Métrologie optique (grande, audacieuse, rapide)

Écrit par Cliff Bliss, responsable des opérations commerciales des capteurs optiques 3D chez Hexagon Manufacturing Intelligence

Entrez dans le monde de la métrologie optique et une chose est claire. Ce secteur d'activité dynamique continue d'innover dans de nouvelles conceptions de machines de mesure de coordonnées portables (PCMM) pour l'inspection de grands composants et montages. Les fabricants à grande échelle sont toujours à la recherche de méthodes optiques mises à jour pour traiter la mesure 3D in situ sur de grandes surfaces trouvées dans l'aérospatiale, la construction navale, l'automobile et d'autres industries. La nécessité d'analyser soigneusement les surfaces en détail est à l'origine de la tendance vers de meilleurs outils de mesure optique qui fournissent des ensembles de données plus volumineux, par opposition aux dispositifs de contrôle à l'ancienne avec jaugeage dur.

Les nouveaux systèmes de photogrammétrie optique basés sur des caméras introduisent de nouvelles conceptions qui s'écartent considérablement des anciennes versions des ensembles d'outils optiques traditionnels. Comme ces systèmes sont utilisés dans des environnements industriels difficiles ou dans des environnements extérieurs éloignés, les ingénieurs accordent une attention particulière à la robustesse et à la résistance de ces systèmes à l'impact des contraintes mécaniques telles que les vibrations ou les chocs. Pendant la phase de recherche et de développement, des tests prolongés sont utilisés pour vérifier la précision du système sur un volume de mesure complet. Les systèmes plus récents intègrent deux caméras hautes performances dans un boîtier robuste, permettant l'inspection, le suivi et le positionnement même dans des environnements de production difficiles avec de la poussière et des vibrations.

Nouveaux modèles, retours rapides

Les systèmes optiques modernes basés sur la photogrammétrie se présentent sous de nombreuses configurations différentes. Une conception plus récente contiendra deux appareils photo numériques haute résolution de 8 mégapixels dans un faisceau de caméra fermé. Ces caméras numériques intégrées sont capables de capturer rapidement tout type de cible placée sur le composant à mesurer ou sur un appareil de mesure portatif. Les images générées sont traitées automatiquement et les données de coordonnées 3D sont calculées en temps réel. Les problèmes tels que les vibrations, le bruit et les changements de position qui tourmentaient les métrologues depuis des années ne sont plus problématiques. Il existe sur le marché des systèmes optiques qui proposent une nouvelle technologie appelée référencement dynamique, qui permet au système de détecter et de compenser automatiquement ces perturbations environnementales par suivi optique. Cette fonctionnalité garantit une stabilité constante du processus, même si le système est déplacé pendant une session de mesure.

Plus d'avancées

La technologie de l'aiguille a également progressé en termes de précision. Il existe maintenant sur le marché des systèmes de mesure optique qui peuvent mesurer des objets jusqu'à cinq mètres de volume avec une plage de précision de 40 à 80 microns. Une nouvelle capacité pour les solutions basées sur caméra est la capacité de capturer simultanément plusieurs points et d'étendre leur utilisation aux tests de charge et aux tests de fatigue en laboratoire, ainsi qu'à d'autres applications statiques et dynamiques. Combinez ces avancées avec le référencement dynamique, et l'utilisateur dispose désormais d'un ensemble d'outils qui peut détecter les conditions géométriques avec précision et être utilisé dans un environnement industriel à haute activité avec un temps d'arrêt minimal ou nul.

Faire un travail rapide

Tout technicien qui a déjà essayé d'aligner un composant rapidement et avec précision peut apprécier la complexité de la tâche. Un bon exemple est le positionnement d'une porte de voiture dans un panneau latéral. Ce n'est pas une tâche facile, mais une entreprise avec laquelle les constructeurs automobiles se débattent chaque jour dans le processus de prototypage. Chaque fois qu'une vis est ajustée d'un côté de la porte, puis vérifiée de l'autre côté, elle se déforme. Cet exercice peut être un processus long et fastidieux, prenant normalement jusqu'à 30 minutes pour aligner une porte en fonction de ses données CAO et de son ajustement. Ce scénario suppose également que personne ne touche à quoi que ce soit pendant la procédure.

Ainsi entre le système de suivi optique basé sur la caméra. Ces solutions de photogrammétrie sont intrinsèquement simples à mettre en place, de la même manière qu'un photographe installe son matériel pour une séance photo. Un seul opérateur monte une barre de caméra sur un trépied et est prêt à partir. Des rouleaux peuvent également être fixés au trépied pour faciliter les déplacements dans l'atelier. Le système de photogrammétrie est placé dans la meilleure position pour la mesure en ligne de visée, et le capteur est orienté vers l'objet à mesurer. L'ensemble du processus de configuration est terminé en quelques minutes. Les nouveaux systèmes intègrent des capteurs à température contrôlée, ce qui signifie que le capteur peut réguler sa propre stabilité thermique.

Revenons maintenant à la tâche de positionner la porte de la voiture dans le panneau latéral à l'aide d'une technique optique. Tout d'abord, un opérateur signalait la porte avec quelques cibles simples. Ensuite, les caractéristiques critiques de la porte seraient capturées à l'aide d'une sonde portable pour la procédure de pré-alignement. Le même processus serait appliqué au panneau latéral. Les deux composants sont maintenant capturés dans leur système de coordonnées respectif.

La technologie basée sur la caméra permet la mesure simultanée de plusieurs points sur ces composants et suit également les corps 6DoF de manière dynamique. Le logiciel de mesure affiche la progression du processus d'alignement en temps réel grâce à l'utilisation d'indicateurs de déviation visuels sur l'écran de l'ordinateur à titre indicatif. L'opérateur peut utiliser les données pour tourner une vis et ajuster, puis vérifier quand la position ciblée est atteinte. En bref, les drapeaux de déviation agissent comme des indicateurs pour un alignement rapide des composants en quelques minutes.

Environnement difficile, pas de problème

Une considération classique de tout métrologue est de savoir si oui ou non un environnement industriel est suffisamment stable pour la mesure. En fonction de la taille de l'objet ou de l'assemblage, une autre préoccupation est de savoir si le système de métrologie devra être déplacé au cours d'une session. Ces deux problèmes persistants ont été résolus avec un référencement dynamique, comme indiqué précédemment. En utilisant des cibles sur le panneau latéral de l'automobile comme points de référence, un système de photogrammétrie peut compenser le mouvement du capteur. Cette même technologie peut également compenser la mesure d'un objet dans une zone où il y a des vibrations ou d'autres facteurs contribuant à un environnement instable.

Comme les zones de ligne de visée de l'objet ou de l'assemblage sont mesurées simultanément, chaque tir est directement transformé en un système de coordonnées global. Les mesures sont prises de manière fiable, même si un travailleur touche la pièce ou secoue un appareil. Aucun réalignement manuel n'est nécessaire car le système photogrammétrique reste en ligne et continue d'acquérir des données pendant les activités quotidiennes sur le lieu de travail pendant la session.

L'alternative émergente 

Les fournisseurs de solutions de métrologie optique suivent certainement les principales tendances de l'industrie :une utilisation plus facile du matériel, des logiciels plus intelligents et une acquisition de données plus rapide. Ces fonctionnalités, associées aux résultats de mesure fiables et stables des nouveaux PCMM basés sur caméra, offrent une alternative aux jauges traditionnelles ou aux solutions à sonde tactile uniquement. En plus de l'inspection de précision, ces systèmes peuvent également surveiller et simplifier les processus d'assemblage et aider à guider un opérateur tout au long du travail de positionnement et d'alignement avec une rétroaction immédiate. En plus d'accélérer le processus de mesure, les systèmes optiques basés sur des caméras d'aujourd'hui fonctionnent beaucoup plus rapidement dans de nombreuses autres applications statiques et dynamiques, ce qui se traduit par des gains de temps et des avantages financiers pour ceux qui exploitent le nouveau paradigme.

Précédemment présenté dans Quality Magazine.