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Live Metrology Drives Large Scale Assembly

[ 29.09.2020 ]

Association des systèmes iGPS, MoveInspect, et d’un robot collaboratif pour automatiser les assemblages à grand volume et l’inspection avec la métrologie 3D en direct.

La métrologie dimensionnelle à grande échelle est un vaste champ d’applications en constante évolution.  Au cours des dernières décennies, de nombreuses technologies de pointe ont vu le jour, permettant à l’industrie de repousser constamment les limites techniques et de démocratiser le domaine. Nous avons maintenant des instruments capables de scanner des millions de points par seconde avec une précision au millième de pouce, des capacités de suivi en direct, une gamme de logiciels pour recueillir et analyser les données, et finalement des ingénieurs et des experts pour développer des solutions de métrologie. Le développement du domaine est constant, et Amrikart est l’une de ces compagnies qui ont embrassé la métrologie pendant plus de 20 ans, formant des équipes spécialisées en métrologie à grande échelle. Ces experts ont une solide expérience dans différents domaines, appliquant la métrologie 3D dans les services de mesures et d’alignements, mais aussi dans l’automatisation.

Intégration de la métrologie 3D

Dans les industries manufacturières, la métrologie est trop souvent placée à la fin du processus de fabrication pour vérifier la qualité des pièces produites, obligeant le rejet des pièces ou des assemblages lors de non-conformités. Amrikart encourage plutôt les industries à intégrer la métrologie 3D dans leur processus même de fabrication. À cette fin, les experts d’Amrikart développent des applications automatisées pour aider les fabricants de produits de grandes dimensions à produire plus rapidement des pièces conformes. Intervenir dans le processus de fabrication implique d’être en mesure de contrôler la position des assemblages de pièces dans les tolérances requises. Avec des systèmes de mesures dynamiques, il devient possible de contrôler l’ensemble du processus d’alignement et d’inspections, optimisant le temps, la qualité et la répétabilité.

Mesures à grande échelle et défis des mesures dynamiques

Lorsque vous parlez de mesures à grande échelle et dynamiques, les experts du domaine pensent souvent aux lasers de poursuites (Laser Trackers). Les laser de poursuite sont excellents, ils peuvent suivre une cible à travers de larges champs de vision avec une bonne précision, mais ils ne peuvent en suivre qu’une seule à la fois. Même inconvénient pour les lasers qui utilisent des artefacts 6DoF. D’autres instruments, tels que les caméras 3D (MoveInspect d’Hexagon, Krypton de Nikon, C-Track de Creaform, Gom d’Aramis, etc.) peuvent suivre en direct plusieurs cibles ou artefacts 6DoF, mais dans un champ de vision limité. Ainsi, pour suivre en dynamique plusieurs images 6DoF dans un grand champ de vision (au moins 20 x 20 mètres), il faudra plusieurs lasers de poursuites ou caméras 3D, synchronisés en permanence et situés avec précision les uns par rapport aux autres dans un même système global de coordonnées, impliquant des solutions coûteuses. Les lignes de visée représentent un autre défi. Les solutions de métrologie actuelles ont besoin d’une ligne droite de visée pour les mesures. Mais dans les industries, les lignes de visées sont souvent bloquées par les opérations manufacturières, les structures, l’outillage, les travailleurs, etc. C’est un énorme défi pour les mesures automatisées et les équipes d’Amrikart ont travaillé sur des solutions.

Combinaison d’instruments de différents fabricants : le meilleur de chacun.

Pour résoudre les défis reliés à la mesure à grande échelle, les experts en automatisation d’Amrikart ont choisi de combiner différentes technologies pour compenser les faiblesses individuelles par leur force collective.  L’une des solutions développées associe la solution iGPS de 7D Kinematics avec la caméra MoveInspect d’Hexagon montée sur un chariot mobile.

L’iGPS est une technologie unique permettant un suivi dynamique de cibles sur de très grands volumes avec une précision uniforme jusqu’à 0.015''. Le système iGPS est composé de satellites émettant des rayons laser (émetteurs) et de récepteurs (cibles) recevant ces rayons. Par triangulation des signaux laser d’au moins 3 satellites (similaire à un système GPS de voiture), l’emplacement 3D de tous les récepteurs peut être déterminé et suivi de manière dynamique. L’iGPS peut suivre des cibles indépendantes et des artefacts 6DoF sur l’ensemble du volume couvert - les émetteurs ayant une portée de 30 m, il suffit d’en ajouter pour augmente le volume de mesure - et tous sont reliés en permanence dans le même système de coordonnées global. Les récepteurs iGPS doivent capter les rayons d’au moins 3 satellites, en ajoutant des satellites dans votre espace de travail et en optimisant leur distribution, on obtient un réseau robuste où les opérations de fabrication ne perturbent pas les mesures. Avec la technologie iGPS, votre atelier devient une cellule de métrologie complète où vous pouvez suivre en dynamique et de manière indépendante un grand nombre de cibles et d’artefacts 6DoF utilisés dans différentes applications et stations de travail. Il s’agit de réels avantages dans les chaînes d’assemblage finales de grandes structures telles que les trains, les avions, les satellites, les navires, les ponts, etc. pour aligner les sous-ensembles.

Les ingénieurs d’Amrikart ont donc combiné une caméra 3D MoveInspect avec la technologie iGPS.  Nous avons d’abord conçu et fabriqué un cadre avec des récepteurs iGPS montés directement sur le MoveInspect, de sorte que l’instrument lui-même est maintenant localisé avec précision dans notre cellule de mesure. Le MoveInspect prend des mesures dans son champ de vision, et les données se retrouvent dans son système de coordonnées. Comme le MoveInspect est suivi en permanence par le système iGPS, les mesures qu’il prend sont également localisées dans la cellule de mesure globale par simple transformation matricielle. Vous pouvez déplacer le MoveInspect tout autour de la cellule de mesure, l’iGPS le suit en continu et mesure son emplacement avec précision. Avec ce type de connexions, il est possible de développer toutes sortes d’applications.

Nous avons présenté un projet où un support a été aligné sur une aile avec un robot collaboratif grâce à notre solution. L’effecteur du robot collaboratif est suivi par la caméra 3D MoveInspect tandis que des capteurs iGPS placés sur l’aile localisent sa position et servent de référence pour le positionnement du support. Nous avons pu aligner le support sur l’aile à ± 0.020'' de l’emplacement ciblé. Les problèmes de la ligne de visée et de la localisation globale venaient d’être éliminés. Pour aligner un support à l’intérieur de l’aile, le MoveInspect a été placé en face du caisson de voilure, visant l’intérieur de l’aile pour localiser le support avec précision par rapport à tous les autres éléments de la cellule de mesure. Comme le MoveInspect et le robot sont montés sur deux chariots à roues, il est facile de les déplacer tout autour de la cellule de mesure, sans penser à la façon de les repositionner puisqu’ils sont suivis en continu par le système iGPS.


Comment est-ce possible, techniquement ?

Chaque instrument dispose de son propre logiciel et SDK (kit de développement logiciel) fourni par le fabricant. La plupart des instruments peuvent également être utilisés directement dans un logiciel de métrologie. Cependant, peu de logiciels permettent de brancher plusieurs instruments et de les connecter ensemble dans des applications de suivi dynamique, d’ajouter des robots et des actionneurs de programmation, de même que des capteurs et autres applications I/O. En outre, l’automatisation implique souvent le développement d’interfaces personnalisées conviviales puisque les gestionnaires ne veulent pas que leurs opérateurs soient des experts en logiciels complexes. Ces exigences, ajoutées aux spécificités de chaque fabricant d’instruments, impliquent souvent beaucoup de programmation et de développement, augmentant les coûts d’automatisation des solutions intégrées aux processus de production. Amrikart a développé une plate-forme logicielle, appelée ProjectX2, permettant de relier tous les instruments, capteurs, actionneurs, robots et logiciels d’analyse ensemble. L’objectif de cette plate-forme est de permettre une intégration facile de tous les systèmes, la création d’interfaces personnalisées, et la programmation centralisée pour une propagation dans tous les logiciels implicites, sans avoir besoin d’être expert dans tous les logiciels et SDK des instruments. Cette plate-forme a été utilisée pour combiner la technologie iGPS avec la caméra 3D MoveInspect et le robot collaboratif.

Pour aller plus loin

Avec le système iGPS, il est possible de localiser et de suivre en dynamique n’importe quel type de cibles et d’artefact 6DoF dans une zone de grande dimension. Les artefacts 6DoF peuvent être des pièces ou des sous-assemblages complets, mais peuvent également être un autre instrument de mesure ou dispositif - scanner 3D, caméras, laser de poursuite, Laser Radars, capteurs, robots, actionneurs, grues, ponts roulants, structures, etc. Tous les instruments sont localisés et suivis en dynamique dans un système de coordonnées global à l’intérieur d’une cellule de mesure qui peut prendre de l’expansion en ajoutant de nouveaux satellites. L’ensemble des données se situe dans le même système de coordonnées global. On obtient ainsi un contrôle complet du processus de fabrication. L’automatisation de l’ensemble du processus de mesure et d’alignement avec une très bonne précision et fiabilité permet des opérations plus rapides, de meilleure qualité, et moins dispendieuses.

Article écrit par Jérémy Arpin-Pont, publié sur Metrology news