Pratt & Whitney

Reproduire un processus d’inspection à l’aide d’une MMT

InnovMetric Logiciels reproduit un processus d’inspection à l’aide d’une MMT en utilisant un numériseur 3D et PolyWorks®.

De nos jours, les constructeurs des industries automobile et aéronautique utilisent la technologie de palpage avec MMT pour l’inspection de pièces, de pièces coulées, de moules, etc. Ce processus d’inspection s’est avéré très exact et fiable au fil du temps. Toutefois, il requiert aussi beaucoup de temps en plus d’être très coûteux.

L’émergence et le développement de la technologie de numérisation 3D ont ouvert la voie à plusieurs nouvelles applications dans les industries automobile et aéronautique. La plus récente innovation dans le domaine de l’inspection et du contrôle de qualité est la capacité à reproduire, à l’aide d’un numériseur 3D et d’un logiciel d’inspection par nuage de points haute densité, une série de mesures qui étaient traditionnellement obtenues à l’aide de divers instruments comme des jauges physiques et des MMT.

Depuis 2000, InnovMetric Logiciels offre PolyWorks|InspectorMC, une puissante solution logicielle qui utilise des nuages de points haute densité pour le contrôle de la qualité des pièces moulées, des matrices et des moules, ainsi que pour la validation des processus de fabrication par l’inspection des premiers articles, des prototypes, et des pièces fabriquées et assemblées. PolyWorks|Inspector offre une boîte à outils complète pour la comparaison des formes et des profils (pièce-à-pièce et pièce-à-CAO) et comprend des capacités d’analyse GD&T intégrale de même qu’une vaste gamme d’outils de mesure (linéaire, rayon, niveau et écart, épaisseur, etc.).

Le défi

Pratt & Whitney Canada, chef de file mondial dans la fabrication de moteurs à réaction, a demandé à InnovMetric Logiciels de reproduire une inspection de pièces traditionnelle à l’aide de PolyWorks et d’un numériseur 3D, au lieu d’utiliser une machine de mesure tridimensionnelle (MMT) ordinaire. Conjointement avec l’équipe de développement chez Pratt & Whitney Canada, les ingénieurs d’application chez InnovMetric ont procédé à une inspection typique d’un tuyau diffuseur afin d’évaluer la qualité des résultats obtenus à l’aide de PolyWorks et de les comparer avec ceux obtenus à l’aide d’une MMT. L’expérience a prouvé que PolyWorks pouvait fournir des résultats très exacts en une fraction du temps qu’il faudrait pour y parvenir à l’aide d’un processus traditionnel avec palpeur.

La solution

Pour cet essai en particulier, on a réalisé une inspection typique à l’aide de la solution logicielle PolyWorksInspector sur un tuyau diffuseur, une pièce se trouvant à l’intérieur d’un moteur à réaction qui injecte de l’air sous pression du système à compression vers la chambre de combustion. « PolyWorks agit comme une MMT virtuelle qui palpe des points sur le nuage de points plutôt que sur la pièce elle-même. Cette approche permet aux experts du contrôle de la qualité de recueillir des dizaines de milliers de points, et ainsi de fonder leur analyse sur une source d’information plus exhaustive et abondante. » – Marc Soucy, président chez InnovMetric Logiciels inc.

Le test a été effectué en cinq étapes :

A) Collecte de données :

Étape 1 : la collecte de données

Le tuyau diffuseur a été numérisé à l’aide d’un numériseur 3D. On a obtenu un nuage de points haute densité, et donc une source d’information abondante pour les experts du contrôle de la qualité.

B) Traitement du nuage de points à l’aide de PolyWorks :

Étape 2 : le recalage initial et la comparaison générale

  • Le nuage de points obtenu à partir du numériseur a été recalé sur le modèle CAO à l’aide d’une méthode générale de recalage best-fit.
  • Le nuage de points et le modèle CAO ont été comparés pour obtenir les écarts de type point-à-CAO et générer un rapport de réussite ou d’échec.

Étape 3 : le deuxième recalage

Pour reproduire le recalage d’une MMT, on a procédé à un recalage 3-2-1 à l’aide de caractéristiques précises (plan, vecteur et point d’origine) extraites de trois coupes transversales.

Étape 4 : la mesure et la comparaison

Des techniques de programmation GD&T et des analyses de coupes transversales ont été utilisées afin d’obtenir 4 mesures dimensionnelles sur 16 coupes transversales :

  • Mesure de la superficie (à partir des coupes transversales)
  • Déplacement de la cambrure (GD&T)
  • Angle N (GD&T)
  • Écart maximal (à partir des coupes transversales)

Étape 5 : la création d’un rapport

Un rapport complet comprenant des cartes de couleurs, des feuilles d’analyse et des captures d’écran annotées a été généré. Le rapport a ensuite été exporté en plusieurs formats de fichier, dont ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML et Word.

PolyWorks|InspectorMC a réduit le délai d’inspection d’un tuyau diffuseur de plus de 75 %, tout en conservant le degré d’exactitude et de précision d’une MMT traditionnelle.

Les avantages

Voici les fonctions de PolyWorks qui se sont démarquées au cours de l’expérience :

  • L’analyse des coupes transversales

La comparaison générale entre des points numérisés et une surface CAO est un outil puissant pour aider à visualiser les déformations complexes causées par les procédés de fabrication. Toutefois, dans la plupart des cas, une carte globale de couleurs n’est pas suffisante pour accepter ou refuser une pièce, car le fonctionnement d’une pièce repose généralement sur une liste de dimensions précises. Pour un tuyau diffuseur, l’évolution de la superficie de la coupe transversale le long de la ligne centrale du tuyau est la caractéristique la plus importante pour déterminer si la pièce est acceptable ou non. De nombreux tuyaux diffuseurs acceptables seraient rejetés pour rien si un écart général de point-à-CAO était le seul critère pris en considération lors du processus d’inspection.

  • L’analyse de tolérancements géométriques et dimensionnels

Un aspect unique de PolyWorks|Inspector est son processus de mesure des caractéristiques, dans lequel chaque mesure programmée possède ses propres tolérances définies par l’utilisateur. Pour ce projet, on a utilisé des instruments de GD&T de PolyWorks|Inspector pour définir les liens entre les caractéristiques CAO nominales, les mesures à prendre et les tolérances précises pour chaque mesure. Les outils de GD&T calculent automatiquement les dimensions réelles sur le nuage de points, et des rapports intelligents de réussite ou d’échec fondés sur les tolérances sont générés.

  • Le langage de macroprogrammation puissant

L’analyse des données obtenues à l’aide d’une MMT est généralement une tâche de longue haleine. Pour obtenir diverses mesures, les données sont chargées dans divers logiciels et d’autres opérations doivent être effectuées manuellement. Toutes ces opérations doivent être répétées pour chaque nouvelle pièce.

Avec PolyWorks, il est possible de générer automatiquement une série de mesures à l’aide du langage de macroprogrammation avancé. Pour cette expérience en particulier, un ingénieur d’application d’InnovMetric a mis moins de deux jours à programmer des macros afin d’automatiser l’ensemble du processus d’inspection. Ainsi, les ingénieurs peuvent procéder à une inspection exhaustive par nuage de points, du premier recalage à la génération de rapports complets, en moins de trois minutes, et ce, en un seul clic de souris.

Conclusion

Selon la règle des 10 %, les résultats préliminaires sont acceptables, puisque la différence entre les résultats du numériseur et ceux de la MMT sont inférieurs à 10 % de la valeur de tolérance de la pièce. Un essai de répétabilité et de reproductibilité d’étalonnage peut maintenant être effectué pour valider davantage ces résultats.

Résumé

Les objectifs de l’expérience

  • Reproduire un processus d’inspection traditionnel à l’aide d’une MMT en utilisant un numériseur 3D (saisie des points) et PolyWorks (traitement de l’ensemble des données).
  • Évaluer la qualité (exactitude) des mesures obtenues à l’aide de PolyWorks en les comparant à celles obtenues à l’aide d’une MMT.
  • Évaluer le délai d’exécution de l’inspection d’une pièce à l’aide de PolyWorks.
  • Valider la possibilité de réussite d’un essai de répétabilité et de reproductibilité d’étalonnage.

L’approche utilisée

  1. Numériser un tuyau diffuseur à l’aide d’un numériseur laser haute densité.
  2. Charger le nuage de points de données dans PolyWorks et le recaler sur le modèle CAO original à l’aide du module IMInspect.
  3. Extraire automatiquement 4 mesures sur 16 coupes transversales à l’aide des instruments de GD&T préprogrammés et des capacités d’analyse de coupes transversales de PolyWorks.
  4. Générer des rapports complets comprenant des cartes de couleurs, des captures d’écran annotées, des rapports sous forme de tableaux et des rapports animés en format AVI.
  5. Programmer des macros à l’aide du langage de script de PolyWorks pour automatiser l’ensemble du processus d’inspection. 

Les résultats de l’expérience

  • Les mesures obtenues à l’aide du numériseur 3D et de PolyWorks sont très semblables à celles obtenues à l’aide de la MMT. Les écarts entre les deux jeux de résultats sont inférieurs à 10 % de la valeur de tolérance de la pièce.
  • L’inspection du tuyau diffuseur a pris 25 % moins de temps avec un numériseur 3D et PolyWorks qu’avec la technique d’inspection traditionnelle à l’aide d’une MMT :
  • La collecte de données à l’aide d’un numériseur 3D prend seulement 15 minutes, au lieu d’une heure à l’aide d’une MMT;
  • Le processus d’inspection par nuage de points prend moins de 3 minutes à l’aide des fonctions d’inspection entièrement automatisées de PolyWorks.

Produit vedette

La boîte à outils standard de métrologie 3D, pour l’ingénierie de produits, l’assemblage guidé par la mesure et l’inspection finale.