observed that the layer in which the zinc has diffused is of the order of 10 to 20 microns after welding of approximately

1000 points sur une tôle électro-zinguée. 1000 points on an electro-galvanized sheet.

Ces modifications de structure de la surface des électrodes impliquent qu'il est nécessaire de modifier les réglages de la machine, notamment le courant de soudage, These modifications to the structure of the electrode surface mean that it is necessary to modify the settings of the machine, in particular the welding current,

afin d'éviter les risques de collage d'électrodes. to avoid the risk of sticking electrodes.

La mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention pourra également permettre d'estimer ou de déduire la température à la surface de l'électrode et, de là, la The implementation of a method according to the invention may also make it possible to estimate or deduce the temperature at the surface of the electrode and, from there, the

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température du point de fusion. Si cette température est trop élevée, le courant de soudage sera diminué, et inversement si cette température est trop basse, le courant de melting point temperature. If this temperature is too high, the welding current will be reduced, and conversely if this temperature is too low, the welding current

soudage sera augmenté.welding will be increased.

Afin d'atteindre le but susmentionné, un procédé de mesure de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer l'impédance d'un volume à la surface de la partie de ladite In order to achieve the above-mentioned object, a method of measuring the surface condition of an electrode of a spot welding machine according to the invention is characterized in that it consists in measuring the impedance of a volume on the surface of the part of said

électrode voisine de la partie susceptible d'être en contact avec une pièce à souder. electrode close to the part likely to be in contact with a part to be welded.

Plus particulièrement, il consiste à injecter entre deux points A et B distincts d'une électrode de soudage et voisins de la partie de ladite électrode susceptible d'être en contact avec une pièce à souder un courant de mesure à haute fréquence et à mesurer, à cette fréquence, l'impédance de la partie de l'électrode parcourue par le courant de mesure injecté. La fréquence du courant injecté est par exemple comprise More particularly, it consists in injecting between two points A and B distinct from a welding electrode and adjacent to the part of said electrode capable of being in contact with a part to be welded, a measurement current at high frequency and to be measured, at this frequency, the impedance of the part of the electrode traversed by the injected measurement current. The frequency of the injected current is for example included

entre 10 MHz et 1 GHz, avantageusement entre 20 MHz et 400 MHz. between 10 MHz and 1 GHz, advantageously between 20 MHz and 400 MHz.

La fréquence du courant injecté peut être variable. The frequency of the injected current can be variable.

Selon une autre caractéristique de l'invention, il consiste à mesurer la tension engendrée entre les bornes d'injection dudit courant de mesure et de déduire de ladite According to another characteristic of the invention, it consists in measuring the voltage generated between the injection terminals of said measurement current and in deducing from said

tension, l'impédance dudit volume.voltage, the impedance of said volume.

Selon une variante de mise en oeuvre, il consiste à capter les ondes électromagnétiques rayonnées par ladite partie d'électrode parcourue par le courant de According to a variant of implementation, it consists in capturing the electromagnetic waves radiated by said electrode part traversed by the current of

mesure injecté, à les détecter et à mesurer leur amplitude. injected measurement, detect them and measure their amplitude.

Avantageusement, la mesure de l'impédance du volume de la partie de ladite électrode est utilisée pour commander des paramètres de commande de ladite machine Advantageously, the measurement of the impedance of the volume of the part of said electrode is used to control control parameters of said machine.

de soudage.welding.

La mesure de l'impédance dudit volume de la partie de ladite électrode est par exemple effectuée pendant des temps d'inactivité du courant de soudage et est utilisée pour déduire les modifications structurelles dudit volume Elle peut également être effectuée pendant des temps d'activité du courant de soudage et est utilisée pour déduire la température du point de fusion des pièces à souder. La présente invention concerne également une machine à souder par points du type qui comprend au moins une électrode susceptible de se trouver en contact avec une pièce à souder à une autre pièce, ladite machine étant pourvue de moyens pour évaluer l'état de ladite électrode. Selon la présente invention, elle est caractérisée en ce que lesdits moyens d'évaluation comprennent un générateur à haute fréquence qui The measurement of the impedance of said volume of the part of said electrode is for example carried out during times of inactivity of the welding current and is used to deduce the structural modifications of said volume It can also be carried out during times of activity of the welding current and is used to deduce the melting point temperature of the parts to be welded. The present invention also relates to a spot welding machine of the type which comprises at least one electrode capable of being in contact with a part to be welded to another part, said machine being provided with means for evaluating the state of said electrode. According to the present invention, it is characterized in that said evaluation means comprise a high frequency generator which

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fournit un signal à haute fréquence entre deux points distincts A et B de ladite électrode et voisins de ladite partie d'électrode susceptible de se trouver en contact avec ladite pièce à souder et un appareil de mesure de l'impédance à la fréquence de fonctionnement du générateur de la partie de ladite électrode comprise entre les points d'injection A et B et parcourue par le courant de mesure. Ledit appareil de mesure est par exemple prévu pour mesurer la tension aux supplies a high frequency signal between two distinct points A and B of said electrode and neighbors of said electrode part likely to be in contact with said workpiece and an apparatus for measuring the impedance at the operating frequency of the generator of the part of said electrode between the injection points A and B and traversed by the measurement current. Said measuring device is for example provided for measuring the voltage at

bornes des points d'injection dudit courant de mesure. terminals of the injection points of said measurement current.

Selon une variante de réalisation, il est constitué d'un récepteur qui capte les ondes électro-magnétiques rayonnées par la partie d'électrode parcourue par le courant According to an alternative embodiment, it consists of a receiver which picks up the electromagnetic waves radiated by the portion of electrode traversed by the current.

de mesure Im et qui détecte leur amplitude. of measurement Im and which detects their amplitude.

Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, The features of the invention mentioned above, as well as others,

apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de will appear more clearly on reading the following description of an example of

réalisation, ladite description étant faite en relation avec le dessin joint représentant un realization, said description being made in relation to the attached drawing representing a

schéma synoptique d'une machine à souder par points sur la présente invention. block diagram of a spot welding machine on the present invention.

La machine à souder par points 10 représentée à la Fig. 1 comprend une source de courant de soudage 11 prévue pour délivrer le courant de soudage à deux électrodes 12 et 13. Cette machine de soudage est prévue pour souder deux pièces 21 et 22 qui The spot welding machine 10 shown in FIG. 1 comprises a source of welding current 11 provided for delivering the welding current to two electrodes 12 and 13. This welding machine is provided for welding two parts 21 and 22 which

sont disposées l'une contre l'autre, entre les deux électrodes 12 et 13. are arranged one against the other, between the two electrodes 12 and 13.

Une machine à souder selon l'invention comporte un générateur à haute fréquence 14 qui délivre un signal à haute fréquence entre deux points distincts A et B de l'électrode 12 dont l'état est à évaluer. Ces deux points A et B sont à une faible distance de la partie 12a de l'électrode 12 qui est susceptible d'être en contact avec une des deux pièces à souder 21 et 22. De plus, ces deux points A et B peuvent être A welding machine according to the invention comprises a high frequency generator 14 which delivers a high frequency signal between two distinct points A and B of the electrode 12 whose state is to be evaluated. These two points A and B are at a short distance from the part 12a of the electrode 12 which is likely to be in contact with one of the two parts to be welded 21 and 22. In addition, these two points A and B can be

diamétralement opposés dans le cas d'une électrode 12 cylindrique. diametrically opposite in the case of a cylindrical electrode 12.

Le générateur 14 est un générateur qui fonctionne à une fréquence relativement élevée, par exemple comprise entre 10 MNHz et I GHz, avantageusement entre 20 MHz et 400 MHz. Le signal délivré par le générateur 14 a pour résultat le passage d'un The generator 14 is a generator which operates at a relatively high frequency, for example between 10 MNHz and I GHz, advantageously between 20 MHz and 400 MHz. The signal delivered by the generator 14 results in the passage of a

courant de mesure Im dans l'électrode. measurement current Im in the electrode.

La machine à souder selon l'invention comporte encore un dispositif de mesure 15 qui est prévu pour mesurer directement ou indirectement le signal aux bornes des points A et B. Par exemple, si le générateur 14 est un générateur à courant constant, le dispositif de mesure 15 mesure la tension qui est présente entre les bornes A et B. Il est alors possible d'en déduire l'impédance à la fréquence de fonctionnement du générateur The welding machine according to the invention also comprises a measuring device 15 which is designed to measure directly or indirectly the signal at the terminals of points A and B. For example, if the generator 14 is a constant current generator, the device measure 15 measures the voltage that is present between terminals A and B. It is then possible to deduce the impedance at the operating frequency of the generator

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14 de la partie de l'électrode 12 comprise entre les points A et B et parcourue par le 14 of the part of the electrode 12 between the points A and B and traversed by the

courant de mesure Im.measuring current Im.

Le dispositif de mesure 15 peut être encore un récepteur qui capte les ondes électro-magnétiques rayonnées, à l'instar d'une antenne, par la partie d'électrode parcourue par le courant de mesure Im, qui détecte leur amplitude et délivre un signal de sortie proportionnel à cette amplitude. Lorsque l'impédance de la partie de l'électrode entre les points A et B varie, le courant de mesure Im varie engendrant alors The measuring device 15 can also be a receiver which picks up the electromagnetic waves radiated, like an antenna, by the part of the electrode through which the measuring current Im passes, which detects their amplitude and delivers a signal. proportional to this amplitude. When the impedance of the part of the electrode between points A and B varies, the measurement current Im varies, thus generating

une variation correspondante de l'amplitude du signal détecté par le récepteur. a corresponding variation in the amplitude of the signal detected by the receiver.

Le courant haute fréquence injecté par le générateur 14 circule essentiellement à la surface de l'électrode 12 entre les points A et B par un phénomène connu sous le nom d'effet de peau. On sait que l'épaisseur de la peau en centimètres dans laquelle passe environ 37 % du courant total injecté est approximativement donnée, pour le cuivre, par la relation suivante: 8 = 6.62/4f. Ainsi, pour des fréquences de 10 MHz, MHz et 1 GHz, l'épaisseur de peau est respectivement de 20 p, 6 p et 2 I. Elle The high frequency current injected by the generator 14 essentially flows on the surface of the electrode 12 between points A and B by a phenomenon known as the skin effect. We know that the thickness of the skin in centimeters through which about 37% of the total injected current passes is approximately given, for copper, by the following relation: 8 = 6.62 / 4f. Thus, for frequencies of 10 MHz, MHz and 1 GHz, the skin thickness is respectively 20 p, 6 p and 2 I. It

serait de l'ordre de 3,3 g pour une fréquence de 400 MHz. would be around 3.3 g for a frequency of 400 MHz.

Ainsi, on peut constater qu'en faisant varier la fréquence, le signal d'évaluation Thus, it can be seen that by varying the frequency, the evaluation signal

est représentatif d'un volume plus ou moins étendu au-delà de la surface de l'électrode. is representative of a more or less extended volume beyond the surface of the electrode.

Selon une caractéristique de l'invention, la fréquence du générateur 14 pourra varier et According to a characteristic of the invention, the frequency of the generator 14 may vary and

même être balayée selon une gamme de fréquences, par exemple de 10 MHz à 1 GHz. even be scanned at a frequency range, for example from 10 MHz to 1 GHz.

Le procédé de l'invention consiste donc à injecter entre deux points A et B distincts d'une électrode de soudage un courant à haute fréquence et à mesurer à cette fréquence l'impédance de la partie de l'électrode parcourue par le courant de mesure Im injecté. On comprendra qu'une modification des caractéristiques physiques de la surface de l'électrode 12 va entraîner des modifications de l'impédance de la peau comprise entre les deux points A et B, modifications d'impédance qui seront mesurées ou The method of the invention therefore consists in injecting between two points A and B distinct from a welding electrode a high frequency current and in measuring at this frequency the impedance of the part of the electrode traversed by the measurement current I'm injected. It will be understood that a change in the physical characteristics of the surface of the electrode 12 will cause changes in the impedance of the skin between the two points A and B, changes in impedance which will be measured or

déduites des mesures effectuées au moyen du dispositif de mesure 15. derived from measurements made using the measuring device 15.

En particulier, elles peuvent résulter de la modification structurelle de l'électrode 12 (par exemple, dans le cas de soudage de pièces 21 et 22 recouvertes de zinc, par la diffusion du zinc à la surface de l'électrode 12). Il est préférable que le moment de la mesure soit effectué un temps après l'arrêt du courant de soudage suffisant pour In particular, they can result from the structural modification of the electrode 12 (for example, in the case of welding of parts 21 and 22 covered with zinc, by the diffusion of zinc on the surface of the electrode 12). It is preferable that the moment of measurement is made a time after the welding current has stopped, sufficient to

permettre à la surface de l'électrode 12 de s'abaisser à la température ambiante. allow the surface of the electrode 12 to drop to room temperature.

Pour ce faire, le courant de soudage est avantageusement un courant impulsionnel o il est actif pendant un temps ta et inactif pendant un temps ti (voir To do this, the welding current is advantageously a pulse current where it is active for a time ta and inactive for a time ti (see

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Fig. 2). Lorsqu'il est actif, le courant de soudage Is traverse les deux pièces 21 et 22 provoquant leur fusion ponctuel afin de créer le point de soudage. Lorsqu'il est inactif, Fig. 2). When active, the welding current Is passes through the two parts 21 and 22 causing their point fusion to create the welding point. When it is inactive,

le courant Is est nul et les électrodes se refroidissent. the current Is is zero and the electrodes cool.

La mesure réalisée par l'appareil de mesure 15 est opérée pendant les temps d'inactivité ti du courant de soudage Is pour permettre à la température de l'électrode The measurement carried out by the measuring device 15 is carried out during the idle times ti of the welding current Is to allow the temperature of the electrode

de descendre à la température ambiante. to come down to room temperature.

Il est possible de déduire des mesures effectuées par l'appareil 15, l'épaisseur de diffusion du zinc dans l'électrode 12 et d'effectuer ainsi les modifications de réglage du It is possible to deduce from the measurements made by the apparatus 15, the thickness of diffusion of the zinc in the electrode 12 and thus to carry out the modifications of adjustment of the

courant de soudage en conséquence.welding current accordingly.

Les modifications déduites de la mesure de l'impédance de l'électrode 12 peuvent être dues à des variations de la température du point de soudage, et plus précisément, de la température de ladite peau. Du signal issu du dispositif de mesure 15, il est donc The modifications deduced from the measurement of the impedance of the electrode 12 may be due to variations in the temperature of the welding point, and more precisely, in the temperature of said skin. From the signal from the measuring device 15, it is therefore

possible d'évaluer la température du point de soudage. possible to assess the temperature of the welding point.

Dans ce cas, la mesure est effectuée pendant les temps d'activité ta du courant de In this case, the measurement is carried out during the activity times ta of the

soudage Is.welding Is.

On comprendra que le signal en sortie de l'appareil de mesure 15 peut être traité, par exemple par une unité de traitement numérique, le signal ainsi traité pouvant servir à commander des paramètres de soudage, tels que le courant de soudage, la pression avec laquelle les électrodes appuient sur les pièces de soudage, etc. L'unité de traitement numérique peut par exemple être une unité fonctionnant par comparaison avec des valeurs préalablement déterminées et les valeurs en sortie de l'appareil 15 et It will be understood that the signal at the output of the measuring device 15 can be processed, for example by a digital processing unit, the signal thus processed can be used to control welding parameters, such as the welding current, the pressure with which the electrodes press on the welding parts, etc. The digital processing unit can for example be a unit operating by comparison with previously determined values and the values at the output of the apparatus 15 and

détermination des paramètres sur la base de cette comparaison. determination of the parameters on the basis of this comparison.

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Claims

1) Method for evaluating the surface condition of an electrode of a spot welding machine, characterized in that it consists in measuring the impedance of a volume on the surface of the part of said electrode next to the part likely to be in contact with a part to be welded. 2) Method according to claim 1, characterized in that it consists in injecting between two points A and B distinct from a welding electrode and adjacent to the part of said electrode capable of being in contact with a part to be welded a high frequency measurement current and to measure, at this frequency, the impedance of the part of

the electrode through which the injected measurement current flows.

3) Method according to claim 2, characterized in that the frequency of the current

injected is between 10 MHz and I GHz.

4) Method according to claim 2, characterized in that the frequency of the current

injected is between 20 MHz and 400 MHz.

5) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the

frequency of the injected current is variable.

6) Method according to one of the preceding claims, characterized in that it

consists in measuring the voltage generated between the injection terminals of said measurement current and deducing from said voltage, the impedance of said volume

7) Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that it consists of

sensing the electromagnetic waves radiated by said traversed electrode portion

by the measurement current injected, detecting them and measuring their amplitude.

8) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the

measurement of the impedance of said volume of the part of said electrode is used for

control control parameters of said welding machine.

9) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the

measurement of the impedance of said volume of the part of said electrode is carried out during times of inactivity of the welding current and is used to deduce the

structural modifications of said volume.

10) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the

measurement of the impedance of the volume of the part of said electrode is carried out during times of activity of the welding current and is used to deduce the temperature

the melting point of the parts to be welded.

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11) Spot welding machine of the type which comprises at least one electrode capable of being in contact with a piece to be welded to another piece, said machine being provided with means for evaluating the state of said electrode, characterized in that said evaluation means comprise a high frequency generator which supplies a high frequency signal between two distinct points A and B of said electrode and neighbors of said electrode part capable of being in contact with said workpiece and an apparatus for measuring the impedance at the operating frequency of the generator of the part of said electrode comprised between the points

of injection A and B and traversed by the measurement current.

12) spot welding machine according to claim 11, characterized in that said measuring device is provided for measuring the voltage across the points

injection of said measurement current.

13) A spot welding machine according to claim 11, characterized in that said measuring device is a receiver which picks up the electromagnetic waves radiated by the part of the electrode traversed by the measuring current Im and which

detects their amplitude.

14) spot welding machine according to one of claims 1 1 to 13, of the type

whose welding current is impulse o it is active during times of activity and o it is inactive during times of inactivity, characterized in that said evaluation means are used to deduce the state of the surface of said electrode in the event that it undergoes structural modifications, said impedance measurement being

performed during periods of inactivity of the welding current.

) Spot welding machine according to one of the preceding claims,

type whose welding current is impulse o it is active during times of activity and o it is inactive during times of inactivity, characterized in that said evaluation means are used to deduce the temperature of the melting point, said impedance measurement being carried out during times of activity of the welding current.

16) Welding machine according to one of claims 1 1 to 15, characterized in

that the signal at the output of said measuring device is processed by a processing unit which delivers a processed signal for controlling parameters of the welding operations

performed by said machine.

17) Machine according to one of claims 11 to 16, characterized in that the

generator operating frequency is between 10 MHz and I GHz.

18) Machine according to one of claims 11 to 17, characterized in that the

generator operating frequency is between 20 MHz and 400 IMHz.

19) Machine according to one of claims 11 to 18, characterized in that the

generator operating frequency is variable.