Contrôle de tôle optimisé grâce à un module de vision industrielle.
septembre 2015
En partenariat avec STEMMER IMAGING, Erichsen a conçu un module de traitement d'images qui renforce l’automatisation des processus de contrôle, élimine le «facteur humain» et améliore de surcroît la qualité de la documentation lors des contrôles de routine de la tôle effectués selon la norme ISO 16630. Ces mesures sont à la base de concepts d'industrie 4.0 et d'applications en mode « cloud ».
En 1913, A.M. Erichsen a fait breveter la toute première procédure de contrôle de la tôle, le test d'emboutissage. Par la suite, ce test est devenu un standard utilisé dans le monde entier. La société Erichsen GmbH est ainsi devenue mondialement célèbre, notamment grâce à ses machines universelles de contrôle de la tôle. Cette gamme comprend aujourd'hui des machines de contrôle par emboutissage et élargissement (test KWI ou ISO 16630). Ce test standard permet de contrôler la qualité des tôles de 6 mm d'épaisseur maximum. Les échantillons sont généralement prélevés au début des « coils » à travailler. Les machines de contrôle de tôle d'Erichsen sont utilisées dans le monde entier, dans les laminoirs, l'industrie automobile et les laboratoires de recherche.
De bonnes raisons pour contrôler la tôle
Depuis des décennies, l’industrie automobile ne cesse de vouloir améliorer la sécurité des passagers. Lors d'une collision, les pièces de carrosserie, hormis l'habitacle, doivent pouvoir se déformer pour annuler l'énergie cinétique libérée. Réalisés en tôle aussi fine que possible, pour des raisons de poids, les profils, tels que les pare-chocs, les supports latéraux, les bas de caisse, les montants avant, centraux et arrière, les traverses ou encore les arches de toit, doivent afficher la rigidité correspondantes aux propriétés réelles de la tôle. De la même façon, des objets en métal embouti tels que des canettes de boisson, des cartouches, douilles, bacs ou buses doivent présenter des parois uniformément solides, sans aucune fissure. Là aussi, la tôle est contrôlée dès le départ afin d'éviter les rejets. Les simples essais de traction visant à déterminer la limite d'élasticité sont insuffisants pour obtenir des données pertinentes.
Préparation des échantillons et procédure de test
Un test toujours plus important dans le domaine du contrôle de la tôle est la procédure d'expansion de trou selon la norme ISO 16630. Avant d'effectuer le contrôle, il faut d'abord prélever un échantillon. L'échantillon est prélevé par la même machine qui réalise le contrôle. Dans notre exemple, il s’agit de la machine d'emboutissage universelle, modèle 142, conçue par l'entreprise Erichsen GmbH & Co. KG à Hemer, en Rhénanie-du-Nord-Westphalie. Au centre d'un échantillon rectangulaire de tôle, on fait un trou de 10 mm de diamètre. Une fois l'échantillon déposé dans la machine (un test se fait à partir de 3 échantillons), un mandrin conique en acier, entraîné par un système électrohydraulique, vient élargir le trou par dessous jusqu’à ce que des fissures apparaissent sur la partie interne.
Avec le traitement d'images
Dans notre exemple, l'observation de l'apparition de fissures se fait par un opérateur expérimenté qui examine la partie supérieure de l'échantillon, stoppe manuellement la machine lorsqu'il détecte une fissure et mesure le diamètre du trou avec un pied à coulisse. Cette procédure fonctionne bien, elle fait en effet l'objet d'une norme ISO reconnue mondialement.
Mais il est aussi possible de faire mieux - avec le traitement d'images. Le fonctionnement du système ne dépend plus du personnel en place, de sa forme du moment ou des conditions de visibilité. La procédure de contrôle, aux paramètres prédéfinis avec précision, est optimisée par une procédure d'observation tout aussi reproductible. On obtient ainsi des résultats encore plus fiables, un haut niveau de précision et de répétabilité, une tolérance moindre en matière d'évaluation et un processus entièrement numérisé et documenté par des images et des valeurs mesurées.
En partenariat avec STEMMER IMAGING, Erichsen a conçu un module de traitement d'images qui renforce l’automatisation des processus de contrôle, élimine le « facteur humain » et améliore de surcroît la qualité de la documentation lors des contrôles de routine de la tôle effectués selon la norme ISO 16630. Ces mesures sont à la base de concepts d'industrie 4.0 et d'applications en mode cloud.
Le regard électronique
Directeur général d'Erichsen, Ludger Wahlers a déjà l'expérience des systèmes de vision, et lors d’une discussion avec des clients, l’idée lui est venue d'intégrer le traitement d'images dans ses machines de contrôle de tôle. L’esquisse d’une première solution n’a pas tardé, mais il s'agissait ensuite de la concrétiser. « C'est une chose que d'avoir une bonne idée », explique Wahlers pour décrire la situation à l'époque, « mais c’en est une autre que de la mettre en œuvre avec des éléments existants. Pour cela, il faut un fournisseur avec lequel on puisse tester différentes possibilités. Pour moi, la meilleure solution consistait en un module complet de traitement d'images, c’est-à-dire caméra, optique, éclairage et logiciel d'exploitation, fournis par un seul partenaire.»
C’est chez STEMMER IMAGING que Wahlers a trouvé le partenaire idéal : Florian Mayr, ingénieur commercial expérimenté de principal fournisseur européen en technologies de vision industrielle, a su rapidement lui trouver les éléments parfaits au niveau technique et budgétaire parmi le vaste éventail de produits de l'entreprise. Le choix des éléments a été effectué après une étude de faisabilité en deux étapes réalisée par STEMMER IMAGING et Erichsen.
L'image (gauche) montre le résultat final : la zone d'observation est dotée de surfaces métalliques éclairées par un éclairage annulaire CCS à rayonnement diffus faiblement réfléchi. L'un des défis était qu'au cours du processus, le mandrin de contrôle se déplace vers le haut sur une distance maximale de 40 mm. Le rebord annulaire du trou dans la tôle doit donc être observé sans distorsion sur cette zone relativement large si l'on veut garantir des images exploitables et une mesure exacte du diamètre. Il était donc clair qu'une solution optimale ne s’obtiendrait sans objectif télécentrique, en l'occurrence un objectif d’Opto Engineering.
La caméra reprend les fonctions de l'opérateur. Le modèle utilisé est issu de la gamme Manta, d'Allied Vision : une caméra matricielle monochrome avec interface GigE vision. Enregistrant 30 images par seconde, elle dépasse légèrement les performances de l'œil humain et, avec une résolution d'environ 30 µm/pixel, lui est très largement supérieure et garantit une détection fiable des fissures dès 150 µm. De plus, la caméra choisie est dotée de deux E/S librement programmables. Ce sont elles qui pilotent l'API intégré à la machine de contrôle : dès que le logiciel de traitement d'images détecte la formation d'une fissure sur le rebord du trou à une vitesse de traction typique de 10 mm/min, un signal est automatiquement envoyé pour stopper la machine.
Finalement, le diamètre intérieur du trou est calculé au moyen d'un algorithme de mesure de cercle. La détection et la mesure sont effectuées à l'aide de divers outils de traitement d'images du logiciel Sherlock, développé par Teledyne Dalsa et qui a déjà fait ses preuves comme environnement de développement pour les tâches de contrôle dans de nombreuses branches. L'écran du moniteur de la machine Erichsen se base sur l'interface graphique Sherlock et a été conçu par Erichsen. Il est aisément modifiable en fonction des besoins des clients.
Le module de vision est monté sur un bras articulé afin de pouvoir accéder facilement à la chambre de contrôle par le haut, tout en garantissant la reproductibilité des positions de mesure. Le surcoût du module de traitement d'images équivaut actuellement à environ 15 % du coût de la machine de contrôle de tôle.
« La collaboration sur ce projet avec STEMMER IMAGING a vraiment été exemplaire. Même si nous sommes chacun partis dans des directions différentes pour trouver une solution, la communication a toujours été excellente, et notre objectif commun : arriver à un résultat probant. Le soutien apporté tant pendant la phase d'ébauche qu'au moment d'implémenter et de programmer l'application nous a été d'une aide précieuse et a été décisif pour une mise en œuvre réussie du projet. Je suis certain que cette première expérience nous permettra de concrétiser avec succès d'autres idées », affirme Wahlers avec satisfaction.
Perspectives
Afin d'améliorer la répétabilité de la procédure de contrôle et la reproductibilité des résultats, Erichsen et STEMMER IMAGING ont développé un système de traitement d'images supplémentaire pour les contrôles de routine de la tôle effectués selon la norme ISO16630. « Ainsi, la reproductibilité d'un test réalisé selon la norme est nettement accrue », explique Wahlers, le directeur général d'Erichsen, « les résultats sont plus sûrs et la qualité de la documentation est plus élevée. »
« Nous voulons permettre aux utilisateurs de se conformer plus facilement à la norme. Grâce à l'enregistrement numérique des procédures de test sous la forme de données de mesure et de séries d'images, les utilisateurs peuvent exploiter les données et les utiliser pour améliorer la qualité. Je suis certain que, dans le domaine du contrôle de la tôle, ces données permettront le développement de concepts d'industrie 4.0 et d'applications sur le cloud. »
Allied Vision Manta
Caméras aux nombreuses fonctionnalités et résolutions allant de VGA (0,3 mégapixels) à 12 mégapixels. Interface industrielle GigE Vision (avec option Power over Ethernet) et fréquence d'images maximale de 125 images par seconde.
Teledyne DALSA Sherlock
Logiciel de traitement d'images puissant et flexible pour l'automatisation industrielle
Allied Vision
Stadtroda, Germany
Allied Vision Technologies GmbH développe et fabrique des caméras et des composants destinés à des applications de vision industrielle et scientifique. Grâce à ses produits innovants et à son exigence de qualité irréprochable, la société est devenue en quelques années un fournisseur leader de solutions de caméras numériques pour l'industrie et les sciences.
CCS
Kyoto, Japan
CCS a été fondé en 1993 à Kyoto. En 1994, CCS a lancé le premier éclairage LED pour la vision industrielle. Depuis lors, la société s'est développée de façon continue. Maintenant CCS est l'un des plus grands fournisseurs d'éclairages LED au monde avec des bureaux au Japon, en Chine, à Singapour, en Belgique et aux États-Unis.
Opto Engineering
Mantova, Italy
STEMMER IMAGING
Puchheim, Germany
STEMMER IMAGING est une société active dans le domaine de la vision industrielle depuis 1987. Offrant une très large palette de produits et de services, l'entreprise est aujourd'hui un des plus grands fournisseurs de technologie de vision en Europe. En 1997, STEMMER IMAGING a présenté Common Vision Blox (CVB), une bibliothèque de programmation puissante pour le développement et la mise en œuvre de solutions de vision rapides et fiables, utilisée avec succès dans plus de 80 000 applications de part le monde.
Teledyne DALSA
Waterloo, Canada
La société canadienne Teledyne DALSA Inc., une filiale du groupe Teledyne Technologies Inc., offre dans le domaine du traitement d'images numériques un très large éventail de produits de vision industrielle. Outre les caméras linéaires, l'entreprise propose des particularités technologiques : des caméras linéaires TDI (Time Delay Integration), des caméras Multitap, haute vitesse, matricielles et à haute résolution, des cartes d’acquisition d’images PCI pour chaque type de caméra, des systèmes de traitement embarqués, des outils logiciels et des systèmes de traitement d’images intelligents IPD pour des tâches très diverses de contrôle qualité, de contrôle d’intégralité et d’erreurs.