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La robotique et les microtechniques par l’exemple
Olivier LEHMANN// Mai 2013
Soudage laser de lunettes
Soudage laser de lunettes
Objectifs
 Souder toutes lunettes complètes
− 7 composants
− Cordons
− sur des surfaces complexes
− en face avant et arrière
− 50 lunettes/heure
 Intégration dans une entreprise sans compétence roboticienne
Soudage laser de lunettes
Pré-acquis
 Simulation robotique des trajectoires
− Validation temps de cycle : <60s
− Validation atteignabilité
 Soudage de tels composants déjà réalisé manuellement
Soudage laser de lunettes
Contraintes
 Maintenir les composants en relation pour le soudage
− Conception d’un posage « universel »
 Souder des petites séries
− Changement rapide de série
− Programmation des trajectoires en hors-ligne
Soudage laser de lunettes
Principe de la cellule
Soudage laser de lunettes
ROBOT
Chargement des composants
Déchargement de la lunette
OPERATEUR
Soudage des composants
Opérations en temps masqué
Rappel : 50 lunettes/heure
Changement de série
Soudage laser de lunettes
 Programmation et réglage du posage
hors ligne
 Recalage des trajectoires le plus court possible
Rappel :
Petite série
Programmation hors ligne
Soudage laser de lunettes
 Pas de plan CAO
 Géométrie des composants mal maitrisée
 Scannage des trajectoires réelles(bras de mesure)
•Trajectoires réalisées
•Par un spécialiste process (non roboticien)
•Pièces réèlles (Intégration des aléas de fabrication)
Programmation hors ligne
Soudage laser de lunettes
 Principe
Origine
X
Y
Z
Trajectoire
Référentiel
pièce
Transformée outil
Robot
Référentiel robot
Trajectoire
Interface
Transformer les points appris
par le bras en point
compréhensible par le robot
6 axes (X,Y,Z,RZ,RX,RZ) vers
(X,Y,Z,RZ,RY,RZ)
Bras de mesure
Apprendre la trajectoire
En position et orientation
6 axes (X,Y,Z, RZ,RX,RZ)
Cellule robotisée
Exécuter la trajectoire
Programmation hors ligne
Soudage laser de lunettes
 Modèle robot implanté
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− Et de l’approche et du départ
− Optimisation des postures robots
− Optimise la précision du robot
− Limitation des axes
− Evite la casse de la fibre
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− Par passage de la fibre sous le bras du robot
Résultat
Soudage laser de lunettes
Insertion automatisée d’un fil dans une
aiguille de petite dimension
Objectif
 Démontrer la faisabilité d’insérer automatiquement un fil de 0.02mm
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Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
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Contraintes
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 Très petite dimension des éléments
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Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Etat de l’art
 Similaire à l’insertion de fibre optique
− Quelques solutions existent
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− Un système de vision mono ou bi caméra
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Solution retenue
 Robot 6 axes standard (pour les essais)
 Vision stéréoscopique de précision
− 2 caméras haute définition
− objectifs à grand zoom
− Un pixel=5µm
 Retro-éclairage
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Vision stéréoscopique
 2 caméras positionnées à ~90
− Permet de facilement travailler au centre
− Volume visible plus important et plus cohérent
 Volume de travail : 10mm de côté
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Vision stéréoscopique
 Calibration
− Méthode classique à mire non compatible avec les dimensions
− Aucune mire n’existe à
cette dimension
− Difficulté de la voir des
2 caméras
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Vision stéréoscopique
 Calibration
− Mise au point d’une méthode
spécifique
− Utilisation d’une sphère de
métrologie (rubis)
− Utilisation d’une table
micrométrique XYZ
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Vision stéréoscopique
 Calibration
− Identification même en zone floue
d’une sphère
− Autant de mesure que l’on veut
− Précision de la table micrométrique
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Vision stéréoscopique
 Calibration
− Calibration 2D très précise
<0.01mm
− Bonne calibration 3D
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Les essais
 Séquence du robot
− Alignement grossier du fil et de
l’aiguille dans la zone de vision
− Rapprochement
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− Recalage fin et insertion
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Prise de vues 1
Prise de vues 2
Prise de vues 3
Les essais
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− Stick-slip
− Quasiment au pas mini des codeur
 Rigidité mécanique des caméras
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Les essais
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− 100%
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Les essais
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
 Détection :
− Détection d’insertion :
− Insertion correcte :
Images Horizontales :
Images Verticales :
&
&
=
=
− Insertion incorrecte fil à coté :− Insertion incorrecte fil plié :
Résultats
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Polissage robotisé de produits de luxe
Enjeux de la robotisation
 Permettre aux entreprises :
− D’éviter une formation complexe et longue des polisseurs
− Plusieurs mois voir année avant autonomie
− De garder leur savoir-faire
− D’avoir un polissage plus économique et plus maîtrisable techniquement
Objectifs fixés
 Machines innovantes de polissage
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− Forte intégration du savoir-faire des polisseurs
− Peu de compétences en robotique
− Savoir-faire robotique intégré
 Valider techniquement la faisabilité
− Du polissage de finition (avivage) de pièces de formes complexes
− Du contrôle de l’effort d’arrachement de la matière
− Mesure de l’effort tangentiel et non normal
 Trouver des solutions économiquement viables
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PâtePostes de
polissage
Poste
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polissage
Postes de
polissage
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− Réalisation de la gamme
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réel
− Chaine indispensable à la
rentabilité d’une telle cellule
− Changements de série
fréquent sans une
immobilisation trop
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robot « réel »
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type déflectométrie
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Robotique et Microtechniques par l’exemple

  • 1. La robotique et les microtechniques par l’exemple Olivier LEHMANN// Mai 2013
  • 2. Soudage laser de lunettes Soudage laser de lunettes
  • 3. Objectifs  Souder toutes lunettes complètes − 7 composants − Cordons − sur des surfaces complexes − en face avant et arrière − 50 lunettes/heure  Intégration dans une entreprise sans compétence roboticienne Soudage laser de lunettes
  • 4. Pré-acquis  Simulation robotique des trajectoires − Validation temps de cycle : <60s − Validation atteignabilité  Soudage de tels composants déjà réalisé manuellement Soudage laser de lunettes
  • 5. Contraintes  Maintenir les composants en relation pour le soudage − Conception d’un posage « universel »  Souder des petites séries − Changement rapide de série − Programmation des trajectoires en hors-ligne Soudage laser de lunettes
  • 6. Principe de la cellule Soudage laser de lunettes ROBOT Chargement des composants Déchargement de la lunette OPERATEUR Soudage des composants Opérations en temps masqué Rappel : 50 lunettes/heure
  • 7. Changement de série Soudage laser de lunettes  Programmation et réglage du posage hors ligne  Recalage des trajectoires le plus court possible Rappel : Petite série
  • 8. Programmation hors ligne Soudage laser de lunettes  Pas de plan CAO  Géométrie des composants mal maitrisée  Scannage des trajectoires réelles(bras de mesure) •Trajectoires réalisées •Par un spécialiste process (non roboticien) •Pièces réèlles (Intégration des aléas de fabrication)
  • 9. Programmation hors ligne Soudage laser de lunettes  Principe Origine X Y Z Trajectoire Référentiel pièce Transformée outil Robot Référentiel robot Trajectoire Interface Transformer les points appris par le bras en point compréhensible par le robot 6 axes (X,Y,Z,RZ,RX,RZ) vers (X,Y,Z,RZ,RY,RZ) Bras de mesure Apprendre la trajectoire En position et orientation 6 axes (X,Y,Z, RZ,RX,RZ) Cellule robotisée Exécuter la trajectoire
  • 10. Programmation hors ligne Soudage laser de lunettes  Modèle robot implanté − Connaissance directe des points atteignables − Et de l’approche et du départ − Optimisation des postures robots − Optimise la précision du robot − Limitation des axes − Evite la casse de la fibre − Par enroulage − Par passage de la fibre sous le bras du robot
  • 12. Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 13. Objectif  Démontrer la faisabilité d’insérer automatiquement un fil de 0.02mm dans une aiguille ayant un perçage de 0.05mm Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension Perçage coaxial
  • 14. Contraintes  Position du fil totalement aléatoire dans l’espace  Très petite dimension des éléments − Aiguille de chirurgie oculaire ou plastique Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 15. Etat de l’art  Similaire à l’insertion de fibre optique − Quelques solutions existent − 2 manipulateurs à plusieurs ddl − un à mouvement « grossier » − un à mouvement « fin » − Un système de vision mono ou bi caméra Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 16. Solution retenue  Robot 6 axes standard (pour les essais)  Vision stéréoscopique de précision − 2 caméras haute définition − objectifs à grand zoom − Un pixel=5µm  Retro-éclairage Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 17. Vision stéréoscopique  2 caméras positionnées à ~90 − Permet de facilement travailler au centre − Volume visible plus important et plus cohérent  Volume de travail : 10mm de côté Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 18. Vision stéréoscopique  Calibration − Méthode classique à mire non compatible avec les dimensions − Aucune mire n’existe à cette dimension − Difficulté de la voir des 2 caméras Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 19. Vision stéréoscopique  Calibration − Mise au point d’une méthode spécifique − Utilisation d’une sphère de métrologie (rubis) − Utilisation d’une table micrométrique XYZ Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 20. Vision stéréoscopique  Calibration − Identification même en zone floue d’une sphère − Autant de mesure que l’on veut − Précision de la table micrométrique Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 21. Vision stéréoscopique  Calibration − Calibration 2D très précise <0.01mm − Bonne calibration 3D Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 22. Les essais  Séquence du robot − Alignement grossier du fil et de l’aiguille dans la zone de vision − Rapprochement − Alignement fin − Recalage fin et insertion Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension Prise de vues 1 Prise de vues 2 Prise de vues 3
  • 23. Les essais  Mouvement à la limite du robot − Stick-slip − Quasiment au pas mini des codeur  Rigidité mécanique des caméras Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 24. Les essais  Taux d’insertion au « premier coup » − 70 à 80%  Grâce à une vérification de l’insertion − 100% Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 25. Les essais Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension  Détection : − Détection d’insertion : − Insertion correcte : Images Horizontales : Images Verticales : & & = = − Insertion incorrecte fil à coté :− Insertion incorrecte fil plié :
  • 26. Résultats Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
  • 27. Polissage robotisé de produits de luxe
  • 28. Enjeux de la robotisation  Permettre aux entreprises : − D’éviter une formation complexe et longue des polisseurs − Plusieurs mois voir année avant autonomie − De garder leur savoir-faire − D’avoir un polissage plus économique et plus maîtrisable techniquement
  • 29. Objectifs fixés  Machines innovantes de polissage − Possibilité meilleure que les machines du commerce − Forte intégration du savoir-faire des polisseurs − Peu de compétences en robotique − Savoir-faire robotique intégré  Valider techniquement la faisabilité − Du polissage de finition (avivage) de pièces de formes complexes − Du contrôle de l’effort d’arrachement de la matière − Mesure de l’effort tangentiel et non normal  Trouver des solutions économiquement viables − Sur des petites séries − Pour les PME PMI − Sans connaissance robotique particulière
  • 30. Présentation de la cellule  Cellule conçue par Buko − Cellule conçue pour le polissage d’alliance  Optimisation de la cellule pour pouvoir polir des pièces complexes Robot Poste de chargement/déchargement PâtePostes de polissage Poste d’émerisage Postes de polissage Postes de polissage
  • 31. Moyen de programmation  Chaine complète :du numérique au réel − Réalisation des trajectoires robots en hors ligne depuis la CAO − Intégration du savoir faire du polisseur − Réalisation de la gamme
  • 32. Du numérique au réel  Chaine complète :du numérique au réel − Chaine indispensable à la rentabilité d’une telle cellule − Changements de série fréquent sans une immobilisation trop importante − Facilité d’utilisation  Transfert des trajectoires vers le robot « réel »
  • 33. Conclusion  Et après… − Intégrer directement dans la cellule le contrôle de la pièce par des techniques type déflectométrie − Pour pouvoir automatiquement: − En fonction de la qualité de la pièce brute à polir, modifier les consignes d’effort − Vérifier en fin de cycle la qualité pour éventuellement repolir certaines zones − Nécessite d’intégrer le nettoyage dans le cycle (vapeur sêche, US, etc…) Défaut
  • 34. CEllule de Micro-ASSemblage multifonctionnelle CEMIASS