Améliorer la précision du scan 3D pour le contrôle qualité automobile

ARIS Technology améliore le scan 3D industriel

Si le scan 3D est déjà adopté par de nombreux fabricants de pièces automobiles, ses cas d'usage en contrôle qualité (CQ) restent limités. Trois obstacles majeurs expliquent cette situation :

1. Le scan 3D est resté manuel.
2. Les systèmes dits « automatisés » existants sont peu productifs.
3. Le scan 3D a tenté d'être une solution tout-en-un, alors que les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT/CMM) restent indispensables pour certains types de mesures.

Surmonter le scan 3D manuel

Lorsqu'un fabricant achète un scanner 3D autonome, il doit souvent investir dans des logiciels de traitement d'image (Geomagic, Polyworks), une table tournante à deux axes, un trépied, etc. Un opérateur doit alors être formé à : l'utilisation du scanner (marche/arrêt, réglages) ; la prise de vues sous les bons angles et distances selon la pièce ; la gestion des caractéristiques de surface (réglage de l'exposition selon la réflectivité) ; la fusion de multiples scans en un seul fichier et le traitement des données ; les techniques de traitement d'image pour la comparaison scan/CAO ; la calibration du scanner, le réglage du dispositif de fixation, etc.

Cela implique une courbe d'apprentissage raide pour chaque nouveau projet : pour une nouvelle pièce, l'opérateur doit apprendre à la scanner ; pour un ancien modèle, il doit soit revoir l'ancien projet, soit réapprendre de zéro. Malgré les améliorations logicielles incrémentales, aucune solution ne supprime fondamentalement cette courbe d'apprentissage.

Le système collaboratif ARIS, soutenu par l'expérience utilisateur (UX) simple de son logiciel, permet une configuration facile d'une nouvelle pièce.

Pourquoi les systèmes ARIS sont-ils supérieurs ?

De nombreuses entreprises ont proposé des solutions pour réduire l'intensité de main-d'œuvre du scan 3D via l'automatisation robotique. Cependant, les solutions actuelles présentent des limites :

• La plupart sont fournies par les fabricants de scanners 3D (OEM), vous enfermant dans une marque ou un type de scanner. Exemple : une solution populaire d'automatisation de scan 3D, développée par un fabricant de scanners, utilise une lumière bleue structurée peu adaptée aux surfaces brillantes (obligeant à pulvériser la pièce), a un grand dégagement entre les yeux limitant le scan de trous étroits, et nécessite souvent la pose de marqueurs sur la pièce, rendant l'automatisation paradoxalement manuelle.
• La plupart ne sont pas conçues pour être flexibles. Le système peut devenir obsolète dès qu'il faut le redéployer sur une nouvelle ligne de production. Un changement de scanner, de robot ou de logiciel de traitement d'image exige généralement une réintégration complète, une reformation et un recalibrage.
• ARIS résout ces limites grâce à ses logiciels propriétaires :

Plateforme d'intégration modulaire : ARIS recommande les capteurs et robots optimaux du marché, puis assure l'intégration et l'implémentation.
Logiciel d'automatisation (Run) : ARIS fournit un logiciel permettant à des opérateurs peu formés d'exécuter des inspections programmées de manière répétable.
Logiciel de configuration (Setup) : ARIS fournit un logiciel permettant la configuration aisée de nouveaux programmes et l'analyse post-scan au fur et à mesure que les besoins des fabricants évoluent.

Comment les systèmes ARIS complètent-ils les MMT ?

Le scan 3D collecte des millions de données de mesure en quelques secondes, offrant haute résolution et temps de cycle rapide. Cependant, il est moins performant que les MMT pour mesurer les surfaces transparentes/translucides, brillantes ou les détails internes. Pour mesurer toutes les annotations requises (points d'intérêt) d'une pièce, il peut être préférable d'utiliser à la fois MMT et scan 3D.

Les fabricants de MMT ont monté des scanners 3D sur le bras de la MMT, mais c'est un processus très lent et peu productif. D'un autre côté, intégrer un robot industriel dans un laboratoire d'inspection n'est pas optimal non plus.

ARIS surmonte ce problème en intégrant des robots collaboratifs avec un scan laser multi-lignes rapide. Un tel système offre une précision légèrement inférieure aux systèmes ARIS avec scanners 3D à aire (ex. lumière bleue structurée), mais maximise la vitesse et la productivité, et surpasse les autres types de scan 3D pour les surfaces réfléchissantes.

De plus, il peut scanner des pièces bien plus grandes efficacement sans perdre en précision, grâce à des mécanismes de suivi externes qui assemblent les images en temps réel pendant le mouvement du robot (capture de données).

Enfin, l'utilisation de robots collaboratifs permet de déployer ce système dans des zones où existent déjà des processus humains, et donc de l'installer juste à côté d'une MMT pour compléter les mesures MMT en temps réel.

Étude de cas réelle pour le système de précision

Un rapport d'inspection complet est généré pour une pièce en fonderie sous pression à l'aide d'un système ARIS de référence, avec une gamme d'annotations nécessaires pour garantir la qualité. Une étude Gage R&R est ensuite réalisée sur les mesures, testant la précision (répétabilité et reproductibilité) et la comparant aux standards industriels reconnus.

Ce test de précision vise à déterminer si les systèmes de scan 3D automatisés peuvent être déployés en production, et pas seulement en laboratoire, pour l'inspection de premier article (FAI) et l'inspection en cours de production, générant des économies significatives.

Le choix du scanner 3D est généralement plus important que celui du bras robotique, car les tolérances variables, finitions de surface et tailles de pièces peuvent exiger différents dispositifs d'exactitude optique et/ou de champ de vision. Habituellement, les dispositifs plus précis et à grand champ de vision sont plus chers ; c'est pourquoi la capacité du logiciel d'intégration ARIS à brancher et jouer divers types de scanners 3D est cruciale pour atteindre l'exactitude et le temps de cycle requis dans le budget alloué. Par exemple, des scanners 3D précis à ±2,5 µm coûtent facilement plus de 100 000 $.

Une fois le scanner et le robot positionnés et câblés, une calibration initiale des positions relatives est effectuée. Celle-ci est gérée par le logiciel d'automatisation ARIS, où l'opérateur, en un clic, lance la calibration automatique. Dans certains cas, le scanner 3D doit être recalibré aussi souvent que quotidiennement (surtout avec les variations de température), ce qui est à nouveau géré automatiquement par le logiciel ARIS avec un minimum d'intervention humaine. Pour le système de référence utilisé, la calibration initiale a pris moins de 15 minutes de temps opérateur manuel.

Les résultats montrent que même en environnement de production, avec un investissement minimal, la solution offre une précision similaire aux MMT. Elle affiche une précision légèrement inférieure aux MMT de laboratoire mais supérieure aux MMT portables. Surtout, comme de nombreux MMT de laboratoire à haute précision nécessitent des contrôles (sol en béton, salle à température/vibrations contrôlées), la moindre sensibilité des scanners 3D à ces facteurs externes se traduit par la flexibilité et l'efficacité qu'une solution de contrôle qualité par scan 3D robotisé automatisé peut offrir.

Le système ARIS peut fonctionner avec l'infrastructure existante des constructeurs automobiles et offrir un fort retour sur investissement (RSI). Un tel RSI peut être obtenu sans remplacer les processus MMT existants, en utilisant les systèmes ARIS collaboratifs.

Édité par l'éditeur de l'Annuaire Bill Koenig à partir d'informations fournies par ARIS Technology.