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CA 02852791 2014-04-02
WO 2013/057115
PCT/EP2012/070510
Système et procédé de contrôle de la qualité d'un objet
L'invention concerne un système et un procédé d'évaluation de la
qualité d'un objet fabriqué notamment sur une chaîne de production à forte
cadence.
Certains domaines industriels tels que l'aéronautique ou encore
l'aérospatiale, requièrent que chaque pièce composant une structure soit
réalisée avec une très grande précision dans ses dimensions, sa forme ou
encore son aspect de surface et de savoir si chacune de ces pièces respecte
bien les tolérances de fabrication requises.
Il est en effet capital dans des domaines techniques tels que celui de
l'aéronautique de s'assurer de l'absence de défauts dans une pièce de sorte
que ce défaut ne se propage pas suite aux sollicitations de service.
On connaît ainsi différentes méthodes permettant d'évaluer la qualité
de fabrication d'une pièce ou d'un produit.
L'inspection manuelle des pièces ou produits issus d'une chaine de
fabrication est rarement mise en oeuvre dans des domaines industriels tels
que l'aéronautique, car elle est trop consommatrice de temps et certains
défauts restent par ailleurs difficilement repérables à l'oeil nu de sorte
qu'un
contrôle manuel dépend principalement de l'expérience du contrôleur.
Ces interventions manuelles sont donc longues, coûteuses et
présentent une marge d'erreur incompatible avec les exigences toujours plus
élevées des domaines industriels tels que l'aéronautique et le spatial.
On connaît également des méthodes de contrôle automatisé parmi
lesquelles on citera notamment celle mettant en oeuvre des dispositifs de
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palpation pour déterminer les dimensions et la forme d'une pièce ou d'un
produit fini.
Toutefois, ces dispositifs de palpation sont complexes, peu flexibles et
mal adaptés à des pièces de petites dimensions.
De plus, le contrôle de ces petites pièces lorsqu'elles sont de forme
complexe est très difficilement automatisable.
L'automatisation requiert également une programmation qui peut
s'avérer lourde.
On connaît encore des méthodes d'évaluation de la qualité d'une pièce
par ultrasons.
Toutefois, une petite dérive dans la géométrie de la pièce ou du
produit, acceptable dans les critères qualité, peut conduire à des problèmes
de positionnement rédhibitoires lorsqu'il s'agit de contrôler par ultrasons
car le
faisceau acoustique doit en permanence être perpendiculaire à la surface de
cette pièce ou de ce produit.
L'objectif de la présente invention est donc de proposer un système et
un procédé pour l'évaluation automatique de la qualité d'un produit ou d'une
pièce issus d'une chaîne de fabrication, simple dans leur conception et dans
leur mode opératoire, rapide et permettant de regrouper l'ensemble des
opérations de contrôle et d'évaluation sur un seul poste pour gagner sur les
coûts de main d'oeuvre récurrents et sur les temps de cycle.
L'invention vise notamment un système d'évaluation automatique et
flexible de la qualité d'un produit ou d'une pièce capable d'absorber de
fortes
cadences de fabrication tout en protégeant le ou les opérateurs présents sur
la chaine de fabrication d'éventuelles fuites de lumière laser qui pourraient
survenir par réflexion des faisceaux lasers sur la pièce ou le produit à
inspecter, notamment lorsque ceux-ci ont des formes complexes.
Un autre objet de la présente invention est une installation de
fabrication d'une pièce ou d'un produit ou encore d'un assemblage
comprenant un tel système de contrôle placé en bout de chaîne.
A cet effet, l'invention concerne un système de contrôle de la qualité
d'un objet.
Selon l'invention, ce système de contrôle comprend:
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- une enceinte de sécurité comportant un port d'entrée par lequel ledit
objet à inspecter est introduit dans ladite enceinte et au moins un port de
sortie, ladite enceinte ayant une zone d'inspection,
- un dispositif de transport pour acheminer ledit objet à inspecter dans
ladite zone d'inspection et assurer son évacuation au travers dudit au moins
un port de sortie,
- un appareil de pesée pour peser ledit objet dans ladite zone
d'inspection,
- un ensemble de mesure dimensionnelle sans contact de l'objet dans
ladite zone d'inspection,
- un ensemble d'analyse de la structure de l'objet dans ladite zone
d'inspection par faisceaux lasers, respectivement et/ou par rayons X, et
- ladite enceinte de sécurité est réalisée dans un matériau opaque pour
les longueurs d'onde desdits faisceaux lasers en fonctionnement,
respectivement, pour les longueurs d'onde desdits faisceaux lasers en
fonctionnement et lesdits rayons X, pour prévenir toute fuite de rayonnement.
Ce système de contrôle permet ainsi avantageusement de concentrer
sur un seul poste l'ensemble des étapes d'évaluation de la qualité d'une
pièce, d'un produit ou d'un assemblage. Elle assure également la protection
du ou des opérateurs travaillant sur la chaîne de fabrication de fuites
accidentelles de lumière laser et/ou de rayons X.
Dans différents modes de réalisation particuliers de ce système
d'évaluation, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de
nombreuses combinaisons techniques possibles:
25-
ledit dispositif de transport comportant une bande de convoyage,
ledit dispositif de pesée est placé sous cette bande,
-
l'ensemble d'analyse de la structure de l'objet dans ladite zone
d'inspection comprend une source de rayons X et un capteur, l'objet à
inspecter étant placé dans ladite zone d'inspection entre ladite source de
rayons X et ledit capteur,
-
ledit ensemble de mesure dimensionnelle sans contact de l'objet
dans ladite zone d'inspection comprend un ensemble de mesure
dimensionnelle par interférométrie laser et/ou un ensemble de mesure par
projection d'un motif lumineux et détection par un système de stéréovision,
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- le système comprend un détecteur de présence pour stopper
ledit dispositif de transport lorsque l'objet à inspecter est placé dans
ladite
zone d'inspection,
- ledit appareil de pesée émettant un signal en réponse à la pesée
dudit objet, ledit ensemble de mesure dimensionnelle sans contact de l'objet
émettant un signal de mesure dimensionnelle de l'objet et ledit ensemble
d'analyse de la structure de l'objet émettant un signal relatif à la mesure
d'analyse structurelle dudit objet, le système comporte une unité centrale
reliée à un support d'enregistrement comprenant au moins un fichier
d'informations préalablement enregistré sur ce support d'enregistrement pour
définir les paramètres de référence dudit objet, ladite unité centrale
recevant
chacun desdits signaux pour les comparer auxdits paramètres de référence,
- le système comprend un dispositif de marquage dudit objet
lorsque l'évaluation de sa qualité révèle un ou plusieurs défauts,
15- le
système comprend de plus un ensemble de contrôle de
l'aspect de surface de l'objet et/ou un dispositif de tomographie par
cohérence
optique (OCT ¨ "Optical coherent Tomography").
Ce dernier dispositif permet par exemple de contrôler les flashs de résine
dans les rayons des pièces courbes pliées.
L'invention concerne également une installation pour la production d'un
objet, cette installation étant équipée d'un système de contrôle de la qualité
de
cet objet tel que décrit précédemment.
L'invention concerne encore un procédé d'évaluation de la qualité d'un
objet dans lequel on positionne ledit objet dans une zone d'inspection puis on
réalise au moins la première des étapes suivantes sur cet objet placé dans
cette zone d'inspection:
a) on pèse ledit objet,
b) on réalise une mesure dimensionnelle sans contact dudit objet,
c) on réalise une analyse structurelle dudit objet, et
- à l'issue de chacune de ces étapes, on compare le résultat obtenu
avec une ou plusieurs mesures de référence, si elles correspondent aux
incertitudes de mesure près, on passe à l'étape suivante, si elles sont
distinctes, on met l'objet au rebus.
Avantageusement, on contrôle en plus l'aspect de surface de cet objet.
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De préférence, à l'étape d'analyse structurelle dudit objet, on envoie un
premier faisceau laser sur ledit objet pour générer des ondes ultrasonores
dans ledit objet à inspecter, on illumine ledit objet avec un second faisceau
laser de sorte qu'une partie de ce deuxième faisceau soit réfléchie par ledit
5 objet et
on mesure par interférométrie cette partie du deuxième faisceau
réfléchie, l'ensemble de ces faisceaux laser passant par une même tête de
lecture optique.
L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins
annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente schématiquement de profil un système de
contrôle de la qualité d'un objet selon un mode de réalisation particulier de
l'invention;
- la figure 2 est une vue partielle et élargie du dispositif de transport de
la Figure 1;
Les Figures 1 et 2 montrent schématiquement un système de contrôle
de la qualité d'un objet selon un mode de réalisation préféré de l'invention.
Ce système de contrôle est placé en bout de ligne de production de
produits 1, les produits étant acheminés vers le système par un dispositif de
convoyage 2 qui est ici un tapis roulant. Les produits 1 à inspecter sont
déposés sur ce tapis roulant sans positionnement très précis.
Chaque produit 1 pénètre dans une enceinte 3 de sécurité par un port
d'entrée 4 de cette enceinte, arrive dans une zone d'inspection 5 de cette
enceinte où il est détecté par un détecteur de présence (non représenté) qui
stoppe alors le dispositif de convoyage 2 pour permettre l'évaluation de sa
qualité.
Le produit 1 à inspecter qui se trouve dans la zone d'inspection 5, est
prêt à être évalué séquentiellement par un arrangement de dispositifs de
mesure et de contrôle.
A l'issue de cette évaluation de la qualité du produit 1 et si ce dernier
est trouvé conforme aux tolérances de fabrication tant en terme de
dimensions que de qualité de surface et de forme, le dispositif de convoyage
2 redémarre et l'évacue par un port de sortie 6.
S'il est analysé comme étant non conforme, le produit défectueux est
marqué par un dispositif de marquage (non représenté) préalablement à son
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évacuation par le port de sortie 6. A titre illustratif, le marquage du
produit 1
présentant un ou plusieurs défauts peut se faire par projection d'une peinture
à sa surface.
Dans une première étape d'évaluation de la qualité du produit 1 issu de
la ligne de production, le produit 1 à inspecter est pesé par un appareil de
pesée 7. L'appareil de pesée 7 est ici une balance placée sous le tapis
roulant
2.
Cette pesée du produit 1 peut permettre un pré-tri des produits 1 en
cas de défaut. Une surcharge du produit 1 par rapport à un poids de référence
pourra signifier la présence de corps étranger. A l'inverse, une sous-charge
du
produit 1 par rapport à ce poids de référence pourra signifier une présence de
bulles d'air et/ou une porosité excessive de ce dernier.
Afin de procéder à cette comparaison, l'appareil de pesée 7 fournit un
signal électrique en réponse à la pesée du produit 1, ce signal électrique
représentatif du poids du produit 1 ainsi déterminé, étant envoyé à une unité
centrale (non représentée) reliée à un support d'enregistrement (non
représenté) comprenant au moins un fichier de données ou une bibliothèque
de fichiers de données préalablement enregistrés sur ce support
d'enregistrement pour définir les paramètres de référence du produit 1 à
inspecter.
Cette unité centrale comporte ici un micro processeur configuré pour
réaliser la comparaison entre les signaux de mesure reçus des différents
dispositifs d'évaluation du système et les paramètres de référence.
Si le poids mesuré est égal au poids de référence aux incertitudes de
mesure près, on détermine alors les mesures tridimensionnelles de ce produit
1 grâce à un ensemble de mesure dimensionnelle sans contact du produit 1
placé dans la zone d'inspection 5.
Cet ensemble de mesure dimensionnelle sans contact comprend ici un
ensemble de mesure par projection d'un motif lumineux tel qu'une bande ou
une croix à la surface du produit 1 et la détection de ce motif lumineux par
un
système de stéréovision comportant au moins deux caméras 8, 9 prenant
simultanément des prises de vue du motif lumineux projeté à la surface du
produit 1. Ces caméras 8, 9 sont par exemple à matrice CCD.
Cette méthode de mesure dimensionnelle étant connue de l'état de
l'art, elle ne sera pas décrite en détails ci-après. On rappellera simplement
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que la stéréovision permet de déterminer la position spatiale de points à
partir
des coordonnées de leurs images dans deux vues différentes afin de réaliser
des mesures tridimensionnelles du produit 1.
Chacune de ces caméras 8, 9 envoie un signal représentatif de la
mesure acquise par la caméra correspondante à l'unité centrale qui détermine
à partir de ces signaux les dimensions du produit 1. Ces dimensions sont
ensuite comparées aux dimensions de référence du produit 1 stockées sur le
support d'enregistrement.
Si les dimensions ainsi déterminées du produit 1 correspondent aux
dimensions de référence aux incertitudes de mesure près, on analyse alors la
structure du produit 1 présent dans la zone d'inspection 5.
Pour cela, on met en oeuvre un ensemble d'analyse de la structure de
l'objet dans ladite zone d'inspection comprenant :
- une première source laser 10 destinée à générer un premier faisceau
laser pour créer des ondes ultrasonores dans le produit 1,
- une deuxième source laser 11 destinée à générer un deuxième
faisceau laser pour illuminer le produit 1 à inspecter,
- un interféromètre 12 pour mesurer une partie du deuxième faisceau
réfléchie par le produit 1 placé dans la zone d'inspection 5, cet
interféromètre
12 étant apte à générer un signal électrique représentatif de cette mesure,
lequel est envoyé vers l'unité centrale pour comparaison avec un paramètre
de référence.
Ces première et deuxième sources laser 10, 11 ainsi que
l'interféromètre 12 sont couplées optiquement à une tête de mesure 13 placée
dans l'enceinte 3, cette tête de mesure 13 comportant un scanner optique
permettant de balayer la surface du produit 1 à inspecter. Ce scanner optique
comprend ici deux miroirs montés sur galvanomètre.
La première source laser 10 qui est ici un laser au dioxyde de carbone
(CO2), génère un premier faisceau laser de longueur d'onde 10,6 lm ayant
une énergie de l'ordre de 200 mJ. Ce premier faisceau est reçu par le scanner
optique de la tête de mesure 13 qui le dirige vers le produit 1 placé dans la
zone d'inspection 5 de manière à autoriser le scan de ce produit 1. Ce premier
faisceau laser génère des ondes ultrasonores dans le produit 1 à inspecter.
Le deuxième faisceau émis par la deuxième source laser 11 couplée
optiquement à la même tête de mesure optique 13, est également envoyé par
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cette tête de mesure 13 vers le produit 1 à inspecter. Une partie de ce
deuxième faisceau est alors réfléchie par le produit 1 en étant déphasée par
les ondes ultrasonores générées par le premier faisceau dans ce produit 1.
Le faisceau laser réfléchi est alors reçu par l'interféromètre 12 apte à
générer un signal électrique représentatif de cette partie de faisceau
réfléchi
ainsi mesurée. Ce signal électrique est envoyé vers l'unité centrale pour
traitement en vue de sa comparaison avec un ou plusieurs paramètres de
référence du produit 1.
Si le produit 1 s'avère conforme, le tapis roulant 2 avance pour évacuer
ce produit 1 et placer dans la zone d'inspection 5, un nouveau produit 1 à
inspecter.
Alternativement, le scanner optique peut comporter un seul miroir de
balayage suivant un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal du tapis roulant
2.
Le tapis roulant est alors utilisé comme second axe de balayage de manière à
autoriser le scan de chaque produit 1.
Le deuxième faisceau laser est émis ici par un laser solide pompé par
diode, tel qu'un laser Nd :YAG émettant un faisceau laser de longueur d'onde
A = 1064 nm et d'une puissance typiquement de 150W. L'interféromètre 12
est ici un interféromètre de Fabry-Perot et/ou un interféromètre de mélange à
deux ondes (TWM ¨ "Two-wave mixing interferometer").
L'enceinte de sécurité 3 est réalisée dans un matériau opaque pour les
longueurs d'onde des faisceaux lasers en fonctionnement pour prévenir toute
fuite de lumière laser susceptible de nuire à la santé des opérateurs en
activité sur la ligne de production.
