FR2923606A1 - Procede de controle non destructif d'un point de soudure - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle non destructif d'un point de soudure (1).Il se caractérise en ce qu'on examine avec au moins une caméra (6 ; 6A) la surface dudit pont de soudure (1), qu'on quantifie la répartition de la densité chromatique ou du halo (5) formé autour de son creuset de jonction (4) ou des rugosités dudit point de soudure (1), qu'on compare une valeur ainsi déterminée à un intervalle de valeurs de référence, et qu'on qualifie la soudure si ladite valeur est à l'intérieur dudit intervalle.L'invention concerne encore un dispositif (10) de mise en oeuvre de ce procédé.

Description

L'invention concerne un procédé de contrôle non destructif de points de soudure. Elle concerne encore un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.

La présente invention entre dans le domaine de l'assemblage des métaux par soudure par points. L'invention concerne plus particulièrement le contrôle de qualité des points de soudure effectués par un appareil de soudage.

Les techniques de contrôle connues sont toujours mises en place par prélèvement. En effet, on connaît deux types de contrôle, soit destructif, par arrachement du point de soudure, ou par tentative d'arrachement au burin sous l'effet d'une percussion, soit par contrôle non destructif, tel que radiographie éventuellement complétée par un contrôle aux courants de Foucault ou analogue, ou encore magnétoscopie ou ressuage. Ces procédés ne sont pas applicables à des fabrications telles que les fabrications automobiles, où l'on compte couramment 4000 à 5000 points de soudure pour un véhicule, ni à des constructions navales, d'ouvrages d'art ou analogues. Un contrôle par prélèvement avec un taux de l'ordre de un sur cent ne permet pas une traçabilité suffisante, et n'assure pas le zéro défaut.

On connaît un document JP7063694, qui décrit une méthode optique de détermination du diamètre du point de contact, basée sur l'émission infra-rouge de ce dernier immédiatement après l'opération de soudure. Une telle méthode impose l'installation d'une caméra infra-rouge à proximité immédiate de l'électrode de soudure, ce qui constitue un environnement défavorable pour la caméra, et ce qui encombre de surcroît la zone de travail, ce qu'il convient d'éviter, en particulier en ferrage automobile où il est souvent nécessaire de pénétrer dans des zones de carrosserie difficiles d'accès avec une électrode de soudage en extrémité d'une main de robot : l'ajout d'une masse supplémentaire dans la zone de travail peut rendre ce dernier impossible dans certaines configurations. De façon analogue, le document US5968376 évalue la température de surface par un capteur infra-rouge. Les contrôles de porosité ou de criques comme le ressuage 5 ou la magnétoscopie ne sont pas appropriés, en raison de leur long temps de mise en oeuvre. L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé de contrôle de qualité de points de soudure non destructif, fiable, de mise en 10 oeuvre facile, rapide et peu coûteuse, afin de permettre, soit un contrôle intégral de la totalité des points de soudure d'une structure mécano-soudée, soit un taux de prélèvement très notablement supérieur à l'art antérieur. A cet effet, l'invention concerne un procédé de contrôle 15 non destructif d'un point de soudure, caractérisé en ce qu'on examine avec au moins une caméra la surface dudit point de soudure, qu'on quantifie la répartition de la densité chromatique ou du halo formé autour de son creuset de jonction ou des rugosités dudit point de soudure, qu'on compare une 20 valeur ainsi déterminée à un intervalle de valeurs de référence, et qu'on qualifie la soudure si ladite valeur est à l'intérieur dudit intervalle. L'invention concerne encore un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins 25 deux caméras numériques en stéréoscopie, deux sources lumineuses contrôlées, une source de lumière blanche à large spectre, au moins un filtre monochromatique conçu apte à être appliqué sur l'une desdites caméras, tous conçus aptes à être embarqués par un manipulateur à proximité dudit point de 30 soudure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles : 35 - la figure 1 représente une répartition de densité chromatique amenant au rejet du point de soudure; - la figure 2 représente une répartition de densité chromatique amenant à l'acceptation du point de soudure; - la figure 3 représente, schématiquement et en vue de dessus, un point de soudure ; - la figure 4 représente, schématiquement, une configuration particulière de dispositif de mise en œuvre de l'invention ; - la figure 5 représente, schématiquement, un logigramme de mise en œuvre d'une configuration particulière du procédé 10 selon l'invention. L'invention concerne un procédé de contrôle non destructif de points de soudure, et un dispositif de mise en œuvre de ce procédé. L'invention concerne plus particulièrement le contrôle de 15 qualité des points de soudure 1 effectués pour l'assemblage des métaux, notamment entre deux tôles 2 et 3, par un appareil de soudage. Un mode particulier de réalisation de l'invention est illustré sur les figures. 20 L'invention s'attache à procurer un procédé de contrôle non destructif, et si possible sans contact, de façon à pouvoir être mis en œuvre par des moyens automatisés, notamment par des robots industriels. L'invention consiste à mettre en œuvre des moyens 25 permettant de quantifier des caractéristiques essentielles d'un point de soudure 1, tel qu'il est visible au niveau d'un plan de tôle de l'une des tôles 2, 3 que joint ce point de soudure 1: - sa couleur ; 30 - le diamètre du halo 5 formé de façon concentrique au creuset de jonction 4 résultant de l'opération de soudure ; - la surface occupée par les rugosités inhérentes à l'opération de soudure ; - la surface développée de ces rugosités. 35 La mise en œuvre de moyens complémentaires permet de croiser et comparer les informations relatives à ces différentes caractéristiques, et d'obtenir, par un traitement du signal simple, ou/et par un traitement statistique, une bonne évaluation de la qualité du point de soudure 1. Le procédé de contrôle non destructif d'un point de soudure 1 selon l'invention est caractérisé en ce qu'on examine avec au moins une caméra la surface de ce point de soudure 1, qu'on quantifie la répartition de la densité chromatique ou du halo 5 formé autour de son creuset de jonction 4 ou des rugosités de ce point de soudure, qu'on compare une valeur ainsi déterminée à un intervalle de valeurs de référence, et qu'on qualifie la soudure si ladite valeur est à l'intérieur dudit intervalle. De façon préférée, on observe ladite surface à l'aide de moyens optiques comportant au moins une caméra 6 ou 6A, de préférence conçus aptes à être embarqués par un manipulateur, tel qu'un robot industriel, à proximité du point de soudure 1, et on quantifie la répartition de sa densité chromatique ou du halo 5 formé autour de son creuset de jonction 4 ou de ses rugosités à l'aide de moyens de traitement d'au moins un signal issu de ces moyens optiques. Dans une première approche relative à la couleur du point de soudure, on sait effectuer des contrôles par comparaison colorimétrique, toutes choses égales par ailleurs : en fonction du métal ou de l'alliage utilisé, de ses caractéristiques physiques résultant de son mode d'élaboration et des traitements notamment thermiques qui lui ont été appliqués, de ses caractéristiques géométriques particulières, et en fonction du métal d'apport éventuel, et des paramètres propres à l'opération de soudure. La couleur du point de soudure est en particulier caractéristique de l'intensité du courant de passage pendant la soudure, et la soudure est d'autant meilleure que cette intensité est grande. Il est possible de définir un intervalle de tolérance sur la longueur d'onde et l'intensité du spectre de couleurs, en effectuant notamment un test sur une ou plusieurs couleurs fondamentales. Cette détermination de l'intervalle de tolérance permet aussi de déterminer une médiane théorique S. On sait encore que, en cas de variation de la qualité de soudure par rapport à une soudure étalon réputée comme acceptable, on observe une variation de cette médiane, ce qui permet de qualifier un défaut si la médiane réelle s'écarte de la médiane théorique, dans une certaine direction, et au-delà d'une certaine valeur. Ce déplacement de médiane est connu expérimentalement, mais non utilisé dans l'état de la technique industrielle, en raison de difficultés de mise en oeuvre sur une ligne de production. On quantifie la répartition de la densité chromatique du point de soudure 1 par le positionnement de la médiane du spectre de l'intensité lumineuse mesurée par une caméra 6 ou 6A, équipée d'un filtre correspondant à une couleur donnée, et recueillant l'image de la soudure éclairée en lumière blanche à spectre large, et on qualifie la soudure par comparaison de la médiane avec celle d'une soudure étalon présumée bonne pour le même filtre.

Une caméra recueille l'image de la soudure, éclairée en lumière blanche à spectre large, avec un filtre correspondant à une couleur donnée. On effectue le relevé d'un spectre de l'intensité lumineuse mesurée par la caméra en ordonnée, en fonction de la longueur d'onde croissante en abscisse. On qualifie un étalon de référence, pour une soudure considérée comme bonne, pour une couleur donnée. On examine le positionnement de la médiane réelle par rapport à un seuil S déterminant une limite inférieure de la valeur de la médiane de l'étalon pour le même filtre. Si, tel que visible sur la figure 1, la médiane m est déplacée vers la gauche par rapport au seuil S, vers les longueurs d'onde inférieures, la soudure est de moins bonne qualité que celle de l'étalon, et est à rejeter. Tel que visible sur la figure 2, si la médiane M est à droite du seuil S, la soudure est présumée bonne, et le point de soudure 1 est accepté, pour ce contrôle. On peut avantageusement pratiquer cette mesure avec plusieurs filtres différents, par exemple un rouge et un bleu, afin d'en corréler les résultats. En ce qui concerne la surface occupée par les rugosités inhérentes à l'opération de soudure, le raisonnement d'un examen optique de la soudure a été poursuivi et appliqué à un examen de la rugosité du point de soudure 1. Quand une soudure par point est de bonne qualité, et donc effectuée avec un courant électrique d'intensité correcte, il se forme autour de cette soudure, et en particulier concentriquement autour de son creuset de jonction 4, un halo 5 d'un certain diamètre, tel que visible sur la figure 3. Si ce halo 5 est trop irrégulier, ou d'un diamètre différent d'un diamètre de référence d'un étalon d'une soudure considérée comme bonne, cela indique une usure de l'électrode, ou/et une intensité inadaptée, généralement trop faible. Un contrôle visuel humain est trop imprécis pour qualifier la géométrie de ce halo. Il a donc été imaginé de recourir à des méthodes photographiques. On réalise une première photographie numérique du halo 5, ce qui permet une première mesure du diamètre du halo 5. Par des techniques connues on effectue un traitement mathématique de cette image numérique pour en obtenir le négatif, qu'on superpose ensuite, numériquement, l'image négative à l'image positive par la méthode de filtrage de Sobel, et on mesure le diamètre du halo 5 sur l'image résultant de l'application de la méthode de filtrage de Sobel. La méthode de filtrage de Sobel permet de n'obtenir que le contour du relief, aux limites, des traces des rugosités de la soudure. Il est alors possible de qualifier l'aire des surfaces occupées par les rugosités. On peut ainsi déterminer rapidement et avec une bonne fiabilité le diamètre du halo 5. La qualification peut être faite par apprentissage sur des étalons. On peut avantageusement utiliser le même appareillage, et la même méthode de traitement d'image utilisant le filtrage de Sobel que celle utilisée pour quantifier le halo 5, pour quantifier, sur l'image résultant de l'application de la méthode de filtrage de Sobel, la surface en projection sur le plan de tôle des surfaces occupées par les rugosités inhérentes à l'opération de soudure Chaque rugosité, dans le creuset de jonction 4, qui est la zone centrale du point de soudure 1, est due au cuivre contenu dans l'électrode, qui s'arrache d'autant plus que l'intensité qui traverse cette dernière est plus grande. Plus l'intensité est forte, plus la soudure est bonne, et plus la rugosité est forte. Des moyens de traitement d'image permettent de calculer la surface totale de rugosité S, qui est égale à la somme des petites rugosités élémentaires Si. La détermination d'un intervalle de tolérance permet alors de qualifier le point de soudure comme étant correct ou non. Enfin, pour estimer l'ampleur des rugosités, on détermine la hauteur et surtout la surface développée de ces rugosités sur leur périphérie. On quantifie par méthode stéréoscopique, mise en oeuvre par au moins deux caméras 6, 6A, en stéréoscopie, et deux sources lumineuses contrôlées 7, 7A, et on mesure le déphasage entre les images des caméras 6, 6A, et on évalue la hauteur et la surface développée des rugosités inhérentes à l'opération de soudure au-delà d'une surface parallèle au plan de la soudure, au-dessus d'une certaine altitude. Pour ce faire, on utilise, tel que visible sur la figure 4, deux caméras 6, 6A, en stéréoscopie, pointées sur le point de soudure 1, et deux sources lumineuses contrôlées 7, 7A, de façon à permettre la mesure du déphasage entre la première caméra 6 et la seconde caméra 6A, et d'évaluer ainsi la hauteur et la surface de chaque rugosité, et de confirmer sa présence. On peut ainsi, sur une surface de référence d'aire connue, évaluer la surface des aspérités au-delà d'une surface parallèle au plan de la tôle, au-dessus d'une certaine altitude. Le calcul du ratio entre la surface des aspérités et de la surface de référence permet de qualifier la soudure.

Le procédé selon l'invention consiste en la mise en oeuvre de l'une au moins des méthodes précédemment exposées. Dans un mode plus performant, on met en oeuvre deux de ces méthodes, et on en corrèle les valeurs.

Dans un mode encore plus précis, on met en oeuvre trois de ces méthodes, et on en corrèle les valeurs. Dans un mode de réalisation préféré, tel que visible sur le logigramme de la figure 5 on met en oeuvre les trois méthodes en les appliquant aux quatre caractéristiques, soit : - mesure de la médiane de la densité chromatique ; - traitement d'image par le filtrage de Sobel pour quantifier le diamètre du halo ; - traitement d'image par le filtrage de Sobel pour quantifier la surface de projection sur le plan de tôle des 15 rugosités ; - traitement stéréoscopique d'image pour quantifier la surface développée des rugosités au-dessus d'une altitude de référence, et on en corrèle les valeurs pour qualifier la qualité du 20 point de soudure. On notera que l'examen du point de soudure par une quelconque des méthodes décrites est extrêmement rapide, ce qui est parfaitement compatible avec les exigences d'une production de série comme par exemple l'automobile. 25 Dans l'exemple particulier du logigramme de la figure 5, une étape 20 initie le cycle. Un premier test 21 est utilisé pour déceler la présence d'un point de soudure 1. En cas d'absence de ce dernier, une action 22 est initiée : arrêt de chaîne, ou appel opérateur, ou déplacement d'un manipulateur, 30 ou autre. En cas de présence de point de soudure 1, on effectue son examen optique avec au moins une caméra 23 ou 23A, et la numérisation de l'image obtenue. On peut alors choisir, selon les options retenues, d'utiliser cette image pour le test de médiane 27, 27A, de la 35 densité chromatique, ou/et pour le test de diamètre 28, 28A, par superposition des images numériques positive et négative selon la méthode de filtrage de Sobel, ou/et pour la qualification 29, 29A, des surfaces de rugosité en projection. On peut encore appliquer aux signaux venant de deux caméras 23, 23A en stéréoscopie, le traitement 24 de leurs écarts, et l'examen 25 du relief du point de soudure. Les résultats des tests 27, 28, 29 d'une première caméra 23 sont sommés au niveau d'un opérateur logique 30 ET . Ceux des tests 27A, 28A, 29A, le sont au niveau d'un autre opérateur logique 31 ET . Le résultat éventuel du test 25 est sommé avec le résultat des autres tests au niveau d'un des opérateurs 30 ou 31. Enfin, les résultats de ces derniers sont sommés au niveau d'un dernier opérateur logique 32 ET , qui déclenche une validation 33 si la convergence des différents tests valide la qualité du point de soudure 1, qui autorise aussi le déplacement du manipulateur vers la position programmée d'un autre point de soudure, et le redémarrage du cycle 20 sur ce nouveau point. Tout résultat négatif déclenche une action 26 propre à l'exploitant : arrêt de chaîne, ou appel opérateur, ou déplacement d'un manipulateur, ou autre.

On comprend que la corrélation entre les mesures relatives à la couleur du point de soudure 1, à la surface occupée par les rugosités inhérentes à l'opération de soudure, et à la hauteur et la surface développée de ces rugosités, permet d'obtenir une évaluation de la qualité de la soudure encore meilleure que celle obtenue indépendamment par chacun des moyens mis en oeuvre. Des moyens de traitement complémentaires permettent de croiser et comparer les informations relatives à ces différentes caractéristiques, entre elles, et par rapport à des valeurs de consigne, et d'obtenir, par un traitement du signal simple, ou/et par un traitement statistique, un indicateur fiable de la qualité du point de soudure 1. Pour mettre en oeuvre les procédés selon l'invention, on utilise des appareillages propres à une utilisation industrielle. De façon préférée, le dispositif 10 de mise en oeuvre des procédés selon l'invention comporte au moins deux caméras numériques 6, 6A, en stéréoscopie, deux sources lumineuses contrôlées 7, 7A, une source de lumière blanche à large spectre, au moins un filtre monochromatique conçu apte à être appliqué sur l'une desdites caméras, tous conçus aptes à être embarqués par un manipulateur à proximité du point de soudure 1. On comprend que les caméras 6, 6A, ne sont pas nécessairement embarquées, mais que leur partie réceptrice l'est, par exemple en utilisant des fibres optiques la reliant à la caméra proprement dite.

Les moyens de traitement du signal ou/et de traitement numérique peuvent être avantageusement déportés, par exemple au niveau du pupitre de commande du manipulateur. Ils consistent de préférence en un boîtier hardware 8 relié à un calculateur 9, conçu apte à générer un signal de sortie 11 pour l'acceptation du point de soudure 1, par exemple par l'allumage d'un témoin visuel ou/et sonore, ou a contrario un signal de sortie 12 pour signifier le refus du point de soudure, et déclencher, selon le cas, un arrêt de chaîne de production, un appel d'opérateur, ou autre.

On utilise, dans une application préférée mais nullement restrictive, deux caméras vidéo numériques 6, 6A, avec une résolution de 2 millions de pixels environ, équipées de filtres pour les couleurs fondamentales : vert, bleu, rouge, qu'on aligne sur un même point de convergence, correspondant à la surface du point de soudure 1 à examiner. On peut naturellement utiliser des fibres optiques, afin de réduire le volume des équipements dans la zone à inspecter. On aligne, sur ce même point de convergence, deux sources monochromatiques 7, 7A, en cohérence entre elles.

L'invention permet donc de mener un contrôle non destructif, sans contact, sans outillage consommable, sans appareillage coûteux, rapide, et d'une grande précision. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de contrôle non destructif d'un point de soudure (1), caractérisé en ce qu'on examine avec au moins une caméra la surface dudit point de soudure (1), qu'on quantifie la répartition de la densité chromatique ou du halo (5) formé autour de son creuset de jonction (4) ou des rugosités dudit point de soudure, qu'on compare une valeur ainsi déterminée à un intervalle de valeurs de référence, et qu'on qualifie la soudure si ladite valeur est à l'intérieur dudit intervalle.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on observe ladite surface à l'aide de moyens optiques comportant au moins une caméra (6 ; 6A), conçus aptes à être embarqués par un manipulateur à proximité dudit point de soudure (1), et qu'on quantifie la répartition de sa densité chromatique ou du halo (5) formé autour de son creuset de jonction (4) ou de ses rugosités à l'aide de moyens de traitement d'au moins un signal issu desdits moyens optiques.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on quantifie la répartition de la densité chromatique dudit point de soudure (1) par le positionnement de la médiane du spectre de l'intensité lumineuse mesurée par une caméra (6 ; 6A) équipée d'un filtre correspondant à une couleur donnée et recueillant l'image de la soudure éclairée en lumière blanche à spectre large, et qu'on qualifie ladite soudure par comparaison de ladite médiane avec celle d'une soudure étalon présumée bonne pour le même filtre.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise une première photographie numérique du halo (5) que comporte ledit point de soudure (1) concentriquement à son creuset de jonction (4), qu'on effectue un traitement mathématique de cette image numérique pour en obtenir le négatif, qu'on superpose ensuite, numériquement, l'image négative à l'image positive par la méthode de filtrage de Sobel, et qu'on mesure le diamètre dudit halo (5) sur l'image résultant de l'application de ladite méthode defiltrage de Sobel.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise une première photographie numérique du halo (5) que comporte ledit point de soudure (1) concentriquement à son creuset de jonction (4), qu'on effectue un traitement mathématique de cette image numérique pour en obtenir le négatif, qu'on superpose ensuite, numériquement, l'image négative à l'image positive par la méthode de filtrage de Sobel, et qu'on mesure, sur l'image résultant de l'application de ladite méthode de filtrage de Sobel, l'aire en projection sur le plan de tôle des surfaces occupées par les rugosités inhérentes à l'opération de soudure.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on quantifie par méthode stéréoscopique, mise en oeuvre par au moins deux caméras (6, 6A) en stéréoscopie, et deux sources lumineuses contrôlées (7, 7A), qu'on mesure le déphasage entre les images desdites caméras (6, 6A), et qu'on évalue la hauteur et la surface développée des rugosités inhérentes à l'opération de soudure au-delà d'une surface parallèle au plan de la soudure, au-dessus d'une certaine altitude.

7. Procédé caractérisé en ce qu'on met en oeuvre au moins deux des procédés selon l'une des revendications 3 à 6, et qu'on en croise les résultats.

8. Procédé caractérisé en ce qu'on met en oeuvre au moins trois des procédés selon l'une des revendications 3 à 6, et qu'on en croise les résultats.

9. Procédé selon les revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre les trois méthodes opératoires en les 30 appliquant aux quatre caractéristiques, soit : - mesure de la médiane de la densité chromatique ; - traitement d'image par le filtrage de Sobel pour quantifier le diamètre du halo ; - traitement d'image par le filtrage de Sobel pour 35 quantifier la surface de projection sur le plan de tôle des rugosités ;-traitement stéréoscopique d'image pour quantifier la surface développée des rugosités au-dessus d'une altitude de référence, et qu'on en corrèle les valeurs pour qualifier la qualité 5 dudit point de soudure (1).

10. Dispositif (10) de mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux caméras (6, 6A) numériques en stéréoscopie, deux sources lumineuses contrôlées 10 (7, 7A), une source de lumière blanche à large spectre, au moins un filtre monochromatique conçu apte à être appliqué sur l'une desdites caméras, tous conçus aptes à être embarqués par un manipulateur à proximité dudit point de soudure (1).