Conception, automatisation et supervision d’une machine d’assemblage connecteur
1. Projet De Fin D’Etudes
Conception & Automatisation d’une
Machine d’Assemblage
Présenté par : Hamza JMILI
Spécialité: Ingénierie Des Systèmes Homme Machine
Diplôme Master
Encadré par : Nidhal CHAIEB
Soutenu le 10 Septembre 2019 devant le jury:
Monsieur Guy BOURHIS
Monsieur Frédéric BOUSEFSAF
6. 5
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Problématique
ALTRA
N +
ALTRA
N
ALTRA
N
Sealing Ring
( 1,5 mm )
Looking Ring
( 2 mm )
Connecteur
Fabrication d’une machine d’assemblage de connecteurs tournants
• Contrôler la présence des trois éléments .
• Détecter l’ordre d’assemblage.
• Tester par une caméra l’aspect d’insertion des joints.
• Disposer d’un écran HMI affichant :
Gestion d’utilisateur.
Commandes en mode manuel.
Le nombre des pièces bonnes et mauvaises.
Indicateur productivité.
+ +
9. Principe de fonctionnement de la machine
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Vérin latéral
Vérin rotatif
Vérin bridage
8
V1
V2
V3
Caméra
0°
90°
180°
Posage de maintien
10. Choix des capteurs
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Capteur inductif Capteur analogique
Capteur laser
9
11. Barrière photoélectrique fourchée
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
• Détecter le passage des connecteurs dans la goulotte à travers la trappe de séparation.
Connecteur
Trappe de
séparation
10
Piece ok Piece NOK
12. 4
Caméra de vision Omron FQ2
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Caractéristiques
350 000 pixels
8 mesures simultanées
32 scènes enregistrées
Inspection
Recherche de forme
Position de contour
Donnés de couleurs
Etiquetage
Signaux E/S
Entrée de mesure (TRIG)
Entrée de commande(In0-IN5)
Sortie (contrôle BUSY)
Sortie de jugement (OR)
Sortie d’erreur (ERROR)
11
13. 4
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Choix de l’API
• API SIEMENS S7-1200 caractérisé par :
✓ Rapidité (100 Mbit/s).
✓ Fiabilité et robustesse.
✓ Faible Coût (400 euro).
✓ CPU : 14E /10S TOR e t 2 entées analogiques.
✓ Module d’extension SM 14E /16S TOR.
12
15. 4
Programmation de la caméra
• Logiciel de configuration « TouchFinder »
• Etapes d’inspection
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Configuration des
éléments de contrôle
Apprentissage
Définition des
paramètres de jugement
1 2 3
14
16. 4
Configuration Matérielle
Sélection de la scène
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Caméra FQ2
15
17. 4
Caméra FQ2
Choix de l’ outil d’inspection
Recherche de forme
Données de couleur
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
16
18. 4
Caméra FQ2
Apprentissage de la caméra (Teaching)
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Apprentissage par recherche de forme 17
20. Caméra FQ2
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Apprentissage par données de couleur
19
21. 4
Test Caméra FQ2
Détection de la pièce bonne
Test OK
Détection de la pièce mauvaise Test Not Good
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
20
Joint mal inséré Joint noir
23. 4
Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
connexion matériel sur le réseau Ethernet
Langage de programmation Ladder
API HMI
CAMERA
22
28. Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Armoire électrique
• Vue 3D de l’armoire électrique conçu avec le logiciel de conception Eplan 27
30. Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Test et validation
• Contrainte mécanique liées au mouvement des vérins réglage de pression par limiteur de débit.
• Réglage des capteurs analogique Mise à l’échelle et normalisation
Machine validé et fonctionnelle
Quelques Difficultés de pré-insertion des joints de la part de l’opérateur .
Temps d’assemblage d’un seul connecteur élevé (16s/pièce). 29
32. Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Intégrer la machine en
production
Programmer la camera
FQ2
Automatiser et la superviser
la machine
Installer l’armoire
électrique
Réalisé 1
Réalisé 3
Réalisé 2
Réalisé 4
Conclusion
31
33. Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Conclusion
Augmenter le
taux de
production
Maitriser les
délais de
livraison
Diminuer la
charge sur les
autre machine
32
34. Présentation de
l’entreprise
Problématique et
Solution
Etude et Choix
Technologique
Automatisation
et Supervision
Résultat et
Discussion
Conclusion et
Perspective
Perspectives
Robot KUKA muni de 3 pinces :
Faciliter les pré –insertions
Gagner en performance.
Améliorer la productivité
Rentabilité financière
33
Bonjour, je tiens tout d’abord à vous remercier d’avoir bien voulu participer à l’évaluation de ce travail, j’en profite également pour remercier mon encadreur professionnelle NIDHAL CHAIEB de m’avoir guider le long de ce projet.
Je vais donc présenter brièvement mon projet fin d’étude que j’ai intitulé conception et automatisation d’une machine d’Assemblage réalisée au sein de l’entreprise XPERT-MECA .
Le plan de la présentation sera le suivant
Je commencerai par présenter l’entreprise
puis j’ introduirai la problématique et la solution du projet ainsi que l’étude des choix technologiques
ensuit j’ enchainerons avec l’automatisation et la supervision de da la machine
Je présenterai après les résultats et les discussion ,
Et je clôturai par une conclusion et un perspective
De nos jours, l’automatisation joue un rôle croissant dans l’amélioration de la productivité des entreprises
De nos jours, l’automatisation joue un rôle croissant dans l’amélioration de la productivité des entreprises
C’est dans ce cadre que nous avons réalisé notre projet au sein de l’entreprise XPERT-MECA créé en mai 2013 AVEC UN EFFECTIFS DE 12 Ingénieurs XPERT EN: Fabrication des machine spéciale .
l’Intégration des Robots KUKA .
Le calcul numérique .
Et la maintenance industrielle .
La problématique que j’aimerais aborder aujourd’hui s’intéresse sur la fabrication d’une machine d’assemblage connecteurs qui fait insérer un premier joint jaune Sealing Ring et un deuxième joint Looking Ring à l’intérieur du connecteur tout en respectant le cahier du charge qui consiste à:
• contrôler la présence des trois éléments à assembler
(Avant de lancer le cycle, la machine doit informer l’opérateur par le manque d’un élément ou plus).
• Elle doit également détecter l’ordre d’assemblage et affiche un alarme en cas d’une mauvaise insertion.
•Elle devrait aussi tester par une caméra d’inspection l’aspect d’insertion des joints .
•La machine doit disposer aussi d’un écran HMI affichant :
Incluant Les commandes du mode manuel
Affichant Le nombre des pièces bonnes et mauvaises.
Session de connexion Remise à zéro du nombre des pièces accessible par un mot de passe.
Le pourcentage de l’indicateur productivité.
Un sélecteur permettant de changer le mode de cycle (cycle avec et sans marquage).
Dans la volonté de définir une stratégie de travail et trouver une solution nous avons fait plusieurs réunion durant les quelles nous avons discuter les différentes contraintes mécanique et électrique et l’outillage nécessaire pour faire l’opération d’assemblage.
Vous voyer clairement sur la figure de la coté gauche la conception de la solution retenue avec tout ce qu’on a identifié comme matériel et
sur la image de la cote la conception 3d de la machine à laquelle nous avons abouti
voila , Une conception simple à entretenir et qui respecte l’ergonomie du travail contenant :
D’un plan de travail d’un 1 mètre d’hauteur
D’un Tableau d’affichage
Un d’éclairage muni d’un interrupteur.
D’une repose pieds.
D’un bouton d’arrêt d’urgence accessible par l’opérateur.
Je passe maintenant à l’étude et aux choix technologiques
J’ai focalisé l’étude sur la partie opérative en contact directe avec le produit :
Comme vous voyer La conception mécanique est composé d’un vérin de bridage, des vérin latéraux , et un rotatif à trois positon .
, une caméra d’inspection,
En fête la cycle de production est enchainé comme suit :
Au départ départ l’opératuer met le connecteur sur le posage de maintien , le joint noir sur la tige du vérin V2 et celui du jaune sur la tige du vérin V3.
D’est qu’il appui sur la commande bimanuelle , le bridage s’effectue, et l’insertion du premier joint se fait après avance et recul du vérin V1 et V2,
Une fois l’insertion est finis , le vérin rotatif tourne en faisant une angle de 90 pour arriver devant la caméra qui va tester la première scène , si e test est bon, le vérin rotatif tourne de de nouveau faisant une angle de 180 degré pour arrivé devant le vérin V qui va insérer le 2 joint:
Une fois l’insertion est faite le vérin rotatif retourne en face de la caméra pour tester la 2 -ème scène , après les test les vérin retourne a leurs position initiale , l’opérateur met la pièce dans la goulotte et un nouveau cycle recommence,
Je voudrais continuer maintenant avec les choix des capteurs de la machine .
Il clair que les deux joints sont d’épaisseur très fiable de l’ordre de 2 mm
Pour cela j’ai choisi d’utiliser des capteur laser pour détecter la présence des joints sur les tiges des vérins . Ces capteur fonctionne par le principe d’un émetteur récepteur des faisceaux lumineux et se content d’une bonne précision .
J‘ai choisi utiliser également des capteurs à proximité inductif et d’autre analogique pour détecter les fins de courses des vérins.
J’aimerais bien vous parler d’un autre de capteur , c’est le capteur fourche à barrage photoélectrique utilisées pour détecter le passage des connecteurs dans la goulotte à traves la trappe de séparations des pièces bonne et mauvaise.
Je passe maintenant à présenter la caméra Omron FQ2 qu’on a utiliser pour tester de l’aspect d’insertion des deux joints.
La caméra est capable de faire 8 mesure simultanés et enregistrer 32 scène, ,elle possède plusieurs outlis d’insepection ,
On peut faire à titre d’exmple l’inspection par recherche de forme , inspection par position du contour et par donnés de couleur .
Elle possède egalement 7 signaux d’E/S ….. Des entrée de mesure et de commande et de sorties de contrôle et de jugement,
Je vous expliquerai plus tard e principe d’inspection avec plus de détail,
Je passe maintenat au choix de l’automate
Après avoir énuméré le nombre d’entrées /sorties de la machine, notre choix est porté sur l’automate programmable industriel : SIEMENS caractérisé par :
un vitesse de transmission qui s'élève à 100 Mbits/s
Une tré bonne fiabilité et robustesse
Son faible cout .
un CPU de 14 E/10S numérique et 2 entrées analogiques
Ensuite j’ai consacré le point suivant à l’automatisation et la supervision de la machine,
Cette étude derrière ce concept ma permit de passer à l’automatisation et la supervision de la machine
Dans ce cadre j’ai choisi de vous présenter brièvement les étape les plus importante pour la programmation de la caméra.
que je ‘ai fait sur le Touch Finder mais avant d’aborder ce point il faut savoir la démarche d’inspection qui se base sur la configuration des éléments de contrôles , ensuite l’apprentissage et enfin définir les paramètres du jugement .
En ce qui concerne la première étape , j’ai commencé par la configuration matérielle en connectant la caméra et le pc sur même Mask avec deux adresse IP diffèrent.
Ensuite j’ai sélectionner la scène dans la quelle je doit définir les critères du jugement .
Dans l’étape suivante Il faux bien choisir l’outil d’inspection
ce choix se base essentiellement sur les sur les critères de la pièce et les éléments à tester.
Pour notre cas , j’ai fait l’inspection en me basant sur la forme circulaire des joints et sa couleur .
une fois j’ai fini les choix des outils , je commence la phase d‘apprentissage.
En premier lieu j’ai fait ‘apprentissage par recherche de forme dont lequel j’ai définit la région de mesure et la région modèle centré sur un point de détection,
En deuxième lieu j’ai fait l’apprentissage par donnés de couleur, et comme vous voyer sur les deux images qui figure en face , j’ai sélectionné la couleur jaune, et le Touch Finder a pu faire l’exclusion du joint a part.
Mais je tiens à souligner qu’il faut bien jouer sur les valeurs de la corrélation , la différence et la déviation du couleur
Parce que il peut arriver à l’opérateur de travail avec des joint jaune mais un peu différents,
Je passe maintenant à la phase du test ,
Vous voyer bien monsieur dans l’image en haut lorsque j’ai envoyé la commende TRIG la camera a flashé le produit et le considéré comme pièce bonne puisque test est ok,
Alors que les que pour les deux image en bas elle les a considérer comme pièce mauvaise et ceci revient au fête que dans l'image a gauche le joint jaune est mal inséré et dans l’image à droite la couleur du joint est noir.
Je voudrais commencer maintenant à présenter l’automatisation
,dans partie cette j’ai choisi d’exposer deux grafcets .
Le grafcet de production normale celui de la coté gauche ,
Et le grafcet de sécurité celui de la coté droite
Comme vous voyer Le premier grafcet sera figé lors d’un appui sur le bouton d’arrêt d’urgence ou l’enclenchement de la barrière de sécurité pour éviter tous les risques de défaillance.
Ensuite J’ai traduit ces grafcet en langage de programmation Ladder sous le logiciel TIA portal
Vous voyer bien sur l’image en haut la connexion matériel que j’ai fait sur le réseau Ethernet entre la caméra l’automate et l’écran HMI..
J’ai choisi également d’exposer un extrait du programme : un exemple de schéma de contact basé sur les bascule de mémoire RS.
Je voudrais maintenant continuer avec la supervision que j’ai conçu sur un écran HMI KTP-400
Cette écran contient en faite 4 vues principales
Vue d’accueil ou se qu’on appelle le Home dans lequel le s’affiche les nombre des pièce bonne ,le nombre des pièces mauvaise et leur pourcentage .
deux bouton reset pour la effacer le rendements de chaque opérateur accessible par un identifiant et un mot de passe au superviseur de production.
J’ai mis aussi un sélecteur ON/OFF permettant de choisir un cycle d’assemblage avec ou sans marquage.
En suite j’ai choisi d’introduire la vue d’alarme qui permet d’informer l’opérateur du type de défaut et aider aussi le service maintenance à identifier la localisation du panne.
Voila une deux exemple d’alarme clair , le premier qui indique que la caméra fq2 est hors ligne et le deuxieme indique t que le vérin de marquage est bloqué.
En cas de panne machine le service maintenance active le mode manuel pour d’identifier les origines des pannes et faciliter la tâche de diagnostic .
Dans les deux vue en face , le technicien peut commander manuellement l’avance et le recul de chaque vérin et visualise l’état du capteur correspondant.
La dernière vue que j’ai choisi de présenter contient des informations générales sur le nom du projet, le type de la machine, sa date de création et la nature d’alimentation électrique et pneumatique.
Pendant la période du stage J’ai eu l’occasion de travailler sur le logiciel de conception PLAN sur lequel j’ai fait le schéma électrique de la machine et la conception de l’armoire 3d equipé d’une source de tension 240V ,une alimentation stabilisé 24v , un relais de sécurité eu automate siemens,
Je vais maintenant passer au point suivant : Résultat et Discussion
Pendant la phase de simulation, le programme étaient fonctionnelles.
Bien entendu j’ai rencontré au cours de la période d’essai :
-Des Contrainte mécanique liées au mouvement des vérins === que j’ai les pu résoudre en appliquant des réglages de pression par le limiteur de débit
-et j’ai aussi pris des mesure sur champs pour la mise à l’échelle et la normalisation du capteur analogique
En somme la machine étaient fonctionnelle et validé, elle présente quelques difficultés de pré insertions du joint rendant le temps de cycle de machine un peu long avec une durée d’assemblage de 16 s par connecteur,
j’aimerais terminer cette présentation par une conclusion
Donc a travers ce projet , J’ai pu
,
ce qui va permettre à l’entreprise Techniplast d’augmenter son taux de production et maitriser les délais de livraison client .
Les résultats du travail présentés dans ce projet sont prometteurs du fait que le client à exprimé une grande satisfaction du produit final
En guise de conclusion ,je voudrais présenter un perspective possible,
Il serait intéressant de faire une étude sur l’intégration d’une cellule robotisé afin de rendre la machine plus rentable,
A titre d’exemple il est possible d’installer un RUBOT KUKA muni de 3 pinces permettant de faciliter les taches de pré insertion des joints dans le connecteur
Cette solution parait couteuse à court terme du fait que le robot est un peu chère mais à long terme elle va apporter un gain très important pour la société Techniplast puisque il va remplacer l’opérateur , et diminuer le temps de cycle de la machine ,
Je tiens à souligner également que ce projet de fins d’études m’a été bénéfique sur tous les niveaux .En effet il m’a offert l’occasion de connaitre des techniques de conceptions mécaniques et électriques liées à la fabrication de machines spéciales touchant au domaine de l’automatisation et de la vision.
