Point par point

Industrie automobile : fraisage des électrodes sur pinces de soudage

Une solution conçue sur mesure pour Volvo Suède illustre l'évolution du soudage par points en termes de rapidité et de sécurité. Voici les ingrédients de la recette suédoise : des actionneurs électriques et caméras Festo, connectés à la plateforme d’automatisation CPX. Résultat : davantage de sécurité pour les tôles de la carrosserie d’une Volvo, mais aussi pour les opérateurs.

Cachée dans un ravissant paysage de forêts et de lacs, la petite ville méridionale suédoise d’Olofström se situe à environ deux heures de la plaque tournante du transport aérien international qu’est Copenhague. C’est là, à l’écart des centres industriels de Stockholm, Göteborg et Malmö, que se situe la plus importante usine de carrosserie riche en tradition du groupe Volvo. Aux 18e et 19e siècles, l’usine produisait surtout du fer forgé et des produits semi-finis, tels que barres et plaques de fer, mais pas encore sous la marque Volvo. Depuis 1927, l’usine d’Olofström fabrique des pièces de carrosserie pour tous les modèles Volvo.
Aujourd’hui, cinq trains chargés de 280 conteneurs de pièces de carrosserie partent chaque jour d’Olofström vers les chaînes de montage Volvo de Göteborg et de Gand, en Belgique. Cela correspond à 50 millions de composants de carrosserie par an.

Compétence en soudage par points

« La plupart de ce que l’on voit sur une Volvo vient d’Olofström », déclare Leif Winberg, ingénieur de soudage par résistance à l’usine Volvo d’Olofström. En font partie des éléments porteurs comme le montant avant, milieu ou arrière, le renfort de pare-chocs, les longerons avant, les protecteurs latéraux, les traverses ou l’arceau et le rail de pavillon, mais aussi les portes et le châssis. Le tout sous différentes formes pour les différents modèles de véhicules, de la compacte V40 au gros SUV baptisé XC90, en passant par les berlines S60.

Un rôle véritablement porteur en carrosserie est celui que joue le soudage par points, car les pièces de tôle correctement soudées contribuent à la sécurité passive d’une voiture. Les plus grands potentiels de productivité du process de soudage se situent au niveau du fraisage des électrodes. Les électrodes d’une pince de soudage s’usent à chaque point soudé et doivent donc être fraisées au bout d’environ 150 points afin d’assurer de nouveau le positionnement précis des points de soudure. « Le fraisage des électrodes fonctionne sur le même principe qu’un taille-crayon », explique M. Winberg, expert en soudage.

Le fruit d'un développement commun

« Nous avons trouvé ces dernières années des solutions nous permettant de réduire de plus de moitié les temps de cycle du fraisage des électrodes », poursuit M. Winberg. « La question de la sécurité n’est pas délaissée, car les opérateurs n’ont plus besoin de pénétrer dans les cellules robotisées après le fraisage pour régler les électrodes à la bonne position du point de soudage », complète Leif Lindahl, Business Development Manager Automotive chez Festo Suède.

Pour des postes de soudage fixes, Festo a développé sur mesure, selon les spécifications de Volvo et ABB, un bras pivotant qui, au bout de 150 points de soudure, amène le dispositif de fraisage au niveau des électrodes, ou « tip dresser ». Le bras pivotant fait appel à des vérins électriques à positionnement précis DNCE. Le vérin électrique offre une grande flexibilité grâce à ses positions programmables en toute liberté et à ses accélérations en douceur. L’ensemble électrique, livré prêt-à-assembler par Festo, comprend le moteur pas à pas EMMS ainsi que les contrôleurs de moteur CMMS. Ces derniers sont intégrés en toute sécurité, avec la plateforme d’automatisation CPX, dans l’armoire de commande. Le CPX communique via Profinet avec les contrôleurs de moteur et, au niveau supérieur, avec le système de commande de l’installation robotisée.

Fraisage des électrodes commandé par caméra

Les pinces de soudage montées sur les robots à bras articulé ABB ne nécessitent pas de « tip dressers » mobiles. Les robots peuvent eux-mêmes amener, au bout de 150 points de soudure, leurs électrodes au dispositif de fraisage des électrodes. Cette liberté de mouvement des pinces de soudage ouvre de tout nouveaux horizons. Dans une première étape, le robot amène la pince au « tip dresser ». Celui-ci fraise alors les électrodes. À l’étape suivante, le robot fait pivoter ses électrodes face à l’objectif de la caméra de contrôle qualité Festo SBO…-Q. « La caméra prend une photo et fournit au système robotique toutes les données nécessaires au bon repositionnement des électrodes en vue du soudage des tôles suivantes », explique M. Winberg. « Elle s’intègre en outre sans difficulté et est facile à mettre en service par paramétrage. » Le système d’acquisition des données d'image, l'électronique de traitement complète, ainsi que les interfaces (Ethernet/CAN) de communication avec automates centraux (API) sont déjà intégrés au système. La caméra elle-même se cache dans un boîtier ayant à peine la taille d’une brique de lait de 1 litre.

Des temps de cycle divisés par quatre

La photo donne en quelques fractions de seconde l’orientation de la surface de contact, la longueur et l’angle de l’électrode ainsi que le point d’attaque sur la tôle. La caméra transmet ces données à la commande du robot, qui réajuste ce dernier en vue du soudage des points suivants.

« Nous avons ainsi pu réduire les temps de cycle de 35 secondes à seulement neuf secondes », s’émerveille M. Winberg. « Nous atteignons ainsi presque le temps de cycle de six secondes d’un plateau rotatif d’usinage. » Les 300 robots de soudage en service à Olofström franchissent ainsi un jalon de plus dans la chasse à la réduction des temps de cycle et donc à une plus grande productivité.

Volvo Car Corporation

Olofström, Suède

www.volvocars.com

Domaine d'activité : construction automobile

ABB AB

Västerås, Suède

www.abb.se/robotics

Domaine d’activité : énergie, automatisation industrielle et de process

  1. Cet article a été publié dans le magazine clients Festo trends in automation 1.2014
  2. Images : Image Volvo/Bima
Vue d'ensemble