Machine Learning – Jamais sans mon matériel

Fraunhofer IWU

Un système de contrôle optique en tant que référence pour une interaction optimale entre logiciel et matériel

Un logiciel intelligent apprend de manière autonome à reconnaître, à différencier et à analyser des défauts optiques. L’installation décrite ici assure le contrôle continu de petites pièces peintes. Elle automatise ainsi le processus d’assurance qualité dans la production de petites pièces. C’est le matériel adéquat qui permet au logiciel de repérer les défauts. L’installation a été réalisée par l’institut Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, basé à Chemnitz, en Allemagne. mk a fourni la structure pour les appareils photo, l’éclairage, les ordinateurs et la technique de convoyage.

De grandes quantités avec la meilleure qualité possible : les pièces détachées doivent remplir de hautes exigences de production, notamment dans le contexte de l’industrie automobile. Un degré d’automatisation en croissance constante combiné à des machines intelligentes permet ici d’exécuter les tâches demandées.

Des machines intelligentes : cela semble très simple, et ce terme est souvent utilisé. Mais qu’est-ce que cela signifie ? Les machines disposent uniquement des connaissances que les programmateurs leur ont transmis. Serait-il donc possible qu’elles ne soient pas si intelligentes que ça ? Elles le sont bel et bien : les machines peuvent apprendre, de manière autonome, à reconnaître des modèles et à analyser différentes données.

L’institut Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, basé à Chemnitz en Allemagne, a développé une installation capable de contrôler les petites pièces peintes en noir de l’industrie automobile afin de vérifier que ces petites pièces ne présentent pas de défauts optiques. Le fonctionnement de cette installation est entièrement automatique. Le logiciel est non seulement capable d’identifier des modèles de défauts connus, mais il peut également apprendre à reconnaître, à différencier et à évaluer des défauts de manière autonome.

Un logiciel intelligent

« Nous avons utilisé notre environnement de développement Xeidana® pour la mise au point de cette installation, » : explique Alexander Pierer, collaborateur scientifique dans le domaine de l’automatisation et du monitoring. Alexander Pierer est responsable de la recherche et du développement dans le domaine de l’automatisation et de la surveillance de technologies de fabrication. Il a pris la direction de ce projet en main et a participé au développement du logiciel.

« Le logiciel que nous avons créé ici est par exemple en mesure de combiner les données de systèmes de capteurs différents ou redondants ». Cette association de capteurs permet d’augmenter l’éventail des défauts détectables ainsi que la fiabilité de l’évaluation qui en découle.

À l’aide de procédures permettant de découvrir des structures, le logiciel peut trouver des relations complexes dans les bases de données et identifier des modèles. « Et c’est ainsi que la machine apprend », ajoute Alexander Pierer. De fait, les pièces peuvent être également classées au moyen de critères « souples », de manière similaire à la perception humaine, en deux groupes : « correct » ou « incorrect ».

De hautes performances grâce à une technologie de pointe

19 appareils photo prennent chacun 35 photos par seconde en résolution Full HD et vérifient jusqu’à 250 petites pièces en continu afin de détecter d’éventuels défauts optiques visibles. À une vitesse de 18 mètres par minute, le porte-pièce et les petites pièces à contrôler sont transportés dans le système, sous les appareils photo. Les appareils photo prennent 360 photos en l’espace de trois à quatre secondes. Celles-ci sont alors analysées par cycles de 30 secondes. Alexander Pierer déclare : « Nous misons sur un traitement des données parallèle en masse par le biais de 14 moteurs de calcul et du processeur graphique. Ainsi, nous avons pu compléter l’installation sans aucun problème, afin qu’elle compte maintenant deux fois plus d’appareils photo ou des principes de détection supplémentaires, qui permettront à l’avenir de contrôler d’autres caractéristiques telles que la nuance de couleur ou l’épaisseur de la peinture. Le concept de l’installation inclut des réserves adéquates pour les espaces de construction mécaniques et les interfaces logicielles ». Les appareils photo identifient les surfaces irrégulières dans le domaine micrométrique au moyen de la déflectométrie. Les rayures et les inclusions sont reconnues au dixième de millimètre près.

Des lampes LED hautes performances éclairent les produits de trois côtés. Afin d’éviter tout flou cinétique et toute influence de lumière extérieure sur les photos, les produits doivent être exposés à la lumière très brièvement et avec une intensité élevée : les flashs lumineux, dans une plage de 10 µs, aident les appareils photo à prendre des photos de très haute précision.

Combinaison logiciel / matériel

Dans le cadre de tels projets, logiciel et  matériel doivent interagir de manière irréprochable. Alexander Pierer affirme : « Pour l’installation, nous avions encore besoin de la technique de convoyage et de l’habillage complet, de supports d’appareils photo, d’habillages d’ordinateur et d’un poste de travail ». Des projets antérieurs menés avec l’entreprise  Maschinenbau Kitz GmbH, spécialiste de la technique de convoyage et de profilé , basée à Troisdorf, avaient déjà convaincu Pierer au sujet des compétences de l’entreprise. « Nous étions très satisfaits de la coopération menée jusqu’ici. Et mk a de nouveau parfaitement répondu à nos attentes dans le cadre de ce projet ».

L’enjeu de ce projet portait surtout sur des possibilités de réglages extrêmement flexibles pour les appareils photo. Afin de garantir un contrôle sans faille des pièces, les appareils photo devaient pouvoir être réglés au dixième de millimètre près et librement dans trois axes. Les constructeurs mk, en coopération avec les employés de l’IWU, ont trouvé une solution efficace et flexible qui remplit exactement les exigences du projet.

Alexander Pierer, Fraunhofer IWU, Chemnitz
Nous étions très satisfaits de la coopération menée jusqu’ici. Et mk a de nouveau parfaitement répondu à nos attentes dans le cadre de ce projet.

Un concept prend vie

Gabriel Jaramillo, constructeur responsable chez mk, a émis de bonnes idées : « Le client nous a fourni un schéma de concept présentant dans quel angle les appareils photo peuvent être réglés et à quoi peut ressembler l’ensemble de l’installation. Et c’est ce que nous avons créé ». Ce modèle de concept a été mis au point par Dirk Hoffmann, constructeur chez Fraunhofer IWU : « La coopération avec les constructeurs mk a très bien fonctionné », déclare-t-il. « Ils ont donné vie à notre projet préliminaire de manière compétente ».

 

Les exigences spécifiques n’ont posé aucun problème non plus. Les matériaux utilisés devaient par exemple être exempts de substances pouvant nuire à l’adhérence de la peinture (LABS) et être antistatiques. Les carters d’ordinateur, les supports pour l’écran, le clavier et, en tant que composant central de l’installation, un convoyeur à courroie dentée ZRF-P 2010 sur lequel le porte-pièce est transporté dans toute l’installation, faisaient également partie du projet. Le moteur est fixé directement à l’arbre d’entraînement. Cela réduit l’espace nécessaire et le besoin en maintenance. La position d’entraînement peut être choisie librement sur toute la longueur du convoyeur, ce qui facilite l’intégration de ce dernier. Un encodeur rotatif sur le moteur du convoyeur indique au logiciel au centième de millimètre près où le porte-pièce se trouve sur le convoyeur.

 

Le champ entier de la caméra devait être doté d’un habillage opaque. Dirk Hoffmann déclare : « Nous n’avions pas besoin d’une véritable chambre noire, car l’influence de lumière extérieure peut être largement compensée par la puissante mais brève exposition. L’habillage devait tout de même être opaque afin de garantir une protection anti-éblouissement aux opérateurs, et afin de protéger l’optique ». De plus, l’installation devait pouvoir être ouverte rapidement et simplement à des fins de maintenance.

Système modulaire

L’installation mk était en mesure de remplir tous ces critères. Ceci a pu être concrétisé grâce au système modulaire mk complet de technique de profilé et technique de convoyage, avec lequel des solutions complètes peuvent facilement être utilisées.

 

« Cette tâche ne présentait pas d’obstacle majeur pour nous », affirme Gabriel Jaramillo. Dde nombreux éléments issus du répertoire standard mk ont pu être utilisés ou adaptés. L’utilisation de composants standard se répercute également sur le prix. Alexander Pierer confie : « le rapport qualité-prix nous a convaincus ». En fin de compte, il a obtenu exactement ce dont il avait besoin. « L’installation fonctionne parfaitement dans nos locaux, nous en sommes très satisfaits ». L’intégration finale de l’installation complète va avoir lieu prochainement chez le client. L’installation va être intégrée entre les étapes de fabrication / peinture et le tri de pièces NiO. Aucune difficulté n’est attendue lors de l’intégration du matériel, grâce aux rainures de profilé du système de profilés mk.

À l’avenir

Chez le client final, l’installation permet un contrôle intégral et sans faille de tous les composants. Jusqu’à présent, le contrôle était effectué de manière visuelle par les opérateurs. Le contrôle automatisé garantit une assurance qualité encore plus exacte et plus rapide. Cela libère des ressources en matière d’opérateurs, qui peuvent se consacrer àd’autres tâches ne pouvant être prises en charge par des machines. En effet, malgré toute l’intelligence dont elles sont capables, les machines ne pourront apprendre qu’avec difficulté ou pas du tout certaines capacités de l’être humain.

 

Fraunhofer IWU est à même de développer des logiciels et des composants matériels pour des tâches spécifiques. La technique de convoyage ainsi que le montage mécanique d’installations ne font cependant pas partie des activités principales d’IWU. Alexander Pierer est convaincu qu’il va poursuivre sa coopération avec mk : « Nous contacterons volontiers de nouveau mk pour des projets futurs, afin de créer l’environnement nécessaire important pour nos logiciels, les deux étant tout aussi importants l’un que l’autre ».

À propos de Fraunhofer IWU

L'Institut Fraunhofer pour les machines-outils et la technique de formage IWU est un moteur d'innovations dans le domaine de la recherche et du développement en ingénierie de production. Fraunhofer IWU ouvre son potentiel, développe des solutions, améliore les techniques et favorise les innovations dans la recherche scientifique et contractuelle. Point de mire: composants et processus, technologies et processus, systèmes de machines complexes - toute l'usine.

L'Institut Fraunhofer pour les machines-outils et la technologie de formation IWU
Reichenhainer Strasse 88
09126 Chemnitz

Tél .: +49 371 5397 0

www.iwu.fraunhofer.de