Essais & Simulations n°108

Essais

Essais et modélisation Technologie Intégrer des capteurs d’efforts dans l’assemblage de pièces d’avion Comment un sous-traitant peut-il répondre à des exigences de volumes de plus en plus fortes lorsque ses principaux clients sont des leaders de l’aérospatial, à l’image d’Airbus, et dans une moindre mesure, Bombardier, Dassault ou encore le Brésilien Embraer ? Ce défi, Spie* doit le relever au quotidien, d’autant que ces volumes à assembler ne cessent de progresser depuis près de trente ans. Pour cela, le groupe a développé avec ABB un robot capable de satisfaire une demande croissante grâce à l’intégration de capteurs de forces. Les clients du Français Spie, à l’instar de ses soustraitants de rang 1 chargés de produire des pièces spécifiques pour l’aéronautique, sont confrontés à des problématiques plus ou moins similaires, à savoir la mise en relation des différentes pièces d’un avion entre elles, mais aussi les fixer entre elles via des rivets métalliques de tous types. Or ces opérations de perçage et de rivetage sont particulièrement délicates ; « notre travail consiste à poser une fixation se présentant sous la forme d’un cylindre métallique – avec ou sans tête – et ressemblant à une vis, excepté le fait qu’elle est emboutie des deux côtés », précise Pascal Plé, responsable d’études et des automatismes au sein du département aéronautique de Spie. Ce procédé d’assemblage de pièces (spécialité de Spie) est resté le même pendant des années, même si le carbone prend de l’importance et amène de nouvelles complications dans la maîtrise des opérations. L’assemblage se fait donc encore beaucoup sur des pièces métalliques. Les techniques n’évoluent guère du fait d’une précision déjà optimale ; en revanche, les exigences de délais et de productivité n’ont rien à voir avec celles des années 1970 ou 1980. « Notre valeur ajoutée dépend aujourd’hui de notre capacité à assurer les cadences ». Un moyen existe, et cela, l’automobile l’a bien compris : automatiser la Quelques données techniques production et par là même les lignes d’assemblage. L’aéronautique, à son tour, lui a emboité le pas dans les années 1980. L’enjeu n’est donc pas d’être de plus en plus précis mais de couvrir des volumes bien plus importants. La réponse : construire des machines de plus grandes dimensions de manière à rentabiliser au maximum les coûts de production et à assurer les cadences. Le capteur d’effort pour compenser les inconvénients liés à l’utilisation de robot d’assemblage Concrètement, chez Spie, cela s’est traduit par des robots auxquels les fabricants on ajouté des axes supplémentaires permettant d’accéder plus aisément aux différentes parties de l’avion. Objectif : réduire l’encombrement de l’appareil en développant un robot standard auquel on ajoute des axes X ou Z en bout de bras ainsi que l’outil adapté au perçage et au fraisage. « Cette technologie existe dans l’aéronautique depuis longtemps mais elle reste très marginale. Aussi, on utilisait auparavant des robots pour assembler la voilure de l’A340, mais il ne s’agissait en réalité que de simples manipulateurs de machi- Mis au point par la société ABB, le système de contrôle de force ABB IRC5 (« Force Control ») procure une sensibilité tactile au robot à travers l’implantation d’un module de détection d’efforts en interface avec la baie de commande du robot. L’intégration des mesures d’efforts s’effectue par le système de gestion du robot et la correction des trajectoires se fait en temps réel. Au total, le système peut intégrer jusqu’à trois capteurs de forces et trois capteurs de couples. En résumé, le contrôle d’efforts permet au final de résoudre des problèmes incompatibles avec des solutions de programmations traditionnelles. nes », précise Pascal Plé. Or ici, il est question d’un robot standard directement doté d’un capteur d’effort. Le but étant de répondre le plus justement possible aux critères, ce robot est désormais capable de maîtriser la pointe de l’outil en bout de bras et l’effort utilisé dans les trois rotations. Ainsi, cette technologie est en mesure d’effectuer trois nouvelles fonctions : le réglage (en fonction de la normalité de la pièce), l’anti-glissement au moment du contact entre l’outil et la pièce, ainsi que la possibilité de garder en contact les différentes couches de la pièce sans pour autant les percer, et ce grâce à l’effort d’appui. Toutefois, comme toute technologie, ce système présente deux inconvénients : le premier réside dans le manque de précision (selon les applications demandées), le second dans le manque de rigidité au niveau des bras et l’existence d’élasticité dans l’articulation. « Tout cela est compensé par la présence du capteur d’efforts. L’avantage est qu’avec ce système, ces inconvénients disparaissent et l’on en arrive à des critères proposés par les machines traditionnelles ; or ce robot standard est moins cher et nettement moins volumineux » ● Olivier Guillon *Environ 25 000 personnes en France et en Europe, et 2 500 à Toulouse (siège social). E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OVEMBRE, D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 1 1

Essais et modélisation Panorama Exemples de solutions technologiques faisant appel aux capteurs Les capteurs de toutes sortes jouent un rôle de plus en plus important dans les essais industriels. Voici quelques exemples d’applications particulièrement significatives dans plusieurs secteurs industriels, allant de l’automobile à la défense. Le Centre technique des industries mécaniques (Cetim) a inauguré un nouvel équipement vibratoire doté de forces de sollicitations jusqu’à 160 kN, des charges de 2 tonnes, des mesures sur 72 voies et la réalisation de plusieurs essais en simultané. Les objectifs sont d’offrir de multiples configurations d’essais nécessaires à la caractérisation dynamique des pièces et à la validation de leur durée de vie, et de répondre aux besoins des entreprises des secteurs de l’aéronautique, de l’automobile, du ferroviaire, de l’armement, des équipements agricoles, des travaux publics ou encore de l’énergie. Ce nouveau vibrateur électrodynamique LDS V984 est capable de gérer des forces de sollicitations jusqu’à 160 kN. Il réalise des essais sur des ensembles pesant jusqu’à 2 000 Kg, dans une gamme de fréquence d’essais de 5 à 2 000 Hz. Les excitations (sinus, aléatoire, sinus du bruit, choc, SRC, temporel, etc.) sont pilotées et peuvent être combinées avec des cycles de températures dans une amplitude de -50° C à +160° C. Les mesures, qui comprennent tout type de grandeurs physiques, peuvent être pilotées et enregistrées sur 72 voies en simultané. Une performance qui facilite évidemment la réalisation d’essais sur plusieurs pièces en même temps. Par ailleurs, les essais réalisés peuvent aussi être effectués sur des composants en fonctionnement via des actionneurs électriques, pneumatiques ou autre. Exemples d’applications Ces caractéristiques ont déjà séduit certains industriels que ce soit pour vérifier le bon fonctionnement de servocommandes en opération, la fiabilité de capteurs installés sur les moteurs thermiques automobiles ou la résistance de batteries soumises à de fortes sollicitations. « L’intérêt de ces essais, indique Mathieu Lassalas, responsable des essais au sein du Cetim, est de voir si, au-delà de la durée de vie du produit, sa fonction principale est toujours assurée. » Dans ce cadre, le Cetim assure la conception des essais ainsi que le dépouillement et l’interprétation des centaines de données qui sont récupérées. « Nous réalisons les essais selon les normes en vigueur, mais nous sommes aussi capables de proposer à nos clients des profils vibratoires personnalisés. Cette démarche consiste à prendre en compte la fatigue des composants soumis à un environnement vibratoire spécifique. Nous assurons aussi la conception des interfaces de fixation sur le vibrateur qui doivent être le plus neutre possible pour ne pas influencer les résultats des essais. » Une soufflerie entièrement automatisée Confrontée à des exigences fortes en termes de rentabilité, de fiabilité, de précision, de vitesse des contrôles associés au tapis et aux hélices, la célèbre maison de design automobile Pininfarina a choisi d’automatiser sa soufflerie. Des aspects particulièrement critiques, au vue de la nature de cette soufflerie d’excellence, dans laquelle l’air s’écoule le long d’un circuit divisé en deux sections : une section interne au tunnel et une section extérieure. Dans la section extérieure, l’air est repoussé par treize ventilateurs vers l’intérieur de la salle. Il s’écoule sur l’objet soumis au test avant d’être aspiré par une énorme hélice au fond de la salle et ainsi de suite. La vitesse maximale de l’air dans la soufflerie s’élève alors à 250 Km/h. E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OVEMBRE, D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 1 2