Programmation d’un robot de soudage : trajectoires, paramètres et points clés

La programmation d’un robot de soudage consiste à définir les mouvements que la torche doit effectuer autour de la pièce ainsi que les différentes actions associées au cycle. Le robot doit connaître les positions d’approche, les points de départ et de fin des cordons, l’orientation de la torche, les vitesses de déplacement et les éventuelles opérations réalisées par les périphériques.

Une trajectoire géométriquement correcte ne suffit cependant pas à garantir une bonne soudure. Les mouvements du robot doivent rester cohérents avec les paramètres du procédé, la position réelle du joint, le comportement du bain de fusion et les tolérances des pièces produites.

La programmation constitue donc un lien entre la robotique et la maîtrise du soudage. Le dossier consacré au soudage automatisé et robotisé permet de replacer cette étape parmi les autres éléments nécessaires au fonctionnement d’une installation automatisée.

📚 Afficher le sommaire

1. Qu’est-ce que la programmation d’un robot de soudage ?

Programmer un robot de soudage consiste à transformer une opération de fabrication en une succession d’instructions que le contrôleur peut exécuter automatiquement. Ces instructions déterminent où la torche doit se déplacer, dans quelle orientation, à quelle vitesse et avec quelles fonctions de soudage.

Le programme comporte généralement des mouvements réalisés arc éteint pour rejoindre ou quitter les zones de travail, puis des mouvements de soudage exécutés avec des vitesses et des paramètres adaptés au joint.

Il peut également commander différents équipements de la cellule : source de courant, positionneur, vérins de bridage, dispositif de nettoyage de torche, capteurs ou systèmes de recherche de joint.

La programmation doit donc tenir compte à la fois de la géométrie de la pièce, des possibilités mécaniques du robot et des exigences du procédé de soudage.

2. Comment le robot repère-t-il la pièce et la torche ?

Un robot travaille à partir de systèmes de coordonnées appelés repères. Ils permettent au contrôleur de connaître la position des différents éléments de l’installation et d’interpréter correctement les points enregistrés dans le programme.

Un repère peut être associé à la base du robot, à un outillage, à une pièce ou à un équipement extérieur. Lorsque la pièce est placée sur un positionneur, son repère peut également évoluer avec le déplacement de cet axe externe.

Cette organisation facilite la programmation car les points de soudage peuvent être définis par rapport à la pièce plutôt que par rapport au sol de l’atelier. Si l’outillage est déplacé ou recalibré, certaines corrections peuvent alors être réalisées au niveau du repère sans modifier individuellement chaque point.

Une erreur dans la définition du repère peut au contraire décaler toute une trajectoire alors que les positions enregistrées semblent correctes dans le programme.

3. Qu’est-ce que le TCP d’une torche de soudage ?

Le TCP, ou Tool Center Point, correspond au point de référence utilisé par le robot pour représenter l’extrémité de son outil. Dans une application de soudage, ce point est généralement défini autour de la position théorique du fil à la sortie de la torche.

Le contrôleur utilise ce TCP pour calculer la position et l’orientation de la torche pendant ses déplacements. Sa précision est donc essentielle pour que la trajectoire programmée corresponde réellement à la position du fil par rapport au joint.

Une collision peut légèrement déformer la torche et modifier la position réelle du TCP. Le programme reste alors inchangé, mais tous les cordons peuvent se retrouver décalés de manière similaire.

Le contrôle et, lorsque cela est nécessaire, la recalibration du TCP font donc partie des opérations importantes pour maintenir la précision d’une cellule robotisée.

4. Comment définir les points d’une trajectoire ?

Une trajectoire est construite à partir de positions enregistrées dans le programme. Le robot peut être amené manuellement vers ces positions à l’aide d’un pupitre de programmation, ou les points peuvent être créés dans un logiciel lorsque la programmation est réalisée hors ligne.

Le nombre de points nécessaires dépend de la géométrie du joint. Une soudure rectiligne simple peut demander principalement un point de départ et un point d’arrivée, alors qu’une trajectoire complexe nécessite davantage de positions intermédiaires.

Il faut également distinguer les points utilisés pour souder de ceux servant uniquement à approcher la pièce ou à quitter la zone après le cordon.

La programmation doit rechercher suffisamment de points pour représenter correctement la géométrie sans en ajouter inutilement, car un programme excessivement détaillé devient plus difficile à modifier et à maintenir.

5. Quels types de mouvements utilise un robot de soudage ?

Un robot industriel peut généralement exécuter plusieurs types de déplacements. Les mouvements rapides entre deux zones de travail peuvent privilégier l’efficacité du déplacement des axes, tandis que les mouvements réalisés pendant le soudage doivent respecter précisément la trajectoire du joint.

Un déplacement linéaire est particulièrement adapté aux cordons rectilignes puisqu’il impose au TCP de suivre une ligne entre deux positions. Pour une trajectoire circulaire, un mouvement spécifique peut être utilisé lorsque le contrôleur et la géométrie de l’application le permettent.

Les déplacements effectués arc éteint peuvent être programmés avec davantage de liberté à condition d’éviter les collisions et de respecter les zones de sécurité de la cellule.

Le choix du mouvement influence donc à la fois la précision géométrique, la vitesse du cycle et la manière dont les différents axes du robot évoluent entre les points programmés.

6. Comment programmer l’orientation de la torche ?

La position du fil dans l’espace ne suffit pas à définir correctement une opération de soudage. La torche doit également présenter une orientation cohérente avec la géométrie du joint et le comportement recherché du bain.

L’angle de travail détermine notamment la manière dont la torche se place par rapport aux deux éléments formant le joint. L’angle de déplacement influence quant à lui la direction dans laquelle la torche est inclinée par rapport au sens d’avance.

Sur une trajectoire complexe, cette orientation peut évoluer progressivement pour suivre la géométrie de l’assemblage. Le robot doit alors coordonner plusieurs axes simultanément afin de conserver le TCP au bon endroit tout en faisant pivoter la torche.

Un programme dans lequel le point de passage est exact mais l’orientation incorrecte peut produire un cordon très différent de celui recherché.

7. Comment programmer le départ et la fin d’un cordon ?

Les quelques millimètres situés au début et à la fin d’une soudure demandent souvent une attention particulière. L’arc doit être amorcé dans des conditions suffisamment stables avant que le robot n’atteigne son régime normal de déplacement.

Le programme peut intégrer une position d’approche, un point d’amorçage et différents paramètres spécifiques au démarrage. Selon l’équipement, certaines fonctions de la source peuvent également adapter temporairement les conditions électriques.

La fin du cordon doit elle aussi être maîtrisée afin de limiter la formation d’un cratère ou d’une terminaison irrégulière. Le robot peut modifier sa vitesse, sa position ou les paramètres avant l’extinction de l’arc lorsque le procédé le nécessite.

Le mouvement de dégagement doit ensuite éloigner la torche sans provoquer de collision avec la pièce ou l’outillage.

8. Comment régler la vitesse de déplacement du robot ?

La vitesse de déplacement constitue l’un des paramètres essentiels de la programmation car elle détermine le temps pendant lequel l’arc agit sur chaque portion du joint.

À paramètres électriques identiques, une augmentation importante de la vitesse réduit généralement la quantité d’énergie et de métal déposée par unité de longueur, tandis qu’une vitesse plus faible augmente le temps d’exposition de la zone à l’arc.

La vitesse doit donc être choisie en même temps que la vitesse de dévidage, la tension, le type de transfert et les autres paramètres du procédé. Elle ne doit pas être considérée uniquement comme un moyen de réduire le temps de cycle.

Sur certaines trajectoires, la vitesse peut être modifiée localement afin de tenir compte d’une géométrie particulière ou d’une variation programmée des conditions de soudage.

9. Comment associer les paramètres de soudage à la trajectoire ?

La trajectoire du robot et les paramètres du procédé doivent être programmés comme un ensemble. En MIG/MAG, le comportement du bain dépend notamment du fil, du gaz, de la vitesse de dévidage, de la tension ou du programme de la source, de la vitesse du robot et de la position de la torche.

Une même pièce peut comporter plusieurs types de cordons nécessitant des réglages différents. Le programme du robot peut alors appeler différentes configurations de soudage selon la zone traversée.

Sur une cellule robotisée MIG/MAG, cette coordination entre la source et le contrôleur du robot permet d’enchaîner automatiquement plusieurs séquences.

Lorsque la fabrication est couverte par un DMOS/WPS, la programmation doit rester cohérente avec les conditions définies par le mode opératoire applicable.

10. Comment programmer une oscillation de torche ?

Certains joints nécessitent que la torche effectue un mouvement transversal en plus de son déplacement principal. Cette oscillation peut permettre de répartir le métal déposé sur une largeur plus importante ou d’adapter le comportement du bain à la préparation utilisée.

La programmation peut définir la forme du mouvement, son amplitude, sa fréquence et éventuellement des temps d’arrêt aux extrémités de l’oscillation.

Ces valeurs doivent rester adaptées au procédé, à la largeur du joint, à la position de soudage et à la vitesse d’avance. Une oscillation trop importante ou trop lente peut modifier fortement l’apport thermique et la géométrie du dépôt.

Le mouvement doit également rester compatible avec les capacités dynamiques du robot et éviter les changements de direction excessifs susceptibles de perturber la régularité de la trajectoire.

11. Comment programmer un soudage multipasse ?

Les assemblages épais peuvent nécessiter plusieurs passes successives pour remplir correctement la préparation. Le robot doit alors exécuter plusieurs trajectoires légèrement différentes correspondant à la position réelle de chaque cordon.

La première passe se situe généralement au fond de la préparation, tandis que les suivantes doivent être décalées et orientées de manière à remplir progressivement le joint.

Les paramètres peuvent également évoluer entre les passes. La géométrie disponible n’est plus la même après chaque dépôt et les conditions thermiques de la pièce changent au cours du cycle.

Le programme doit également tenir compte du nettoyage éventuel entre passes et des limites de température prévues lorsque celles-ci sont définies par la procédure de soudage.

12. Comment programmer un robot avec un positionneur ?

Un positionneur permet d’orienter la pièce afin d’améliorer l’accessibilité du joint ou de maintenir une position de soudage favorable. Il peut être déplacé entre deux cordons ou fonctionner simultanément avec le robot.

Lorsque les mouvements sont synchronisés, le contrôleur doit coordonner les axes du robot avec ceux du positionneur. La torche peut ainsi conserver une orientation relativement stable pendant que la pièce tourne sous l’arc.

Cette organisation augmente les possibilités de trajectoire mais rend également la programmation plus complexe. Le repère de la pièce doit être correctement défini et la cinématique de l’ensemble doit éviter les collisions entre le bras, la torche, l’outillage et le positionneur.

Une bonne utilisation des axes externes peut cependant simplifier considérablement certaines soudures qui seraient difficiles à réaliser avec le robot seul.

13. Comment intégrer la recherche et le suivi de joint ?

Une trajectoire programmée correspond à une géométrie théorique. Dans la production réelle, les tolérances de découpe, de formage, de bridage ou de positionnement peuvent déplacer légèrement le joint.

Le suivi de joint en soudage robotisé permet d’intégrer certaines corrections au cycle. Une recherche peut être réalisée avant l’amorçage afin de mesurer un décalage, tandis que d’autres systèmes peuvent suivre progressivement le joint pendant le soudage.

Le programme doit alors définir comment utiliser les informations fournies par le capteur et dans quelles limites une correction peut être appliquée.

Ces fonctions améliorent la tolérance du système à certaines variations mais ne doivent pas servir à masquer une préparation irrégulière ou un bridage insuffisant.

14. Qu’est-ce que la programmation hors ligne ?

La programmation hors ligne consiste à préparer tout ou partie du programme dans un environnement numérique sans immobiliser directement la cellule de production. Un modèle du robot, de la pièce, de l’outillage et des différents équipements est utilisé pour construire les trajectoires.

Cette méthode permet notamment de préparer de nouveaux programmes pendant que la cellule continue à produire. Elle peut également faciliter l’étude des collisions, l’accessibilité des joints et l’organisation générale du cycle.

La précision du modèle numérique reste toutefois déterminante. La position réelle du robot, du positionneur, de la torche et de l’outillage doit correspondre suffisamment bien aux éléments représentés dans le logiciel.

Une phase de vérification et d’ajustement sur l’installation réelle reste donc généralement nécessaire avant la mise en production.

15. Comment mettre au point et valider un programme ?

Un nouveau programme ne doit pas être lancé immédiatement à pleine vitesse avec l’arc actif. La trajectoire doit d’abord être vérifiée afin de rechercher les risques de collision et de confirmer la position de la torche par rapport au joint.

Les premiers essais peuvent être réalisés à vitesse réduite et selon les modes de fonctionnement prévus par l’installation. Une fois la géométrie validée, le procédé de soudage peut être mis au point progressivement.

Le résultat doit être examiné pour vérifier la position du cordon, son aspect, son raccordement et les autres critères de qualité demandés. Lorsque des contrôles supplémentaires sont nécessaires, ils doivent être intégrés à la phase de validation.

Le contrôle et l’enregistrement des paramètres peuvent également aider à comparer les essais et à vérifier la stabilité du cycle une fois la production démarrée.

16. Quelles sont les erreurs courantes de programmation ?

Une partie des problèmes rencontrés sur une cellule robotisée provient d’une trajectoire ou d’une organisation du programme mal adaptée à la réalité de la pièce.

Parmi les erreurs fréquentes figurent notamment :

• un TCP incorrect ou mal recalibré
• un repère de pièce mal défini
• une orientation de torche inadaptée
• une vitesse de déplacement trop élevée ou trop faible
• des points d’approche exposant le robot à une collision
• un mauvais positionnement du départ ou de la fin du cordon
• des paramètres de soudage incompatibles avec la vitesse programmée
• une trajectoire trop proche de l’outillage
• une mauvaise prise en compte des variations réelles des pièces
• une succession de mouvements inutilement longue

Un programme fonctionnant correctement sur une première pièce peut également devenir insuffisant si les composants suivants présentent davantage de variations. La mise au point doit donc tenir compte des tolérances réelles de la production et pas uniquement d’un assemblage particulièrement bien préparé.

17. Comment optimiser un cycle robotisé ?

L’optimisation ne consiste pas uniquement à augmenter la vitesse du robot pendant le soudage. Le temps de cycle comprend également tous les déplacements réalisés arc éteint, les changements de position, les opérations de nettoyage et les attentes imposées par les périphériques.

Il peut être intéressant de rapprocher l’ordre des cordons afin de limiter les longs déplacements, d’utiliser intelligemment les positionneurs et de réduire les passages inutiles entre des points éloignés.

Cette recherche de productivité doit toutefois rester compatible avec la maîtrise des déformations, les séquences de soudage prévues et les exigences du procédé. Le chemin le plus court n’est pas nécessairement le meilleur si l’ordre des cordons crée des contraintes ou des retraits défavorables.

L’objectif est donc d’obtenir un programme suffisamment rapide, mais surtout stable, reproductible, facile à maintenir et adapté aux variations normales de la production.

FAQ : programmation d’un robot de soudage

Comment programme-t-on un robot de soudage ?

La programmation consiste à enregistrer ou définir les points de passage de la torche, son orientation, les vitesses de déplacement et les instructions associées au soudage. Elle peut être réalisée directement sur le robot ou préparée hors ligne selon l’installation.

Qu’est-ce que le TCP d’un robot de soudage ?

Le TCP est le point de référence de l’outil utilisé par le contrôleur pour calculer les déplacements. Sur une torche de soudage, il correspond généralement à la position théorique de l’extrémité du fil. Une erreur de TCP peut décaler toute la trajectoire.

Pourquoi faut-il programmer l’orientation de la torche ?

La position du fil ne suffit pas à définir correctement le soudage. Les angles de travail et de déplacement influencent le comportement du bain, la répartition de l’arc et la géométrie du cordon.

Peut-on modifier les paramètres pendant un même cordon ?

Oui, certaines installations permettent de modifier la vitesse du robot ou certains paramètres du procédé pendant la trajectoire. Ces variations doivent toutefois rester compatibles avec la procédure de soudage et les caractéristiques recherchées.

Qu’est-ce que la programmation hors ligne ?

La programmation hors ligne consiste à préparer les trajectoires dans un environnement numérique représentant le robot, la pièce et la cellule. Elle permet de réduire le temps d’immobilisation de l’installation, mais une vérification sur la cellule réelle reste généralement nécessaire.

Un robot peut-il corriger automatiquement une trajectoire mal positionnée ?

Certains systèmes de recherche ou de suivi de joint peuvent corriger des variations limitées. Ils ne remplacent cependant pas une programmation correcte, un TCP précis et un positionnement suffisamment répétable des pièces.

Pourquoi vérifier un programme à vitesse réduite ?

La vérification progressive permet de contrôler la trajectoire, l’orientation de la torche et les risques de collision avant d’exécuter le cycle automatique dans ses conditions normales de production.

Ressources techniques associées à la programmation robotisée

La programmation d’un robot de soudage s’inscrit à la fois dans le domaine de la robotique industrielle, de la sécurité des machines et de la maîtrise du procédé. Parmi les références pouvant être associées à ces installations figurent notamment :

• ISO 10218-1 – Exigences de sécurité relatives aux robots industriels.
• ISO 10218-2 – Exigences de sécurité relatives aux applications robotisées et à l’intégration des cellules.
• ISO 14732 – Qualification des opérateurs soudeurs et régleurs pour le soudage mécanisé et automatique des matériaux métalliques.
• ISO 15609-1 – Descriptif et qualification d’un mode opératoire de soudage pour le soudage à l’arc.
• ISO 15614-1 – Qualification des modes opératoires de soudage des matériaux métalliques.
• ISO 3834 – Exigences de qualité en soudage par fusion des matériaux métalliques.
• ISO 17662 – Étalonnage, vérification et validation des équipements utilisés pour le soudage et les techniques connexes.
• ISO 12100 – Principes généraux d’appréciation et de réduction des risques liés aux machines.

Les exigences réellement applicables dépendent du robot, du procédé, de la cellule, de la fabrication et du secteur industriel concerné. La programmation doit rester cohérente avec les instructions du fabricant, l’analyse des risques et les procédures de soudage utilisées.