Les robots sont invités dans le contrôle qualité : comment allier métrologie et robotique ?

L’optimisation des processus de fabrication est devenue une priorité pour la grande majorité des industries automobiles et aérospatiales. Les pièces conçues, développées et produites de nos jours deviennent de plus en plus complexes. Elles requièrent des inspections toujours plus avancées et minutieuses, avec des mesures toujours plus précises et fiables.

Avec des plans toujours plus compliqués et des angles de moins en moins droits, il est nécessaire de contrôler davantage de points et les inspections nécessitent davantage de données. Ces grandes quantités de données sont obtenues en mesurant de nombreuses pièces, et ces nombreuses acquisitions sont obtenues grâce à plusieurs contrôles et manipulations. Bien que ces tâches répétitives, essentielles au contrôle qualité des assemblages et formes libres complexes, peuvent être effectuées par des ressources humaines, cela n’apporte aucune valeur ajoutée. Sur les lignes d’assemblage, les robots sont plus que capables d’exécuter ces tâches répétitives que sont la prise de mesures et la collecte des données. Les ressources humaines peuvent ainsi être attribuées à d’autres tâches qui nécessitent leur contribution en matière de compétences et de connaissances.

Les robots sont là pour remplacer des fonctions, pas des personnes.

Les compagnies manufacturières peuvent augmenter leur productivité avec la robotique.

Dans le contexte actuel de pénurie de personnel et de temps de travail limité, les robots offrent une solution idéale pour effectuer certaines tâches répétitives et libérer des ressources humaines pour travailler là où elles ont une valeur ajoutée. Cette solution s’est avérée efficace sur la ligne d’assemblage et elle peut être appliquée au contrôle qualité de la même manière, afin d’augmenter la productivité.

Des robots pour des personnes non spécialisées en robotique

Mais comment une entreprise peut-elle implémenter des robots pour les contrôles qualité sans avoir d’expertise en robotique ? Comment un spécialiste en métrologie, qui a toujours géré une équipe d’opérateurs, peut-il ajouter des robots dans son processus de contrôle qualité sans impacter la qualité des inspections ? Le manque de connaissances est-il un obstacle à lui seul pour apporter ce changement dans la procédure ? Par où commencer ? Comment optimiser le processus d’inspection en sachant que la géométrie des pièces est maintenant beaucoup plus complexe qu’auparavant ?

Pour de nombreux experts du contrôle qualité, la robotique est synonyme d’inconnu. C’est un territoire que l’on préfère éviter afin de rester dans notre zone de confort. Le laboratoire de métrologie est, après tout, un environnement contrôlé où il est possible d’effectuer des inspections sans difficulté. La MMT est également l’instrument de métrologie le plus précis pour mesurer des pièces avec les tolérances les plus strictes. Mettre de côté la MMT et le laboratoire de métrologie pour effectuer des contrôles qualité directement sur la ligne de production avec des robots semble être une idée lointaine. C’est pourquoi la première étape pour y arriver est de redéfinir notre vision de l’incertitude.

Précision dans un contexte de fabrication

La précision est un élément essentiel du contrôle qualité. Dans le meilleur des mondes, chacune des dimensions de chacune des pièces devrait être mesurée avec une précision de l’ordre du micron.

Cependant, une telle stratégie aurait un impact majeur sur la productivité. La pression de produire, envoyer et facturer des pièces est importante. Dans ce contexte, est-il absolument nécessaire d’appliquer des tolérances aussi strictes sur chaque entité ?

Les nombreux processus à l’œuvre dans la fabrication des pièces génèrent un phénomène complexe et difficile à prédire. Emboutir une matrice génère un rebond, construire une pièce à partir d’un matériau composite avec un moule génère des contractions et souder deux éléments ensemble produit des forces thermiques. Ces phénomènes représentent de véritables défis que l’on ne peut pas ignorer. C’est pourquoi fabriquer des pièces avec des précisions de quelques dizaines de microns est pratiquement impossible.

Ces phénomènes que l’on ne peut pas éviter lors des processus de fabrication impliquent des tolérances de l’ordre de 500 à 750 μm, voire de 1 à 1,5 mm pour les profilés de surface. Alors vouloir utiliser un instrument de mesure de l’ordre inférieur au micron est-il vraiment nécessaire ? Ne pourrait-on pas se passer de tolérances aussi strictes pour chaque entité, afin de gagner en productivité ?

Sachant que les métrologistes ne sont pas des experts en robotique, la seconde étape pour intégrer des robots dans le processus d’inspection est d’opter pour des solutions clé en main.

Solutions d’inspection automatisée clé en main

Pour utiliser des robots pour augmenter la productivité, la meilleure option pour qui n’est pas expert en robotique est de choisir une solution de contrôle qualité automatisé clé en main. Ce type de solution, prête à l’emploi, offre un grand nombre d’avantages, tels que l’accessibilité, la flexibilité et la simplicité.

Le CUBE-R de Creaform est une MMT à numérisation 3D automatisée clé en main.

Accessibilité

L’implémentation de cellules robotiques dans la production implique généralement trois étapes : la conception, le déploiement et le fonctionnement. Les solutions clé en main permettent aux métrologistes de sauter les deux premières étapes, puisque la cellule a déjà été développée et est prête à être déployée. Ils peuvent ainsi commencer à utiliser la solution d’inspection plus facilement et rapidement. En plus de gagner du temps, cela permet aussi d’économiser de l’argent, puisque l’entreprise n’a pas à payer pour les étapes de conception et d’intégration.

De plus, les solutions d’inspection automatisée clé en main ont été conçues pour répondre aux besoins de personnes non-expertes. C’est pourquoi elles sont facilement et rapidement accessibles. Elles sont également optimisées pour les tâches répétitives afin d’augmenter la productivité des processus de fabrication, tout en offrant la meilleure précision pour le contexte industriel. Le CUBE-R de Creaform est un excellent exemple de solution clé en main.

CUBE-R

Le CUBE-R de Creaform est une MMT à numérisation 3D précise et clé en main. Cette solution consiste en un MetraSCAN 3D-R, un scanner 3D optique monté sur robot performant, et d’une structure prête pour l’installation au sein du processus de fabrication, directement sur la ligne de production. Son interface est facile d’utilisation, elle permet d’optimiser les inspections automatiques et de minimiser les interactions avec l’opérateur. Sa conception est robuste, adaptée aux environnements industriels et optimisée pour les inspections sur le site de production.

Si l’on compare une machine telle que le CUBE-R, constituée d’un robot et d’un scanner, avec une MMT et un palpeur, il est évident que la première permet d’améliorer la productivité sans perdre en exactitude et en précision volumétrique. Les responsables du contrôle de la qualité, non spécialisés en robotique, seront capables d’utiliser une solution clé en main pour optimiser les tâches répétitives pour lesquelles la contribution humaine n’apporte pas de valeur ajoutée. Ils pourront donc attribuer ces ressources humaines pour des tâches plus importantes.

Flexibilité

Les besoins en productivité d’une entreprise de fabrication diffèrent selon les industries. Dans l’industrie aérospatiale, le volume de pièce est faible, tandis que la variabilité et la combinaison de modèles sont élevées. Dans l’industrie automobile, au contraire, le volume de pièce est élevé, tandis que la variabilité et la combinaison de modèles sont faibles. C’est pourquoi une solution de contrôle de la qualité doit être flexible, car les pièces à inspecter sont amenées à changer. De plus, la solution de numérisation doit être assez flexible pour numériser tout type de finition, quelle que soit la complexité, sans préparation de surface.

Simplicité

Cependant, un tel besoin de flexibilité requiert une facilité de programmation. Une plateforme logicielle 3D telle que VXelements^TM associe tous les outils essentiels nécessaires pour l’acquisition des données, dans une interface ergonomique, simple et élégante. Cet élément intégral de la solution clé en main associe des capacités de visualisation en temps réel avec des indicateurs de performances en temps réel, ainsi qu’une expérience de numérisation 3D simple et pourtant efficace. C’est pourquoi une suite logicielle 3D avec l’aspect clé en main de la solution automatisée permet de faciliter l’utilisation de l’équipement de contrôle qualité.

Gain de productivité

Le CUBE-R permet de numériser tout type de fini.

En bref, une solution d’inspection automatisée clé en main telle que le CUBE-R offre le meilleur des deux mondes : Productivité et précision. Mais avant tout, le CUBE-R est un outil de mesure accessible, flexible et simple qui donne aux personnes du contrôle qualité l’accès à la robotique.

En implémentant la robotique dans le contrôle qualité, les avantages sont significatifs. L’augmentation de la productivité est sûrement le plus important, car cela permet d’inspecter davantage de dimensions et de pièces en moins de temps. De plus, cela permet de libérer des ressources humaines pour analyser les données obtenues afin de prévoir des actions préventives.

Traitement des données pour des actions correctives et préventives

Les solutions de contrôle de la qualité automatisé permettent de rendre accessible la métrologie afin que les personnes qui effectuent ces tâches répétitives puissent se concentrer sur des tâches avec davantage de valeur ajoutée. Une des tâches les plus importantes pour améliorer la qualité des pièces, l’analyse des données obtenues permet de prévoir des actions correctives et préventives pour optimiser la production et éviter des erreurs coûteuses.

Il n’est évidemment pas utile de mesurer une grande quantité d’informations si elles ne sont pas traitées et utilisées pour appliquer des méthodes correctives, ou mieux encore, préventives. Toutes les données doivent servir comme données d’entrée pour la production. Elles doivent servir pour déclencher des alarmes si des erreurs apparaissent dans les paramètres de production. Elles doivent servir à donner l’alerte le plus tôt possible, ou même avant que des défaillances apparaissent dans le processus de fabrication.

Bien sûr, l’implémentation d’actions correctives et préventives représente un défi important, mais c’est dans cette direction que permettent d’aller la fabrication intelligente et l’industrie 4.0. Pour ce faire, il y a besoin d’une innovation logicielle. Une telle vision nécessite une plateforme logicielle simple d’utilisation permettant d’analyser les alarmes et d’envoyer immédiatement des notifications vers le service adéquat. Par exemple, après avoir traité des données d’inspection, un robot d’inspection qui a détecté un problème de soudure peut envoyer une commande au robot en charge du soudage pour corriger cette erreur et garantir qu’elle ne se reproduise plus.

L’objectif ultime est évidemment d’inspecter 100 % des dimensions de 100 % des pièces, afin de produire des pièces parfaites, sans défauts. Pour ce faire, le contrôle qualité doit être intégré directement sur la ligne de production.

Métrologie en ligne et fabrication optimisée

La robotique est déjà présente sur la ligne de production. Cependant, la métrologie cherche toujours sa place sur le plancher de production. C’est pourquoi un des principaux développements à venir pour le contrôle qualité en l’industrie manufacturière est la métrologie en ligne.

Puisqu’il est inévitable que le contrôle qualité sera implémenté dans les environnements industriels, où des vibrations, de la poussière et des changements de température et d’humidité sont fréquents, les outils de mesure conçus pour l’utilisation directement au sein du processus de fabrication sur la ligne de production seront nécessaires. Pour ce faire, les fabricants d’instruments d’inspection doivent fournir des solutions de contrôle qualité appropriées à des personnes qui ne sont pas métrologistes. En même temps, il est également nécessaire de créer des robots accessibles pour les métrologistes (qui ne sont pas experts en robotique) avec des solutions plug & play, clé en main qui ne nécessitent pas de consulter un manuel utilisateur détaillé ou une longue formation. Ainsi, les non-spécialistes en robotique verront le robot comme un élément pratique, non seulement essentiel au contrôle qualité, mais également comme une partie d’un modèle de production allégé, dans lequel le processus de fabrication est optimisé pour réduire les pertes.

De plus, le contrôle qualité ne peut pas oublier l’importance de la précision, même si elle est redirigée sur la ligne de production. Bien sûr, même si les outils de métrologie sont sujets aux conditions des environnements industriels et exigeants, ou peuvent être déplacés d’un endroit à un autre, ils doivent rester au même niveau d’exactitude et de tolérances de mesure que leurs équivalents utilisés dans le laboratoire de métrologie.

Conclusion

L’association de la métrologie et de la robotique est amenée à se développer. La robotique permet d’augmenter la productivité en réattribuant les ressources humaines à d’autres tâches à valeur ajoutée et en augmentant le nombre de pièces et/ou de dimensions mesurées, avec l’objectif ultime de contrôler la qualité de 100 % des dimensions de 100 % des pièces.

Les solutions de contrôle de la qualité automatisé permettront de rendre la métrologie en ligne encore plus accessible, flexible et simple d’utilisation, sans oublier l’importance de la précision dans des conditions industrielles et des environnements de fabrication. Ce développement sera supporté par une architecture logicielle qui fournit des résultats clairs et rapides, dans un format qui prend en charge les actions préventives et correctives.

Cette innovation nécessite les aspects matériel et logiciel, qui permettront de connecter une fabrication optimisée et la métrologie en ligne via une plateforme, où il sera impossible d’utiliser de façon inadaptée un équipement de métrologie monté sur un robot et implanté sur la ligne de production. Dans cette situation, même une personne qui ne connaît rien en métrologie ne pourra pas rater une numérisation, obtenir des mesures erronées ou laisser passer une pièce avec des défauts.