Applications de vision - Exemples d'application dans de nombreuses industries

La vision industrielle côté pratique

Exemples d'application et références clients

Pour des pneus qui roulent en toute sécurité

novembre 2016

Chaque jour, la vie de millions de personnes dépend de pneus intacts sur les voitures et les avions. Les appareils de contrôle de pneus de Carl Zeiss Optotechnik, dotés de composants de vision dernière génération de STEMMER IMAGING, garantissent une sécurité maximale dans ce domaine.

La société Carl Zeiss Optotechnik GmbH, basée à Neubeuern en Bavière, réalise environ un tiers de son chiffre d'affaires avec les installations de contrôle non destructif de pneus. La société connue jusqu’en 2015 sous le nom de Steinbichler Optotechnik GmbH fait partie des leaders mondiaux dans ce secteur et a déjà développé des installations de contrôle pour pneus d’un diamètre allant jusqu'à 4 300 mm. Des pneus aussi imposants sont utilisés sur d’énormes véhicules de l'industrie minière. Cependant, à l’échelle mondiale, des pneus neufs et rechapés de camions, de voitures, d’avions et de motos ainsi que des pneus de course de toutes les équipes actuelles de Formule 1 ont déjà été contrôlés sur les installations de Carl Zeiss Optotechnik.

Ces appareils de contrôle de pneus baptisés INTACT fonctionnent par shearographie, un processus de mesure optique qui s’est établi comme la norme en termes de contrôle de pneus dans le secteur automobile, voire comme une obligation dans le secteur aéronautique.

Détecter les défauts au micromètre près

La shearographie est un processus de contrôle interférométrique permettant de détecter au micromètre près des détériorations ou défauts très petits sur des pièces. L’objet à contrôler est éclairé par un laser, et observé par une caméra CCD avec ce que l’on appelle une « optique de cisaillement ». Cet objectif projette deux fois l’image de l’objet sur la puce optique de la caméra, de sorte que chaque point de l’objet est représenté en double, ce qui permet ainsi de créer un interférogramme. Si l’objet se déforme en raison d'une charge, la lumière laser réfléchie par le composant est modifiée. La superposition d'une image à l'état déchargé avec une prise de vue à l'état chargé permet de saisir les modifications de chaque pixel.

Lors du contrôle de pneus, la charge nécessaire est générée par une variation de la pression ambiante. La pression est abaissée d’env. 50 mbar entre la première et la deuxième prise de vue. Les bulles d’air éventuellement présentes dans le pneu se dilatent suite à cette dépression et déforment légèrement la surface du pneu aux endroits qui présentent des défauts. Une comparaison ainsi qu’une évaluation des images permettent d’obtenir des informations précises sur le type et la taille du défaut.

« Nous travaillons avec la technologie de la shearographie depuis 1990 », explique Rainer Huber, Product Manager NDT et responsable du développement des installations de contrôle des pneus chez Carl Zeiss Optotechnik. L’entreprise possède plusieurs brevets dans ce domaine, notamment un brevet sur le déphasage spatial, c’est-à-dire une mesure directe des phases avec une seule image de cisaillement. Outre pour le contrôle des pneus, la shearographie est également utilisée pour le contrôle non destructif de matériaux composites.

Plus de 1000 têtes de mesure à travers le monde

Les systèmes Intact de Carl Zeiss Optotechnik sont utilisés dans le monde entier par tous les grands fabricants de pneus ainsi que par de très nombreuses moyennes et grandes entreprises de rechapage. Au total, ce sont plus de 1000 têtes de mesure qui ont été installées, parmi lesquelles des systèmes certifiés avec têtes de mesure Zeiss.

« Notre objectif est simple : garantir la sécurité absolue. De fait, la défaillance d'un pneu en service voire même lors du gonflage peut avoir des conséquences fatales », explique Rainer Huber. Dans le cadre du processus de contrôle, les bandes de roulement et les parois latérales des pneus sont donc soumises à des contrôles afin de s'assurer qu’elles ne présentent pas de décollements internes ou d’inclusions d'air invisibles à l'œil nu. M. Huber souligne l'importance des installations : « Selon les valeurs empiriques, le contrôle des pneus rechapés de poids lourds par shearographie indique que 20 % des pneus usagés présentant un état visuel impeccable sont en fait considérés comme à risque ». L’utilisation de la technologie de la shearographie offre également des avantages économiques : en particulier dans le secteur du rechapage des pneus, les clients profitent d’économies de coûts au niveau de la production et des achats, étant donné qu’ils n’achèteront plus de carcasses endommagées ou non adaptées, ce qui élimine les coûts jusqu’alors alloués à leur traitement.

Processus de contrôle automatisé

Les systèmes Intact se distinguent naturellement par le fait qu’ils fonctionnent sans contact et qu'ils sont non destructifs. Étant donné qu'il est tout simplement inutile de préparer la surface des pneus, l’application est simple, rapide et économique : après le chargement de la chambre de contrôle étanche, les têtes de mesure s’engagent dans l’enveloppe du pneu, puis sont placées avec précision à l'intérieur, grâce à la reconnaissance automatisée de la dimension des pneus, cela pour une prise de vue de la bande de roulement. Chacune des quatre têtes de mesure saisit alors un secteur de 90°.

Au cours de la deuxième étape du processus, les têtes de mesure sont repositionnées automatiquement à l'extérieur pour contrôler la paroi latérale supérieure. Après le contrôle de la première paroi latérale, les pneus sont tournés afin de réaliser le contrôle final de la seconde paroi latérale. « En mode automatisé, nous atteignons des temps de cycle inférieurs à une minute pour un contrôle de pneu complet », souligne Rainer Huber. « Grâce à d’excellents dispositifs de transport, les systèmes peuvent être intégrés de façon optimale dans l’environnement du client respectif et, si nécessaire, nous fournissons également des machines peu encombrantes à chargement manuel ».

À la base : un système de vision

Le système de vision est la base technique des machines de contrôle de pneus : chaque dispositif de mesure est composé de quatre têtes de mesure, disposant chacune d’une caméra avec système optique correspondant. Dès les années 90, jadis encore sous le nom de Steinbichler Optotechnik GmbH, l’entreprise étudiait de très près le système de vision et a développé au cours de cette décennie un vaste savoir-faire sur le sujet.

L'étroite collaboration avec STEMMER IMAGING remonte aussi à cette époque : l’entreprise bavaroise s’y procure caméras et composants optiques et électromécaniques. « Pour être compétitifs sur leurs marchés respectifs, nos clients ont besoin de machines fiables. Chez Carl Zeiss Optotechnik, nous sommes en mesure de répondre à leurs demandes grâce à notre expérience de longue date dans ce domaine », déclare Rainer Huber. « Concernant les composants utilisés dans nos machines, nous veillons bien évidemment à travailler en étroite collaboration avec des partenaires fiables qui disposent d’un savoir-faire spécialisé et qui présentent une offre de service et de produit adéquate. C’est pour cette raison que nous travaillons depuis de nombreuses années avec STEMMER IMAGING pour tout ce qui a trait au système de vision. »

Il n’est donc pas surprenant que son équipe et lui aient à nouveau fait appel à leur partenaire de longue date pour le système de vision lorsque le développement d’une nouvelle génération de système a été entériné. Selon Rainer Huber, le point de départ de ce nouveau développement était le souhait de se diriger vers une standardisation des produits : « Au fil du temps, nous avons développé une multitude de têtes de mesure différentes. À l’avenir, nous souhaitons, dans la mesure du possible, utiliser un seul et même modèle pour les différents cas d’application ».

Un des nombreux défis que nous devions relever consistait à réduire la taille des dispositifs de mesure de sorte à pouvoir également réaliser des contrôles de pneus de petit diamètre. En raison des dimensions des têtes de mesure, il est jusqu’à aujourd'hui uniquement possible de contrôler des pneus d'un diamètre minimal de 16 pouces. Désormais, nous voulons être en mesure d’inspecter des pneus de 12 pouces. Le concept prévoyant d’installer jusqu'à quatre têtes de mesure par dispositif de mesure ne devait pas être modifié : plus il y a de têtes de mesure, plus le temps de mesure se réduit et plus le rendement est important ; un calcul plutôt simple ! Avec les caméras standard d’Allied Vision que nous utilisions jusqu’à présent, il était impossible de réduire géométriquement le dispositif de mesure.

Le capteur reste inchangé

Une reconstruction considérable a donc été nécessaire, mais nous avons également misé sur la continuité : Carl Zeiss Optotechnik utilise depuis de nombreuses années les caméras monochromes du type Prosilica GC1380 d’Allied Vision dans ses installations. Ces caméras sont équipées d’un capteur Sony-ICX285-CCD avec une résolution de 1388 x 1038 pixels. Ce capteur est particulièrement adapté aux applications à infrarouge et convient à merveille en combinaison avec le système optique développé par Zeiss pour la mesure par shearographie.

Pour ce nouveau développement, Carl Zeiss Optotechnik a opté pour une version haute vitesse de la caméra Prosilica et le même capteur CCD : il s’agit de la caméra Manta G145B-30fps d’Allied Vision qui offre un débit d’images allant jusqu’à 30 images par seconde. Selon Rainer Huber, l’annonce de l’arrêt de la production du capteur CCD par Sony en 2020 ne posera pas de problèmes insurmontables : « Étant donné qu’Allied Vision propose également une caméra CMOS identique au niveau mécanique, il suffira tout simplement de remplacer les caméras concernées ».

Une modification des caméras comme solution

Un problème mécanique s’est quant à lui mué en véritable casse-tête : dans la version standard, les caméras Manta sélectionnées, y compris les raccordements de câbles, étaient trop longues pour inspecter les pneus 12 pouces avec quatre têtes de mesure par dispositif de mesure.

« Heureusement, le département chargé du développement matériel de STEMMER IMAGING nous est venu en aide en proposant une modification spécifique.» Rainer Huber continue : « En collaboration étroite avec nos collaborateurs du département de la construction mécanique, les experts de STEMMER IMAGING ont développé un modèle de boîtier au sein duquel les raccordements de câbles sont disposés perpendiculairement au plan d'image, et non de façon linéaire comme c’est le cas dans les boîtiers de série. »

La longueur de chaque caméra Manta est ainsi passée de 80 à 64 mm. Grâce au respect de ces prescriptions géométriques, l’entreprise est désormais en mesure de contrôler des pneus d'un diamètre de 12 pouces. Dorénavant, toutes les caméras utilisées sur les systèmes Intact sont modifiées de manière correspondante à Puchheim, avant leur livraison chez Carl Zeiss Optotechnik.

Une dernière adaptation pour garantir un produit fini parfait était néanmoins encore nécessaire : les systèmes optiques utilisés n'étaient pas suffisamment résistants aux vibrations des installations. Ils altéraient les préréglages de l'obturateur et modifiaient ainsi les résultats de mesure. STEMMER IMAGING a résolu le problème en effectuant un préréglage fixe de l'obturateur et en scellant toutes les vis sur chaque système optique destiné au client.

Mais les prestations en ingénierie de STEMMER IMAGING ne s'arrêtent pas là. C’est également la société de Puchheim qui a choisi et testé sur la durée les câbles Ethernet CAT5e avec connecteurs coudés et adaptés à une utilisation robotique. Ces câbles ont été soumis à un essai de contrainte de longue durée sur une tête de mesure Intact avant leur utilisation dans la machine. Cet essai a été réalisé et documenté en interne par le département chargé de la conception des câbles de STEMMER IMAGING. Il a ainsi été démontré que les câbles sont en mesure de résister durablement aux charges survenant dans la machine et qu’ils ne souffrent d’aucun problème de transmission. Pour la fabrication en série, chaque câble est désormais testé avant chaque livraison et est livré avec un rapport d’essai correspondant.

Le logiciel est également un élément essentiel du système complet. De fait, c’est dans le logiciel qu’a été injectée une grande part du savoir-faire de la société Carl Zeiss Optotechnik. La traçabilité et une classification simple des résultats de contrôle revêtent ici une grande importance. Outre le guidage simple de l’utilisateur pour exécuter et stocker les prises de vue, le logiciel offre également une identification automatique des éventuelles zones défectueuses sur base de déviations significatives dans les shearogrammes enregistrés. Les zones défectueuses détectées par le système doivent être évaluées par l'opérateur au moyen des images de résultats ; cette tâche requiert une certaine expérience. Un programme de formations sur le contrôle des pneus par shearographie ainsi que des prestations de service et de support technique complètent l’offre de Carl Zeiss Optotechnik.

Offre de service comme valeur ajoutée

Peter Stiefenhöfer, Marketing and PR Manager at STEMMER IMAGING
Peter Stiefenhöfer,
Directeur Marketing &
service de presse,
STEMMER IMAGING

Grâce au précieux soutien et à une collaboration sans faille, quelques mois seulement se seront écoulés entre la demande initiale et la mise en service du premier prototype. Selon Peter Stiefenhöfer, directeur marketing chez STEMMER IMAGING, le service proposé est un exemple typique de la valeur ajoutée de son entreprise : « Notre orientation stratégique est aujourd'hui encore fort méconnue. Cela fait bien longtemps que nous ne sommes plus une simple société de distribution. Nous nous considérons plutôt comme un fabricant de composants spécifiques et un prestataire de services, qui assiste ses clients – dans le cas présent la société Carl Zeiss Optotechnik – dans la réalisation de leurs tâches. »

Les systèmes de contrôle de pneus Intact produits à Neubeuern font quotidiennement leurs preuves aux quatre coins du monde en termes de développement et de production. Ils contribuent à améliorer la qualité des pneus et garantissent un haut niveau de qualité. Enfin, ils se distinguent également par un haut degré de fiabilité. À ce propos, Hans Weigert, responsable distribution et marketing de l’entreprise, souligne non sans humour : « Le seul problème que nous rencontrons avec ces installations, c’est qu’elles ne cassent pratiquement jamais... »


Carl Zeiss Optotechnik GmbH

Plus de 25 ans d’expérience dans la technologie des capteurs et de la mesure optique ont contribué au succès de la société Carl Zeiss Optotechnik GmbH.. Depuis sa fondation en 1987, l'entreprise développe et commercialise des systèmes de mesure optique haute précision et des logiciels adaptés, qui sont utilisés par une multitude de sociétés industrielles et d'instituts de recherche de renom dans des domaines d’application aussi divers que variés.

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.

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.

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
Allied Vision Prosilica GC - Caméras à balayage progressif CCD
  • Caméras ultra-compactes avec capteur CCD ou CMOS de 1/4" à 2/3"
  • Résolutions allant de VGA à 5 mégapixels
  • Balayage partiel et binning pour augmenter le taux d'images
  • Interface GigE Vision