Grand, audacieux, rapide : métrologie optique avancée pour industries à grande échelle

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

Entrez dans le monde de la métrologie optique et une chose est claire. Ce secteur d'affaires dynamique continue d'innover de nouveaux designs de machines à mesurer tridimensionnelles portables (PCMM) pour l'inspection de grands composants et fixations. Les fabricants à grande échelle sont toujours à la recherche de méthodes optiques mises à jour pour adresser la mesure 3D in situ sur de grandes surfaces trouvées dans l'aérospatial, la construction navale, l'automobile et d'autres industries. Le besoin d'analyser soigneusement les surfaces en détail pilote la tendance vers de meilleurs outils de mesure optique qui fournissent de plus grands ensembles de données, par opposition aux anciens gabarits de contrôle avec gageage dur.

De nouveaux systèmes de photogrammétrie optique basés sur caméra introduisent de nouveaux designs qui sont des départs majeurs des versions plus anciennes des boîtes à outils optiques traditionnelles. Comme ces systèmes sont utilisés dans des environnements industriels rudes ou en extérieur lointain, les ingénieurs placent un focus de design spécial sur la robustesse et la résistance de ces systèmes à l'impact de stress mécanique comme vibrations ou chocs. Pendant la phase de recherche et développement, des tests prolongés sont utilisés pour vérifier la précision du système sur un volume de mesure entier. Les systèmes plus récents intègrent deux caméras haute performance dans un boîtier robuste, permettant l'inspection, le suivi et le positionnement même dans des environnements de production rudes avec poussière et vibrations.

Nouveaux designs, retours rapides

Les systèmes optiques modernes basés sur la photogrammétrie viennent dans de nombreuses configurations différentes. Un design plus récent contiendra deux caméras 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 dispositif de palpage portable. Les images générées sont traitées automatiquement et les données de coordonnées 3D sont calculées en temps réel. Les problèmes comme les vibrations, le bruit et les changements de position qui ont tourmenté les métrologues pendant des années ne sont plus problématiques. Il y a des systèmes optiques sur le marché qui offrent une nouvelle technologie appelée référencement dynamique, qui permet au système de détecter et compenser automatiquement ces perturbations environnementales par suivi optique. Cette fonctionnalité garantit une stabilité de processus constante, même si le système est déplacé pendant une session de mesure.

Plus d'avancées

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

Faire le travail vite

Tout technicien qui a déjà essayé d'aligner un composant rapidement et précisément peut apprécier la complexité de la tâche. Un bon exemple est le positionnement d'une portière de voiture dans un panneau latéral. Ce n'est pas un travail facile, mais une entreprise que les constructeurs automobiles luttent chaque jour dans le processus de prototypage. Chaque fois qu'une vis est ajustée d'un côté de la portière, et puis vérifiée de l'autre côté, elle est déformée. Cet exercice peut être un processus long et fastidieux, prenant normalement jusqu'à 30 minutes pour aligner une portière basée sur ses données CAO et son ajustement. Ce scénario suppose aussi que personne ne touche à rien pendant la procédure.

Voici qu'entre le système de suivi optique basé caméra. Ces solutions de photogrammétrie sont intrinsèquement faciles à configurer, de la même façon qu'un photographe configure son équipement pour une séance photo. Un seul opérateur monte une barre de caméra sur un trépied et est prêt à partir. Des roulettes peuvent aussi être attachées au trépied pour un déplacement plus facile sur le plancher d'atelier. Le système de photogrammétrie est placé dans la meilleure position pour la mesure en ligne de mire, et le capteur est orienté vers l'objet à mesurer. Tout le processus de configuration est complété en minutes. Les nouveaux systèmes intègrent des capteurs à contrôle de température, signifiant que le capteur peut réguler sa propre stabilité thermique.

Maintenant revenons à la tâche de positionner la portière de voiture dans le panneau latéral en utilisant une technique optique. D'abord, un opérateur signalerait la portière avec quelques cibles simples. Ensuite, les caractéristiques critiques de la portière seraient capturées en utilisant une sonde portable pour la procédure de pré-alignement. Le même processus serait appliqué au panneau latéral. Les deux composants sont maintenant capturés dans leurs systèmes de coordonnées respectifs.

La technologie basée caméra permet la mesure simultanée de points multiples sur ces composants et suit aussi dynamiquement des corps 6DoF. Le logiciel de mesure montre la progression du processus d'alignement en temps réel avec l'utilisation de drapeaux de déviation visuels sur l'écran d'ordinateur pour guider. 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 indicateurs pour un alignement rapide des composants en quelques minutes.

Environnement rude, pas de problème

Une considération classique de tout métrologue est de savoir si un environnement industriel est assez stable pour la mesure. Basé sur la taille de l'objet ou de l'assemblage, une autre préoccupation est si le système de métrologie devra être déplacé pendant une session. Ces deux problèmes persistants ont été adressés avec le référencement dynamique, comme discuté plus tôt. 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 aussi 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 mire de l'objet ou de l'assemblage sont mesurées simultanément, chaque prise est directement transformée en un système de coordonnées global. Les mesures sont prises de façon fiable, même si un ouvrier touche la pièce ou secoue une fixation. Aucun réalignement manuel n'est nécessaire car le système photogrammétrique reste en ligne et continue d'acquérir des données pendant que les activités quotidiennes du lieu de travail se produisent pendant la session.

L'alternative émergente

Les fournisseurs de solutions de métrologie optique suivent certainement les tendances principales de l'industrie : opération plus facile du matériel, logiciel plus intelligent, et acquisition de données plus rapide. Ces caractéristiques, couplées avec des résultats de mesure fiables et stables des PCMMs plus récents basés caméra, fournissent une alternative aux gages traditionnels ou solutions palpeur tactile seulement. En plus de l'inspection de précision, ces systèmes peuvent aussi surveiller et simplifier les processus d'assemblage, et aider à guider un opérateur à travers le positionnement et l'alignement avec un retour immédiat. En plus d'accélérer le processus de mesure, les systèmes optiques basés caméra d'aujourd'hui opèrent significativement plus vite dans de nombreuses autres applications statiques et dynamiques, résultant en gains de temps et avantages de coûts pour ceux qui s'engagent dans le nouveau paradigme.

Précédemment publié dans Quality Magazine.