Solutions de soudage autonome : comparaisons d'experts et insights

GarLine & SharpTrack — solutions de suivi de joint de pointe pour le « soudage autonome »

La fabrication devient de plus en plus automatisée et exigeante en 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 simultanément plus rentables pour les fabricants. De nombreuses solutions de soudage existantes peuvent être considérées comme « semi-automatisées » ; cependant, elles nécessitent une interaction constante de l'opérateur, une longue période de configuration du soudage et un opérateur hautement qualifié. Le soudage robotisé complètement automatisé peut être appelé « soudage automatique ». Cependant, si très peu d'interaction opérateur est requise et que les tâches de configuration sont grandement simplifiées, cette solution peut être qualifiée d'« autonome ». Mais il est difficile d'atteindre l'autonomie avec une activité opérateur minimale. Une solution de soudage robotisé nécessite une amélioration du processus pour devenir véritablement autonome ou sans conducteur, comme des capteurs de suivi/recherche de joint laser avec 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 Motoman.com le 31 mars 2022, Joshua Leath a fourni un guide des différentes options pour le soudage automatisé. Il a identifié cinq catégories générales : détection par contact, détection par fil, détection par l'arc, détection par point laser et détection par profil laser. Il a également divisé les tâches automatisées entre recherche de joint et suivi de joint :

Recherche de joint vs Suivi de joint

« Quelle est la différence entre recherche de joint et suivi de joint ? » et « Comment savoir quand utiliser l'un ou l'autre ? » Ce sont des questions fréquentes de nos experts en soudage robotisé. Voici plusieurs éléments à considérer pour décider comment procéder avec le processus de soudage robotisé :

Recherche de joint (Seam Finding)

Pour qu'un robot localise précisément un joint de soudage avant de commencer, une recherche de joint ou de jointure à haute vitesse est recommandée. Les pièces auront inévitablement une certaine gamme de variation, mais l'objectif est de minimiser cette variation avec des pièces et fixages selon spécifications, et d'être dans la demi-largeur d'un fil de soudage dans le joint. Ce processus peut être réalisé de plusieurs façons via diverses technologies, permettant au robot de trouver le joint. Une fois le joint découvert par la recherche de généralement deux points connus ou plus sur la pièce, le chemin du programme est décalé par le robot pour compléter la soudure. Le type de recherche requis est dicté par deux facteurs principaux : le temps de cycle attendu et le type de joint. La recherche de joint est l'une des fonctions de soudage les plus populaires, souvent réalisée via les options de contact et sans contact suivantes :

Détection par contact (Touch Sensing) — Idéale pour trouver l'orientation de pièces aux joints et géométries simples, cette méthode, aussi appelée « wire touch », implique le contact physique d'un fil de soudage au bout de la torche pour détecter la surface conductrice de la pièce à souder. La vitesse lente du robot et le contact final complètent un circuit avec une faible tension alimentée par le fil. Cela peut aussi se faire avec la buse de la torche dans certains scénarios. Réalisé via des fonctions intégrées sur une source d'alimentation de soudage conçue pour l'automatisation, des systèmes comme le package Touch Sense de Yaskawa utilisent un circuit basse tension lors d'une recherche à basse vitesse pour déterminer la meilleure position pour le joint de soudage.

Détection par fil (Wire Sensing) — Similaire au touch sensing, où un fil de la torche fait un 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 une localisation aisée des joints à recouvrement et peut mesurer des éléments comme la hauteur de matériau et les écarts.

Détection par point laser (Laser Point Sensing) — Deux à cinq fois plus rapide que la détection par contact, l'utilisation d'un capteur laser point basique (monté sur la torche de soudage) capture la localisation et l'orientation d'une pièce presque aussi vite que le laser tire, fournissant une recherche de joint rapide et précise.

Recherche de joint laser (Laser Seam Finding/Search) — Capable de capter plus de caractéristiques en un seul balayage qu'un capteur laser point, l'utilisation d'une interface laser de profil (option logicielle), comme MotoEye™ SF de Yaskawa, fournit une mesure de joint extrêmement rapide. Fanuc America Corporation propose une fonctionnalité similaire appelée option R901 SW. Cette solution fonctionne bien avec un dispositif de détection utilisant l'optique d'imagerie de gamme 3D multi-laser pour fournir les mesures/données d'écart de joint nécessaires au robot avant le début du soudage.

Avantages :

• Fonctionne sur différents matériaux dans tous les éclairages
• Facile à enseigner avec des macros
• Fournit des données d'écart de joint
• Longue distance focale ; montage éloigné de l'arc
• Localise en 2,5D ; décalage et profondeur
• Compact et autonome
• Interface E/S peut être rétrofitée sur anciens contrôles

Inconvénients :

• Complexité moyenne à élevée ; formation sur système de vision suggérée
• Peut restreindre l'accès à la pièce/outillage
• Champ de vision 40 ou 50 mm peut nécessiter plusieurs recherches pour grands décalages

Suivi de joint (Seam Tracking)

Souvent simplifiant la programmation, cette option utilise une technologie innovante pour équiper le robot afin de suivre la position du joint en temps réel, pendant le processus de soudage. Le suivi de joint est populaire pour les applications où une déformation peut survenir pendant le soudage d'une pièce ou pour des pièces moulées lourdes, et est couramment réalisé par les méthodes suivantes :

Suivi de joint par l'arc (Through-the-arc Seam Tracking) — Idéal pour pièces avec joints longs ou courbés, variant d'une pièce à l'autre, un suiveur de joint par l'arc, comme le ComArc LV (basse tension) de Yaskawa, utilise un capteur à semi-conducteurs monté près de la source d'alimentation pour mesurer activement les caractéristiques de l'arc pendant la séquence de soudage. Cela détermine les variations entre le chemin enseigné au robot et le chemin réel du joint.

Suivi de joint laser (Laser Seam Tracking) — Recommandé pour matériaux aux joints variables exigeant 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 la position de la pièce en temps réel pendant le soudage. C'est la solution idéale pour la production de pièces à haut mélange, faible volume comme dans un atelier de sous-traitance. L'approche nécessite aussi moins de fixage que les approches semi-automatisées ou automatisées. Un programme dédié compense le chemin, même si la pièce est déplacée, et s'adapte aux paramètres de soudage pour la localisation et la variation du joint.

Avantages :

• Suit de façon fiable les joints à recouvrement de tôle fine
• Supporte des vitesses de déplacement élevées (>100 IPM)
• Mouvement de balayage avec suivi possible
• Le suivi n'est pas affecté par les réglages de soudage
• Supporte le mouvement coordonné
• Interface Ethernet disponible
• Caméra durcie contre l'arc de soudage
• Fonction de soudage adaptatif ; vitesse et réglages de soudage

Inconvénients :

• Complexité élevée et parfois (pas toujours) coût élevé
• Formation sur système de vision requise
• Capteur monté sur torche restreint l'accès aux espaces restreints
• Rayons de suivi limités à 40-60 mm
• Limité à deux robots sur un système

Avantages de l'utilisation des capteurs de suivi et recherche de joint laser GarLine

On voit dans l'analyse détaillée de M. Leath qu'il existe plusieurs façons de fournir l'automatisation du soudage. Mais beaucoup de techniques ne suffisent pas à une vraie autonomie, c'est-à-dire un fonctionnement sans surveillance, un contrôle adaptatif et une grande facilité d'utilisation. La dernière solution proposée par M. Leath était le suivi/recherche de joint par profil laser. Elle offre le plus haut degré d'autonomie car elle regarde en avant sur le joint pour définir le chemin du robot pour effectuer la soudure et, grâce à un processeur embarqué (avec GarLine), dispose d'un traitement de signal rapide et peut faire des ajustements à la volée du soudage requis basé sur la largeur ou la profondeur mesurées.

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

Voici un résumé de la façon dont l'autonomie du soudage bénéficie au fabricant :

Conditions de travail améliorées

Avec les capteurs GarLine, les opérateurs travaillent dans un environnement plus sûr, évitant les risques traditionnels liés à la santé et à l'ergonomie du soudage, puisqu'il n'y a plus besoin de travailler près de la soudure.

Changements rapides pour production en petites séries

Les capteurs GarLine ont une configuration menu-driven très conviviale soit sur un ordinateur personnel, soit intégrée sur le pendant d'enseignement du robot ou cobot pour une large gamme de marques et modèles incluant Fanuc, ABB Robotics, #Universal Robotics (UR) et autres. Cela simplifie la formation des opérateurs et permet des changements de programme rapides basés sur les changements de production de pièces. GarLine est la solution idéale pour les ateliers à haut mélange et faible volume et est également bénéfique sur une large gamme de tailles et formes de pièces avec sa grande gamme d'options de menu et son adaptation de soudage inhérente.

Qualité produit enrichie

La précision optique de GarLine et les corrections automatiques sont communiquées au robot à un taux très élevé, et donc la solution de soudage GarLine bénéficie au fabricant en obtenant de meilleures soudures, plus rapides, un pourcentage inférieur de rebut inutile et, par conséquent, un taux de produits finis plus élevé en moins de temps, évitant le retraitement et les pertes de production.

Productivité accrue

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

Caractéristiques des capteurs GarLine

Capteur robuste

GarLine dépasse la classe d'isolation IP67 et fonctionne avec succès dans une plage de -20 °C / 70 °C. Sa conception intègre des matériaux à usage aérospatial assurant une isolation EMI optimale, y compris dans les processus de soudage TIG.

Électronique intelligente

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

Maintenance aisée

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

Pour tous types de soudage autonome (cobots, robots industriels et machines pilotées par API), les capteurs de recherche de joint GarLine sont une solution Plug & Play, car leur interface s'affiche directement sur le pendant d'un système de soudage robotisé, sans besoin d'ordinateurs additionnels, ni logiciels, câbles ou dispositifs spéciaux supplémentaires.

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

Fonctions des capteurs laser de suivi & recherche GarLine

Recherche de joint (Seam search) : calcul en temps réel de corrections look-ahead pour déplacer la torche vers le joint. Le capteur trouve les bons points d'enseignement du joint de soudage avant le soudage, compensant la déviation de la pièce.

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

Multipass : fonction de programmation aisée pour soudures multi-couches.

Détection de fin de suivi (End-detection tracking) : le capteur détecte la fin du joint et arrête le soudage.

Configuration pré-étiquette-évitement (Pre-tag-avoid configuration) : le capteur peut être configuré pour souder droit et sauter des espaces préprogrammés le long du joint.

Balayage et balayage adaptatif (Weaving and adaptive weaving) : grâce à la vision « look-ahead » du capteur GarLine, la trajectoire de la torche s'adapte à la largeur du joint, assurant un remplissage en zigzag des espaces.

Solutions Colonne et Poutre

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

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

• accéder aux multiples options de programmation PLC flexibles
• personnaliser SHARPtrack selon les exigences de l'application (sélection du modèle de glissière, marque de PLC (Siemens, Rockwell et Panasonic actuellement disponibles), drivers, longueur de câble et caractéristiques d'armoire de commande personnalisées selon l'application) ;
• accès au pendant à toutes les fonctionnalités de soudage (suivi de joint, surveillance en temps réel, déplacement manuel de la glissière, contrôle de décalage en direct, configuration de la vitesse de soudage et paramètres liés à la source).

La fonction look-ahead de GarLine assure un suivi de joint précis en temps réel et des micro-corrections de la trajectoire de la torche. Le capteur GarLine effectue des corrections de trajectoire à une vitesse imperceptible à l'œil humain. Cette précision, en plus de fournir des soudures d'une qualité irréprochable, assure une valeur perçue pristine dans le produit final.

SHARPtrack inclut déjà une programmation pré-définie et personnalisable, transformant l'automatisation du soudage en Plug & Play. Installation simple, aucune programmation extensive requise.

Vous envisagez de moderniser votre application de soudage ?

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

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