Vers l'usinage robotisé assisté par Scan 3D

Introduction

L’intérêt de l’utilisation de matériaux composites dans de nombreux domaines industriels n’est plus à démontrer. Les avantages tels que :

• Leur résistance,

• Leur poids,

• Leur durabilité,

• Leur résistance à la corrosion,

confèrent aux matériaux composites une place de choix sur certaines applications (Aéronautique, Eolien, Ferroviaire, Nautisme, Spatial, etc…)

Cependant, cette adoption croissante soulève une problématique : comment leur donner la géométrie souhaitée ? Comment les usiner efficacement ?

Les méthodes traditionnelles d'usinage : Avantages et limites

Il existe deux grandes méthodes à ce jour d'usinage des matériaux composites. En fonction de l'application, que ce soit en production ou en service, l'une ou l'autre sera favorisé :

• Ponçage manuel : Cette méthode est très simple de mise en œuvre, adaptative avec l’œil humain, mais possède de nombreuses limitations :

  • 🚫 Imprécis : Repose entièrement sur la compétence de l'opérateur

  • 🚫 Dangereux : Libère des poussières toxiques

  • 🚫 Pénible : Physiquement exigeant

  • 🚫 Inconstant : Difficilement reproductible

• Usinage robotisé avec outillage de forme : Cette méthode permet de combler les limitations du ponçage manuel par l’utilisation d’un machine CN, mais, à l’opposé du ponçage, apporte de nouvelles contraintes non négligeables :

  • 🚫 Coûteux : Chaque forme nécessite son propre outillage de conformage de la pièce. Cela aura un impact très fort sur les petites séries ou sur les pièces de grand volume.

  • 🚫 Non adaptatif : Toute variation de forme de la pièce nécessite un nouveau programme.

Comment développer une solution combinant les avantages de chaque méthode tout en gommant ses limitations ?

Pour qu’un robot d’usinage s’adapte à une pièce non conformée par un outillage, il faut soit :

- Adapter la trajectoire en continu par de la compliance active. La compliance active implique des vitesses de déplacement faibles pour que le système ait le temps de réagir et donc des procédés de grande étendue comme le ponçage.

- Adapter la trajectoire sur la géométrie réelle de la pièce, par scan 3D dans le repère du robot d’usinage. Dans le cas d’outils fins comme le fraisage, le laser ou le jet d’eau abrasif, l’usinage robotisé assisté par scan 3D est bien plus adapté.

La vision de BAYAB Industries : Simplifier l’utilisation du SCAN 3D pour optimiser l’usinage robotisé sans outillage

BAYAB Industries innove depuis 2007 dans l’usinage des matériaux composites par jet d’eau abrasif. La qualification/certification de ce procédé nouveau par AIRBUS et l’Armée de l’Air (AIA CF) pour la réparation collée de composites démontre sa pertinence technico-économique et sa robustesse.

En 2020, BAYAB passe de l’usinage 2 axes (sans besoin d’adaptation à la géométrie de la pièce) à l’usinage 6 axes (impliquant d’adapter la trajectoire à la géométrie réelle).

BAYAB a donc développé en interne les machines et les logiciels permettant de scanner la pièce réelle :

- Simplement : La pièce est d’abord scannée de loin par un scanner fixe qui localise la pièce dans l’environnement du robot et fournit sa forme globale à +/-20mm (Figure 1 et Figure 2)

- Automatiquement : Le scan global est utilisé pour générer automatiquement une trajectoire de scan précis porté par le robot

- Rapidement : Le robot scanne la pièce en 20min/m² (Figure 3).

- Systématiquement : Le scanner par projection de lumière structurée s’adapte bien à toutes les surfaces (mates ou brillantes, unies ou texturées, sombres ou claires).

- Précisément : La précision, atteignant 0.03mm, est suffisante pour contrôler des usinages de plis composites.

- Intuitivement : Les scanners 3D équipés de caméras récupèrent la couleur en même temps que la géométrie, simplifiant par la suite le positionnement des usinages (Figure 4).

Figure 1: Maillage de l'environnement robot par SYASCAN

Figure 2: Reconnaissance automatique ou sélection de la zone d'intérêt par SYASCAN

Figure 3: Scan précis robotisé piloté par SYASCAN

Figure 4 : Affichage et traitement du jumeau numérique texturé de la pièce par SYASCAN

Exemples d’utilisation :

• Usinage de réparation de la structure d’une éolienne pour ENGIE GREEN

• Usinage de réparation d’une pièce démontable d’un aeronef militaire

• Usinage en production pour lisser la forme d’un moule en composites

Conclusion

En conclusion, le monde de l'usinage des matériaux composites est à l'aube d'une révolution. L'innovation de BAYAB Industries avec l'usinage robotisé assisté par scan 3D promet non seulement une amélioration significative de la précision et de l'efficacité, mais aussi une facilité dans l'exécution des tâches pour les opérateurs.

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