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Les capteurs In-Sight® de Cognex contrôlent la qualité des soudures laser chez Renault - Sandouville

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Rueil-Malmaison, le 28 Avril 2005 –

Cognex Corporation (NASDAQ : CGNX), premier fournisseur mondial de systèmes de vision, capteurs et lecteurs de codes, présente un exemple d’application de la vision industrielle dans l’industrie automobile. Mise en oeuvre à l’Usine Renault de Sandouville, cette application porte sur le contrôle de soudure laser dont les imperfections pouvaient conduire parfois jusqu’à envoyer un véhicule assemblé ... au rebut. Un exemple de ce que la vision industrielle permet d’obtenir en matière d’efficacité.



L’usine RENAULT LHA est implantée en Haute Normandie, sur la commune de Sandouville et plus particulièrement sur la zone industrielle portuaire du Havre (département de la Seine-Maritime). Cette importante unité de carrosserie-montage est spécialisée dans la fabrication des véhicules haut de gamme : Laguna Berline et Break, Vel Satis et Espace IV. Principale plate-forme de production de Renault pour ce type de véhicules, elle occupe une superficie totale de 152 hectares, dont 60 ha de surface bâtie, et emploie près de 6000 personnes.

 

Le site compte quatre départements de fabrication : emboutissage, tôlerie, peinture, montage, et huit départements et services assurant des fonctions supports. La capacité de production est de 1900 véhicules par jour. L'usine de Sandouville a été le premier site de carrosserie - montage du groupe Renault à être certifié selon le référentiel ISO 14001* en décembre 1998.

 

L’application de vision présentée ci-dessous a été mise en oeuvre dans l’atelier d’emboutissage. Cet atelier produit les pièces de tôle constitutives de la caisse des véhicules. Il comprend principalement des lignes de découpes, des postes d’assemblage et de soudage des tôles et des presses d’emboutissage qui forment les divers éléments de la carrosserie. L’atelier d’emboutissage alimente l’atelier de tôlerie qui effectue l’assemblage des différentes parties de la caisse. Celle-ci passe ensuite à l’atelier de peinture avant assemblage final.

 

Plus précisément, le poste de vision installé est destiné au contrôle des côtés de caisse – droit et gauche - des véhicules Laguna Berline et Laguna Break. Le même poste est donc capable de contrôler quatre pièces différentes.

Chaque côté de caisse est constitué de deux parties qui ont été assemblées par soudage laser. C’est au niveau de la soudure qu’apparaissent les défauts qu’il faut détecter. Lorsque les différentes opérations d’emboutissage – qui donnent leur forme à la pièce – sont réalisées, des casses franches ou partielles peuvent se produire. Les pièces étant rangées manuellement en bout de ligne par des opérateurs, il est facile de voir et d’intercepter celles présentant de tels défauts.

 

Il en est autrement lorsque les défauts sont des petits trous, dont certains peuvent mesurer moins de 3/10èmes de millimètres, qui se forment le long du cordon de soudure. Si la présence de ces trous n’est pas détectée en sortie de ligne, et si la pièce en cause n’est pas éliminée, des casses peuvent se produire durant le formage, occasionnant de nombreux problèmes fortement préjudiciables à la productivité de la chaîne. Parfois, des trous minuscules suffisent à donner un aspect inesthétique à la carrosserie une fois la peinture effectuée.

Lorsque ces défauts ne sont pas détectés avant que le véhicule soit assemblé, les conséquences sont financièrement très lourdes car il est très difficile de réparer, ... et il n’y a parfois pas d’autre remède que de mettre le châssis au rebut.

 

La vérification de la soudure était antérieurement effectuée par plusieurs agents, qui devaient se livrer à la manipulation de pièces de taille et de poids considérable : les côtés de caisse mesurent environ 3,4 mètres de longueur sur 1,6 mètre de largeur et pèsent près de 30 kg. Pour effectuer l’opération, ils plaçaient une source de lumière d’un coté de la pièce et vérifiaient de l’autre coté que la lumière ne traversait pas, laissant apparaître des manques de matière. Cette forme de contrôle, même quand elle s’exerce de façon optimale, ne permet pas d’éliminer des trous de très faible diamètre.

 

De nombreuses pièces défectueuses passant à travers ces contrôles, il fallait trouver une solution capable rapidement de mettre un terme à cette situation en assurant en continu le contrôle fiable des bas de caisses.

 

A Renault Sandouville, Patrice Dumont est Responsable d’Affaires Automatisme. Il fait partie du Service DIVD Emboutissage (Direction de l’Ingénierie Véhicules Décentralisée), rattaché au Technocentre Renault de Saint Quentin en Yvelines.

 

Patrice Dumont a eu l’occasion d’assister quelque temps auparavant à une présentation de la société Cognex, spécialisée dans la vision industrielle. Il a retenu que ces systèmes, très répandus dans l’industrie où ils se substituent avantageusement aux autres procédés de contrôle, pouvaient solutionner le problème. Ils contribuent à réduire la pénibilité de certaines tâches jusque là effectuées par des opérateurs. N’étant pas affectés par la fatigue comme peut l’être l’œil humain, ils fonctionnent en continu en garantissant la qualité et améliorant la productivité.

 

Patrice Dumont décide d’évaluer une solution à base de systèmes de vision industrielle et l’un des fournisseurs intégrateurs habituels de l’Usine Renault de Sandouville est sollicité. Il est nécessaire avant tout de s’assurer que ce type de contrôle peut être effectué convenablement avec un système de vision et un prototype doit être réalisé rapidement pour ce premier test.

Plusieurs fabricants de systèmes de vision sont sollicités. C’est Cognex qui réagira le plus vite et ce sont les capteurs de vision de la famille In-Sight® de Cognex qui seront utilisés pour l’opération.

 

C’est en juillet 2002 que le prototype est expérimenté. Les essais s’avèrent très probants : les tests effectués sont bons à 100%. Les capteurs de vision In-Sight de Cognex ont reconnu et signalé tous les défauts. Un cahier des charges est établi et un premier banc de contrôle est commandé. Il spécifie que le système devra être capable de détecter des trous de 3/10ème de millimètre de diamètre. Dans la réalité, le système démontrera qu’il peut aller en dessous.

 

Le premier banc est mis en service vers la mi-2003. Un second banc, de dimensions plus petites, sera commandé par la suite pour contrôler, sur une autre ligne, les longerons de plusieurs véhicules (Laguna, Vel Satis, Espace). Chaque banc comportera 4 capteurs de vision In-Sight de Cognex.

Le banc de contrôle des côtés de caisses


 

Le premier poste est un bâti métallique d’environ 5 mètres de longueur sur 2 m de largeur, pesant 5 tonnes, disposant d’un plateau de 5 cm d’épaisseur portant les structures sur lesquelles seront posées les pièces à vérifier et un dispositif de rétro-éclairage à diodes électroluminescentes. Le banc de contrôle est mis en place par un pont en bout de ligne d’emboutissage chaque fois qu’est lancée la fabrication des bas de caisse de Laguna.

 

Quatre caméras In-Sight 1000 de Cognex, placée chacune dans un boîtier de protection, sont positionnées en hauteur, au-dessus du plateau, sur la potence transversale. Un écran de contrôle est fixé sur un coté du banc, dans une armoire où est installé également le système de commande. A l’autre extrémité est intégré un système de marquage des pièces défectueuses.

 

Les pièces à contrôler - côtés de caisse - mesurent environ 3,4 mètres de longueur sur 1.6 mètre de largeur et pèsent près de 30 kg. Elles sont posées par un robot sur les supports du banc prévus à cet effet. Il y a deux endroits à contrôler. Les zones visées mesurent approximativement 10 centimètres de longueur sur 5 centimètres de largeur, avec un recouvrement. Deux des caméras sont inclinées à 45 °, la pièce formant un U sur la partie soudée.

 

Les caméras sont capables de détecter des niveaux de lumière très faibles provenant du dispositif de rétro-éclairage et passant au travers d’éventuels trous dont certains ne font qu’un dixième de millimètre de diamètre.

 

Si la pièce est déclarée bonne, une information est affichée sur l’écran de contrôle. Si la pièce est défectueuse, elle est signalée sur l’écran, une verrine en bout de ligne s’allume (rouge) à chaque défaut, et surtout, elle fait l’objet d’une marquage par un jet d’encre interdisant son utilisation.

 

La rapidité d’exécution du contrôle en ligne était une condition déterminante du projet : toutes les opérations – mise en place de la pièce, saisie et analyse de l’image, détection et marquage ne devaient en aucun cas ralentir la cadence de production. Les systèmes Cognex ont fait, à ce stade, la preuve de leurs performances : la cadence de contrôle spécifiée par le cahier de charges était de 900 pièces par heure ;  la cadence actuelle de production est de 420 pièces par heure pour les côtés de caisses et de 850 pièces par heure pour les longerons.

 

Le système est raccordé à un PC équipé d’un disque dur prévu pour sauvegarder sur une année les photos des défauts détectés. Cette procédure permet l’analyse ultérieure des problèmes rencontrés ; elle contribue à assurer la traçabilité des pièces et le suivi des différentes équipes (jours, heures, caméras1.2,...).

 

Simplicité de mise en oeuvre


 

Le but de ce projet était de trouver une méthode et un système pour automatiser le contrôle des soudures. Le principe du contrôle repose sur le rétro-éclairage de la partie à inspecter. Le recours à une caméra pour observer si des rais de lumière traversent la zone soudée relevait de la logique. Toutefois, pour « industrialiser » la solution, il restait plusieurs points à vérifier : tout d’abord que les outils de traitement des images acquises étaient suffisamment performants – c’est-à-dire précis et fiables - pour reconnaître tous les types de défauts - y compris ceux difficiles à détecter à l’œil nu - et assurer un contrôle à 100% sans pénaliser le rythme de la production.

 

« Il a fallu apprendre au système quels étaient les défauts à identifier » déclare Patrice Dumont. « Cela s’est fait progressivement, en même temps que nous familiarisions avec le système. Une fois que le système à mémorisé le type de défaut, le taux de reconnaissance a été de 99,99 %, précise Patrice Dumont. »

 

Le principal souci qu’il a fallu surmonter concerne l’éclairage ambiant. Du fait de l’éclairage existant dans l’atelier, de la disposition de lieux  (présence de surfaces vitrées) et de l’orientation, des reflets sur les pièces venaient par moments perturber les opérations en introduisant des défauts ... qui n’existaient pas. La pose de rideaux en bout de ligne a résolu ce problème.

 

Au bilan, les contrôles de soudure sont désormais effectués de façon fiable sur la totalité de la production (côtés de caisse et des longerons). Avec le taux de reconnaissance de défauts obtenu, les pièces défectueuses sont identifiées très rapidement et éliminées en sortie de la chaîne d’emboutissage. « Fini le temps où des caisses entières devaient être mis au rebut » déclare Patrice Dumont. «Les économies réalisées à ce stade justifient à elles seules pleinement l’investissement. Le fait que le poste de contrôle par vision soit commun à quatre pièces contribue également à accroître sa rentabilité.»

Cette méthode de contrôle de soudure à l’aide d’outils de vision industrielle intéresse d’autres centres et est susceptible d’être généralisée. Un brevet a été déposé couvrant le principe utilisé.

Informations sur Cognex


 

Fondée en 1981 par des experts en intelligence artificielle, Cognex conçoit, fabrique et commercialise des systèmes de vision utilisés dans l’automatisation de nombreux procédés manufacturiers. Ces systèmes, reconnus pour leur performance, leur fiabilité et leur simplicité d’utilisation, répondent aux besoins de tous les secteurs de l’industrie : automobile, aérospatial, médical, pharmaceutique, agroalimentaire, emballage, biens de consommation, …

 

La Division Systèmes de Vision Modulaires de Cognex, basée à Natick, Massachusetts, est spécialisée dans les systèmes de vision utilisés pour automatiser la fabrication en continu de produits tels que papier, métal, plastique, non tissé… et pour en contrôler la qualité.

 

La Division des Systèmes d’Inspection de Surface (SISD), dont le siège est à Alameda, Californie, est spécialisée dans les systèmes d’inspection des processus continus, utilisés pour l’inspection des surfaces de produits comme les métaux, les papiers, les plastiques.

 

Leader mondial de la vision industrielle, Cognex présente la particularité de se consacrer exclusivement à ce domaine. A l’origine de nombreuses innovations, qui ont contribué à la maturité de la vision industrielle, les technologies et les systèmes Cognex sont des produits de référence pour les industriels. Plus de 225 000 systèmes, contrôlant plus d'un milliard de produits par jour, ont déjà été livrés par Cognex à ses clients.

 

Cognex est une société hautement innovante : elle détient 150 brevets d’invention en vision industrielle et plus de 130 autres sont en cours d’enregistrement.

 

Cognex est présent dans le monde entier : Amérique du Nord, Japon, Asie du Sud-Est et Europe. La société emploie 650 personnes dont 250 en Recherche et Développement. Le chiffre d’affaires 2004 a dépassé 201 millions de dollars, en augmentation de 35% par rapport à 2003. Le budget consacré à la Recherche et au Développement s’est élevé à 27 millions de dollars. Le chiffre d’affaires cumulé depuis le début de l’activité de la société a atteint 1,6 milliards de dollars.

 

COGNEX EUROPE West


Cognex Europe West regroupe la France, le Royaume-Uni, l’Irlande, la Suisse, l’Italie, l’Espagne, le Portugal, la Grèce et Israël. Basée à Rueil-Malmaison, où se trouve le siège européen, cette filiale est sous la direction de Didier Lacroix.

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