Les progrès constants de l'automatisation continuent de transformer la fabrication en améliorant la qualité, en augmentant la productivité et en réduisant les coûts. Mais le coût, la complexité et l'encombrement des systèmes d'automatisation traditionnels les rendent souvent irréalisables pour les petites entreprises.
Aujourd'hui, les robots collaboratifs, ou cobots en abrégé, ont pris le relais pour rendre l'automatisation plus accessible aux fabricants de petits volumes. Ces systèmes présentent de nombreux avantages par rapport à l'automatisation traditionnelle, mais à un prix inférieur et dans un emballage plus petit, tout en étant plus simples à programmer et à utiliser que des solutions plus sophistiquées.
Les cobots de soudage au laser offrent une proposition de valeur particulièrement convaincante. En combinant la précision et la vitesse inhérentes au soudage laser avec des mouvements automatisés, ils peuvent améliorer de manière significative la productivité du soudage.
Mais comment identifier la bonne tâche pour un cobot de soudage laser et l'intégrer avec succès ? Nous examinerons ici les principales considérations à prendre en compte pour identifier, spécifier et déployer avec succès un cobot dans votre entreprise.
Trouver la bonne application
Quelles sont les applications qui peuvent bénéficier d'un cobot ?
Les cobots conviennent le mieux aux applications dont les volumes de production sont modérés, allant généralement de 10 à 100 pièces par jour. Il s'agit souvent de travaux pour lesquels le soudage manuel n'est pas cohérent ou prend du temps, mais pour lesquels une installation d'automatisation industrielle complète n'est pas justifiable.
Comme toute forme d'automatisation, les cobots sont plus performants lorsque le processus ne varie pas de manière significative d'une pièce à l'autre. Cela signifie que les dimensions des pièces sont cohérentes, que la fixation est reproductible et que les trajectoires de soudage sont prévisibles. Si vous soudez régulièrement les mêmes assemblages et que vous souhaitez améliorer la cohérence et la productivité, un cobot pourrait être l'outil idéal.
Mais cela ne signifie pas que les robots de soudage au laser ne sont pas utiles pour les petits lots et les travaux uniques. La relative facilité de programmation signifie qu'un cobot de soudage laser peut fournir les résultats souhaités sur des séries de faible volume d'une manière qui est effectivement impossible pour un robot de soudage traditionnel.
Les soudures en ligne droite, les joints circulaires et les petits rayons sont tout à fait à la portée d'un cobot. En fait, toute trajectoire de soudure complexe ou compliquée difficile à exécuter à la main peut être mieux réalisée par un cobot.
Toutefois, les travaux impliquant des pièces irrégulières ou déformées et mal ajustées peuvent poser des problèmes. En effet, le soudage au laser est généralement plus exigeant que le soudage à l'arc en termes d'ajustement. Les applications à fil sont un peu plus tolérantes, mais le soudage laser autogène exige généralement des écarts inférieurs à un millimètre.
La première étape de l'évaluation d'un cobot consiste à évaluer l'adéquation technique et le retour sur investissement opérationnel. Le processus se répète-t-il assez souvent pour justifier l'automatisation ? La qualité et la régularité des soudures posent-elles problème, ou la disponibilité de la main-d'œuvre est-elle une source de préoccupation ? La fixation peut-elle être normalisée ? Si les réponses sont oui, un cobot de soudage laser pourrait rationaliser votre flux de travail et améliorer votre production sans les frais généraux de l'automatisation traditionnelle.
Considérations de sécurité
Les cobots étant spécifiquement destinés à une interaction humaine fréquente, leurs exigences en matière de sécurité diffèrent considérablement de celles des systèmes robotiques traditionnels. C'est particulièrement vrai dans les applications de soudage au laser.
Les cobots de soudage laser existent en deux configurations de base : ouverte et fermée. Le type choisi influence directement les mesures de sécurité et l'équipement de protection nécessaires.
Dans une configuration fermée avec une enceinte intégrée, le cobot et le processus de soudage sont entièrement contenus dans une armoire ou une cellule. Ces enceintes sont généralement verrouillées, de sorte que le laser s'éteint automatiquement si une porte est ouverte.
Il s'agit généralement d'un système laser de classe I, ce qui signifie que le laser est considéré comme sûr dans des conditions de fonctionnement normales et qu'aucun EPI spécial n'est nécessaire. Un système d'extraction des fumées intégré est également inclus, ce qui permet de gérer les fumées ou les particules générées pendant le soudage.
Un système cobot ouvert n'a pas de confinement intégré, il doit donc être placé derrière des barrières ou des rideaux anti-laser pour protéger les travailleurs à proximité des faisceaux directs ou réfléchis. Ces installations sont classées comme des systèmes laser de classe IV.
Avec les cobots de soudage laser ouverts, les opérateurs chargent et positionnent généralement la pièce, puis lancent le cycle de soudage avant de reculer ou de se placer derrière une barrière pendant que le laser est actif. Rester à proximité du cobot pendant le soudage est sans danger à condition de porter l'EPI approprié - au minimum des lunettes de soudage au laser et éventuellement un casque de soudage au laser et des vêtements ignifugés - mais les opérateurs profitent généralement de l'occasion pour se concentrer sur d'autres tâches pendant que le cobot exécute un cycle.
Plusieurs facteurs, dont le coût, le volume de production et surtout l'efficacité du flux de travail, influencent le choix entre un cobot fermé et un cobot ouvert.
Si l'espace est limité ou si vous ne savez pas comment mettre en œuvre les protocoles de sécurité appropriés, un cobot fermé peut grandement simplifier et accélérer l'installation.
Si votre entreprise accorde de l'importance à un changement rapide des pièces et à un accès ininterrompu, un système ouvert peut être préféré à un système fermé qui nécessite l'ouverture d'une porte pour accéder aux pièces. Les systèmes ouverts offrent également une amplitude de mouvement maximale au bras du cobot, ce qui est important pour le soudage de pièces plus grandes et plus complexes.
Planification de l'installation du cobot
Choisir le bon emplacement pour votre cobot de soudage laser ne se résume pas à trouver un espace libre. Pour réussir, il faut intégrer le système de manière transparente dans votre production.
Idéalement, le cobot devrait être placé à un endroit où il permet un déplacement efficace des pièces dans le flux du processus, où il minimise le temps de déplacement et où il ne perturbe pas les opérations existantes.
Les cobots de soudage laser sont relativement compacts et nombre d'entre eux sont montés sur des roulettes qui permettent un déploiement flexible. Toutefois, ils ne sont généralement pas déplacés fréquemment dans le cadre d'une utilisation quotidienne, en particulier lorsqu'ils sont reliés à un système fixe d'extraction des fumées. Il est préférable de placer l'unité à un endroit où elle peut rester en place et fonctionner efficacement.
Les exigences en matière d'alimentation sont simples : la plupart des systèmes cobot fonctionnent sur une tension standard de 120 V, tandis que l'unité de soudage au laser elle-même peut nécessiter une alimentation monophasée de 208 V. Là encore, l'extraction des fumées est généralement nécessaire, ce qui peut impliquer un système d'aspiration dédié pour garantir un environnement de travail sûr et conforme.
Choisir la bonne taille de cobot
Pour choisir le bon système cobot, il faut notamment choisir la bonne taille de bras. Un cobot trop petit peut limiter la couverture de vos soudures parce qu'il ne peut tout simplement pas atteindre les pièces, ou il peut nécessiter un positionnement maladroit des pièces. Un bras trop grand peut prendre de la place inutilement et augmenter les coûts.
Le système cobot LightWELD d'IPG peut être équipé de deux tailles de bras cobot avec des portées de 1370 mm ou 1620 mm.
Commencez par réaliser une simple "étude de portée". Il s'agit de cartographier les géométries de vos pièces et l'emplacement des soudures pour s'assurer que le cobot peut accéder confortablement à chaque articulation dans sa plage de mouvement - à la fois linéaire et angulaire. Certains fournisseurs proposent des outils de simulation virtuelle qui permettent de visualiser et de valider la portée dans un environnement numérique avant l'achat ou l'installation du système.
Il est également judicieux d'envisager une protection future au cas où vos pièces et assemblages changeraient de taille ou de configuration à l'avenir.
Préparer le succès de Cobot
L'un des principaux avantages des cobots de soudage au laser est leur interface utilisateur conviviale. Cependant, malgré leur relative facilité d'utilisation, l'intégration des cobots n'est pas totalement infaillible.
Souvent, les déploiements les plus efficaces de nouveaux cobots de soudage laser commencent par l'identification d'un "propriétaire" interne du système. Il s'agit d'une personne de votre entreprise qui ne se contente pas de savoir comment utiliser le système, mais qui est également motivée pour défendre la technologie.
Le propriétaire de la technologie n'a pas besoin d'être un expert en robotique. Mais il doit avoir des compétences techniques et être prêt à assumer la responsabilité de la programmation et de la supervision.
Les opérations de base, comme le chargement et le déchargement des pièces, peuvent généralement être prises en charge par le personnel de production habituel. Mais la programmation du cobot, le réglage des paramètres et la gestion des performances du système nécessitent une personne qui comprend à la fois le processus de soudage et le contexte de production. C'est là que la formation dispensée par le fournisseur est souvent inestimable.
Des fabricants comme IPG proposent une formation à la fois pour le système cobot et pour l'unité de soudage au laser (comme LightWELD). Cette formation comprend les bases du fonctionnement du système, ainsi que la manière de recalibrer les outils tels que la fixation "bullseye" utilisée lors de l'échange de composants ou du passage du mode manuel au mode automatique. Avec une formation adéquate, les opérateurs peuvent enseigner en toute confiance de nouvelles trajectoires de soudage, optimiser les temps de cycle et maintenir une qualité constante.
En investissant du temps dans la formation, vous ne vous contentez pas d'automatiser une tâche. Au contraire, vous développez une expertise interne qui favorise l'évolutivité et la réussite à long terme.
Soutien aux fournisseurs
Choisir un cobot, c'est aussi choisir un fournisseur de cobots. Le niveau et la qualité de l'assistance offerte par votre fournisseur de cobots font une grande différence dans la rapidité avec laquelle vous serez opérationnel et dans les performances du système au fil du temps.
Recherchez un fournisseur qui offre une assistance compétente et réactive pendant et après l'installation. Un service et une assistance attentifs sont particulièrement précieux pour les ateliers dont l'expertise interne en matière d'automatisation est limitée ou qui travaillent avec des calendriers de production serrés.
Au-delà de l'assistance réactive, il convient de s'interroger sur la capacité du fournisseur à vous aider à évoluer. Pouvez-vous facilement transférer des programmes entre plusieurs cobots ? Une formation est-elle proposée pour le système et le processus de soudage ? Des outils de simulation sont-ils disponibles pour tester les configurations avant qu'elles ne soient opérationnelles ? Ces capacités permettent de maximiser votre investissement et de réduire les temps d'arrêt.
Un bon fournisseur agira également en tant que partenaire stratégique, offrant des conseils sur la fixation, l'optimisation des processus et la formation continue. En particulier pour les nouveaux utilisateurs de l'automatisation, le fait d'avoir un fournisseur compétent et engagé peut transformer une installation réussie en une stratégie d'automatisation évolutive et reproductible.
Démarrer avec une solution Cobot
La mise en œuvre d'une solution cobot de soudage laser peut sembler intimidante, en particulier pour ceux qui n'ont aucune expérience de l'automatisation ou du soudage laser. Heureusement, les experts en soudage laser du GPI sont prêts à vous aider. Pour commencer, rien de plus simple : envoyez-nous un échantillon, visitez l'un de nos laboratoires d'application internationaux ou parlez-nous simplement de votre application.
