Automatiser l’assemblage précis de grandes structures grâce à l’asservissement continu

Les enjeux industriels des projets HAPPY & HAPPY 2

Les évolutions rapides du marché et la demande de produits personnalisés imposent davantage de flexibilité aux moyens de production. Dans l’aéronautique, les lignes d’assemblage doivent pouvoir s’adapter aux cadences et aux variantes tout en limitant les contraintes liées aux moyens lourds et aux outillages fixes.

• offrir une flexibilité vis-à-vis des cadences et des variantes de produits ;
• réduire le recours intensif aux ponts roulants, identifiés comme des goulots d’étranglement dans les ateliers d’assemblage aéronautique ;
• supprimer le recours à des outillages ancrés au sol ;
• prendre en compte la flexibilité, les efforts et les déformations des pièces et des outillages pendant l’assemblage ;
• automatiser avec précision la manipulation et le positionnement de pièces lourdes ;
• tester la technologie sur des interfaces multiples et sur des cas d’usage aéronautiques et navals plus complexes.

Dans le naval de défense, l’asservissement continu constitue également une opportunité pour standardiser les méthodes de production, mettre en référence horizontalement deux éléments de grande dimension et supprimer une opération de retournement après pointage.

Les technologies développées pour l'assemblage automatisé

Les deux projets ont développé puis enrichi une architecture d’assemblage fondée sur des positionneurs mobiles, des lois de commande et plusieurs moyens de mesure.

• développement d’une loi de commande compensant la flexibilité des pièces et des outillages à partir de mesures locales en continu ;
• utilisation de caméras pour le cas d’usage tenon / chape ;
• utilisation de profilomètres laser pour le cas de jonction orbitale ;
• adaptation de la loi de commande au pilotage du dévrillage d’une pièce à partir d’un moyen de métrologie globale ;
• prise en compte des efforts et des déformations afin d’optimiser la commande ou de contrôler l’état des pièces en sortie ;
• asservissement simultané sur plusieurs interfaces ;
• combinaison de capteurs, notamment des profilomètres, des caméras et des capteurs à courants de Foucault ;
• suppression des marqueurs sur les pièces et détection d’alésages plus petits ou d’autres primitives géométriques remarquables ;
• comparaison de méthodes de détection de plans et de cercles en 3D avec un système stéréo et GPU, ainsi qu’un suivi 3D fondé sur des modèles ;
• développement d’un asservissement visuel avec gestion de priorités pour aligner un alésage au travers d’un autre dans le cas d’usage voilure ;
• développement d’un algorithme de traitement des données de profilomètres pour assister l’opérateur lors de l’accostage de viroles.

Les résultats du projet & impacts industriels

HAPPY a validé le principe de l’asservissement continu sur deux cas d’usage aéronautiques. Le démonstrateur a ensuite été transféré sur le site d’Airbus Atlantic à Montoir-de-Bretagne pour une évaluation des performances en conditions réelles.

• mise au point d’une solution légère et modulable, compatible avec les exigences de « clean shopfloor » de l’aéronautique ;
• temps d’assemblage annoncés environ dix fois plus rapides que ceux pratiqués dans l’industrie aéronautique ;
• validation expérimentale de la minimisation des efforts pendant le dévrillage, avant et pendant l’assemblage ;
• mise au point d’une solution d’asservissement visuel sans marqueurs pour la jonction tenons / chapes ;
• développement d’une solution d’alignement d’alésages pour le cas d’usage voilure ;
• développement d’un traitement des données de profilomètres pour l’accostage de viroles avec assistance à l’opérateur.

Les résultats finaux de HAPPY2 sont présentés comme prometteurs et permettent d’envisager des applications sur plusieurs briques technologiques : asservissement simultané sur plusieurs interfaces, combinaison de capteurs divers et détection de primitives géométriques plus petites ou différentes.