Technologie laser

Les robots de soudage constituent les unités d'exécution centrales des lignes de production automatisées modernes de soudage. Leur précision de mouvement, leur vitesse de réponse et leur capacité de charge dépendent dans une large mesure des performances du système d'entraînement. Le système d'entraînement est chargé de traduire les ordres de commande en mouvements articulaires du robot.

Les méthodes d'entraînement des robots de soudage se classent principalement en les types fondamentaux suivants :

1.Robot à transmission hydraulique :  Comme son nom l'indique, ce type de robot utilise l'énergie hydraulique pour exécuter des mouvements mécaniques. Ses caractéristiques comprennent : une capacité de préhension supérieure à 100 kg, une transmission fluide, une structure compacte et des mouvements réactifs. Toutefois, il impose des exigences très strictes en matière de dispositifs d'étanchéité.

Avantages :

Rapport puissance/masse élevé :  La force de sortie est nettement supérieure à celle des actionneurs pneumatiques et électriques pour un même volume.

Mouvement fluide : L’huile hydraulique possède des propriétés d’amortissement et une forte résistance aux chocs.

Auto-lubrifiant :  L’huile hydraulique lubrifie les pièces mobiles et assure une longue durée de vie.

Limitations :

Prone aux fuites :  L’usure des joints peut facilement entraîner des fuites d’huile, contaminant la pièce soudée.

Sensibilité à l’élévation de température : Les variations de température de l’huile provoquent des changements de viscosité, affectant la précision de commande.

Entretien complexe :  Nécessite une station hydraulique, un système de refroidissement et de filtration, et occupe une grande surface.

2.Manipulateurs pneumatiques  ce sont ceux qui utilisent de l'air comprimé pour actionner leurs vérins. Leurs principaux avantages sont : une source d'air facilement disponible, une faible force de sortie, une action pneumatique rapide, une structure relativement simple et un coût réduit. Toutefois, leurs inconvénients comprennent une mauvaise stabilité de la vitesse de fonctionnement en raison de la compressibilité de l'air, des chocs importants et une capacité de préhension généralement limitée à environ 30 kg, en raison de la pression d'air relativement faible. Comparés aux manipulateurs hydrauliques, les manipulateurs pneumatiques conviennent davantage aux environnements à haute vitesse, faible charge, haute température et poussiéreux.

Avantages :

Coût faible :  Source d'air et actionneurs peu coûteux, entretien simple.

Pas de surchauffe : Dissipation thermique efficace, adapté aux actions auxiliaires dans les environnements de soudage à haute température.

Propreté :  Échappement sans pollution.

Limitations :

Capacité de positionnement médiocre :  Difficile d'atteindre un positionnement précis en un point intermédiaire quelconque ; convient uniquement aux positions finales.

Rampe à basse vitesse :  Mouvement instable à basse vitesse.

Bruit élevé :  Le bruit d’échappement dépasse généralement 75 dB.

3. Bras robotisé à transmission mécanique : Ce type de bras robotisé est actionné par un mécanisme de transmission mécanique. Il s’agit d’un bras robotisé spécialisé fixé à une machine-outil principale, dont l’énergie est principalement transmise par le mécanisme de travail. Ses principales caractéristiques sont des mouvements précis et fiables, une fréquence d’action élevée, mais sa structure est plus encombrante et son programme de mouvement est fixe. Il est couramment utilisé pour le chargement et le déchargement de pièces sur la machine-outil principale.

Avantages :

Haute précision et rapport de transmission exact : La transmission mécanique repose sur un engrènement rigide ou un contact direct, sans glissement (par exemple, engrenages ou vis à billes), ce qui permet d’obtenir des rapports de transmission précis et une grande répétabilité. Elle évite les problèmes de fuite ou d’hystérésis courants dans les systèmes hydrauliques.

Rapidité de réponse élevée :  Les composants mécaniques présentent une rigidité élevée et ne possèdent pas la compressibilité de l’huile hydraulique ou des gaz, ce qui entraîne une transmission directe du mouvement ainsi qu’une réponse rapide au démarrage, à l’arrêt et au changement de sens, ce qui les rend adaptés au fonctionnement à haute vitesse.

Capacité de charge élevée: Grâce à une boîte de vitesses ou à un mécanisme de liaison bien conçu, il peut supporter de fortes charges statiques et dynamiques, et offre un rendement élevé en transmission (en particulier la transmission par engrenages, dont le rendement dépasse 90 %).

Haute fiabilité et longue durée de vie :  Dans des conditions de lubrification adéquate et de fonctionnement normal, les composants mécaniques présentent une longue durée de vie en fatigue, des modes de défaillance clairs, et sont faciles à prévoir et à entretenir.

Avantages :  Bon adaptation aux environnements extérieurs : Contrairement aux entraînements électriques, qui sont sensibles aux interférences électromagnétiques, et aux entraînements hydrauliques, qui sont vulnérables à la contamination de l’huile, les transmissions purement mécaniques tolèrent relativement bien les environnements sévères tels que les températures élevées, la poussière et les radiations.

Limitations :  

Structure complexe et encombrement/masse importants :  La réalisation de mouvements à plusieurs degrés de liberté nécessite des combinaisons complexes de liaisons, d’articulations et d’engrenages, ce qui donne lieu à un robot encombrant présentant un moment d’inertie élevé, limitant ainsi ses performances dynamiques à haute vitesse.

Faible flexibilité : Une fois la conception et la fabrication des transmissions purement mécaniques (telles que les cames et les mécanismes à bielles) terminées, la trajectoire de mouvement et la course sont fixes, ce qui rend difficile l’adaptation aux besoins de production flexible caractérisés par une grande variété de produits et des petites séries. Modifier le mouvement nécessite généralement de remplacer la came ou d’ajuster le mécanisme à bielles, ce qui est long et fastidieux.

Présence de jeu :  L’engrènement des engrenages et les liaisons pivotantes comportent inévitablement un jeu. L’usure prolongée accentue ce jeu, entraînant une réduction de la précision de déplacement et de positionnement, ce qui affecte la qualité des trajectoires de soudage.

Coûts de fabrication élevés et exigences importantes en matière de maintenance :  Les engrenages de précision, les vis à billes haute précision et autres pièces sont difficiles et coûteuses à fabriquer. Parallèlement, les articulations mécaniques nécessitent une lubrification régulière, une protection contre la poussière et une surveillance de l’usure, ce qui entraîne une charge de maintenance importante.

Avantages :  Bruit et vibrations : Lors du fonctionnement à grande vitesse, les chocs dus à l’engrènement des engrenages et l’inertie des liaisons génèrent un bruit et des vibrations mécaniques importants, pouvant affecter la stabilité de l’arc de soudage.

4. Bras robotisé à entraînement électrique : Ce type de bras robotisé utilise un moteur asynchrone spécialement conçu, un système électromécanique linéaire ou un moteur pas à pas puissant pour actionner directement l’organe de commande. Comme aucun mécanisme de conversion intermédiaire n’est requis, la structure mécanique est relativement simple. Les bras robotisés à moteur linéaire offrent notamment une grande vitesse et une course longue, et sont très pratiques à entretenir et à utiliser.

Avantages :

Précision maximale : Capable de souder des courbes spatiales complexes (telles que des arcs de cercle et des courbes de type spline).

Commande flexible :  Facile à numériser, à connecter en réseau et à mettre en œuvre par programmation pédagogique.

Haute efficacité énergétique : Le rendement de conversion énergétique peut dépasser 90 %, avec une faible consommation d’énergie en veille.

Faible entretien :  Aucune huile hydraulique ni aucun tuyau pneumatique requis, garantissant une propreté optimale.

Limitations :

Coût élevé : Les moteurs servo et les réducteurs de précision sont coûteux.

Protection contre la surchauffe : Le refroidissement du moteur doit être surveillé pendant des soudures à haute vitesse prolongées sous charge nominale.

Sensible aux interférences électromagnétiques :  Nécessite un blindage et une mise à la terre appropriés.

Dans l'ensemble, les robots de soudage modernes évoluent vers une électrification complète, une haute précision, une connectivité accrue et une collaboration renforcée. L’intégration approfondie des systèmes d’entraînement et de transmission (par exemple, l’élimination du réducteur dans les moteurs à couple à entraînement direct et l’intégration des modules d’entraînement au sein des articulations) améliore encore la fiabilité et les performances de suivi de trajectoire. À l’avenir, grâce à la combinaison d’algorithmes de commande servo (tels que la commande en force et le servo-contrôle visuel) et des technologies d’intelligence artificielle, les robots de soudage évolueront vers une intelligence et une flexibilité accrues afin de faire face à des procédés de soudage de plus en plus complexes et aux exigences croissantes des environnements de production.