FR3082769A1 - Dispositif d'assistance au soudage - Google Patents
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Abstract
Dispositif (1) d'assistance au soudage comprenant un organe d'apport de chaleur (10), tel qu'une buse ou une électrode, adapté à délivrer de la chaleur en un point d'apport de chaleur (33) et des moyens d'acquisition de la posture (23, 24, 35) d'un opérateur (90) manipulant l'organe d'apport de chaleur (10) ainsi que des moyens d'enregistrement et de traitement (40) reliés aux moyens d'acquisition de la posture (23,24) de l'opérateur (90). Procédé d'assistance au soudage.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte au domaine de l'assemblage d'éléments par apport de chaleur, comme le soudage et le brasage, et plus particulièrement à l'assistance à la réalisation de tels assemblages.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Le soudage et le brasage sont des techniques fiables d'assemblage par apport de chaleur d'éléments métalliques ou non. Les portions des éléments à assembler sont placées en regard l'une de l'autre et définissent un plan de joint qui est soumis à un apport de chaleur accompagné ou non d'un apport complémentaire de matériau de jonction. Le brasage désigne les techniques dans lesquelles la jonction se fait par diffusion, c'est-àdire sans fusion des éléments à assembler. Le soudage désigne les techniques dans lesquelles les éléments à assembler sont fondus. Quels que soient les procédés employés (MIG, TIG, Arc submergé, fil fourré, électrode enrobée, etc..), il est nécessaire de pouvoir contrôler la trajectoire du point d'apport de chaleur (électrode, flamme du chalumeau, faisceau laser, etc..), sa vitesse de déplacement par rapport à l'assemblage ainsi que la distance à laquelle il se trouve des éléments à assembler. La tension, l'intensité et la polarité de l'arc lorsque l'apport de chaleur fait intervenir un arc électrique, le débit de gaz, l'approvisionnement d'un éventuel matériau d'apport sont également des paramètres d'assemblage qui requièrent une surveillance, notamment lors d'un changement de position en cours de soudage (cas du soudage d'un tube par exemple) . Ces paramètres d'assemblage influent sur la qualité de l'assemblage (brasure ou soudure) obtenu. Des facteurs liés aux éléments à assembler tels que le niveau de préparation du joint d'assemblage notamment la présence ou non de défauts géométriques dans les joints ou des variations locales de la nature des matériaux à assembler influent également sur la qualité de l'assemblage. Il est alors nécessaire d'adapter en temps réel les paramètres d'assemblage au cours de sa réalisation. Ceci se fait en surveillant le bain de fusion (ou de brasage) qui est un indicateur fiable de la conformité des paramètres d'assemblage. La multitude des paramètres à contrôler et l'analyse du bain de fusion requièrent un savoir-faire qu'il est difficile d'automatiser surtout lorsque l'on se trouve sur des cas d'applications non répétitifs. C'est pourquoi, de nombreuses opérations de soudage ou de brasage sont encore réalisées manuellement par des opérateurs qualifiés. Ceux-ci doivent parfois adopter des postures peu ergonomiques, notamment, lorsque les conditions d'accès sont difficiles et aussi lors de l'assemblage d'éléments qui requièrent une posture dite « plafond » dans laquelle l'organe d'apport de chaleur se trouve en dessous de l'assemblage, impliquant généralement que l'opérateur positionne l'organe d'apport de chaleur au-dessus de lui, dans une position particulièrement inconfortable.
La particularité du soudage, résulte dans le fait qu'un soudeur professionnel possède une expertise gestuelle et cognitive importante qui s'acquiert en grande partie par l'expérience. Le formateur est alors un vecteur essentiel d'information pour l'apprenant. L'apprentissage cognitif consiste en l'assimilation des phénomènes physiques et métallurgiques régissant le soudage. Cela induit une formation théorique, rappelée sur le terrain par le formateur. Cependant la gestuelle est un élément essentiel du métier. Or un formateur ne peut pas transmettre aisément cette expertise à un groupe de stagiaire car il doit guider leurs gestes individuellement. Cela implique une succession d'essais/erreurs contrôlée par le formateur, ce qui impose l'exécution d'un grand nombre d'exercices avant d'atteindre un geste acceptable.
Ainsi, la formation des élèves soudeurs débutants requiert que ceux-ci réalisent un grand nombre d'éprouvettes de soudage pour appréhender l'impact des divers paramètres de soudage parmi lesquels, la maîtrise de l'énergie de soudage, la longueur de l'arc, la position du point d'apport de chaleur, le balayage et la vitesse de soudage, l'inclinaison dans les deux plans de la torche de soudage.
Généralement, une analyse à posteriori de la soudure est réalisée par l'élève soudeur et un formateur afin de déterminer les points d'amélioration. Ce type d'apprentissage par essai-erreur est particulièrement long et coûteux, notamment car il est difficile pour un élève de saisir après la réalisation de la soudure, les interactions qui existent entre tous les paramètres qui influent sur la qualité d'une soudure. Enfin, la multiplicité des éprouvettes impacte le cout de la formation car la production d'une éprouvette requiert des consommables (gaz d'inertage, flux, métal d'apport, énergie) coûteux. Il en ressort que les assemblages réalisés par des soudeurs débutants (dans le soudage ou bien dans une technique de soudage donnée) présentent généralement des taux de défaut importants.
Lors du soudage dans des environnements encombrés, il n'est pas rare que certains défauts (caniveaux, inclusions, etc.) soient provoqués par une collision du soudeur ou de son équipement avec l'environnement. Ceci est particulièrement vrai en tuyauterie. Le soudeur porte généralement une cagoule de soudage destinée à le protéger du rayonnement lumineux émis par la source de chaleur. Cette cagoule l'empêche de distinguer son environnement proche et son attention est essentiellement dévolue à la surveillance du point d'apport de chaleur.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est d'améliorer la qualité des assemblages manuels par apport de chaleur.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit un dispositif d'assistance au soudage comprenant un organe d'apport de chaleur, tel qu'une buse ou une électrode, adapté à délivrer de la chaleur en un point d'apport de chaleur et des moyens d'acquisition de la posture d'un opérateur manipulant l'organe d'apport de chaleur ainsi que des moyens d'enregistrement et de traitement reliés aux moyens d'acquisition de la posture de l'opérateur.
Il est alors possible d'analyser la posture de l'opérateur en cours de soudage et de corriger celle-ci (en temps réel ou a posteriori) ce qui résulte en une posture et un geste de soudage optimisé qui réduit les taux de rebuts en améliorant la fluidité et le confort du geste du soudeur. Dans le cas d'une utilisation en institut de formation, l'enseignement est plus efficace et le soudeur dont les gestes et la posture ont été corrigés dispose d'un taux de défauts réduit.
L'amélioration de la qualité des soudures est encore plus efficace lorsque les moyens d'acquisition de la posture de l'opérateur réalisent une acquisition tridimensionnelle de la posture de l'opérateur.
Avantageusement, les moyens d'acquisition de position de l'opérateur comprennent au moins une caméra.
L'analyse du geste de l'opérateur est avantageusement complétée lorsque le dispositif comprend des moyens d'acquisition tridimensionnelle de la position de l'organe d'apport de chaleur.
La formation au soudage à l'électrode enrobée est améliorée lorsque l'organe d'apport de chaleur comprend une électrode fusible et les moyens d'enregistrement et de traitement sont agencés pour calculer une trajectoire d'un point bas de l'électrode fusible et/ou la vitesse de consommation de l'électrode fusible.
Les temps de formation au soudage sont réduits lorsque les moyens d'enregistrement et de traitement comprennent un module d'analyse d'une gestuelle de 1'opérateur.
Il n'est pas nécessaire de disposer d'un ergonome lorsque les moyens d'enregistrement et de traitement comprennent un module d'analyse de troubles musculosquelettiques.
L'analyse de la qualité des travaux exécutés par le soudeur est plus fine lorsque le dispositif comprend un dispositif d'acquisition d'une image du point d'apport de chaleur, un dispositif d'acquisition de la position du soudeur et de sa torche en 3D, relié aux moyens d'enregistrement et de traitement et/ou un dispositif d'acquisition de la position du point d'apport de chaleur relié aux moyens d'enregistrement et de traitement.
Une évaluation encore plus efficace de la qualité du geste de soudage est possible lorsque les moyens d'enregistrement et de traitement sont agencés pour calculer une longueur d'un arc de soudage s'étendant entre l'organe d'apport de chaleur et le point d'apport de chaleur.
Les erreurs en intervention sont réduites lorsque le dispositif d'assistance au soudage comprend un dispositif de réalité augmentée relié aux moyens d'enregistrement et de traitement et/ou que les moyens d'enregistrement et de traitement sont agencés pour transmettre au dispositif de réalité augmentée des informations relatives à une intervention de l'opérateur. L'intervention est plus sûre lorsque les informations relatives à l'intervention de l'opérateur comprennent des alertes relatives à des risques de collision de l'opérateur et/ou de son équipement avec des éléments de l'environnement de l'opérateur.
La formation du soudeur est accélérée lorsque les informations relatives à l'intervention de l'opérateur comprennent un indicateur relatif :
- à la longueur de l'arc de soudage
- et/ou sa conformité par rapport à une longueur de référence
- et/ou à une quantité de chaleur et/ou à une vitesse de soudage.
Une correction efficace et en temps réel de la posture et des gestes du soudeur est obtenue lorsque le dispositif d'assistance au soudage comprend des moyens de retour haptigue vers l'opérateur, lesdits moyens de retour haptigue étant reliés aux moyens d'enregistrement et de traitement et étant agencés pour appliquer des efforts de guidage à l'opérateur.
L' invention concerne également un procédé d'assistance à une opération de soudage réalisée par un opérateur manipulant un organe d'apport de chaleur adapté à délivrer de la chaleur en un point d'apport de chaleur, le procédé comprenant les étapes de :
- acquérir la posture de l'opérateur ;
- acquérir une position de l'organe d'apport de chaleur et/ou une image et/ou un mouvement du point
| d'apport | de | chaleur et/ou une | position | d' | une pièce | à |
| souder ; | établir des indicateurs | relatifs à | 1' | opération | de | |
| soudage | en | utilisant l'acquisition de | la | posture | de | |
| 1'opérateur | et/ou l'image et/ou | le mouvement | du point | de |
l'apport de chaleur et/ou la position de la pièce à souder.
Le procédé permet d'accélérer la formation des élèves soudeurs et/ou d'améliorer la qualité des assemblages lorsqu'il comprend les étapes supplémentaires suivantes :
- déterminer une grandeur liée à la longueur d'un arc de soudage en utilisant l'acquisition de la posture de l'opérateur et/ou l'image et/ou le mouvement du point de l'apport de chaleur et/ou la position de la pièce à souder ;
- établir un indicateur relatif à la longueur de l'arc de soudage et/ou sa conformité par rapport à une longueur de référence.
La qualité des soudures et la sécurité de l'opérateur est améliorée lorsque le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes :
- acquérir une modélisation d'un environnement de travail ;
- analyser l'acquisition de la posture de l'opérateur afin d'identifier des risques de collision de l'opérateur (90) avec un élément de la modélisation de l'environnement de travail ;
- émettre une alerte de collision lorsqu'un risque de collision est identifié.
Les interventions en milieu difficiles peuvent être aisément simulées et préparées lorsque la modélisation de l'environnement de travail correspond à un environnement virtuel.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit de modes de réalisation non limitatifs de 1'invention
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique en plan d'un dispositif d'assistance au soudage selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique en plan d'une combinaison du dispositif de la figure 1 ;
- les figures 3 à 6 sont des vues schématiques des images perçues à travers des lunettes à affichage tête haute du dispositif de la figure 1 ;
- la figure 7 est une représentation schématique en plan d'un dispositif d'assistance au soudage selon un cinquième mode de réalisation de 1 'invention ;
- la figure 8 est une vue schématique d'une image perçue à travers des lunettes à affichage tête haute du dispositif de la figure 1 selon un sixième mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, le dispositif d'assistance au soudage selon l'invention, généralement désigné 1, comprend une torche de soudage MIG 10 qui comprend un guide 11 tubulaire pour un fil 12 métallique issu d'un dévidoir commandé 13. Le guide 11 est relié à la borne 14.1 positive d'un générateur 15 électrique de soudage. Un assemblage 30 de deux tôles métalliques 31 et est quant à lui relié à une deuxième borne 14.2 de masse du générateur 15. Ainsi le fil 12 fait office d'électrode et permet l'établissement d'un arc électrique délivrant de la chaleur en un point d'apport de chaleur sur l'assemblage 30. La torche de soudage MIG 10 comprend également un diffuseur 16 de gaz d'inertage 17 ici de l'argon- en provenance d'un réservoir 18 sur lequel est monté un ensemble détendeur/débitmètre 19. Une buse tubulaire 20 s'étend autour du guide 11 et du diffuseur 16. Un premier marqueur 34 réfléchissant est positionné sur la torche 10.
Le dispositif 1 comprend également une première caméra 21 pouvant être refroidie par fluide et positionnée de manière à acquérir une image du point d'apport de chaleur 33. La caméra 21 est pourvue d'un filtre optique 22. Le dispositif comprend en outre une deuxième caméra 23 infrarouge et une troisième caméra 24 infrarouge positionnée de manière à acquérir des images d'un opérateur 2 manipulant la torche 10.
Une unité 40 d'enregistrement et de traitement comprenant des moyens de calcul 41, une mémoire 42, un module 43.1 d'analyse de troubles musculo-squelettiques et un module 43.2 d'analyse gestuelle est reliée au générateur 15 de soudage, à la première caméra 21, à la deuxième caméra 23 ainsi qu'à la troisième caméra 24.
Le dispositif 1 peut également incorporer une combinaison 50 pourvue de deuxièmes traceurs 35 et qui peut incorporer un exosquelette 51. L'exosquelette 51 comprend un élément de bassin 52 destiné à être lié au bassin 92 d'un opérateur 90 et sur lequel sont articulés un membre inférieur droit 53 et un membre inférieur gauche 54 s'étendant respectivement parallèlement à un membre inférieur droit 93 et à un membre inférieur gauche 94 de l'opérateur 90. Le membre inférieur droit 53 de 1'exosquelette 51 comprend un segment de cuisse droit 53.1 auquel est articulé un segment de jambe droit 53.2, un pied droit 53.3 étant articulé à l'extrémité du segment de jambe droit 53.2. De manière analogue, le membre inférieur gauche 54 de 1'exosquelette 51 comprend un segment de cuisse gauche 54.1 auquel est articulé un segment de jambe gauche 54.2, un pied gauche 54.3 étant articulé à l'extrémité du segment de jambe gauche 54.2. Un élément de buste 55 solidaire de l'élément de bassin 52 est relié par une articulation à un segment supérieur de torse 56. Un membre supérieur droit 57 est articulé sur l'extrémité droite du segment supérieur de torse 56. Un membre supérieur gauche 58 est articulé sur l'extrémité gauche du segment supérieur de torse 56. Le membre supérieur droit 57 comprend un segment de bras droit 57.1 sur lequel est articulé un segment d'avantbras droit 57.2, un segment de poignet droit 57.3 est articulé sur le segment d'avant-bras 57.2. De manière analogue, le membre supérieur gauche 58 comprend un segment de bras gauche 58.1 sur lequel est articulé un segment d'avant-bras droit 58.2, un segment de poignet gauche 58.3 est articulé sur le segment d'avant-bras gauche 58.2. Toutes les articulations de 1 'exosquelette 51 sont motorisées et reliées à l'unité 40.
Le dispositif 1 peut également incorporer une paire de lunette 60 à affichage tête haute relié à l'unité 40.
En fonctionnement, l'opérateur 100 revêt la combinaison 50 et en lie les divers éléments à ses membres. Il met les lunettes 60 et se saisit de la torche 20 .
La deuxième caméra 23 et la troisième caméra 24 réalisent une acquisition stéréoscopique en temps réel de l'opérateur 90 et des marqueurs 31. Cette acquisition est envoyée à l'unité 40 qui reconstitue une image tridimensionnelle de la posture de l'opérateur 90. Le module 43 analyse la posture de l'opérateur 90 et génère un signal lumineux 44 dans le coin supérieur gauche des lunettes 60 lorsque la posture de l'opérateur 90 est à même de provoquer un trouble musculo-squelettique ou n'est pas cohérente avec une posture optimale pour le soudage dans la position de soudage (plafond, corniche, etc.) considérée. Le signal lumineux 44 est adapté selon le niveau de risque que sa posture fait courir à la qualité de la soudure, et/ou à l'opérateur 90 (par exemple du vert au rouge en passant par l'orange) . Cette analyse de posture a lieu également au cours des opérations de soudage.
L'unité 40 réalise également, sur la base des images acquises par la deuxième caméra 23 et la troisième caméra 24, une reconstitution polygonale de l'environnement du soudeur pouvant comprendre le faisceau 10.1 reliant la torche 10 et le générateur 15, l'assemblage 30 et tout autre élément comme par exemple un tuyau 70 s'étendant au-dessus de l'assemblage 30. Des images acquises par la deuxième caméra 23 et la troisième caméra 24, l'unité 40 détermine la position et les mouvements du premier marqueur 34 et en déduit la position tridimensionnelle et les mouvements de la torche 10. La position de la torche 10 et les paramètres (tension, intensité, etc.) appliqués par le générateur 15 au cours du soudage permettent d'estimer une position et un mouvement du point d'apport de chaleur 33. L'unité 40 détermine également sur la base des images issues de la première caméra 21 une position tridimensionnelle de l'assemblage 30.
Lorsque l'opérateur 90 entame les opérations de soudage, la première caméra 21 acquiert une image du point d'apport de chaleur 33 et l'unité 40 détermine sur la base de ces images une longueur L36 d'un arc de soudage 36. Pour ce faire, l'unité 40 effectue un traitement de l'image acquise par la première caméra 23 et identifie la zone de l'image dont la luminosité est supérieure à un seuil prédéfinie. La plus grande dimension de cette zone est directement liée à la longueur L36 de l'arc de soudage 36. La détermination de la longueur L36 de l'arc de soudage 36 peut être affinée en utilisant également la posture de l'opérateur 90 et/ou la position et les mouvements du point d'apport de chaleur 33 et/ou une position de l'assemblage 30. L'unité 40 compare alors la longueur L36 de l'arc de soudage 36 avec une longueur de référence L36ref et génère un signal lumineux 45 dans le coin supérieur droit des lunettes 60 dont la couleur varie entre le vert et le rouge selon que la longueur L36 de l'arc de soudage 36 est conforme ou non à la longueur de référence L36ref. La longueur de référence L36ref peut varier au cours des opérations de soudage notamment en fonction de la position de soudage. L'unité 40 détermine également, notamment sur la base du déplacement de la torche 10 une vitesse de soudage. L'unité 40 détermine également une quantité de chaleur apportée notamment en utilisant la tension de soudage, l'intensité du courant de soudage et la chaleur apportée
L'unité vitesse de soudage, correspondre signal pictogramme lunettes 60.
peut génère un de chaleur et un
Cette quantité à de soudage. quantité vitesse de soudage sur mes images issues de
Les
47.1
47.2
1'énergie relatif à de la la la première caméra 21, de la deuxième caméra 23 et de la troisième caméra 24, analysées ensemble ou séparément, sont également traitées par le module 43.2 d'analyse gestuelle. Sur la base du résultat de l'analyse gestuelle, l'unité 40 génère un indicateur 48.1 lorsque le problème touche au mouvement de balayage de la torche 10, un indicateur 48.2 lorsque le problème touche à une trop grande variabilité dans la distance séparant la torche 10 de l'assemblage 30. Les défauts de positionnement angulaires de la torche 10 sont également identifiés et transmis à l'unité 40 qui peut générer une icône 48.3 à ce sujet. L'unité 40 calcule également une distance séparant la torche 10 de l'assemblage 30 et envoie cette distance et ses variations éventuelles au module 43.2.
L'ensemble des données relatives au soudage notamment la tension de soudage, l'intensité de soudage, la vitesse de fil, les positions et mouvements de l'opérateur 90, de la torche 10 et du point d'apport de chaleur 33, la longueur L36 de l'arc 36, la quantité de chaleur apportée , la vitesse de soudage - ainsi que les images acquises par la première caméra 21,et/ou la deuxième caméra 23 et/ou la troisième caméra 24 sont enregistrées dans la mémoire 42 de l'unité 40 pour pouvoir faire l'objet d'une analyse ultérieure et être utilisée comme support pour la formation de l'opérateur 90. Ces informations peuvent aussi être utilisées pour assurer un diagnostic qualité en temps réel.
On obtient ainsi un dispositif d'assistance au soudage permettant à un opérateur de disposer en temps réel d'informations sur la conformité de sa posture et de son geste. Ces informations lui permettent de modifier son geste au fur et à mesure du soudage, et d'ainsi établir un lien immédiat entre les sensations du soudage en cours et la conformité de celui-ci. L'apprentissage est plus efficace, plus rapide et donc moins coûteux. L'opérateur est mieux formé, ce qui réduit le taux de non-conformité des soudures qu'il réalise.
| Selon | un | second | mode | de réalisation, l'unité | 40 | ||
| analyse la | position et | les | mouvements | de | 1'opérateur | 90 | |
| et évalue | les | risques | de | collision | de | 1 'opérateur | 90 |
| et/ou de | son | équipement | avec les | éléments de | son | ||
| environnement. | Par exemple, | lorsque 1 | ' un | des membres | de | ||
| 1'opérateur | 90 | s'approche | du tube | 70 | d'une distance |
inférieure à une distance prédéfinie de dix centimètres, l'unité 40 identifie un risque de collision et envoie une alerte vers les lunettes 60. L'alerte prend ici la forme d'une icône 46 qui clignote tant que la distance séparant le tube 70 d'un des membres de l'opérateur 90 est inférieure à la distance prédéfinie. Alternativement, ou de manière complémentaire, l'identification des risques de collision peut se faire à l'aide d'une analyse dynamique tridimensionnelle des mouvements de l'opérateur 90 et de son équipement (torche 10 et faisceau 10.1 notamment) . L'unité 40 analyse le vecteur vitesse du déplacement de chacun des membres de l'opérateur 90 ainsi que de son équipement reconstitué à l'aide du premier marqueur 34, des deuxièmes marqueurs 31 et des images acquises par la deuxième caméra 23 et la troisième caméra 24. Un traitement par filtre de Kalman permet à l'unité 40 d'estimer, sur la base du vecteur vitesse déterminé des éléments, des risques de collision. Lorsqu'un tel risque est identifié, une alerte est envoyée vers les lunettes 60.
Selon un troisième mode de réalisation, les lunettes 60 comprennent une quatrième caméra 25 et une cinquième caméra 26 reliées à l'unité 40. La quatrième caméra 25 et la cinquième caméra 26 permettent à l'unité 40 de reconstituer une image stéréoscopique de ce que l'opérateur 90 perçoit lorsqu'il porte les lunettes 60. L'unité 40 peut alors commander l'affichage, sur les lunettes 60, d'informations utiles pour le soudeur comme par exemple l'identification de la soudure à réaliser (figure 4 et 5) ou une séquence de soudage (figure 6).
Selon un quatrième mode de réalisation, l'unité 40 analyse l'ensemble des paramètres du soudage (tension, intensité) et/ou la longueur L36 de l'arc de soudage 36 et/ou les mouvements de la torche 10 et/ou la vitesse de la torche 10 et/ou les images acquises par la première caméra 21 et/ou la posture de l'opérateur 90 et commande les moteurs des articulations de 1'exosquelette 51 de manière à appliquer des efforts de guidage à l'opérateur 90. Ces efforts de guidage peuvent comprendre un blocage en position, l'application d'une force contraignant l'opérateur à un retour vers une position de référence ou encore l'application d'un effort résistant qui croît avec l'éloignement de l'opérateur 90 d'une position de référence.
Selon un cinquième mode de réalisation représenté en figure 7, l'organe d'apport de chaleur est, ici, une pince à souder 80 dans laquelle est introduite une électrode enrobée 81 rutile. Dans ce cas particulier de soudage, l'unité 40 exploite les images en provenance de la première caméra 21 pour calculer une trajectoire d'un point bas 82 de l'électrode 81 et/ou la vitesse de consommation de l'électrode 81. Ces éléments peuvent être également pris en compte pour générer des alertes spécifiques à l'attention de l'opérateur 90.
Selon un sixième mode de réalisation représenté en figure 8, l'unité 40 charge un environnement de travail virtuel 91 -ici une représentation filaire issue d'un fichier CAO - et commande l'affichage sur les lunettes 60 d'une représentation 92 de l'environnement de travail virtuel 90. La représentation 92 de l'environnement de travail virtuel 91 est ici représentée en pointillés et dessine, ici, des tuyaux 93 qui s'étendent autour d'un tuyau 94 réel. L'opérateur 90 perçoit donc une soudure 95 réelle à réaliser et un environnement de travail virtuel 91 qui comprend des contraintes d'accès et de mouvement virtuelles créées par les tuyaux 93. Lorsqu'il rabat la visière de son masque de soudage pour procéder au soudage, l'opérateur 90 comme dans une situation de soudage réel- ne perçoit plus les tuyaux 93 mais reçoit des alertes anticollision générées par l'unité 40 qui lui permettent d'adapter son geste.
On obtient ainsi un procédé permettant de simuler facilement et à moindre coût des conditions d'intervention particulières et de préparer l'opérateur 90 à une intervention dans cet environnement. Ceci permet d'améliorer la préparation de l'opérateur et donc la qualité de la soudure. Ce type de procédé revêt un intérêt important pour les soudures délicates dans des milieux contraints dans lesquels les temps d'immobilisation des installations sont coûteux et le cout des non qualités très important (nucléaire, pipeline, conduites forcées, offshore, etc.)
Bien entendu l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier,
- bien que l'assemblage comprenne deux éléments, ici sous la forme de deux tôles jointes bout à bout, l'invention s'applique également à d'autres types de pièces à souder comme par exemple des piquages de tubes orientés selon un angle compris entre 0 et 180°, un assemblage de tubes en bout à bout ou sur chant, un assemblage mettant en œuvre un tube et un produit plat ;
- bien gu'ici l'assemblage soit réalisé par soudage, l'invention s'applique également à d'autres types d'assemblage par apport de chaleur comme par exemple le brasage ;
- bien qu'ici le dispositif comprenne une torche de soudage MIG, l'invention s'applique également à d'autres procédés de soudage comme par exemple les procédés MAG, à fil fourré sans gaz d'inertage, à électrode enrobée, à fil sous flux, ou encore les procédés TIG ou de brasage à la flamme ;
- bien qu'ici l'organe d'apport de chaleur comprenne un tube guide polarisant un fil faisant office d'électrode fusible, l'invention s'applique également à d'autres types d'organe d'apport de chaleur comme par exemple une électrode non fusible en tungstène (Procédé TIG) ou autre matériau ou une buse de diffusion d'un gaz de chauffe (acétylène ou autre) ;
- bien gu'ici la torche de soudage intègre le dispositif d'approvisionnement de métal d'apport, l'invention s'applique également à d'autres types de procédés dépourvus de métal d'apport (soudage autogène sans métal d'apport) ou dans lesquels le métal d'apport est amené au bain de fusion par un dispositif indépendant de celui comprenant l'organe d'apport de chaleur ;
- bien qu'ici le point d'apport de chaleur soit filmé à l'aide d'une première caméra refroidie ou non par fluide et pourvu d'un filtre, l'invention s'applique également à d'autres types de dispositifs d'acquisition du point d'apport de chaleur comme par exemple une caméra thermique, un appareil photo HD, ainsi qu'à d'autres moyens de protection contre le rayonnement comme par exemple un écran LCD à assombrissement automatique ;
- bien qu'ici l'unité d'enregistrement et de traitement réalise une reconstitution polygonale de l'environnement de l'opérateur, l'invention s'applique également à d'autres types de modélisation de l'environnement de l'opérateur comme par exemple une modélisation filaire, surfacique ou par enveloppe ;
- bien qu'ici le dispositif comprenne un marqueur réfléchissant solidaire de la torche de soudage, l'invention s'applique également à d'autres types de moyens d'acquisition tridimensionnelle de la position de l'organe d'apport de chaleur avec ou sans marqueurs comme par exemple des caméras œuvrant dans le spectre visible, une unique caméra à trame de lumière infrarouge, une unique caméra couplée à un module de type depthmap, des marqueurs actifs et des cellules photosensibles, un dispositif LIDAR couplé à des cibles à boules, des centrales inertielles, ou le suivi de mouvement des motorisations de 1' exosquelette à l'aide de codeurs ;
- bien qu'ici le dispositif comprenne une deuxième et une troisième caméra infrarouge filmant des marqueurs réfléchissants, l'invention s'applique également à d'autres moyens d'acquisition tridimensionnelle de la posture de l'opérateur et/ou de son environnement avec ou sans marqueurs qui peuvent être réfléchissants ou non comme par exemple des caméras œuvrant dans le spectre visible, une unique caméra à trame de lumière infrarouge, une unique caméra couplée à un module de type depthmap, des marqueurs actifs et des cellules photosensibles, , un dispositif LIDAR couplé à des cibles à boules, des centrales inertielles, ou le suivi de mouvement des motorisations de 1'exosquelette à l'aide de codeurs ;
- bien qu'ici le dispositif comprenne un exosquelette comprenant des membres inférieurs et supérieurs, l'invention s'applique également à d'autres moyens de retour haptique vers l'opérateur comme par exemple un exosquelette partiel ne comprenant qu'un ou deux membres supérieurs, une orthèse motorisée de poignet, une orthèse motorisée de main, un bracelet vibrant, un ensemble de câbles reliés aux membres de 1'opérateur ;
- bien qu'ici le dispositif comprenne une paire de lunettes à affichage à tête haute, l'invention s'applique également à d'autres types de dispositifs de réalité augmentée comme par exemple une visière à réalité augmentée, un masque de soudage incorporant un sous-écran à réalité augmentée ou un projecteur rétinien ;
- bien qu'ici le dispositif affiche un signal dont la couleur varie selon la longueur de lumineux
1'arc de soudage, l'invention s'applique également à d'autres types d'indicateurs relatifs à la longueur de l'arc de soudage comme par exemple un affichage de la longueur de l'arc en millimètres, un signal sonore, une icône spécifique ;
- bien qu'ici un risque de collision est identifié lorsque l'un des membres est à moins de dix centimètres d'un obstacle, l'invention s'applique également à d'autres valeurs de distances seuils ;
- bien qu'ici l'unité de traitement affiche une icône sur les lunettes lorsqu'un risque de collision est identifié, l'invention s'applique également à d'autres types d'alertes de collision comme par exemple une vibration ou un son émis par un autre dispositif que les lunettes ou un effort de correction appliqué par 1'exosquelette ;
- bien qu'ici une quatrième et une cinquième caméras soient utilisées pour réaliser les affichages en surimpression sur les lunettes, l'invention s'applique également à d'autres moyens de reconstituer l'image perçue par l'opérateur comme par exemple une unique caméra ou un algorithme reconstituant le point de vue de l'opérateur sur la base des images acquises par les autres caméras ;
- bien qu'ici des informations sur la soudure à réaliser ou une séquence de soudage soit affichées sur les lunettes, l'invention s'applique également à d'autres types d'informations relatives au soudage comme des alertes de fin de bobine de fil, de baisse de pression de gaz, d'échauffement de la torche, de rupture de masse, des éléments relatifs à des consignes particulières d'intervention comme un inertage préalable ou l'entrée dans une zone à risques spécifiques du type ATEX ;
- bien qu'ici la position du point d apport de chaleur soit acquise par la première caméra, l'invention s'applique également à d'autres dispositifs d'acquisition de la position du point d'apport de chaleur comme par exemple une acquisition à l'aide des deuxièmes et troisième caméra ou d'une unique caméra ;
- bien qu' ici les acquisitions de la posture de l'opérateur, de la position de l'organe d'apport de chaleur, du mouvement du point d'apport de chaleur et de la position de la pièce à souder soient effectuées en trois dimensions, l'invention s'applique également à une acquisition en deux dimensions de ces éléments ;
- bien qu'ici la combinaison intègre les marqueurs, l'invention s'applique également à des marqueurs amovibles ;
- bien qu'ici on ait décrit un premier indicateur lorsque le problème de geste touche au mouvement de balayage et un deuxième indicateur lorsque le problème touche à une trop grande variabilité dans la distance séparant la torche de l'assemblage, l'invention s'applique également à la génération d'indicateurs portant sur d'autres points de la gestuelle du soudage,
- bien qu'ici la détermination d'une grandeur liée à la longueur de l'arc de soudage soit réalisée à l'aide d'une mesure d'une zone lumineuse, l'invention s'applique également à d'autres méthodes de détermination d'une grandeur liée à la longueur de l'arc de soudage comme par exemple, une détermination et une mesure de la zone dont la température est supérieure à un certain seuil (acquisition de l'image par caméra thermographique), la recherche du barycentre de la zone lumineuse, l'utilisation d'une loi mettant en correspondance la tension de soudage et la longueur de l'arc de soudage ;
- bien qu'ici l'électrode soit une électrode enrobée rutile, l'invention s'applique également à d'autres types d'électrode fusible comme par exemple une électrode basique ou une électrode de gougeage ;
- bien qu'ici l'environnement de travail virtuel soit une représentation filaire issue d' l'invention s'applique également à d'environnement de travail virtuel comme représentations surfaciques, à l'aide de ou non, des environnements de travail tridimensionnels.
un fichier CAO, d'autres types par exemple des volumes texturés issus de scan
Claims (21)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (1) d'assistance au soudage comprenant un organe d'apport de chaleur (10), tel qu'une buse ou une électrode, adapté à délivrer de la chaleur en un point d'apport de chaleur (33) et des moyens d'acquisition de la posture (23, 24, 35) d'un opérateur (90) manipulant l'organe d'apport de chaleur (10) ainsi que des moyens d'enregistrement et de traitement (40) reliés aux moyens d'acquisition de la posture (23,24) de l'opérateur (90).
- 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'acquisition de la posture (23,24) de l'opérateur (90) réalisent une acquisition tridimensionnelle de la posture de l'opérateur (90).
- 3. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'acquisition de posture de l'opérateur (90) comprennent au moins une caméra (23, 24).
- 4. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens d'acquisition tridimensionnelle (23, 24, 34) de la position de l'organe d'apport de chaleur (10).
- 5. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe d'apport de chaleur comprend une électrode fusible et les moyens d'enregistrement et de traitement sont agencés pour calculer une trajectoire d'un point bas de l'électrode fusible et/ou la vitesse de consommation de l'électrode fusible.
- 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'enregistrement et de traitement (40) comprennent un module d'analyse d'une gestuelle de l'opérateur (90).
- 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'enregistrement et de traitement (40) comprennent un module d'analyse de troubles musculo-squelettigues (43).
- 8. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif d'acquisition (21) d'une image du point d'apport de chaleur (33) relié aux moyens d'enregistrement et de traitement (40).
- 9. Dispositif (1) selon la revendication 8, dans lequel les moyens d'enregistrement et de traitement (40) sont agencés pour calculer une grandeur liée à la longueur (L36) d'un arc de soudage (36) s'étendant entre l'organe d'apport de chaleur (10) et le point d'apport de chaleur (33).
- 10. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif d'acquisition de la position (23, 24, 34) du point d'apport de chaleur (33) relié aux moyens d'enregistrement et de traitement (40).
- 11. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif de réalité augmentée (60) relié aux moyens d'enregistrement et de traitement (40).
- 12. Dispositif (1) selon la revendication 11 dans lequel les moyens d'enregistrement et de traitement (40) sont agencés pour transmettre au dispositif de réalité augmentée (60) des informations relatives à une intervention de l'opérateur (90) .
- 13. Dispositif (1) selon la revendication 12, dans lequel les informations relatives à l'intervention de l'opérateur (90) comprennent des alertes relatives à des risques de collision de l'opérateur (90) et/ou de son équipement (10, 10.1) avec des éléments de l'environnement de l'opérateur (90) .
- 14. Dispositif (1) selon les revendications 9 et 12 ou 13, dans lequel les informations relatives à l'intervention de l'opérateur (90) comprennent un indicateur relatif à la longueur (L36) de l'arc de soudage (36) et/ou sa conformité par rapport à une longueur de référence (L36ref) .
- 15. Dispositif (1) selon la revendication 12 dans lequel les informations relatives à l'intervention de l'opérateur (90) comprennent des informations relatives à une quantité de chaleur apportée et/ou à une vitesse de soudage.
- 16. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de retour haptique (51) vers l'opérateur (90), lesdits moyens de retour haptique (51) étant reliés aux moyens d'enregistrement et de traitement (40) et étant agencés pour appliquer des efforts de guidage à l'opérateur (90) .
- 17. Procédé d'assistance à une opération de soudage réalisée par un opérateur (90) manipulant un organe d'apport de chaleur (10) adapté à délivrer de la chaleur en un point d'apport de chaleur (33), le procédé comprenant les étapes de :- acquérir la posture de l'opérateur (90) en trois dimensions ;- acquérir une position de l'organe d'apport de chaleur (10) et/ou une image et/ou un mouvement du point d'apport de chaleur (33) et/ou une position tridimensionnelle d'une pièce à souder ;- établir des indicateurs relatifs à l'opération de soudage en utilisant la posture de l'opérateur (90) et/ou l'image et/ou le mouvement du point de l'apport de chaleur (33) et/ou la position tridimensionnelle d'une pièce à souder.
- 18. Procédé selon la revendication 17, comprenant les étapes supplémentaires suivantes :- déterminer une grandeur liée à longueur (L36) d'un arc de soudage (36) en utilisant l'acquisition de la posture de l'opérateur (90) et/ou l'image et/ou le mouvement du point de l'apport de chaleur (90) ;- établir un indicateur relatif à la longueur (L36) de l'arc de soudage (36) et/ou sa conformité par rapport à une longueur de référence (L36ref) .
- 19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, comprenant l'étape supplémentaire d'analyser la posture de l'opérateur (90) à l'aide d'un module d'analyse de troubles musculo-squelettiques (43).
- 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, comprenant les étapes supplémentaires suivantes :-acquérir une modélisation d'un environnement de travail ;- analyser l'acquisition de la posture de l'opérateur (90) afin d'identifier des risques de collision de l'opérateur (90) avec un élément de la modélisation de l'environnement de travail ;5 - émettre une alerte de collision lorsqu'un risque de collision est identifié.
- 21. Procédé selon la revendication 20, dans laquelle la modélisation de l'environnement de travail10 correspond à un environnement virtuel (91).
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