Système de mesure optique Sylvac Évolution de l'automatisation dans l'inspection des pièces de révolution : parcours d'une machine

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Améliorer progressivement un produit s'avère être une stratégie d'innovation fructueuse, capable de déboucher sur des résultats remarquables.

Cette approche peut être observée concrètement lors d'une démonstration mettant en lumière le système de mesure optique Sylvac-SCAN S25T. Au cours de cette expérience, un robot saisit un arbre cylindrique pour le positionner dans la machine Sylvac. Un illuminateur LED projette ensuite un faisceau de lumière sur la pièce, qui est scannée à des vitesses allant jusqu'à 100 mm/s, tandis que le contour de l'ombre de la pièce est collecté par le système de lentilles bi-télécentriques de haute précision. L'ombre projetée est détectée et traitée en utilisant la dernière technologie de caméra linéaire et les résultats d'inspection s'affichent en temps réel sur l'écran intégré de la machine. Les dimensions mesurées se situant dans les tolérances spécifiées, l'arbre a été qualifié conforme. Dans une séquence captivante, le robot a ensuite retiré l'élément inspecté pour le ranger dans le bac réservé aux pièces approuvées. Cette démonstration a véritablement suscité une impression forte quant aux capacités d'automation du système. Ce système de mesure optique Sylvac-SCAN tire ses origines d'un prototype développé dans les années 1980 par une petite entreprise du nom de TESA Metrology Systems Ltd (TMS) au Royaume-Uni. L'extraordinaire parcours de développement de cette machine, depuis ses modestes origines jusqu'à sa forme actuelle, constitue une saga captivante qui mérite d'être contée.

La genèse

TMS a vu le jour à Madeley, dans le Shropshire, en 1980, sous la forme d'une unité commerciale affiliée à Brown & Sharpe Manufacturing Company (Rhode Island, États-Unis). Dès ses débuts, l'entreprise s'est dédiée à la conception de systèmes de mesure spéciaux pour des clients dont les outils de métrologie standards ne parvenaient pas à satisfaire leurs exigences spécifiques. Dans certaines applications, la mesure optique sans contact s'est rapidement imposée comme la solution optimale. TMS a ainsi élaboré plusieurs systèmes spéciaux basés sur l'utilisation ingénieuse de capteurs CCD linéaires. Ces systèmes ont été conçus pour mesurer une variété de composants, de la forme conique des aiguilles de carburateurs, en passant par les dimensions et la position des rainures sur les barres de combustibles nucléaires, jusqu'au profil complexe des soupapes de moteurs automobiles et des filets coniques complexes des tuyaux de forage pétrolier. L'éventail d'applications métrologiques pour de tels systèmes s'est rapidement révélé être large. L'idée d'une machine à mesurer standard, basée sur cette méthode novatrice, s'est dessinée naturellement pour répondre aux besoins de mesure des arbres et des pièces cylindriques. TMS a développé son premier produit standard présentant un capteur optique et un logiciel. Il permettait à une seule machine de mesurer de nombreuses pièces de formes différentes. La première unité, baptisée PROFILE 50, pouvait mesurer des pièces d'un diamètre allant jusqu'à 50 mm. Il a été présenté à l'exposition EMO à Hanovre en 1986. Suite à l'intérêt suscité par le concept, le premier produit de production, le PROFILE 100, capable de mesurer des pièces d'un diamètre allant jusqu'à 100 mm, a été présenté en 1987. Le concept consistait à concevoir une machine à mesurer CNC capable de mesurer toutes les caractéristiques externes des pièces rondes. Cette machine avait pour ambition d'offrir une vitesse et une précision supérieures aux MMT traditionnelles, tout en assurant une flexibilité absente des dispositifs de mesure à multi-côtes. Un avantage significatif venait de la capacité du capteur optique à mesurer des petites caractéristiques, incluant les filetages, qui demeuraient difficiles, voire impossibles, à mesurer par des méthodes de contact conventionnelles. Auparavant, ces caractéristiques étaient évaluées au moyen d'un projecteur optique, une approche à la fois lente, non automatisée et souvent soumise à la subjectivité de l'opérateur. Suite au succès du PROFILE 100, une version plus compacte, le PROFILE 30, destinée aux composants jusqu'à 30 mm de diamètre, a été ajoutée en 1991. D'autres modèles et développements de logiciels ont suivi au fur et à mesure que le marché de ces machines se développait. En 2001, la ligne de produits Profile a été transférée du Royaume-Uni à TESA S.A. en Suisse.

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Consolidation

TESA a reçu une documentation ainsi que des pièces pour quatre modèles différents : le PROFILE 25, 50, 80 et 130. À la tête de ce projet a été nommé Daniel Cosandey, un ressortissant suisse. M. Cosandey a travaillé au sein de TMS-UK de 1995 à 2001 et a été promu Design Manager en 1997. Durant cette période, il a collaboré avec le département de recherche et développement pour mettre au point les quatre modèles mentionnés précédemment. Le PROFILE 30 a été remodelé en tant que PROFILE 25 à prix réduit. Le PROFILE 50, qui a bénéficié de l'optique optimisée du PROFILE 30, a été conçu pour inspecter des arbres jusqu'à 50 mm de diamètre. Enfin, le PROFILE 130 a été lancé pour inspecter les arbres de transmission automobile. Après le départ de M. Cosandey en Suisse, il a continué à apporter des modifications matérielles et logicielles qui avaient été initiées chez TMS-UK. Dans un effort pour réduire les coûts, des révisions mécaniques ont été entreprises. L'introduction d'une poupée rotative plus précise a permis d'améliorer la fiabilité des mesures. Le composant électronique d'origine a été remplacé par une version mise à jour, et une caméra a pris la place des capteurs CCD. Des améliorations ont également été apportées au logiciel. Auparavant, un vaste projet avait été entrepris pour migrer du système IBM MS-DOS à Microsoft Windows. Désormais, une attention particulière était accordée au développement des logiciels de mesure. Les systèmes étaient fournis avec Pro-Measure, un logiciel commercial qui automatisait la génération de rapports d'inspection. La gamme de produits PROFILE a été rebaptisée TESA-SCAN, permettant ainsi d'intégrer ces produits dans la gamme de métrologie de TESA. Un changement de focus s'est opéré, passant de la vente directe à la vente à travers le réseau mondial d'agents et de distributeurs de TESA. Les agents ont commencé à commander des unités de démonstration pour leurs salles d'exposition, et des ressources ont été allouées à la formation de ces agents. «Nous ne pouvions pas vendre sans faire de démonstration», affirme Uwe Burkhardt, directeur marketing de TESA. M. Burkhardt était responsable des ventes TESA Allemagne à cette époque et se rappelle comment il chargeait un système TESA-SCAN dans une camionnette pour se rendre chez les clients. Pour développer le marché, TESA a lancé une machine abordable, la TESA-SCAN 52, avec une conception horizontale permettant une réduction des coûts de l'ordre de 30 %. Elle était accompagnée du logiciel d'inspection Reflex Click. L'utilisateur avait simplement à positionner la pièce et à appuyer sur un bouton. Le logiciel reconnaissait alors la pièce et fournissait le résultat de l'inspection, mettant l'accent sur la simplicité d'utilisation. En 2015, TESA a pris la décision de se séparer de ses lignes de produits de mesure optique, incluant TESA-SCAN et TESA-Visio (un système vidéo optique). Selon Timothy Cline, directeur du marketing à l'époque, cette décision stratégique visait à équilibrer le portefeuille de TESA. L'objectif était de se recentrer sur l'activité principale de l'entreprise, à savoir les instruments de mesure de précision, et de céder les autres gammes de produits. Cela a libéré de l'espace pour l'expansion de la ligne de production de palpeurs. Après l'annonce de cessation de la production de ces gammes par Stefan Ruh, PDG de TESA, Eric Schnyder, PDG de Sylvac, a initié un contact pour explorer la possibilité d'un transfert de ces lignes de produits. Les deux entreprises entretenaient déjà une relation commerciale de longue date, et un accord a été conclu. Ce partenariat s'est avéré être une solution gagnant-gagnant pour les deux parties, permettant à TESA de recentrer ses activités tout en permettant à Sylvac de diversifier sa gamme de produits.

Nouveau départ

Pour Eric Schnyder, cette acquisition est survenue au moment opportun. « Quand Stefan Ruh a annoncé le retrait de TESA du secteur de la mesure optique, j'ai rapidement pris contact avec nos principaux partenaires en Allemagne, en France, aux États-Unis et en Chine pour évaluer leur intérêt pour cette ligne de produits. Leur réaction a été unanime et encourageante », rapporte M. Schnyder. « Je croyais fermement au potentiel de ces machines et de leur technologie, même si cela ne correspondait plus à la direction de développement de TESA. En outre, cela venait parfaitement compléter la gamme de produits plus axée sur les petits instruments de Sylvac. » La vente a également entraîné l'embauche des personnes impliquées dans le développement et la vente de la gamme de produits TESA-SCAN. Parmi ces brillants individus, on trouve Houssem Ben Salem, un ingénieur en optique appliquée, et Duain Brisco, chef des ventes. Lors de son arrivée chez Sylvac, Ben Salem s'est concentré sur l'amélioration de l'optique en s'appuyant sur ses travaux réalisés chez TESA. La première phase a concerné la source lumineuse, remplaçant la lampe halogène par une source de lumière LED dont la conception optique était issue de la microscopie médicale. Cette modification a permis d'éliminer toute production de chaleur indésirable et d'obtenir un meilleur contraste. La deuxième phase a consisté à remplacer la caméra existante par des capteurs CMOS de haute qualité. Grâce à des algorithmes de Contouring de pointe, ces capteurs ont permis d'obtenir une résolution plus élevée ainsi qu'une meilleure détection des contours. « Nous avons dû investir massivement dans le développement et travailler rapidement sur plusieurs fronts », explique M. Schnyder, énumérant les différents projets entrepris, tels que la mise à jour du design pour l'aligner avec l'image de Sylvac, le développement d'une nouvelle machine F60, les mises à jour logicielles, ainsi que la conformité avec OPC-UA (Open Platform Communications - Unified Architecture) pour rationaliser les processus d'automatisation. Brisco, qui a travaillé sur cette ligne de produits pendant 30 ans chez TMS et TESA, a pu constater les résultats. De nouvelles applications ont été découvertes dans les secteurs aéronautique et médical, où des exigences de précision plus élevées étaient nécessaires. Les améliorations apportées aux systèmes Sylvac-SCAN ont également permis de regagner des parts de marché perdues lors des années précédentes. Lorsqu'il est interrogé sur sa vision de l'avenir, Ben Salem identifie deux axes. Le premier consiste à répondre aux besoins en constante évolution des clients avec un système presque unique offrant de multiples capacités d'inspection. Il conçoit un système où les clients pourront ajouter des capteurs supplémentaires presque à la demande. « Nous sommes pleinement conscients des besoins constamment changeants de nos clients. Notre engagement: fournir des solutions agiles qui évoluent avec eux. En combinant polyvalence, robustesse et flexibilité, nous simplifions leur environnement métrologique en fusionnant différents équipements de fournisseurs en un système complet et performant. Moins de formations, moins de complexité, une solution globale », précise-t-il. Sa deuxième vision consiste à développer des systèmes totalement autonomes et faciles à utiliser, adaptés aussi bien aux humains qu'aux robots. « Nous reconnaissons l'essor imminent de l'automatisation logicielle avec la récente montée en puissance des agents autonomes d'IA ». En d'autres termes, toutes les procédures logicielles devraient également être automatisées. Il est fascinant de constater comment les améliorations progressives au fil des décennies ont transformé les systèmes manuels PROFILE du passé en systèmes Sylvac-SCAN automatisés, parfaitement intégrables dans une chaîne de production. Certes, la technologie a joué un rôle crucial, mais c'est également le fruit d'une vision perspicace, d'un travail acharné et d'une persévérance face aux revers. Créer l'avenir est assurément la meilleure manière de le prédire. MSM

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