WO2002058881A1 - Procede et dispositif de soudage bord a bord de deux pieces en feuille - Google Patents

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WO2002058881A1
WO2002058881A1 PCT/FR2002/000268 FR0200268W WO02058881A1 WO 2002058881 A1 WO2002058881 A1 WO 2002058881A1 FR 0200268 W FR0200268 W FR 0200268W WO 02058881 A1 WO02058881 A1 WO 02058881A1
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frame
laser beam
welding head
scene
head according
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PCT/FR2002/000268
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Adolfo Suarez
Hugues Rapinel
Bruno Gauthier
Yvan Thurier
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Renault Automation Comau
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    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
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    • B23K2101/18—Sheet panels
    • B23K2101/185—Tailored blanks

Definitions

  • the present invention relates to the welding of two parts edge to edge by means of a laser beam.
  • This technique is commonly used in the field of automotive bodywork to assemble edge to edge two flat blanks of sheet metal before their forming by stamping, these blanks can be of similar or different thickness.
  • the beam is focused on the contact line of the blanks and is moved along this line at a determined speed, for example of the order of 10 to 15 meters per minute (of course depending on the thickness to be welded).
  • the relative movement is obtained by displacement of the focusing head of the laser beam over a table where the blanks are clamped and kept in contact with each other. More rarely, when the beam is fixed, the blank support table is moved under the focusing point.
  • the relative displacement of the focused beam and the parts to be welded results from a programming of the machine or a robot which defines in a given reference point a theoretical trajectory.
  • the coincidence between this theoretical trajectory and that actually traveled is never obtained, taking into account on the one hand, an uncertainty in the position and the orientation of the contact line of the blanks in the reference of the theoretical trajectory and d on the other hand, the dimensional clearances and tolerances that the motor mechanism has to accomplish this trajectory. It is therefore necessary to permanently correct the trajectory of the relative movement by means of a servo mechanism.
  • This control mechanism includes a device for observing the contact line, for example a camera, which is integral with the head of welding, which makes it possible to obtain an image of an area of this line in the coordinate system of the welding head.
  • the position of this line in the image corresponds to the offset of the contact line of the parts to be welded relative to the position of the beam.
  • the successive values of offsets make it possible to generate readjustment instructions sent to the servo mechanism to correct the trajectory of the camera, and therefore of the welding head since they are integral, in order to cancel the offset of the focal point of the beam relative to the joint.
  • the document EP 0 452 138 relates to a device of the same kind as that of the previous document, in which the joint detector differs in that it uses a scanning camera for observing a scene lit by light, preferably monochromatic, brought by the end of coaxial optical fibers to the path of the reflected light towards the camera.
  • the means ensuring the controlled alignment of the welding beam on the line to be followed are crossed tables which carry the parts to be welded.
  • the assembly thus formed is also bulky and the distance between the observed scene and the welding beam is large.
  • This state of the art includes very specific materials which are ill-suited to be able to process a large number of different weld configurations.
  • the subject of the invention is an edge-to-edge welding head of two sheet parts comprising a frame containing a means for transmitting and focusing a laser beam, the frame forming the support of a device for illumination of a scene located upstream of the focal point of the laser beam on the contact line of the two parts in which the frame is equipped opposite the illumination device with a support for its attachment to a programmable actuator, which support comprises a part provided with means for its coupling to the actuator and a part integral with the frame, the two parts being mounted movable relative to each other along a direction perpendicular to the axis of the beam laser and coupled to each other by means of a motorized mechanism for adjusting their relative position along this direction.
  • the welding head of the invention can be coupled to any actuator, be it a robot arm or a gantry. Position control of the welding beam relative to the point contact line is achieved regardless of the actuator drive which is programmed to move the head along a theoretical path. There is therefore no need to carry out a complex adaptation of the actuator control program.
  • the scene illuminated by the illumination device is located in the immediate vicinity of the focal point so that the path d 'at least part of the rays reflected by this scene is inside the frame and substantially parallel to the axis of the laser beam while the frame carries a mirror for reflecting these rays located above the means of transmission and focusing the laser beam, in the direction of a lateral device for collecting and processing these rays, carried by the frame.
  • the information collected by the camera is transmitted to a processor which can simply be constituted by a personal computer completely independent of the welding machine, this computer being connected to the motor interposed between the two parts of the connection support of the welding head frame to the actuator.
  • the lighting device emits a laser beam in the form of a brush oriented transversely to the contact line of the two parts to be welded.
  • the source of this laser radiation will be a helium / neon source preferably distant from the welding head, emitting radiation of extremely precise wavelength led to the level of the scene by optical fibers.
  • the frame is equipped with a nozzle for blowing a sweeping gas situated upstream of the observed scene and turned towards this scene.
  • This nozzle defines a blowing channel for the sweeping gas inclined upwards by an angle of between 10 and 20 ° relative to the surface of the parts and opening into the atmosphere through a slot parallel to this surface so as to produce a pneumatic blade.
  • a pneumatic blade will also be provided for protecting the means for focusing laser power radiation.
  • the welding head shown comprises a frame 1 to which an energy in the form of laser radiation, focused by an optic 3, housed inside the frame 1 at a point 4 located, terminates by an optical fiber 2 coming from a source 2a. on a contact line 5 of two sheets 6 and 7 to be welded edge to edge.
  • an optical plate 8 In the optical system 3 for focusing the laser welding beam (YAG laser), an optical plate 8 has been incorporated which behaves with respect to the beam like a mirror.
  • the optical strip 8 behaves like a strip transparent which allows the reflected beam 9 to pass in the direction of a second mirror 11 which returns the beam 9 to a camera 12 also carried by the frame 1.
  • the camera can be constituted by any known means making it possible to observe the position of the image of line 5 in scene 10 and calculate a significant error signal of the deviation of this image compared to a setpoint position which is representative of the position that line 5 should have if it was observed along the theoretical path of the frame 1 with respect to the parts 6 and 7.
  • the camera 12 can be a CCD camera or a device using CMOS technology.
  • the camera 12 is capable of processing at least one image every four to five milliseconds.
  • the scene 10 emitting the reflected beam 9 is preferably illuminated by an illumination device 13, carried by the frame which can be connected to a source emitting 13a of laser radiation, preferably a helium / neon laser, in the field visible by means of an optical fiber.
  • a source emitting 13a of laser radiation preferably a helium / neon laser
  • the optics of this light source will be such that the radiation which results therefrom forms a brush 14, the intersection of which with the parts 6 and 5 forms a light line 15 substantially transverse to the contact line 5.
  • the parts to be welded are of different thicknesses (and in this case the rung is located on the upper face of the assembly), we can see a break in this line 15, the break point corresponding to the position of line 5 in the scene observed.
  • the brush To make this break visible the brush must be inclined relative to normal to the surfaces of the parts to be welded.
  • the inclination here is of the order of 25 °. It can reach 45 ° if necessary.
  • the frame 1 of the welding head carries, below the light source 13, a nozzle 16 for blowing a sweeping gas intended to evacuate the fumes which can disturb the vision of the scene 10 by the camera 12.
  • This nozzle 16 is connected to an inlet tube 17 of a pressurized gas. Opposite this tube, it opens towards the atmosphere in the direction of the weld point 4 through an opening 18 in the form of a slot substantially parallel to the upper surface of the parts 6 and 7, a slot which constitutes the end part d 'a flat channel 19 for distributing the flow of gas under pressure in the form of a pneumatic blade 20.
  • the channel 19 is inclined upwards and backwards relative to the direction of movement A, by an angle a between 10 and 20 ° and, preferably equal to 15 °.
  • the pneumatic blade 20 thus produced, confines the fumes emitted by the welding in a space situated beyond the welding point relative to the scene 10, space noted 21 in the figure.
  • the scene 10 is thus freed from an atmosphere which can alter the quality of the images obtained by the camera 12.
  • the camera 12 is equipped with an optical filter 23 with very narrow bandwidth (for example example of the order of Inm) centered on the emission wavelength of the source 13a which generates the lighting beam of the scene.
  • the quality of the image received by the camera 12 is further improved.
  • the precision of the images received makes it possible to use the device according to the invention to perform from each image not only a calculation of the correction setpoint but also a verification according to which the tracking error, the mismatching of the sheets and their spacing remain within an acceptable tolerance range in order to trigger an alarm in the event that one of these values goes out of the authorized range.
  • the frame 1 of the welding head is connected to a support 22 which has the primary function of forming the connection interface of the welding head with an actuator (here a robot arm 24) programmed to move the head along a trajectory theoretical A 'which is the rectilinear or curved one which corresponds to the line 5 of contact of the parts edge to edge.
  • an actuator here a robot arm 24
  • a part 25 of the support 22, in the form for example of a hollow beam, is externally equipped with means 26 for its attachment to the actuator 24 which may be, instead of a robot arm, a carriage gantry or the like.
  • the means 26 can be designed, for example, interchangeable to be easily adapted to each end of the actuator.
  • the support 22 comprises a second part 27 which is connected to the frame 1 and which cooperates with sliding with the part 25 relative to the latter, sliding controlled by a motor member 28 interposed between the part 25 and the part 27.
  • This motor member can for example be a direct drive linear motor.
  • the control of this motor is ensured by a processor (for example a microcomputer 29) which receives the position information from the camera 12 at a rate, preferably, of 240 images per second.
  • the motor 28 requires approximately 4.5 milliseconds to ensure an amplitude movement compatible with the maximum correction that can be requested. If the welding speed is around 15 meters per minute and the observation point located 3 mm upstream of the fusion, at the rate of acquisition of 240 images per second, there remain approximately 7.5 milli-seconds to acquire the image, digitize it, process it, calculate the position of the joint relative to that of the head and work out the instruction to transmit to the engine, which is quite achievable with a common personal computer.
  • the welding equipment according to the invention is economically and easily adaptable to any type of actuator.
  • it has the advantage, by the precision of the correction and the high frequency of each correction cycle, of being adaptable to actuators which are not very precise in the execution of the tracking of a programmed trajectory as can be for example a robot arm.

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Abstract

Tête de soudage bord à bord de deux pièces (6, 7) en feuille comportant un bâti (1) contenant un moyen de transmission (2) et de focalisation (3) d"un faisceau laser, le bâti (1) formant le support d"un dispositif d"éclairement (13) d"une scène (10) située en amont du point (4) de focalisation du faisceau laser sur la ligne (5) de contact des deux pièces (6, 7) caractérisée en ce que le bâti (1) est équipé à l"opposé du dispositif d"éclairement (13) d"un support (22) pour sa fixation à un actionneur programmable (24), lequel support comprend une partie (25) pourvue de moyens (26) pour son attelage à l"actionneur et une partie (27) solidaire du bâti (1), les deux parties étant montées mobiles l"une par rapportà l"autre le long d"une direction perpendiculaire à l"axe du faisceau laser et accouplées l"une à l"autre au moyen d"un mécanisme motorisé (28) d"ajustement de leur position relative le long de cette direction.

Description

Procédé et dispositif de soudage bord à bord de deux pièces en feuille
La présente invention concerne le soudage de deux pièces bord à bord au moyen d'un faisceau laser. Cette technique est employée couramment dans le domaine de la carrosserie automobile pour assembler bord à bord deux flans plans de tôle avant leur formage par emboutissage, ces flans pouvant être d'épaisseur semblable ou différente.
Le faisceau est focalisé sur la ligne de contact des flans et est déplacé le long de cette ligne à une vitesse déterminée par exemple de l'ordre de 10 à 15 mètres par minute (en fonction bien entendu de l'épaisseur à souder). Le mouvement relatif est obtenu par déplacement de la tête de focalisation du faisceau laser au-dessus d'une table où les flans sont bridés et maintenus au contact l'un de l'autre. Plus rarement, alors que le faisceau est fixe, on déplace la table de support des flans sous le point de focalisation.
Le déplacement relatif du faisceau focalisé et des pièces à souder résulte d'une programmation de la machine ou d'un robot qui définit dans un repère donné une trajectoire théorique. La coïncidence entre cette trajectoire théorique et celle réellement parcourue n'est jamais obtenue, compte tenu d'une part, d'une incertitude dans la position et l'orientation de la ligne de contact des flans dans le repère de la trajectoire théorique et d'autre part, des jeux et tolérances dimensionnelles que comporte le mécanisme moteur devant accomplir cette trajectoire. Il est donc nécessaire de corriger en permanence la trajectoire du mouvement relatif au moyen d'un mécanisme d'asservissement.
Ce mécanisme d'asservissement comprend un dispositif d'observation de la ligne de contact, par exemple une caméra, qui est solidaire de la tête de soudage, ce qui permet d'obtenir une image d'une zone de cette ligne dans le repère de la tête de soudage. La position de cette ligne dans l'image correspond au décalage de la ligne de contact des pièces à souder par rapport à la position du faisceau. Les valeurs successives de décalages permettent de générer des consignes de recalage envoyées au mécanisme d'asservissement pour corriger la trajectoire de la caméra, et donc de la tête de soudage puisqu'elles sont solidaires, afin d'annuler le décalage du point de focalisation du faisceau par rapport au joint.
On connaît différentes machines pour remplir ces fonctions. On citera par exemple le document US 5 001 324 qui décrit l'asservissement d'un faisceau de soudage laser à la détection de la position du joint à réaliser. La tête de soudage est solidaire d'un détecteur de joint qui la précède dans le sens d'avancement du soudage. Ce détecteur procède par balayage transversal au joint d'un faisceau laser dont la lumière réfléchie est analysée et interprétée par des algorithmes de calcul afin de repérer une différence d'altitude de chaque côté du joint, rendue visible par l'inclinaison du rayon éclairant. L'encombrement total de cette tête de soudure est tel que la distance qui sépare la lecture du joint de la soudure est importante, ce qui nuit à la qualité de 1 ' asservissement .
Le document EP 0 452 138 concerne un dispositif du même genre que celui du document précédent, dans lequel le détecteur de joint diffère en ce qu'il met en oeuvre une caméra à balayage d'observation d'une scène éclairée par la lumière, de préférence monochromatique, apportée par l'extrémité de fibres optiques coaxiales au trajet de la lumière réfléchie en direction de la caméra. Les moyens assurant le recalage asservi du faisceau de soudage sur la ligne à suivre sont des tables croisées qui portent les pièces à souder. L'ensemble ainsi constitué est également encombrant et la distance entre la scène observée et le faisceau de soudage est importante . Cet état de la technique comprend des matériels très spécifiques qui sont mal adaptés à pouvoir traiter un grand nombre de configurations de soudures différentes .
Il existe donc un besoin d'une tête de soudage par faisceau laser qui possède un haut niveau d'intégration à l'intérieur d'une machine complexe ou d'une ligne de soudage, de manière à pouvoir être montée sur des actionneurs quelconques, qu'ils soient des robots ou des portiques. A cet effet, l'invention a pour objet une tête de soudage bord à bord de deux pièces en feuille comportant un bâti contenant un moyen de transmission et de focalisation d'un faisceau laser, le bâti formant le support d'un dispositif d'éclairement d'une scène située en amont du point de focalisation du faisceau laser sur la ligne de contact des deux pièces dans lequel le bâti est équipé à l'opposé du dispositif d'éclairement d'un support pour sa fixation à un actionneur programmable, lequel support comprend une partie pourvue de moyens pour son attelage à l' actionneur et une partie solidaire du bâti, les deux parties étant montées mobiles l'une par rapport à l'autre le long d'une direction perpendiculaire à l'axe du faisceau laser et accouplées l'une à l'autre au moyen d'un mécanisme motorisé d'ajustement de leur position relative le long de cette direction.
Grâce à ce support, la tête de soudage de l'invention peut être attelée à n'importe quel actionneur que ce soit un bras de robot ou un portique . L'asservissement en position du faisceau de soudage par rapport à la ligne de contact de points est réalisé indépendamment de la conduite de l' actionneur qui est programmé pour déplacer la tête le long d'une trajectoire théorique. Il n'est donc aucun besoin de procéder à une adaptation complexe du programme de commande de 1 ' actionneur .
Pour obtenir de petites amplitudes de mouvement de correction compatibles avec ce support pour qu'il soit aisément adaptable à une machine de soudage, la scène éclairée par le dispositif d'éclairement est située au voisinage immédiat du point de focalisation de sorte que le trajet d'au moins une partie des rayons réfléchis par cette scène soit à 1 ' intérieur du bâti et sensiblement parallèle à l'axe du faisceau laser tandis que le bâti porte un miroir de renvoi de ces rayons situé au-dessus du moyen de transmission et de focalisation du faisceau laser, en direction d'un dispositif latéral de recueil et de traitement de ces rayons, porté par le bâti.
Dans une telle architecture, les informations recueillies par la caméra sont transmises à un processeur qui peut tout simplement être constitué par un ordinateur personnel complètement indépendant de la machine de soudage, cet ordinateur étant relié au moteur interposé entre les deux parties du support de liaison du bâti de la tête de soudage à 1 ' actionneu . De manière préférée, le dispositif d'éclairement émet un faisceau laser en forme de pinceau orienté transversalement à la ligne de contact des deux pièces à souder. De préférence, la source de ce rayonnement laser sera une source hélium/néon de préférence éloignée de la tête de soudage, émettant un rayonnement de longueur d'onde extrêmement précis conduit au niveau de la scène par des fibres optiques. Cette disposition est avantageuse car contrairement aux diodes laser habituellement utilisées pour ce type d'éclairage, on dispose d'une lumière à longueur d'onde précise qu'il est aisé d'isoler par un filtre à très faible bande passante afin de ne pas être gêné par la lumière du bain de soudure. On peut ainsi disposer d'une scène d'observation de la position de la ligne de contact des pièces très près de ce bain de soudure et donc de n'avoir à agir que sur des écarts de faible amplitude pour corriger en continu la trajectoire de la tête de soudage le long de la direction d'ajustement qui se trouve être parallèle au plan du pinceau d'éclairement. Afin d'améliorer la qualité de la vision de la scène, le bâti est équipé d'une buse de soufflage d'un gaz de balayage située en amont de la scène observée et tournée en direction de cette scène. Cette buse définit un canal de soufflage du gaz de balayage incliné vers le haut d'un angle compris entre 10 et 20° par rapport à la surface des pièces et s ' ouvrant dans 1 ' atmosphère par une fente parallèle à cette surface de manière à produire une lame pneumatique.
Enfin, on aura aussi prévu une lame pneumatique de protection des moyens de focalisation de rayonnement laser de puissance.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci- après d'un exemple de sa réalisation. II sera fait référence à la figure unique qui représente schématiquement une tête de soudage conforme à 1 ' invention.
La tête de soudage représentée comporte un bâti 1 auquel aboutit par une fibre optique 2 issue d'une source 2a, une énergie sous forme de rayonnement laser, focalisée par une optique 3, logée à l'intérieur du bâti 1 en un point 4 situé sur une ligne de contact 5 de deux tôles 6 et 7 à souder bord à bord. Dans le système optique 3 de focalisation du faisceau de soudage laser (laser YAG) on a incorporé une lame optique 8 qui se comporte à l'égard du faisceau comme un miroir. En revanche, pour un rayonnement réfléchi 9 d'une scène 10 située immédiatement en amont du point de soudage 4 en considération du sens d'avancement A de ce point 4 le long de la ligne 5, la lame optique 8 se comporte comme une lame transparente qui laisse passer le faisceau réfléchi 9 en direction d'un second miroir 11 qui renvoie le faisceau 9 sur une caméra 12 également portée par le bâti 1. La caméra peut être constituée par tout moyen connu permettant d'observer la position de l'image de la ligne 5 dans la scène 10 et de calculer un signal d'erreur significatif de l'écart de cette image par rapport à une position de consigne qui est représentative de la position que devrait avoir la ligne 5 si celle-ci était observée le long de la trajectoire théorique du bâti 1 par rapport aux pièces 6 et 7. La caméra 12 peut être une caméra CCD ou un dispositif utilisant la technologie CMOS. La caméra 12 est capable de traiter au moins une image toutes les quatre à cinq millisecondes.
La scène 10 émettrice du faisceau réfléchi 9 est de préférence éclairée par un dispositif d'éclairement 13, porté par le bâti qui peut être relié à une source émettrice 13a d'un rayonnement laser, de préférence un laser hélium/néon, dans le domaine visible au moyen d'une fibre optique. L'optique de cette source de lumière sera telle que le rayonnement qui en est issu forme un pinceau 14 dont 1 ' intersection avec les pièces 6 et 5 forme une ligne lumineuse 15 sensiblement transversale à la ligne de contact 5. Ainsi, si les pièces à souder sont d'épaisseurs différentes (et dans ce cas l'échelon est situé sur la face supérieure de l'assemblage), on pourra constater une brisure dans cette ligne 15, le point de brisure correspondant à la position de la ligne 5 dans la scène observée. Pour que cette brisure soit visible il faut que le pinceau soit incliné par rapport à la normale aux surfaces des pièces à souder. L'inclinaison est ici de l'ordre de 25°. Elle pourra atteindre 45° si cela est nécessaire. On constate aussi une diminution de 1 ' intensité lumineuse réfléchie par la ligne de contact des tôles permettant de repérer sa position dans le cas où la différence de hauteur des tôles est faible.
Le bâti 1 de la tête de soudage porte, en-dessous de la source de lumière 13, une buse 16 de soufflage d'un gaz de balayage destiné à évacuer les fumées pouvant perturber la vision de la scène 10 par la caméra 12. Cette buse 16 est raccordée à un tube d'admission 17 d'un gaz sous pression. A l'opposé de ce tube, elle s'ouvre vers l'atmosphère en direction du point de soudure 4 par une ouverture 18 en forme de fente sensiblement parallèle à la surface supérieure des pièces 6 et 7, fente qui constitue la partie terminale d'un canal plat 19 de répartition du flux de gaz sous pression sous forme d'une lame pneumatique 20. Le canal 19 est incliné vers le haut et vers l'arrière par rapport au sens de déplacement A, d'un angle a compris entre 10 et 20° et, de préférence égal à 15°. La lame pneumatique 20 ainsi réalisée, confine les fumées émises par la soudure dans un espace situé au-delà du point de soudure par rapport à la scène 10, espace noté 21 sur la figure. La scène 10 se trouve ainsi débarrassée d'une atmosphère pouvant altérer la qualité des images obtenues par la caméra 12. En outre, comme illustré sur la figure, la caméra 12 est équipée d'un filtre optique 23 à bande passante très étroite (par exemple de l'ordre de Inm) centrée sur la longueur d'onde d'émission de la source 13a qui génère le faisceau d'éclairage de la scène. Ainsi on améliore encore la qualité de l'image reçue par la caméra 12. La précision des images reçues permet d'utiliser le dispositif selon l'invention pour effectuer à partir de chaque image non seulement un calcul de la consigne de correction mais également une vérification selon laquelle l'écart de suivi, le désaffleurement des tôles et leur écartement restent dans une plage de tolérance acceptable afin de déclencher une alarme dans le cas où l'une de ces valeurs sort de la plage autorisée.
Le bâti 1 de la tête de soudure est relié à un support 22 qui a pour première fonction de former l'interface de liaison de la tête de soudage avec un actionneur (ici un bras de robot 24) programmé pour déplacer la tête selon une trajectoire théorique A' qui est celle rectiligne ou courbe qui correspond à la ligne 5 de contact des pièces bord à bord.
A cet effet, une partie 25 du support 22, en forme par exemple de poutre creuse, est équipée extérieurement de moyens 26 pour sa fixation à l' actionneur 24 qui peut être, à la place d'un bras de robot, un chariot de portique ou analogue. Les moyens 26 peuvent être conçus par exemple interchangeables pour être adaptés aisément à chaque extrémité d' actionneur. Le support 22 comporte une seconde partie 27 qui est reliée au bâti 1 et qui coopère à coulissement avec la partie 25 par rapport à cette dernière, coulissement contrôlé par un organe moteur 28 interposé entre la partie 25 et la partie 27. Cet organe moteur peut être par exemple un moteur linéaire à prise directe. La commande de ce moteur est assurée par un processeur (par exemple un microordinateur 29) qui reçoit les informations de position de la part de la caméra 12 à raison, de manière préférée, de 240 images par seconde. Des essais ont montré que le moteur 28 demande environ 4,5 millisecondes pour assurer un mouvement d'amplitude compatible avec le maximum de correction qui peut être demandé. Si la vitesse de soudage est de l'ordre de 15 mètres par minute et le point d'observation situé à 3 mm en amont du point de fusion, au rythme d'acquisition de 240 images par seconde, il reste environ 7,5 milli-secondes pour acquérir l'image, la numériser, la traiter, calculer la position du joint par rapport à celle de la tête et élaborer la consigne à transmettre au moteur, ce qui est tout à fait réalisable avec un ordinateur personnel banal. Ainsi l'équipement de soudage selon l'invention est-il économiquement et facilement adaptable à tout type d' actionneur. En outre, il présente l'avantage, par la précision de la correction et la fréquence élevée de chaque cycle de correction, d'être adaptable à des actionneurs peu précis dans l'exécution du suivi d'une trajectoire programmée comme peut l'être par exemple un bras de robot .

Claims

REVENDICATIONS
1. Tête de soudage bord à bord de deux pièces (6, 7) en feuille comportant un bâti (1) contenant un moyen de transmission (2) et de focalisation (3) d'un faisceau laser, le bâti (1) formant le support d'un dispositif d'éclairement (13) d'une scène (10) située en amont du point (4) de focalisation du faisceau laser sur la ligne (5) de contact des deux pièces (6, 7) caractérisée en ce que le bâti (1) est équipé à l'opposé du dispositif d'éclairement (13) d'un support (22) pour sa fixation à un actionneur programmable (24) , lequel support comprend une partie (25) pourvue de moyens (26) pour son attelage à l' actionneur et une partie (27) solidaire du bâti (1), les deux parties étant montées mobiles l'une par rapport à l'autre le long d'une direction perpendiculaire à l'axe du faisceau laser et accouplées l'une à l'autre au moyen d'un mécanisme motorisé (28) d'ajustement de leur position relative le long de cette direction.
2. tête de soudage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la scène (10) éclairée par le dispositif d'éclairement (13) est située au voisinage immédiat du point (4) de focalisation de sorte que le trajet d'au moins une partie des rayons réfléchis par cette scène (10) soit à l'intérieur du bâti (1) et sensiblement parallèle à l'axe du faisceau laser et en ce que le bâti (1) porte un miroir (11) de renvoi de ces rayons situé au-dessus du moyen de focalisation (3) du faisceau laser, en direction d'un dispositif latéral (12) de recueil et de traitement de ces rayons, porté par le bâti (1) .
3. Tête de soudage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif d'éclairement (13) émet un faisceau laser en forme de pinceau (14) orienté transversalement à la ligne de contact (5) des deux pièces (6, 7) à souder.
4. Tête de soudage selon la revendication 3, caractérisée en ce que la direction d'ajustement de la position du bâti (1) par rapport au support (22) de fixation est parallèle au plan du pinceau (14) d ' éclairement .
5. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le dispositif (12) de recueil des rayons réfléchis possède sur le trajet de ces derniers, en aval du miroir (11) de renvoi, un filtre (23) calé sur la longueur d'onde du pinceau laser, ce dernier étant issu d'une source hélium/néon.
6. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bâti est équipé d'une buse (16) de soufflage d'un gaz de balayage située en amont de la scène (10) observée et tournée en direction de cette scène.
7. Tête de soudage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la buse (16) définit un canal (19) de soufflage du gaz de balayage, incliné vers le haut d'un angle a compris entre 10 et 20° par rapport à la surface des pièces (6, 7) et s 'ouvrant dans l'atmosphère par une fente (18) parallèle à cette surface de manière à produire une lame (20) pneumatique.
8. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bâti (1) supporte des moyens (30) de soufflage d'une lame pneumatique de protection des moyens de focalisation (3) du faisceau laser de soudage.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014044498A3 (fr) * 2012-09-21 2014-05-15 Lpkf Laser & Electronics Ag Dispositif de commande de position d'un faisceau d'usinage laser
CN114669932A (zh) * 2021-12-16 2022-06-28 浙江大华技术股份有限公司 一种智能焊接方法及相关装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5001324A (en) * 1989-09-14 1991-03-19 General Electric Company Precision joint tracking laser welding system
EP0452138A2 (fr) * 1990-04-12 1991-10-16 Armco Inc. Appareil et méthode pour aligner automatiquement un dispositif de soudage pour souder des pièces d'oeuvre bout à bout
US5925268A (en) * 1996-06-06 1999-07-20 Engauge Inc. Laser welding apparatus employing a tilting mechanism and seam follower

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5001324A (en) * 1989-09-14 1991-03-19 General Electric Company Precision joint tracking laser welding system
EP0452138A2 (fr) * 1990-04-12 1991-10-16 Armco Inc. Appareil et méthode pour aligner automatiquement un dispositif de soudage pour souder des pièces d'oeuvre bout à bout
US5925268A (en) * 1996-06-06 1999-07-20 Engauge Inc. Laser welding apparatus employing a tilting mechanism and seam follower

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014044498A3 (fr) * 2012-09-21 2014-05-15 Lpkf Laser & Electronics Ag Dispositif de commande de position d'un faisceau d'usinage laser
CN114669932A (zh) * 2021-12-16 2022-06-28 浙江大华技术股份有限公司 一种智能焊接方法及相关装置
CN114669932B (zh) * 2021-12-16 2024-05-24 浙江大华技术股份有限公司 一种智能焊接方法及相关装置

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