CA2111346A1

CA2111346A1 - Welding machine having automatic penetration-related control

Info

Publication number: CA2111346A1
Application number: CA 2111346
Authority: CA
Inventors: Alain Dillet; Diane De Prunele
Original assignee: Individual
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1993-01-07
Also published as: FR2678191A1; FR2678191B1; WO1993000196A1; JPH06510485A; EP0591400A1

Abstract

2111346 9300196 PCTABS00161 L'asservissement en pénétration est obtenu en mettant en oeuvre une combinaison de l'asservissement du bombe-endroit par correction du courant de soudage avec la régulation d'une tension d'arc par ajustage de la hauteur de tête de soudage. Une mesure de la tension d'arc est introduite dans une électronique (20, 22) qui en déduit le mouvement à appliquer à la tête de soudage pour que ladite tension reste constante. De même, la tête de soudage (1) comprend des moyens de mesure (15, 16) de la hauteur de tête. Cette valeur étant introduite dans une électronique (23, 25) qui en déduit le courant de soudage à appliquer à la machine. L'invention peut s'appliquer à de nombreux domaines de haute technologie nécessitant un soudage automatique tels que l'aéronautique ou le nucléaire.2111346 9300196 PCTABS00161 The penetration servo is obtained by implementing a combination of the bomb-place control by correcting the welding current with the regulation of an arc voltage by adjusting the height of the welding head. A measurement of the arc voltage is introduced into electronics (20, 22) which deduces the movement to be applied to the welding head so that said voltage remains constant. Similarly, the welding head (1) comprises means (15, 16) for measuring the head height. This value is introduced into electronics (23, 25) which deduce therefrom the welding current to be applied to the machine. The invention can be applied to many high-tech fields requiring automatic welding such as aeronautics or nuclear.

Description

7~ 4 ~
` ~ W093/00196 - PCT/FR92/00601 MACHINE ~F SOUDAGE ASSERVIE EN PENETRA~ION

DESCRIPTIOI~
La pr~sente invention concerne une machine de soudage utilisant la vision de la scène de soudage pour r~aliser un soudage automatique de qualite.
La mach;ne de soudage est asservie en penetration~
c'est-~-dire qu'eLle corrige elle-même~ en temps reel, les paramètres de soudage caracterisant la penetration.
On appelle penetration la profondeur sur laquelle le metal de base a effectivement éte fondu lors de l'op~ration de soudage. Une so~dure de bonne qualite necessite une fusion sur la totalit~ de l'~epaisseur, ce qui entraîne gen~ralement une lég~re surepaisseur en~ers (bombé-envers). S'il y a de plus un apport de metal au moment du soudage, on ajoute du volume a la partie fondue, ce qui se traduit géneralement par une surepaisseur endroit (bombe-endroit~ du cor~on terrnin~. Les bomb~s endroit et envers, ainsi que leurs largeurs, font en general partie des specifications d'acceptation d'une soudure.
La pr~sente invention s'applique au cas où ledit cordon de soudure est effectué avec un fil d'apport en proc~de TIG ~soudage par ga~ inerte avec électrodes de tungstene) et peut varier notamment en bombé-endroit.
La présente invention peut avoir des applications dans de nombreux domaines et, en particulier, dans les industries de haute technologie, telles que le spatial, le nucléaire, l'aeronautique et l'agro-alimentaire.

4 ~
.~ . ~, . . . . . . . . .
.,........................................................ , ;

Il est connu, dans la plupar~ des machines de soudage automatique, de reproduire de façon systématique, des séquences de soudage pour lesquelles les param~tres de soudage ~ s au proc~dé e~ ~ la trajectoire) sont mis au point pour des conditions nominales, puis enregistrées et reproduites quelles que soient les conditions réelles du soudage.
Un dispositif d~crit dans le document JP-A-60 ~06 576 permet de réaliser une profilomét.rie du joint de soudage sur une caméra vid~o sur laquelle est enregitré un profil de _référence. Ce dispositif comporte des moyens pour commander la hauteur de la tête de soudage afin de se placer dans les conditions de référence.
Cependant, en fonctionnement de production, les conditions de soudage sont rarement constantes et présentent, en gén~ral, des perturbations al~atoires qui peuvent conduire à des conditions d~passant les valeurs de tolérance acceptables et ainsi provoquer des défauts, voire des rebuts.
Quelques dispositifs existent néanmoins, qui tiennent compte de ces perturbations al~atoires et tentent de limiter leurs cons~uences. Ces dispositifs comportent, en g~néral~ des capteurs venant se greffer sur des installations pr~exis~antes.
Le livre ~Robots de Soudage, Capteurs et Adapt~tivit~ de Trajectoire", publi~ par les Editions HERMES, sous la plume de JM. DETRICHE, r~pertorie la plupart de ces dispositifs.
Un dispositif dé~rit dans le document US-A-4 767 9ll permet de d~terminer des indications relatives ~ l'état de la p~n~tration du bain de soudure. Un tel dispositif ne permet pas d'asservir la pén~tration du bain de soudure à une valeur constante 3S quelles que soient les conditions de soudage.

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~EUILLI~ D~ R~M~LACEMENT

~ 2111346 : ' . Un autre document, d~crit dans la publi~ation IEEE Industry Applications Society Annual Mee~ing, vol. I, 23 octobre 1987, pages 453 ~ 458 de K. OSHIMA, décrit un dispositif de soudage assist~ par . 5 ordinateur permettant d'agir sur des param~tres de soudage. Cependant, ce dispositif ne peut être utilise que dans le cas de soudage MIG (soudage ~ l'arc en ~tmosph~re inert~) ~ électrode consommable ; il ne peut etre utilisé pour un soudage TIG dont les paramètres ~0 diff~rent du soudage MIG.
De plus, un _ dispositif de contrôle automatique de la pénétration a été décrit dans la revue "Welding Institute Bulletin" de Mai/Juin 1990, par Messieurs D. HARYEY et B. LUCAS. Ce dispositif permet en effet de maintenir la pénétration par correction de la forme du courant de soudage à des valeurs désirées grâce à une caméra vidéo. A cet effet, cette caméra transforme en signal vidéo le niveau de lumière observé ~u côte opposé ~ la torche de soudage, par une lentille optique envoyant ladite information à
la caméra par l'interm~diaire d'un guide de lumière. 7 :
.
B 10990.3 BM.

F~:UI~I E C~E R~Mi~G~Nl WO93/00196 21~ 13 4 6 PCT/FR92/00601 Le si~nal video ainsi obtenu en sortie de la camera est amplifie et compar~ a une consigne de r~ference permettant l'obtention d'un degre de penetration choisi.
Ce dispositif a l'inconvenient majeur de necessiter une vision envers, ce qui pose des problèmes d'accessibilite à la face envers et de synchronisation entre torche et camera.
De façon judicieuse, la pr~sente invention permet de pa~lier a ces inconvenients et de corriger les paramètres de penetration automatiquement et en ternps reel.
La machine de soudage, selon l'invention, met en oeuvre, ~ partir de moyens de traitement commandant une tête de soudage, un asservissement en p~netration. Une combinaison d'un asservissement par le courant de soudage avec une regulation de la tension d'arc assure cette pen~tration quasi constante du soudage.
De façon plus pr~cise, la presente invention concerne une machine de soudage asservie, comprenant :
- une tête de soudage ;
- des moyens d'alimentation ~lectrique de cette tête assurant une certaine tension d'arc et un certain courant de soudage ;
- des moyens de commande et traitement pour obtenir une penetration de soudage (appropriée) constante, caracterisee en ce que :
- la tete de soudage, positionnee à une hauteur mesurab~e par rapport à une zone de soudage, est commandable dans le sens de la hauteur ;
- les moyens de commande et de traitement pour obtenir une penetration constante comprennent, d'une part wo ~ 3 a~ 6 PCr/FR92/0060~

des moyens aptes à commander la hauteur de la tete de soudage, pour asservir la tension d'arc à une premi~re valeur de consigne et d'autre part des moyens aptes à commander le courant de soudage pour asservir le bomb~-endroit a une seconde valeur de consigne.
Dans le present texte~ on emploie le terme "hauteur de tête" en reference à un soudage en position à plat ; dans le cas d'un soudage dans une autre position, par exemple verticale montante, il est clair qu'il s'agirait de la distance entre la tête et le plan tangent ~ la surface de soudage.
De- facon avantageuse, la tête de soudage comprend des moyens pour emettre des spots lumineux sur la zone de soudage~ Elle comprend, de plus, des moyens pour observer La zone de soudage, eux-mêmes ~tant composes d'au moins un détecteur de position des spots apte ~ d~terminer, à partir desdites positions des spots, la hauteur de la tête de soudage.
2û Selon l'invention, les moyens pour commander la hauteur de tête comprennent :
- un comparateur ayant une première entrée recevant un premier signal correspondant a la tension d'arc mesur~e et une seconde entrée recevant un second signal corresponclant ~ une valeur de consigne, et une sortie ;
- un regulateur de hauteur de tete ayant une entr~e reliee à la sortie du comparateur et une sortie reliee ~ des moyens de modi~ication de la hauteur de tête de soudage.
De même, les moyens pour commander le courant de soudage comprennent :
- un comparateur ayant une première entree recevant un premier signal correspondant à la hauteur mesuree 21~i~34~
? W093/00196 PCT/FR92/0~01 et une deuxieme entr~e recevant un second signal correspondant à une valeur de cons;gne, et une sortie ;
- un r~gulateur de courant ayant une entree reliee a la sortie du comparateur et une sortie reli~e à un generateur de soudage a(inentant la tête de soudage en courant.
De preference, les moyens pour observer la zone de soudage comprennent une cam~ra de prise de vues. Dans une variante de l'invention, les moyens de determination de position des spots sont confondus avec cette camera.
D'autre part, de preference ~galement, ladite cam~ra de prise de vues est reli~ee ~ un moniteur de visualisation d'images, ledit moniteur etant apte à per~ettre une surveillance à distance des conditions dans lesquelles est execut~ le soudage.
Dlautres caract~ristiques et avantages de l'invent;on ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnee à titre illustratif et non limitatif, en ref~rence au dessin.
La figure unique, jointe en annexe, represente, de facon sch~matique, la machine de soudage avec sa tête de soudage et ses moyens de traitement.
Asservir en p~netration la machine de soudage selon l'invention consiste à~ asservir, à une valeur constante, un paramètre caracteristique de la p~netration, par exemple le "bombe-envers" du cordon de soudure, en corrigeant le courant de soudage à
partir de la mesure du "bombe-endroit" dudit cordon.
On comprendra par "bombe-envers", la surepaisseur envers du cordon de soudure, observee du côte opposé à la tête cle soudage, qui constitue souvent un critere d'acceptabilit~ de la soudure.

21~ ~34G - :
WO93/00196 PCT/FR92~0060i Le parametre bombe-endroit peut être mesur~, en fait, à partir de la mesure de la hauteur de la tête de soudage au-dessus de la scène de soudage.
Cette mesure s'effectue, cependant, lorsque la condition suivante est verifi~e : la tension d'arc doit être asservie à une valeur constan~e. Cette regulation de la tension dlarc s'effectue par ajustage de la hauteur de La tête de soudageO
Une combinaison entre certains param~tres existe donc puisque, indirectement, le courant de soudage varie en fonction de la hauteur de tête, et puisque les variations de hauteur de tête permettent de modifier la tension d'arc.
Des lois de correlation, nommées aussi "relations" au cours de la description, peuvent etre d~termin~es entre differents parametres. Pour etre exploitables en vue d'un asservissement, ces lois de correLation doivent être bi-univoques, c'est-à-dire monotones et de pente non nulle. Une telle loi de corr~lation existe entre le bombe-envers et le courant de soudage. Une seconde loi de correlation s'etablit entre le bomb~-envers et le bombé-endroit dudit cordon.
Sur la figure~ on a representé la machine de soudage selon l'invention. Cette machine de soudage se compose essentiellement d'une tête de soudage 1, de moyens de traitement 2 et d'un moniteur de visualisation 3~
La tete de soudage 1 comporte une torche de soudage 10 se terminant par une ~lectrode de soudage 11. Cette torche de soudage 10 permet un soudage de type ~IG (soudage sous gaz inerte avec electrode de tungstène) avec apport de fil. Son electrode 11 est apte à produire un arc electrique dont la puissance 4 ~
L;~ WO 93/001~6 PCl`/FR92/00601 est fonction de la tension d'arc et du courant d'arc rer~us par la torche de soudage 10.
Des moyens d'~clairage 12 perrnettent d'emettre, sur la zone de soudage, des spots lumineux 5 13. On nomme zone de soudage, la portion du plan de soudage dans lequel se trouve l'electrode 11, un morceau de cordon de soudage et le joint sur lequel on chershe à effectuer la soudure. Les moyens 12 pour emettre des spots sont orient~s vers l'avant 1û de la torche 10, par rapport ~ la direction du soudage.
Cette orientation est o~timale pour un angle d'environ 4S par rapport à l'arc optique des moyens d'observation (14 ~ 17). Elle permet ainsi une projection opt;male des spots 13 s~r ladite zone.
On peut ainsi mesurer la hauteur de tête par une methode connue de triangulation.
Positionnes en avant de la torche de soudage 10, les moyens 14 ~ 17 pour observer la zone de soudage permettent de visualiser ladite zone et de mesurer certains de ses paramètres. n effet, ces moyens 14 à 17 pour observer la zone de soudage comprennent une optique 17 de vi~sualisation, un separateur 15 de faisceau et une camera 14 de prise de vues. `
Le s~parateur 15 de faisceau assure la formation de l'image de la zone de soudage dans la chambre de mesure 16 compl~mentaire. Dans cette chambre 16, sont impLantes un ou deux détecteurs lineaires de position des spots lumineux 13. Ces d~tecteurs de position sont de type standard et sont cales par construction pour obser~er lesdits spots 13.
En effet, ces detecteurs permettent de determiner la hauteur de la t~ete de soudage à partir de la position des spots sur la zone de soudage.

2l1134~
WO93/00196 PCI`/FR~2/0060l Il s'agit par exemple de circuits de type PSD (Posit;on Sensing Device) analogi~ues, donnant, par assoc;ation avec une ~lectronique adéquate, la position longitudinale du "centre de gravite" d'un spot lumineux projet~ sur une barrette photosensible.
La cam~ra 14 de prise de vues est de type CCD (à transfert de charge) pour une mei lleure qualite d'image du fait de sa resistance à l'~blouissement et de sa relative insensibilite aux sevères conditions 1Q electromagnetiques presentes ~à courte distance de l'arc.
Cette camera 14 est reliee, en sortie, a un moniteur 3 de visualisation. Ce moniteur 3 est, selon le mode de réalisation d~crit, de type monochrome. Une première fonction de ce moniteur est de permettre ~ l'utilisateur la surveillance à distance de la zone de soudage. Une seconde fonction permet d'optimiser exp~rimentalement les conditions de prise de vues et, en particulier~ de s'assurer ~0 que les d~tecteurs de position des spots, dont la position est rep~ree de façon fixe sur le moni~eur 3, travaillent bien dans des conditions convenables tà savoir : zone de soudage dégagée, pas de reflets..... .........~ ).
Les trajets optiques, en provenance des moyens 12 d'~mission des spots et des moyens 14 a 17 d'observation de la zone de soudage~ traversent par des fenêtres transparentes une buse 18 pour converger sur la tôle a souder aux environs de la 3G pointe de l'électrode 11.
De plus, la mesure de position resultant des PSD de la chambre 16 est envoyee, en sortie, aux moyens 2 de traitement de la penetration. Ces WO 93/~0196 PCI'/FR92~00601 moyens 2 comprennent, d'une part, des moyens 20 à
22 d'asservissement de la tension d'arc et, d'autre part, des moyens d'asservissement 23 ~ 25 du courant de soudage.
Les moyens 20 à 22 d'asservissement de la tension d'arc comprennent une e~ectronique 21 de comparaison ~un amplificateur différentiel, par exemple) permettant de comparer, ~ une consigne de tension d'arc reçue en entr~e E2 de ladite électronique 21, la tension d'arc mesur~e au niveau cle la torche 10 de soudage et recue en entrée E1 dudit comparateur 21. En sortie S dudit comparateur 21, l'erreur de tension d'arc resultante est introduite dans un r~gulateur 20 de hauteur de tête puisque, comme ~ecrit pr~cedemment, la tension d'arc peut etre regulée par ajustage de la hauteur de tête. La sortie dudit regulateur 20 est connectee à des moyens 22 de mouvements de la hauteur de tête.
De ~acon parallèle, les moyens 23 à 25 7 ~ 4 ~
`~ W093 / 00196 - PCT / FR92 / 00601 MACHINE ~ F SERVO WELDING IN PENETRA ~ ION

DESCRIPTIOI ~
The present invention relates to a machine welding using vision of the welding scene to achieve a quality automatic welding.
The welding machine is enslaved in penetration ~
that is to say that she corrects herself in time real, the welding parameters characterizing the penetration.
We call penetration the depth on which base metal was actually melted during the welding operation. So good quality requires a merger on the totality of the thickness, which generally results in a slight extra thickness in ~ ers (curved upside down). If there is more a contribution of metal at the time of welding, we add volume to the melted part, which translates usually by an extra thickness (bomb-place ~ of the horn ~ on terrnin ~. The bomb ~ s place and upside down, as well as their widths, make in general part of the acceptance specifications for a weld.
The present invention applies to the case where said weld bead is made with filler wire in proc ~ TIG ~ ga welding ~ inert with electrodes tungsten) and can vary especially in domed-place.
The present invention may have applications in many areas and, in especially in high-tech industries, such as space, nuclear, aeronautics and the food industry.

4 ~
. ~. ~,. . . . . . . . .
., ................................................ ........,;

It is known in most machines automatic welding, reproducing so systematic, welding sequences for which the welding parameters ~ s at the process ~ th ~ ~ the trajectory) are developed for conditions nominal, then recorded and reproduced whatever are the actual welding conditions.
A device described in the document JP-A-60 ~ 06 576 allows profilometry of the welding joint on a video camera on which is saved a _reference profile. These measures includes means for controlling the height of the welding head in order to be placed in the conditions reference.
However, in production operation, welding conditions are rarely constant and present, in general, random disturbances which can lead to conditions passing the acceptable tolerance values and thus cause faults or even rejects.
Some devices exist nevertheless, which take into account these random disturbances and are trying to limit their consequences. These devices include, in g ~ néral ~ sensors grafted on pre-existing installations.
The Book ~ Welding Robots, Sensors and Adapt ~ tivit ~ de Trajectoire ", published by Editions HERMES, under the pen of JM. DETRICHE, lists the most of these devices.
A device described in the document US-A-4 767 9ll allows to define indications relating to the state of penetration of the bath welding. Such a device does not make it possible to enslave the penetration of the solder bath to a constant value 3S whatever the welding conditions.

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~ EUILLI ~ D ~ R ~ M ~ LACEMENT

~ 2111346: ' . Another document, described in publi ~ ation IEEE Industry Applications Society Annual Mee ~ ing, vol. I, October 23, 1987, pages 453 ~ 458 of K. OSHIMA, describes a welding device assisted by . 5 computer allowing to act on parameters of welding. However, this device cannot be used than in the case of MIG welding (arc welding in ~ tmosph ~ re inert ~) ~ consumable electrode; he can not be used for TIG welding whose parameters ~ 0 diff ~ rent from MIG welding.
In addition, a _ control device automatic penetration was described in the "Welding Institute Bulletin" review of May / June 1990, by Messrs. D. HARYEY and B. LUCAS. These measures helps maintain penetration by correction of the shape of the welding current at desired values through a video camera. To this end, this camera transforms the level of light observed ~ opposite side ~ the welding torch, by an optical lens sending said information to the camera through a light guide. 7 :
.
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F ~: UI ~ IEC ~ ER ~ Mi ~ G ~ Nl WO93 / 00196 21 ~ 13 4 6 PCT / FR92 / 00601 The video signal obtained from the camera is amplified and compared to a reference setpoint allowing obtaining a degree of penetration selected.
This device has the major disadvantage of require upside-down vision, which is problematic accessibility to the reverse side and synchronization between torch and camera.
Judiciously, the present invention allows to overcome these drawbacks and to correct the penetration parameters automatically and in real ternps.
The welding machine according to the invention, implements, ~ from processing means controlling a welding head, a servo in penetration. A combination of a servo by the welding current with a regulation of the arc voltage ensures this penetration almost welding constant.
More precisely, the present invention relates to a slave welding machine, comprising:
- a welding head;
- ~ electric supply means of this head ensuring a certain arc voltage and a certain welding current;
- control and processing means to obtain constant (appropriate) welding penetration, characterized in that:
- the welding head, positioned at a height measurable with respect to a welding area, is controllable in the height direction;
- the control and processing means to obtain constant penetration include, on the one hand wo ~ 3 to ~ 6 PCr / FR92 / 0060 ~

means capable of controlling the height of the head welding, to control the arc voltage to a first setpoint and secondly means capable of controlling the welding current to enslave the bomb ~ -place has a second value setpoint.
In this text ~ we use the term "head height" in reference to welding in position flat ; in the case of welding in another position, for example vertical rising, it is clear that this would be the distance between the head and the plane tangent to the welding surface.
Advantageously, the welding head includes means for emitting light spots on the welding area ~ It also includes ways to observe the welding area, themselves ~ both composed of at least one position detector spots apt ~ to ~ finish, from said spot positions, height of the welding head.
2û According to the invention, the means for controlling head height include:
- a comparator having a first input receiving a first signal corresponding to the arc voltage measur e and a second input receiving a second signal corresponding to a set value, and an outlet;
- a head height regulator having an input connected to the comparator output and an output connected ~ means of modi ~ ication of the height welding head.
Likewise, the means for controlling the current welding include:
- a comparator having a first input receiving a first signal corresponding to the height measured 21 ~ i ~ 34 ~
? W093 / 00196 PCT / FR92 / 0 ~ 01 and a second input receiving a second signal corresponding to a value of set; gne, and a exit ;
- a current regulator having a connected input at the output of the comparator and a connected output to a welding generator with (indenting the head of current welding.
Preferably, the means to observe the welding area include a plug camera of views. In a variant of the invention, the means to determine the position of the spots are confused with this camera.
On the other hand, preferably ~ also, said camera is connected to a monitor for viewing images, said monitor being suitable to per ~ etre remote monitoring of conditions in which welding is executed.
Other features and benefits of the invention; we will emerge better from the description which will follow, given by way of illustration and not limiting, with reference to the drawing.
The single figure, attached in annex, represents, schematically, the welding machine with its welding head and its processing means.
Control the welding machine in operation according to the invention consists in ~ slaving, to a value constant, a characteristic parameter of the p ~ netration, for example the "reverse bomb" of the cord welding, correcting the welding current to from the measurement of the "bomb-location" of said cord.
We understand by "reverse bomb", the excess thickness of the weld bead, observed on the side opposite the welding head, which constitutes often a criterion for acceptability of the weld.

21 ~ ~ 34G -:
WO93 / 00196 PCT / FR92 ~ 0060i The bomb-location parameter can be measured ~, in fact, from the measurement of the height of the welding head above the welding scene.
This measurement is made, however, when the following condition is verified: the arc voltage must be slaved to a constant value. This regulation of the voltage of the arc is carried out by adjustment of the height of the welding headO
A combination of certain parameters therefore exists since, indirectly, the current of welding varies depending on the head height, and since head height variations allow to modify the arc voltage.
Correlation laws, also called "relations" during the description, can be defined between different parameters. To be exploitable with a view to enslavement, these laws of correLation must be bi-unequivocal, that is to say monotonous and non-zero slope. Such a law of corr ~ lation exists between the reverse bomb and the current welding. A second correlation law is established between the bomb ~ -upside and the convex-location of said cord.
In the figure ~ we have represented the machine welding according to the invention. This welding machine basically consists of a welding head 1, processing means 2 and a monitor viewing 3 ~
The welding head 1 has a torch welding 10 ending with a welding electrode 11. This welding torch 10 allows welding type ~ IG (welding under inert gas with electrode tungsten) with wire supply. Its electrode 11 is capable of producing an electric arc whose power 4 ~
L; ~ WO 93/001 ~ 6 PCl` / FR92 / 00601 is a function of the arc voltage and the arc current rer ~ us by the welding torch 10.
Lighting means 12 allow to emit light spots on the welding area 5 13. The portion of the plane is called the welding zone welding in which the electrode 11 is located, a piece of welding bead and the joint on which we cherish welding. The means 12 to emit spots are oriented ~ s forward 1û of the torch 10, relative to the welding direction.
This orientation is o ~ timal for an angle of about 4S compared to the optical arc of the means observation (14 ~ 17). It thus allows a opt; male projection of spots 13 s ~ r said area.
We can thus measure the head height by a known method of triangulation.
Position in front of the welding torch 10, the means 14 ~ 17 for observing the welding zone allow to visualize said area and measure some of its parameters. n indeed, these means 14 to 17 to observe the welding area include an optic 17 of vi ~ sualisation, a separator 15 beam and a camera 14 for taking pictures. ``
The beam splitter 15 ensures the image of the welding area in the additional measuring chamber 16. In this room 16, one or two linear detectors are required position of the light spots 13. These detectors of position are of standard type and are wedged by construction to observe these spots 13.
Indeed, these detectors allow to determine the height of the welding head from the position of the spots on the welding area.

2l1134 ~
WO93 / 00196 PCI` / FR ~ 2 / 0060l These are for example circuits of the type PSD (Posit; on Sensing Device) analogi ~ ues, giving, by association with adequate electronics, the longitudinal position of the "center of gravity" of a project light spot ~ on a photosensitive strip.
The camera ~ 14 for taking pictures is of the type CCD (charge transfer) for better quality image due to its resistance to glare and its relative insensitivity to severe conditions 1Q electromagnetic present ~ short distance from the arc.
This camera 14 is connected, at the output, has a viewing monitor 3. This monitor 3 is, according to the described embodiment, of the type monochrome. A first function of this monitor is to allow user monitoring away from the welding area. A second function allows to optimally optimize the conditions to take pictures and, in particular, to make sure ~ 0 as the spot position detectors, including the position is permanently fixed on the monitor 3, work well under suitable conditions t to know: open welding area, no reflections ..... ......... ~).
The optical paths, coming from means 12 of ~ spot and means mission 14 a 17 observation of the welding area ~ cross through transparent windows a nozzle 18 for converge on the sheet metal to be welded around the 3G electrode tip 11.
In addition, the resulting position measurement PSDs from chamber 16 are sent out, to means 2 for processing penetration. These WO 93 / ~ 0196 PCI '/ FR92 ~ 00601 means 2 include, on the one hand, means 20 to 22 of arc voltage control and, on the other share, current control means 23 ~ 25 welding.
The means 20 to 22 of control of the arc voltage include an electronic ~ 21 of comparison ~ a differential amplifier, by example) allowing to compare, ~ a setpoint of arc voltage received at input E2 of said electronics 21, the arc voltage measured at the level of the torch 10 welding and receiving at input E1 of said comparator 21. At the output S of said comparator 21, the error of resulting arc voltage is introduced into a head height regulator 20 since, as written previously, the arc voltage can be regulated by adjusting the head height. The exit of said regulator 20 is connected to means 22 of head height movements.
From ~ parallel acon, means 23 to 25

2~ d'asservissement du courant de soudage comprennent une ~lectronique de comparaison 24 (amplificateur ~ differentiel), ~ peu près identique à l'electror,ique 21, permettant de comparer~ ~ une consigne de hauteur reçue sur l'entree e2, la valeur de la hauteur mesuree par les dëterteurs de position de spots et reçue en entr~e e1 du comparateur 24~ La sortie s dudit comparateur 24 envoie l'erreur de hauteur resultante sur un regulateur 23 de courant ; en effet, comme explique prec~demment, le courant de soudage permet de piloter la penétration. Ainsi, la correction de courant obtenue est envoyee dans un g~n~rateur 25 de soudage qui modifie le courant d'alimentation de la tête de soudage.

21;~13~6 WO 93/00196 PCT/~R92~0060~

Grâce au paragraphe suivant, il est plus aise de comprendre les relations d'asservissement mutuel qui exis~tent entre les param~tres de hauteur de tête, de courant de soudage et de tension d'arc.
S En effet, la tension de l'arc etant essentiellement fonction de la distance entre la pointe de l'electrode et le sommet du bombe-endroit, la premiere boucle d'asservissement, maintenant la tension d'arc constante par correction de la hauteur de t~te, permet de s'assurer que la hauteur de tête mesuree est directement fonction du bombe-endroit.
- La seconde boucle d'asservissement, maintenant le bombe-endroit constant par correction du courant de soudage, permet alors de conserver une pen~tration constante, but de l'op~ration.
Selon le mode de r~ealisation decrit de L'invention, la machine de soudage est entièrement cablee.
On peut, cependant~ r~aliser une machine de soudaye ayant les mêmes fonctions, mais totalement~
ou partiellement, programm~e dans sa partie traitement de la p~netration. 2 ~ welding current control include a comparison electronics 24 (amplifier ~ differential), ~ almost identical to the electror, ique 21, allowing to compare ~ ~ a height instruction received on input e2, the value of the height measured by spot position detectors and received at input ~ e e1 of comparator 24 ~ The output s of said comparator 24 sends the resulting height error on a current regulator 23; indeed like explains prec ~ demment, the welding current allows to pilot penetration. So the correction of current obtained is sent to a generator 25 welding which changes the supply current of the welding head.

21; ~ 13 ~ 6 WO 93/00196 PCT / ~ R92 ~ 0060 ~

Thanks to the next paragraph, it's more comfortable understanding bondage relationships mutual existing between the height parameters head, welding current and arc voltage.
S Indeed, the tension of the arc being basically a function of the distance between the tip of the electrode and the top of the bomb-place, the first servo loop, now the constant arc voltage by height correction t ~ te, ensures that the head height measured is a direct function of the place bomb.
- The second control loop, now the constant bomb-place by current correction welding, then allows to keep a pen ~ tration constant, purpose of the operation.
According to the described embodiment The invention, the welding machine is entirely cable.
We can, however, make a machine soudaye having the same functions, but totally ~
or partially, programmed in its processing part of penetration.

Claims

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1. Servo welding machine, including:
- a welding head (1) with filler wire;
- Means for powering this head ensuring a certain arc voltage and a certain welding current;
- control and processing means (2) to obtain a constant (appropriate) welding penetration, characterized in that:
- the welding head, positioned at a height measurable with respect to a welding zone, is controllable in height direction;
- the means of ordering and processing to obtain constant penetration include, on the one hand, automatic means (20, 22) capable of controlling the height of the welding head, to achieve a first control of the arc voltage at a first set value and, on the other hand, means (23, 25) capable of controlling the current of resulting weld to make a second slaving to a second set point value of the extra thickness, known as rounded-up, relating to welding with filler wire.

2. Welding machine according to claim 1, characterized in that the head of welding comprises means (12, 13) for emitting light spots on the welding area.

3. Welding machine according to one either of claims 1 and 2, characterized in that the welding head further comprises means (14, 17) to observe the welding area.

4. Welding machine according to claim 3, characterized in that the means for observe welding area include at least one detector position of the spots capable of determining, from of said spot positions, the height of the head of welding.

5. Welding machine according to any of claims 1 to 4, characterized in that the means for controlling the welding head height include:
- a comparator having a first input (E1) receiving a first signal corresponding to the voltage measured arc and a second input (E2) receiving a second signal corresponding to a value of setpoint, and an output (S);
- a head height regulator having an input connected to the output of the comparator and an output connected to height changing means welding head.

6. Welding machine according to any of claims 1 to 5, characterized in that the means for controlling the welding current include:
- a comparator having a first input (e1) receiving a first signal corresponding to the pitch measured and a second input (e2) receiving a second signal corresponding to a set value, and an output(s);
- a current regulator having an input connected at the output of the comparator and an output connected to a welding generator supplying the welding head current welding.

7. Welding machine according to claim 3, characterized in that the means for observing the welding zone include a camera (14) of Shooting.

8. Welding machine according to claim 7, characterized in that said camera (14) for taking views is connected to a display monitor (3) pictures.

9. Welding machine according to claim 8, characterized in that the display monitor of images is capable of allowing surveillance at distance of the conditions under which is executed welding.