L'utilisation de la robotique dans les applications de soudage à l'arc sert à réduire le temps de cycle et à améliorer la qualité et la répétabilité des soudures. Cela n'est possible que lorsque les joints de soudure eux-mêmes sont cohérents et reproductibles. Malheureusement, en raison d'un outillage et d'une préparation des pièces inadéquats, les joints de soudure s'écartent souvent considérablement du chemin de soudure programmé. L'utilisation d'outils avancés tels que TAST, Touch Sensing, systèmes de vision 2D ou 3D et Laser Vision Tracking permet de minimiser les problèmes causés par les imperfections des pièces et de l'outillage et permet d'élargir les possibilités de soudage auparavant impossibles.


Détection tactile
Touch Sensing est un système de détection de localisation commune à faible coût basé sur un logiciel. La détection tactile fonctionne en utilisant l'électrode de soudage, la buse ou tout autre pointeur de détection pour établir un contact électrique avec la pièce. Le robot stocke les données de position puis effectue automatiquement des ajustements sur l'ensemble du chemin de soudure avant le début de l'arc. La détection tactile permet des ajustements en une, deux ou trois dimensions.
Un inconvénient de l'utilisation de la détection tactile est l'augmentation du temps de cycle due à l'exécution des routines de recherche. Le temps ajouté varie généralement de 3 à 5 secondes par joint. De plus, pour que la détection tactile soit la plus efficace, la pièce doit avoir des arêtes définies pour que le capteur les trouve.

GOÛT
Une autre méthode logicielle relativement peu coûteuse utilisée pour suivre les joints de soudure est le suivi par arc de couture (TAST). TAST utilise la rétroaction du courant de soudage pour déterminer la position verticale de la torche. Au fur et à mesure que la distance entre la pointe de contact et le travail augmente, le courant diminue et à mesure que la distance entre la pointe de contact et le travail diminue, la quantité de courant augmente. TAST corrige les variations de la position verticale de la torche pour maintenir un stick-out constant. De même, TAST utilise la rétroaction du courant de soudage et la fonction d'armure du robot pour déterminer la position latérale de la torche dans le joint de soudure. Au centre du joint, le courant d'arc est au minimum. Lorsque la torche atteint le bord de son cycle de tissage, le courant d'arc atteint son maximum. Si la valeur du courant de crête au bord du cycle de tissage augmente, la torche s'éloigne du joint de soudure et TAST effectue les corrections nécessaires.

Alors que TAST offre une solution à faible coût pour corriger les joints de soudure imparfaits, la configuration des variables système est difficile et nécessite une compréhension approfondie du processus de soudage. De plus, TAST ne peut pas être utilisé pour souder de l'aluminium, car le changement de courant dû au changement de bâton n'est pas suffisamment important pour être suivi. Une fois la configuration terminée, le processus de soudage doit rester stable pour éviter que des données de retour de courant erronées ne retournent au robot. TAST est mieux utilisé dans les applications avec une épaisseur de matériau supérieure à 2 mm et des vitesses de déplacement entre 35 et 50 pouces ipm (pouces par minute).

Systèmes de vision 2D et 3D
Les systèmes de vision 2D tels que le Robot Vision® intégré de Fanuc Robotics, Inc.® (iRVision®) peuvent être utilisés dans la même capacité que la détection tactile pour améliorer le temps de cycle et la qualité. iRVision® est utilisé pour le suivi de l'emplacement des articulations, le guidage du robot et la vérification des erreurs avant d'établir un arc. Dans le guidage du robot, pour chaque pièce ou cordon de soudure, l'opérateur calibre la caméra et apprend le chemin de soudure sur une pièce idéale. Cette image de référence est stockée dans la mémoire du robot. Sur chaque partie par la suite, la caméra prend une photo avant qu'un arc ne soit établi et le robot effectue une correspondance de motif entre l'image de référence et la nouvelle image. Le robot calcule ensuite les éventuels décalages et ajuste l'ensemble du chemin de soudure en conséquence.

Torche Robo Pipe Alors que la détection tactile peut prendre 3 à 5 secondes pour effectuer les mêmes calculs pour chaque joint, l'utilisation d'une caméra 2D réduit ce temps à dixièmes de seconde. De plus, l'utilisation d'une caméra 2D permet de suivre les coutures sur un matériau d'une épaisseur inférieure à 1 mm puisque le robot n'a pas à toucher réellement la pièce pour trouver la couture. Pour minimiser les risques d'erreur, la caméra prend une photo pour vérifier l'orientation correcte des pièces et la présence de dispositifs de sécurité. Cette fonction de détection d'erreur empêche une erreur dans le processus ou la détecte avant d'effectuer les opérations suivantes. Cela élimine le besoin de capteurs de proximité coûteux et réduit le risque d'endommager l'outillage ou le robot.

L'éclairage est essentiel dans les systèmes de vision 2D. Toute lumière ambiante, y compris la lumière du soleil, les plafonniers ou d'autres arcs de soudage à proximité immédiate peut déformer l'image et diminuer la précision de la correspondance de motif. Cela peut compliquer l'utilisation des systèmes de vision 2D sur des matériaux brillants tels que l'aluminium. De plus, l’environnement difficile créé par un arc de soudage peut nuire à la précision de la caméra. Si la caméra est montée sur une torche, l'objectif doit être protégé de la chaleur et des projections de l'arc de soudage. Les systèmes de vision 3D utilisent la même technologie que les systèmes de vision 2D avec l'ajout d'un laser. Alors que les systèmes de vision 2D détectent le mouvement des pièces dans les directions X et Y et la rotation des pièces, les systèmes de vision 3D ajoutent la détection des changements de hauteur, de pas et de lacet.

Suivi de vision laser
Laser Vision Tracking fournit une méthode tridimensionnelle en temps réel pour suivre les cordons de soudure sur une épaisseur de matériau inférieure à 1 mm ou des joints avec un écart inférieur à 1 mm. Le capteur laser est fixé au bras du robot environ un pouce en avant de la torche de soudage. Une diode laser projette une ligne sur la pièce et la caméra détecte le joint en fonction de la distorsion dans la ligne laser. Le logiciel de la caméra fournit ensuite des informations au robot concernant les écarts et les variations d'ajustement. Ces données permettent au robot d'effectuer les ajustements nécessaires à la position de la torche, à la vitesse de déplacement, à l'amplitude du tissage et à d'autres paramètres de soudage tels que la tension et le courant. Le suivi de vision au laser n'entrave pas la vitesse de déplacement globale, car des vitesses de soudage de 100 ipm sont toujours réalisables. Comme le laser fonctionne sur une seule longueur d'onde, il n'est pas sensible aux interférences de la lumière ambiante. Les algorithmes logiciels qui réduisent le bruit et les retours indésirables permettent également d'utiliser le Laser Vision Tracking sur des matériaux brillants tels que l'aluminium et l'acier inoxydable. De plus, la caméra est protégée contre les projections de soudure, les fumées et la chaleur intense en étant montée à une distance de 1 pouce de la torche. Le passage de la technologie analogique à la technologie numérique a considérablement amélioré la capacité du suivi par vision laser. La technologie numérique permet au capteur d'avoir une portée plus large et un signal plus clair. Par rapport à leurs homologues analogiques, les capteurs numériques sont environ quatre fois plus précis et ont des taux de balayage plus rapides. L'un des principaux inconvénients encore associés au suivi de la vision au laser est le coût du système, qui peut être de 50 000 $ ou plus. De plus, comme le capteur est monté sur la torche, il peut limiter l'accès de la torche dans certaines applications.

Conclusion
Pour toute application robotique, plusieurs options sont disponibles pour améliorer la qualité et la répétabilité des soudures, notamment TAST, Touch Sensing, 2D Vision et Laser Vision Tracking. La figure 1 montre des comparaisons entre les options discutées, et Lincoln Electric Automation emploie un personnel expérimenté et professionnel pour aider à tout examen des demandes. Ces options ont leurs propres avantages et limites, et ce n'est qu'avec une évaluation approfondie de chaque application qu'un utilisateur peut déterminer quel système peut fournir le meilleur retour sur investissement en termes d'augmentation de la productivité et d'amélioration de la qualité.