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Toujours une longueur d'avance

La vision industrielle au service des systèmes de freinage

23 août 2012

Zéro défaut : telle est la devise dans le département de production de freins à disque de Knorr-Bremse. Un système de vision industrielle vérifie si les freins sont montés correctement : fonctionnant avec un logiciel intelligent raccordé à une base de données, le système de vision industrielle vérifie les 64 points de contrôle pour les 1200 modèles de freins produits.

Chez Knorr- Bremse, à Aldersbach en Basse Bavière, la cabine bleu-gris située en bout de chaîne de montage paraît insignifiante. Pourtant, elle joue un rôle de tout premier ordre dans le processus qualité : chaque pièce y est examinée avec le plus grand soin.
L'éclairage s'allume, trois caméras et deux lasers linéaires se focalisent sur le frein. En quelques millisecondes, le logiciel calcule si le frein à disque est monté conformément à la liste de pièces définie et aux prescriptions de montage, et donc s'il fonctionnera plus tard correctement dans le véhicule. De plus, la base de données dispose d'informations relatives à la possibilité de réparer un éventuel défaut. « Un frein est le composant de sécurité le plus important dans un véhicule, tout doit être parfait à 100 pour cent, il ne faut pas qu'il tombe en panne pendant son utilisation », explique Thomas Bauer, ingénieur projet du département Industrial Engineering frein à disque chez Knorr-Bremse.

Avant que les responsables de Knorr-Bremse ne choisissent, en coopération avec Stemmer Imaging de Puchheim, le système de traitement d'images de Neupro- Solutions dont le siège est à Vilsbiburg, les opérateurs de la production devaient vérifier la qualité des freins visuellement. « Un contrôle visuel est toujours subjectif et dépend étroitement de l'homme, aussi avons-nous choisi une solution fiable et automatisée », se souvient Bauer. Sur cette chaîne pour petites séries, Knorr-Bremse construit toute la gamme de freins à disque pour les véhicules utilitaires, du six tonnes au 44 tonnes, de l'omnibus au vehicule de traction en passant par les remorques. Bauer explique : « Actuellement, il existe environ 1 200 versions, et le nombre continue d'augmenter. À la demande du client, nous produisons aussi des pièces uniques. »

C'est d'ailleurs dans cette diversité que résidait la complexité de l'application. De plus, le calendrier ne nous donnait que quatre semaines pour réaliser le projet, le planning était donc très serré. Le site Knorr-Bremse d'Aldersbach utilise déjà la vision industrielle depuis 2004 dans un autre domaine . En raison des exigences nouvelles et de l'expérience acquise jusqu'à présent avec les systèmes existants, Bauer cherchait un nouveau système intégré, évolutif indépendamment du logiciel. En outre, il voulait avoir la possibilité d'implémenter ses propres applications ou bien ses algorithmes.

Afin de satisfaire à ces spécifications, Bauer a aussi examiné de nouvelles techniques et leurs conditions de mise en œuvre. Il a alors contacté Jörg Schmitz, spécialiste des solutions de visions industrielles chez Stemmer Imaging à Puchheim, son contact depuis de nombreuses années. Dans le laboratoire d'éclairage de Puchheim, des ingénieurs de Stemmer Imaging avaient déjà, au cours des années précédentes, testé différentes applications dans le domaine du frein à disque et réalisé une étude de faisabilité. Avec sa connaissance produits, Schmitz a pu déterminer les composants en se basant sur les résultats obtenus en laboratoire.

Trois partenaires spécialisés

Les trois entreprises ont conclu un accord sous forme de partenariat afin de pouvoir réaliser le projet dans les délais prévus. Stemmer Imaging a fourni les composants de vision dans les meilleurs délais pour que Neupro Solutions, le maitre d'œuvre, puisse les intégrer dans son système. Streicher Maschinenbau de Deggendorf s'est chargé de la construction des armoires électriques, schéma électrique compris, de la construction mécanique de la cabine d'inspection.

« En raison du faible volume mais, de la grande variété de produits en fonction des besoins clients et de la forte variance dans la production des freins à disque, nous avons commencé à envisager une base de données », explique Dieter Progl, gérant chez Neupro à Vilsbiburg. Étant le partenaire officiel d'Oracle, Neupro a pu, malgré les délais, mettre à disposition une solution appropriée pour l'analyse combinatoire, composée du numéro d'identification et du numéro de contrôle. Les freins sont des composants touchant à la sécurité et soumis à l'obligation de documentation. C'est pourquoi les images et les données de contrôle sont archivées dans la base de données et sauvegardés pour un usage ultérieur si nécessaire. L'interface vers l'API a également été fournie par Neupro. C'est là que Knorr-Bremse va chercher les données pour poursuivre leur traitement sur l'ordinateur superviseur.

Pour commencer, il est nécessaire de collecter les données spécifiques correspondantes aux différents types des freins à disque produits. Ce sont trois caméras AVT équipées d'optiques Schneider ainsi que deux lasers à lignes Z-Laser combinés avec le logiciel de traitement d'images Sherlock de Teledyne Dalsa. Pour compléter l'ensemble un plugin Neupro Sherlock pour Oracle transmet les données à la base de données. « Les différents algorithmes de contrôle, sont appelés via la base de données en fonction des numéros d'identification. De plus, il est possible via les mesures enregistrées dans la base de données, d'établir une évaluation et d'effectuer une approche statistique suivant les tolérances prédéfinies », rapporte Progl.

Le système de vision industrielle se focalise sur une zone "mire" de chaque produit, , si bien que les différentes variétés de pièces ne représente aucun problème. Bauer ajoute : « Le logiciel de vision fait un apprentissage autonome de certaines valeurs seuil qui sont prédéfinies". « De plus, le système de vision industrielle peut effectuer en une seule passe de nombreuses tâches différentes», ajoute Schmitz. Notamment, la triangulation laser, la reconnaissance de formes, la reconnaissance des couleurs ainsi que la mesure des pièces.

Pour que le volume de données ne soit pas trop important, le système regroupe trois images d'origine, les compresse au format jpg et les enregistre avec le numéro de série. Bauer explique l'avantage : « Quand nous en avons besoin, tous les documents relatifs au frein que nous cherchons sont à notre disposition en quelques secondes. Nous savons alors exactement quelles pièces ont été montées. La traçabilité est donc possible jusqu'à la plus petite vis. »

Montage pendant la production

Le système de vision industrielle a été monté pendant la production. L'armoire électrique et la structure mécanique ont été construites de telle manière que le système de vision industrielle a pu être mis en service sans immobiliser le système. « Nous avons même téléchargé les informations nécessaire à l'API pendant que le système était en exploitation », se souvient Bauer. « Nous avons travaillé avec des personnes expérimentées qui maîtrisent leur spécialité. » La coopération interdisciplinaire des trois entreprises et les interfaces connues par les parties prenantes ont été un avantage au vue du planning serré. « De plus, la coopération a vraiment été optimale entre toutes les entreprises impliquées », se réjouit Progl.

Bauer est certain : si le planning a pu être respecté, c'est seulement parce que chacune des entreprises impliquées est spécialiste dans son domaine. « Stemmer Imaging est la seule entreprise qui fournit tous les éléments nécessaires pour le traitement d'images indépendamment du composant logiciel. Mais je peux aussi obtenir le logiciel là-bas, y compris les études applicatives et de faisabilité », rapporte Bauer qui poursuit : « Le service après-vente rapide ainsi que le laboratoire d'éclairage à Puchheim où nous pouvons toujours effectuer des études de faisabilité préalables sont aussi très pratiques. »

Le projet dans son ensemble s'est déroulé dans une ambiance de coopération et de partenariat. Schmitz commente : « Avec Knorr-Bremse, tout se passe bien, simplement parce que l'expertise nécessaire dans le domaine de la vision industrielle est déjà présente dans l'entreprise. Et avec Neupro, c'est la même chose, nous sommes tous au même niveau de savoir-faire. » Rétrospectivement, Bauer est plus que satisfait du résultat car, pendant la phase de projet, d'autres caractéristiques qui n'étaient pas demandées á l'origine ont aussi été mises en œuvre.

Ainsi, l'application de vision industrielle contrôle automatiquement le système après chaque changement de lot en vérifiant/réglant l'exposition/la position au moyen de surfaces de mesure et de mires de référence prédéfinies ainsi que d'un temps d'exposition adapté. Dès qu'une dérive des tolerances est constatée, un message est émis et envoyé automatiquement á l'ordinateur de supervision. Ce système ne demande absolument aucun entretien, ce qui représente une caractéristique tout á fait nouvelle ; même l'ordinateur industriel Beckhoff intégré fonctionne sans ventilateur, ce qui rend inutiles les interventions d'entretien. Bauer résume : « Du début á la fin du projet, tout s'est très bien passé. Les compétences acquises grâce au nouveau système de vision industrielle nous donnent la possibilité d'améliorer les applications existantes. »

Le groupe Knorr-Bremse

Plus d'un milliard d'hommes et de femmes dans le monde font chaque jour confiance aux systèmes de Knorr-Bremse (www.knorr-bremse.de). L'entreprise est le leader mondial dans le domaine de la fabrication de systèmes de freinage pour véhicules ferroviaires et utilitaires. Agissant en tant que stimulateur technologique, Knorr-Bremse fait considérablement progresser le développement, la production et la distribution de systèmes modernes de freinage – pour différentes applications dans le domaine des véhicules ferroviaires et utilitaires –, et ce depuis plus de 100 ans. Ainsi, Knorr-Bremse contribue pour une part déterminante á la sécurité sur les rails et les routes. Les systèmes de portes et les installations de climatisation pour les véhicules ferroviaires ainsi que les amortisseurs de vibrations torsionnelles pour moteurs á combustion font aussi partie de sa gamme de produits.

NeuPro Solutions GmbH

NeuPro Solutions (www.neupro-solutions.de) est spécialisé dans le développement de systèmes innovants permettant d'optimiser les procédés automatisés. On trouve les applications des solutions intégrées de l'entreprise dans les domaines de l'automatisation de la production, des systèmes de manutention automatisés, de l'assurance de la qualité et de la traçabilité. Du point de vue technologique, NeuPro Solutions se concentre principalement sur la connexion intelligente de systèmes optiques avec des bases de données en temps réel, des commandes API et des composants des domaines mécanique ou robotique. Avec ses solutions sur mesure disponibles sous forme modulaire, l'entreprise apporte son soutien á des clients de différents secteurs d'activité tels que la construction d'installations et de machines, l'automobile, la chimie, l'électronique, la plasturgie, l'alimentation, la métallurgie, l'industrie pharmaceutique, la robotique ainsi que la technologie d'emballage et de marquage. La gamme de prestations va du conseil et de l'analyse á l'implémentation, á la formation des collaborateurs et au service après-vente en passant par le développement et la gestion de projet.

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.

Schneider Kreuznach

Bad Kreuznach, Germany

Schneider Kreuznach fournit entre autres des objectifs hautes performances et des filtres destinés non seulement à la photographie professionnelle, à la projection cinématographique, à la reprographie et à la production télévisuelle mais aussi à la vision industrielle.

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 le plus grand fournisseur 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 40.000 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.

Z-Laser

Freiburg, Germany

Z-Laser propose un grand choix de systèmes et de modules laser performants, testés industriellement et utilisés entre autres dans l'industrie du cuir et du textile, la transformation des métaux, de la pierre et du bois, la construction de moules, de véhicules et d'avions ainsi que dans des applications médicales.

Teledyne DALSA Sherlock - Logiciel de vision industrielle
  • Une manipulation simple pour des solutions rapides
  • Grandes vitesses de contrôle pour une grande flexibilité
  • Pour des tâches d'inspection, de mesure, d'identification et de contrôle complet sur la ligne de production
Allied Vision Manta - Caméras à scanning progressif avec interface Gigabit Ethernet
  • Caméras CCD ou CMOS
  • Capteurs monochromes et couleurs
  • Résolutions de 0,3 mégapixels (VGA) à 12 mégapixels
  • Interface Gigabit Ethernet
Objectifs compacts Schneider Kreuznach avec monture C
  • Petits objectifs de précision avec correction de couleurs dans la gamme visible
  • Particulièrement appropriés pour des caméras couleurs et pour des tâches métriques
  • Disponibles dans distances focales à partir de 10 mm
Z-Laser ZM18-LG - Laser linéaire avec lentille «Powell»
  • Optique focalisable: ligne unique, lentille «Powell»
  • Boîtier compact robuste
  • Disponible en différents classes de puissance et angles d’ouverture