WO2017001027A1 - Tete pour dispositif de soudage - Google Patents

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WO2017001027A1
WO2017001027A1 PCT/EP2015/071983 EP2015071983W WO2017001027A1 WO 2017001027 A1 WO2017001027 A1 WO 2017001027A1 EP 2015071983 W EP2015071983 W EP 2015071983W WO 2017001027 A1 WO2017001027 A1 WO 2017001027A1
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WO
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welding
head
sleeve
head according
another characteristic
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PCT/EP2015/071983
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Alexandre Chotard
Enrique ARTACHO
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Valeo Iluminacion SA
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    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/747—Lightning equipment

Definitions

  • the subject of the invention is a device for welding a junction surface between a first part and a second part, more particularly for contour welding of three-dimensional molded parts, a head of the welding device and a welding method. associated.
  • the invention applies in particular to a taillight welding for a motor vehicle.
  • an optical fiber of laser radiation capable of generating a light beam in a main direction, said direction of light emission
  • a movable head intended to direct the light beam emitted by the optical fiber onto the junction surface to be welded
  • the heat produced by the light beam enables the joining surface to be welded between the first piece and the second piece.
  • This structure because of its complexity, has reliability problems, which generates, in case of malfunction of the welding device, additional costs difficult to accept in an industrial chain.
  • the movable head often comprises a prism for orthogonally deflecting the light of the light beam emitted by the optical fiber from an input of the movable head to the output of the movable head.
  • Such a prism must be perfectly positioned to return the light beam precisely in the desired direction at the output of the movable head.
  • the insertion of the prism into the movable head is not an easy operation and it happens not to dispose the prism precisely to the expected location, resulting in inaccuracy in the direction of emission of the light beam, contributing as a result, the reliability problems of the welding device.
  • the movable head includes a plurality of gears to allow rotation of the movable head.
  • This plurality of gears is a complex assembly to achieve which also has the disadvantage that its drive is difficult to implement, negatively impacting the displacement accuracy of the light beam directed at the output of the movable head to weld the first piece and the second room.
  • the head of the welding device exerts a very strong pressure on the two parts at the junction surface to ensure a good weld, the pressure is such that one parts break.
  • the debris thus generated can damage the head, and particularly a focusing lens for the rays. luminous.
  • This wear of the gears is reflected by dust (resulting from friction between the gears, it is metal chips) which are deposited on the lens.
  • This deposit subsequently causes the divergence of a laser beam while a good quality of welding requires on the contrary to converge as much as possible the laser beam.
  • the object of the invention is to at least partially overcome these disadvantages.
  • the subject of the invention is a welding device head for welding at least a first part to at least a second part at a junction surface, comprising:
  • At least one load cell capable of measuring the force applied by the application means.
  • the load cell ensures servocontrol of a speed of movement of the head at a pressure exerted by the application means, which makes it possible to be more regular in the manner of welding, in particular by power modulation of a laser.
  • the head comprises a sleeve and a connection flange of the head to said device, the connection flange being attached to a first end of the sleeve, and the load cell being fixed to the connection flange.
  • the load cell is attached to one end of the connection flange and the sleeve to another end of the load cell.
  • the load cell comprises first centering means on the connection flange.
  • the load cell comprises passages for fixing means.
  • the load cell has a profile identical to that of the sleeve.
  • the load cell is able to generate a signal relating to the measured force and is connected to an electronic card intended to amplify said signal.
  • the application means is fixed on a wall of the sleeve.
  • the sleeve comprises at least one fastening means adapted to cooperate with at least one means for holding the application means.
  • the means for holding the application means are screws or nuts.
  • the application means is a wheel or roller.
  • the head comprises a damper arranged so as to dampen a movement of the application means.
  • one end of the damper is integral with the application means.
  • another end of the damper is integral with the sleeve.
  • the damper comprises at less an elastic means adapted to deform when said head tends to move closer to or away from the welding surface.
  • the elastic means is a spring.
  • the head comprises at least one light guiding element cooperating with at least one light source for transmitting via an output face of said guiding element a welding light beam in a direction said direction of light. program.
  • the light guiding element is an optical fiber.
  • the welding light beam is a laser beam.
  • the head comprises at least a first optical deflection element capable of cooperating with the exit face of the light guiding element.
  • the head comprises at least one holding plate, the first optical deflection element being held by said plate.
  • the retaining plate is located inside the sleeve.
  • the first optical element is a collimating means, for example a collimator.
  • the sleeve has a generally cylindrical shape of revolution, and the emission direction of the light beam coincides with an axis of symmetry of the cylinder.
  • the center of the outlet face of the guide element coincides with the axis of symmetry of the cylinder.
  • the head comprises at least one radiation source capable of emitting light rays so as to heat the first piece and / or the second piece.
  • the radiation source emits at least in part wavelength radiations of between 400 nm and 700 nm.
  • the radiation source has a power of 800 W at 1200 W, preferably 900 W at 1100 W, preferably 1000W.
  • the radiation source is a filament incandescent lamp.
  • the incandescent filament lamp is a halogen lamp.
  • the head comprises a second optical deflection element arranged to focus the light rays from the radiation source on the junction surface.
  • the second optical deflection element is attached to a second end of the sleeve.
  • the second optical deflection element is a convergent lens.
  • the head comprises a third optical deflection element.
  • the third optical deflection element is located in the sleeve, between the first optical deflection element and the third optical deflection element.
  • the third optical deflection element is a collimation lens.
  • the invention also relates to a welding device for welding at least a first piece with at least a second piece at a junction surface, comprising:
  • a light source adapted to cooperate with said welding head 5 to form a welding light beam.
  • the light source comprises at least one semiconductor emitter element.
  • the light source is a laser diode.
  • the light source is capable of emitting light rays whose wavelengths are between 850 nm and 1050 nm, preferably between 930 nm and 990 nm.
  • the light source 15 has a power of between 100 W and 150 W, preferably between 120 W and 140 W.
  • the electronic card is arranged in the welding device.
  • the device comprises an orientation means arranged to orient the welding head to effect a weld.
  • the orientation means is an articulated arm.
  • the articulated arm comprises at least a first substantially elongate portion and at least a second substantially elongated portion, linked to one another by a mechanical connecting element.
  • At least the first part comprises at least one groove extending over at least a part of the length of said part so that the light-guiding element is positioned at least partially in said groove.
  • the first part is linked at one of its ends to the connection flange of the head by mechanical connection.
  • the load cell comprises second centering means on the first part.
  • the load cell comprises passages for fixing means between the connection flange and the first part.
  • the invention also relates to a method of welding a junction surface between a first part and a second part, comprising a step of heating by a light beam emitted at an output of the welding device as described above.
  • the heating step and the welding step are concomitant.
  • the heating step and the welding step are performed at the same location of the joining surface.
  • the method comprises a constant pressure application of the application means of the welding device as described above on the solder joint surface.
  • one of the first and second parts is transparent to the laser beam.
  • one of the first and second parts absorbs the laser beam.
  • the first part comprises at least one plastic polymer, preferably polycarbonate.
  • the first piece comprises polycarbonate.
  • the second piece comprises at least one plastic polymer.
  • the first part comprises at least one metal.
  • the second part comprises at least one metal.
  • the method comprises a welding step and during which a speed of movement of the head during the welding step is controlled by a pressure exerted by the head during the welding step.
  • FIG. 1 illustrates a perspective view of a welding device according to the present invention
  • FIG. 2a illustrates a schematic representation of a moving head of the welding device of FIG. 1;
  • FIG. 2b illustrates a perspective view of the elements included in the moving head of FIG. 2a
  • FIG. 3 illustrates a detail of FIG. 2b
  • Figure 4 illustrates a perspective view of the movable head of Figure 2b.
  • the welding device according to the present invention comprises:
  • An orientation means 5 arranged to orient the movable head 3 to perform a weld, as will be explained later.
  • the orientation means 5 is an articulated arm relative to the chassis 4 for controlling the displacement of the movable head 3.
  • the welding device 1 also comprises a main arm 6 on which the arm 5 is articulated relative to the chassis 4.
  • the articulated arm 5 comprises a hollow shaft 7 and a control shaft 8 of the movable head 3.
  • the control shaft 8 comprises a first portion 9 disposed integral in motion of the hollow shaft 7.
  • the control shaft 8 comprises a second portion 10 pivotally mounted relative to the first portion 9 by a 1 1 of its ends January 1, 12.
  • the other 12 of its ends is integral with the movable head 3.
  • the hollow shaft 7 and the first portion 9 of the control shaft 8 are arranged substantially parallel to each other.
  • the hollow shaft 7 extends from the main arm 6 to a free end 13.
  • the hollow shaft 7 has a length l less than a length L of the first portion 9 of the control shaft 8.
  • the optical fiber 2 is positioned in the welding device 1 so that the optical fiber 2 passes through the free end 13 of the hollow shaft 7 and runs along the first portion 9 and the second portion 10 of the control shaft 8 until 'to the moving head 3.
  • the optical fiber is in a free space between the end 13 of the hollow shaft 7 and the movable head 3.
  • This arrangement of the optical fiber 2 parallel to the first and second portions 9, 10 ensures that the optical fiber enters a center of an entrance of the movable head 3.
  • the moving head 3 will now be detailed.
  • the head 3 allows the welding of at least a first piece to at least a second piece at a junction surface S, illustrated in Figure 1.
  • the head 3 comprises:
  • At least one load cell 22 for measuring the force applied by the application means 20.
  • Each load cell 22 preferably comprises at least one transducer converting a pressing force exerted by said at least one application means 20 of the device 1.
  • the load cell 22 measures in real time the pressure exerted by the head 3 on the surface S, allowing a reliable and homogeneous welding, as will be detailed below.
  • the load cell is able to generate a signal relating to the measured force and is connected to an electronic card intended to amplify the signal relating to the measured effort.
  • the application means 20 is preferably a roller.
  • the application means 20 may also be a wheel.
  • the head 3 also comprises a sleeve 21.
  • the head 3 also comprises a connection flange 23 of the head 3 to the device 1.
  • connection flange 23 is fixed to a first end 24 of the sleeve 21.
  • connection flange 23 makes it possible to connect the head 3 to the articulated arm
  • the load cell 22 is fixed to the connection flange 23.
  • the load cell 22 is fixed at one end 25 of the connection flange 23 and the sleeve 21 at the other end 26 of the load flange 22.
  • the load cell 22 comprises centering means on the connection flange 23, pin-type for example, not shown.
  • the load cell 22 comprises passages for fastening means, such as nuts or screws.
  • the load cell 22 has a profile identical to that of the sleeve 21.
  • the application means is fixed on a wall of the sleeve 21.
  • the sleeve 21 comprises at least one fastening means adapted to cooperate with at least one means for holding the application means 20.
  • the means for holding the application means are for example screws or nuts.
  • the head 3 also comprises a damper 28 arranged so as to dampen a movement of the application means 20.
  • the damper 28 comprises a first end 29 secured to the application means 20.
  • the damper 28 comprises a second end 30 secured to the sleeve 21.
  • the damper comprises at least one elastic means 31 adapted to deform when the head 3 tends to move closer to or away from the welding surface.
  • the resilient means 31 is a spring.
  • the head 3 also comprises at least one light guiding element cooperating with at least one light source, not shown to emit via an output face 34 of the guiding element a welding light beam F in a direction X, said direction d 'program.
  • guiding element is meant an optical part capable of guiding light by total internal reflection of this light, for example from an entrance zone to an exit zone.
  • the light guiding element is the optical fiber 2.
  • the welding light beam F is a laser beam.
  • the sleeve 21 has a generally cylindrical shape of revolution, and the emission direction of the light beam F coincides with an axis of symmetry X of the sleeve cylinder 21.
  • the center of the outlet face of the guiding element 32 coincides with the axis of symmetry X of the sleeve cylinder 21.
  • the light beam F emitted by the optical fiber 2 passes through the sleeve 21 substantially along the emission direction coinciding with the axis of symmetry X of the sleeve.
  • the head 3 also comprises at least one first optical deflection element 35 adapted to cooperate with the outlet face 34 of the light-guiding element 32.
  • the first optical element 35 is a collimation means.
  • the first optical element 35 is a collimator.
  • the head 3 also comprises at least one holding plate element 36.
  • the first optical deflection element 35 is held by the holding plate 36.
  • the holding plate is located inside the sleeve 21.
  • the head comprises at least one radiation source 40, said secondary source, capable of emitting light rays so as to heat one of the first and / or second parts.
  • the secondary radiation source is configured to generate at least partly wavelength radiation between 400 nm and 700 nm.
  • the secondary radiation source has a power of 800 W to 1200 W, preferably 900 W to 1100 W, preferably 1000W.
  • the radiation source is a filament incandescent lamp, preferably a halogen lamp.
  • the secondary radiation source 40 comprises a plurality of halogen sources 51.
  • the halogen sources 51 are positioned, preferably in the same plane, around a central orifice O for passing the light beam F in a support.
  • the head 3 comprises a second optical deflection element 41 arranged to focus the light rays coming from the radiation source 40 on the junction surface S.
  • the second optical deflection element 41 is attached to a second end 35 of the sleeve 21.
  • the second optical deflection element 41 is a converging lens.
  • a lens holder which is screwed or snapped to the second end 42 of the sleeve 21 makes it possible to secure the lens 41 to the sleeve 21.
  • the laser beam F passes through the convergent lens 41 at its center and is therefore not deflected by the lens as it passes through it.
  • the head 3 comprises a third optical deflection element 43.
  • the third optical deflection element 43 is located in the sleeve 21, between the first optical deflection element 35 and the second optical deflection element 41.
  • the third optical deflection element 43 is advantageously a collimating lens.
  • the collimation lens 43 makes it possible to adjust a diameter of the laser beam F and thus to focus it, which ensures a wider or very strong welding on a chosen point of the surface S.
  • the collimation lens 43 is preferably motorized to obtain the desired laser beam F.
  • the optical fiber 2 enters the mobile head 3 where it passes through the load cell 22 and the connection flange 23 to the collimator 35.
  • the collimator directs the light beam F emitted by the optical fiber 2 towards the collimation lens 43 and then the convergent lens 41.
  • the light beam F then passes through the support of the halogen sources 51 through a central orifice O to the convergent lens 41.
  • the convergent lens 41 forms an output lens where the light beam F is focused on the junction surface S.
  • the extent of the light beam F on the junction surface ensures the heating of the parts to allow welding, as will be explained below.
  • the radiation emitted by the secondary source is directed on a portion of the junction surface near the extent of the light beam F, or even on the same portion of the junction surface.
  • the association of the infrared secondary source with the laser source allows a better homogeneity of temperature.
  • the light emission direction of the light beam at the input of the head substantially coincides with the light emission direction of the beam.
  • This direction coincides with the optical axis X of the movable head 3.
  • the light beam F directed in the single direction X in the movable head 3 directly illuminates the outlet 21 from the inlet 20 of the movable head 3.
  • the collimator 35, the holding plate 36, the lens 43, as well as the support element of the secondary sources 51 are fitted into the sleeve 21 forming a protective cylinder.
  • the method comprises a heating step and a welding step by the light beam F emitted at the output of the welding device 1.
  • the heating step and the welding step are concomitant.
  • the heating step and the welding step are performed in the same area of the surface S.
  • the application means 37 of the welding device 1 applies during welding a constant pressure on the joint surface to be welded.
  • the speed of the head 3 during welding is controlled by the pressure exerted by the head 3 during welding.
  • the method comprises a preliminary step of entering a map of reference pressures to be reached according to the location of the robot's head on the surface S.
  • the method comprises a step of measuring the pressure real time by the load cell 22, during welding.
  • the method comprises a step of comparison between the reference map and the value measured by the load cell.
  • the method comprises a step of adjusting the application force exerted by the application means 20 as a function of the speed of the welding head 3 and, preferably, the elasticity of the part to the location of the welding operation in the surface S.
  • the method according to the present invention is advantageously applied to parts such that one of the first and second parts is transparent to the laser beam while, preferably, the other part absorbs the laser beam.
  • the absorbent part absorbs the laser beam, which has the effect of melting by heating said part and then melting the transparent part by thermal conduction between the absorbent part and the transparent part.
  • the first piece comprises at least one plastic polymer, preferably polycarbonate.
  • the second part comprises at least one plastic polymer.
  • the first part comprises at least one metal and / or the second part comprises at least one metal.
  • the heating is concomitant with the laser beam F. It allows to heat essentially the transparent part. This results in a better conformation of the latter with respect to the absorbent part and therefore a better contact between the two parts, in particular because there is less air at the junction surface between the two parts. two pieces.
  • the present invention has many advantages, due to the arrangement of the arms of the welding device and the arrangement of the optical fiber parallel to the control arm on the one hand, and, on the other hand, the arrangement of the elements in the movable head.
  • this arrangement ensures that the light beam emitted by the optical fiber has a straight path along a single direction from the entrance of the optical fiber in the movable head to the exit of the light beam from the lightning device. welding.
  • This straight path makes it possible to overcome the deflection prism used in the state of the art, to simplify the structure of the moving head, and to improve the accuracy of the control of the path of the light beam on the surface to be welded.
  • the load cell and the force sensor ensure a very high reliability of the welding device without the need to resort to the complex system of gears of the state of the art.

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Abstract

L'invention concerne une tête pour dispositif de soudage (1) pour souder au moins une première pièce à au moins une deuxième pièce au niveau d'une surface de jonction (S), comprenant : - au moins un moyen d'application (20) d'un effort dudit dispositif (1) sur la première pièce à proximité de la surface de jonction (S), - au moins une cellule de charge (22) apte à mesurer l'effort appliqué par le moyen d'application (20).

Description

TETE POUR DISPOSITIF DE SOUDAGE
L'invention a pour objet un dispositif de soudage d'une surface de jonction entre une première pièce et une deuxième pièce, plus particulièrement pour la soudure de contour de pièces moulées tridimensionnelles, une tête du dispositif de soudage ainsi qu'un procédé de soudage associé.
L'invention s'applique notamment à une soudure de feux arrière pour un véhicule automobile.
Il est connu un dispositif de soudure comprenant :
- une fibre optique de rayonnement laser apte à générer un faisceau lumineux dans une direction principale dite direction d'émission lumineuse,
- une tête mobile destinée à diriger le faisceau lumineux émis par la fibre optique sur la surface de jonction à souder,
- un châssis, et
- un bras monté articulé relativement au châssis pour commander le déplacement de la tête mobile.
La chaleur produite par le faisceau lumineux permet la soudure de la surface de jonction entre la première pièce et la deuxième pièce.
Néanmoins, un tel dispositif de soudure connu présente une structure complexe, comprenant de nombreux éléments, et il s'avère que la réalisation de chaque élément est délicate, de même que la réalisation de l'agencement de tous les éléments du dispositif, et en particulier de la tête mobile.
Cette structure, du fait de sa complexité, présente des problèmes de fiabilité, ce qui génère, en cas de disfonctionnement du dispositif de soudure, des surcoûts difficilement acceptables dans une chaîne industrielle.
Un autre inconvénient réside dans le poids global du dispositif de soudure, qui est un obstacle à son déplacement dans la chaîne de fabrication, ralentissant la vitesse de production des pièces et par conséquent le rendement de la chaîne de fabrication.
Par ailleurs, la tête mobile comprend souvent un prisme permettant de dévier orthogonalement la lumière du faisceau lumineux émis par la fibre optique depuis une entrée de la tête mobile jusqu'à la sortie de la tête mobile.
Un tel prisme doit être parfaitement positionné pour renvoyer le faisceau lumineux précisément dans la direction souhaitée en sortie de la tête mobile.
Or, l'insertion du prisme dans la tête mobile n'est pas une opération aisée et il arrive de ne pas disposer le prisme précisément à l'emplacement prévu, ce qui entraîne une imprécision dans la direction d'émission du faisceau lumineux, contribuant de ce fait aux problèmes de fiabilité du dispositif de soudure.
De plus, la tête mobile comprend une pluralité d'engrenages pour permettre une rotation de la tête mobile.
Cette pluralité d'engrenages est un ensemble complexe à réaliser qui présente également l'inconvénient que son entraînement est délicat à mettre en œuvre, impactant négativement la précision de déplacement du faisceau lumineux dirigé en sortie de la tête mobile pour souder la première pièce et la deuxième pièce.
Une telle imprécision dans la soudure effectuée peut conduire à une mauvaise soudure et par conséquent à des erreurs de fabrication inacceptables.
De plus, il n'est pas rare que, du fait que la tête du dispositif de soudage exerce une très forte pression sur les deux pièces au niveau de la surface de jonction pour assurer une bonne soudure, la pression soit telle que l'une des pièces se brisent. Les débris ainsi générés peuvent endommager la tête, et particulièrement une lentille de focalisation pour les rayons lumineux.
Une telle pression engendre une usure prématurée des engrenages situés dans la tête qui permettent de l'orienter convenablement.
Cette usure des engrenages se traduit par des poussières (issues des frottements entre les engrenages, ce sont des copeaux de métal) qui viennent se déposer sur la lentille.
Ce dépôt par la suite entraîne la divergence d'un faisceau laser alors qu'une bonne qualité de soudure nécessite au contraire de faire converger le plus possible le faisceau laser.
Le but de l'invention est de remédier au moins partiellement à ces inconvénients.
A cet effet, l'invention a pour objet une tête pour dispositif de soudage pour souder au moins une première pièce à au moins une deuxième pièce au niveau d'une surface de jonction, comprenant :
- au moins un moyen d'application d'un effort dudit dispositif sur la première pièce à proximité de la surface de jonction,
- au moins une cellule de charge apte à mesurer l'effort appliqué par le moyen d'application.
Ainsi, grâce à la présente invention, la cellule de charge assure un asservissement d'une vitesse de mouvement de la tête à une pression exercée par le moyen d'application, ce qui permet d'être plus régulier dans la façon de souder, notamment par modulation de puissance d'un laser.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête comprend un manchon et une bride de connexion de la tête audit dispositif, la bride de connexion étant fixée à une première extrémité du manchon, et la cellule de charge étant fixée à la bride de connexion.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la cellule de charge est fixée à une extrémité de la bride de connexion et le manchon à une autre extrémité de la cellule de charge.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la cellule de charge comprend des premiers moyens de centrage sur la bride de connexion.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la cellule de charge comprend des passages pour des moyens de fixation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la cellule de charge présente un profil identique à celui du manchon.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la cellule de charge est apte à générer un signal relatif à l'effort mesuré et est connectée à une carte électronique destinée à amplifier ledit signal.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen d'application est fixé sur une paroi du manchon.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le manchon comporte au moins un moyen de fixation apte à coopérer avec au moins un moyen de maintien du moyen d'application.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de maintien du moyen d'application sont des vis ou des écrous.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen d'application est une roue ou rouleau.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête comprend un amortisseur agencé de manière à pourvoir amortir un mouvement du moyen d'application.
Selon une autre caractéristique de l'invention, une extrémité de l'amortisseur est solidaire du moyen d'application.
Selon une autre caractéristique de l'invention, une autre extrémité de l'amortisseur est solidaire du manchon.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'amortisseur comprend au moins un moyen élastique apte à se déformer lorsque ladite tête tend à se rapprocher ou s'écarter de la surface de soudage.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen élastique est un ressort.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête comprend au moins un élément de guidage de lumière coopérant avec au moins une source lumineuse pour émettre via une face de sortie dudit élément de guidage un faisceau lumineux de soudage dans une direction dite direction d'émission.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément de guidage de lumière est une fibre optique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le faisceau lumineux de soudage est un faisceau laser.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête comprend au moins un premier élément de déviation optique apte à coopérer avec la face de sortie de l'élément de guidage de lumière.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête comprend au moins une plaque de maintien, le premier élément de déviation optique étant maintenu par ladite plaque.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la plaque de maintien est située à l'intérieur du manchon.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier élément optique est un moyen de collimation, par exemple un collimateur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le manchon présente une forme générale cylindrique de révolution, et la direction d'émission du faisceau lumineux coïncide avec un axe de symétrie du cylindre.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le centre de la face de sortie de l'élément de guidage coïncide avec l'axe de symétrie du cylindre.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête comprend au moins une source de rayonnement apte à émettre des rayons lumineux de sorte à chauffer la première pièce et/ou la deuxième pièce.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la source de rayonnement émet au moins en partie des rayonnements de longueur d'ondes comprises entre 400 nm et 700 nm.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la source de rayonnement présente une puissance de 800 W à 1200 W, de préférence de 900 W à 1 100 W, préférentiellement 1000W.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la source de rayonnement est une lampe incandescente à filament.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la lampe incandescente à filament est une lampe halogène.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête comprend un deuxième élément de déviation optique agencé de manière à focaliser les rayons lumineux issus de la source de rayonnement sur la surface de jonction.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le deuxième élément de déviation optique est fixé à une deuxième extrémité du manchon.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le deuxième élément de déviation optique est une lentille convergente.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête comprend un troisième élément de déviation optique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le troisième élément de déviation optique est situé dans le manchon, entre le premier élément de déviation optique et le troisième élément de déviation optique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le troisième élément de déviation optique est une lentille de collimation.
L'invention a également pour objet un dispositif de soudage pour souder au moins une première pièce à au moins une deuxième pièce au niveau d'une surface de jonction, comprenant :
- une tête de soudage telle que décrit précédemment, et
- une source lumineuse apte à coopérer avec ladite tête de soudage 5 pour former un faisceau lumineux de soudage.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la source lumineuse comprend au moins un élément émetteur à semi-conducteur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la source lumineuse est une diode laser.
i o Selon une autre caractéristique de l'invention, la source lumineuse est apte à émettre des rayons lumineux dont les longueurs d'onde sont comprises entre 850 nm et 1050 nm, de préférence entre 930 nm et 990 nm.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la source lumineuse 15 présente une puissance comprise entre 100 W et 150 W, de préférence entre 120 W et 140 W.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la carte électronique est agencée dans le dispositif de soudage.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un 20 moyen d'orientation agencé pour orienter la tête de soudage pour effectuer une soudure.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen d'orientation est un bras articulé.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le bras articulé comprend 25 au moins une première partie sensiblement allongée et au moins une deuxième partie sensiblement allongée, liées l'une à l'autre par un élément de liaison mécanique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins la première partie comprend au moins une rainure s'étendant sur au moins une partie 30 de la longueur de ladite partie de sorte que l'élément de guidage de lumière est positionné au moins partiellement dans ladite rainure. Selon une autre caractéristique de l'invention, la première partie est liée à une de ses extrémités à la bride de connexion de la tête par liaison mécanique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la cellule de charge comprend des deuxièmes moyens de centrage sur la première partie.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la cellule de charge comprend des passages pour des moyens de fixation entre la bride de connexion et la première partie.
L'invention a également pour objet un procédé de soudage d'une surface de jonction entre une première pièce et une deuxième pièce, comprenant une étape de chauffage par un faisceau lumineux émis en une sortie du dispositif de soudage tel que décrit précédemment.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape de chauffage et de l'étape de soudage sont concomitantes.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape de chauffage et de l'étape de soudage sont réalisées au même endroit de la surface de jonction.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend une application de pression constante du moyen d'application du dispositif de soudage tel que décrit précédemment sur la surface de jonction à souder.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'une des première et deuxième pièces est transparente au faisceau laser.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'une des première et deuxième pièces absorbe le faisceau laser.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la première pièce comporte au moins un polymère plastique, de préférence en polycarbonate.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la première pièce comporte du polycarbonate.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la deuxième pièce comporte au moins un polymère plastique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la première pièce comporte au moins un métal.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la deuxième pièce comporte au moins un métal.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend une étape de soudure et pendant lequel une vitesse de mouvement de la tête lors d'étape de soudure est asservie à une pression exercée par la tête lors de l'étape de soudure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre une vue en perspective d'un dispositif de soudure conforme à la présente invention ;
- la figure 2a illustre une représentation schématique d'une tête mobile du dispositif de soudure de la figure 1 ;
- la figure 2b illustre une vue en perspective des éléments compris dans la tête mobile de la figure 2a ;
- la figure 3 illustre un détail de la figure 2b ; et
- la figure 4 illustre une vue en perspective de la tête mobile de la figure 2b.
Dispositif de soudure
Comme visible sur la figure 1 , le dispositif de soudure selon la présente invention, référencé 1 sur les figures, comprend :
- une fibre optique 2 de rayonnement laser apte à générer un faisceau lumineux dans une direction dite direction d'émission lumineuse, - une tête mobile 3,
- un châssis 4, et
- un moyen d'orientation 5 agencé pour orienter la tête mobile 3 afin d'effectuer une soudure, comme il sera expliqué ultérieurement.
Sur la figure 1 , le moyen d'orientation 5 est un bras monté articulé relativement au châssis 4 pour commander le déplacement de la tête mobile 3.
Le dispositif de soudure 1 comprend également un bras principal 6 sur lequel le bras 5 est monté articulé relativement au châssis 4.
Comme visible sur la figure 1 , le bras articulé 5 comprend un arbre creux 7 et un arbre de commande 8 de la tête mobile 3.
L'arbre de commande 8 comprend une première portion 9 disposée solidaire en mouvement de l'arbre creux 7.
L'arbre de commande 8 comprend une deuxième portion 10 montée pivotante relativement à la première portion 9 par l'une 1 1 de ses extrémités 1 1 , 12.
L'autre 12 de ses extrémités est solidaire de la tête mobile 3.
Comme visible à la figure 1 , l'arbre creux 7 et la première portion 9 de l'arbre de commande 8 sont disposés sensiblement parallèlement l'un à l'autre.
L'arbre creux 7 s'étend depuis le bras principal 6 jusqu'à une extrémité libre 13.
L'arbre creux 7 présente une longueur l inférieure à une longueur L de la première portion 9 de l'arbre de commande 8.
La fibre optique 2 est positionnée dans le dispositif de soudure 1 de sorte que la fibre optique 2 traverse l'extrémité libre 13 de l'arbre creux 7 et longe la première portion 9 et la deuxième portion 10 de l'arbre de commande 8 jusqu'à la tête mobile 3. En d'autres termes, la fibre optique est dans un espace libre entre l'extrémité 13 de l'arbre creux 7 et la tête mobile 3.
Cet agencement de la fibre optique 2 parallèlement aux première et deuxième portions 9, 10 assure que la fibre optique pénètre un centre d'une entrée de la tête mobile 3.
Tête du dispositif de soudure
La tête mobile 3 va maintenant être détaillée.
La tête 3 permet la soudure d'au moins une première pièce à au moins une deuxième pièce au niveau d'une surface de jonction S, illustrée à la figure 1 .
Comme plus particulièrement visible sur les figures 2b et 4, la tête 3 comprend :
- au moins un moyen d'application 20 d'un effort du dispositif 1 sur la première pièce à proximité de la surface de jonction, et
- au moins une cellule de charge 22 de mesure de l'effort appliqué par le moyen d'application 20.
Chaque cellule de charge 22 comprend de préférence au moins un transducteur convertissant une force de pression exercée par ledit au moins un moyen d'application 20 du le dispositif 1 .
La cellule de charge 22 mesure en temps réel la pression exercée par la tête 3 sur la surface S, permettant une soudure fiable et homogène, comme il va être détaillé ci-après.
De préférence, la cellule de charge est apte à générer un signal relatif à l'effort mesuré et est connectée à une carte électronique destinée à amplifier le signal relatif à l'effort mesuré.
Comme visible sur les figures, le moyen d'application 20 est de préférence un rouleau.
En variante, le moyen d'application 20 peut également être une roue.
Comme visible sur la figure 4, la tête 3 comprend également un manchon 21 . La tête 3 comprend aussi une bride de connexion 23 de la tête 3 au dispositif 1 .
La bride de connexion 23 est fixée à une première extrémité 24 du manchon 21 .
La bride de connexion 23 permet de connecter la tête 3 au bras articulé
5.
La cellule de charge 22 est fixée à la bride de connexion 23.
Comme visible sur les figures, la cellule de charge 22 est fixée à une extrémité 25 de la bride de connexion 23 et le manchon 21 à l'autre extrémité 26 de la bride de charge 22.
De préférence, la cellule de charge 22 comprend des moyens de centrages sur la bride de connexion 23, de type goupille par exemple, non illustrés.
Avantageusement, la cellule de charge 22 comprend des passages pour des moyens de fixation, tels que des écrous ou des vis.
Comme il ressort des figures, la cellule de charge 22 présente un profil identique à celui du manchon 21 .
Le moyen d'application est fixé sur une paroi du manchon 21 .
Avantageusement, le manchon 21 comporte au moins un moyen de fixation apte à coopérer avec au moins un moyen de maintien du moyen d'application 20.
Les moyens de maintien du moyen d'application sont par exemple des vis ou des écrous.
Comme visible sur la figure 2a, la tête 3 comprend également un amortisseur 28 agencé de manière à pourvoir amortir un mouvement du moyen d'application 20.
L'amortisseur 28 comprend une première extrémité 29 solidaire du moyen d'application 20.
L'amortisseur 28 comprend une deuxième extrémité 30 solidaire du manchon 21 .
De préférence, l'amortisseur comprend au moins un moyen élastique 31 apte à se déformer lorsque la tête 3 tend à se rapprocher ou s'écarter de la surface de soudage. Sur le mode de réalisation illustré, le moyen élastique 31 est un ressort.
La tête 3 comprend également au moins un élément de guidage de lumière coopérant avec au moins une source lumineuse, non illustrée pour émettre via une face de sortie 34 de l'élément de guidage un faisceau lumineux de soudage F dans une direction X dite direction d'émission.
Par élément de guidage, on entend une pièce optique apte à guider de la lumière par réflexion interne totale de cette lumière, par exemple d'une zone d'entrée à une zone de sortie.
Sur le mode de réalisation illustré, l'élément de guidage de lumière est la fibre optique 2.
Avantageusement, le faisceau lumineux F de soudage est un faisceau laser.
Comme visible sur les figures, le manchon 21 présente une forme générale cylindrique de révolution, et la direction d'émission du faisceau lumineux F coïncide avec un axe de symétrie X du cylindre formant manchon 21 .
Le centre de la face de sortie de l'élément de guidage 32 coïncide avec l'axe de symétrie X du cylindre formant manchon 21 .
Le faisceau lumineux F émis par la fibre optique 2 traverse le manchon 21 sensiblement le long de la direction d'émission coïncidant avec l'axe de symétrie X du manchon.
La tête 3 comprend également au moins un premier élément de déviation optique 35 apte à coopérer avec la face de sortie 34 de l'élément de guidage de lumière 32.
Avantageusement, le premier élément optique 35 est un moyen de collimation.
Ainsi, sur le mode de réalisation illustré, le premier élément optique 35 est un collimateur.
De préférence, la tête 3 comprend aussi au moins un élément de plaque de maintien 36.
Comme visible sur les figures, le premier élément de déviation optique 35 est maintenu par la plaque de maintien 36.
La plaque de maintien est située à l'intérieur du manchon 21 . Comme visible sur les figures 2 à 4, la tête comprend au moins une source de rayonnement 40, dite source secondaire, apte à émettre des rayons lumineux de sorte à chauffer l'une des première et/ou deuxième pièces.
De préférence, la source de rayonnement secondaire est configurée pour générer au moins en partie des rayonnements de longueur d'ondes comprises entre 400 nm et 700 nm.
Avantageusement, la source de rayonnement secondaire présente une puissance de 800 W à 1200 W, de préférence de 900 W à 1 100 W, préférentiellement 1000W.
Avantageusement, la source de rayonnement est une lampe incandescente à filament, de préférence une lampe halogène.
Comme visible sur la figure 2, la source de rayonnement secondaire 40 comprend une pluralité de sources halogène 51 .
Les sources halogènes 51 sont positionnées, de préférence dans un même plan, autour d'un orifice central O de passage du faisceau lumineux F dans un support.
Comme visible sur les figures 2 à 4, la tête 3 comprend un deuxième élément de déviation optique 41 agencé de manière à focaliser les rayons lumineux issus de la source rayonnement 40 sur la surface de jonction S.
Le deuxième élément de déviation optique 41 est fixé à une deuxième extrémité 35 du manchon 21 .
Sur le mode de réalisation illustré, le deuxième élément de déviation optique 41 est une lentille convergente.
Avantageusement, un porte-lentille qui se visse ou s'encliquète à la deuxième extrémité 42 du manchon 21 permet de solidariser la lentille 41 au manchon 21 .
On note que le faisceau laser F traverse la lentille convergente 41 en son centre et n'est donc pas dévié par la lentille lorsqu'il la traverse.
Comme visible sur les figures 2 à 4, la tête 3 comprend un troisième élément de déviation optique 43. Le troisième élément de déviation optique 43 est situé dans le manchon 21 , entre le premier élément de déviation optique 35 et le deuxième élément de déviation optique 41 .
Le troisième élément de déviation optique 43 est avantageusement une lentille de collimation.
La lentille de collimation 43 permet de régler un diamètre du faisceau laser F et donc de le focaliser, ce qui assure un soudage plus large ou très fort sur un point choisi de la surface S.
La lentille de collimation 43 est de préférence motorisée pour obtenir le faisceau laser F voulu.
Comme visible sur les figures 2a et 2b, la fibre optique 2 pénètre dans la tête mobile 3 où elle traverse la cellule de charge 22 et la bride de connexion 23 jusqu'au collimateur 35.
Le collimateur dirige le faisceau lumineux F émis par la fibre optique 2 vers la lentille de collimation 43. puis la lentille convergente 41 .
Le faisceau lumineux F traverse alors le support des sources halogènes 51 par un orifice central O jusqu'à la lentille convergente 41 .
La lentille convergente 41 forme lentille de sortie où le faisceau lumineux F est focalisé sur la surface de jonction S.
L'étendue du faisceau lumineux F sur la surface de jonction assure le chauffage des pièces pour en permettre le soudage, comme il va être expliqué ci-après.
Les rayonnements émis par la source secondaire sont dirigés sur une portion de la surface de jonction proche de l'étendue du faisceau lumineux F, voire sur la même portion de la surface de jonction.
L'association de la source secondaire infrarouge à la source laser permet une meilleure homogénéité de température.
Comme il ressort particulièrement des figures 2a et 2b, la direction d'émission lumineuse du faisceau lumineux au niveau de l'entrée de la tête coïncide sensiblement avec la direction d'émission lumineuse du faisceau lumineux dans la tête mobile 3 jusqu'à la sortie 41 du faisceau lumineux F hors du dispositif de soudure 1 .
Cette direction coïncide avec l'axe optique X de la tête mobile 3.
Ainsi, le faisceau lumineux F se dirigeant selon la seule direction X dans la tête mobile 3, illumine directement la sortie 21 depuis l'entrée 20 de la tête mobile 3.
Comme visible sur la figure 4, le collimateur 35, la plaque de maintien 36, la lentille 43, ainsi que l'élément de support des sources secondaires 51 sont emmanchés dans le manchon 21 formant cylindre de protection.
Procédé de soudage
L'invention va maintenant être décrite en relation avec le procédé de soudage de la surface de jonction S entre la première pièce et la deuxième pièce.
Le procédé comprend une étape de chauffage et une étape de soudage par le faisceau lumineux F émis en sortie du dispositif de soudage 1 .
De préférence, l'étape de chauffage et l'étape de soudage sont concomitantes.
On note qu'avantageusement l'étape de chauffage et de l'étape de soudage sont réalisées dans une même zone de la surface S.
Avantageusement, le moyen d'application 37 du dispositif de soudage 1 applique pendant le soudage une pression constante sur la surface de jonction à souder.
De préférence, la vitesse de la tête 3 lors de la soudure est asservie à la pression exercée par la tête 3 lors de la soudure.
Avantageusement, le procédé comprend une étape préalable d'entrée d'une cartographie de pressions de référence à atteindre selon l'endroit où se trouve la tête du robot sur la surface S.
Ensuite, le procédé comprend une étape de mesure de la pression temps réel par la cellule de charge 22, au cours du soudage.
Puis, le procédé comprend une étape de comparaison entre la cartographie de référence et la valeur mesurée par la cellule de charge.
Ensuite, le procédé comprend une étape d'ajustement de la force d'application exercée par le moyen d'application 20 en fonction de la vitesse de la tête de soudage 3 et, de préférence, de l'élasticité de la pièce à l'endroit de l'opération de soudage dans la surface S.
Il en résulte une soudure fiable et homogène de la surface de jonction S.
Le procédé selon la présente invention s'applique avantageusement à des pièces telles que l'une des première et deuxième pièces est transparente au faisceau laser tandis que, de préférence, l'autre pièce absorbe le faisceau laser.
La pièce absorbante absorbe le faisceau laser, ce qui a pour effet de faire fondre par échauffement ladite pièce et puis de faire fondre la pièce transparente par conduction thermique entre la pièce absorbante et la pièce transparente.
Avantageusement, la première pièce comporte au moins un polymère plastique, de préférence en polycarbonate.
Par exemple, la deuxième pièce comporte au moins un polymère plastique.
En variante, la première pièce comporte au moins un métal et /ou la deuxième pièce comporte au moins un métal.
Le chauffage est concomitant au faisceau laser F. Il permet de chauffer essentiellement la pièce transparente. Cela a pour conséquence une meilleure conformation de celle-ci par rapport à la pièce absorbante et donc une meilleure mise en contact des deux pièces, du fait en particulier qu'il y ait moins d'air au niveau de la surface de jonction entre les deux pièces.
Avantages
La présente invention présente de nombreux avantages, dus à l'agencement des bras du dispositif de soudure et de la disposition de la fibre optique parallèle au bras de commande d'une part, ainsi que, d'autre part, de la disposition des éléments dans la tête mobile.
En particulier, cet agencement assure que le faisceau lumineux émis par la fibre optique présente un trajet rectiligne le long d'une seule direction depuis l'entrée de la fibre optique dans la tête mobile jusqu'à la sortie du faisceau lumineux hors du dispositif de soudure.
Ce trajet rectiligne permet de s'affranchir du prisme de déviation utilisé dans l'état de la technique, de simplifier la structure de la tête mobile, et, d'améliorer la précision du contrôle du trajet du faisceau lumineux sur la surface à souder.
De plus, la cellule de charge et le capteur de force assurent une très grande fiabilité du dispositif de soudure sans nécessiter de recourir au système complexe d'engrenages de l'état de la technique.
Par ailleurs, contrairement à l'état de la technique, il n'y a plus de mouvement à l'intérieur même de la tête.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Tête pour dispositif de soudage (1 ) pour souder au moins une première pièce à au moins une deuxième pièce au niveau d'une surface de jonction (S), comprenant :
- au moins un moyen d'application (20) d'un effort dudit dispositif (1 ) sur la première pièce à proximité de la surface de jonction,
- au moins une cellule de charge (22) apte à mesurer l'effort appliqué par le moyen d'application (20).
2. Tête selon la revendication 1 , comprenant un manchon (21 ) et une bride de connexion (23) de la tête (3) audit dispositif (1 ),
- la bride de connexion (23) étant fixée à une première extrémité (26) du manchon (21 ), et
- la cellule de charge (22) étant fixée à la bride de connexion
(23).
3. Tête selon la revendication précédente, dans laquelle la cellule de charge (22) présente un profil identique à celui du manchon (21 ).
4. Tête selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la cellule de charge (22) est apte à générer un signal relatif à l'effort mesuré et est connectée à une carte électronique destinée à amplifier ledit signal.
5. Tête selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le moyen d'application (20) est solidaire d'une paroi du manchon (21 ).
6. Tête selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un amortisseur (28) agencé de manière à pourvoir amortir un mouvement du moyen d'application (20).
7. Tête selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un élément de guidage (2) de lumière coopérant avec au moins une source lumineuse pour émettre via une face de sortie dudit élément de guidage un faisceau lumineux de soudage dans une direction (X) dite direction d'émission.
8. Tête selon la revendication précédente, comprenant au moins un premier élément de déviation optique (35) apte à coopérer avec la face de sortie de l'élément de guidage de lumière.
9. Tête selon l'une des revendications 7 ou 8, dans laquelle le manchon (21 ) présente une forme générale cylindrique de révolution, et la direction d'émission du faisceau lumineux (F) coïncide avec un axe de symétrie (X) du cylindre.
10. Tête selon la revendication précédente, dans laquelle un centre de la face de sortie de l'élément de guidage coïncide avec l'axe de symétrie (X) du cylindre.
1 1 . Tête selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une source de rayonnement apte à émettre des rayons lumineux de sorte à chauffer la première pièce et/ou la deuxième pièce.
12. Tête selon la revendication précédente, comprenant un deuxième élément de déviation optique (41 ) agencé de manière à focaliser les rayons lumineux issus de la source de rayonnement sur la surface de jonction.
13. Dispositif de soudage pour souder au moins une première pièce à au moins une deuxième pièce au niveau d'une surface de jonction, comprenant : - une tête de soudage (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et
- une source lumineuse apte à coopérer avec ladite tête de soudage pour former un faisceau lumineux de soudage (F).
14. Dispositif selon la revendication précédente, comprenant un moyen d'orientation (5) agencé pour orienter la tête de soudage (3) pour effectuer une soudure.
15. Procédé de soudage d'une surface de jonction (S) entre une première pièce et une deuxième pièce, comprenant une étape de chauffage par un faisceau lumineux (F) émis en une sortie (21 ) du dispositif de soudage (1 ) selon l'une des revendications 13 ou 14.
1 6. Procédé de soudage selon la revendication précédente, comprenant une étape de soudure et pendant lequel une vitesse de mouvement de la tête lors d'étape de soudure est asservie à une pression exercée par la tête lors de l'étape de soudure.
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