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Title:
ROBOTISED HAMMERING METHOD AND ROBOTISED SYSTEM FOR IMPLEMENTING THE METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/015529
Kind Code:
A1
Abstract:
A robotised hammering method for hammering a weld seam (C) made on a base surface (S) of a metal workpiece (V) using a robotised system (32), comprising the following steps: - controlling the robotised system (32) provided with an effector (35; 38) carrying a scanning tool (30) in such a way as to follow, with the scanning tool (30), an initial path along the weld seam (C), said initial path having been determined from the digital model of the workpiece or from the actual workpiece, - acquiring, by means of the scanning tool (30), along the initial path, local data concerning the elevation and position of the weld seam and of the area or areas of the base surface close to the weld seam, - calculating, from the elevation and position data acquired in this way and from the initial path, a corrected path, and - controlling the robotised system (32) provided with an effector (40; 38) carrying a hammering tool (41) to hammer the weld seam along this corrected path.

Inventors:
LEFEVRE, Paul (44 rue des Sports, ORVAULT, ORVAULT, 44700, FR)
DESFONTAINE, Vincent (42 rue de la Pierre Percée, LES SORINIERES, LES SORINIERES, 44840, FR)
CHEPPE, Patrick (36 rue du bois Bredy, BASSE-GOULAINE, BASSE-GOULAINE, 44115, FR)
Application Number:
EP2017/068459
Publication Date:
January 25, 2018
Filing Date:
July 21, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SONATS - SOCIÉTÉ DES NOUVELLES APPLICATIONS DES TECHNIQUES DE SURFACE (2 rue de la Fonderie, CARQUEFOU, CARQUEFOU, 44470, FR)
International Classes:
B23P9/04; B23K31/02; B24B39/00; C21D7/04
Attorney, Agent or Firm:
CABINET NONY (11 rue Saint-Georges, PARIS, 75009, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Procédé de martelage robotisé d'un cordon de soudure (C) réalisé sur une surface de base (S) d'une pièce métallique (V) à l'aide d'un système robotisé (32), comportant les étapes suivantes :

- commander le système robotisé (32) muni d'un effecteur (35 ; 38) portant un outil de scan (30) de façon à suivre avec l'outil de scan (30) une trajectoire initiale le long du cordon de soudure (C), cette trajectoire initiale ayant été déterminée à partir du modèle numérique de la pièce ou de la pièce réelle,

- acquérir grâce à l'outil de scan (30), le long de la trajectoire initiale, des données locales de relief et de position du cordon de soudure et de la ou des zones de la surface de base à proximité du cordon de soudure,

- calculer, à partir des données de relief et de position ainsi acquises et de la trajectoire initiale, une trajectoire corrigée, et

- commander le système robotisé (32) muni d'un effecteur (40 ; 38) portant un outil de martelage (41) pour marteler le cordon de soudure selon cette trajectoire corrigée.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les données locales de relief et de position du cordon de soudure comprennent, pour tout point du cordon de soudure (C), les coordonnées spatiales du pied (P) du cordon de soudure et l'angle formé au niveau du pied entre le cordon de soudure (C) et la surface de base (S) de la pièce.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant une étape de contrôle de la trajectoire corrigée consistant à :

- commander le système robotisé muni de l'effecteur portant l'outil de scan (35) de façon à suivre avec l'outil de scan la trajectoire corrigée,

- acquérir grâce à l'outil de scan, le long de la trajectoire corrigée, des données locales de relief et de position du cordon de soudure, et

- comparer la nouvelle trajectoire scannée et la trajectoire corrigée.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, l'étape de contrôle de la trajectoire corrigée comportant la prise de mesures géométriques de la surface à marteler.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, après l'étape de martelage, une étape de contrôle qualité consistant à commander le système robotisé muni de l'effecteur portant l'outil de scan de façon à acquérir des données locales de relief et de position du cordon de soudure martelé, afin d'en contrôler et quantifier la qualité.

6. Procédé selon les revendications 4 et 5, l'étape de contrôle qualité comportant la prise de mesures géométriques de la surface martelée, et la comparaison avec la prise de mesures géométriques de la surface à marteler, afin de conclure sur la qualité du martelage.

7. Procédé selon la revendication précédente, comportant, si la qualité du martelage est jugée insuffisante, une étape ultérieure de martelage de tout ou partie de la surface martelée par commande du système robotisé muni de l'effecteur portant l'outil de martelage le long de la trajectoire corrigée.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une étape de commande du système robotisé muni d'un effecteur portant un outil de meulage ou fraisage (50) le long de la trajectoire corrigée afin de réaliser une finition de la surface martelée.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins une étape de changement d'effecteur, le système robotisé étant muni soit d'un effecteur (40) portant l'outil de martelage (41) apte à réaliser la ou les étapes de martelage, soit d'un effecteur (35) portant l'outil de scan (30) apte à réaliser la ou les étapes d'acquisition de données locales de relief et de position du cordon de soudure.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel aucune étape de changement d'effecteur n'est prévue, le système robotisé étant muni d'un effecteur (38) portant à la fois au moins l'outil de scan (30) et l'outil de martelage (41), et éventuellement l'outil de meulage ou fraisage (50).

11. Système robotisé (32) pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comportant au moins un effecteur (35, 40 ; 38) comportant au moins:

- un outil de scan (30) configuré pour acquérir des données locales de relief et de position de cordon de soudure, et

- un outil de martelage (41) configuré pour effectuer un traitement par martelage dudit cordon de soudure (C).

12. Système robotisé (32) selon la revendication 11, le système robotisé (32) étant muni alternativement d'un effecteur (35) portant ledit au moins un outil de scan (30) et d'un effecteur (40) portant l'outil de martelage (41), les effecteurs (35 ; 40) portant l'outil de scan (30) et l'outil de martelage (41) étant configurés de telle sorte que le point de référence de l'outil (TCP) soit identique pour l'effecteur (40) portant l'outil de martelage (40) et l'effecteur (35) portant l'outil de scan (30).

13. Système robotisé (32) selon la revendication 12, le système robotisé (32) étant muni d'un unique effecteur (38) portant ledit au moins un outil de scan (30) et ledit au moins un outil de martelage (41), notamment portant deux outils de scan (30) et l'outil de martelage (41).

14. Système robotisé (32) selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, comportant une compliance (47) prévue pour maintenir le contact entre l'outil de martelage

(41) et le cordon de soudure (C) lors du martelage et pour contrôler la force de contact, la compliance (47) étant située dans un axe de détection (A) résultant de la position spatiale du pied (P) du cordon de soudure et de la bissectrice, la compliance (47) comportant un moyen d'amortissement passif ou actif, la force de contact tarée au repos étant comprise entre IN et 500 N, mieux entre 2 et 200N, notamment entre 70N et 100N.

15. Système robotisé (32) selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, comportant une compliance angulaire, agencée pour dévier si besoin l'outil de martelage (41) vers le pied (P) de cordon de soudure à traiter dans un plan sensiblement orthogonal au cordon, la compliance angulaire permettant un jeu angulaire de l'outil de martelage (41) compris entre 0 et 30°, mieux entre 0 et 5°.

16. Système robotisé (32) selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, comportant un effecteur portant un outil de meulage ou fraisage (50) ou l'effecteur portant un outil de meulage ou fraisage (50).

17. Système robotisé (32) selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, dans lequel l'outil de scan (30) est choisi dans le groupe constitué par les systèmes d'acquisition de données de relief et de position avec contact, tels que les palpeurs mécaniques, et les systèmes d'acquisition de données de relief et de position sans contact, tels que les capteurs optiques, notamment laser ou caméra, les capteurs inductifs, les capteurs capacitifs.

18. Système robotisé (32) selon l'une quelconque des revendications 11 à 17, la technologie de martelage de l'outil de martelage (41) étant choisie dans le groupe constitué par le martelage à ultrasons, pneumatique, mécanique linéaire et à moteur électrique linéaire.

19. Système robotisé selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, comportant un système de contrepoids (60) configuré pour compenser le poids de l'outil de martelage (41) quelle que soit son orientation.

Description:
PROCEDE DE MARTELAGE ROBOTISE ET SYSTEME ROBOTISE POUR LA MISE

EN ŒUVRE DU PROCEDE

Domaine de l'invention

La présente invention concerne les procédés, systèmes et installations destinés au traitement robotisé de soudures par le martelage à haute fréquence.

Le martelage à haute fréquence vise à améliorer la tenue en fatigue des pièces mécanosoudées. C'est un traitement mécanique à froid qui consiste à venir percuter la surface d'une pièce métallique et plus particulièrement le pied du cordon de soudure avec un ou plusieurs micro-percuteurs de forte énergie cinétique encore appelés aiguilles ou impacteurs, pour libérer les contraintes de tension localisées dans la zone affectée thermiquement (ZAT) en réalisant d'une part un écrouissage qui induit des contraintes de compression et d'autre part une modification géométrique assurant une transition progressive entre le métal de base et le cordon de soudure.

Inconvénients de l'art antérieur et objectifs de l'invention

Les études établies ou en cours montrent que le martelage à haute fréquence assure une amélioration de la tenue en fatigue, par une action retardant l'initiation des fissures ainsi que leur propagation.

Les aiguilles généralement à tête sphérique maintenues dans la tête de traitement sont projetées à haute vitesse et haute fréquence contre la soudure afin de marteler la zone. Ce traitement contrôlé assure une extension de la durée de vie des composants soudés par l'effet combiné de la modification géométrique de la transition entre le métal de base et le cordon de soudure et de l'introduction de contraintes bénéfiques de compression dans la zone affectée thermiquement. En particulier, le martelage à haute fréquence activé par ultrasons est un des meilleurs traitements préventifs pour améliorer la résistance à la fatigue des pièces mécanosoudées.

L'opération de martelage est généralement réalisée manuellement. La mise en œuvre manuelle du martelage nécessite d'avoir des opérateurs qualifiés. Le martelage ne peut pas être mis en œuvre sur de grandes séries mais essentiellement sur des pièces à l'unité. De plus, il est complexe de contrôler et quantifier la qualité de martelage lors d'opérations manuelles.

On connaît de US2011/0123820 un procédé de traitement par martelage robotisé à l'aide d'un impacteur avec une géométrie déterminée. Il existe un besoin pour robotiser cette opération et pour pouvoir la mettre en œuvre sur la production en séries, avec une traçabilité plus précise, une qualité mieux contrôlée.

Résumé de l'invention

Procédé

La présente invention concerne ainsi, selon un premier de ses aspects, un procédé de martelage robotisé d'un cordon de soudure réalisé sur une surface de base d'une pièce métallique, à l'aide d'un système robotisé, comportant les étapes suivantes :

- commander le système robotisé muni d'un effecteur portant un outil de scan de façon à suivre avec l'outil de scan une trajectoire initiale le long du cordon de soudure, cette trajectoire initiale ayant été déterminée à partir du modèle numérique de la pièce et à l'aide par exemple d'outils de programmation hors ligne (PHL), ou bien à partir de la pièce réelle, notamment par apprentissage manuel,

- acquérir grâce à l'outil de scan, le long de la trajectoire initiale, des données locales de relief et de position du cordon de soudure et de la ou des zones de la surface de base à proximité du cordon de soudure,

- calculer, à partir des données de relief et de position ainsi acquises et de la trajectoire initiale, une trajectoire corrigée, et

- commander le système robotisé muni d'un effecteur portant un outil de martelage pour marteler le cordon de soudure selon cette trajectoire corrigée.

Grâce à l'invention, on dispose d'un procédé de martelage robotisé rapide, précis et fiable. La trajectoire suivie par l'outil de martelage est parfaitement adaptée au cordon de soudure à traiter, grâce aux étapes d'acquisition des données locales de relief et de position du cordon de soudure et de son environnement proche et de calcul de la trajectoire corrigée. La trajectoire peut être calculée en se fondant sur la position et l'orientation réelles du cordon de soudure et des surfaces et géométries environnantes de la pièce, notamment du pied du cordon de soudure et sur l'accessibilité du cordon pour l'outil de martelage.

La trajectoire initiale est avantageusement celle d'un outil de martelage.

Les données locales de relief et de position du cordon de soudure et de la ou des zones adjacentes de la surface de base de la pièce peuvent comprendre, pour tout point du cordon de soudure, les coordonnées spatiales du pied du cordon de soudure et l'angle formé au niveau du pied entre le cordon de soudure et la surface de base de la pièce. Le pied forme en effet l'extrémité du cordon de soudure, étant situé à la limite entre le cordon de soudure et la surface de base de la pièce.

Ces données, géométriques, permettent de déduire les coordonnées spatiales de la bissectrice de l'angle formé au niveau du pied entre le cordon de soudure et la surface de base de la pièce, en chaque point du pied de cordon de soudure. Avec la connaissance de la position spatiale du pied et de la bissectrice, on peut en déduire l'axe dit de détection pour chaque point du pied, consistant en une droite passant par ce point et confondue avec la bissectrice. On peut également, pour lisser la trajectoire corrigée en écartant certains défauts très locaux, appliquer un filtre à une succession de points.

Par « la ou les zones de la surface de base à proximité du cordon de soudure », on entend la ou les parties de la surface de base de la pièce, située(s) par exemple depuis le pied du cordon de soudure jusqu'à une distance inférieure à 100 mm du cordon de soudure, d'un côté de celui-ci ou des deux côtés, de part et d'autre du cordon de soudure. Cette ou ces zones peuvent former une bande à côté du cordon de soudure ou deux bandes de part et d'autre de celui-ci. Elles peuvent s'étendre dans un mode de réalisation particulier jusqu'à une distance d'environ 8mm du cordon de soudure. Dans un autre mode de réalisation, cette ou ces zones peuvent s'étendre jusqu'à une distance d'environ 60mm du cordon de soudure.

Le procédé peut encore comporter, avant l'étape de martelage, une étape de contrôle de la trajectoire corrigée consistant à:

- commander le système robotisé muni de l'effecteur portant l'outil de scan de façon à suivre avec l'outil de scan la trajectoire corrigée,

- acquérir grâce à l'outil de scan, le long de la trajectoire corrigée, des données locales de relief et de position du cordon de soudure et

- comparer la nouvelle trajectoire scannée et la trajectoire corrigée.

Le cas échéant, si besoin, notamment si la trajectoire corrigée n'est pas confondue avec les nouvelles données locales de relief et de position du cordon de soudure, la trajectoire corrigée peut être de nouveau corrigée.

L'étape de contrôle de la trajectoire corrigée peut comporter en outre la prise de mesures géométriques de la surface à marteler. La surface à marteler peut inclure le cordon de soudure autour du pied et la surface de base à proximité immédiate du pied ou, en variante, la surface de base à une distance maximale du pied d'environ 10 mm.

Le procédé peut encore comprendre une étape de calcul différentiel permettant de calculer l'écart différentiel entre la trajectoire initiale et la position réelle permettant d'aboutir à la trajectoire corrigée.

Après l'étape de martelage, le procédé peut encore comprendre une étape de contrôle qualité consistant à commander le système robotisé muni de l'effecteur portant l'outil de scan de façon à acquérir des données locales de relief et de position du cordon de soudure martelé, afin d'en contrôler et quantifier la qualité.

Dans ce cas, et dans le cas où une étape de contrôle de la trajectoire a été effectuée avec prise de mesures géométriques de la surface à marteler, l'étape de contrôle qualité peut comporter la prise de mesures géométriques de la surface martelée, et la comparaison avec les mesures géométriques de la surface à marteler, afin de conclure sur la qualité du martelage. Les mesures géométriques sont prises de manière à être comparables, entre celles de la surface à marteler et celles de la surface martelée.

Le martelage forme, par l'impact à haute fréquence sur le pied du cordon de soudure, une ligne en creux, appelée caniveau ou sillon, présentant une profondeur, généralement comprise entre 0,1 et 0,5 mm, et un rayon généralement compris entre 1 et 3 mm, la profondeur et le rayon du caniveau étant liés à la force de l'impact, à la fréquence et à la vitesse de déplacement, le caniveau présentant également une largeur liée à la pénétration dans la matière et au diamètre du ou des impacteurs. Ainsi, on peut définir des valeurs cibles prédéterminées notamment pour le rayon et la profondeur du caniveau, profondeur au niveau du cordon de soudure et profondeur au niveau de la surface de base. Puis, avec les deux prises de mesures géométriques de la surface avant et après martelage et leur comparaison, on peut calculer les valeurs telles que le rayon et la profondeur et les comparer avec les valeurs cibles prédéterminées. Une marge d'erreur prédéfinie peut être acceptée. Après prise en compte des valeurs cibles prédéterminées et de cette marge d'erreur, on peut conclure si la qualité du martelage est jugée satisfaisante ou non. Les mesures géométriques prises sont telles qu'elles puissent permettre de calculer le rayon et la profondeur de martelage au niveau du cordon de soudure et de la surface de base, par comparaison. Grâce à l'invention, on a une capacité accrue à pouvoir contrôler en amont, c'est-à-dire avant martelage et en aval, c'est-à-dire après martelage, les mesures géométriques.

Si la qualité du martelage est jugée insuffisante, le procédé peut comporter une étape ultérieure de martelage de tout ou partie de la surface martelée par commande du système robotisé muni de l'effecteur portant l'outil de martelage le long de la trajectoire corrigée.

Le procédé peut comporter une étape de commande du système robotisé muni d'un effecteur portant un outil de meulage ou fraisage le long de la trajectoire corrigée afin de réaliser une finition de la surface martelée. Cette opération de finition a pour objectif de supprimer les replis matières créés par le martelage tout en conservant des contraintes de compression de la zone ou surface martelée.

Dans un mode de réalisation particulier, le procédé comporte au moins une étape de changement d'effecteur, le système robotisé étant muni soit d'un effecteur portant l'outil de martelage apte à réaliser la ou les étapes de martelage, soit d'un effecteur portant l'outil de scan apte à réaliser la ou les étapes d'acquisition de données locales de relief et de position du cordon de soudure. De même, lorsqu'une étape de meulage ou fraisage est prévue, le procédé peut comporter une étape de changement d'effecteur avant de réaliser l'étape de meulage, le système robotisé étant muni pour réaliser cette étape d'un effecteur portant un outil de meulage ou fraisage.

Dans ce cas, les effecteurs portant les outils de martelage et de scan, et éventuellement de meulage ou fraisage, sont avantageusement configurés et reliés au système robotisé de manière à présenter le même point de référence de l'outil (en anglais Tool Center Point ou TCP). Cela permet de s'appuyer sur la propriété de répétabilité du robot pour effectuer les étapes successives du procédé avec les différents effecteurs. De plus, le changement d'effecteur permet de s'affranchir des vibrations du martelage pour effectuer le scan.

En variante, le procédé peut ne pas comporter d'étape de changement d'effecteur, le système robotisé étant alors muni d'un effecteur portant au moins l'outil de martelage et l'outil de scan, et, le cas échéant, l'outil de meulage ou fraisage.

Le procédé peut comprendre une étape, lors du suivi par l'outil de scan de la trajectoire initiale, consistant à détecter automatiquement des défauts de soudure sur le cordon de soudure. Cette étape peut consister à permettre, via l'algorithme de localisation d'une soudure, de détecter une zone du cordon de soudure comprenant une succession de points aberrants liés au(x) défaut(s). Dans ce cas, le procédé peut comporter l'étape consistant à commander, lors de l'étape de martelage, un déplacement selon un axe permettant un dégagement de l'outil sans interférence de celui-ci avec la pièce traitée ou l'environnement afin de ne pas traiter par martelage la zone. Cet axe est généralement l'axe principal de l'outil de martelage ou l'axe principal du ou des impacteurs.

Dans ce cas, le procédé peut comporter l'étape consistant à transmettre via une interface homme machine (IHM) une information, destinée à l'opérateur, selon laquelle une zone identifiée du cordon de soudure n'a pas été traitée par martelage. Cette zone pourra être corrigée et traitée ultérieurement, manuellement ou de manière automatique, après correction du ou des défauts identifiés. Le procédé peut comporter l'étape consistant à représenter, sur une vue 3D de la pièce ou sur une reconstitution 3D de la trajectoire, la localisation du ou des défauts identifiés.

Système robotisé

L'invention a encore pour objet, en combinaison avec ce qui précède, un système robotisé pour la mise en œuvre du procédé tel que défini plus haut, comportant au moins un effecteur comportant au moins:

- un outil de scan configuré pour acquérir des données locales de relief et de position de cordon de soudure, et

- un outil de martelage configuré pour effectuer un traitement par martelage dudit cordon de soudure.

Le système robotisé, encore appelé robot, peut être défini comme un système mécanique poly-articulé mû par des actionneurs et commandé par un calculateur qui est destiné à effectuer une grande variété de tâches.

Le système robotisé peut comprendre un bras robotisé. La précision d'un bras robotisé, dans son positionnement absolu, est généralement supérieure à 1 mm. Une telle imprécision peut être due à des erreurs de modèle géométrique, des erreurs de quantification de la mesure de position et/ou des flexibilités.

La répétabilité d'un robot est l'erreur maximale de positionnement répété de l'outil en tout point de son espace de travail. En général, la répétabilité est inférieure à 1 mm, voire 0,1 mm, donc meilleure comparativement à la précision du système robotisé. Le système robotisé peut, en variante, comprendre un portique de machine- outil, ou autre type de système robotisé comprenant de multiples axes de déplacement.

Par « effecteur », on entend un système fixé de manière amovible au système robotisé, notamment au bout du bras du robot, et actionné par le robot.

Le système robotisé peut être muni alternativement d'un effecteur portant ledit au moins un outil de scan et d'un effecteur portant ledit au moins un outil de martelage. Les effecteurs portant l'outil de scan et l'outil de martelage peuvent être configurés de telle sorte que le point de référence de l'outil (TCP) soit identique pour l'effecteur portant l'outil de martelage et l'effecteur portant l'outil de scan. Comme indiqué plus haut, cela permet de se reposer sur la répétabilité du robot, généralement meilleure que la précision du robot, pour l'opération de martelage.

Le système robotisé peut comporter un effecteur portant un outil de meulage ou fraisage.

Dans un mode de réalisation particulier, le système robotisé est alternativement muni de l'effecteur portant l'outil de scan ou de l'effecteur de martelage ou, le cas échéant, de l'effecteur portant l'outil de meulage ou fraisage.

En variante, le système robotisé est muni d'un effecteur combiné qui intègre les fonctions de martelage et de scan simultanément. L'effecteur peut comprendre notamment deux outils de scan situés de part et d'autre de l'outil de martelage, dans le sens de l'avancement relatif du système robotisé lors de l'étape de martelage. Dans ce cas, le système robotisé peut être également muni de l'outil de meulage ou fraisage.

Il est à noter que le système robotisé peut, le cas échéant, être utilisé pour effectuer, avant le martelage, la soudure, relié alors à un effecteur portant un outil de soudure. Dans ce cas ou dans celui où deux robots différents sont utilisés dont un pour la soudure et un pour le martelage, la trajectoire de l'outil de soudure peut être similaire à la trajectoire de l'outil de martelage.

Le système robotisé peut comporter une compliance prévue pour maintenir le contact entre l'outil de martelage et le cordon de soudure lors du martelage et pour contrôler la force de contact. Dans ce cas, la compliance est par exemple positionnée dans l'axe de détection, résultant de la position spatiale du pied du cordon de soudure et de la bissectrice. La compliance peut comporter un moyen d'amortissement passif ou actif. La force de contact tarée au repos, c'est-à-dire lorsque le martelage n'est pas actif, entre l'outil de martelage et le cordon de soudure est contrôlée de manière à être de préférence comprise entre IN et 500N, mieux entre 2N et 200N et usuellement utilisée entre 70N et 100N. En particulier lorsqu'il n'y a pas de changement d'effecteur, la compliance peut être utile car elle permet d'atténuer les vibrations provoquées par le martelage.

Le système robotisé peut comporter une compliance angulaire, agencée pour dévier si besoin l'outil de martelage vers le pied de cordon de soudure à traiter dans un plan sensiblement orthogonal au cordon, la compliance angulaire permettant un jeu angulaire de l'outil de martelage compris entre 0 et 30°, mieux entre 0 et 5°. Cette compliance angulaire peut être réalisée à partir de deux platines pivotantes l'une par rapport à l'autre autour d'un axe et présentant des butées fixes amorties. L'axe sera préférentiellement concourant et perpendiculaire avec l'axe principal de l'outil de martelage. L'amortissement peut être réalisé à l'aide de butées souples type élastomère ou de système mécanique, comme par exemple des amortisseurs à gaz, des ressorts. Le système d'amortissement doit permettre un maintien en position nominale de l'outil quelle que soit son orientation spatiale et assurer un moment sur l'outil autour de l'axe de rotation de préférence compris entre 0,lNm et lOOONm, mieux entre lNm et lOONm.

L'outil de scan est avantageusement choisi dans le groupe constitué par les systèmes d'acquisition de données de relief et de position avec contact, tels que les palpeurs mécaniques, et les systèmes d'acquisition de données de relief et de position sans contact, tels que les capteurs optiques, notamment laser ou caméra, les capteurs inductifs, les capteurs capacitifs.

La vitesse d'avance de l'outil de martelage le long du cordon de soudure lors de l'opération de martelage peut être comprise entre 1 et 40 mm/s, de préférence entre 5 et 10 mm/s.

La technologie de martelage haute fréquence de l'outil de martelage est avantageusement choisie dans le groupe constitué par le martelage à ultrasons, le martelage pneumatique, le martelage mécanique linéaire et le martelage à moteur électrique linéaire. Dans les techniques du martelage haute fréquence à ultrasons ou pneumatique, les impacteurs, notamment à tête hémisphérique, sont captifs de la tête de traitement et projetés contre la soudure respectivement grâce à la vibration de la sonotrode ou d'un actionneur pneumatique afin de marteler la zone. Dans la technique avec moteur linéaire, les impacteurs peuvent être fixés sur ou propulsés par le chariot du moteur linéaire, les impacteurs sont maintenus dans l'outil et mus par le chariot magnétique du moteur.

Pour toutes ces techniques, la fréquence d'impact des impacteurs peut être comprise entre 1 et 1000Hz, de préférence entre 50 et 400 Hz.

En complément, lorsque la technologie de martelage haute fréquence est à ultrasons, l'outil de martelage peut comporter entre 1 et 50 aiguilles, de préférence entre 1 et 5 aiguilles, mieux une seule aiguille. Ces aiguilles ont un diamètre compris entre 0,5 et 20 mm et de préférence entre 1 et 10 mm, et un rayon d'impact compris entre 0,25 et 100mm et de préférence entre 1 et 10mm. Dans ce cas également, la fréquence de vibration de l'ensemble acoustique peut être comprise entre 10 kHz et 60 kHz, de préférence entre 20 kHz et 40 kHz. Toujours dans ce cas, l'amplitude de vibration peut être comprise entre 5 et 200 μιη crête-à-crête, de préférence entre 15 et 60 μιη crête-à-crête.

Le système robotisé peut comporter un système de contrepoids configuré pour compenser le poids de l'outil de martelage quelle que soit son orientation. Cela peut permettre ainsi d'annuler ou de limiter l'effet de la gravité sur l'effort appliqué par l'impacteur sur la zone traitée. Grâce à ce système de contrepoids, l'effort de l'effecteur de martelage sur la pièce peut être plus facilement maîtrisé.

Brève description des figures

L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :

- la figure 1 représente, sous forme de schéma fonctionnel, différentes étapes du procédé conforme à un exemple de mise en œuvre de l'invention,

- la figure 2 représente de manière schématique, partielle et en perspective un scanner d'une partie de cordon de soudure,

- la figure 3A représente, en coupe transversale schématique, le cordon de soudure de la figure 2, avant martelage,

- la figure 3B représente partiellement, en coupe transversale et schématique, le cordon de soudure de la figure 2 après martelage,

- la figure 4 représente, de manière schématique et en perspective, un effecteur portant un outil de scan utilisé dans la mise en œuvre du procédé de la figure 1 , - la figure 5 représente, de manière schématique et en perspective, un effecteur portant un outil de martelage utilisé dans la mise en œuvre du procédé de la figure 1,

- la figure 6 illustre, en schéma fonctionnel, un autre exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention,

- la figure 7 représente, de manière schématique, partielle et en perspective, un exemple d'un effecteur portant l'outil de martelage et le ou les outils de scan pour la mise en œuvre du procédé illustré sur la figure 6,

- la figure 8 est une vue de dessous, schématique et en perspective de l'effecteur de la figure 7,

- la figure 9 illustre, de manière partielle, schématique et vue en perspective, une ligne de production avec des robots munis chacun d'un système robotisé selon un exemple de l'invention,

- les figures 10 et 11 représentent, de manière schématique, les trajectoires respectivement réelle et initiale après scan, et réelle et corrigée après correction,

- la figure 12 représente, de manière schématique et en perspective, un cordon de soudure après martelage,

- la figure 13 représente de manière schématique et partielle, en coupe, un pied de cordon de soudure après martelage,

- la figure 14 représente le pied de cordon de soudure de la figure 13 après meulage,

- les figures 15 et 16 représentent de manière schématique et en perspective deux exemples d'outils pouvant être utilisés pour l'étape de meulage ou fraisage,

- la figure 17 est une vue schématique d'un diagramme de tenue en fatigue par rapport à l'effort de pression d'une soudure martelée et/ou meulée ou non,

- les figures 18 et 19 représentent respectivement, de manière schématique, l'effecteur portant l'outil de scan et l'effecteur portant l'outil de martelage reliés au système robotisé et présentant le même TCP,

- les figures 20 et 21 représentent en vue de dessus de manière schématique différents exemples de cordons de soudure traités par martelage à l'aide du procédé selon l'invention, - la figure 22 est un schéma de principe illustrant le système robotisé comportant un système de contrepoids, et

- la figure 23 est une vue agrandie d'un détail de la figure 22.

Description détaillée de modes de réalisation

On a représenté sur la figure 1 les différentes étapes du procédé de martelage robotisé d'un cordon de soudure réalisé sur une surface de base d'une pièce métallique, à l'aide d'un système robotisé, conforme à un exemple de mise en œuvre de l'invention.

Dans cet exemple, le procédé comporte une étape 1 consistant à définir la trajectoire initiale de la ou des parties du cordon de soudure qui va être traité par martelage. La trajectoire initiale est la trajectoire d'un outil de martelage utilisé lors de l'opération ultérieure de martelage. Cette trajectoire initiale, qui est théorique, est déterminée à partir du modèle numérique de la pièce et à l'aide, par exemple d'outils de programmation hors ligne (PHL), ou bien à partir de la pièce réelle par apprentissage manuel.

Dans une étape 2, on fixe de manière amovible sur un système robotisé un effecteur portant un outil de scan de manière à pouvoir, dans une étape 3, commander le système robotisé muni de l'effecteur portant l'outil de scan de façon à scanner le cordon de soudure à traiter en suivant la trajectoire initiale qui a été définie à l'étape 1. Le scanner du cordon de soudure va permettre d'acquérir, grâce à l'outil de scan, des données locales de relief et de position du cordon de soudure et des zones de la surface de base de la pièce qui lui sont adjacentes. Un exemple schématique de courbe illustrant l'écart entre les tracés de la trajectoire réelle et de la trajectoire initiale a été illustré sur la figure 10. Sur cette figure, le tracé de la trajectoire initiale a été représenté en bas et celui de la trajectoire réelle en haut. Ces tracés ne sont pas totalement superposés avec un écart illustré par des doubles flèches plus ou moins grand entre les deux tracés. Bien entendu, sur la figure 10 ne sont représentés que les trajectoires en deux dimensions mais l'acquisition des données locales de relief et de position du cordon de soudure permettent d'accéder aux coordonnées spatiales en trois dimensions du cordon de soudure et de son environnement proche, notamment du pied de cordon de soudure et de l'angle formé entre la soudure et la surface de la pièce, au niveau du pied.

Sur la figure 2, on a illustré de manière très schématique le scan à l'aide de l'outil de scan 30 consistant en un système d'acquisition de données de relief et de position effectuant un balayage 31 du cordon de soudure C, plus particulièrement du pied P consistant en la zone s 'étendant à la jonction entre le cordon de soudure C et la surface de base S de la pièce métallique sur laquelle a été réalisée la soudure.

Lorsque l'on effectue le balayage ou scan du cordon de soudure, on cherche à obtenir, comme illustré sur la figure 3A, des données locales du relief et de position du cordon de soudure et de son environnement proche, en particulier le positionnement en trois dimensions du pied de cordon de soudure, en tout point Pi de la soudure à marteler, et également l'angle 2* formé entre la soudure et la pièce, au niveau du pied, afin de déterminer les coordonnées en trois dimensions de la bissectrice, en tout point Pi de ce pied, consistant en la demi-droite passant par le pied à équiangle a entre la surface S et le cordon de soudure C au niveau du pied P. Ainsi, par ce balayage, on peut connaître les coordonnées tridimensionnelles du point Pi et également celles de la droite A, formant l'axe de détection, d'orientation confondue à celle de la bissectrice passant par Pi.

L'effecteur porte, pour effectuer le scan, un outil de scan 30 qui peut être un système d'acquisition de données de relief et de position avec contact, par exemple comportant des palpeurs mécaniques, ou un système d'acquisition de données de relief et de position sans contact, tel que capteurs optiques, notamment laser ou caméras, capteurs inductifs ou capteurs capacitifs, ou autre système de localisation avec ou sans contact. Dans l'exemple illustré, l'effecteur 35 illustré sur la figure 4 comporte un outil de scan 30 consistant en un capteur optique 36 constitué d'une raie laser et d'une caméra.

On effectue, dans une étape 4, un post-traitement des données acquises pour localiser le pied P du cordon de soudure C.

On calcule, dans une étape 5 illustrée sur la figure 1 , sur la base des données acquises du relief et de position de cordon de soudure C et du post-traitement, la différence entre le résultat du scan, c'est-à-dire la trajectoire réelle, et la trajectoire initiale. De ce calcul différentiel résulte une correction de la trajectoire initiale, dans une étape 6, qui va permettre d'obtenir une trajectoire initiale corrigée, dont le tracé est illustré schématiquement sur la figure 1 1 comme étant superposé à celui de la trajectoire réelle modulo la précision atteinte par l'installation complète.

Dans une étape 7, on utilise à nouveau l'outil de scan pour scanner en suivant la trajectoire corrigée afin de vérifier, dans une étape 8 de la figure 1 , que la correction est correcte. Si celle-ci n'est pas correcte, indiquée « NOK » sur la figure 1 , on revient à l'étape 3 comme illustré et on met à nouveau en œuvre les étapes 3, 4, 5, 6 et 7 jusqu'à ce que la correction soit acceptable, indiquée « OK » sur la figure 1, auquel cas on peut poursuivre la mise en œuvre du procédé.

Par ailleurs, cette étape 7 peut permettre d'obtenir des données de sortie illustrées dans le cadre 9 de la figure 1 , à savoir des mesures géométriques de la zone ou surface à marteler, avant traitement.

Lorsque la correction vérifiée à l'étape 8 est correcte, on passe à l'étape 10 de changement d'effecteur de manière à fixer un effecteur portant un outil de martelage sur le système robotisé.

Un exemple d'effecteur 40 portant un outil de martelage 41 a été illustré sur la figure 5. Il est à noter que la technologie de martelage haute fréquence peut consister en un martelage à ultrasons, pneumatique, mécanique linéaire, ou à moteur électrique linéaire, de préférence à ultrasons.

Dans l'exemple illustré, la technologie de martelage est à ultrasons avec une amplitude vibrations comprise entre 5 et 200 μιη crête-à-crête (c/c). Dans l'exemple illustré, comme visible notamment sur les figures 7 et 8, l'outil de martelage 41 comporte une unique aiguille ou impacteur 43 dans la tête de martelage 42. La fréquence de vibrations est comprise entre 10 kHz et 60 kHz.

Dans une étape 11, on commande le système robotisé de manière à réaliser un martelage à l'aide de l'outil de martelage 41 en suivant la trajectoire corrigée puis on change à nouveau l'effecteur dans une étape 12 de manière à mettre l'effecteur 35 portant l'outil de scan 30 sur le robot.

On réalise, dans une étape 13, un nouveau scan de contrôle de la zone martelée afin, à l'étape 14, de vérifier la qualité du traitement de la zone martelée. Si celle-ci n'est pas correcte au moins en certains endroits, notée « NOK » sur la figure 1, alors on détermine à l'étape 16 les zones spécifiques à marteler, on change d'effecteur pour que le robot soit muni de l'effecteur 40 portant l'outil de martelage 41 dans une étape 17 et on effectue un nouveau martelage du cordon de soudure C ou seulement d'une ou plusieurs zones défectueuses à l'étape 18.

On peut réaliser également lors de ce scan de contrôle de la zone martelée, une mesure de la géométrie de la zone martelée, notée dans le cadre 19, et on compare celle-ci à la mesure de la géométrie de la zone avant martelage 2 du cadre 9. Cette comparaison peut permettre le cas échéant, notamment si le martelage n'est pas satisfaisant, d'effectuer également un nouveau martelage de tout ou partie du cordon de soudure ensuivant les étapes 16, 17 et 18.

En revanche, si cette comparaison et la vérification aboutissent à une conclusion satisfaisante sur le martelage effectué, dite « OK », après nouveau martelage ou non, on peut repositionner le système robotisé pour effectuer un nouveau traitement de martelage d'un cordon de soudure comme illustré à l'étape 20.

Les mesures géométriques prises après martelage peuvent comprendre des données permettant, par comparaison avec les mesures géométriques du cadre 9, prises avant martelage, d'obtenir, comme illustré sur la figure 3B : la profondeur bl maximale, de martelage du cordon de soudure C, la profondeur b2 maximale de martelage de la surface de base S, la largeur w de martelage, le rayon r de la zone martelée Z.

Comme déjà indiqué, le système robotisé 32, illustré partiellement sur les figures 4 et 5, conforme à l'invention, utilisé pour la mise en œuvre du procédé illustré sur la figure 1, comporte une interface de montage 45 avec un coupleur côté robot 46. Le système robotisé 32 comporte également un effecteur 35 portant une interface mécanique 49 formant une platine de fixation pouvant être équipée le cas échéant d'un système d'ajustement de positionnement spatial, un coupleur côté effecteur 48 et un outil de scan 30 configuré pour repérer, numériser la position spatiale en trois dimensions du pied de cordon de soudure en tout point de celui-ci et l'angle formé entre la surface de base S de la pièce sur laquelle a été réalisée la soudure et le cordon de soudure C de manière à pouvoir trouver la bissectrice et l'axe de détection A. Le système robotisé 32 comporte également un effecteur 40 portant au moins un outil de martelage 41. Il est à noter que dans cet exemple, l'interface de montage 45 permet alternativement de monter sur le système robotisé 32 l'effecteur 35, comme illustré sur la figure 4, et l'effecteur 40, comme illustré sur la figure 5.

Comme illustré sur les figures 18 et 19, le TCP, c'est-à-dire le point de référence de l'outil ou Tool Center Point en anglais, est, dans cet exemple, identique pour l'effecteur 40 et l'effecteur 35. Cela permet d'assurer une répétabilité du mouvement du robot et de se baser sur cette répétabilité pour fiabiliser le contrôle de trajectoire et la trajectoire de martelage. Le système robotisé 32 comporte en outre, sur l'effecteur 40, une compliance 47 prévue pour maintenir le contact entre l'outil de martelage 41 et le cordon de soudure C et contrôler la force de contact. L'axe de mobilité de la compliance 47 est positionné parallèlement à l'axe de détection A résultant de la position spatiale du pied et de la bissectrice. La compliance 47 comporte un moyen d'amortissement passif ou actif. La force de contact tarée au repos qu'elle cherche à assurer est comprise entre IN et 500N, mieux entre 2N et 200N et préférentiellement entre 70N et 100N.

De manière non visible dans un souci de clarté du dessin car disposée à l'intérieur, le système robotisé 32 comporte en outre, dans cet exemple, une compliance angulaire agencée pour dévier si besoin l'outil de martelage 41 vers le pied de cordon de soudure à traiter dans un plan sensiblement orthogonal au cordon. La compliance angulaire permet en effet un jeu angulaire de l'outil de martelage 41 compris entre 0 et 30°, mieux entre 0 et 5°.

On a représenté sur la figure 6 un autre exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention. Dans la mise en œuvre de ce procédé, le système robotisé 32, illustré sur les figures 7 et 8, diffère essentiellement de celui illustré sur les figures 4 et 5 en ce que l'effecteur comporte au moins un outil de scan 30 et au moins un outil de martelage 40 et portés par le système robotisé, ne nécessitant pas de changement d'effecteur dans la mise en œuvre du procédé. Dans cet exemple, comme visible, l'effecteur 38, dit effecteur combiné, porte à la fois un premier outil de scan 30 permettant l'acquisition de données de relief et de position disposé en amont dans le sens de la trajectoire sur le robot, l'outil de martelage 41 et un deuxième outil de scan 30 permettant l'acquisition de données de relief et de position en aval dans le sens de la trajectoire.

Dans ce cas, on a à la fois un contrôle et un martelage quasi simultanés et point par point du pied de cordon de soudure qualifié de correction quasi temps réel.

Le procédé dont les étapes sont illustrées sur la figure 6 se déroule comme suit. On définit, dans une étape 21, la trajectoire initiale du cordon de soudure de même que pour le procédé illustré sur la figure 1. On réalise à l'aide du système robotisé 32 des figures 7 et 8, pour chaque point du pied de cordon de soudure, l'étape 22 de scan en suivant la trajectoire initiale, l'étape 23 de correction de trajectoire théorique en fonction d'un calcul différentiel, l'étape 24 de scan en suivant la trajectoire théorique corrigée avec une étape 25 de vérification de la correction de la trajectoire et l'étape 26 de mesure de la géométrie de la zone à marteler, ces étapes étant effectuées à l'aide du premier outil de scan 30, et l'étape 27 de martelage en suivant la trajectoire corrigée à l'aide de l'outil de martelage 41 et l'étape 28 de scan de contrôle de la zone martelée et l'étape 29 de mesure de la géométrie de la zone martelée à l'aide du deuxième outil de scan 30.

Comme visible, les étapes sont sensiblement les mêmes qu'illustrées sur la figure 1, hormis le fait qu'il n'y a pas de changement d'effecteur et qu'au lieu de réaliser un scan complet de la partie du cordon de soudure à traiter ou des parties de cordon de soudure à traiter, on réalise les étapes de scan d'un ensemble de points avec le premier outil de scan 30 juste avant de les marteler avant l'outil de martelage 41 puis de les contrôler avec le deuxième outil de scan 30 tout en réalisant un scan d'autres points juste avant de les marteler et puis de les contrôler. Ce mode de réalisation est appelé correction en quasi temps réel.

Si besoin, comme illustré sur la figure 6, on effectue un deuxième passage après avoir réalisé l'ensemble des étapes de scan, de martelage et de contrôle, pour contrôler et/ou marteler à nouveau au moins certaines zones.

Comme visible sur la figure 9, on peut avoir une ligne de production avec une cellule robotisée en atelier et la pièce V, dans cet exemple un véhicule automobile, est traitée par un ensemble de robots R fixes portant chacun le système robotisé 32 sous forme de bras robotisé.

En variante, de manière non illustrée, le robot ou système robotisé 32 peut se déplacer jusqu'à la zone de la pièce qui est immobile afin de traiter certaines zones. Enfin, en variante, le robot peut être agrippé à la pièce immobile, étant fixé à celle-ci pour traiter certaines parties de celle-ci.

Le martelage peut consister à traiter seulement certaines parties E d'un unique cordon de soudure C comme illustré sur la figure 20 ou plusieurs parties E de cordons de soudure différents, comme illustré sur la figure 21.

Dans ce cas, le système précédemment décrit peut traiter une seule partie E ou plusieurs parties E d'un même cordon de soudure ou de cordons de soudure différents. Un cordon de soudure entier peut également être traité.

Le martelage produit, à partir d'une succession d'impacts un sillon appelé également caniveau qui est généralement plutôt lisse. On a illustré sur la figure 12 de manière exagérée le résultat du martelage d'un cordon de soudure C sur lequel on visualise de manière agrandie et schématique des impacts I obtenus sur le pied de cordon de soudure P, du moins dans la zone entourant ce pied P de cordon de soudure. Les impacts I peuvent, comme illustré sur la figure 13, créer des replis matière U. Le procédé peut comporter l'étape de finition consistant à meuler ces replis U comme illustré sur la figure 14 de manière à obtenir une surface martelée plus lisse. Le meulage permet d'étêter les replis U formant des défauts de martelage. Dans ce cas, le procédé peut comporter une étape de changement d'effecteur pour disposer un effecteur portant un outil de meulage ou fraisage et une étape de meulage ou fraisage. La meuleuse peut, en variante, être intégrée au robot de martelage.

Des exemples d'outils de meulage ou fraisage 50 coupants ou abrasifs pouvant être utilisés pour l'effecteur de meulage ont été illustrés sur les figures 15 et 16. Dans l'exemple illustré sur la figure 15, l'outil 50 est une fraise-boule au bout sphérique 51. Le rayon de courbure de la fraise-boule est environ égal au rayon du caniveau c'est-à-dire de la zone formée autour du pied P par martelage. Dans l'exemple de la figure 16, l'outil 50 est une meuleuse-disque à arête arrondie. L'arête arrondie a un rayon de courbure sensiblement égal au rayon du caniveau.

Comme illustré sur la figure 17, la tenue en fatigue d'une soudure, quelle que soit la force exercée, est plus performante lorsque la soudure a été martelée. Cette soudure martelée est encore plus performante si le martelage a été suivi d'un meulage maîtrisé, toujours comme illustré sur cette figure 17.

On a représenté sur les figures 22 et 23 la possibilité pour le système robotisé 32 d'être muni d'un système de contrepoids 60 comportant une biellette 61 de transfert de l'opposition d'effort, apte à pivoter autour de l'axe central X, et un contrepoids 62. La biellette 61 est, comme visible, fixée en un point 64 à l'outil de martelage 41 portant la tête de martelage 42 et l'impacteur 43, et en un point 65 opposé par rapport à l'axe central X, au contrepoids 62. Le système de contrepoids 60 comporte encore deux axes de guidage en translation 66 et 67. L'outil de martelage 41 est monté coulissant sur l'axe de guidage 66 de manière à pouvoir se déplacer en translation le long de celui-ci. Le contrepoids 62, quant à lui, est monté coulissant sur l'axe de guidage 67 de manière à pouvoir se déplacer en translation le long de celui-ci. Comme illustré sur la figure 23, une distance di sépare l'axe central X du point 64 et une distance d 2 sépare l'axe central X du point 65 opposé, sur la biellette 61. Les poids Pt de l'outil de martelage 41 et P c du contrepoids 62 sont reliés par la relation : P c = di/d 2 *Pt. Si di=d 2 , alors P c =Pt.

Le système de contrepoids 60 est configuré pour compenser le poids de l'outil de martelage 41 , quelle que soit son orientation, inclinée ou droite. La présence du système de contrepoids 60 permet plus facilement d'assurer que la tête de martelage applique un effort constant lors du martelage.