FR2921576A1 - Appareil et procede de soudage d'une grille d'espacement - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un appareil et un procédé permettant de capturer une image d'un point de soudure au cours d'une tâche de soudage et de déterminer une position précise du point de soudure en fonction de l'image capturée afin d'exécuter une tâche de soudage précise. Un séparateur de faisceau sépare un chemin de lumière réfléchie par une section de soudage d'une grille d'espacement à partir d'un chemin d'un faisceau laser généré par un générateur de laser. Un capteur d'image reçoit la lumière réfléchie par un point de soudure de la grille d'espacement, et détecte et stocke une image de la grille d'espacement. Le moyen de commande de soudage commande le capteur d'image pour capturer l'image de la grille d'espacement, reçoit l'image de la grille d'espacement du capteur d'image, calcule une position précise du point de soudure en fonction de l'image reçue, corrige les informations de position du point de soudure en fonction de la position calculée et commande un servomoteur de telle sorte que le générateur de laser peut collimater avec précision le point soudure en fonction de la valeur de position corrigée.

Description

Appareil et procédé de soudage d'une grille d'espacement Arrière-plan de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne un appareil et un procédé de soudage d'une grille d'espacement et plus particulièrement un. procédé et un appareil permettant de capturer une image d'un. point de soudure au cours d'une tâche de soudage et de déterminer une position précise du point de soudure en fonction de l'image capturée afin de réaliser une tâche de soudage précise. Arrière-plan de la technique apparentée Au cours des dernières années, une grille d'espacement utilisée pour supporter et fixer un combustible nucléaire est formée en forme de treillis en faisant se croiser de longues plaques, qui sont généralement composées de zirconium, verticalement et horizontalement puis en réalisant le soudage, tel que décrit dans la demande de brevet coréenne numéro 10-1983-0004399. Plus particulièrement, chacune des plaques possède des rainures permettant de loger les plaques qui se croisent les unes les autres à angle droit. Les rainures sont fixées de manière à être couplées les unes aux autres et les intersections des plaques qui se croisent les unes les autres à angle droit sont ensuite soudées afin de former une grille d'espacement.

On sait que les défauts d'une grille d'espacement au cours de sa fabrication comprennent un matériau défectueux des plaques constituant une grille d'espacement, les défauts de fixation des plaques avant le soudage, des défauts laser au cours du soudage, des défauts de fixation de brides de retenue pour des plaques de fixation constituant une grille d'espacement pendant la tâche de soudage etc. L'on sait que si les différents défauts surviennent en même temps, on obtient des défauts de soudage dans la grille d'espacement. Il peut exister plusieurs procédés permettant de réduire au minimum les défauts de soudage de la grille d'espacement dus à de nombreuses causes. Entre autres, le plus important est de déterminer avec précision les intersections des plaques qui sont perpendiculaires les unes aux autres, qui deviennent des points de soudure, avant le soudage, contrôler avec précision l'état de la soudure après le soudage, puis de souder des points qui n'ont pas été correctement soudés de manière à réduire au minimum l'apparition de ces défauts. En particulier, lorsque les rainures permettant d'insérer les plaques orthogonales sont insérées dans les plaques constituant le treillis, un interstice est formé. Ainsi, tous les points de soudure ne sont pas formés de façon régulière et des erreurs surviennent. Il est par conséquent plus important de connaître à l'avance une position précise d'un point de soudure. Afin d'empêcher les défauts de soudure, au cours des dernières années, une image d'une grille d'espacement est capturée avant une tâche de soudage afin de saisir tous les points de soudure afin d'exécuter la tâche de soudage. L'état de la soudure est vérifié manuellement après la tâche de soudage et la tâche de soudage est ensuite de nouveau effectuée sur une grille d'espacement défectueuse. Toutefois, ce procédé pose un problème en ce que la durée nécessaire avant de réaliser la tâche de soudage de la grille d'espacement est allongée et en ce qu'il ne peut pas résoudre les défauts de soudage immédiatement, ce qui diminue l'efficacité du travail.

Dans le même temps, la grille d'espacement est soudée à une température d'au moins 3 000 0C à l'aide d'un laser, qui est bien supérieure à la température du soudage à l'arc habituel. Ainsi, afin d'économiser le temps nécessaire pour une tâche de soudage, si une image de la grille d'espacement est capturée au cours de la tâche de soudage ou juste après celle-ci, un phénomène de point chaud dans lequel l'image subit des interférences à cause de la température élevée est généré. Ceci rend difficile la lecture de l'image. En d'autres termes, afin d'améliorer l'efficacité de la tâche de soudage de la grille d'espacement, on a besoin d'une technique permettant d'éliminer ou de réduire au minimum des points chauds à partir d'une image au cours d'une tâche de soudage ou juste après celle-ci.

Résumé de l'invention Par conséquent, la présente invention a été réalisée au vu des problèmes mentionnés ci-dessus se produisant dans la technique antérieure, et un objet de la présente invention est de proposer un procédé permettant d'acquérir une image d'une grille d'espacement en même temps qu'une tâche de soudage afin de déterminer s'il faut effectuer de nouveau une tâche de soudage en contrôlant immédiatement l'état de la soudure après le soudage. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé permettant de réduire au minimum le phénomène de point chaud bien qu'une image d'une grille d'espacement soit capturée en même temps qu'une tâche de soudage. Pour obtenir les objets mentionnés ci-dessus, un appareil de soudage au laser selon la présente invention comporte un générateur de laser à impulsion, un servomoteur, un séparateur de faisceau, un capteur d'image et un moyen de commande de soudage.

Le servomoteur déplace le générateur de laser à impulsion sur un plan X-Y. Le séparateur de faisceau sépare un chemin de lumière, réfléchie à partir d'une section de soudure d'une grille d'espacement, à partir d'un chemin d'un faisceau laser généré à partir du générateur de laser à impulsion. Le capteur d'image reçoit de la lumière, qui est réfléchie à partir d'un point de soudure de la grille d'espacement et séparée au niveau du séparateur de faisceau, et détecte et stocke une image de la grille d'espacement lorsque le générateur de laser à impulsion se trouve dans un état désactivé. Le moyen de commande de soudage stocke les informations de position des points de soudure et une séquence de soudage des points de soudure respectifs, commande le capteur d'image pour capturer l'image de la grille d'espacement, reçoit l'image de la grille d'espacement du capteur d'image, calcule une position précise du point de soudure en fonction de l'image reçue, corrige les informations de position du point de soudure en fonction de la position calculée, et commande le servomoteur de telle sorte que le générateur de laser à impulsion peut effectuer avec précision une collimation d'un point de soudure suivant en fonction de la valeur de position corrigée.

L'appareil de soudage au laser selon la présente invention peut en outre comporter un moyen de détermination de l'état de la soudure. Le moyen de détermination de l'état de la soudure détermine un état de soudure d'un point de soudure en comparant l'image de la grille d'espacement, reçue du capteur d'image, aux informations d'état de soudure stockées au préalable dans une base de données d'analyse d'image.

Si le moyen de commande de soudage de l'appareil de soudage au laser selon la présente invention reçoit un signal de décision de défaut par rapport à un point de soudure précédent provenant du moyen de détermination de l'état de la soudure, il peut commander le point de soudure pour qu'il soit inclus dans une liste de tâches de soudage cible. L'appareil de soudage au laser selon la présente invention peut en outre comporter un filtre d'atténuation. Le filtre d'atténuation réduit une intensité de la lumière réfléchie par la grille d'espacement dans la mesure où la lumière peut être reconnue par une caméra puis transfère la lumière au capteur d'image. L'appareil de soudage au laser selon la présente invention peut en outre comporter un filtre passe-bande. Le filtre passe-bande permet à la lumière réfléchie par la grille d'espacement d'assurer une transmission sélective dans un éventail de longueurs d'onde compris entre 770 et 790 nm, puis transfère la lumière au capteur d'image. En outre, le capteur d'image de l'appareil de soudage au laser selon la présente invention peut recevoir la lumière réfléchie par la section de soudage de la grille d'espacement uniquement au cours d'une période à basse température de temps froid du générateur de laser à impulsion, et détecter et stocker l'image de la grille d'espacement.

En outre, le capteur d'image de l'appareil de soudage au laser selon la présente invention peut détecter et stocker une trame correspondante d'images, qui sont photographiées de façon consécutive au cours de la période froide du générateur de laser à impulsion, uniquement lorsqu'un phénomène de distorsion provoqué par des points chauds se produit à une valeur inférieure à une valeur de référence.

Brève description des dessins D'autres objets et avantages de l'invention pouvant être mieux compris à la lecture de la description détaillée suivante prise conjointement aux dessins joints, parmi lesquels : la figure 1 est un schéma fonctionnel montrant une construction globale d'un appareil de soudage au laser selon. la présente invention ; la figure 2 est une vue schématique illustrant une section de soudage autre qu'un servomoteur de la présente invention ; la figure 3 est un graphique montrant le spectre généré à partir des points chauds sur une base de longueur d'onde ; la figure 4 est un graphique montrant des amplitudes d'ur.. laser à impulsion en fonction du temps ; et la figure 5 est un graphique montrant la température au niveau. des points de soudure, qui est modifiée en fonction d'un laser à impulsion. Description détaillée du mode de réalisation préféré La présente invention va maintenant être décrite en détail conjointement aux modes de réalisation spécifiques, en référence aux dessins joints ; <Mode de réalisation 1> La figure 1 est un schéma fonctionnel montrant une construction globale d'un appareil de soudage au laser selor la présente invention.

En référence à la figure 1, l'appareil de soudage au laser selon la présente invention peut être divisé largement en ur contrôleur 40 et une section de soudage 5.

La section de soudage 5 va tout d'abord être décrite en référence aux figures 1 et 2. La section de soudage 5 comporte un séparateur de faisceau, un capteur d'image, un filtre d'atténuation et un filtre passe-bande, ainsi que l'appareil de soudage au laser connu comportant un servomoteur, un générateur de laser à impulsion, une lentille de collimation et une lentille de mise au point. Le servomoteur, connu dans la technique, sert à déplacer la section de soudage 5 sur le plan X-Y.

Un laser permettant de souder une grille d'espacement peut utiliser un laser de forme pulsée dans lequel un état activé et un état désactivé sont répétés, tel que représenté sur la figure 4, afin de fixer de manière suffisante une profondeur de soudage et empêcher le défaut de soudure. L'on suppose qu'un laser du présent mode de réalisation utilise un laser d'une forme pulsée ayant une fréquence de 15 Hz, qui est généralement utilisé pour souder une grille d'espacement. A ce moment-là, le cycle du laser à impulsion est d'environ 70 ms, le temps chaud de l'impulsion étant d'environ 7 ms et son temps froid étant d'environ 63 ms. Si un laser est généré à partir d'un générateur de laser à impulsion 10, le laser irradie un point de soudure par le biais d'une fibre optique 11, une lentille de collimation 30, un séparateur de faisceau 32 et une lentille de mise au point 31. Le séparateur de faisceau 32 sépare le chemin de la lumière, réfléchie par la section de soudage de la grille d'espacement, à partir du chemin du laser généré par le générateur de laser à impulsion. Pour séparer le chemin du laser irradiant le séparateur de faisceau 32 et le chemin de la lumière réfléchie par le point de soudure, un miroir froid ou un miroir chaud peut être utilisé. La figure 2 montre un exemple dans lequel le miroir froid est utilisé en tant que séparateur de faisceau. Le miroir froid permet au laser de le traverser de manière à avoir une trajectoire droite, mais réfléchit la lumière réfléchie à partir du point de soudure pour qu'elle retourne à un capteur d'image 20 qui sera décrit par la suite. La lumière, qui a été réfléchie à partir de la section de soudage de la grille d'espacement et dont le chemin est séparé par le séparateur de faisceau 32, traverse tout d'abord une couche de filtre. La couche de filtre du présent mode de réalisation comporte un filtre d'atténuation 21 et un filtre passe-bande 22. Le filtre d'atténuation sert à réduire entièrement l'intensité de la lumière transmise, et présente une température très élevée au niveau du point de soudure de la grille d'espacement, tel que décrit ci--dessus, et possède donc une très grande intensité. Le filtre d'atténuation sert à réduire au maximum l'intensité de la lumière transmise, celle-ci devant toutefois être reconnue par un capteur d'image 2C décrit par la suite. Dans le même temps, un éventail de longueurs d'onde, qui comporte des informations sur une image d'une grille d'espacement et également une partie des rayons visibles et des rayons ultraviolets pouvant être reconnus à l'oeil nu ou par une caméra, est compris entre 500 et 800 nm. La figure 3 est un graphique montrant le spectre généré à partir des points chauds des points de soudure au cours d'une tâche de soudage ou juste après une tâche de soudage sur la base de longueur d'onde. A partir de la figure 3, on peut voir que le facteur de transmission du spectre est le plus faible pour une longueur d'onde d'environ 780 nm. Les valeurs de longueur d'onde peuvent être modifiées en fonction de la matière qui compose la grille d'espacement qui sera soudée. Par exemple, dans le cas d'une grille d'espacement composée d'une matière en zircaloy, qui est à présent utilisée d'une façon générale, une longueur d'onde présentant un facteur de transmission minimum lors d'un soudage au laser est de 780 nm. Ceci signifie qu'une région de longueur d'onde ayant un facteur de transmission élevé possède un signal élevé généré à partir d'un point chaud d'un point de soudure. Ceci indique la taille d'une image distordue du point chaud. Ainsi, il y a un risque élevé qu'une caméra à dispositif à transfert de charge puisse capturer une image distordue. Au vu de cela, lorsqu'on ne considère qu'une longueur d'onde ayant un facteur de transmission faible, une image, qui est la plus proche d'une chose réelle, qui n'a pas été distordue, peut-être vue.

En d'autres termes, lorsqu'on ne voit de façon sélective que la longueur d'onde de 780 nm, une image de la grille d'espacement à partir de laquelle des rayons infrarouges et du bruit, qui se produisent dans un point de soudure au moment du soudage, ont été retirés dans la mesure du possible, et qui est la plus proche d'une chose réelle et possède un phénomène de distorsion minimum provoqué par un point chaud, peut-être obtenue. Pour cela, le filtre passe-bande 22 permet à la lumière transmise de traverser de façon sélective un éventail de longueurs d'onde compris entre 770 et 790 nm. L'on préfère encore que seule la longueur d'onde de 780 nm soit transmise, mais il faut comprendre que l'éventail de longueurs d'onde compris entre 770 et 790 nm a été obtenu en fonction de l'erreur d'une construction mécanique et d'une construction réelle, etc.

Le capteur d'image 20 va être décrit par la suite en référence aux figures 2 et 5.

La lumière qui a traversé la couche de filtre atteint le capteur d'image 20. Le capteur d'image 20 stocke la lumière, qui a atteint le capteur d'image 20 au cours du temps froid (voir la figure 3) du générateur de laser à impulsion 10, en tant qu'image. La température de la grille d'espacement est faible juste avant que le générateur de laser à impulsion 10 devienne le temps chaud, tel que représenté sur la figure 5. Ainsi, l'on préfère que l'image soit stockée juste avant le temps chaud, mais lorsqu'on considère une vitesse de réponse mécanique, etc., l'image est stockée pendant 17 ms, ce qui correspond à environ 25 % de la fin du temps froid (désignée par la suite par période à basse température ). Le contrôleur 40 va être décrit par la suite en référence à la figure 1.

Le contrôleur 40 comporte le moyjen de commande de soudage 41 et le moyen de détermination de l'état de soudure 42. Le contrôleur 40 peut être mise en oeuvre en combinant un programme permettant d'exécuter des fonctions, qui sera décrit par la suite, et un système informatique général dans lequel le programme peut être exécuté ou un dispositif opérationnel spécialisé dans une tâche de soudage. Le moyen de commande de soudage 41 sert à commander une opération globale de la section de soudage 5. Le moyen de commande de soudage 41 stocke des informations de position sur des points de soudure et une séquence de soudage de points de soudure respectifs, et commande le servomoteur 9 pour déplacer la section de soudage 5 en fonction de la séquence de soudage et commande également le temps chaud ou froid d'un laser. En outre, le moyen de commande de soudage 41 commande le capteur d'image 20 pour capturer une image d'une grille d'espacement au cours du temps froid d'un laser ou de la période à basse température.

Une position W de chaque point de soudure stocké dans le moyen de commande de soudage 41 avant une tâche de soudage doit être formée avec précision au niveau d'une intersection de chacune des brides constituant une grille d'espacement 1, théoriquement, tel que représenté sur la figure 6. Toutefois, les brides respectives constituant la grille d'espacement 1 possèdent des rainures à des intervalles prédéterminés pour que les brides soient insérées dans les rainures de telle sorte qu'elles se croisent. Toutefois, des erreurs se produisent comme YG dans l'axe Y et XG dans l'axe X dans un point de soudure réel à cause des interstices dans les rainures et d'autres causes physiques, tel que représenté sur la figure 7. Pour corriger cette erreur importante, le moyen de commande de soudage 41 reçoit une image capturée par le capteur d'image 20, calcule une position précise du point de soudure, corrige les informations de position sur le point de soudure stocké dans le moyen de commande de soudage 41 puis commande la section de soudage 5 pour réaliser une tâche de soudage en fonction de la valeur de position corrigée. Dans le même temps, si un signal de défaut d'état de soudure devant être décrit par la suite est reçu, le moyen de commande de soudage 41 place des points de défaut de soudure correspondants dans une liste de soudage cible pour que les points de défaut de soudure soient ressoudés. Le moyen de détermination d'état de soudure 42 sert à déterminer un état de soudure d'un point qui a déjà été soudé. Le moyen de détermination de l'état de soudure 42 détermine un état de soudure d'un point qui a été soudé juste avant d'être photographié, en fonction de l'image de la grille d'espacement, qui est transmise par le capteur d'image 20. Le moyen de détermination d'état de soudure 42 est doté d'une base de données permettant de stocker des données concernant une structure d'images sur la base de la cause - du défaut. Le moyen de détermination de l'état de soudure 42 compare l'image capturée à la structure de défaut de soudure stockée dans la base de données afin de déterminer un état de soudure. Si l'état de soudure est déterminé comme étant défectueux, le moyen de détermination d'état de soudure 42 envoie un signal, qui indique que la soudure est défectueuse, au moyen de commande de soudage 41. <Mode de réalisation 2> Un mode de réalisation 2 diffère du mode de réalisation 1 dans un procédé d'acquisition d'image du capteur d'image 20. Dans le mode de réalisation 1, une image est de préférence stockée au cours d'une période à basse température (la dernière période de 17 ms du temps froid). Toutefois, dans le mode de réalisation 2, une image consécutive est capturée au cours du temps froid, un phénomène de distorsion d'image provoqué par les points chauds est détecté, et lorsque le phénomène de distorsion est inférieur à une valeur de référence, une trame correspondante est stockée en tant qu'image. A partir des constructions de la présente invention, le procédé de soudage de la présente invention peut raccourcir une durée initiale utilisée pour une tâche de soudage et améliorer l'efficacité du travail. En outre, selon le procédé de soudage de la présente invention, les images capturées au cours d'une tâche de soudage sont fournies afin de déterminer immédiatement un état de soudure. Par conséquent, les efforts et le temps utilisés pour contrôler un état de soudure après le soudage peuvent être économisés, et par conséquent, l'efficacité du travail globale peut être améliorée. En outre, selon la présente invention, une image est capturée lorsqu'un phénomène de distorsion d'image dû à des points chauds au cours d'une tâche de soudage d'une grille d'espacement est minime. Ainsi, un phénomène dans lequel une image est distordue à cause d'un point chaud peut être éliminé dans la mesure du possible en fonction d'une image qui est capturée en même temps.

Bien que la présente invention ait été décrite en référence aux modes de réalisation illustratifs particuliers, elle ne doit pas être restreinte par les modes de réalisation mais seulement par les revendications jointes. Les spécialistes de la technique doivent comprendre qu'ils peuvent modifier ou changer les modes de réalisation sans s'éloigner de la portée et de l'esprit de la présente invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Appareil de soudage de grille d'espacement utilisant un laser, qui comporte un générateur de laser à impulsion, une lentille de collimation et une lentille de mise au point, l'appareil de soudage de grille d'espacement comprenant : un servomoteur permettant de déplacer le générateur de laser à impulsion sur un plan X-Y ; un séparateur de faisceau permettant de séparer un chemin de lumière réfléchie par une section de soudage d'une grille d'espacement, à partir d'un chemin d'un faisceau laser généré par le générateur de laser à impulsion ; un capteur d'image permettant de recevoir de la lumière, qui est réfléchie à partir d'un point de soudure de la grille d'espacement et séparée au niveau du séparateur de faisceau, et de détecter et stocker une image de la grille d'espacement lorsque le générateur de laser à impulsion se trouve dans un état désactivé ; et un moyen de commande de soudage permettant de stocker des informations de position sur les points de soudure et une séquence de soudage des points de soudure respectifs, de commander le capteur d'image pour capturer l'image de la grille d'espacement, de recevoir l'image de la grille d'espacement du capteur d'image, de calculer une position précise du point de soudure en fonction de l'image reçue, de corriger des informations de position du point de soudure en fonction de la position calculée et de commander le servomoteur de telle sorte que le générateur de laser à impulsion puisse collimater avec précision un point de soudure suivant en fonction de la valeur de position corrigée.

2. Appareil de soudage de grille d'espacement selon la revendication 1, comprenant en outre les moyens de détermination d'état de soudure pour déterminer un état de soudure d'un point de soudure en comparant l'image de la grille d'espacement, reçue du capteur d'image, aux informations d'état de soudure stockées au préalable dans une base de données d'analyse d'image.

3. Appareil de soudage de grille d'espacement selon la revendication 2, dans lequel si le moyen de commande de soudage reçoit un signal de décision de défaut par rapport à un point de soudure précédent du moyen de détermination d'état de soudure, il commande le point de soudure pour qu'il soit inclus dans une liste de tâches de soudage cibles.

4. Appareil de soudage de grille d'espacement selon la revendication 1, comprenant en outre un filtre d'atténuation permettant de réduire au maximum une intensité de la lumière réfléchie par la grille d'espacement, la lumière devant toutefois être reconnue par une caméra, puis de transférer la lumière au capteur d'image.

5. Appareil de soudage de grille d'espacement selon la revendication 1, comprenant en outre un filtre passe-bande permettant à la lumière réfléchie par la grille d'espacement d'être transmise de façon sélective à travers celui-ci dans un éventail de longueurs d'onde compris entre 770 et 790 nm, puis de transférer la lumière au capteur d'image.

6. Appareil de soudage de grille d'espacement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le capteur d'image reçoit la lumière réfléchie par la section de soudage de la grille d'espacement uniquement au cours d'une période à basse température dite de temps froid du générateur de laser àimpulsion, et détecte et stocke l'image de la grille d'espacement.

7. Appareil de soudage de grille d'espacement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le capteur d'image détecte et stocke une trame correspondante d'images, qui sont photographiées de façon consécutive au cours du temps froid du générateur de laser à impulsion, uniquement lorsqu'un phénomène distordu provoqué par des points chauds se produit à une valeur inférieure à une valeur de référence.10