Suivi de joint en soudage robotisé : capteurs et systèmes de correction

Le suivi de joint en soudage robotisé regroupe différentes technologies permettant de détecter la position réelle d’un assemblage et, selon le système utilisé, d’adapter la trajectoire de la torche. Il répond à une difficulté fondamentale de l’automatisation : les pièces produites ne correspondent jamais parfaitement à une géométrie théorique.

Les tolérances de découpe, de formage et d’assemblage, les variations de jeu, les déformations ou le positionnement dans l’outillage peuvent déplacer le joint par rapport aux points enregistrés dans le programme. Sans correction, un robot peut alors reproduire très précisément une trajectoire qui ne correspond plus exactement à la position réelle de la soudure.

Les systèmes de détection améliorent la capacité d’adaptation d’une installation, mais ils ne remplacent ni une préparation correcte ni un bridage suffisamment répétable. Le dossier consacré au soudage automatisé et robotisé présente les différentes solutions utilisées pour mécaniser, robotiser et contrôler les opérations de soudage.

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1. Qu’est-ce que le suivi de joint en soudage robotisé ?

Le suivi de joint désigne les moyens utilisés pour déterminer où se trouve réellement le joint par rapport à la trajectoire théorique programmée dans le robot. L’objectif est de maintenir la torche dans une position adaptée lorsque la pièce présente de petites variations de position ou de géométrie.

Dans une cellule fonctionnant sans système de correction, le robot exécute les coordonnées enregistrées lors de la programmation. Si le joint se déplace alors que le programme reste identique, la torche peut progressivement s’éloigner de la zone qu’elle devrait suivre.

Un dispositif de suivi peut fournir au contrôleur des informations permettant de modifier certains points ou d’appliquer une correction pendant le cycle.

La technologie employée dépend du procédé de soudage, du type de joint, de la vitesse de production, de l’accessibilité et de l’importance des variations à compenser.

2. Pourquoi la position du joint varie-t-elle ?

Dans une production réelle, deux assemblages successifs ne sont jamais parfaitement identiques. Même lorsque les composants ont été fabriqués suivant les mêmes plans, les tolérances s’additionnent au cours des différentes étapes de fabrication.

Les principales sources de variation peuvent notamment provenir :

• des tolérances de découpe
• du pliage ou du formage
• du jeu entre les composants
• du positionnement dans l’outillage
• du bridage
• des déformations provoquées par le pointage
• des retraits liés aux premières soudures
• des variations dimensionnelles entre différentes séries de pièces

Ces écarts peuvent déplacer le joint latéralement, modifier sa hauteur ou changer sa largeur. Une trajectoire enregistrée sur une pièce de référence peut alors devenir moins adaptée aux pièces suivantes.

La qualité de l’ajustage avant soudage reste donc essentielle même lorsqu’un système de suivi est utilisé.

3. Quelle différence entre recherche de joint et suivi de joint ?

La recherche de joint et le suivi de joint répondent à deux moments différents du cycle. Une recherche est généralement effectuée avant l’amorçage afin de déterminer la position réelle d’un point, d’une arête ou d’une surface.

Le robot peut par exemple rechercher deux faces de la pièce, mesurer leur position puis appliquer un décalage à la trajectoire programmée. L’ensemble du cordon est ensuite exécuté à partir de cette position corrigée.

Le suivi de joint intervient quant à lui pendant le soudage. Le système analyse continuellement ou périodiquement la position du joint et peut demander au robot de modifier progressivement sa trajectoire.

Les deux fonctions peuvent être complémentaires : une recherche initiale corrige le positionnement global de la pièce tandis qu’un suivi en cours de soudage compense certaines variations présentes sur la longueur du joint.

4. Comment fonctionne la détection par contact ou touch sensing ?

La détection par contact utilise généralement un élément conducteur de la torche, souvent le fil-électrode ou une partie adaptée de l’équipement, pour rechercher physiquement la surface de la pièce avant le soudage.

Le robot avance lentement jusqu’à ce que le système détecte le contact électrique avec le métal. La position correspondante est enregistrée puis comparée à la position théorique prévue dans le programme.

Plusieurs recherches peuvent être réalisées afin de déterminer la position d’une arête, d’un angle ou des deux faces constituant un joint. Le contrôleur calcule ensuite une correction appliquée à la trajectoire de soudage.

Cette méthode peut être relativement simple et robuste, mais elle nécessite du temps supplémentaire dans le cycle puisque le robot doit effectuer les mouvements de recherche avant d’amorcer l’arc.

La surface doit également permettre une détection fiable. Des revêtements, des contaminations ou certaines conditions électriques peuvent perturber la mesure selon le principe utilisé par l’installation.

5. Comment fonctionne le suivi de joint à travers l’arc ?

Le suivi à travers l’arc exploite les variations du procédé pendant que la torche se déplace dans le joint. Il est particulièrement associé à certaines applications MIG/MAG dans lesquelles la torche effectue une oscillation transversale.

Lorsque la distance entre la torche et les flancs du joint varie pendant l’oscillation, certaines caractéristiques électriques du soudage évoluent également. Le système analyse ces différences afin d’estimer si la trajectoire se trouve correctement centrée.

Si les informations mesurées indiquent un décalage, une correction peut être transmise au robot afin de déplacer progressivement la trajectoire vers la position recherchée.

Cette méthode possède l’avantage d’utiliser des informations provenant directement du procédé et ne nécessite pas forcément un capteur optique supplémentaire placé devant la torche.

Elle dépend toutefois fortement de la géométrie du joint, du mode de soudage, de l’oscillation et de la stabilité des paramètres. Elle n’est donc pas adaptée à toutes les configurations.

6. Comment fonctionne un capteur laser de suivi de joint ?

Un capteur laser peut observer la géométrie située devant la torche avant que l’arc n’atteigne cette zone. Une ligne ou un motif lumineux est projeté sur la pièce puis analysé par un système optique afin de reconstruire le profil local de l’assemblage.

Le capteur peut ainsi rechercher la position des arêtes, du fond du joint ou de certaines caractéristiques géométriques. Le contrôleur compare ensuite ces informations à la position attendue et calcule la correction nécessaire.

L’un des intérêts de cette méthode est qu’elle peut fournir des informations sur la géométrie avant le passage de la torche. Selon le système, il devient possible de suivre un joint dont la trajectoire évolue progressivement au cours du soudage.

L’installation doit toutefois connaître précisément la position du capteur par rapport à la torche. Une erreur de calibration entre les deux peut entraîner une correction incorrecte de la trajectoire.

La fumée, les projections, la lumière de l’arc, les surfaces très réfléchissantes ou certaines géométries difficiles peuvent également demander des précautions particulières.

7. Quel rôle peuvent jouer les systèmes de vision ?

Les systèmes de vision peuvent compléter certaines méthodes de recherche et de suivi de joint. Une caméra ou un ensemble optique observe la pièce afin d’identifier des caractéristiques utilisées pour localiser l’assemblage.

La vision peut être employée avant le soudage pour vérifier la présence ou la position d’une pièce, retrouver un repère géométrique ou effectuer une correction globale du programme.

Des systèmes plus spécialisés peuvent également analyser la zone proche du joint pendant le cycle. Leur conception doit alors tenir compte de l’environnement particulièrement difficile créé par l’arc, les fumées et les projections.

La performance dépend fortement du contraste disponible, de l’éclairage, de l’état de surface et de la stabilité du système optique. L’utilisation d’une caméra ne rend donc pas automatiquement une cellule capable de compenser toutes les variations d’un assemblage.

8. Comment le robot corrige-t-il sa trajectoire ?

Lorsqu’un capteur détecte un écart entre la position théorique et la position mesurée, l’information doit être transformée en une correction utilisable par le contrôleur du robot.

Cette correction peut prendre la forme d’un décalage appliqué à l’ensemble du cordon, d’une modification locale de certains points ou d’un déplacement continu pendant l’exécution de la trajectoire.

Les corrections sont généralement limitées en amplitude et en vitesse afin d’éviter des mouvements brusques ou incompatibles avec le procédé de soudage. Une trajectoire qui devrait soudainement se déplacer de plusieurs centimètres traduit généralement un problème que le suivi de joint n’est pas destiné à résoudre.

Le système doit également filtrer certaines variations afin de distinguer un véritable déplacement du joint d’une mesure instable ou d’un événement ponctuel.

La correction devient donc une combinaison entre les données du capteur, les paramètres définis lors de l’intégration et les capacités cinématiques du robot.

9. Comment intégrer le suivi de joint dans le programme ?

Le suivi de joint doit être prévu dès la programmation du robot de soudage. Le programme doit déterminer à quel moment la recherche commence, quelles données sont utilisées et comment les corrections sont appliquées.

Pour une recherche avant soudage, le robot doit généralement quitter sa trajectoire normale, effectuer une ou plusieurs mesures puis calculer un décalage avant de rejoindre le point d’amorçage.

Pour un suivi en temps réel, le programme doit activer la fonction pendant le cordon et définir les limites dans lesquelles le robot est autorisé à corriger sa trajectoire.

Il peut également être nécessaire de prévoir une réaction lorsque la mesure devient incohérente ou dépasse la plage admissible. Selon l’installation, le cycle peut être interrompu plutôt que de poursuivre une soudure dont la géométrie n’est plus suffisamment maîtrisée.

10. Quelles variations de géométrie peuvent être compensées ?

Un système de suivi peut généralement compenser certaines variations de position du joint, mais sa capacité réelle dépend fortement de la technologie utilisée et de la géométrie de l’assemblage.

Les corrections peuvent notamment concerner :

• un décalage latéral du joint
• une variation de hauteur de la pièce
• une légère évolution de l’orientation du joint
• certaines variations progressives de trajectoire
• la position d’une arête ou d’un angle

Certains capteurs peuvent également mesurer des caractéristiques comme la largeur ou le profil d’une préparation. Ces informations peuvent être utilisées pour le suivi ou pour détecter qu’un assemblage sort des conditions prévues.

Une variation de géométrie n’est toutefois pas équivalente à un simple déplacement. Si le jeu devient beaucoup plus important, la trajectoire peut rester parfaitement centrée alors que les paramètres de soudage ne sont plus adaptés au volume à remplir.

11. Quelles sont les limites du suivi de joint ?

Le suivi de joint ne transforme pas une fabrication irrégulière en production maîtrisée. Il dispose toujours d’une plage de correction, d’une résolution et de conditions d’utilisation déterminées.

Une pièce fortement déformée, un joint partiellement absent ou une variation importante du jeu peuvent dépasser les possibilités du système. Dans ce cas, maintenir la torche au centre ne suffit plus à garantir que la géométrie du cordon sera correcte.

Le capteur peut également être perturbé par l’environnement. Les projections, la fumée, les surfaces réfléchissantes, les contaminations ou les variations importantes d’état de surface peuvent affecter certaines technologies optiques.

Une calibration incorrecte constitue une autre source d’erreur. Un capteur très précis mais mal référencé par rapport au TCP de la torche peut appliquer systématiquement une correction décalée.

Le suivi doit donc être considéré comme un complément à la maîtrise dimensionnelle et non comme un moyen de supprimer les exigences de préparation des pièces.

12. Pourquoi le suivi de joint est-il fréquent en MIG/MAG robotisé ?

Le soudage MIG/MAG est très répandu dans les installations robotisées destinées aux assemblages mécano-soudés. Ces productions peuvent comporter des pièces formées, découpées et bridées dont les tolérances cumulées déplacent légèrement les joints.

Une cellule robotisée MIG/MAG peut donc bénéficier d’une recherche préalable ou d’un suivi pendant le soudage afin d’accepter certaines variations normales de production.

Le procédé permet également d’utiliser certaines méthodes fondées sur les caractéristiques électriques de l’arc, notamment lorsque la torche effectue une oscillation adaptée à la géométrie du joint.

Cette possibilité ne dispense toutefois pas de maintenir le stick-out, l’orientation de la torche, le dévidage du fil et les autres paramètres dans les conditions prévues lors de la mise au point.

13. Le suivi de joint garantit-il la qualité de la soudure ?

Non. Le suivi de joint améliore principalement la capacité de la torche à rester correctement positionnée par rapport à l’assemblage. Il ne contrôle pas à lui seul l’ensemble des conditions nécessaires à la qualité du joint.

Une trajectoire parfaitement centrée peut produire une soudure insatisfaisante si les paramètres sont incorrects, si le gaz de protection est insuffisant, si le fil est inadapté ou si la préparation présente une géométrie incompatible avec le programme utilisé.

Le système de suivi ne détecte pas nécessairement les défauts internes du cordon. Il ne remplace donc ni le contrôle du procédé ni les examens réalisés après soudage lorsque ceux-ci sont requis.

Le contrôle et l’enregistrement des paramètres peuvent compléter les informations fournies par le suivi de joint, mais ces données doivent elles aussi être replacées dans l’ensemble du processus de fabrication.

14. Quelle maintenance nécessitent les capteurs ?

Un système de suivi fiable doit conserver sa précision dans le temps. La maintenance dépend de la technologie utilisée mais comprend généralement le contrôle de la fixation, de la calibration et de la propreté des éléments de mesure.

Les capteurs optiques installés à proximité de la torche sont exposés aux fumées et aux projections. Une fenêtre de protection encrassée peut réduire la qualité du signal ou provoquer des mesures instables.

Une collision de la torche ou du capteur peut également modifier leur position relative. Même si aucun élément n’est visiblement cassé, une petite déformation peut suffire à créer un décalage systématique.

Les systèmes utilisant le contact électrique dépendent eux aussi de l’état du fil, de la surface de la pièce et des conditions permettant de détecter correctement le contact.

Les opérations de maintenance doivent donc comprendre une vérification périodique du bon fonctionnement du système et, si nécessaire, une recalibration suivant les procédures prévues par le fabricant.

15. Comment choisir un système de suivi de joint ?

Le choix doit commencer par l’analyse de la variation réellement rencontrée en production. Une pièce simplement décalée dans l’outillage ne demande pas nécessairement la même technologie qu’un joint dont la trajectoire évolue progressivement sur toute sa longueur.

La vitesse de production, le coût de l’équipement, le temps de mesure, la précision recherchée et la facilité de maintenance doivent également être pris en compte.

Dans certains cas, améliorer l’outillage ou la préparation des pièces peut être plus pertinent que d’ajouter un système de correction complexe. L’objectif doit rester de stabiliser l’ensemble du processus plutôt que de compenser systématiquement des écarts produits en amont.

FAQ : suivi de joint en soudage robotisé

À quoi sert le suivi de joint sur un robot de soudage ?

Il permet de détecter certaines différences entre la position réelle du joint et la trajectoire enregistrée dans le programme, puis d’appliquer une correction afin de maintenir la torche dans une position adaptée.

Quelle différence entre recherche de joint et suivi de joint ?

La recherche de joint est généralement réalisée avant le soudage afin de localiser la pièce ou le joint. Le suivi de joint agit pendant l’exécution du cordon afin de corriger certaines variations progressives de trajectoire.

Qu’est-ce que le touch sensing en soudage robotisé ?

Le touch sensing est une méthode de détection par contact. Le robot utilise généralement un élément conducteur de la torche pour rechercher une surface ou une arête avant le soudage et calculer un décalage par rapport à la position programmée.

Qu’est-ce que le suivi de joint à travers l’arc ?

Cette méthode utilise les variations de certaines caractéristiques électriques du procédé pendant que la torche se déplace, souvent avec une oscillation. Ces informations permettent d’estimer la position du joint et d’appliquer certaines corrections.

Un capteur laser peut-il suivre un joint pendant le soudage ?

Oui. Certains systèmes laser observent le profil du joint devant la torche et transmettent au contrôleur des informations permettant d’adapter progressivement la trajectoire pendant le cycle.

Le suivi de joint peut-il compenser n’importe quelle variation ?

Non. Chaque système possède une plage de correction et des limites liées au joint, au capteur et au procédé. Des variations importantes de jeu, des pièces fortement déformées ou une mauvaise préparation peuvent dépasser ses capacités.

Le suivi de joint remplace-t-il un bon bridage ?

Non. Il permet de tolérer certaines variations normales de production, mais le positionnement et le bridage des pièces doivent toujours rester suffisamment réguliers pour que le joint se trouve dans la plage de fonctionnement prévue.

Ressources techniques associées au suivi de joint robotisé

Le suivi de joint fait partie d’une installation robotisée complète et doit être intégré avec la programmation, le procédé de soudage, la sécurité et la maîtrise des équipements. Parmi les référentiels pouvant être associés à ce type d’installation figurent notamment :

• ISO 10218-1 – Exigences de sécurité relatives aux robots industriels.
• ISO 10218-2 – Exigences 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 capteur, du procédé, du matériau, du secteur industriel et de la fonction assurée par le système. Les réglages, limites de correction et opérations de calibration doivent notamment respecter les spécifications de l’équipement utilisé.