Rétro-ingénierie d’une aube directrice

Copyright: Voith Group

Les centrales hydroélectriques du monde entier sont équipées de composants de Voith Hydro depuis plus de 140 ans. En tant que fournisseur de services complets d’équipements pour centrales hydroélectriques, Voith est l’un des principaux fabricants au monde.

La société Voith Hydro GmbH & Co. KG, dont le siège social est à Heidenheim, est un fournisseur de services complets de premier plan dans le domaine de l’équipement technologique des machines pour les centrales hydroélectriques.

Afin de numériser les composants pour lesquels il n’existe pas de données CAO, l’entreprise utilise le scanner HandySCAN 3D et la caméra de photogrammétrie MaxSHOT 3D de Creaform.

Le projet de rétro-ingénierie

L’objectif était de reconstruire une pièce de remplissage manquante pour une aube directrice et d’affecter une pièce de remplissage existante à la bonne aube directrice. Les aubes directrices sont des composants du distributeur. Elles contrôlent le volume d’eau et la dirigent sur une roue de turbine dans la direction d’écoulement souhaitée.

Image de photogrammétrie d’une aube directrice avec le MaxSHOT 3D, copyright : Voith Group

Dans un premier temps, une mesure de photogrammétrie a été effectuée sur les deux aubes directrices à l’aide du système optique de mesure des coordonnées MaxSHOT 3D afin d’augmenter la précision de la numérisation et de pouvoir effectuer le processus de numérisation avec souplesse. Le système MaxSHOT 3D offre une précision de mesure de plus de 0,015 mm/m et convient parfaitement aux grands projets et aux pièces de 2 à 10 m de long, ce qui permet d’obtenir des mesures très précises.

Ensuite, une numérisation a été effectuée, dans lequel la pièce de remplissage existante a été numérisée. Le fichier de numérisation doit représenter une image aussi précise que possible (de l’ordre de 0,1 mm) du contour de l’aile, afin de permettre une affectation et une reconstruction exactes des pièces de remplissage. La numérisation et le traitement des fichiers de numérisation sont effectués à l’aide de VXscan. En supprimant les zones redondantes ou accidentellement capturées et en les enregistrant ensuite sous forme de fichiers .stl, le logiciel a également nettoyé le modèle.

Afin d’obtenir un modèle CAO complet, il est nécessaire de procéder à une reconstruction de surface. Cette opération a été réalisée dans Polyworks Modeler. Les modèles de polygones générés à partir des fichiers de numérisation servent de base ici. Lors du traitement, les images CAO de la pièce de remplissage et de son équivalent ont été générées sur l’aube directrice.

Les fichiers de numérisation des aubes directrices et de la pièce de remplissage ont également été utilisés pour le « test d’ajustement numérique ». Ici, les fichiers de numérisation ont été fusionnés dans Polyworks Inspector pour découvrir à quelle aube appartient le remplissage existant. La même chose a été faite avec la nouvelle pièce de remplissage pour s’assurer qu’elle correspondait à l’aube directrice.

Aube directrice avec la pièce de remplissage dans VXelements et en CAO dans Polyworks, copyright : Voith Group

Numérisation de la pièce de remplissage dans VXelements et comparaison des couleurs dans Polyworks, copyright : Voith Group

Avantages des appareils de mesure portables

« Dans le secteur de l’hydroélectricité, un grand nombre de surfaces de forme libre utilisées sont difficiles à mesurer à l’aide d’instruments de mesure conventionnels. Afin d’être plus rapides, plus efficaces et plus flexibles, ainsi que pour obtenir les avantages de la rétro-ingénierie, nous avons décidé d’utiliser la technologie de numérisation de Creaform », explique Daniel Roessler, ingénieur qualité à la division du groupe Voith Hydro.

Dans le passé, l’entreprise utilisait divers appareils de mesure portables ainsi que des bras de mesure 3D. Le HandySCAN 3D de Creaform est beaucoup plus flexible et libre qu’un bras de mesure. La gamme dimensionnelle des composants dans le secteur de l’hydroélectricité s’étend de 500 mm à 7000 mm. Il est essentiel d’utiliser un système portable qui peut saisir les zones souhaitées sans avoir à se repositionner constamment. En outre, le système précédent ne pouvait saisir que de petites zones. En comparaison, le système Creaform fonctionne rapidement et efficacement et peut donc également capter de grandes surfaces.

Roessler poursuit : « Dans notre domaine, nous avons besoin d’appareils mobiles qui peuvent être utilisés de manière flexible et qui sont prêts à l’emploi sans trop d’efforts. Avec le HandySCAN 3D ainsi que le MaxSHOT 3D, nous disposons de deux produits qui nous permettent de réagir rapidement et avec flexibilité sur le site du client dans la centrale électrique, chez les fournisseurs, ainsi que dans les ateliers ».

Retour sur investissement Il aurait certainement été possible d’effectuer certaines des mesures à l’aide d’un équipement de mesure manuel, à partir duquel on aurait pu attribuer la pièce de remplissage et en construire une nouvelle. Cependant, il est fort probable que la nouvelle pièce de remplissage fabriquée aurait dû être rectifiée manuellement par la suite, car le contour de la forme libre ne peut pas être enregistré avec les méthodes conventionnelles. Il faudrait alors transporter les composants de la centrale électrique à l’usine de Voith, ce qui impliquerait des coûts et des efforts supplémentaires. Grâce à la technologie de numérisation, une seule personne a été nécessaire pour effectuer la numérisation sur place à la centrale électrique. Grâce aux images numériques des composants, les autres étapes ont pu être réalisées numériquement sur un PC. En principe, un potentiel d’économie de temps et d’argent de 40 à 50 % peut être réalisé en utilisant la rétro-ingénierie pour les composants dont le niveau de détail est moyen par rapport à l’ingénierie standard.

Copyright: Voith Group

L’avantage ici est qu’après une numérisation, tous les profils et les données de mesure sont complets dans un seul fichier, et les re-vérifications fastidieuses sur le composant ne sont plus nécessaires. En outre, le risque potentiel de mesures manuelles erronées et d’interprétations erronées est réduit à presque zéro. L’emplacement du composant n’est pas pertinent lors de l’utilisation de la numérisation laser. Avec les appareils portables Creaform, Voith Hydro est en mesure de saisir les détails partout et dans presque toutes les positions.

Un résultat positif sur tous les plans

« Les pratiques et les processus se sont améliorés, surtout en ce qui concerne ce qui est possible. Grâce au HandySCAN 3D et au MaxSHOT 3D, Voith Hydro est en mesure de réagir avec souplesse et rapidité aux tâches ou aux problèmes. Les composants peuvent être numérisés et examinés ou reconstruits sur un PC en un rien de temps. La réactivité est une caractéristique importante que les systèmes Creaform rendent possible. En production, dans l’aire de service ou sur les chantiers de construction, il arrive souvent que des situations exigent une réaction immédiate et que de longs délais d’attente s’accompagnent souvent de coûts élevés. Avec nos systèmes Creaform, nous sommes en mesure d’offrir immédiatement au client une solution et une analyse », résume M. Roessler.

« Creaform dispose de systèmes sophistiqués pour la numérisation des composants. Grâce aux produits de Creaform, nous sommes en mesure de mesurer et de numériser avec précision les composantes de nos clients, rapidement et de façon rentable pour l’avenir, surtout celles des années de fabrication passées, lorsque la numérisation ne jouait pas encore un rôle. De plus, nous pouvons fabriquer les composants individuellement selon les besoins ».

À propos de Voith

Voith est un groupe technologique actif à l’échelle mondiale. Avec son large portefeuille d’équipements, de produits, de services et d’applications numériques, Voith établit des normes sur les marchés de l’énergie, du pétrole et du gaz, du papier, des matières premières, des transports et de l’automobile. Fondée en 1867, Voith est aujourd’hui l’une des principales entreprises familiales européennes, avec plus de 19 000 employés, 4,3 milliards d’euros de chiffre d’affaires et des sites dans plus de 60 pays du monde entier.

La division du groupe Voith Hydro, dont le siège se trouve à Heidenheim, en Allemagne, est un fournisseur de premier plan d’équipements complets pour les centrales hydroélectriques et un partenaire fiable. Voith développe des solutions et des services individuels à long terme pour les grandes et petites centrales hydroélectriques du monde entier. Avec son portefeuille de produits et de services, la société couvre l’ensemble du cycle de vie et tous les composants des centrales hydroélectriques, qu’elles soient grandes ou petites : des générateurs, turbines, pompes et systèmes d’automatisation aux services de pièces de rechange, de maintenance, de formation et aux solutions numériques pour l’hydroélectricité intelligente.