Solutions de soudage autonomes :comparaisons et informations d'experts

GarLine &SharpTrack ― solutions de pointe de suivi des joints pour le « soudage autonome »

La fabrication est de plus en plus automatisée et exige de plus en plus de solutions faciles à utiliser. Dans le secteur du soudage, en raison du manque de personnel de soudage qualifié, les solutions de soudage automatisées et robotisées sont très demandées et deviennent en même temps plus rentables pour les fabricants et les transformateurs.  De nombreuses solutions de soudage existantes peuvent être considérées comme « semi-automatisées », mais de telles solutions nécessitent une interaction constante de l'opérateur, nécessitent une longue période de configuration du soudage et nécessitent un opérateur hautement qualifié. Le soudage robotisé entièrement automatisé peut être appelé « Soudage automatique ».  Cependant, si très peu d’interaction de l’opérateur est requise et que les tâches de configuration sont grandement simplifiées, alors cette solution peut être qualifiée de « autonome ».  Mais il est difficile d’atteindre l’autonomie avec une activité minimale de l’opérateur.  Une solution de soudage robotisée nécessite une amélioration du processus pour devenir véritablement autonome ou sans pilote, comme des capteurs de suivi/recherche de coutures laser dotés d'une intelligence intégrée adéquate pour exécuter des stratégies de soudage optimales à tout moment.

Technologies disponibles pour le soudage automatisé ou semi-automatisé

Dans un article publié sur le site Web Motoman.com le 31 mars 2022, Joshua Leath a fourni un guide des différentes options de soudage automatisé.  Il a identifié cinq catégories générales :détection tactile, détection par fil, détection à travers l'arc, détection de point laser et détection de profil laser.  Il a également divisé les tâches automatisées entre la recherche de couture et le suivi de couture :

Recherche de couture et suivi de couture

« Quelle est la différence entre la recherche de couture et le suivi de couture ? » et "Comment puis-je savoir quand utiliser la recherche de couture ou le suivi de couture ?" Ce sont des questions fréquemment posées à nos experts en soudage robotisé. Dans cet esprit, voici plusieurs éléments à prendre en compte au moment de décider comment procéder avec le processus de soudage robotisé :

Recherche de couture

Pour qu'un robot puisse localiser avec précision un joint de soudure avant le début du soudage, une recherche de joint ou de joint à grande vitesse est recommandée. Les pièces à travailler auront inévitablement une certaine plage de variation, mais votre objectif est de minimiser cette variation avec les pièces et les fixations spécifiées, et de se situer dans la demi-largeur d'un fil de soudure dans votre joint. Ce processus peut être réalisé de plusieurs manières via diverses technologies, permettant au robot de trouver le joint de soudure. Une fois que le joint est découvert en trouvant généralement deux points connus ou plus sur la pièce, le chemin du programme est décalé par le robot pour terminer la soudure. Le type de recherche de joint requis est dicté par deux facteurs principaux :le temps de cycle prévu et le type de joint. La recherche de joints est l'une des fonctions de soudage les plus populaires et est souvent réalisée grâce aux options de contact et sans contact suivantes :

Détection tactile  – Idéale pour trouver l’orientation de pièces aux joints et géométries simples, cette méthode, également connue sous le nom de « wire touch », consiste à toucher physiquement un fil de soudure depuis l’extrémité de la torche pour détecter la surface conductrice de la pièce sur le point d’être soudée. La vitesse lente du robot et le contact éventuel complètent un circuit avec une faible quantité de tension alimentée à travers le fil. Cela peut également être fait avec la buse de la torche dans certains scénarios. Complétés par des fonctionnalités intégrées sur une alimentation de soudage conçue pour l'automatisation, des systèmes tels que le package Touch Sense de Yaskawa utilisent un circuit basse tension lors d'une recherche à faible vitesse pour déterminer la meilleure position pour le joint de soudure.

Détection de fil  – Semblable au toucher, où un fil de la torche entre en contact tactile avec la pièce, cette option utilise un servomoteur dans la torche pour déplacer rapidement le fil de haut en bas pendant que le robot se déplace sur la pièce. Cela permet de localiser facilement les joints à recouvrement et de mesurer des éléments tels que la hauteur du matériau et les espaces.

Détection de point laser  – Deux à cinq fois plus rapide que la détection tactile, l'utilisation d'un capteur à points laser de base (monté sur la torche de soudage) capture l'emplacement et l'orientation d'une pièce presque aussi rapidement que le tir laser, permettant ainsi une recherche rapide et précise des joints.

Fanuc intégré au capteur Garmo GarLine R

Recherche de couture au laser (Recherche)  – Capable de capturer plus de caractéristiques en un seul balayage sur un capteur à points laser, l'utilisation d'une interface laser de profil (option logicielle), telle que le MotoEye™ SF de Yaskawa, permet une mesure des articulations extrêmement rapide. FANUC America Corporation propose une fonctionnalité similaire appelée option R901 SW. Cette solution fonctionne bien avec un dispositif de détection qui utilise une optique d'imagerie multi-laser 3D pour fournir les mesures/données d'espacement des joints nécessaires au robot avant le début du soudage.

Avantages :

• Fonctionne sur différents matériaux dans tous les éclairages
• Facile à enseigner grâce aux macro-tâches
• Fournit des données sur les écarts communs
• Longue focale ; monter loin de l'arc
• Localise 2.5D ; décalage et profondeur
• Compact et autonome
• L'interface E/S peut être adaptée aux anciennes commandes

Inconvénients :

• Complexité moyenne à élevée ; Formation sur le système de vision suggérée
• Peut restreindre l'accès aux pièces/outils
• Un champ de vision de 40 ou 50 mm peut nécessiter plusieurs recherches pour des décalages importants

Suivi des coutures

Simplifiant souvent la programmation, cette option utilise une technologie innovante pour équiper le robot afin de suivre la position du soudage en temps réel, pendant le processus de soudage. Le suivi des coutures est populaire pour les applications où une distorsion peut se produire lors du soudage d'une pièce ou pour les pièces moulées lourdes, et il est généralement effectué à l'aide des méthodes suivantes :

Suivi des coutures tout au long de l'arc  – Idéal pour les pièces avec des joints longs ou incurvés, variant d'une pièce à l'autre, un dispositif de suivi des joints à travers l'arc, comme le ComArc LV (basse tension) de Yaskawa, utilise un capteur à semi-conducteurs monté à proximité de l'alimentation électrique de soudage pour mesurer activement les caractéristiques de l'arc pendant la séquence de soudage. Cela détermine les variations entre la trajectoire apprise d'un robot et la trajectoire réelle de couture.

Suivi des coutures au laser  – Suggérée pour les matériaux présentant des joints variables qui exigent le temps de cycle le plus rapide possible, cette méthode combine un laser haute performance avec un contrôleur haute vitesse pour trouver le joint et l'emplacement de la pièce en temps réel pendant le soudage de la pièce. Il s'agit de la solution idéale pour la production de pièces à faible volume et à grande diversité, comme on peut le trouver dans un environnement d'atelier. Cette approche nécessite également moins de montages que les approches de soudage semi-automatiques ou automatisées. Un programme dédié compense la trajectoire, même si la pièce est déplacée, et s'adapte aux paramètres de soudage pour l'emplacement et la variation des joints.

Avantages :

• Suive de manière fiable les joints à recouvrement de faible épaisseur
• Prend en charge des vitesses de déplacement élevées (> 100 IPM)
• Tissage de mouvement avec suivi possible
• Le suivi n'est pas affecté par les paramètres de soudure
• Prend en charge les mouvements coordonnés
• Interface Ethernet disponible
• Caméra renforcée contre l'arc de soudage
• Fonction de soudage adaptative ; paramètres de vitesse et de soudage

Inconvénients :

• Haute complexité et parfois (pas toujours) coût élevé
• Formation sur le système de vision requise
• Le capteur monté sur la torche limite l'accès des articulations aux espaces restreints
• Les rayons de suivi sont limités à 40 -60 mm
• L

• imité à deux robots sur un seul système

Avantages de l'utilisation des capteurs de profil laser GarLine pour le suivi et la recherche de coutures

L’analyse détaillée de M. Leath nous montre qu’il existe plusieurs façons d’automatiser le soudage.  Mais bon nombre de techniques ne permettent pas une véritable autonomie, ce qui signifie un fonctionnement sans surveillance, un contrôle adaptatif et une grande facilité d'utilisation.  La dernière solution proposée par M. Leath était le suivi/recherche des joints de profil au laser.  Il offre le plus haut degré d'autonomie car il anticipe le joint pour définir le chemin du robot pour effectuer la soudure et, grâce à un processeur intégré (avec GarLine), il dispose d'un traitement rapide du signal et peut effectuer des ajustements à la volée de la soudure requise en fonction de la largeur ou de la profondeur mesurée.

Garmo Instruments de Saragosse, en Espagne, a développé une gamme de capteurs de cordons de soudure à profilage laser, #GarLine, qui offrent la robustesse, la flexibilité et l'adaptabilité pour de nombreuses applications de soudage différentes et sur une large gamme de matériaux.

Voici un résumé des avantages pour le fabricant de l'autonomie en soudage :

Des conditions de travail améliorées

Grâce aux capteurs GarLine, les travailleurs travaillent dans un environnement plus sûr, évitant les risques de soudage traditionnels liés à la santé et à l'ergonomie puisqu'il n'est plus nécessaire de travailler à proximité de la soudure.

Changements rapides pour une production en petites séries

Les capteurs GarLine disposent d'une configuration très conviviale pilotée par menu sur un ordinateur personnel ou intégrés au boîtier d'apprentissage du robot ou du cobot pour une large gamme de marques et de modèles, notamment Fanuc, ABB Robotics, #Universal Robotics (UR) et autres.  Cela simplifie la formation des opérateurs et permet des changements de programme rapides en fonction des changements de production de pièces.  GarLine est la solution idéale pour les ateliers avec un mélange élevé et un faible volume et est également bénéfique sur une large gamme de tailles et de formes de pièces grâce à sa large gamme d'options de menu et à son adaptation inhérente aux soudures

Qualité des produits enrichie

La précision optique et les corrections automatiques de GarLine sont communiquées au robot à un rythme très élevé. Par conséquent, la solution de soudage GarLine profite au fabricant en obtenant des soudures de meilleure qualité, des soudures plus rapides, un pourcentage plus faible de déchets inutiles et, par conséquent, un taux de produit fini plus élevé en moins de temps, évitant ainsi les pertes de retraitement et de production.

Productivité améliorée

La simplicité du concept « moins c'est plus » est l'objectif de toutes les entreprises, y compris les fabricants du secteur du soudage. Moins de temps est investi dans la production, y compris la configuration de la machine et le montage des pièces, tout en obtenant des résultats de haute qualité, améliore la productivité globale (OEE).

GarLine C pour la configuration et le fonctionnement du cobot UR

Caractéristiques des capteurs GarLine

Capteur robuste

GarLine dépasse le niveau d'isolation IP67 et fonctionne avec succès dans une plage de fonctionnement de -20 ºC/70 ºC. Sa conception intègre des matériaux à usage aérospatial qui assurent une isolation EMI optimale, y compris dans les procédés de soudage TIG.

Électronique intelligente

Son électronique se compose de 4 processeurs parallèles utilisant 4 Go de RAM qui traitent les images à 42 images par seconde en pleine résolution. De plus, les capteurs GarLine incluent des algorithmes innovants pour l'adaptation dynamique des paramètres du capteur et du laser afin de corriger les problèmes de réflexion dans les applications impliquant diverses conditions de surface des matériaux. La bande passante du laser est bien en dehors de toute bande passante lumineuse produite par les arcs de soudage.

Entretien facile

GarLine est doté d'un écran de protection jetable en polycarbonate et d'une fenêtre interne Gorilla Glass. Le capteur est refroidi par air, ce qui sert également de rideau d'air sur la face du capteur pour une protection supplémentaire. Il existe une option de refroidissement par eau pour les environnements très chauds.  Le refroidisseur d'eau est intégré à la plaque de montage, avec fixation ARC-Swiss.  Cette solution permet un remplacement rapide et facile du capteur, si jamais nécessaire.

Pour tous les types de soudage autonome (cobots, robots industriels et machines commandées par PLC), les capteurs de recherche de joints GarLine sont une solution Plug &Play, car leur interface est affichée directement sur le pendentif d'un système de soudage robotisé, sans avoir besoin d'ordinateurs supplémentaires ni d'autres logiciels, câbles ou dispositifs supplémentaires supplémentaires et spéciaux.

Outre les fonctions de suivi et de recherche de coutures, les capteurs GarLine incluent également d'autres fonctions très utiles et très demandées dans le soudage autonome.

Fonctions du capteur laser de suivi et de recherche des coutures GarLine

Recherche de couture :calcul anticipé en temps réel des corrections pour déplacer la torche vers la couture. Le capteur trouve les bons points d'apprentissage du joint de soudage avant la soudure, compensant ainsi l'écart de la pièce.

Fonction de localisation :GarLine scanne 4 points de la pièce, capturant sa forme et la plaçant sur le plan. Ce processus de numérisation et de localisation est effectué 10 fois plus rapide qu'avec la fonction Touch Sense uniquement. GarLine mesure la rotation et la translation sur 3 axes chacun, calculant au total 6 positions de couture.

Multipass :fonction de programmation facile pour les soudures multicouches.

Suivi de détection de fin :le capteur détecte la fin de la couture et arrête le soudage.

Configuration préalable au marquage et à l'évitement  :le capteur peut être configuré pour souder directement et sauter les espaces préprogrammés le long du joint

Tissage et tissage adaptatif :grâce à la vision « look-ahead » du capteur Garline, la trajectoire de la torche s'adapte à la largeur des coutures, assurant le remplissage des interstices en zigzag.

Solutions colonnes et poutres

Connaissant les besoins du marché du soudage, Garmo Instruments a également développé un kit de soudage tout-en-un facile avec sa solution SharpTrack, offrant la solution personnalisée et pratique ultime pour les applications de soudage autonomes.

Automatisation du soudage sans effort avec le système SharpTrack et les capteurs GarLine

En collaboration avec QUIRÓS INGENIERÍA Y AUTOMATIZACIÓN S.L, Garmo Instruments a développé un kit Plug &Play qui garantit aux utilisateurs de :

• accéder aux options multiples et flexibles de programmation d'automate
• personnaliser SHARPtrack en fonction des exigences de l'application (sélection du modèle de diapositive, de la marque de l'automate (les automates Siemens, Rockwell et Panasonic sont actuellement disponibles), des pilotes, de la longueur des câbles et des caractéristiques personnalisées du boîtier en fonction de l'application) ;
• Accès suspendu à toutes les fonctionnalités de soudage (suivi des cordons de soudure, surveillance en temps réel, déplacement manuel des coulisses, contrôle du décalage en direct et configuration de la vitesse de soudage et des paramètres liés à la source).

La fonction d'anticipation de GarLine garantit un suivi précis des coutures en temps réel et des microcorrections de la trajectoire de la torche de soudage. Le capteur GarLine effectue des corrections de trajectoire à une vitesse telle qu'elles sont imperceptibles à l'œil humain. Cette précision, en plus de fournir des soudures de qualité irréprochable, garantit une valeur perçue irréprochable dans le produit final.

SHARPtrack inclut déjà une programmation prédéfinie et personnalisable, transformant l'automatisation du soudage en un système Plug&Play. Installation simple et aucune programmation approfondie requise.

Vous envisagez de mettre à niveau votre application de soudage ?

Contactez l'équipe Garmo Instruments pour plus d'informations sur les capteurs GarLine et le système SharpTrack.

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