Supports de tableau de bord : mesure de la position et vérification du montage en une seule station

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Un support de tableau de bord est un ensemble embouti et soudé qui porte la planche de bord, la colonne de direction et un ensemble de supports d’airbags. Ce n’est pas une pièce de précision au sens classique du terme, et elle provoque tout de même des grincements, des désalignements et, dans le pire des cas, un système de retenue passager qui ne se déploie pas là où il le devrait.

Big Bird Industrial (anciennement Shimada Big Bird Industrial) conçoit des postes d’inspection dimensionnelle et d’assemblage pour des structures automobiles depuis 2001. Ce qui suit expose la logique de conception d’un poste dédié aux supports : pourquoi les opérations de positionnement et d’assemblage doivent être intégrées dans un seul cycle, comment le repère détermine la mesure, et comment rédiger un critère couvrant les deux aspects sans doubler le temps de cycle.

1. Deux questions, une seule pièce

Un support doit répondre à deux questions avant d’être installé dans un véhicule. Premièrement, les points de fixation sont-ils situés là où le plan les indique ? Il s’agit d’une question dimensionnelle portant sur la position des trous et l’emplacement des surfaces. Deuxièmement, le support est-il correctement fabriqué ? Il s’agit d’une question d’assemblage liée à l’absence de goujons, à l’utilisation de clips inadaptés, au montage inversé des supports ou à l’absence de soudures.

Les usines répondent généralement à ces questions en deux endroits distincts : un banc de contrôle pour la vérification dimensionnelle et un inspecteur visuel pour la vérification d’assemblage. Cette séparation implique une opération de manutention supplémentaire, or celle-ci représente le coût le plus élevé dans la plupart des postes d’inspection. Elle crée également un décalage : un support qui réussit le banc de contrôle mais arrive en retard au poste d’inspection visuelle peut être assemblé de façon incorrecte avant que quiconque ne s’en aperçoive.

2. Le repère est la mesure

Chaque résultat dimensionnel sur un support est relatif à un repère, et les supports sont flexibles. Un support embouti serré à une extrémité donnera des mesures différentes de celles obtenues avec le même support serré à l’autre extrémité. Ce n’est pas un problème lié à la caméra, mais bien un problème d’outillage, qui domine l’incertitude de mesure.

La règle pratique consiste à reproduire le repère supposé par le dessin, et non le repère qui serait commode à serrer. Si le dessin désigne trois trous de positionnement comme repère primaire, l’outillage doit se positionner sur ces trois trous, dans cet ordre précis, avec une force de serrage reproductible.

Une deuxième règle s’ensuit : mesurer la pièce dans son état libre tel qu’elle le sera dans le véhicule, lorsque le dessin le permet. Un support mesuré sous serrage puis revenant à sa forme initiale après relâchement passera l’inspection, mais échouera sur la ligne d’assemblage.

3. Ce que mesure la station de vision

Le contenu dimensionnel d’un poste de support se résume généralement à une courte liste : position des trous selon deux axes, diamètre des trous, position relative de deux surfaces de fixation, et présence de goujons soudés à la hauteur correcte.

Remarquez que deux des quatre méthodes concernent des mesures hors-plan. Un poste purement bidimensionnel mesure très bien les trous, mais ne peut pas du tout mesurer la hauteur des goujons ; c’est pourquoi les postes de support sont généralement hybrides : une caméra 2D pour la position et un capteur 3D ou un profil laser pour la hauteur.

4. La moitié « assemblage » du cycle

La vérification de l’assemblage d’un support est un problème de classification comportant un petit nombre de classes : présent ou absent, variante correcte ou erronée, orientation correcte ou inversée. Chacune de ces catégories est plus facile à détecter qu’un défaut de surface, mais plus difficile qu’il n’y paraît, car l’éclairage qui rend net le contour d’un trou rend souvent invisible une attache en plastique noir.

L’approche opérationnelle consiste à utiliser une image dédiée par caractéristique, plutôt qu’une seule image d’ensemble. Un goujon manquant est évident en gros plan, mais ambigu en vue large ; un support inversé est évident en vue large, mais invisible en gros plan. Des postes multi-angles existent précisément parce que ces deux questions sont posées sur la même pièce.

La reconnaissance des variantes mérite une mention séparée. Sur une chaîne mixte, deux supports ne différant que par un seul écrou soudé apparaîtront identiques à un modèle entraîné sur la forme globale. La méthode fiable consiste à se baser sur la caractéristique différentielle, et non sur la silhouette.

5. Maintenir un temps de cycle constant

Une station qui ajoute des contrôles d’assemblage aux contrôles dimensionnels doublera son cycle, à moins d’être conçue comme un pipeline parallèle. La technique est simple : exposer et traiter chaque vue indépendamment, chevaucher l’acquisition et le traitement, et réduire au minimum le nombre de déplacements du robot, selon ce que permet le champ de vision.

Pour une bride, l’enveloppe réaliste est de quelques secondes par vue, et le cycle total se situe entre dix et vingt secondes, y compris la manipulation. Une station qui affiche trente secondes fonctionne généralement de façon séquentielle, et non optique.

6. Critères d’acceptation pour une station combinée

Puisque la station répond à deux questions différentes, elle nécessite deux critères distincts. Les fusionner en un seul taux de réussite masque la moitié qui échoue.

7. Quelles modifications interviennent lors du soudage de la bride

La plupart des brides sont des ensembles soudés plutôt que des emboutissages uniques, et le soudage modifie le problème d’inspection de trois manières : il ajoute des caractéristiques à vérifier, il introduit une déformation qui déplace le repère, et il laisse des projections de soudure que tout modèle de détection de défauts identifiera volontiers comme un défaut de surface.

La vérification des soudures constitue une discipline à part entière. Un soudures peut être absent, trop court, mal positionné ou poreux, et seuls les deux premiers cas sont systématiquement détectés par une caméra bidimensionnelle. La longueur et la position d’un soudures peuvent être mesurées à partir d’un contour ; la porosité et la pénétration nécessitent soit un profil tridimensionnel, soit un contrôle destructif. Le poste doit préciser quels de ces paramètres il vérifie, car une spécification indiquant simplement « soudures inspecté » sans précision supplémentaire ne constitue pas une spécification valide.

La déformation est le problème le plus discret. Un support soudé se détend après libération, et l’ampleur de cette détente dépend de l’apport thermique et de la séquence de serrage dans les dispositifs de maintien. Comme le plan suppose une forme nominale, la mesure doit soit reproduire l’état d’assemblage, soit accepter une tolérance élargie pour les caractéristiques affectées par la détente. Les usines qui négligent ce point finissent par ajuster les dispositifs de maintien au lieu de maîtriser la soudure.

Les projections de soudage constituent un risque de mauvaise classification, non de mauvaise mesure. Une projection et une indentation présentent une apparence similaire en niveaux de gris ; elles diffèrent toutefois par leur hauteur et la netteté de leurs bords. Une image à simple hauteur les confond nécessairement, et cette confusion se manifeste généralement sous la forme d’un taux de rejets erronés que personne ne parvient à expliquer. Un second point de vue, même grossier, permet de distinguer aisément ces deux catégories.

8. Le modèle de coûts sous-jacent à la station

Une station de contrôle est généralement justifiée par rapport à un banc de contrôle ainsi qu’à un inspecteur. Cette comparaison est incomplète, car elle prend en compte le banc de contrôle, mais pas les centaines de bancs nécessaires sur une ligne mixte, et elle tient compte de l’inspecteur, mais pas de la boucle de reprise en charge engendrée par une détection tardive.

Le modèle honnête comporte quatre postes : bancs évités, main-d’œuvre supprimée, non-conformités évitées et coût de changement de série. Les deux premiers sont faciles à chiffrer dans une étude de rentabilité ; les deux derniers déterminent si le projet résistera à un audit deux ans plus tard.

Le changement de série mérite un poste à part entière, car c’est là que les stations combinées échouent sur le plan commercial. Une station nécessitant une journée complète pour passer d’un type de support à un autre ne sera exploitée que pour une seule variante, et la souplesse qui justifiait son acquisition disparaît. Des éléments de positionnement communs et des outillages à changement rapide ne sont pas des luxes : ce sont eux qui rendent l’investissement réellement pertinent.

Questions fréquemment posées

Un banc de contrôle peut-il être remplacé unité pour unité ?

Oui, en général, pour la position et le diamètre, à une condition près : le système de localisation du dispositif doit être reproduit. La vision ne supprime pas le besoin d’un repère ; elle supprime uniquement le besoin d’un gabarit physique pour chaque caractéristique.

Combien de caméras un support nécessite-t-il ?

Suffisamment pour couvrir les deux faces ainsi que le champ de goujons à la résolution requise. Quatre à six caméras sont typiques pour un support complet ; moins si une seule face porte des caractéristiques.

Que faire des pièces flexibles qui se déplacent une fois relâchées ?

Mesurer à l’état relâché ou définir explicitement la condition de serrage sur le dessin. Une mesure effectuée sans condition spécifiée n’est pas reproductible.

La reconnaissance de variantes nécessite-t-elle l’apprentissage profond ?

Pas nécessairement. Si la caractéristique différente est géométrique, la mesure classique est plus robuste. L’apprentissage profond justifie son utilisation lorsque la différence est textuelle ou cosmétique.

Conclusion

Une station de support constitue un compromis entre deux questions posées sur la même pièce dans la même minute. Les regrouper permet d’économiser les manipulations et de combler l’écart entre la libération dimensionnelle et la vérification d’assemblage ; les maintenir séparées dans les critères d’acceptation garantit l’honnêteté de la station quant à la moitié qui échoue.

L’ordre de conception efficace est le suivant : référence, puis optique, puis parallélisme, puis critères. Inverser deux de ces étapes entraînera une refonte de la station lors de sa mise en service.