Projet de recherche réussi sur les robots de mesure autonomes

Le robot de mesure autonome détecte sa cible de manière indépendante à l'aide de caméras et s'aligne sur la carrosserie pour inspecter l'écart et la soudure aux positions souhaitées sans intervention humaine.

– La tendance vers plus de modularité et une plus grande diversité de variantes en production nécessite une assurance qualité plus flexible
– Un consortium composé de ZEISS, de l’Institut de technologies laser en médecine et en métrologie (ILM), de l’Institut de métrologie, de régulation et de microtechnique (MRM) de l’Université d’Ulm ainsi que de BMW a mené avec succès des recherches sur une solution tournée vers l’avenir

ZEISS, en tant que fournisseur leader de solutions innovantes en matière de technologie de mesure en ligne, qui combine avec ZEISS AICell trace la surveillance en temps réel du processus et la technologie de mesure en ligne métrologiquement traçable dans une seule cellule, connaît les exigences et stratégies de ses clients grâce à ses échanges. Avec le soutien du ministère fédéral de l’Éducation et de la Recherche (BMBF), ZEISS a, en consortium avec ses partenaires BMW, l’Institut de métrologie, de régulation et de microtechnique (MRM) de l’Université d’Ulm ainsi que l’Institut de technologies laser en médecine et en métrologie (ILM), exploré et développé le concept d’un robot de mesure autonome (AuMeRo) en réponse à ces évolutions. Un exemplaire entièrement fonctionnel a déjà prouvé cette année que l’AuMeRo peut effectuer des tâches telles que l’inspection des joints et de l’étanchéité sur des pièces de carrosserie non peintes ou peintes dans leur intégralité.

« Une ligne de production rigide pour un produit standard, sur laquelle une grande quantité d’unités est produite – ce concept établi pourrait bientôt appartenir au passé », déclare Manuel Schmid, chef de produit chez ZEISS IQS. Des demandes clients de plus en plus individualisées entraînent une augmentation de la diversité des variantes de produits, nécessitant une modularisation dans leur fabrication. Les secteurs particulièrement concernés, comme l’industrie automobile, envisagent donc à long terme de dissoudre les processus de fabrication séquentielle avec des stations hautement spécialisées et de les remplacer par des îlots de production flexibles.

Compétences combinées pour un système intelligent et autonome

L’AuMeRo est une plateforme rectangulaire avec des roues en bas et un bras robotisé avec un capteur optique en haut. « Cet aspect matériel n’est bien sûr pas révolutionnaire en soi », explique le Dr Matthias Karl de la recherche du groupe ZEISS. « La tâche essentielle était de créer, côté logiciel, l’intelligence nécessaire pour le mouvement autonome vers l’objet, sa mesure et le traitement des données. » Pour relever ce défi dans le cadre du projet de recherche, les partenaires ont combiné leurs compétences respectives.

L’Institut de métrologie, de régulation et de microtechnique de l’Université d’Ulm, spécialisé dans la conduite autonome en collaboration avec plusieurs constructeurs automobiles, a élaboré et mis en œuvre la solution de navigation pour la plateforme de mesure mobile, permettant à celle-ci de se déplacer de manière autonome vers l’objet cible tout en évitant les obstacles en toute sécurité. L’Institut de technologies laser en médecine et en métrologie possède une longue expérience en métrologie optique. Il a recherché et développé une méthode pour mesurer simultanément des pièces de carrosserie brutes, colorées ou peintes, avec des surfaces non coopératives, à l’aide du même appareil de mesure. ZEISS, en tant que coordinateur du consortium, était représenté par ZEISS Industrial Quality Solutions (IQS) et la recherche du groupe : ZEISS IQS apportait la technologie optique de mesure appliquée, tandis que la recherche du groupe ZEISS assurait le mouvement du bras robotisé, la reconnaissance d’objets et la gestion des positions de mesure via la reconnaissance d’images optiques combinée à l’apprentissage automatique. Le partenaire d’application BMW, en tant que l’un des principaux constructeurs automobiles haut de gamme, a donné au projet un contexte pratique tangible.

Répondre aux demandes individuelles des clients tout en augmentant l’efficacité

« L’utilisateur sélectionne via le logiciel un objet, par exemple une porte de véhicule, sa position approximative, puis le plan de mesure pertinent. À partir de ce moment, l’AuMeRo agit de manière totalement autonome », explique Manuel Schmid. La reconnaissance de l’objet se fait via une caméra et repose sur un jumeau numérique de l’objet. Pour la mesure proprement dite, la plateforme mobile est équipée de capteurs optiques supplémentaires : à cet effet, l’ILM a développé un appareil de mesure spécifique, avantageux pour les temps de mesure courts et les environnements robustes, utilisant la holographie numérique multi-longueurs d’onde. De cette manière, il est possible d’obtenir, en une seule prise de vue, des données topographiques d’une surface entière, qu’elle soit diffuse ou réfléchissante. Une fois que la plateforme a localisé et approché l’objet, le bras robotisé déplace la tête de mesure selon les exigences du programme de mesure, en tenant compte des conditions spatiales actuelles. « Grâce à sa capacité à se déplacer de manière autonome et à reconnaître les objets, l’AuMeRo est prêt pour un avenir où les îlots de fabrication mobiles et modulaires seront la norme, permettant une mesure toujours là où elle est nécessaire », indique Schmid. « Mais il peut déjà aujourd’hui exploiter pleinement ses avantages pour les fabricants, par exemple lors des audits de produits, où la mesure et la documentation sont actuellement effectuées manuellement en salle de mesure. Avec l’AuMeRo, cela devient beaucoup plus efficace, automatisé et reproductible, avec une qualité constante et une fiabilité élevée des résultats de mesure générés. »

« Nous avons pu démontrer avec le projet de recherche que le concept fonctionne sans restriction et peut facilement être adapté à de nouveaux objets et plans de mesure. Les portes sont ainsi grandes ouvertes à cette technologie », déclare le coordinateur général, le Dr Matthias Karl. Jan-Klaus Dziergwa, chef de projet en construction de carrosserie et gestion de la qualité chez BMW Group, est enthousiasmé par le résultat : « Chez BMW, nous sommes très intéressés à répondre aux demandes individuelles des clients tout en continuant à améliorer notre efficacité en production et en assurance qualité. Cela nécessite des méthodes et des technologies innovantes, et l’AuMeRo en est un excellent exemple. »