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Mar 20, 2023

Des robots automatisent le soudage de pièces en aluminium

Un FANUC R-2000iD positionne un boîtier d'onduleur pour le soudage par un FANUC ARC Mate

Un FANUC R-2000iD positionne un boîtier d'onduleur pour le soudage par un FANUC ARC Mate 100iD. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Fronius Perfect Welding

Chaque boîtier d'onduleur est soumis à un test d'étanchéité à la décroissance de la pression. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Fronius Perfect Welding

L'onduleur Tauro est doté d'un boîtier en aluminium à double paroi refroidi activement, ce qui le rend idéal pour une utilisation à l'extérieur. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Fronius Perfect Welding

Les ingénieurs de Fronius Solar programment et simulent tous les mouvements du robot et les séquences de soudage hors ligne avec le logiciel de jumeau numérique Fronius Pathfinder. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Fronius Perfect Welding

Un chariot de préparation se dirige vers la cellule de soudage robotisée. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Fronius Perfect Welding

Une puce RFID indique à la cellule de soudage quelle pièce est soudée. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Fronius Perfect Welding

Le cœur et le cerveau de chaque système photovoltaïque (PV) est l'onduleur, qui convertit le courant continu généré par les panneaux solaires en courant alternatif pouvant être utilisé dans une maison ou une entreprise. L'onduleur optimise également le rendement, contrôle les flux d'énergie et vérifie le fonctionnement du système PV.

L'un des principaux fabricants d'onduleurs pour les systèmes photovoltaïques est Fronius Solar Energy basé à Wels, en Autriche. Une division de Fronius International GmbH, Fronius Solar Energy a lancé son premier onduleur, le Sunrise, en 1994 et est depuis devenu un leader du marché.

Son dernier onduleur, le Tauro, possède un boîtier en aluminium à double paroi refroidi activement qui le rend idéal pour une utilisation en extérieur. Pour résister aux éléments, l'onduleur est scellé selon la norme de protection IP65. Le respect de cette norme dépend, en partie, de la capacité de l'entreprise à créer des joints soudés de haute qualité.

"En raison des différentes épaisseurs de tôle, les défis liés au soudage du boîtier en aluminium étaient énormes", explique Jasmin Gross, responsable du marketing produit chez Fronius Solar Energy.

Heureusement, Fronius Solar Energy n'a pas eu à chercher bien loin pour obtenir de l'aide. Le soudage est la spécialité d'une autre division de Fronius International, Fronius Perfect Welding.

L'onduleur est produit dans l'usine d'assemblage de Fronius Solar Energy à Sattledt, en Autriche. Le boîtier et les portes battantes sont soudés dans une cellule de soudage robotisée de pointe qui a été développée spécifiquement pour ce travail.

"Nous programmons et simulons tous les mouvements du robot et les séquences de soudage hors ligne avec le logiciel du jumeau numérique Fronius Pathfinder", explique Anton Leithenmair, responsable de l'automatisation du soudage chez Fronius Solar. "Cela nous permet de détecter à l'avance d'éventuels contours d'interférence. Il en va de même pour les limites d'axes et les positions de torche. Là encore, nous pouvons intervenir tôt, sans avoir à attendre les premiers échantillons de soudure.

"Dès que les séquences de soudage ont été programmées, Pathfinder transfère les données au post-processeur, où elles sont traduites dans le langage du robot FANUC. Cela nous permet d'économiser un temps et des coûts précieux. La programmation hors ligne raccourcit le processus d'apprentissage du robot dans la cellule de soudage de plusieurs heures."

Avant le début de la production, les commandes du Tauro sont créées dans un système de planification des ressources d'entreprise. Ces données constituent la base de la planification des ressources matérielles. C'est là que sont générés tous les ordres de fabrication pour les boîtiers et les portes battantes. Ensuite, une date de production est attribuée à chaque commande. La planification détaillée qui suit est effectuée par le système d'exécution de la fabrication. Chaque commande est planifiée à la minute près, affectée à un couloir de commande libre, puis répertoriée.

En raison des différentes épaisseurs de tôle, le soudage du boîtier de l'onduleur à double paroi a posé dès le départ un défi particulier. "Avant d'assembler conformément aux normes les éléments individuels en tôle dans la cellule de soudage robotisé, ils sont pré-agrafés manuellement. Nous utilisons pour cela le procédé de soudage MAG [gaz actif métallique]. Même à ce stade, un travail précis est nécessaire." déclare Christian Kraus, chef de groupe production de tôles chez Fronius Solar.

Une fois le pointage terminé et celui-ci saisi sur le terminal du système, les commandes du système central déclenchent l'étape suivante : le soudage robotisé. Le boîtier est maintenant placé sur le chariot d'installation, serré et déplacé dans la serrure. Une fois que cela a été acquitté, le système démarre la tâche suivante et le programme du robot responsable du positionnement et du soudage est sélectionné sur le dispositif de serrage au moyen d'une puce d'identification par radiofréquence (RFID).

« Quel que soit le composant que nous plaçons dans la serrure, la puce RFID sait quel programme de soudage utiliser », ajoute Kraus. « Nous pouvons même placer un boîtier d'onduleur dans la serrure 1 tout en soudant une porte battante dans la serrure 2 via le chargeur de composants. Et vice-versa. L'utilisation de la technologie RFID nous permet de souder des composants de manière totalement indépendante de leur forme, de leur taille et de leur quantité. qu'il s'agisse d'un lot d'une seule pièce ou d'une production en série, notre cellule de soudage robotisée peut tout faire."

Les ingénieurs de Fronius Solar programment et simulent tous les mouvements du robot et les séquences de soudage hors ligne avec le logiciel de jumeau numérique Fronius Pathfinder. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Fronius Perfect Welding

Dès que le processus de soudage a démarré, un robot de manutention FANUC R-2000iD/210FH prend le composant et le guide dans la cellule de soudage. Il ne nécessite pratiquement aucun effort pour soulever le boîtier de l'onduleur. Avec une portée de 2,6 mètres, le robot a une capacité de charge de 210 kilogrammes, tandis que le boîtier en aluminium, y compris le dispositif de serrage, ne pèse pas plus de 140 kilogrammes. Une fois que le boîtier Tauro est à l'intérieur de la cellule de soudage, un code Data Matrix est imprimé sur la base du boîtier à l'aide de la technologie d'impression à jet d'encre. Le code contient les numéros de série des différents boîtiers Tauro. Il est lié aux données de soudage enregistrées par le logiciel de gestion des données WeldCube pendant le processus de soudage. Cela signifie que chaque soudure individuelle est traçable à 100 %.

Une fois le code appliqué, le processus de soudage proprement dit commence. Pendant qu'un robot de soudage FANUC ARC Mate 100iD effectue son travail, joignant 5,5 mètres de tôle d'aluminium avec un total de 96 soudures, le robot de manutention déplace le boîtier dans la bonne position. Certaines soudures nécessitent des mouvements simultanés parfaits des deux robots.

"L'entraînement par ondulation à commande multiple par impulsions (PMC) est le procédé de soudage préféré", explique Leithenmair. "L'entraînement par ondulation PMC permet un réglage précis de l'apport de chaleur et est parfait pour assembler des tôles de différentes épaisseurs."

L'entraînement par ondulation est une caractéristique particulière du processus PMC. L'une de ses principales caractéristiques est une commutation de processus cyclique entre PMC et un mouvement de fil d'inversion via une unité d'entraînement dite push-pull. Conçue pour le soudage automatisé, la méthode PMC est beaucoup plus rapide que le soudage TIG. Ce procédé permet d'obtenir des soudures ondulées pratiquement sans projections.

Un fil d'aluminium-silicium de 1,2 millimètre d'épaisseur est utilisé comme matériau de remplissage, qui est soudé avec un gaz de protection argon. Les procédés de soudage, le fil et le gaz sont tous inclus dans les informations système pour l'ordre de soudage.

Une fois le cycle de soudage de 17,5 minutes terminé, le robot de manutention place le composant dans la serrure et la cellule de soudage envoie un signal de fin au système MES. Pendant qu'une serrure est vidée, l'autre peut commencer la tâche suivante.

« S'associer à une marque aussi prestigieuse qu'Alfa Romeo est une opportunité incroyable de développer des technologies de pointe, et nous sommes fiers de voir les résultats tangibles de l'expertise éprouvée sur le terrain de Comau », déclare Pietro Gorlier, PDG de Comau. "Notre engagement envers une qualité inébranlable se retrouve dans les processus et les produits utilisés pour fabriquer le Tonale, nous permettant d'assurer une valeur maximale pour le client."

« En soutenant la marque Alfa Romeo dans l'expansion de ses produits, Comau a pleinement tiré parti de sa longue expérience dans l'automatisation et la fabrication intelligente pour offrir un niveau de flexibilité sans précédent », ajoute Andrew Lloyd, directeur de l'ingénierie chez Comau. "Cette approche innovante de mise en œuvre de toutes nouvelles technologies et de réoutillage des lignes et des équipements existants est le résultat direct de notre engagement à offrir des solutions de plus en plus évolutives et durables, aidant nos clients à mieux atteindre leurs objectifs d'aujourd'hui et de demain."

Le MES gère une grande variété de données. En plus de la gestion des commandes, il enregistre également les états de la machine, les temps de cycle, les défauts et les valeurs du test de vide qui est effectué une fois tous les travaux de soudage terminés. Les intervalles de maintenance peuvent également être définis à l'aide du MES. Si, par exemple, un certain défaut se produit en moyenne toutes les 100 heures de fonctionnement, un intervalle de maintenance spécifique de 99 heures peut être défini. Les travaux de maintenance systématiquement planifiés à l'avance prolongent la durée de vie des systèmes de soudage et évitent les temps d'arrêt inutiles.

Les quelques détails du boîtier qui ne peuvent pas être complétés par le robot sont soudés manuellement. Un procédé TIG spécialement conçu est utilisé pour le soudage de l'aluminium dans ce cas. Une fois tous les travaux de soudage terminés, les éventuels renforts de soudage sont poncés, les soudures sont enduites d'un fluide de test ressuage et contrôlées pour les défauts de soudage. Ici, le fluide d'essai pénètre dans toutes les imperfections du matériau.

Une fois le test de soudure terminé, chaque carter homologué entre dans le système de test d'étanchéité spécialement développé par Fronius pour le Tauro. Cela crée un vide de 60 millibars à l'intérieur du boîtier de l'onduleur, qui doit être maintenu pendant une période de temps précisément définie. Si la pression chute de moins de 1,8 millibars pendant ce temps, le boîtier est étanche à 100 % et satisfait au degré de protection IP65.

Une fois le test de fuite réussi, le résultat est enregistré dans WeldCube avec le numéro de série et une traçabilité complète est garantie. Le boîtier de l'onduleur est maintenant prêt pour le revêtement en poudre.

Pour plus d'informations sur la technologie de soudage, cliquez sur www.fronius.com/en/welding-technology.

Pour plus d'informations sur les robots de soudage et de manutention, cliquez sur www.fanucamerica.com.