Valk Welding: 1999

Le constructeur belge Van Hool fabrique environ 1500 autocars et bus par an, ainsi que 5000 véhicules utilitaires tels que remorques ou citernes. La société emploie plus de 800 soudeurs (sur un total de 4200 employés), et possède une expérience de 18 ans du soudage robotisé et automatique. Depuis quelques années, la section autocars fonctionne avec un système FMS de soudage (Flexible Manufacturing System, système de fabrication flexible). La journée, les employés montent les pièces sur les gabarits, qui sont ensuite entreposés dans un hangar intermédiaire automatisé. Jour et nuit, le système robotisé prend les gabarits dans le hangar, le robot soude les pièces et les gabarits sont remis en place. L’équipe de jour décharge ensuite les pièces usinées.

En ce moment, la société investit dans des installations de soudage robotisées pour les véhicules utilitaires. Le soudage robotisé doit être souple à cause des séries courtes. Il y a six mois, une nouvelle cellule de soudage avec quatre postes de travail pour petites pièces a été installée. Plus récemment, ce fut une cellule robotisée destinée au soudage de grands châssis de citernes. Afin de corriger les positions de soudures inexactes, le robot a été équipé d’un capteur tactile qui détecte la position des soudures. Les deux installations ont été fournies par Valk Welding et équipées de robots Panasonic, ainsi que la possibilité de programmer hors-ligne. La direction technique en a discuté avec M. De Wilde, de la section véhicules utilitaires.

Soudage de petites pièces
Les véhicules utilitaires contiennent aussi des pièces plus petites qui peuvent être soudées par une installation robotisée. La section véhicules utilitaires disposait déjà de quelques installations robotisées, généralement constituées de deux postes de travail: l’un où l’opérateur dispose les pièces sur le gabarit, l’autre où le robot soude. Chaque poste de travail fonctionne avec un gabarit adapté à la pièce à souder, cette pièce y étant déposée à l’aide d’une pince. En montant le gabarit toujours dans la même position (sur la table tournante), les différences parties de la pièce à usiner – ainsi que les cordons à souder – sont positionnées à exactement la même place pour chaque série de produit et produites avec le même programme de robot (si besoin, elles peuvent être fabriquées à plusieurs jours d’intervalle). Le robot peut pivoter à 180° et passer d’un poste de travail à l’autre pour y finir le programme. L’expérience montre que lorsque l’on utilise des cellules de soudage à deux postes de travail, les deux robots/opérateurs ne font souvent rien : le temps de soudage et le temps de montage peuvent être différents, le changement de gabarit (lorsqu’un autre type de pièce doit être soudé) peut provoquer l’arrêt de la production de la cellule. Les robots de soudage traditionnels sont programmés par apprentissage sur le robot et sur l’emplacement de la soudure, ce qui signifie que pour une cellule à deux postes, le robot doit être programmé deux fois. Tous ces aspects habituels pour une cellule de soudage robotisée classique exigent qu’on y consacre un certain temps (improductif) pendant lequel l’opérateur ne peut pas s’occuper de la production, et cela, d’autant plus si une grande flexibilité est requise (plusieurs séries courtes de différentes pièces). Il est évident que l’investissement n’est pas très rentable, à moins d’utiliser cette installation pour des longues séries de pièces identiques (or, ce n’est pas le but d’une cellule de soudage robotisée).

La nouvelle cellule robotisée réservée au soudage de petites pièces a été installée il y a six mois afin de souder le plus de (petites) pièces possibles, et de manière la plus efficace. Plus de 100 pièces différentes sont produites dans la cellule en même temps. Afin de garantir une certaine flexibilité, la nouvelle installation de soudage robotisée se compose de quatre postes de travail et (par conséquent) d’un robot monté sur un chariot pour les déplacements horizontaux. Il est plus facile d’ajuster le temps et le contenu du travail de l’opérateur (les mouvements externes comme le chargement de pièces, la détection et le polissage des résidus de soudage, etc.) en fonction du temps de soudage. Lors des changements de produit, il  est possible de changer de gabarit sans arrêter le robot soudeur. Alors qu’il cherchait le fournisseur idéal, M. De Wilde a finit par constater que tous les robots soudeurs du marché font du bon travail. La véritable différence réside dans l’intelligence de la machine. Cependant, cette intelligence est déterminante pour le résultat final car les options de programmation jouent un grand rôle. Avec les robots soudeurs, différentes cellules signifient différents programmes pour chaque pièce, car chaque cellule possède un manipulateur permettant au gabarit de pivoter afin de mieux présenter la pièce à la tête de soudage du robot (axe supplémentaire). Sur cette table tournante les gabarits sont montés de manière fixe. Chaque table a une hauteur différente en position horizontale, ainsi que sa propre position au sol. D’autres solutions ont été recherchées sur le marché mais c’est Panasonic qui a été retenu grâce à sa programmation hors-ligne et à la possibilité de démarrer sans trop  de modifications. Chaque cellule de travail dispose d’une position de réglage zéro spécifique au robot (utilisée également après une collision pour réétalonner le robot). Toutes les données essentielles concernant le positionnement (localisation de la plaque, niveau horizontal de la plaque) sont entrées en une seule fois d’après les mesures du robot. Cette technique sert de base à la conversion hors-ligne des programmes de soudage, réalisés par apprentissage sur une cellule robotisée, vers les trois autres cellules. On utilise pour cela les calculs de repositionnement présents dans le programme. En pratique, un gabarit identique est fabriqué pour chaque cellule. Le programme est constitué par apprentissage à l’un des postes de travail, puis récupéré par câble lors de la préparation du travail pour être copié hors-ligne, par le programmeur CAO, pour les autres cellules. La production peut alors commencer. Avec le logiciel Panasonic, la programmation du soudage peut être réalisée à partir d’un diagramme de CAO.

La pratique montre que des pièces assez simples, pour lesquelles des séries de dix doivent être fabriquées régulièrement, peuvent être produites par un robot de manière efficace. Le gain de temps engendré par le travail du robot justifie la fabrication d’un gabarit (de quelques jours à plusieurs semaines de travail) et l’investissement du logiciel. Pendant la préparation, des unités de pliage et de coupage, ainsi que des perceuses programmées par CNC sont utilisées pour garantir la précision de la production des pièces sans avoir à prendre de mesures supplémentaires au sein de la cellule de soudage robotisée. Les changements de gabarit se font en moins d’une heure et sans arrêter le robot soudeur puisqu’il y a quatre postes de travail. Pour les très petites pièces, chaque table tournante utilise plusieurs gabarits, ce qui augmente le nombre de pièces montées et traitées en même temps. Le succès de l’investissement et la quantité de pièces produites sont tels qu’il a été décidé d’installer un second robot soudeur avec quatre postes de travail également.

Soudage de grandes pièces à l’aide d’un capteur de position
La nouvelle installation robotisée Panasonic destinée au soudage de châssis et de structures de soutien pour les citernes de 2,5 x 3 m est unique. Chaque jour, 8 citernes sont produites, et sachant que  chacune requiert deux châssis, le volume de production suffit à justifier l’investissement dans une installation de soudage robotisée spécifique afin que le robot fonctionne pendant deux rotations. Par rapport au soudage manuel, le temps de soudage a été fortement réduit.

Cette installation de soudage robotisée n’aurait pas pu être réalisée avec la technologie disponible il y a cinq ans. L’installation contient (actuellement) quatre postes de travail et un robot soudeur suspendu, équipé d’un chariot. Ce dernier se déplace horizontalement sur un rail de 23 mètres. La plage de fonctionnement utile de l’installation robotisée est d’environ 112 m² sur une longueur de 27,25 m. À l’avenir, la longueur de l’installation sera doublée, avec trois postes de travail supplémentaires et deux chariots de robot placés côte à côte sur le même rail longitudinal. Cette installation se compose également d’un manipulateur rotatif pour chaque poste de travail (pouvant manipuler jusqu’à 2 tonnes). Entre les deux entraînements du manipulateur rotatif se trouve le moule où sont montés les gabarits des modèles de châssis spécifiques. Avec la table d’assemblage, il est possible de faire pivoter le châssis pour pouvoir souder le haut et le bas sans manipulation manuelle. Le moule situé entre les deux points de rotation du manipulateur est situé en hauteur sur le plan horizontal afin que l’opérateur puisse installer les pièces du châssis dans une position ergonomique. Le pivotement se fait de manière excentrée, rendant inutile la présence d’un trou au sol pour pouvoir faire pivoter le châssis à 180°. À la place, l’espace requis pour chaque poste de travail a été agrandi. Pour cette cellule également, il est possible d’utiliser la programmation hors-ligne pour la conversion des programmes (pour laquelle quelques heures à quelques jours de travail sont requis pour une grande variété de châssis) à partir du mode apprentissage d’un poste en programme de soudage vers les autres postes. Cette procédure fait gagner beaucoup de temps et augmente le temps de production.

Dans cette application, le robot soudeur a été équipé d’un système de détection de soudure pour compenser toute imprécision de la taille des pièces. Un châssis de citerne est composé d’un certain nombre de structures moulées et pré-soudées dont la taille n’est pas toujours égale. Elle peut varier de quelques millimètres, ce qui n’est pas énorme pour ce genre de pièces, mais assez problématique pour le robot soudeur. Les soudures décalées de quelques millimètres ne peuvent pas être exécutées à l’aide d’un programme fixe, car le résultat est mauvais: une pièce peut être brûlée, une autre avoir une soudure lâche, etc ... De réels  problèmes, effectivement.

Pour chaque soudure, la déviation est scannée avant le soudage à l’aide de ce système de détection. Une fois que les deux bords sont détectés et localisés, le programme de soudage calcule le décalage et la position de soudage ajustée, puis le robot commence à souder. Ce nouveau calcule peut être fait depuis la commande du robot Panasonic. Au départ, l’installation a été fournie avec le célèbre système d’admission classique. La détection du produit était parfois perturbée par une contamination de la torche de soudage en raison des produits revêtus et des paramètres de soudage critiques sélectionnées par Van Hool (des positions de soudage difficiles avec la garantie d’une soudure de qualité, une exigence absolue compte tenu de l’utilisation des produits finis). Pour résoudre ce problème, Valk Welding a mis au point une commande électronique spécifique remplaçant le système d’admission. Le capteur fixe est entretenu (la fiabilité de ce capteur a été testée sur les installations Panasonic) et un système électronique est ajouté à la commande. Ce système présente l’avantage de minimiser l’influence de l’importante contamination de la tête de soudage sur la détection tactile. La sensibilité de ce système peut également être réglée sur mesure afin de garantir un fonctionnement optimal. Ce réglage n’est pas possible avec un système d’admission classique. Chaque poste de travail est alimenté en électricité grâce aux lignes d’alimentation requises pour le soudage (CO2, argon, mélanges de gaz, etc.) et pour le soudage manuel (corrections, soudage non robotisé, etc.) sans que l’opérateur ait besoin de fournir les lignes ou de déplacer les appareils de soudage, etc.
Les cellules équipées de postes de travail sont protégées pendant le soudage par des rideaux éclairés par des diodes, autorisant une vision illimitée dans la cellule et un interrupteur de sécurité au cas où un employé devrait rentrer dans la cellule pendant le soudage. Toute cellule doit être libérée avant que le robot n’entre et ne commence à souder. Il n’y a pas de surveillance de l’espace car cela est impossible avec un robot en mouvement dans l’espace de travail. Le robot peut passe en mode sécurité avec une vitesse réduite pour les travaux de maintenance, lorsque quelqu’un doit entrer dans la cellule pour activer le robot. L’installation a été entièrement fournie par Valk Welding avec tous les marquages CE.

(Source : Technisch Management - février 1999)