Le robot de soudage a plus d'un tour dans son sac

Polyvalent grâce à des capteurs et des logiciels avancés

Grâce à des capteurs et des logiciels avancés, la génération actuelle de robots de soudage est équipée pour réaliser des processus de soudage complexes, tout en contribuant de manière significative au contrôle de la qualité. Grâce à toutes sortes d'innovations techniques, les fabricants parviennent sans cesse à rendre les robots de soudage encore plus faciles à programmer et à utiliser et - heureusement -, ce n'est pas près de s'arrêter. Mais il y a un 'mais': la pénurie croissante de programmeurs de robots qualifiés.

Une évidence

Un robot de soudage possède un ou plusieurs axes programmables sur lesquels est fixé un pistolet à souder, qui est relié à une source d'énergie de soudage avec laquelle le robot communique. En effectuant les bons mouvements et en appliquant les bons paramètres de soudage, on peut établir un assemblage par fusion et créer la soudure parfaite. 

Grâce à des capteurs et des logiciels avancés, la génération actuelle de robots de soudage est capable de réaliser des processus de soudage complexes et peut être programmée et utilisée relativement facilement.

Grâce à des capteurs et à des logiciels avancés, la génération actuelle de robots de soudage est capable d'exécuter des processus de soudage complexes

Par conséquent, et parce qu'ils offrent une qualité constante et garantissent un cycle de travail et un retour sur investissement élevés, ils sont désormais considérés comme une évidence dans l'industrie manufacturière. Selon le World Robotics Report de l'International Federation of Robotics, il y avait environ 3,5 millions de robots opérationnels dans le monde en 2022, dont environ 20% dédiés aux opérations de soudage.

Le déclin de l'emploi que l'on craignait ne s'est pas encore concrétisé. Dans un quart des entreprises, la robotisation a entraîné des déplacements de travail, mais s'est accompagnée d'une augmentation de la rentabilité. Dans les instituts de recherche, il y a même eu une croissance de l'emploi.

HISTOIRE
Les robots de soudage existent depuis les années 60, mais ce n'est qu'à partir de 1980 qu'ils ont été utilisés à grande échelle, principalement pour le soudage dans l'industrie automobile. Ces robots de construction très simple étaient programmés à l'aide de cartes perforées.

Au cours des dernières décennies, les robots de soudage sont devenus un outil indispensable dans l'industrie de la production et de la fabrication.

La dernière génération est équipée de capteurs et de logiciels avancés, ce qui lui permet d'exécuter des processus complexes et d'être facile à programmer et à utiliser. 

Une conception adaptée au robot de soudage

La complexité du robot de soudage est principalement liée au logiciel sous-jacent. Celui-ci doit permettre de basculer rapidement d'un produit à un autre ('high mix, low volume').

Pour obtenir un bon logiciel, il faut que les programmeurs - dont la pénurie est criante, voir encadré - connaissent les tenants et les aboutissants de ce qui sera produit, afin que le robot ne soit pas 'confronté' pendant le soudage à des endroits inaccessibles, par exemple; il faut avoir à tout moment une conception adaptée au robot de soudage. 

Aujourd'hui, la programmation peut également être réalisée automatiquement grâce à des logiciels avancés et au machine learning, une forme d'intelligence artificielle. Deux types d'algorithmes sont généralement utilisés à cet effet: le supervised learning et l'unsupervised learning, c'est à dire l'apprentissage avec et sans supervision.

Dans le premier cas, le gestionnaire des données 'enseigne' en quelque sorte à l'algorithme les conclusions à tirer, tandis que dans le second cas, l'algorithme apprend à identifier des processus et des modèles complexes sans intervention humaine.

innovations

En partie grâce aux logiciels et à la technologie avancée des capteurs, les robots de soudage deviennent de plus en plus intelligents. Et ce n'est pas fini! Voici quelques exemples de ces innovations

• l'adaptive welding implique une adaptation continue à la situation actuelle. Par exemple, il est désormais possible de scanner un cordon de soudure à l'avance pour déterminer le schéma de remplissage correct (la séquence de soudage dans une soudure multicouche);
• l'end-of-arm tooling répond au besoin croissant de bras de préhension et de pinces très sensibles. Dans ce cas, des capteurs intelligents sont utilisés pour détecter des objets en fonction de propriétés préprogrammées telles que le matériau, la surface et/ou la forme;
• la machine vision, une forme d'inspection automatique où des caméras 2D et 3D constituent en quelque sorte les 'yeux' du robot, est programmée sur base d'un balayage. La machine vision est basée sur le machine learning. 
• le position feedback, où les systèmes de retour d'information sur le moteur intégrés dans les entraînements - équipés de capteurs de moteur intelligents - fournissent des données sur la vitesse, la position et l'état de l'entraînement. Ces données constituent la base d'un contrôle efficace du robot et de l'installation;
• la robot vision, composée de systèmes optiques et de caméras qui élargissent le champ de vision du robot, lui permettant de localiser et d'identifier des objets prédéfinis. Le robot décide ensuite lui-même comment agir;
• les solutions safe-robotics contribuent à faire de l'environnement immédiat du robot un lieu de travail sûr. Cela est possible grâce à une surveillance adaptative de l'environnement par des capteurs intelligents et robustes qui fournissent des informations aux systèmes de sécurité associés;
• le wire arc additive manufacturing (waam), un processus de fabrication permettant d'imprimer en 3D des pièces métalliques. Il peut être utilisé, entre autres, pour produire des prototypes à géométrie (interne) complexe et/ou des produits composés de matériaux multiples;
• un virtual robot programming system (VRPS), qui associe le positionnement via la réalité virtuelle à la technologie haut de gamme d'un robot de soudage industriel. L'ordinateur de poche permet d'effectuer un mouvement qui sert de base au programme du robot, lequel est ensuite perfectionné et exécuté par le robot.

PENURIE DE PROGRAMMEURS
Un grand nombre d'entreprises métallurgiques considèrent qu'il est urgent d'investir dans des robots de soudage, mais la pénurie de programmeurs pose problème. Ce problème s'aggravera dans les années à venir, notamment parce que le nombre de jeunes entrant sur le marché du travail est en baisse.

Parce qu'une formation de l'enseignement professionnel moyen ciblée pour les programmeurs de robots est absolument nécessaire, mboRijnland, avec le soutien de Koninklijke Metaalunie, a commencé en février de l'année dernière à former des collaborateurs d'entreprises métallurgiques pour qu'ils deviennent des programmeurs de robots; l'initiative offre également des opportunités pour les professionnels d'autres secteurs techniquement formés.

En Belgique, le Vlaamse Dienst voor Arbeidsbemiddeling en Beroepsopleiding (VDAB) propose une formation pour les opérateurs de robots de soudage.

Contrôle de la qualité

Les robots de soudage modernes étant équipés de logiciels avancés, ils sont capables de sélectionner les bons paramètres de soudage et d'ajouter la bonne quantité de matériau de soudage tout en contribuant de manière substantielle au contrôle de la qualité.

Compte tenu de l'importance croissante de la normalisation et de la certification, le contrôle de la qualité du soudage devra de plus en plus avoir lieu dans l'atelier: il s'agit d'un suivi de la production en temps réel. Pensons par exemple au contrôle effectué sur les soudures. 

Les robots de soudage peuvent être programmés pour effectuer automatiquement des procédures de contrôle de la qualité

Les systèmes de surveillance optique omniprésents, dotés de capteurs et de caméras, contrôlent la position et la qualité du joint soudé pendant le processus d'assemblage.

Tout écart peut donc être rapidement détecté et corrigé. En outre, les robots de soudage peuvent être programmés pour effectuer automatiquement des procédures de contrôle de la qualité. La prise de mesures fait également partie des possibilités. Il s'agit notamment de mesurer la pénétration de la soudure et/ou de détecter la porosité de l'assemblage soudé.

Rôle d'ambassadeur

La flexibilité du robot de soudage est une condition importante pour justifier les coûts d'investissement (généralement élevés). Un robot de soudage peut être utilisé dans différents processus d'exploitation combinables, et il convient d'apprendre à les reconnaître. Dans ce contexte, il est important de disposer au sein de l'organisation d'un personnel capable et désireux de jouer un rôle d'ambassadeur concernant (la promotion) du robot de soudage.

Si un nouveau produit est envisagé, ces personnes sont les mieux placées pour déterminer où le processus peut être mis en place de manière efficace en utilisant le robot de soudage. A l'heure actuelle, il n'y a souvent que quelques personnes qui possèdent les connaissances (en programmation) nécessaires à cet effet.

Il est préférable de disposer d'une équipe de spécialistes qui se tiennent au courant de toutes les innovations et tendances par le biais de formations (continues), afin de pouvoir répondre aux exigences de production toujours croissantes.

LABORATOIRE DE ROBOTISATION DU SOUDAGE
La robotisation du soudage est principalement utilisée pour la production en série, où l'étape d'automatisation est relativement simple. Pour les petits volumes et les pièces uniques dans le cadre de projets ponctuels, la situation est sensiblement différente. Souvent, l'investissement en temps que demande la programmation dépasse les éventuels avantages. 

Néanmoins, l'utilisation d'un robot de soudage devrait également être possible pour les (plus) petites séries, à condition que le logiciel qui l'accompagne soit facile et rapide à programmer. Ce défi est relevé aux Pays-Bas par le Proeftuin Lasrobotisering, un projet commun entre l'i_Lab, le ROC Da Vinci college, la Duurzaamhaidsfabriek, l'Innovation Quarter, des entreprises de production régionales et plusieurs partenaires externes, le tout sous la devise 'partager des connaissances et des expériences, apprendre ensemble et se mettre au travail concrètement'.

En collaboration avec Fanuc, Kuka et Valk Welding