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Petit outil, grandes possibilités

Il n'y a pas de doute que Henry Ford a révolutionné l'industrie de fabrication; après tout, c'est la Ford Motor Company qui a construit les premières automobiles produites en série sur une chaîne de montage. Près de cent ans après la première Ford T, les constructeurs automobiles modernes font encore face à plusieurs défis en termes de conception et de production.

Perceptron (Plymouth, Michigan) comprend la demande de l'industrie automobile d'aujourd'hui. Fondée en 1981, l'entreprise est une pionnière dans le domaine de la vision industrielle, et a développé nombre d'innovations techniques utilisées par les plus grands fabricants automobiles du monde. Un exemple, le ScanWorks®, est un outil polyvalent de numérisation tridimensionnelle mis sur le marché en 2000. Un bras mécanique équipé d'un V4i Sensor avec un laser personnalisé, une caméra et des contrôles électroniques, le tout accompagné d'un ordinateur industriel standard, ScanWorks® simplifie la rétro-ingénierie, la comparaison de points tridimensionnels en CAO, la visualisation tridimensionnelle, ainsi que les applications d'inspection.

" Les humains vivent dans un monde physique, un monde tridimensionnel, " affirme Rhex Edwards, directeur des ventes et du marketing, Technology Components Group. " Mais les ordinateurs existent en deux dimensions. " Traduire une vision humaine dans le système à deux dimensions d'un ordinateur cause des maux de tête aux ingénieurs et programmeurs depuis le début de l'informatique; les algorithmes qui génèrent des données tridimensionnelles utilisent beaucoup de ressources de traitement. La visualisation tridimensionnelle est devenue plus accessible depuis la venue de puces de traitement puissantes; la technologie d'aujourd'hui permet aux ordinateurs de " fonctionner " en système tridimensionnel. " De plus, l'habileté à rassembler des données et les partager instantanément avec des collègues et des fournisseurs dans le monde augmente la communication d'une manière inimaginable depuis déjà plusieurs années, " ajoute M. Edwards. Une meilleure communication veut dire moins de questions lorsqu'il y a un problème; toutes les personnes impliquées ont la même information dans l'image tridimensionnelle - information qui peut être partagée par tous les secteurs de l'ingénierie au besoin.

Outil tout-en-un

" ScanWorks® est conçu comme un sous-système complet, " explique Mike Morris, gestionnaire du développement de produit pour ScanWorks®. " Ce qui inclut tous le matériel et les logiciels nécessaires pour ramasser les données et les préparer pour l'utilisation des clients. "

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Le 4Sight M de Matrox contrôle la camera et accompli les opérations de traitement d'image.

En utilisant la triangulation, les capteurs de ScanWorks® de Perceptron capturent le profil généré par l'intersection d'un plan laser projeté avec la topographie de la cible. Contrôlée par un ordinateur industriel Matrox 4Sight-M, la caméra acquiert les images de la réflexion du faisceau. L'ordinateur Matrox 4Sight M effectue alors un nombre d'opérations de traitement d'image et de transformations géométriques pour créer un flux de données brutes. Ce flux de données est constitué de plusieurs milliers de points individuels par seconde et est transféré par un câble Ethernet standard à l'ordinateur de l'utilisateur pour l'afficher en direct ou pour des traitements ultérieurs. Un technicien utilise un bras mécanique, équipé du capteur ScanWorks, afin d'obtenir le profil de chaque surface de l'objet. Le logiciel ScanWorks fusionne les données (possiblement plusieurs millions de points) afin de produire une topographie précise numérique tridimensionnelle de l'élément.

Le logiciel de ScanWorks® traite les données selon les caractéristiques de l'utilisateur, et le résultat est une image de points tridimensionnels qui peut être utilisée pour la rétro-ingénierie, le prototypage ou l'inspection. La plupart des clients directs de Perceptron sont des fabricants d'automobiles ou fabricants de composantes d'automobiles. ScanWorks® est donc l'outil de choix pour une myriade d'applications d'assemblage, de conception et de production automobile. En réalité, un client a résolu une faille de conception dans un élément de plastique ornemental pour le panneau de carrosserie d'une automobile. Après avoir numérisé l'élément et l'avoir comparé au dessin CAO original, le client a jugé que l'élément avait été fabriqué correctement. Une enquête approfondie a démontré que les éléments étaient tièdes lorsqu'il était placé dans le fardage d'expédition. " ScanWorks® a aidé le client à retracer le problème aux procédures de transport et manutention, " rappelle M. Edwards. " Ceci a empêché un problème possiblement coûteux de remaniement d'outil. " Dans une application de prototypage et de conception, un ingénieur en conception moule un panneau de carrosserie pour un nouveau modèle avec des courbes complexes dans de l'argile. " Avec l'image de points tridimensionnels générée par ScanWorks®, les algorithmes peuvent résoudre l'équation d'une courbe en une fraction du temps requis par un développeur, " explique M. Morris.

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Une pièce est scannée par le capteur.

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Composantes personnalisées

à l'exception de l'ordinateur Matrox 4Sight M, toutes les composantes du ScanWorks® V4i Sensor sont fabriquées pour Perceptron : la caméra, la lentille, le laser et les contrôles électroniques. Le capteur V4i projette un faisceau optique précis de 24 micromètres à 2 sigma. La caméra acquiert les données d'image à un taux de 456 000 points/seconde. La portabilité est importante pour ScanWorks®, et M. Morris mentionne que la plateforme compacte de l'ordinateur Matrox 4Sight M répond bien aux exigences de performance de Perceptron. Le logiciel ScanWorks® a aussi été conçu à l'interne. " Perceptron est dans le domaine de la vision machine depuis 25 ans, nous avons seulement converti notre algorithme pour la plateforme matérielle du Matrox [4Sight M], " dit M. Morris.

Faire la connexion

à la conception de ScanWorks®, l'équipe d'ingénierie de Perceptron s'est concentrée sur leur plus important objectif de conception : créer un équipement portable qui pourrait être calibré rapidement avec un minimum d'outils additionnels; les clients ont besoin de le transporter sur le lieu de travail avec un délai minime. Le résultat étant que les ingénieurs ont fait face à plusieurs défis dans le domaine de l'intégration, mentionne M. Edwards. " Nous devions réunir le laser, la caméra, la lentille et les montures pour atteindre nos buts de performance. " Et atteindre les caractéristiques de précision dans la catégorie des micromètres n'était pas un petit défi d'ingénierie. M. Edwards mentionne que les ingénieurs ont persévéré, et ont développé non seulement un produit, mais un groupe de produit ScanWorks® qui traite les différentes situations rencontrées par les clients de Perceptron. " Le résultat est que nos clients ont plus de choix, moins d'éléments et une solution plus robuste" ajoute-t-il.

Gérer les tâches de traitement d'image a aussi présenté des défis de développement. En raison du grand nombre de données que le capteur peut générer, M. Morris a correctement prédit le besoin de décharger les tâches de traitement d'image de l'ordinateur de l'utilisateur. " Le volume de données dont nous avons besoin peut inonder tout CPU " dit M. Morris. " Lors de nos phases de développement, nous avons utilisé la caméra et le laser à leur limite, et nous avons regardé combien de cycles CPU notre algorithme utilisait. " Donc, ScanWorks® utilise un ordinateur Matrox 4Sight-M dédié pour le plus de traitement d'image possible. Pour augmenter les capacités de traitement de données, l'équipe de M. Morris a opté pour un protocole de transfert Ethernet dédié de 10/100. Ils ont optimisé les paramètres du réseau et un modèle de priorité pour que les résultats passent rapidement à l'ordinateur de l'utilisateur. En raison du grand nombre de données fournies par ScanWorks®, les utilisateurs doivent utiliser des ordinateurs haut de gamme.

Aujourd'hui et demain

Les solutions ScanWorks® fournissent de la portabilité, de la flexibilité et de la précision pour presque toutes les activités d'ingénierie dans lesquelles l'information sur la forme et la grandeur de l'objet est importante. En ramassant ces données rapidement à la source, elles peuvent être utilisées pour prendre des décisions éclairées concernant le produit, les outils ou les procédés qui créent les produits. Ce qui se traduit en des économies de temps et d'argent, tout en réduisant les risques d'ensemble associés à des données ou des renseignements inadéquats. Et c'est une solution rentable aussi, puisqu'un système peut être mis à jour par logiciel pour effectuer plusieurs fonctions différentes. Des fabricants automobiles de renommée mondiale tels que Audi, BMW, Ford, GM, Mercedes-Benz, Toyota et Volkswagen le savent trop bien, ce qui fait de Perceptron un des plus grands clients pour les fournisseurs de laser, de caméras et de matériel de traitement dans leur créneau commercial respectif.

Les images sont une gracieuseté de Perceptron.

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