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La tomographie se rapproche des lignes de production

Frédéric Monflierredaction@industrie-technologies.com

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La tomographie se rapproche des lignes de production

Outil polyvalent, la tomographie numérique s’automatise et se rapproche de la ligne de production pour mieux contrôler la qualité des produits. Son logiciel s’étoffe pour répondre à un maximum d’applications.

En 2005, la société allemande Werth présentait le Tomoscope, premier tomographe numérique à rayons X (RX) qui déduisait des mesures dimensionnelles à partir du scan d’une pièce manufacturée. Issue du monde médical et employée dès les années 1980 outre-Rhin par Eurocopter pour l’inspection santé-matière des pales de rotor, la tomographie faisait irruption dans l’art de la métrologie.

Grâce à la faculté des RX à sonder précisément l’intérieur de la matière, un seul examen fournit des cotes externes et internes, tout en révélant des défauts invisibles, comme les porosités et les inclusions. Contrôle non destructif, analyse dimensionnelle et géométrique pour comparaison avec le fichier nominal CAO : cette combinaison unique est appréciée par les industriels fabriquant des pièces complexes, dont les structures internes sont inaccessibles aux scanners 3D notamment.

Les applications sont variées, incluant le prototypage, la revue de la première pièce en cas de modification de l’outil de production, la rétro-ingénierie et bien sûr le contrôle en production. Les filières automobile et aéronautique se penchent sur cette technologie notamment pour le contrôle des pièces plastiques aux géométries complexes. La plasturgie s’équipe de plus en plus. « Les composants plastiques deviennent très techniques, avec beaucoup de qualités fonctionnelles, explique François Lambert, le dirigeant de GOM France. La fabrication additive est également demandeuse, car les pièces sont fabriquées d’un seul bloc et parfois structurelles, alliant résistance mécanique et légèreté. » La puissance de la source RX d’un tomographe est adaptée à la plupart des densités des matériaux utilisés dans l’industrie manufacturière : 100 kV pour les plastiques, 150 kV pour les alliages légers, 200 kV pour l’aluminium et le titane, et 300, 450 et 600 kV pour les aciers.

Mais un tomographe numérique coûte au bas mot 200 000 euros et sa mise en œuvre est délicate, bien plus qu’un dispositif de contrôle thermographique ou ultrasonique. Peu nombreux, les fournisseurs, tels que Nikon Metrology, Zeiss, GOM (Zeiss), Werth, Waygate Technologies (ex-GE Inspection Technologies), cherchent donc à améliorer sa productivité, liée à sa rapidité, sa précision et son automatisation progressive. Les capteurs de 4 000 x 4 000 pixels sont ainsi disponibles depuis 2015, mais sont réservés pour l’heure à l’expertise et à la R & D.

Un scan à la minute

« La réduction de la durée des cycles d’acquisition/reconstruction des données 3D et l’amélioration de la résolution sont la grande tendance de ces dernières années, confirme Sylvain Genot, ingénieur commercial pour la partie RX chez Nikon Metrology France. La puissance de la source RX et la sensibilité du capteur sont les deux facteurs pour raccourcir le temps de scan. »

Une source RX plus puissante signifie en effet un flux de photons supérieur : la rotation de la pièce sur le manipulateur du tomographe, qui sert à projeter les sections 2D sur le détecteur, peut être plus rapide. Le gain de vitesse est d’autant plus important que le détecteur est sensible. Les lois de la physique imposent cependant des compromis inévitables : plus la source RX monte en puissance, plus la mesure perd en précision, à cause de la diffusion des RX.

Apparue au cours des années 2000, la source à microfoyer, avec une puissance autour de 300 kV, a malgré tout permis de réduire la tâche focale et d’obtenir des précisions de l’ordre du micron sur de petits objets. Les innovations de la part des fabricants, à l’instar de la cible rotative introduite par Nikon en 2011, contribuent de même à accélérer la phase d’acquisition.

« En 2016, un scan prenait deux minutes, explique Sylvain Genot. Aujourd’hui, dans l’industrie automobile, la même opération sur une pièce plastique ou en aluminium est de l’ordre de la minute. Le cycle de reconstruction du volume 3D induit une ou deux minutes supplémentaires. Et les informations santé-matière et dimensionnelles sont déjà à disposition. »

L’évolution du temps de reconstruction diminue en parallèle. Mais les moyens informatiques requis, dimensionnés par le besoin et la taille du détecteur, sont importants : les fichiers sont pesants et les algorithmes mathématiques pour reconstituer un maillage 3D à partir du nuage de points (ou voxels, l’équivalent du pixel pour la 3D) sont exigeants. « Sur la base d’un capteur plan de[…]

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