La production industrielle d’outils coupants nécessite des solutions de marquage alliant rapidité, précision et flexibilité opérationnelle. Lorsque les volumes de production sont élevés et que la variété dimensionnelle des outils est importante, les systèmes de marquage traditionnels montrent leurs limites en termes de productivité et de gestion de la complexité.
La réponse à ces besoins provient d’une solution intégrée qui combine la technologie laser à fibre, l’automatisation robotique et un logiciel personnalisé dans un système conçu spécifiquement pour l’industrie des outils de coupe. TowerTool est une station de marquage laser entièrement automatisée, conçue pour traiter des outils de 40 à 370 mm de long et de 4 à 25 mm de diamètre, tout en maintenant des normes élevées de qualité et de traçabilité.
Le cœur du système : l’intégration du laser et de la robotique
Le système est basé sur une architecture qui intègre un laser à fibre avec des puissances configurables allant de 20 à 200W avec un bras robotisé industriel positionné au centre de la cabine de travail. Le choix de la puissance du laser dépend de l’application spécifique : les configurations les plus courantes utilisent des sources de 30 à 50W, qui représentent le meilleur compromis entre la vitesse de marquage, la qualité du résultat et les coûts d’exploitation pour la plupart des outils en carbure et en acier rapide.
Le positionnement central du robot garantit une flexibilité de mouvement maximale et un accès optimal à tous les points de chargement des palettes. La tête de balayage laser montée à 90° permet le marquage le long de la tige de l’outil ou sur la base de l’outil, mais la véritable polyvalence du système réside dans la capacité du robot à orienter l’outil à des angles variables de 0° à 90°, ce qui permet de marquer sur n’importe quelle surface de l’outil tout en maintenant le faisceau laser perpendiculaire à la surface de travail.
Capacité de production : jusqu’à 1000 pièces en autonomie
La productivité du TowerTool représente un bond en avant par rapport aux systèmes de marquage manuels. Le système est conçu pour accueillir
Le cycle entièrement automatisé élimine les temps d’arrêt entre les pièces : pendant que le laser marque un outil, le système est déjà prêt à prendre le suivant. La combinaison d’une manipulation rapide et de lasers de grande puissance permet de traiter des centaines d’outils par équipe, tout en maintenant la qualité de chaque marquage.
Une fois les palettes chargées, l’opérateur peut se consacrer à d’autres activités tandis que la machine travaille en totale autonomie pendant des heures. Cette configuration permet de maintenir la production pendant de longues périodes, de maximiser l’utilisation de l’usine et de libérer des ressources humaines pour des activités à plus forte valeur ajoutée.
Construction mécanique : structure en acier soudée, étirée et fraisée
La robustesse mécanique de TowerTool est ce qui distingue vraiment le système. La structure en acier entièrement soudée est le cœur technique du système, conçue et fabriquée en interne pour garantir la rigidité, la précision et la fiabilité dans le temps.
Le processus de construction suit une méthodologie stricte en trois étapes. Au cours de la première phase, les éléments en acier sont soudés pour créer le cadre porteur. Le soudage, s’il n’est pas traité, introduit des contraintes internes dans le matériau qui peuvent entraîner des déformations au fil du temps. C’est pourquoi, au cours de la deuxième phase, le cadre soudé est soumis à une détente thermique, un traitement qui libère complètement les contraintes internes grâce à des cycles de chauffage et de refroidissement contrôlés.
Ce n’est qu’après le relâchement des contraintes, au cours de la troisième étape, que la structure est usinée mécaniquement par fraisage CNC des surfaces de référence. Ce processus garantit des tolérances dimensionnelles étroites et la planéité des surfaces de montage, ce qui est essentiel pour maintenir la précision du mouvement et la répétabilité des opérations de marquage.
Contrairement aux structures en profilés d’aluminium boulonnés, le cadre en acier soudé offre une rigidité en torsion et en flexion beaucoup plus élevée. Cette rigidité est essentielle pour absorber les contraintes dynamiques générées par les mouvements rapides du robot et pour maintenir les conditions de travail même après des milliers d’heures d’utilisation.
La masse de la structure en acier contribue également à l’absorption des vibrations, ce qui garantit la stabilité lors de l’accélération et de la décélération du bras robotique. Il en résulte une plus grande précision de positionnement et, par conséquent, une meilleure qualité de marquage.
Précision des détails mécaniques
Outre le châssis principal, tous les composants de manutention sont sélectionnés pour leurs performances industrielles de haut niveau. Les guides linéaires Bosch Rexroth et les vis à billes de haute précision garantissent des mouvements fluides et répétables pour l’axe Z motorisé, le cas échéant.
Les vis à billes sont sans jeu axial et montées avec des roulements doubles du côté de l’engrenage pour assurer une vitesse de rotation plus élevée et une grande rigidité radiale. Ce montage permet d’être deux fois plus rapide que les configurations standard, en augmentant le facteur de rigidité radiale de 12,1 à 18,9.
Tous les moteurs sont équipés de codeurs intégrés à 2048 impulsions par révolution qui permettent un contrôle précis de la position en temps réel. Le marquage ne commence que lorsque tous les axes ont atteint la position correcte, ce qui évite les erreurs dues à un positionnement imprécis. Tous les éléments de fixation sont en acier inoxydable, ce qui garantit leur durabilité et leur résistance à la corrosion, même dans des environnements de production exigeants.
Robotique industrielle intégrée
Le système intègre des bras robotisés de fabricants industriels tels qu’ABB, sélectionnés pour leur fiabilité, leur précision et leur rapidité d’exécution. Le robot s’occupe simultanément du prélèvement, du positionnement devant le laser et de la manipulation de l’outil pour le marquage sur différentes surfaces, le tout avec des mouvements fluides et coordonnés qui minimisent les temps de cycle.
Le choix de la robotique industrielle garantit la répétabilité des mouvements, essentielle lorsque l’on travaille avec des tolérances de marquage serrées, ce qui permet d’orienter l’outil avec précision pour le marquage à des angles allant de 0° à 90°.
Gestion de la variabilité dimensionnelle
L’un des principaux défis du marquage automatisé des outils de coupe est la variabilité dimensionnelle considérable entre les différents produits. TowerTool résout ce problème grâce à un système de préhension à doigts automatiquement interchangeables, qui permet au robot de s’adapter à des outils de diamètres différents sans intervention manuelle.
La pince saisit les outils par la tige, empêchant tout contact avec le tranchant et évitant d’endommager la partie active de l’outil. Le changement automatique des doigts permet de manipuler des lots mixtes sans interruption et de maintenir une productivité élevée même en cas de changements fréquents de produits.
Flexibilité du marquage multipositions
La capacité du robot à orienter l’outil à des angles variables de 0° à 90° offre une polyvalence totale dans l’application de marquage. Le système peut marquer verticalement le long de la tige, horizontalement sur la base ou à n’importe quel angle intermédiaire requis par l’application. La manipulation robotisée garantit que l’outil est toujours positionné à la bonne distance focale du laser, quelle que soit sa géométrie ou sa taille.
Pour les applications nécessitant un marquage à différentes hauteurs, le système peut être équipé d’un axe Z motorisé entièrement programmable à partir du logiciel, qui coordonne ses mouvements avec ceux du bras robotisé pour un marquage à plusieurs niveaux sans qu’il soit nécessaire de le repositionner manuellement. L’axe Z est construit avec un double profil pour maximiser la rigidité et utilise une vis trapézoïdale qui l’empêche de tomber en cas de perte de couple du moteur.
Assurance qualité intégrée
La présence du marquage est automatiquement vérifiée par un système de vision TTL (Through The Lens) intégré directement dans la tête de balayage laser. Cette solution élimine le besoin de mouvements supplémentaires du robot ou de la tête laser pour l’inspection, ce qui réduit le temps de cycle global.
Le système utilise la technologie OCR pour reconnaître une partie du marquage et confirmer la présence du code. Un éclairage spécifique, conçu pour éviter les reflets sur la surface métallique des outils, assure des conditions optimales de reconnaissance, augmentant la fiabilité du contrôle de qualité et contribuant à la productivité globale en éliminant le temps d’inspection manuelle.
Logiciels personnalisés pour l’industrie 4.0
L’ensemble du système est contrôlé par une interface logicielle qui peut être personnalisée en fonction des exigences spécifiques du client. Le logiciel gère simultanément les 4 palettes chargées sur la machine, en affichant pour chacune d’elles les informations essentielles : type de produit, identifiant de la palette, nombre total de pièces à marquer, possibilité de sélectionner des lignes et des colonnes spécifiques en cas de marquage partiel.
L’application peut recevoir des données de balisage provenant de différents types de connecteurs (SQL, Oracle, XML, CSV, fichiers texte) et les utiliser pour remplir automatiquement des mises en page contenant des champs dynamiques. Une base de données SQL Express locale enregistre un journal complet des opérations, accessible par le client via une connexion ODBC ou de simples feuilles de calcul Excel.
Le système est prêt às’interfacer avec des systèmes informatiques d’ entreprise tels que ERP ou MES via des protocoles de communication standard (notamment OPC-UA), ce qui permet une intégration complète dans l’environnement de l’industrie 4.0. La surveillance complète des E/S et des fonctions de la machine permet au personnel de maintenance d’accéder à toutes les informations critiques en cas de défaillance, ce qui réduit les temps d’arrêt et maintient une productivité élevée.
Automatisation des flux de production
Le cycle de fonctionnement est conçu pour minimiser les temps d’arrêt et maximiser l’autonomie du système. L’opérateur charge jusqu’à quatre palettes sur une table coulissante manuelle qui se retire complètement de la cabine pour faciliter les opérations de chargement et de déchargement : deux palettes complètes d’outils à marquer et deux palettes vides pour recevoir les outils usinés.
Une fois le cycle lancé, la porte pneumatique se referme automatiquement et le système commence à fonctionner de manière totalement autonome. Le bras robotisé prend chaque outil sur la palette de chargement, le positionne devant la tête laser à l’angle requis tout en maintenant la distance focale correcte, effectue le marquage dans les positions programmées, vérifie la qualité au moyen d’un système de vision et, enfin, dépose l’outil marqué sur la palette de déchargement en suivant des trajectoires prédéfinies.
Chaque position de prélèvement dans la palette de chargement correspond à une position de stockage spécifique dans la palette de déchargement, ce qui garantit une traçabilité complète du processus. Le système est conçu pour utiliser les palettes existantes du client, ce qui simplifie l’intégration dans la ligne de production existante sans qu’il soit nécessaire d’investir dans un équipement spécifique.
Intégration dans la production existante
La possibilité d’utiliser les palettes existantes du client est un avantage significatif lors de l’intégration du système TowerTool dans les lignes de production existantes. La table de travail est personnalisée pour s’adapter à différentes tailles de palettes, ce qui évite d’investir dans des équipements spécifiques et simplifie la logistique des matériaux.
Le système d’assistance à distance préinstallé (TeamViewer ou autre logiciel selon les préférences du client) permet des interventions rapides de l’assistance technique, réduisant ainsi les temps d’arrêt et garantissant la continuité opérationnelle.
Aspiration et gestion de l’environnement de travail
Un système d’aspiration avec filtre à trois niveaux intégré dans la base de la machine garantit un environnement de travail propre. La pompe à canal latéral en aluminium moulé sous pression assure un débit d’air élevé, tandis que le système de filtration combine des éléments HEPA H14 et du charbon actif pour éliminer les microparticules et les odeurs. L’intégration complète du système d’aspiration dans la base de la machine élimine le besoin d’un équipement externe encombrant, optimisant ainsi l’espace de production.
Sécurité et conformité réglementaire Le TowerTool est un système laser de classe I, conçu selon la catégorie de sécurité PL. La porte pneumatique avant est équipée d’un bord sensible qui détecte les obstacles lors de la fermeture, tandis que des barrières de sécurité éclairées assurent la protection de l’opérateur. Le contrôleur Siemens S1200 gère toutes les fonctions de sécurité, avec des relais spécifiques et des circuits à double contacteur.
