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Programmation de robot basée sur la capture d'une trajectoire réelle par analyse d'images

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Le polissage de pièces d’horlogerie est une opération délicate le plus souvent réalisée manuellement : sa qualité et sa rapidité dépendent en grande partie du «coup de main» et de l’expérience du polisseur.

Une qualité de polissage suffisante pour du moyen de gamme peut néanmoins être atteinte par des procédés de polissage automatisés (robotisés). Les procédés de programmation des robots utilisés jusqu’à présent sont issus du monde de la machine outils. Ils imposent de procéder à de nombreux essais et, de ce fait, la mise au point d’une trajectoire de polissage prend plusieurs heures. Cette solution est acceptable pour produire des pièces en grandes séries mais elle n’est pas compatible avec des petits volumes de production. Pour les moyennes séries, un polissage automatisé ne peut être rentable qu’en réduisant considérablement le temps nécessaire à la programmation des robots.

La HES-SO Valais-Wallis, mandatée par Crevoisier SA, entreprise jurassienne spécialisée dans la fabrication de machines de finition, a développé un système de programmation pour des robots de polissage révolutionnaire, très rapide et efficace. Il est basé sur la capture de la trajectoire suivie par des pièces polies à la main par un spécialiste. A noter que ce travail a été soutenu financièrement par la CTI dans le cadre des mesures conjoncturelles contre le franc fort mises en place fin 2011.

Aspects techniques

La solution retenue s’inspire des techniques de «motion capture» exploitées notamment dans le domaine du cinéma d’animation.

Dans un premier temps un exemplaire de la pièce à polir est fixé à un porte-pièce (ou «bobineau») équipé de nombreuses LEDS de couleurs différentes.

La pièce est ensuite polie normalement par un polisseur expérimenté sous l’œil de 3 caméras. Les images qu'elles produisent sont analysées par un logiciel spécifique qui reconstitue la trajectoire de la pièce durant le polissage. Cette trajectoire brute est ensuite traitée afin d’en extraire les seules séquences utiles. Ces dernières sont ensuite raccordées entre elles, puis adaptées aux caractéristiques géométriques de la cellule de production, notamment aux dimensions du disque de polissage.

Finalement le logiciel génère le programme destiné au robot chargé de reproduire la trajectoire, puis le télécharge directement dans sa commande.

A noter que le polisseur reste libre de modifier le programme ultérieurement en ajoutant, en supprimant ou en remplaçant des portions de trajectoire en fonction des résultats obtenus en production.

Résultats

Les méthodes et tous les algorithmes nécessaires ont été développés, mis au point et validés en réalisant un premier démonstrateur composé, d’une part d’une cellule dite «d’apprentissage», et d’autre part d’une cellule dite «de production».

Ce prototype réalise la capture des mouvements, leur traitement et leur reproduction par un robot. Il a permis de mesurer la répétitivité de toute la chaîne et de valider le concept.

L’interface homme-machine a été développée en collaboration avec des polisseurs. Elle est orientée "métier" : aucune connaissance particulière en informatique n’est requise pour utiliser le système. La programmation d’un travail de polissage ne prend que quelques minutes, contre plusieurs heures pour les systèmes concurrents. Quelques essais suffisent avant d’obtenir la qualité de polissage requise. On évite ainsi de devoir sacrifier un grand nombre de pièces pour mettre au point le programme.

Suite aux résultats atteints par ce système expérimental, un brevet a été déposé, un système de présérie a été réalisé et la commercialisation du système industriel définitif a débuté.

Conclusions

Le procédé développé et mis au point dans le cadre du projet Politrack rend la programmation des robots de polissage très rapide, conviviale et économique.

La programmation peut être proposée comme service à des ateliers équipés de plusieurs cellules de production robotisées.

Grace à ce nouveau procédé, le polissage robotisé devient enfin rentable pour produire des pièces en moyennes, voire en petites séries.

Le procédé, appliqué à tout type de traitement de surfaces, et ses spécifications techniques a fait l'objet d'un dépôt de brevet par le mandant (Crevoisier SA). Le système est commercialisé sous le nom de POLIcapture® (voir : http://www.crevoisier.ch).

Ce système a permis à Crevoisier SA de se voir attribuer le "Grand Prix des Exposants" décerné au produit le plus innovant présenté dans le cadre de l'EPHJ 2013 à Genève. Cette manifestation a réuni plus de 750 exposants et reçu plus de 18'000 visiteurs spécialistes de la sous-traitance dans les domaines de l'horlogerie, de la joaillerie et des dispositifs médicaux.