Systèmes d’assistance pour le soudage robotisé

Existe-t-il des similitudes entre les systèmes de sécurité dans une voiture et le soudage robotisé dans la production industrielle ? Si l’on considère les différentes étapes du développement de véhicules, au départ, les systèmes analogiques tels que la direction assistée ont facilité la conduite. Puis, au fur et à mesure, de plus en plus d’outils numériques se sont développés dans le domaine de la sécurité passive, comme l’ABS, l’ESP, l’alerte de franchissement involontaire de ligne et bien d’autres. Aujourd’hui, nous sommes en passe de découvrir les véhicules autonomes…

En termes d’autonomie, le développement du soudage robotisé reste également une préoccupation majeure pour les fabrications industrielles en série. Depuis des décennies, les efforts des grandes productions vont dans ce sens. Les systèmes d’assistance numériques pour le soudage robotisé équipant les installations de soudage pourraient en être la clé. Grâce à eux, les robots sont de plus en plus autonomes et ne nécessitent quasiment plus aucune intervention extérieure.

Étalonnage du robot de soudage simplifié

La programmation précise du robot de soudage est la condition essentielle de tous les soudages robustes entièrement automatisés. Le soudeur doit également placer le robot à l’endroit précis où se trouve la trajectoire de la soudure dans le système de coordonnées en trois dimensions, sur lequel se base la commande robot.

Pour ce faire, les systèmes d’assistance pour le soudage robotisé appliquent par exemple une faible tension de capteur sur le fil. Lorsque le soudeur dirige la torche robot sur la pièce, vers le point de départ et la position finale définis de la soudure, un court-circuit a lieu lors du contact avec la tôle mais aucune soudure ne se forme en raison de la faible tension. La source de courant transforme ce court-circuit en un signal numérique qui est à son tour mis à la disposition du robot. Lorsqu’un signal entre, il peut enregistrer ses données de position. Ainsi, le point de départ et la position finale de la soudure sont consignés avec précision.

Le contact avec la pièce à souder implique des risques. En effet, il arrive souvent que le fil se courbe dans les torches de soudage habituelles, y compris dans leur systèmes standard d’amenée de fil. Les systèmes avec amenée du fil réversibles (mouvement aller-retour du fil) permettent d’y remédier. Lors du contact avec la tôle, le fil est automatiquement retiré, ce qui permet de ne pas endommager le fil-électrode et donc d’éviter des résultats de position erronés.

Le fil-électrode devient capteur

La tension du capteur au niveau du fil d’apport, associée à une amenée de fil réversible, laisse présager que de grandes avancées sont encore possibles. Les systèmes les plus puissants permettent de réaliser un mouvement aller-retour du fil allant jusqu’à 100 Hz. Si le fil d’apport pouvait toucher la pièce à ce rythme élevé dans des voies successives et en continu, il serait possible d’enregistrer chaque soulèvement et abaissement sur la pièce et, en principe, de visualiser les profils complets en 3D.

Détection des bords : corriger la trajectoire du robot

En pratique, le nouveau capteur du fil-électrode peut déjà être utilisé et connaît beaucoup de succès. La détection des bords lors de la réalisation de cordons à clin est l’une des caractéristiques les plus importantes désormais mise en œuvre dans la production industrielle. Il existe des écarts en raison des systèmes automatisés qui positionnent les tôles inférieure et supérieure pour le soudage : on parle également de tolérances. Si la position du bord de la tôle supérieure diffère trop des valeurs de consigne programmées, des erreurs d’assemblage apparaissent lors du soudage.

Contrôler la position réelle des bords avant soudage permet d’enregistrer avec précision la différence entre la position réelle des bords de la tôle et les valeurs de consigne. Ainsi, la trajectoire de la soudure peut être corrigée en conséquence par la commande robot, pour un assemblage parfait des tôles inférieure et supérieure.

Mesure de la hauteur : un soudage fiable malgré l’écartement des bords

Néanmoins, les variations géométriques ne portent pas uniquement sur la position des bords. Il peut également y avoir des différences de hauteur involontaires entre les tôles inférieure et supérieure. En règle générale, ces différences entraînent également des erreurs d’assemblage en cas de jeux trop importants.

La détection du bord de tôle permet également de déterminer la hauteur précise du bord de la tôle, ce qui permet au capteur du fil-électrode de calculer les écartements des bords entre les tôles. En outre, il est possible de déterminer au préalable la manière dont la source de courant doit réagir face aux différents jeux entre pièces : en fonction des écartements, elle a automatiquement recours à divers programmes de soudage enregistrés, appelés « jobs ». Par conséquent, chaque cordon de soudage est réalisé avec les paramètres de soudage exacts et parfaitement adaptés aux jeux entre pièces.

Suivi et correction des trajectoires pendant le soudage

Les possibilités des fonctions vues jusqu’à présent doivent toutes contrer les écarts de position des tôles préalablement au soudage. Mais que faire lorsque des écarts grossiers apparaissent lors du soudage ? Dans des applications faisant intervenir des tôles épaisses, par exemple lors de la fabrication de véhicules ferroviaires ou d’engins de constructions, l’apport d’énergie important peut donner lieu à des déformations géométriques, auxquelles il faut réagir au moment du soudage.

Si, par exemple, il faut réaliser une soudure d’angle ou une soudure bout à bout, le robot exécute le soudage par un mouvement de balayage. Ainsi, la position du point d’impact du fil est constamment modifiée, d’un côté à l’autre. Par conséquent, les différents paramètres de soudage, tels que la tension et l’intensité de courant, sont également modifiés. Si seule l’une des deux tôles se déforme en raison de la source de chaleur, les différences entre les valeurs de consigne et réelles des paramètres de soudage le reflètent.

Grâce à ces informations, le robot de soudage peut corriger automatiquement la trajectoire de la soudure pendant le soudage. Les erreurs d’assemblage sont donc très limitées.

Économie de coûts grâce à des systèmes d’assistance pour le soudage robotisé

Le soudage robotisé doit être amené étape par étape vers une production autonome. En résumé, grâce aux systèmes d’assistance utilisés à cet effet, les processus sont plus efficaces et plus fiables, et les travaux de retouche sur les pièces, les charges de travail autres et les coûts de matériel peuvent être considérablement diminués. Les coûts de production totaux en sont donc réduits de façon optimale.

Actuellement, Fronius est pionnier et leader technologique en matière de systèmes d’assistance pour le soudage robotisé. Fronius réussit à faire progresser la production entièrement automatisée avec les robots de soudage grâce à de nombreux développements, tels que le système WireSense lancé en 2020. Ainsi, la source de courant est non seulement une installation de soudage, mais aussi le cerveau du robot.