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 tte 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 tte de

soudage, ce qui permet d'obtenir une image d'une zone de cette ligne dans le repère de la tte 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 tte 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 tte 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 tte 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 l'asservissement.

Le document EP 0 452 138 concerne un dispositif du mme 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 tte 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 tre montée sur des actionneurs quelconques, qu'ils soient des robots ou des portiques.

A cet effet, l'invention a pour objet une tte 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 tte de soudage de l'invention peut tre 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 tte le long d'une trajectoire théorique. Il n'est donc aucun besoin de procéder à une adaptation complexe du programme de commande de l'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 l'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 tre 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 tte de soudage à l'actionneur.

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 tte de soudage, émettant un rayonnement de longueur d'onde extrmement 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 tre gné 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 tte de soudage le long de la direction d'ajustement qui se trouve tre 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 l'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.

Il sera fait référence à la figure unique qui représente schématiquement une tte de soudage conforme à l'invention.

La tte 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 tre 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 tre 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 tre 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 l'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 l'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 tte 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 lnm) 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 tte de soudure est relié à un support 22 qui a pour première fonction de former l'interface de liaison de la tte de soudage avec un actionneur (ici un bras de robot 24) programmé pour déplacer la tte 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 tre, à la place d'un bras de robot, un chariot de portique ou analogue. Les moyens 26 peuvent tre conçus par exemple interchangeables pour tre 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 tre par exemple un moteur linéaire à prise directe. La commande de ce moteur est assurée par un processeur (par exemple un micro- ordinateur 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 tre 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 tte 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'tre adaptable à des actionneurs peu précis dans l'exécution du suivi d'une trajectoire programmée comme peut l'tre par exemple un bras de robot.