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Contrôle en ligne : détecter les défauts à temps

CHARLES FOUCAULT cfoucault@industrie-technologies.com

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Zéro défaut. L'objectif est en ligne de mire. Pour y parvenir, il ne s'agit plus de tester le produit uniquement quand il sort de la ligne de fabrication. Le contrôle s'invite tout au long du processus afin de pouvoir intervenir le plus rapidement possible. Mais attention, en aucun cas ces multiples mesures ne doivent ralentir le temps de cycle ou faire monter le prix du produit au-delà de ce qu'accepte le client. Un savant dosage.

À l'heure de la délocalisation, « se fixer de hautes exigences de qualité est un facteur de différenciation pour garder la production en France », certifie Cosimi Corleto, président du groupe mesure au Syndicat des entreprises de technologies de production (Symop). Pour cela, des contrôles drastiques des produits sortant des usines s'imposent. Souvent, seule une partie de la production est contrôlée car ces vérifications prennent du temps lorsqu'il s'agit de sortir le produit de la ligne pour mesurer ses caractéristiques en laboratoire de métrologie. Mais aujourd'hui, les technologies existent pour intégrer ces inspections en ligne et en temps masqué. Les données qu'elles génèrent permettent même d'assurer la traçabilité de chaque produit fabriqué. La solution pour les utiliser à bon escient réside dans la maîtrise de l'impact de leur coût sur le prix de vente des produits. Dans ce calcul, il faut considérer que la détection le plus tôt possible d'un défaut évite d'apporter de la valeur ajoutée sur un produit qui passera en rebut lors d'un contrôle en bout de ligne ou sera retourné par le client.

1Éviter la surqualité

En général, ce n'est pas l'industriel qui décide d'installer des caméras, des outils de mesure dimensionnelle ou d'équilibrage sur sa ligne. C'est le cahier des charges de son client qui l'y contraint. À l'industriel et à l'intégrateur qu'il choisit de trouver les solutions adaptées pour s'assurer du niveau de qualité requis. « Le néophyte à tendance à vouloir mesurer au micron près parce que les technologies le permettent, même s'il n'a besoin que d'une précision d'un centimètre, explique Xavier Savin, directeur général de Visionic, un intégrateur de solutions de contrôle par vision. À chaque fois qu'on descend la précision d'un facteur 10, le prix passe au carré. » Et le risque est grand de voir passer la majeure partie de la production en rebut une fois l'outil de mesure lancé. Vérifier que la précision de mesure demandée n'est pas supérieure aux capacités de la machine d'usinage ou d'assemblage semble une lapalissade. Pourtant « l'inverse est fréquent » se désole l'intégrateur.

Si une mesure de 100 % des produits constitue une assurance tous risques, elle représente aussi un coût. Les clients peuvent avoir des demandes variées : du simple fait de recevoir des produits conformes à la remontée de l'intégralité des mesures. Ces multiples cas de figures imposent différentes installations. « En faire trop signifie produire trop cher, ne pas en faire assez met en danger la qualité », résume Cosimi Corleto. L'importance des séries impacte aussi le type de matériel choisi. Une instrumentation non spécifique, comme une machine à mesurer tridimensionnelle, sera certes plus lente mais adaptable à des changements récurrents de production tandis qu'un investissement dans une instrumentation spécifique sera justifié pour des grosses séries. Enfin, sur les postes ou l'opération est répétable et prévisible, le contrôle de 100 % des pièces s'avérera superflu.

2Placer les capteurs judicieusement

Le casse-tête peut donc se résumer à placer ses outils de contrôle judicieusement tout au long de sa ligne de production. Une Amdec process s'avère donc nécessaire. Cette analyse des points critiques de l'outil de production désignera les postes clés. « Si je fais un usinage puis une finition et ne contrôle qu'à la fin, comment saurai-je quelle opération est mauvaise ? », interroge Jean Petitot, responsable des ressources du pôle équipement sous pression et ingénierie d'instrumentation au Centre technique des industries mécaniques (Cetim). Les opérations de transformation de la matière (usinage, pliage, emmanchement) sont les plus susceptibles de subir une casse d'outil. Installer un contrôle pendant ces tâches ou après chacune d'elles fera chuter le taux de rebut et avec lui le coût en matière première. « Le prix du contrôle peut-être absorbé par l'économie de temps de cycle gagné en faisant le rebut au plus près », affirme Xavier Savin. Les systèmes de contrôle peuvent même asservir directement l'outil. « Sur certains de nos derniers chantiers, la combinaison d'un stop cote pendant l'usinage et d'une mesure post process sur une rectifieuse, ré-étalonne la position des meules en continu », prend pour exemple Bertrand Bresson, responsable commercial pour les systèmes de mesure sur machines-outils chez GT Elettronica. Ces solutions peuvent même être utiles avant tout travail sur la pièce. « À la Française de mécanique, le contrôle de la matière brute par un palpeur dans la machine avant usinage est systématique, indique Franck Botalla, responsable de la qualité du moteur EP. Cela permet de dimensionner le point de départ, de se recaler en relatif d'une pièce à l'autre. » Toutefois, ici comme ailleurs, la parcimonie est de rigueur : une multiplication des points de contrôle signifie davantage d'automates ou de PC industriels en charge de les gérer. Même si les architectures modernes des réseaux simplifient la donne, ce surcoût n'est pas négligeable.

La simplification des systèmes de vision a entraîné leur démocratisation dans les usines. « Plus besoin d'un docteur en optique pour utiliser ces produits, n'importe quel technicien de maintenance peut le faire, caricature Olivier Feraille, directeur de Cognex France. Mais les caméras ne représentent pas pour autant la solution miracle. Elles nécessitent un bon éclairage, ce qui les rend peu adaptées à des environnements poussiéreux. Leur précision et leur capacité à mesurer des formes complexes demeurent inférieures à celle des technologies de palpeurs. » Dans l'ensemble, les mesures dimensionnelles sont faciles à faire en ligne. Le contrôle des états de surface peut aussi être intégré. Sans contact, par laser, il sera plus rapide mais moins précis que par des technologies à contacts. Enfin, des tests d'équilibrage feront tourner les pièces destinées à la rotation, entre deux postes de la ligne de production.

3Tester en temps masqué

« En aucun cas le contrôle en ligne ne peut augmenter le temps de cycle », reprend Franck Botalla. La mise en place de postes de contrôle à des étapes intermédiaires de la fabrication s'opère de deux manières. Soit une manutention robotisée prend en charge un produit pour le placer sur un poste parallèle où l'inspection dure moins longtemps que les opérations précédentes et suivantes. Soit l'instrumentation est totalement intégrée dans le process (dans le centre d'usinage ou autour d'un convoyeur la plupart du temps). « À la sortie de la rectifieuse, les pièces de démarreur passent par un palpeur multipoint conçu spécifiquement, explique Stéphane Pabiou, responsable qualité chez le décolleteur Altia, à Saint-Etienne (Loire). Le contrôle prend trois secondes pendant que la rectification des huit pièces d'encours en prend cinq. »

Une modification de la ligne peut être envisagée. Par exemple, pour lire une étiquette collée sur une bouteille cylindrique, une seule caméra peut suffire, à condition de mettre les bouteilles en rotation. Tout est question de dimensionnement. Dans ce calcul, il faut considérer que le temps d'un contrôle n'est pas purement mécanique. Il est aussi électronique. « Sur une machine multicote composée par exemple d'une vingtaine de palpeurs, le temps de traitement pouvait être le facteur limitant, explique Cosimi Corleto. Mais aujourd'hui, les capteurs ne sont plus analogiques, ils possèdent leur propre traitement numérique. L'analyse et la réaction de validation ou de mise au rebut d'une pièce sont plus rapides et interviennent avant la fin du convoyage. » Il ne s'agit plus de savoir combien de temps va prendre le traitement mais quelle puissance de calcul est nécessaire à l'application, même si elle requiert la mise en place d'un système de vision 3D. Certaines caméras contrôlent des lignes desquelles sortent jusqu'à 60 000 bouteilles par heures.

4En profiter pour assurer la traçabilité

« Une puce RFID sur le support de culasse enregistre les informations de bon usinage de chaque opération, souligne Franck Botalla. Ces données sont lues lors de l'assemblage pour relier la culasse aux autres pièces du moteur puis elles sont envoyées au système d'information pour le suivi. » Au-delà de la validation ponctuelle, les données recueillies sur les produits par les postes de contrôle en ligne peuvent en effet être enregistrées à plus long terme. Elles deviennent ainsi sources de statistiques pour l'identification des dérives (voir encadré ci-dessus) et permettent un retour sur le procédé de fabrication du produit en cas de réclamation. Cette traçabilité entraînera l'identification du défaut incriminé et facilitera sa résolution et ainsi, l'amélioration du processus de fabrication. « Lorsqu'un industriel décide de stocker les informations d'un système de vision, trois cas de figure se présentent à lui. Il peut conserver toutes les images, ce qui nécessite beaucoup de téraoctets de mémoire et coûte cher. Il peut choisir de garder seulement celles des produits défectueux, ou encore les effacer toutes et ne garder que des événements horodatés sous forme alpha numérique », détaille Xavier Savin. Dans tous les cas, l'intégration de cette traçabilité dans une démarche de mise en place de contrôle en ligne doit être pensée dès le début, au moment du dimensionnement de l'installation.

FIFTY-FIFTY

Le coût matériel du contrôle en ligne est équivalent à celui de l'ingénierie nécessaire à sa mise en place.

Des moteurs inspectés sous toutes les coutures

L'une des lignes de production de la Française de mécanique fabrique les moteurs EP. Cette dernière génération de moteurs (1,6 l, essence) s'adapte sur la plupart des véhicules Peugeot et Citroën et sur la Mini et la série 3 de BMW. 1 700 unités sont produites par jour. L'usinage des pièces stratégiques (carter, culasse, bielle, vilebrequin) fait l'objet de contrôles drastiques. Tous les centres d'usinages flexibles sont équipés d'outils de palpage dur et de mesure d'intensité et de puissance des broches. Entre les opérations, au fur et à mesure qu'ils apparaissent, les circuits d'eau, d'air et d'huile sont testés par injection d'air. Leur étanchéité est ainsi vérifiée. Ensuite, à l'assemblage, les vissages sont contrôlés en couple ou en angle tandis que des caméras et lasers s'assurent de la présence des composants et de leur bon positionnement. L'étanchéité du circuit d'essence est contrôlée à l'hélium et tous les chemins électriques sont vérifiés par un automate.

JEAN PETITOT, responsable des ressources au Cetim

« ON NE PEUT PLUS, AUJOURD'HUI, METTRE QUELQU'UN AVEC UN PIED À COULISSE DERRIÈRE CHAQUE OPÉRATION. »

COSIMI CORLETO PRÉSIDENT DU GROUPE MESURE, AU SYMOP

« Pas de temps perdu à la recherche de défaillance »

« Avec le nombre de technologies et de configurations existantes, le contrôle en ligne peut s'adapter à toutes les usines. Souvent vu comme une contrainte et un coût supplémentaire, il est en réalité la garantie de respecter à 100 % le cahier des charges. En mesurant la pièce après chaque étape critique de sa fabrication, les défauts sont révélés aussitôt qu'ils apparaissent. Une action corrective peut alors être immédiatement mise en place, sans perte de valeur ajoutée, ni de temps à la recherche de la cause de la défaillance. La crainte d'une augmentation du taux de rebut n'est pas légitime. De mauvais réglages à un niveau de précision qui dépasse la qualité requise peuvent faire exploser ce taux. Mais pas la multiplication des capteurs sur la ligne de production. »

Les maths anticipent les défaillances

Le contrôle statistique des procédés (ou SPC pour statistical process control) donne une vision des tendances à la dérive d'une production. L'étude statistique des moyennes et des écarts types d'une mesure réalisée sur les produits dessine une courbe des dérives du processus au cours du temps, appelée carte de contrôle. Des seuils d'alerte et de refus sont fixés. Lorsque la courbe franchit un seuil d'alerte, l'industriel peut intervenir avant qu'il ne soit trop tard et que des rebuts soient engendrés.

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