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L'intégration de la robotique et de la vision artificielle

Luc Vanden-Abeele, ing. - CRIQ
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Depuis quelques années, le prix des robots industriels diminue significativement, rendant cette technologie plus intéressante que jamais pour les PME. Par contre, pour certaines applications où plusieurs pièces différentes sont fabriquées en petits lots, les composants périphériques, comme les gabarits, peuvent accroître significativement le prix de la cellule robotisée et, ainsi, compromettre la rentabilité financière du projet.

Traditionnellement, les pièces devaient être chargées dans la cellule robotisée de telle manière que leur position et leur orientation soient identiques d'une pièce à l'autre. Afin d'arriver à ce résultat, il était souvent requis de concevoir des mécanismes complexes et coûteux. Avec l'intégration de la vision artificielle à la robotique, tout ceci n'est plus requis. Aujourd'hui, plusieurs fabricants de robots industriels offrent des solutions intégrant la vision artificielle afin de guider le robot pour prendre une pièce positionnée de façon aléatoire sur un convoyeur ou dans une boîte. Le système de vision artificielle détermine la position et l'orientation de la pièce et fournit cette information au robot. Par la suite, le robot ajuste sa trajectoire pour prendre la pièce et peut, ensuite, la placer de façon précise dans une machine-outil ou un gabarit ou sur un autre convoyeur. Les fabricants de robots comme FANUC LTD, ABB, etc. offrent ces solutions intégrées. Il est facile de déterminer les paramètres de la vision par l'interface opérateur, et ce, sans programmation, car les systèmes sont intégrés. Selon le type de pièce et l'application désirée, la vision 2D ou 3D ou une combinaison des deux peuvent être utilisées.

Lorsqu'une entreprise désire effectuer des opérations de perçage, d'ébavurage, de soudage, etc. sur une variété de pièces, un gabarit spécifique pour chaque pièce devait être conçu et fabriqué. Les coûts reliés à la conception, à la fabrication et à l'entretien de ces gabarits étaient souvent très importants et rendaient le projet de robotisation non rentable pour les PME fabriquant une multitude de pièces en petits lots. Avec les dernières innovations en vision artificielle intégrées à la robotique, toute cette complexité peut maintenant être évitée. Aujourd'hui, les pièces peuvent être simplement prises en vrac dans une boîte ou sur une palette. Le système de vision artificielle peut reconnaître la pièce, déterminer sa position et son orientation afin de permettre au robot de la prendre. Par la suite, le robot peut alimenter une machine-outil CNC, charger la pièce dans un gabarit flexible ou, simplement, la conserver. Dans ces deux derniers cas, un autre robot peut, par la suite, effectuer du soudage, de l'ébavurage, etc. pendant que le gabarit flexible ou le robot tient solidement la pièce. Avec cette approche, il n'est plus nécessaire de fabriquer une multitude de gabarits pour les différentes pièces. En simplifiant grandement la cellule robotisée, cette approche permet de réduire sensiblement les coûts.

Deux exemples :

Ci-dessous est illustrée la cellule que FANUC LTD nomme « Mini Robot Cell ». Elle intègre trois robots, un système de vision artificielle et deux centres d'usinage CNC. Les étapes sont les suivantes :

  • Un premier robot prend une pièce placée de façon aléatoire dans une caisse en utilisant des systèmes de vision 2D et 3D intégrés dans l'outil de préhension;
  • Ce premier robot dépose la pièce sur un support;
  • Un système de vision fixe détermine de façon plus précise la position et l'orientation de la pièce;
  • Le premier robot reprend la pièce afin de la positionner de façon prédéterminée sur le support;
  • Un deuxième robot, installé sur un rail, prend la pièce et la place dans un des deux centres d'usinage;
  • Lorsque l'usinage est complété, le deuxième robot sort la pièce du centre d'usinage et la place sur un support pour le troisième robot;
  • Le troisième robot prend la pièce et effectue des opérations d'ébavurage et de nettoyage;
  • Une fois terminé, le troisième robot dépose la pièce sur un cabaret;
  • Lorsque le cabaret est rempli, il sort automatiquement de la cellule grâce à un convoyeur.

Sans l'intégration d'un système de vision artificielle, les pièces devraient être alimentées de façon ordonnée à la cellule robotisée, nécessitant ainsi beaucoup de manipulation en amont. Avec cette configuration, une nouvelle caisse de pièces peut être chargée automatiquement, permettant à la cellule de fonctionner de façon continue et autonome pendant de nombreuses heures.

Source :  Photo fournie par FANUC LTD (site Internet)

Un autre exemple est un système flexible de soudage par points. Cette cellule intègre deux robots, un gabarit flexible et un système de vision. Il fonctionne de la façon suivante :

  • utilisant un système de vision artificielle intégré à l'outil de préhension, un premier robot identifie la pièce chargée dans la cellule;
  • selon le type de la pièce, le robot la prend pendant que le gabarit flexible se configure pour l'accepter et pour que le robot la dépose dans ce gabarit;
  • un deuxième robot effectue l'opération de soudage par points;
  • une fois la pièce complétée, le premier robot la retire du gabarit et prend une nouvelle pièce.

Auparavant, chaque pièce nécessitait un gabarit différent et il fallait donc continuellement charger et décharger les gabarits selon les pièces à souder. La fabrication de tous ces gabarits était coûteuse et prenait beaucoup d'espace de plancher. En combinant la vision artificielle et un gabarit flexible, il est possible de réaliser les mêmes tâches avec beaucoup moins d'équipements.

Conclusion

Les dernières technologies de vision artificielle 2D et 3D simplifient grandement l'intégration de cellules robotisées pour les PME manufacturières qui fabriquent une grande variété de pièces à petits lots. Étant donné qu'il y a nettement moins de gabarits et de quincaillerie, le prix de la cellule est plus intéressant. De plus, avec cette approche, il est facile d'intégrer des changements de pièces à fabriquer grâce à la flexibilité accrue. Souvent, seules des modifications dans la programmation sont requises. Il en résulte une cellule robotisée qui peut facilement évoluer avec la production de la PME.

 

Article mis en ligne le 7 novembre 2007