WO2006003347A1 - Procede de supervision d'un procede de soudage par resistance et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede de supervision d'un procede de soudage par resistance et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede Download PDF

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WO2006003347A1
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WO
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welding
clamping force
electrodes
stack
current
Prior art date
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PCT/FR2005/050504
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English (en)
Inventor
Patrice Auger
Jacky Soigneux
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles Sa
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/25—Monitoring devices
    • B23K11/252—Monitoring devices using digital means
    • B23K11/255—Monitoring devices using digital means the measured parameter being a force

Definitions

  • a method of supervising a resistance welding process and a device for carrying out this process is a method of supervising a resistance welding process and a device for carrying out this process.
  • the invention relates to a method of supervising a method of resistance welding of a stack of metal parts and a supervision device for implementing the supervision method.
  • the resistance welding of a stack of metal parts in general and the resistance welding with two electrodes and resulting in soldering points in particular are part of the conventional welding processes and have been used as such for a long time. time.
  • These processes operate according to the principle according to which at least one heating electrode is used which is brought into contact with the stack of parts to be welded, a force is exerted by the electrode on the parts to be welded and a current is passed through in this electrode, the electric current then passing through the parts to be welded.
  • a moving electrode is used which is applied to the parts to be welded, the other electrode then being constituted by that of the metal parts which is furthest removed from the moving electrode.
  • two mobile electrodes are used, a force is exerted by the electrodes on the parts to be welded in order to clamp them between the electrodes and the current is passed through the parts to be welded.
  • the present invention more particularly relates to spot welding, but has certain features also applicable to knurling or other means for continuous welding as opposed to spot welding.
  • Spot welding stations are generally designed to exert the clamping force with the electrodes of a clamp in a cycle during which this effort increases, then decreases and is followed by a cycle of welding during which the electric current is applied either continuously or by pulses.
  • Such a spot welding process involves determining for each type of parts to be welded, essentially according to the nature and the thickness of the parts to be welded, how certain welding parameters must evolve as a function of time to obtain a minimum duration welding. The welding station is then adjusted according to the determined parameters.
  • Document FR-A-2 631 866 describes a method making it possible to optimize the duration of each welding operation and to reduce this duration as much as possible in order to increase productivity. This optimization process is based on a measurement of the clamping force exerted on the parts to be welded. According to this method, threshold values of said clamping force are established by preliminary tests as a function of the type of parts to be welded, the clamping force is measured during the welding cycle and certain welding operations are controlled when the measured effort crosses the corresponding threshold values.
  • a first threshold value is established during the force increase phase and the electric current is passed through the electrodes when the measured force exceeds this first threshold value.
  • a second threshold value indicative of a satisfactory quality of welding is also established, and checks during the passage of the current if the clamping force crosses this second threshold value.
  • a third threshold value is established during the stress reduction phase, to which the order can be given to move the welding robot so that this displacement takes place as soon as possible after the opening of the electrodes. . This displacement order will be given when the measured effort passes the third threshold value.
  • This supervision and correction operation consists in comparing at least one additional threshold a decreasing evolution of a parameter d representative effort of the clamping force, this force parameter being measured at least during the passage of the current.
  • the supervision device signals an anomaly.
  • this supervision method includes an additional step consisting in measuring a maximum value reached by the force parameter during the passage of the current, in measuring an instantaneous value of the force parameter after a predetermined constant duration. succeeding an interruption of the current, but concomitant with the application of the clamping force, and comparing with a predetermined interval the difference between the maximum value and the instantaneous value. When the difference is outside the predetermined range, the supervisory device reports an abnormality.
  • the two methods for improving and supervising a resistance welding process base their analysis and correction of the welding process solely on the observation of the clamping force that the electrodes exert on the parts to be welded.
  • this diagnosis assumes that all the elements involved in a resistance welding have constant characteristics, at least during the course of a sequence of spot welding and that the clamping force is therefore the only variable parameter and requiring to be watched.
  • this diagnosis practiced until now does not take into account any seizure of the closing mechanism of the clamp and the consequences that seizure could have for the clamping force and the effort parameter that represents it.
  • This diagnosis also does not take into account the influence of the surface condition and geometry of the welding tips or welding electrodes or the behavior of the weld spot during its cooling.
  • Such a diagnosis also does not take into account specific characteristics of the welding spots to be achieved. Indeed, the characteristics of the weld points to be achieved also depend on characteristics such as the nature of the parts to be welded, their number and their thicknesses as well as the current intensity and the number of current periods applied.
  • the object of the invention is to improve the supervision of resistance welding of a stack of metal parts clamped between two electrodes of a clamp, and in particular to improve the diagnosis of welding by resistance in order to optimize the welding and to improve the quality of the weld points obtained.
  • the object of the invention is achieved on the basis of the following reflections.
  • the metal parts to be assembled by a resistance welding process here in particular by spot welding, are sheets of a greater or lesser thickness obtained by rolling. Therefore, even assuming that the metal itself is homogeneous, each sheet has thickness variations within the predetermined tolerances according to the desired quality.
  • the resistance welding process is a process involving local heating of the parts to be assembled, this local heating being obtained by Joule effect which occurs in any resistant metal part through which an electric current passes. Fluctuations in the thermal resistivity then produce fluctuations in the flow of the thermal energy generated during the welding and thereby incidentally produce possible additional fluctuations in the electrical resistance of the metal parts with an effect on the welding current, as well as influences on the cooling of the weld points after stopping the welding current.
  • the other element involved in the welding process consists of the electrodes themselves.
  • the welding current passing through the stack of the metal parts to be welded comes from one of the two electrodes between which the stack of metal parts is clamped and must enter the other electrode, geometric characteristics such as the diameter of the contact surface of the electrodes on the stack of metal parts and the surface condition of the electrodes, in particular of the contact face, have a direct influence on the quality of the welding.
  • the tips of the electrodes are generally of frustoconical shape, the contact surface increases as the electrode wear advances.
  • the surface condition of the electrodes has an influence on the welding current.
  • the diameter of the contact surface of each of the two electrodes is moreover very important from a purely mechanical point of view. Indeed, if the chosen electrode diameter is too small, this results in a strong and undesirable marking on the stack of metal parts. According to an extreme situation, at least one of the two electrodes can penetrate into the corresponding metal part in the manner of a punch and thus prepare a possible tearing of one of the assembled metal parts leaving the weld point node on the unpunched metal piece while a hole occurs in the punched piece.
  • the dimensions of each of the weld points obtained, in particular the upper diameter and the lower diameter of each point. welding, as well as the possible presence of spattered points, that is to say of melts expelled beyond the limits of each of the weld points, a phenomenon that weakens the mechanical strength of the stack of welded metal parts, constitute criteria for monitoring during the welding process to derive correction signals that can be applied to the welding station, in particular by varying the welding current and the clamping force applied to the stack of metal parts to be welded.
  • the object of the invention is achieved with a method of supervising a resistance welding process of a stack of metal parts clamped between two electrodes of a clamp, according to which one applies to electrodes on the one hand a clamping force and secondly an electrical voltage for passing a current through the stack of metal parts, the welding process comprising at least a step of measuring a stress parameter representative of the clamping force respectively before, during and after the passage of the current, and the supervision method comprising at least one step of setting threshold values of said clamping force and at least one step of comparing the force parameter with at least two different threshold values to derive an evolution of the force parameter and to control certain welding operations depending on the pace or the evolution of said clamping force parameter.
  • the supervision method further comprises at least one step of analysis of the clamping force with respect to a model resulting from a prior learning, the analysis result of each step being taken into account by a decision matrix for generating a correction and / or control signal for the welding process.
  • This solution that the present invention proposes is based on the fact that the monitoring and the adjustment of the clamping force exerted by the electrodes on the stack of metal parts to be welded remains the most important characteristic to obtain a good quality welding. .
  • the clamping force must be large enough to hold firmly in contact with the metal parts to be welded at the point where the welding point must be made.
  • the contact between the electrodes and the stack of metal parts must be sufficiently firm to ensure the best possible passage of the welding current.
  • the clamping force must not be too great to prevent at least one of the two electrodes from sinking into the stack of metal parts leaving behind, after welding, a fingerprint likely to to constitute a start of tearing by punching.
  • the clamping force must be adjusted according to the temporary volume increase of the stack of metal parts where the weld point must be made. It is therefore, according to the invention, to detect the maximum of things by the only analysis of the clamping force curve.
  • a device comprising a mechanical stress detector such as, for example, a piezoelectric cell. ⁇ electric.
  • This piezoelectric cell may be disposed near the electrodes or between the electrodes and the arms of the clamp carrying these electrodes.
  • the strain sensor may also be a deformation detector positioned on either of the two arms of the gripper.
  • the supervision method according to the invention further comprises one or more steps for analyzing at least one additional characteristic with respect to a corresponding model resulting from a prior learning, the additional feature (s) being chosen from the volumic expansion of a weld spot, the increase of the clamping force during the temperature rise of a weld spot, the stabilization of the tightening force after temperature rise of the weld point, the behavior of the weld current passing through the stack of metal parts to be welded, the cooling of a weld spot after stopping the current passing through the stack of metal parts, the diameter of a weld point, the detection of molten material expelled out of the perimeter of a weld spot.
  • the additional feature (s) being chosen from the volumic expansion of a weld spot, the increase of the clamping force during the temperature rise of a weld spot, the stabilization of the tightening force after temperature rise of the weld point, the behavior of the weld current passing through the stack of metal parts to be welded, the cooling of a
  • Other technical features of the welding process may include one or more of the following steps: a step of detecting jamming of the clamp mechanism; a step of controlling the running-in of the electrodes by checking the fall of the application force of the electrodes during break-in; the application of the welding current in the form of pulses, each pulse then being controlled individually as a function of the analysis result of the corresponding step.
  • a supervisory device for implementing the method described above.
  • Such a device comprises measuring means adapted to measure a force parameter representative of the clamping force of the electrodes of a clamp of a resistance welding station of a stack of metal parts clamped between the electrodes respectively before during and after the passage of a current, determining means adapted to establish threshold values of said clamping force and comparison means adapted to compare the force parameter with at least two different threshold values to deduce therefrom an evolution of the force parameter and to control certain welding operations according to the evolution of said clamping force parameter.
  • the device comprises means for analyzing the clamping force with respect to a model derived from prior learning, the analysis result of each step being taken into account by a decision matrix connected to training and sending a correction signal and / or control for the welding station.
  • the supervision device therefore comprises various means chosen according to the technical characteristics to be monitored and according to the correction commands to be given to the means controlling the clamping force and the welding current applied to the electrodes of the welding clamp. .
  • the welding clamp includes all the means necessary to support, power and handle electrically and mechanically the welding clamp, the whole forming a welding station.
  • the device of the invention comprises, besides the means for analyzing the clamping force, one or more means adapted to measure one or the other of the additional characteristics chosen from the volume expansion of a point. of welding, the increase of the clamping force during the rise in temperature of a weld spot, the stabilization of the clamping force after temperature rise of the weld point, the behavior of the current passing through the stack of metal parts to be welded, the cooling of a weld spot after stopping the current through the stack of metal parts, the diameter of a weld spot, the detection of molten material expelled out of a weld spot.
  • the means of which the supervision device is provided can be installed in one or two copies depending on whether it is desired to carry out the measurements on only one of the two arms of the clamp or simultaneously on each of the arms of the clamp.
  • these two examples may be used, as an alternative embodiment of the method of the invention, either in redundancy thus preventing an accidental fault in the operation of the means, either to measure the same characteristic twice and to deduce a mean value thereby compensating for possible fluctuations in the behavior of the sensors.
  • the device of the invention may also comprise one or more of the following means: a means adapted to detect seizure of the mechanism of the clamp; - A suitable means for controlling the running-in of the electrodes during the running-in operation; and means adapted to apply the welding current in the form of pulses, each pulse being individually controlled according to the analysis result of the corresponding step.
  • FIG. 1 is a partial schematic view of a device for carrying out the method of the invention
  • FIG. 2 diagrammatically represents a supervision device and its connections for connecting it to the device of FIG. 1
  • Figure 3 shows the ends of a welding clamp with the main possible locations of sensors to obtain monitoring characteristics according to the method of the invention.
  • the metal parts to be welded together form a stack 1 and are sandwiched between two electrodes 2a, 2b, to which a clamp 3, actuated by a jack 5, applies a clamping force F.
  • the voltage V (t) is advantageously applied in the form of a series of bipolar periodic pulses of maximum amplitude V 0 .
  • the application of this voltage V (t) causes the appearance of a welding current of intensity I (t) variable as a function of time t and measurable by means of an ammeter 6.
  • the welding current I (t ) is generally in the form of peak-to-peak amplitude pulses I + -I " correlated with the voltage pulses V (t).
  • the application of the voltage V (t) is controlled by a control device.
  • control 10 by means of electrical signals sent from this device through the terminals S1, S2, as a function of the input signals that the device 10 receives at at least one of the input terminals represented by the terminals E1 through E6.
  • method of supervision according to the present invention uses an indication on the evolution of the clamping force F before, during and after the passage of the current I (t) to make a first evaluation of the quality of the welding performed.
  • the method of the invention provides more particularly to measure before, during and after the passage of the current, a force parameter Cf (t) representative of the clamping force F, for example the stress to which an arm 31 of the gripper 3 is subjected.
  • the supervision method then provides for to compare this effort parameter Cf (t) with a first threshold Cfi during the passage of the current I (t).
  • This stress parameter Cf (t) evolves during the different phases of the welding process.
  • a first period t1 which is called "berthing phase” and during which the electrodes 2a, 2b are moved to grip firmly stack 1 of parts to be welded, the parameter Cf (t) evolves increasingly and quickly.
  • the clamping force F is applied with a calibrated intensity so that the effort parameter Cf (t) can reach or exceed a suitable docking threshold Cf 0 .
  • the jack 5 is controlled for this purpose by signals arriving via the terminals B3, B4 when it is an electric cylinder or by a flow of a control fluid passing through corresponding connections, the references B3, B4. may also designate such fittings.
  • the docking phase ti is followed by a tightening phase t ⁇ more or less long during which the effort parameter Cf (t) is constant.
  • the duration of the clamping phase is determined so that the total duration of the docking phase and the clamping phase is at least equal to a time interval that would make the slowest jack 5 to apply a force corresponding to the approach threshold Cf 0 to obtain a stabilized clamping.
  • the current I (t) depends on the total electrical resistance R 0 (t) that has, at a given moment, the stack 1 of parts to be welded.
  • This total electrical resistance essentially comprises a component R c (t), representative of the resistance due to the imperfect mutual contact of the parts of the stack 1, and a component R ⁇ (t) representative of the intrinsic resistance of the constituent material of the parts to welded.
  • the component R ⁇ (t) depends on the temperature of the stack. It increases with the temperature of the parts and therefore increases according to the time that elapses since the moment of the first application of the voltage V (t). This component decreases only after the end of the application of the voltage V (t).
  • the time interval during which the voltage V (t) is applied to the electrodes 2a, 2b, called the volumetric expansion phase of the stack of metal parts 1, is characterized by a sudden expansion of the stack of metal parts which causes an increase in the clamping force F and thus also in the effort parameter Cf (t).
  • the voltage V (t) is cut off as soon as the effort parameter Cf (t) has exceeded a minimum threshold C F i greater than the threshold C F o corresponding to the docking effort.
  • the resulting cooling which characterizes a solidification phase t4, causes a retraction of the stack of metal parts 1, which in turn leads to a reduction in the clamping force F and thus also a reduction in the stress parameter Cf ( t).
  • the clamping force is released to allow the displacement of the electrodes 2a, 2b to another location on the stack of parts to be welded.
  • the method of the invention comprises, in addition to the steps of comparison between the measured characteristics such as the clamping force F and the effort parameter Cf (t) which represents it, at least one step of analysis of the tightening force F with respect to a model resulting from prior learning.
  • the method of the invention is not content to compare the effort of clamping only at pre-established thresholds of the force signal, but compares the evolution of the clamping force F (t) to a model evolution acquired during a prior learning step on stacks of metal parts to be welded and different mechanical, thermal and electrical characteristics.
  • the clamping force is measured continuously or in the form of a rapid succession of individual measurements corresponding to a sampling of an analog / digital conversion. Following the various measurements allows to deduce the evolution of the clamping force and to compare this evolution with the previously registered model.
  • the control and control device 10 thanks to its incorporated digital processing device, therefore chooses the evolution model corresponding best to the measured evolution of the clamping force and determines thereafter, on the basis of the model chosen, following the various welding operations.
  • the clamping force F which constitutes the main characteristic on the basis of which the welding operations are controlled, is advantageously measured using a strain gauge 4 mounted on the arm 31 of the clamp 3.
  • the FIG. 1 schematically shows the location of this gauge 4.
  • the gauge 4 is placed on a front portion 311 of the bent arm 31 of the gripper 3.
  • the other part of the bent arm 31, the rear portion 312 extends between the front portion 311 and a hinge point 33 connecting the two arms 31, 32 of the clamp 3 pivotally.
  • the gauge 4 is therefore placed on the front portion 311, that is to say in a portion of the arm 31 which extends perpendicularly with respect to the clamping forces F.
  • the stressing force conditions the greatest deformation possible arm 31 for a given effort.
  • the strain gauges are glued on the arm 31 to get the best contact between the arm and the gauge.
  • the bonding attachment can be replaced by other forms of assembly provided that the pressing forces are transmitted on the gauge. If necessary, additional means intended to be interposed between the sensor and the arm of the clamp, are used.
  • the supervision device can be supplemented by additional sensors adapted to measure other characteristics other than the clamping force.
  • sensors may include a sensor for measuring the diameter of a weld spot in progress, a sensor for detecting extruded melt out of the maximum permissible perimeter of a weld spot or optical means for to monitor the state of cleanliness of the surface of the stack of metal parts on which an electrode must be placed in order to achieve the next weld spot.
  • optical sensors may be arranged on one or other of the arms 31, 32 of the clamp 3 or on an individual support of the clamp 3 and its control mechanism.
  • FIG. 3 schematically shows the location of an optical sensor 11 in combination with a light source 12, the sensor 11 and the light source 12 being mounted on the arm 32 of the clamp 3.
  • the welding clamp 3 it may also be necessary to reverse the positions of the sensor 11 and the light source 12 relative to the arrangement shown in Figure 3.
  • the optical sensor 11 is activated for the duration of the welding process and then provides a time signal from the closure of the clamp 3, by the rise in pressing force, the passage of the welding current, the formation of the weld point, also called the forging step, and until the opening of the tool when the weld point is form.
  • This temporal signal is the image of the forces or constraints in the tool. This signal continues to be analyzed continuously from the beginning of the placement of the electrodes 2a, 2b until the opening of the clamp 3.
  • the time signal is transmitted to one of the inputs E1 to E6 of the control and control device 10 shown in FIG. 2.
  • a differential connection of the sensor 11 is recommended.
  • the sensor 11 When the sensor 11 is used to detect dirt or other foreign matter likely to disturb the electrical contact between the electrode and the surface of the stack of metal parts on which the electrode is supposed to arise, other criteria of variation of the image can be determined. Because it is, according to the invention, to detect the maximum of things by the only analysis of the clamping force curve. If optical sensors can be used to detect and / or measure certain characteristics such as those mentioned above, this is possible since certain defects cause geometric variations, and therefore variations in force, during the welding operation. and can therefore be detected very early by the analysis of the effort signal. This is particularly the case of spit points, also called "glued" points, which can be detected by analyzing the slopes of certain portions of the stress curve.
  • the wear of the electrodes can be measured by an optical sensor 13 arranged facing the tip of one of the electrodes 2a, 2b.
  • an arbitrary location opposite the electrode 2b is chosen without pretending to represent the best possible location.
  • the sensor 13 makes it possible to measure a distance d between the end of the cylindrical portion of the electrode 2b and the surface of the stack of parts 1. When this distance d passes below a predetermined threshold, the control device 10 to which the sensor 13 is connected, gives an alert signal indicating that it is necessary to change or honing the electrodes.
  • the wear of the electrodes can be deduced from the variation of the welding current caused by the wear of the electrodes. Indeed, given the frustoconical shape of the electrode tips, the contact surface bearing on the surface of the stack of parts 1 increases as the electrode wears. And since the current intensity for a given contact surface must be constant, the increase in the contact area is accompanied by an increase in the welding current. For the regulation of the welding current, this means that the evolution of the welding current which is expected according to the material and geometrical characteristics of the parts to be welded according to the model acquired during the learning phase, will present itself a welding current of stronger and stronger depending on the progress of the wear of the electrodes. When a predetermined limit welding current is reached, the control device 10 generates the aforementioned warning signal which indicates that it is necessary to change or, at least, to break in the electrodes.
  • Electrode break-in is an operation that takes place outside the welding cycle. It consists of removing material at the ends of the electrodes when they are dulled, to give them a correct profile. For this purpose, the electrodes are applied with some initial force in a lapping machine and this effort decreases as the burn-in progresses.
  • a welding voltage is applied to the electrodes and a welding current is passed through the parts to be welded for a certain time, which is determined according to criteria such as the usual duration of the heating phase. for a given material and metal parts of a given thickness or according to observations of the evolution of the weld point.
  • the second mode of operation is that of an application of the pulse welding current. In this case, the number of pulses and the duration of each of the pulses can be determined according to usual values.
  • the signals generated by the different sensors and measuring instruments, which are connected to the control device 10, can be analog signals or digital signals.
  • the indication of the input terminals E1-E6 of the control device 10 shown in FIG. 2 is arbitrary, leaving the director of the supervision device for carrying out the method according to the invention to determine the number and nature of entries according to the specific needs of the application.
  • the supervisory device for implementing the method of supervising a resistance welding process of a stack of metal parts sandwiched between two electrodes of a clamp comprises, in addition to the various sensors and measuring instruments described and described more high, also memories, at least buffers, for the processing of signals arriving from the various sensors and measuring instruments, as well as backup memories or archival memories according to the volume of work to be analyzed and recorded and the shelf life or exploitation of accumulated data to refine the learning of models of welding operations.
  • the monitoring device furthermore also comprises, according to the needs of signal processing, components such as sampling means or integration means and usual means necessary for signal processing, their operation and their analysis.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de supervision d'un procédé de soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques (1) enserrées entre deux électrodes (2a, 2b) d'une pince (3), ainsi qu'un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé. Selon le procédé, on applique aux électrodes (2a, 2b) d'une part un effort de serrage (F) et d'autre part une tension électrique (V(t)) permettant de faire passer un courant (I(t)) au travers l'empilement de pièces métalliques (1). Le procédé de supervision comprend en outre au moins une étape d'analyse de l'effort de serrage (F) par rapport à un modèle issu d'un apprentissage préalable, le résultat d'analyse de chaque étape étant pris en compte par une matrice de décision permettant d'engendrer un signal de correction et/ou de commande destiné au procédé de soudage.

Description

Procédé de supervision d'un procédé de soudage par résistance et dispositif pour la mise en œuyre de ce procédé.
L'invention concerne un procédé de supervision d'un procédé de soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques ainsi qu'un dispositif de supervision pour la mise en œuvre du procédé de supervision.
Le soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques en général et le soudage par résistance à l'aide de deux électrodes et résultant en des points de soudure en particulier, font partie des procédés classiques de soudage et sont utilisés comme tels depuis déjà un certain temps. Ces procédés fonctionnent selon le principe selon lequel on utilise au moins une électrode chauffante que l'on met en contact avec l'empilement de pièces à souder, on exerce un effort par l'électrode sur les pièces à souder et on fait passer un courant électrique dans cette électrode, le courant électrique passant alors par les pièces à souder. Selon le type de soudage choisi, on utilise une électrode mobile que l'on applique sur les pièces à souder, l'autre électrode étant alors constituée par celle des pièces métalliques qui est la plus éloignée de l'électrode mobile. Selon un autre type de soudage, on utilise deux électrodes mobiles, on exerce un effort par les électrodes sur les pièces à souder afin de les serrer entre les électrodes et l'on fait passer le courant à travers les pièces à souder.
La présente invention concerne plus particulièrement le soudage par points, mais présente certaines caractéristiques également applicables à un soudage par molette ou par d'autres moyens permettant un soudage continu par opposition au soudage par points.
Les postes de soudage par points sont en général conçus de manière à exercer l'effort de serrage avec les électrodes d'une pince selon un cycle au cours duquel cet effort augmente, puis diminue et est suivi d'un cycle de soudage pendant lequel le courant électrique est appliqué soit en continu, soit par impulsions.
Un tel procédé de soudage par points implique de déterminer pour chaque type de pièces à souder, essentiellement en fonction de la nature et de l'épaisseur des pièces à souder, comment doivent évoluer certains paramètres de soudage en fonction du temps pour obtenir une durée minimale du soudage. On règle ensuite le poste de soudage en fonction des paramètres déterminés.
Cette manière de procéder fait que le temps nécessaire pour effectuer un point de soudure est toujours le même pour un type de pièce donné. Or, dans les fabrications en très grande série, comme c'est le cas dans l'industrie automobile, il peut y avoir plusieurs milliers de points de soudure sur un seul véhicule. Il y a donc un intérêt certain à trouver un moyen pour réduire le temps nécessaire pour chacun des points de soudure sans pour autant mettre en danger la qualité du soudage. Dans le document FR-A-2 631 866, on décrit un procédé permettant d'optimiser la durée de chaque opération de soudage et de réduire autant que possible cette durée afin d'accroître la productivité. Ce procédé d'optimisation est basé sur un mesurage de l'effort de serrage exercé sur les pièces à souder. Selon ce procédé, on établit des valeurs de seuil dudit effort de serrage par des essais préalables en fonction du type des pièces à souder, on mesure l'effort de serrage au cours du cycle de soudage et on commande certaines opérations de soudage lorsque l'effort mesuré franchit les valeurs de seuil correspondantes .
Plus particulièrement, on établit une première valeur de seuil pendant la phase d'augmentation d'effort et fait passer le courant électrique dans les électrodes lorsque l'effort mesuré dépasse cette première valeur de seuil. On établit également une deuxième valeur de seuil indicatrice d'une qualité satisfaisante du soudage, et on vérifie pendant le passage du courant si l'effort de serrage franchit cette deuxième valeur de seuil . Et enfin, on établit une troisième valeur de seuil pendant la phase de diminution de l'effort, à laquelle on peut donner l'ordre de déplacer le robot de soudage afin que ce déplacement ait lieu le plus tôt possible après l'ouverture des électrodes. On donnera cet ordre de déplacement lorsque l'effort mesuré franchit la troisième valeur de seuil. En dépit de l'intérêt de cette technique de supervision du soudage par résistance, il est apparu, dans certains cas, que les points de soudure réalisés étaient de qualité médiocre bien que l'effort de serrage ait présenté une évolution croissante relativement importante pendant l'étape de soudage.
Pour y remédier, on va introduire dans le procédé de soudage une opération décrite dans le document FR-A-2 803 785. Cette opération de supervision et de correction consiste à comparer à au moins un seuil supplémentaire une évolution décroissante d'un paramètre d'effort représentatif de l'effort de serrage, ce paramètre d'effort étant mesuré au moins pendant le passage du courant. Lorsque l'évolution décroissante dépasse, en amplitude, ce seuil supplémentaire, le dispositif de supervision signale une anomalie.
En général, on inclut dans ce procédé de supervision une étape supplémentaire consistant à mesurer une valeur maximale atteinte par le paramètre d'effort pendant le passage du courant, à mesurer une valeur instantanée du paramètre d'effort au bout d'une durée constante prédéterminée succédant à une interruption du courant, mais concomitante à l'application de l'effort de serrage, et à comparer à un intervalle prédéterminé la différence entre la valeur maximale et la valeur instantanée. Lorsque la différence est en dehors de l'intervalle prédéterminé, le dispositif de supervision signale une anomalie. Les deux procédés d'amélioration et de supervision d'un procédé de soudage par résistance fondent leur analyse et leur correction du procédé de soudage sur la seule observation de l'effort de serrage que les électrodes exercent sur les pièces à souder.
Cependant, il s'est avéré qu'un diagnostic reposant sur la comparaison d'un signal représentatif de l'effort de serrage des électrodes à des seuils préétablis ne permet qu'un test grossier de la qualité du point de soudure réalisé.
En effet, ce diagnostic suppose que tous les éléments intervenant dans un soudage par résistance aient des caractéristiques constantes, pour le moins pendant le déroulement d'une suite de soudage par points et que l'effort de serrage serait donc le seul paramètre variable et nécessitant d'être surveillé. Ainsi, ce diagnostic pratiqué jusqu'à maintenant ne prend pas en compte un grippage éventuel du mécanisme de fermeture de la pince et les conséquences que ce grippage pourrait avoir pour l'effort de serrage et le paramètre d'effort qui le représente. Ce diagnostic ne tient pas compte non plus de l'influence de l'état de surface et de la géométrie des embouts de soudage ou des électrodes de soudage ni du comportement du point de soudure pendant son refroidissement. Enfin, un tel diagnostic ne tient pas compte non plus de caractéristiques spécifiques des points de soudure à réaliser. En effet, les caractéristiques des points de soudure à réaliser dépendent aussi de caractéristiques telles que la nature des pièces à souder, leur nombre et leurs épaisseurs ainsi que l'intensité de courant et le nombre de périodes de courant appliquées .
Le but de l'invention est d'améliorer la supervision du soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques enserrées entre deux électrodes d'une pince, et notamment d'améliorer le diagnostic du soudage par résistance afin d'optimiser le soudage et d'améliorer la qualité des points de soudure obtenus .
Le but de l'invention est atteint sur la base des réflexions suivantes . Les pièces métalliques destinées à être assemblées par un procédé de soudage par résistance, ici en particulier par un soudage par points, sont des tôles d'une épaisseur plus ou moins grande obtenues par laminage. En conséquence, même si l'on suppose que le métal lui-même soit homogène, chaque tôle présente des variations d'épaisseur à l'intérieur des tolérances prédéterminées selon la qualité souhaitée.
Ces variations d'épaisseur font que la résistance électrique mesurée dans le sens de l'épaisseur de la tôle n'est pas constante à l'intérieur d'une même pièce métallique. Lorsqu'il s'agit d'assembler deux ou plusieurs pièces métalliques, ces variations peuvent tout aussi bien se compenser qu'elles peuvent s'additionner et donner des variations assez importantes de la résistance électrique de l'empilement de pièces métalliques à souder.
Une autre source d'instabilité du courant électrique de soudage a pour origine des fluctuations, aussi minimes soient-elles, de la conductivité thermique des tôles à assembler. La conductivité thermique d'un métal allant en général de pair avec sa conductivité électrique, les réflexions ci-avant sur la résistance électrique de l'empilement de pièces métalliques à souder peuvent s'appliquer de manière analogue à l'évaluation des fluctuations éventuelles de la conductivité thermique d'un empilement de pièces métalliques à souder.
Il est rappelé dans ce contexte que le procédé de soudage par résistance est un procédé impliquant un échauffement local des pièces à assembler, cet échauffement local étant obtenu par effet Joule qui se produit dans toute pièce métallique résistante par laquelle passe un courant électrique. Des fluctuations dans la résistivité thermique produisent alors des fluctuations dans l'écoulement de l'énergie thermique engendrée pendant le soudage et produisent par cela accessoirement des fluctuations éventuelles supplémentaires de la résistance électrique des pièces métalliques avec une répercussion sur le courant de soudage, ainsi que des influences sur le refroidissement des points de soudure après arrêt du courant de soudage. L'autre élément intervenant dans le procédé de soudage est constitué par les électrodes elles-mêmes. Puisque le courant de soudage traversant l'empilement des pièces métalliques à souder est issu d'une des deux électrodes entre lesquelles l'empilement de pièces métalliques est enserré et doit entrer dans l'autre électrode, des caractéristiques géométriques telles que le diamètre de la surface de contact des électrodes sur l'empilement de pièces métalliques et l'état de surface des électrodes, notamment de la face de contact, ont une influence directe sur la qualité du soudage. En effet, les embouts des électrodes étant en général de forme tronconique, la surface de contact augmente au fur et à mesure que l'usure des électrodes avance. Pour obtenir la même pression sur l'empilement de pièces métalliques, il faut donc augmenter l'effort de serrage au fur et à mesure que l'usure des électrodes avance. En même temps, il faut augmenter aussi l'intensité du courant de soudage pour maintenir l'intensité surfacique de courant constante. De manière comparable aux influences de l'état des surfaces de l'empilement de pièces métalliques, l'état de surface des électrodes exerce une influence sur le courant de soudage.
Le diamètre de la surface de contact de chacune des deux électrodes est par ailleurs très important sur le plan purement mécanique. En effet, si le diamètre des électrodes choisi est trop petit, ceci résulte en un marquage fort et non souhaitable sur l'empilement de pièces métalliques. Selon une situation extrême, l'une au moins des deux électrodes peut s'enfoncer dans la pièce métallique correspondante à la façon d'un poinçon et préparer ainsi un arrachement possible d'une des pièces métalliques assemblées en laissant le nœud du point de soudure sur la pièce métallique non poinçonnée alors qu'un trou se produit dans la pièce poinçonnée.
Enfin, sans être limitatif dans les caractéristiques d'un point de soudure formé par la mise en œuvre d'un procédé de soudage par résistance, les dimensions de chacun des points de soudure obtenus, notamment le diamètre supérieur et le diamètre inférieur de chaque point de soudure, ainsi que la présence éventuelle de points crachés, c'est-à-dire de matières fondues expulsées au-delà des limites de chacun des points de soudure, phénomène qui fragilise la tenue mécanique de l'empilement des pièces métalliques soudées, constituent des critères valant une supervision pendant le procédé de soudage pour en déduire des signaux de correction que l'on peut appliquer sur le poste de soudage, notamment en faisant varier le courant de soudage et l'effort de serrage appliqué sur l'empilement des pièces métalliques à souder. A partir des réflexions ci-avant, le but de l'invention est atteint avec un procédé de supervision d'un procédé de soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques enserrées entre deux électrodes d'une pince, selon lequel on applique aux électrodes d'une part un effort de serrage et d'autre part une tension électrique permettant de faire passer un courant au travers l'empilement de pièces métalliques, le procédé de soudage comportant au moins une étape de mesurage d'un paramètre d'effort représentatif de l'effort de serrage respectivement avant, pendant et après le passage du courant, et le procédé de supervision comprenant au moins une étape d'établissement de valeurs de seuils dudit effort de serrage et au moins une étape de comparaison du paramètre d'effort à au moins deux valeurs de seuils différentes pour en déduire une évolution du paramètre d'effort et pour commander certaines opérations de soudage en fonction de l'allure ou de l'évolution dudit paramètre d'effort de serrage.
Selon l'invention, le procédé de supervision comprend en outre au moins une étape d'analyse de l'effort de serrage par rapport à un modèle issu d'un apprentissage préalable, le résultat d'analyse de chaque étape étant pris en compte par une matrice de décision permettant d'engendrer un signal de correction et/ou de commande destiné au procédé de soudage.
Cette solution que la présente invention propose est fondée sur le fait que la surveillance et le réglage de l'effort de serrage exercé par les électrodes sur l'empilement de pièces métalliques à souder reste la caractéristique la plus importante pour obtenir un soudage de bonne qualité. En effet, l'effort de serrage doit être suffisamment grand pour maintenir fermement en contact les pièces métalliques à souder à l'endroit où le point de soudure doit être réalisé. En même temps, le contact entre les électrodes et l'empilement de pièces métalliques doit être suffisamment ferme pour assurer le meilleur passage du courant de soudage possible. D'un autre côté, l'effort de serrage ne doit pas être trop grand pour éviter que l'une au moins des deux électrodes ne s'enfonce dans l'empilement des pièces métalliques laissant derrière elle, après soudage, une empreinte susceptible de constituer un départ de déchirure par poinçonnage. De plus, l'effort de serrage doit être réglé en fonction de l'accroissement volumique temporaire de l'empilement de pièces métalliques à l'endroit où le point de soudure doit être réalisé. II s'agit donc, selon l'invention, de détecter le maximum de choses par la seule analyse de la courbe d'effort de serrage.
La mesure de l'effort de serrage et la déduction d'un paramètre d'effort représentatif de cet effort de serrage sont avantageusement réalisées à l'aide d'un dispositif comprenant un détecteur de contrainte mécanique tel que, par exemple, une cellule piézo¬ électrique. Cette cellule piézo-électrique peut être disposée proche des électrodes ou entre les électrodes et les bras de la pince portant ces électrodes . Le détecteur de contrainte peut également être un détecteur de déformation positionné sur l'un ou l'autre des deux bras de la pince. L'utilisation d'un détecteur de contrainte mécanique permet de surveiller le comportement des bras de la pince de manière dynamique, c'est-à-dire non limitée à des moments distincts auxquels on a mesuré préalablement quelques seuils de contrainte. Ainsi, on surveille le comportement des bras en continu et notamment en fonction de l'évolution de la caractéristique à surveiller.
Avantageusement, le procédé de supervision selon l'invention comprend en outre une ou plusieurs étapes d'analyse d'au moins une caractéristique supplémentaire par rapport à un modèle correspondant issu d'un apprentissage préalable, la ou les caractéristiques supplémentaires étant choisies parmi l'expansion volumique d'un point de soudure, l'augmentation de l'effort de serrage pendant la montée en température d'un point de soudure, la stabilisation de l'effort de serrage après montée en température du point de soudure, le comportement du courant passant par l'empilement de pièces métalliques à souder, le refroidissement d'un point de soudure après arrêt du courant passant par l'empilement de pièces métalliques, le diamètre d'un point de soudure, la détection de matière fondue expulsée hors du périmètre d'un point de soudure.
D'autres caractéristiques techniques du procédé de soudage qui sont utilement surveillées par le procédé de supervision selon l'invention peuvent comprendre l'une ou l'autre ou plusieurs des étapes suivantes : une étape de détection de grippage du mécanisme de la pince ; une étape de contrôle du rodage des électrodes par vérification de la chute de l'effort d'application des électrodes pendant le rodage; l'application du courant de soudage sous la forme d'impulsions, chaque impulsion étant alors commandée individuellement en fonction du résultat d'analyse de l'étape correspondante.
Le but de l'invention est également atteint par un dispositif de supervision pour la mise en œuvre du procédé décrit ci-avant. Un tel dispositif comprend des moyens de mesure adaptés pour mesurer un paramètre d'effort représentatif de l'effort de serrage des électrodes d'une pince d'un poste de soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques enserrées entre les électrodes respectivement avant, pendant et après le passage d'un courant, des moyens de détermination adaptés pour établir des valeurs de seuil dudit effort de serrage et des moyens de comparaison adaptés pour comparer le paramètre d'effort à au moins deux valeurs de seuil différentes pour en déduire une évolution du paramètre d'effort et pour commander certaines opérations de soudage en fonction de l'évolution dudit paramètre d'effort de serrage.
Selon l'invention, le dispositif comprend des moyens d'analyse de l'effort de serrage par rapport à un modèle issu d'un apprentissage préalable, le résultat d'analyse de chaque étape étant pris en compte par une matrice de décision reliée à des moyens de formation et d'envoi d'un signal de correction et/ou de commande destiné au poste de soudage.
Le dispositif de supervision selon l'invention comprend donc différents moyens choisis en fonction des caractéristiques techniques à surveiller et en fonction des commandes de correction à donner au moyen commandant l'effort de serrage et le courant de soudage appliqués aux électrodes de la pince de soudage.
Dans le cadre de la présente invention, la pince de soudage inclut l'ensemble des moyens nécessaires pour supporter, alimenter et manipuler électriquement et mécaniquement la pince de soudage, le tout formant un poste de soudage.
Ainsi, le dispositif de l'invention comprend, outre les moyens d'analyse de l'effort de serrage, un ou plusieurs moyens adapté pour mesurer l'une ou l'autre des caractéristiques supplémentaires choisies parmi l'expansion volumique d'un point de soudure, l'augmentation de l'effort de serrage pendant la montée en température d'un point de soudure, la stabilisation de l'effort de serrage après montée en température du point de soudure, le comportement du courant passant par l'empilement de pièces métalliques à souder, le refroidissement d'un point de soudure après arrêt du courant passant par l'empilement de pièces métalliques, le diamètre d'un point de soudure, la détection de matière fondue expulsée hors d'un point de soudure.
Il va sans dire que les moyens dont le dispositif de supervision est pourvu peuvent être installés en un ou deux exemplaires selon que l'on souhaite effectuer les mesures sur un seul des deux bras de la pince ou simultanément sur chacun des bras de la pince. Lorsque l'on utilise deux moyens adaptés pour mesurer une même caractéristique supplémentaire, ces deux exemplaires peuvent être utilisés, en variante de mise en œuvre du procédé de l'invention, soit en redondance prévenant ainsi à un défaut accidentel de fonctionnement du moyen, soit pour mesurer la même caractéristique deux fois et en déduire une valeur moyenne permettant ainsi de compenser des fluctuations éventuelles dans le comportement des capteurs . Le dispositif de l'invention peut également comporter l'un ou l'autre ou plusieurs des moyens suivants : un moyen adapté pour détecter un grippage du mécanisme de la pince ; - un moyen adapté pour contrôler le rodage des électrodes lors de l'opération de rodage; et un moyen adapté pour appliquer le courant de soudage sous la forme d'impulsions, chaque impulsion étant commandée individuellement en fonction du résultat d'analyse de l'étape correspondante.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci- après d'un mode de réalisation d'un dispositif de supervision appliqué à un dispositif de soudage par résistance. La description est faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique partielle d'un dispositif permettant la mise en œuvre du procédé de 1'invention ; - la figure 2 représente schématiquement un dispositif de supervision et ses raccordements pour le raccorder au dispositif de la figure 1 ; et la figure 3 montre les extrémités d'une pince de soudage avec les principaux emplacements possibles de capteurs permettant d'obtenir des caractéristiques de surveillance selon le procédé de l'invention.
Dans un procédé de soudage par résistance, les pièces métalliques à souder forment entre elles un empilement 1 et sont enserrées entre deux électrodes 2a, 2b, auxquelles une pince 3, actionnée par un vérin 5, applique un effort de serrage F. Une source de tension représentée par ses bornes Bl, B2, délivrant une tension V(t) variable en fonction du temps t et mesurable au moyen d'un voltmètre 7, est raccordée aux électrodes 2a, 2b. La tension V(t) est avantageusement appliquée sous la forme d'une série d'impulsions périodiques bipolaires d'amplitude maximale V0. L'application de cette tension V(t) engendre l'apparition d'un courant de soudage d'intensité I (t) variable en fonction du temps t et mesurable au moyen d'un ampèremètre 6. Le courant de soudage I (t) se présente en général sous forme d'impulsions d'amplitude crête à crête I+-I" corrélées aux impulsions de tension V(t) . L'application de la tension V(t) est commandée par un dispositif de contrôle et de commande 10 au moyen de signaux électriques envoyés à partir de ce dispositif par les bornes Sl, S2, en fonction des signaux d'entrée que le dispositif 10 reçoit à au moins une des bornes d'entrée représentées par les bornes El à E6. Le procédé de supervision selon la présente invention utilise une indication sur l'évolution de l'effort de serrage F avant, pendant et après le passage du courant I (t) pour faire une première évaluation de la qualité du soudage réalisé. A cet effet, le procédé de l'invention prévoit plus particulièrement de mesurer avant, pendant et après le passage du courant, un paramètre d'effort Cf (t) représentatif de l'effort de serrage F, par exemple la contrainte à laquelle est soumis un bras 31 de la pince 3. Le procédé de supervision prévoit ensuite de comparer ce paramètre d'effort Cf (t) à un premier seuil Cfi pendant le passage du courant I (t) .
Ce paramètre d'effort Cf (t) évolue au cours des différentes phases du procédé de soudage. Pendant une première période tl, qui est appelée "phase d'accostage" et au cours de laquelle les électrodes 2a, 2b sont déplacées jusqu'à enserrer fermement l'empilement 1 de pièces à souder, le paramètre Cf (t) évolue de façon croissante et rapide.
L'effort de serrage F est appliqué avec une intensité calibrée de manière que le paramètre d'effort Cf (t) puisse atteindre ou dépasser un seuil d'accostage approprié Cf0. Le vérin 5 est commandé à cet effet par des signaux arrivant par les bornes B3, B4 lorsqu'il s'agit d'un vérin électrique ou par un flux d'un fluide de commande passant par des raccords correspondants, les références B3, B4 pouvant également désigner de tels raccords .
La phase d'accostage ti est suivie d'une phase de serrage t∑ plus ou moins longue pendant laquelle le paramètre d'effort Cf (t) est constant. La durée de la phase de serrage est déterminée de sorte que la durée totale de la phase d'accostage et de la phase de serrage soit au moins égale à un intervalle de temps que mettrait le vérin 5 le plus lent à appliquer un effort correspondant au seuil d'accostage Cf0 pour obtenir un serrage stabilisé.
Dès que l'effort de serrage F est stabilisé, la tension V(t) est appliquée entre les électrodes 2a, 2b. Le courant I (t) commence alors à échauffer les pièces métalliques de l'empilement 1 par effet Joule. Le courant I (t) dépend de la résistance électrique totale R0 (t) que présente, à un moment donné, l'empilement 1 de pièces à souder. Cette résistance électrique totale comprend essentiellement une composante Rc(t), représentative de la résistance due au contact mutuel imparfait des pièces de l'empilement 1, et une composante Rτ (t) représentative de la résistance intrinsèque du matériau constitutif des pièces à souder. La composante Rτ (t) dépend de la température de l'empilement. Elle augmente avec la température des pièces et croit donc en fonction du temps qui s'écoule depuis l'instant de la première application de la tension V(t) . Cette composante ne décroît qu'après la fin de l'application de la tension V(t) .
La diminution de la résistance totale R0 (t) provoque une augmentation du courant I (t) , ce qui augmente l'énergie électrique dissipée, aboutissant à une brusque élévation de la température de l'empilement 1 de pièces à souder.
L'intervalle de temps pendant lequel la tension V(t) est appliquée aux électrodes 2a, 2b, appelé phase d'expansion volumique de l'empilement de pièces métalliques 1, est caractérisé par une brusque dilatation de l'empilement des pièces métalliques qui provoque une augmentation de l'effort de serrage F et donc aussi du paramètre d'effort Cf (t) . Communément, la tension V(t) est coupée dès que le paramètre d'effort Cf (t) a dépassé un seuil minimal CFi supérieur au seuil CFo correspondant à l'effort d'accostage.
Le refroidissement qui en résulte et qui caractérise une phase de solidification t4, provoque une rétractation de l'empilement de pièces métalliques 1 entraînant à son tour une diminution de l'effort de serrage F et donc aussi une diminution du paramètre d'effort Cf (t) .
A la fin de la phase de solidification t4, c'est-à- dire après solidification complète de l'empilement de pièces soudées 1, l'effort de serrage est relâché pour permettre le déplacement des électrodes 2a, 2b vers un autre endroit sur l'empilement de pièces à souder.
Selon une caractéristique principale, le procédé de l'invention comprend, outre les étapes de comparaison entre les caractéristiques mesurées telles que l'effort de serrage F et le paramètre d'effort Cf (t) qui le représente, au moins une étape d'analyse de l'effort de serrage F par rapport à un modèle issu d'un apprentissage préalable.
En effet, conformément à l'invention, le procédé de l'invention ne se contente pas de comparer l'effort de serrage uniquement à des seuils préétablis du signal d'effort, mais compare l'évolution de l'effort de serrage F(t) à une évolution modèle acquise au cours d'une étape d'apprentissage préalable sur des empilements de pièces métalliques à souder et de différentes caractéristiques mécaniques, thermiques et électriques.
Ainsi, lorsqu'un point de soudure est réalisé à un endroit donné de l'empilement de pièces à souder 1, l'effort de serrage est mesuré continuellement ou sous la forme d'une succession rapide de mesures individuelles correspondant à un échantillonnage d'une conversion analogique/digitale. La suite des différentes mesures permet d'en déduire l'évolution de l'effort de serrage et de comparer cette évolution au modèle préalablement enregistré. Le dispositif de contrôle et de commande 10, grâce à son dispositif de traitement numérique incorporé, choisit donc le modèle d'évolution correspondant au mieux à l'évolution mesurée de l'effort de serrage et détermine par la suite, sur la base du modèle choisi, la suite des différentes opérations de soudage.
L'effort de serrage F, qui constitue la caractéristique principale sur la base de laquelle les opérations de soudage sont commandées, est avantageusement mesuré à l'aide d'une jauge de contrainte 4 montée sur le bras 31 de la pince 3. La figure 1 montre schématiquement l'emplacement de cette jauge 4.
La jauge 4 est posée sur une partie avant 311 du bras coudé 31 de la pince 3. L'autre partie du bras coudé 31, la partie arrière 312, s'étend entre la partie avant 311 et un point charnière 33 reliant les deux bras 31, 32 de la pince 3 de manière pivotante. La jauge 4 est donc placée sur la partie avant 311, c'est-à-dire dans une partie du bras 31 qui s'étend perpendiculairement par rapport aux efforts de serrage F. Ainsi, l'effort de contrainte conditionne la plus grande déformation possible du bras 31 pour un effort donné. Habituellement, les jauges de contrainte sont collées sur le bras 31 pour obtenir le meilleur contact entre le bras et la jauge. La fixation par collage peut être remplacée par d'autres formes d'assemblage pourvu que les efforts de pressage soient transmis sur la jauge. Le cas échéant, des moyens supplémentaires, destinés à être intercalés entre le capteur et le bras de la pince, sont utilisés.
Dans le cadre d'un contrôle très rigoureux de l'effort de serrage, il est avantageux d'intégrer dans le dispositif de supervision du déroulement du procédé de soudage par résistance, des moyens permettant de détecter un grippage éventuel du mécanisme de la pince 3. En effet, malgré les variations de l'intervalle de temps entre le début du déplacement des électrodes 2a, 2b et l'envoi du courant de soudage, on peut déterminer un temps maximum portant sur l'ensemble de la durée de la phase d'accostage et de la phase de serrage à la fin duquel même le vérin le plus lent pourra impliquer un effort correspondant au seuil d'accostage Cf0. Lorsque ce temps est écoulé et que le paramètre de serrage n'est toujours pas atteint, le dispositif de commande 10 génère un signal d'alerte signalant une anomalie dans le déroulement du procédé de soudage.
Une autre anomalie qui peut être détectée de manière analogue au grippage du mécanisme de la pince 3, est révélée par une diminution intempestive de l'effort de serrage pendant l'application de la tension de soudage V(t) . En effet, au début de la phase d'application de la tension V(t), la résistance totale de l'empilement des pièces métalliques diminue, ce qui provoque une augmentation du courant de soudage I (t) et donc une dissipation accrue d'énergie de Joule aboutissant à une élévation brusque de la température de l'empilement des pièces à souder 1 accompagnée d'une expansion volumique, c'est-à-dire une brusque dilatation de l'empilement. Cette dilatation provoque une augmentation de l'effort de serrage R et donc aussi du paramètre d'effort Cf (t) . En conséquence, toute diminution de l'effort de serrage F ou toute impossibilité d'atteindre le seuil prévu du paramètre d'effort Cf (t) constitue une anomalie dans le déroulement du procédé de soudage.
Pour améliorer encore davantage la qualité d'analyse des caractéristiques des opérations de soudage, le dispositif de supervision peut être complété par des capteurs supplémentaires adaptés pour mesurer encore d'autres caractéristiques que l'effort de serrage. Parmi ces capteurs peuvent figurer un capteur permettant de mesurer le diamètre d'un point de soudure en cours de réalisation, un capteur permettant de détecter de la matière fondue expulsée hors du périmètre maximal admis d'un point de soudure ou encore des moyens optiques permettant de surveiller l'état de propreté de la surface de l'empilement des pièces métalliques sur laquelle une électrode doit être posée en vue de la réalisation du point de soudure suivant. Ces capteurs optiques peuvent être disposés sur l'un ou l'autre des bras 31, 32 de la pince 3 ou sur un support individuel de la pince 3 et de son mécanisme de commande.
Il va sans dire que ces capteurs optiques peuvent être disposés de part et d'autre de l'empilement de pièces métalliques à souder afin de contrôler chacun des points de soudure au cours de leur réalisation aussi bien par un côté que par l'autre. La figure 3 montre de manière schématique l'emplacement d'un capteur optique 11 en combinaison avec une source lumineuse 12, le capteur 11 et la source lumineuse 12 étant montés sur le bras 32 de la pince 3. En fonction de la réalisation précise de la pince de soudage 3, il peut également s'avérer nécessaire d'inverser les positions du capteur 11 et de la source lumineuse 12 par rapport à la disposition représentée sur la figure 3. Avantageusement, le capteur optique 11 est activé pendant toute la durée du procédé de soudage et fournit alors un signal temporel allant de la fermeture de la pince 3, par la montée en effort de pressage, le passage du courant de soudage, la formation du point de soudure, également appelée l'étape de forgeage, et jusqu'à l'ouverture de l'outil lorsque le point de soudure est formé. Ce signal temporel est l'image des efforts ou contraintes dans l'outil. Ce signal continue à être analysé en permanence à partir du début de la mise en place des électrodes 2a, 2b jusqu'à l'ouverture de la pince 3. Pour des raisons pratiques, notamment pour assurer une certaine immunité aux parasites, ou à des vibrations et autres flexions de la pince, on peut fixer une limite inférieure de la variation de l'image captée pour exploiter le signal temporel pour l'observation de l'expansion volumique de l'empilement de pièces métalliques pendant la formation du point de soudure. Sur le plan technique, le signal temporel est transmis à une des entrées El à E6 du dispositif de commande et de contrôle 10 représenté sur la figure 2. Avantageusement, un raccordement différentiel du capteur 11 est recommandé.
Lorsque le capteur 11 est utilisé pour détecter des saletés ou d'autres corps étrangers susceptibles de perturber le contact électrique entre l'électrode et la surface de l'empilement de pièces métalliques sur laquelle l'électrode est censée se poser, d'autres critères de variation de l'image peuvent être déterminés. Car il s'agit, selon l'invention, de détecter le maximum de choses par la seule analyse de la courbe d'effort de serrage. Si l'on peut utiliser des capteurs optiques pour détecter et/ou mesurer certaines caractéristiques comme celles énoncées plus haut, cela est possible puisque certains défauts provoquent des variations géométriques, et donc des variations d'effort, au cours de l'opération de soudage et peuvent donc être détectés très tôt par l'analyse du signal d'effort. Ceci est le cas notamment des points crachés, également appelés des points « collés », qui peuvent être détectés par analyse des pentes de certaines portions de la courbe d'effort. Pour la vérification de l'usure des électrodes 2a, 2b, il y a essentiellement deux possibilités techniques impliquant chacune un type d'optique différent. Selon une première possibilité, l'usure des électrodes peut être mesurée par un capteur optique 13 disposé en regard de la pointe d'une des électrodes 2a, 2b. Sur la figure 3, un emplacement arbitraire en regard de l'électrode 2b est choisi sans prétention de représenter le meilleur emplacement possible. Ce n'est qu'une représentation de principe. Selon cette disposition, le capteur 13 permet de mesurer une distance d entre la fin de la partie cylindrique de l'électrode 2b et la surface de l'empilement de pièces 1. Lorsque cette distance d passe en dessous d'un seuil prédéterminé, le dispositif de contrôle 10 auquel le capteur 13 est relié, donne un signal d'alerte indiquant qu'il faut changer ou roder les électrodes .
Selon une autre solution technique, l'usure des électrodes peut être déduite de la variation du courant de soudage causée par l'usure des électrodes. En effet, compte tenu de la forme tronconique des pointes des électrodes, la surface de contact venant en appui sur la surface de l'empilement de pièces 1 augmente au fur et à mesure que l'électrode s'use. Et puisque l'intensité de courant pour une surface de contact donnée doit être constante, l'augmentation de la surface de contact est accompagnée d'une augmentation du courant de soudage. Pour la régulation du courant de soudage, cela signifie que l'évolution du courant de soudage à laquelle on s'attend en fonction des caractéristiques matérielles et géométriques des pièces à souder selon le modèle acquis pendant la phase d'apprentissage, va se présenter à un courant de soudage de plus en plus fort en fonction de l'avancement de l'usure des électrodes. Lorsqu'un courant de soudage limite prédéterminé est atteint, le dispositif de commande 10 engendre le signal d'alerte mentionné plus qui indique qu'il faut changer ou, pour le moins, roder les électrodes .
Le rodage des électrodes est une opération qui se fait en dehors du cycle de soudage. Elle consiste à enlever de la matière aux extrémités des électrodes lorsque celles-ci sont émoussées, pour leur redonner un profil correct. A cet effet, les électrodes sont appliquées avec un certain effort initial dans une machine de rodage et cet effort diminue au fur et à mesure que le rodage progresse.
En ce qui concerne le déroulement des différentes opérations de soudage, il y a essentiellement deux possibilités pour faire passer le courant à travers les pièces à souder. Selon un premier mode d'opération, on applique une tension de soudage aux électrodes et fait passer un courant de soudage par les pièces à souder pendant un certain temps, qui est déterminé selon des critères tels que la durée habituelle de la phase d'échauffement pour un matériau donné et des pièces métalliques d'une épaisseur donnée ou suivant des observations de l'évolution du point de soudure. Par opposition à cette application continue, le second mode d'opération est celui d'une application du courant de soudage par impulsions. Dans ce cas, le nombre d'impulsions et la durée de chacune des impulsions peuvent être déterminés selon des valeurs habituelles . Cependant, il parait plus avantageux, et cela aussi bien sous l'aspect d'une optimisation recherchée du procédé de soudage que sous l'aspect de la meilleure exploitation possible de la présente invention et notamment de ses capacités d'analyse, d'organiser l'étape de soudage suivant des cycles que l'on peut décrire essentiellement comme une alternance entre l'envoi d'une impulsion de courant de soudage à travers l'empilement de pièces à souder et une analyse du résultat partiel obtenu par le biais d'une analyse de l'évolution du courant de soudage ou de l'évolution de l'information du point de soudure. L'application du courant de soudage sous la forme d'impulsions, selon laquelle chaque impulsion est donc commandée individuellement en fonction du résultat d'analyses de l'étape de soudage correspondante, permet de mieux contrôler et, enfin, mieux optimiser la formation de chacun des points de soudure.
Les signaux engendrés par les différents capteurs et instruments de mesure, qui sont reliés au dispositif de commande 10, peuvent être des signaux analogiques ou des signaux numériques. A ce titre, l'indication des bornes d'entrée El à E6 du dispositif de commande 10 représenté sur la figure 2 est arbitraire, laissant au réalisateur du dispositif de supervision pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention le soin de déterminer le nombre et la nature des entrées selon les besoins spécifiques de l'application considérée. Ceci est d'ailleurs valable de manière analogue pour les bornes de sortie du dispositif de commande 10, les sorties Sl à S4 destinées à la commande du courant de soudage et à la commande de l'effort de serrage pouvant être complétées par d'autres sorties.
Le dispositif de supervision pour la mise en œuvre du procédé de supervision d'un procédé de soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques enserrées entre deux électrodes d'une pince comprend, outre les divers capteurs et instruments de mesure énoncés et décrits plus haut, également des mémoires, pour le moins des mémoires tampons, pour le traitement des signaux arrivant des divers capteurs et instruments de mesure, ainsi que des mémoires de sauvegarde ou des mémoires d'archivage suivant le volume de travail à analyser et à enregistrer et la durée de conservation ou d'exploitation des données accumulées pour affiner l'apprentissage de modèles d'opérations de soudage.
Le dispositif de supervision comprend par ailleurs également, selon les besoins des traitements de signaux, des composantes telles qu'un moyen d'échantillonnage ou un moyen d'intégration et des moyens usuels nécessaires pour le traitement des signaux, leur exploitation et leur analyse.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de supervision d'un procédé de soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques (1) enserrées entre deux électrodes (2a, 2b) d'une pince (3), selon lequel on applique aux électrodes (2a, 2b) d'une part un effort de serrage (F) et d'autre part une tension électrique (V(t) ) permettant de faire passer un courant
(I (t) ) au travers l'empilement de pièces métalliques, le procédé de soudage comportant au moins une étape de mesurage d'un paramètre d'effort (Cf (t)) représentatif de l'effort de serrage (F) respectivement avant, pendant et après le passage du courant (I (t) ) , et le procédé de supervision comprenant au moins une étape d'établissement de valeurs de seuils (Fl, F2, F3) dudit effort de serrage
(F) et au moins une étape de comparaison du paramètre d'effort (Cf (t)) à au moins deux valeurs de seuils différentes (CfI, Cf2) pour en déduire une évolution du paramètre d'effort (Cf (t)) et pour commander certaines opérations de soudage en fonction de l'évolution dudit paramètre d'effort de serrage (Cf (t)), caractérisé en ce que le procédé de supervision comprend en outre au moins une étape d'analyse de l'effort de serrage (F) par rapport à un modèle issu d'un apprentissage préalable, le résultat d'analyse de chaque étape étant pris en compte par une matrice de décision permettant d'engendrer un signal de correction et/ou de commande destiné au procédé de soudage.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs étapes d'analyse d'au moins une caractéristique supplémentaire par rapport à un modèle correspondant issu d'un apprentissage préalable, la ou les caractéristiques supplémentaires étant choisies parmi l'expansion volumique d'un point de soudure, l'augmentation de l'effort de serrage pendant la montée en température d'un point de soudure, la stabilisation de l'effort de serrage après montée en température du point de soudure, le comportement du courant passant par l'empilement de pièces métalliques à souder, le refroidissement d'un point de soudure après arrêt du courant passant par l'empilement de pièces métalliques, le diamètre d'un point de soudure, la détection de matière fondue expulsée hors du périmètre d'un point de soudure.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend uniquement des étapes d'analyse de la courbe de l'effort de serrage des électrodes .
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une détection de grippage du mécanisme de la pince (3) .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de contrôle du rodage des électrodes (2a, 2b) pendant l'opération de rodage.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le courant de soudage (I (t) ) est appliqué sous la forme d'impulsions, chaque impulsion étant commandée individuellement en fonction du résultat d'analyse de l'étape de soudage correspondante.
7. Dispositif de supervision pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le dispositif comprenant des moyens de mesurage adaptés pour mesurer un paramètre d'effort (Cf (t)) représentatif de l'effort de serrage (F) des électrodes (2a, 2b) d'une pince (3) d'un poste de soudage par résistance d'un empilement de pièces métalliques (1) enserrées entre les électrodes (2a, 2b) respectivement avant, pendant et après le passage d'un courant (I (t) ) , des moyens de détermination adaptés pour établir des valeurs de seuils (Fl, F2, F3) dudit effort de serrage
(F) et des moyens de comparaison adaptés pour comparer le paramètre d'effort (Cf (t)) à au moins deux valeurs de seuils différentes (CfI, Cf2) pour en déduire une évolution du paramètre d'effort (Cf (t) ) et pour commander certaines opérations de soudage en fonction de l'évolution dudit paramètre d'effort de serrage (Cf (t)), caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens d'analyse de l'effort de serrage (F) par rapport à un modèle issu d'un apprentissage préalable, le résultat d'analyse de chaque étape étant pris en compte par une matrice de décision reliée à des moyens de formation et d'envoi d'un signal de correction et/ou de commande destiné au poste de soudage.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen adapté pour mesurer l'une ou l'autre des caractéristiques supplémentaires choisies parmi l'expansion volumique d'un point de soudure, l'augmentation de l'effort de serrage pendant la montée en température d'un point de soudure, la stabilisation de l'effort de serrage après montée en température du point de soudure, le comportement du courant passant par l'empilement de pièces métalliques à souder, le refroidissement d'un point de soudure après arrêt du courant passant par l'empilement de pièces métalliques, le diamètre d'un point de soudure, la détection de matière fondue expulsée hors d'un point de soudure.
9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen adapté pour effectuer uniquement des étapes d'analyse de la courbe de l'effort de serrage des électrodes.
10. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen adapté pour détecter un grippage du mécanisme de la pince (3) .
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen adapté pour contrôler le rodage des électrodes (2a, 2b) pendant l'opération de rodage.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen adapté pour appliquer le courant de soudage (I (t) ) sous la forme d'impulsions, chaque impulsion étant commandée individuellement en fonction du résultat d'analyse de l'étape de soudage correspondante.
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