Auteur : Olivier LEHMANN, Besançon, France, Réalisé lors du 6ème Atelier Microtechniques & Innovation de Minnovarc, les 29 et 30 mai 2013, La Chaux-de-Fonds, Suisse Plus d'infos sur www.minnovarc.fr

1. La robotique et les microtechniques par l’exemple
Olivier LEHMANN// Mai 2013

2. Soudage laser de lunettes
Soudage laser de lunettes

3. Objectifs
 Souder toutes lunettes complètes
− 7 composants
− Cordons
− sur des surfaces complexes
− en face avant et arrière
− 50 lunettes/heure
 Intégration dans une entreprise sans compétence roboticienne
Soudage laser de lunettes

4. Pré-acquis
 Simulation robotique des trajectoires
− Validation temps de cycle : <60s
− Validation atteignabilité
 Soudage de tels composants déjà réalisé manuellement
Soudage laser de lunettes

5. Contraintes
 Maintenir les composants en relation pour le soudage
− Conception d’un posage « universel »
 Souder des petites séries
− Changement rapide de série
− Programmation des trajectoires en hors-ligne
Soudage laser de lunettes

6. Principe de la cellule
Soudage laser de lunettes
ROBOT
Chargement des composants
Déchargement de la lunette
OPERATEUR
Soudage des composants
Opérations en temps masqué
Rappel : 50 lunettes/heure

7. Changement de série
Soudage laser de lunettes
 Programmation et réglage du posage
hors ligne
 Recalage des trajectoires le plus court possible
Rappel :
Petite série

8. Programmation hors ligne
Soudage laser de lunettes
 Pas de plan CAO
 Géométrie des composants mal maitrisée
 Scannage des trajectoires réelles(bras de mesure)
•Trajectoires réalisées
•Par un spécialiste process (non roboticien)
•Pièces réèlles (Intégration des aléas de fabrication)

9. Programmation hors ligne
Soudage laser de lunettes
 Principe
Origine
X
Y
Z
Trajectoire
Référentiel
pièce
Transformée outil
Robot
Référentiel robot
Trajectoire
Interface
Transformer les points appris
par le bras en point
compréhensible par le robot
6 axes (X,Y,Z,RZ,RX,RZ) vers
(X,Y,Z,RZ,RY,RZ)
Bras de mesure
Apprendre la trajectoire
En position et orientation
6 axes (X,Y,Z, RZ,RX,RZ)
Cellule robotisée
Exécuter la trajectoire

10. Programmation hors ligne
Soudage laser de lunettes
 Modèle robot implanté
− Connaissance directe des points atteignables
− Et de l’approche et du départ
− Optimisation des postures robots
− Optimise la précision du robot
− Limitation des axes
− Evite la casse de la fibre
− Par enroulage
− Par passage de la fibre sous le bras du robot

11. Résultat
Soudage laser de lunettes

12. Insertion automatisée d’un fil dans une
aiguille de petite dimension

13. Objectif
 Démontrer la faisabilité d’insérer automatiquement un fil de 0.02mm
dans une aiguille ayant un perçage de 0.05mm
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Perçage
coaxial

14. Contraintes
 Position du fil totalement aléatoire dans l’espace
 Très petite dimension des éléments
− Aiguille de chirurgie oculaire ou plastique
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

15. Etat de l’art
 Similaire à l’insertion de fibre optique
− Quelques solutions existent
− 2 manipulateurs à plusieurs ddl
− un à mouvement « grossier »
− un à mouvement « fin »
− Un système de vision mono ou bi caméra
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

16. Solution retenue
 Robot 6 axes standard (pour les essais)
 Vision stéréoscopique de précision
− 2 caméras haute définition
− objectifs à grand zoom
− Un pixel=5µm
 Retro-éclairage
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

17. Vision stéréoscopique
 2 caméras positionnées à ~90
− Permet de facilement travailler au centre
− Volume visible plus important et plus cohérent
 Volume de travail : 10mm de côté
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

18. Vision stéréoscopique
 Calibration
− Méthode classique à mire non compatible avec les dimensions
− Aucune mire n’existe à
cette dimension
− Difficulté de la voir des
2 caméras
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

19. Vision stéréoscopique
 Calibration
− Mise au point d’une méthode
spécifique
− Utilisation d’une sphère de
métrologie (rubis)
− Utilisation d’une table
micrométrique XYZ
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

20. Vision stéréoscopique
 Calibration
− Identification même en zone floue
d’une sphère
− Autant de mesure que l’on veut
− Précision de la table micrométrique
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

21. Vision stéréoscopique
 Calibration
− Calibration 2D très précise
<0.01mm
− Bonne calibration 3D
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

22. Les essais
 Séquence du robot
− Alignement grossier du fil et de
l’aiguille dans la zone de vision
− Rapprochement
− Alignement fin
− Recalage fin et insertion
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
Prise de vues 1
Prise de vues 2
Prise de vues 3

23. Les essais
 Mouvement à la limite du robot
− Stick-slip
− Quasiment au pas mini des codeur
 Rigidité mécanique des caméras
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

24. Les essais
 Taux d’insertion au « premier coup »
− 70 à 80%
 Grâce à une vérification de l’insertion
− 100%
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

25. Les essais
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension
 Détection :
− Détection d’insertion :
− Insertion correcte :
Images Horizontales :
Images Verticales :
&
&
=
=
− Insertion incorrecte fil à coté :− Insertion incorrecte fil plié :

26. Résultats
Insertion automatisée d’un fil dans une aiguille de petite dimension

27. Polissage robotisé de produits de luxe

28. Enjeux de la robotisation
 Permettre aux entreprises :
− D’éviter une formation complexe et longue des polisseurs
− Plusieurs mois voir année avant autonomie
− De garder leur savoir-faire
− D’avoir un polissage plus économique et plus maîtrisable techniquement

29. Objectifs fixés
 Machines innovantes de polissage
− Possibilité meilleure que les machines du commerce
− Forte intégration du savoir-faire des polisseurs
− Peu de compétences en robotique
− Savoir-faire robotique intégré
 Valider techniquement la faisabilité
− Du polissage de finition (avivage) de pièces de formes complexes
− Du contrôle de l’effort d’arrachement de la matière
− Mesure de l’effort tangentiel et non normal
 Trouver des solutions économiquement viables
− Sur des petites séries
− Pour les PME PMI
− Sans connaissance robotique particulière

30. Présentation de la cellule
 Cellule conçue par Buko
− Cellule conçue pour le polissage d’alliance
 Optimisation de la cellule pour pouvoir polir des pièces complexes
Robot
Poste de
chargement/déchargement
PâtePostes de
polissage
Poste
d’émerisage
Postes de
polissage
Postes de
polissage

31. Moyen de programmation
 Chaine complète :du numérique au réel
− Réalisation des trajectoires robots en hors ligne depuis la CAO
− Intégration du savoir faire du polisseur
− Réalisation de la gamme

32. Du numérique au réel
 Chaine complète :du numérique au
réel
− Chaine indispensable à la
rentabilité d’une telle cellule
− Changements de série
fréquent sans une
immobilisation trop
importante
− Facilité d’utilisation
 Transfert des trajectoires vers le
robot « réel »

33. Conclusion
 Et après…
− Intégrer directement dans la cellule le contrôle de la pièce par des techniques
type déflectométrie
− Pour pouvoir automatiquement:
− En fonction de la qualité de la pièce brute à polir, modifier les
consignes d’effort
− Vérifier en fin de cycle la qualité pour éventuellement repolir certaines
zones
− Nécessite d’intégrer le nettoyage dans le cycle (vapeur sêche, US, etc…)
Défaut

34. CEllule de Micro-ASSemblage multifonctionnelle
CEMIASS

35. Vidéo de présentation