11 Novembre 2013  |  Laser
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 08/2013

Un système de marquage laser haute précision

Le marquage des produits a lieu sans arrêt dans le cadre de processus de production continus non séquentiels – une méthode extrêmement rentable appelée «Marking on the fly» ou marquage à la volée. A cet effet, le mouvement de l’objet à marquer est superposé au mouvement du rayon laser, qui saisit en continu la vitesse du dispositif de transport. Pour marquer des tubes d’acier sans distorsion avec cette méthode, un équipementier automobile a choisi le laser à fibre novateur de la société Axnum.

Le producteur de pièces moulées et de tubes d’acier sans soudures, laminés à chaud ou à froid, ainsi que de tubes d’acier de précision soudés ou étirés et soudés, avec des diamètres de 12 à 120 mm, fabrique ses produits selon des méthodes largement automatisées. Ce spécialiste ne se contente pas de développer et de réaliser des tubes sur mesure, il se charge également de la définition des matériaux et de la conception des produits. Comme ces tubes sont essentiellement utilisés dans l’industrie automobile, ils sont soumis, dans de nombreuses applications, à des obligations de contrôle et de réception. Pour des raisons de sécurité, il faut éliminer tout risque de confusion et assurer la traçabilité des différents lots et produits. C’est pourquoi les tubes sont marqués dans le sens axial par différentes données, telles que le diamètre extérieur, l’épaisseur de paroi, les numéros de matériau, d’article et de commande ou encore la date de production.
 
Figure 1. Les tubes avancent les uns derrière les autres sur des rouleaux coniques, vers la station de marquage laser pour être gravés avec toutes les données requises. (Photos: AxNum AG – Bienne)
 
Un marquage rapide de haute précision
Dans la halle, une grue dépose les tubes, pouvant atteindre une longueur de 7 m, sur un dispositif d’amenée raccordé à une station de séparation. Ces tubes avancent l’un après l’autre, à une vitesse de 70 m/min, sur des rouleaux coniques vers la station de marquage laser, pour y être munis de toutes les données requises. Afin d’obtenir un lettrage net et de maintenir une production en continu, le processus de marquage doit être hautement précis et rapide – si possible assez rapide pour que la bande convoyeuse ne doive être ni arrêtée, ni ralentie. Avec l’option «Marking on the fly», les tubes sont pratiquement marqués à la volée. Le traitement au laser ne doit en aucun cas avoir un effet d’entaille à l’emplacement du lettrage, ce qui est une autre exigence importante.
Le fabricant utilisait jusqu’alors un laser pompé par diode et refroidi à l’eau. Avec cette solution, les tubes pouvaient certes être marqués avec une grande précision, mais le système de refroidissement, par sa structure complexe, rendait le laser sujet à des défaillances. Des travaux d’entretien occasionnaient des coûts considérables. A la suite d’une nouvelle maintenance onéreuse, le fabricant s’est mis la recherche d’un système plus économique auprès de la société AxNum, établie à Bienne. Celle-ci distribue des produits de haute qualité dans le domaine de l’automatisation, de l’assemblage, ainsi que des techniques de marquage. Le fabricant utilise déjà avec succès une machine à micro-percussions de cette société pour effectuer, dans une autre usine, le marquage de pièces moulées sous pression.
 
Figure 2. Le laser à fibre i103L-G assure un processus de marquage durable et souple. (Photos: AxNum AG – Bienne)
 
Un marquage précis et contrasté
«Dès le premier entretien, nous avons compris que notre laser intégrable i103L‑G de SIC Marking conviendrait parfaitement à cette application», déclare Mike Machule, responsable chez AxNum de la vente de systèmes de marquage et de lettrage. Cette solution compacte identifie les tubes d’acier avec un lettrage de haute qualité dans des temps de cycles très courts. Le laser à fibre trace des caractères alphanumériques précis et contrastés, des codes matriciels 1D et 2D, des éléments graphiques, ainsi que des logos. Les dimensions de la fenêtre de marquage sont de 100 x 100 mm. Elles peuvent atteindre, en option, 215 x 215 mm.
Le laser i103L-G est composé d’une tête de marquage et d’une unité de contrôle dans laquelle se trouve également la source laser - un laser pompé à diodes, dopé à l’ytterbium. La tête de marquage est reliée au contrôleur par un câble à fibres optiques de 3 m. Les dimensions compactes de la tête de marquage et son faible poids, de seulement 5 kg, permettent de faciliter le montage. «Ainsi l’intégration et la mise en place dans un espace exigu n’ont pas posé de problème», se rappelle Mike Machule. Même le défi qui consistait à intégrer très rapidement le système laser dans l’installation existante, afin de réduire au minimum l’immobilisation de la machine, a été parfaitement maîtrisé par les experts. Le système laser a pu être raccordé sans difficulté à la commande.
Le laser, d’une longueur d’onde de 1,064 nm, est disponible avec une puissance moyenne de 10, 20 ou 50 W. «Pour atteindre une vitesse de marquage élevée, nous utilisons un laser d’une puissance de 50 W», explique Mike Machule. «Depuis cette année, notre société propose également une version de 10 W. Avec celle-ci, nous sommes à même de répondre à des vitesses de défilement très élevées. Le système laser est commandé par un logiciel intuitif très simple à manipuler».
 
Figure 3. Un marquage d’une qualité élevée et constante. (Photos: AxNum AG – Bienne)
 
Des faibles coûts de maintenance
L’équipementier automobile a surtout été convaincu par le fait que le laser à fibre atteint cette vitesse de marquage sans refroidissement à eau. Cela signifie pour lui une réduction importante des coûts de maintenance. De coûteux systèmes pour l’installation et l’amenée d’eau sont ainsi inutiles, explique Mike Machule. L’efficacité du laser à fibre permet de miser sur 50’000 à 100’000 heures de service. Il s’agit d’un produit standard que les experts de la société AxNum ont adapté à cette application spécifique. «Nous avons mis en place un dispositif de protection pour protéger l’utilisateur contre un éventuel rayonnement laser, par exemple», précis-t-il.
Le laser i103L-G est maintenant placé directement au-dessus de la bande convoyeuse. Dès qu’un tube s’engage dans la coque de protection du laser, un capteur déclenche un signal et le laser démarre avec le marquage à la volée - «Marking on the fly». La vitesse du convoyeur est transmise à la commande du laser par le signal d’un encodeur. Cela garantit une qualité de lettrage élevée et constante, même en cas de variations de vitesse. Le laser s’adapte ainsi toujours à la vitesse effective de la bande convoyeuse.
 
Une excellente qualité du marquage
Lorsque le système a marqué le tube avec toutes les données requises, un contrôle de fissures est encore effectué dans la station laser. «La qualité du lettrage n’est pas contrôlée», explique Mike Machule. «Avec ce système laser novateur, elle est toujours garantie». Le non-marquage des tubes est la seule erreur pouvant se produire, qui soit reconnaissable à l’œil nu. Cela n’arrive toutefois que si les tubes sont mal acheminés sur la bande convoyeuse, s’ils sont sales, par exemple. Après le passage réussi du contrôle, la bande convoyeuse achemine les tubes sur la bande de déchargement.
«La société Axnum a mis en place la première installation en juin 2012. Une deuxième est en service depuis janvier 2013. Les lasers à fibre i103L-G assurent désormais un marquage durable et souple ainsi qu’une fabrication économique», explique Mike Machule. «Nous n’avons pas uniquement livré, installé et mis en service cette solution, nos collaborateurs du service après-vente sont également toujours prêts à intervenir en cas de demande d’assistance ou tout simplement pour répondre à toute question. Avec la société AxNum, l’utilisateur n’a plus qu’un seul interlocuteur pour l’intégralité de son système de marquage».

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