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Automatisation De Contrôle Série À Grande Échelle

Snecma Propulsion Solide - Le Heillan

La société Snecma Propulsion Solide conçoit, produit et commercialise des moteurs à propergol solide et des matériaux composites pour la défense, l’espace, l’aéronautique et l’industrie. C’est un industriel de premier rang dans les programmes nationaux de défense stratégique français, M45 et M51 ainsi que dans les programmes européens de lanceurs spatiaux, Ariane 5 et Véga. 

Snecma Propulsion Solide est leader dans la fabrication de tuyères et systèmes propulsifs pour missiles stratégiques, tactiques et lanceurs spatiaux; de systèmes de contrôle du vecteur poussée pour missiles tactiques et intercepteurs; de composites thermo-structuraux à hautes performances pour la propulsion défense, spatiale et aéronautique; d’outillages et équipements en composites thermostructuraux pour les applications industrielles (traitement thermique, semi-conducteurs, verrerie, chimie …) ainsi que de capteurs pour lanceurs spatiaux, missiles, satellites, bancs d’essais, chaufferies nucléaires.

Dans les domaines de la défense et de l’aéronautique, la précision de fabrication des pièces et de leur assemblage est en enjeu de taille. Damien Darriet encadre le service méthodes procédés de contrôle dimensionnel et nondestructif au sein de Snecma Propulsion Solide. Ce service a pour mission de répondre à des besoins de contrôle dimensionnel ou santé-matière et de chercher des moyens existants pour les adapter aux besoins en interne afin de les rendre aussi simple que possible pour les opérateurs. Damien Darriet précise : “ Le contrôle dimensionnel chez Snecma Propulsion Solide est rythmé par des contraintes hors du commun par rapport à un autre secteur d’activité. Les contraintes pyrotechniques sont extrêmement sévères – il est interdit par exemple d’avoir plus de cinq personnes qui travaillent sur un engin – les contraintes de précision le sont tout autant puisque la règle interne exige que les moyens de mesure doivent avoir une incertitude (écart-type) au moins égale à l’intervalle de tolérance sur 16 et enfin, la taille des engins – jusqu’à 12 mètres de hauteur pour 50 tonnes – limite les moyens de mesure à notre disposition. ”

Premier objectif: réduire le temps et le cycle de mesure

Lors du démarrage de l’activité stratégique de Snecma Propulsion Solide, seuls les théodolites répondaient aux exigences de mesure des engins. Les premiers modèles installés furent les théodolites Kern qui étaient montés sur des mécanismes pour faire des intersections spatiales pour calculer les coordonnées de points sur les engins, puis pour contrôler les tuyères de Ariane 5. Après le rachat de la société Kern par Leica Geosystems, les théodolites Leica TM5100A furent mis en place pour contrôler géométriquement les différents étages du M51. Monsieur Darriet nous en parle plus en détail : “ le Leica TM5100A répondait parfaitement aux exigences de mesure d’intersections spatiales dans les grandes dimensions, mais le temps de préparation et de contrôle restait très long, trop long. Il fallait cibler ces grands engins, mettre en oeuvre les trois théodolites et le PC avec une mise à la bonne hauteur (entre deux et trois mètres !) des théodolites à l’aide de trépieds lourds industriels, ce qui nécessitait des nacelles élévatrices pour le personnel. Venait ensuite le temps de cibler avec un minimum de quatre personnes pour la mesure. Bref, le contrôle d’un étage durait jusqu’à plus d’une semaine. ”

C’est dans le cadre d’une formation théodolite, proposée de façon régulière par Leica Geosystems, que la Snecma amorce la demande d’une solution plus automatisée pour réduire fortement le temps de contrôle avec une précision équivalente. La solution de mesure à l’aide d’un laser de poursuite semble la plus appropriée avec trois contraintes majeures : le manque de connaissance de la technologie laser par l’équipe de la Snecma, les répercussions inconnues de l’utilisation d’un laser sur un engin pyrotechnique chargé et enfin la taille de l’objet à mesurer qui ne permettait pas sa mesure totale en une position unique du laser. Les enjeux d’automatisation étaient important, car, comme le précise le responsable du service méthodes procédés de contrôle dimensionnel et non-destructif “ en déroulant toujours la même gamme, une fois que la gamme est validée, on sait qu’il n’y aura pas de soucis. Limiter au maximum les interventions humaines sur la chaine de mesure c’est garantir une certaine stabilité sur les résultats. ”

Au-delà des multiples défis à relever, les quatre sociétés qui ont répondu à l’appel d’offre de la Snecma durent également proposer une solution durable (avec un fonctionnement sur 15 ans) facile à utiliser par les opérateurs. Damien Darriet nous décrit les solutions proposées par deux autres fabricants de laser tracker et une société proposant une solution photogrammétrique : “ Outre le système laser tracker de Leica Geosystems, nous avons fait l’analyse scrupuleuse de trois autres solutions.

La première solution proposée en réponse de notre appel d’offre demandait l’investissement d’un bras de mesure et d’un laser de poursuite. Après quelques calculs, le procédé n’atteignait pas la précision souhaitée. Le bras devait en outre être manipulé sur l’engin, ce qui se relevait délicat dans notre contexte. Le système ne répondait ainsi pas à notre demande.

La seconde proposition analysée était un système photogrammétrique qui nécessitait l’utilisation de plusieurs appareils, pour obtenir une bonne convergence des mesures avec un ciblage précis de l’engin. Le temps de contrôle se confirmait être trop long et le système de l’époque ne permettait pas de mesurer à la volée des points sur l’engin.

La troisième solution – un autre laser de poursuite – offrait, avec son grand angle de débattement, un avantage important puisqu’une seule station permettait de voir le haut et le bas de l’engin. Mais même si le distance-mètre du produit proposé demandait moins de réglages réguliers que son prédécesseur du même fournisseur, celui-ci n’était pas encore assez éprouvé. Le fait de ne pas proposer de caméra fut un autre inconvénient de taille pour ce fournisseur que nous n’avons pas non plus retenu. ” En effet, le laser de poursuite de Leica Geosystems est lui équipé d’une caméra vidéo qui permet la visualisation de toute la scène de mesure et une aide à la mesure automatique .Par exemple, depuis son poste d’observation l’opérateur peut envoyer directement le laser rechercher les réflecteurs que le système ne trouverait pas.

L’opérateur voit à l’écran ce que vise le laser. En utilisant les données théoriques ou approximatives des points à observer le système s’oriente, recherche et mesure les cibles matérialisées par des réflecteurs, quelle que soit la distance d’observation. En fait, lorsque les mesures sont effectuées, le laser est dans la cellule mais tout le système de pilotage – à savoir le PC avec l’automate – sont déportés en dehors. L’engin n’est quasiment pas visible depuis l’extérieur Pour la Snecma, la caméra représentait un avantage indéniable ainsi qu’une réelle aide à la mesure.

Un système sur mesure, intégré à 100%

L’installation du laser de poursuite Leica Geosystems a été développée en étroite collaboration entre la Snecma et le service support et commercial de Leica Geosystems pour arriver à un résultat étonnamment ingénieux de technologie et de simplicité. Leica Geosystems confia la réalisation de la gamme de mesure et de traitement personnalisée au projet à une société de développement de logiciel partenaire. Le moyen de mesure fut installé sur une colonne élévatrice alors que l’engin se trouve sur un plateau tournant afin de rendre la mesure aussi automatique que possible. Un automate actionne le pivotement du plateau tournant, la montée et la descente de la colonne élévatrice.

Le logiciel spécial permettant d’automatiser entièrement le système avec entre autre la préparation de la gamme de mesure – définition des points à mesurer, positions du laser sur la colonne et angle de l’engin sur le plateau – fut intégré dans le logiciel existant Axyz. Avant de confier le développement de l’applicatif – homme machine – au fournisseur du logiciel, une simulation de calcul des trois stations du laser tracker sur son rail fut effectuée pour garantir les positions et quantifier l’incertitude de mesure sur chaque point mesuré, puis sur chaque élément qui a été construit puis sur chaque cote mesurée. Ensuite, de nombreux tests, jusqu’à 11m maximum de l’engin, en contrôlant les points mesurés trois fois en double retournement, ont apportés d’excellents résultats. Dans le cadre de ce projet ,des outillages spécifiques et précis ont été également développés sous le contrôle direct de SPS et de Leica Geosystems pour identifier directement les points et des éléments difficiles d’accès. Ainsi, 220 réflecteurs TBR permettant de matérialiser tous les points de mesure sur l’engin, 25 réflecteurs oeil- de- chat et 2 coin-cubes tenus par les outillages représentent l’ensemble du réseau de mesure, incluant la construction d’un référentiel par des points caractéristiques sur la pièce. Toutes les mesures s’expriment dans ce référentiel, sur un seul écran.

“ La mesure se fait aujourd’hui au maximum en une journée pour l’objet le plus volumineux. Avec le système totalement intégré de Leica Geosystems, nous avons pu automatiser au maximum l’application et atteindre à 100% le but recherché. Les utilisateurs sont totalement satisfaits du cycle de mesure et de sa fiabilité ”, cite Monsieur Darriet.

Une entière appropriation du moyen de mesure

Deux types d’utilisateurs sont en charge du laser tracker Leica Geosystems au sein de la Snecma : les opérateurs qui montent les outillages et les personnes utilisant le moyen. Dans le cadre de ce projet, les outillages réalisés ont évolué entre la première discussion de l’application et le besoin série final pour aboutir à une version entièrement sur mesure. “ L’adaptation des outillages s’est faite au fur et à mesure en répercutant les besoins du client et en étroite collaboration avec les opérateurs. Ceux-ci furent d’ailleurs d’emblée très impliqués et très intéressés par le moyen de mesure. Un laser de poursuite mesurant au centième de millimètre et qui offre un visionnage des coordonnées des points à l’écran lorsqu’on déplace le réflecteur représentait une avancée technique pour les opérateurs qui furent immédiatement très motivés à participer au développement des outillages et de l’interface homme-machine. Grâce à leur grande contribution, la mise en oeuvre des outillages fut très simple avec une entière appropriation du moyen de mesure ” explique fièrement Damien Darriet qui poursuit : “ Sur les aspects contrôle, même si le système est très simple en façade, les personnes qui utilisent le moyen et qui l’exploitent par la suite, doivent avoir une très bonne vision de tout ce qu’il y a “ derrière ”. En effet, certains contrôles nécessitent 14 stations (c’est à dire 14 positions d’observation) avec des hauteurs différentes.

La préparation de la gamme – même simplifiée au maximum, exige un bon recul sur le fonctionnement géométrique et mathématique afin de bien faire le travail. ” Une semaine de formation sur l’utilisation du laser de poursuite et sur les principes géométriques mis en oeuvre ont suffit pour bien comprendre le fonctionnement du moyen. Le premier intérêt de ce groupe d’utilisateur étant de connaître la démarche et d’avoir un outil facile à utiliser lorsqu’ils font la mesure. Ils sont très très très satisfaits! ”.

Le système laser de poursuite mis en place calcule tous les paramètres de façon totalement automatique et génère des rapports de mesure sur Excel pour la récupération des points pour offrir une gestion très simple avec outils de calcul puissant. Le logiciel est en constante évolution. Le travail en étroite collaboration avec les réels besoins des utilisateurs porte, une fois de plus ses fruits. “ Aujourd’hui, l’interface homme-machine pour la partie programmation est faite de telle sorte que l’opérateur doir uniquement déterminer la position du plateau et du rail, ensuite tout le process se déroule automatiquement. Sur une station, on voit tels points à tels coordonnées. La visualisation automatique des données de tous les points et des différentes phases de mesures sur une seule interface, sur une page de l’écran est claire et simple. Et un rajout au fur et à mesure d’informations supplémentaires que l’opérateur voulait pouvoir visualiser à l’écran se fait sans problème ”, explique Monsieur Darriet.

La Snecma utilise actuellement deux lasers de poursuite Leica Geosystems pour les besoins en série. Pour permettre une certaine réactivité, la Snecma a passé un accord avec le fournisseur suisse de laser tracker pour un principe d’étalonnage sur site (qui inclut le réglage et le contrôle des contrôleurs). “ C’est une solution clé en main qui a été mise en oeuvre jusqu’à la maintenance et l’étalonnage ” précise Stéphane Malet, ingénieur commercial Hexagon Manufacturing Intelligence France pour Leica Geosystems dans le secteur Sud-Ouest. Le système fonctionne bientôt depuis cinq ans, pour la plus grnade satisfaction de notre client.

Des moyens pluridisciplinaires

L’utilisation d’un système avec un laser de poursuite a également permis de commencer la mesure précise et fiable des premières pièces aéronautiques. Monsieur Darriet nous explique : “ de part leur définition, les pièces aéronautique nécessitent une mesure directe par rapport à un modèle numérique. La mesure des points et l’ajustement surfacique permettent alors de déceler les écarts des points par rapport au modèle numérique. Lors du processus de fabrication, les nouvelles pièces composites nécessitaient en outre un passage dans un four avec des températures assez importantes dans lesquelles les pièces subissent des variations géométriques liées à la température et à la pression. L’impact exact du four sur la géométrie de la pièce est une mesure nécessaire. Sur une pièce de toile très très fine, 500g de pression sur la pièce suffisent à la déformer. Le contrôle doit se faire juste avant de rentrer dans le four et juste après la sortie du four. Ainsi, seul un moyen permettant d’effectuer la mesure directement au poste et d’effectuer un contrôle sans contact était envisageable. Le laser de poursuite de Leica Geosystems, associé au scanner manuel Leica T-Scan constituait la solution idéale. Les premières pièces furent donc mesurées comme cela, d’abord en direct avec la société Leica Geosystems puis à travers un prestataire de service ”. Pour les pièces suivantes, il s’est avéré rapidement que, sans contrôle, les coûts de refabrication de pièces – qui ne se ressemblaient pas à l’identique – étaient beaucoup plus élevés que l’investissement dans un système de mesure! C’est ainsi que Snecma considère concrètement de mettre en place un système Leica T-Scan.

Damien Darriet conclut : “ Pour notre secteur d’activité, la mesure sans contact haute précision représente le futur en mesure dimensionnelle, aussi bien sur les parties développement et connaissance du comportement des matériaux dans différents cycles de production – à hautes températures ou hautes pressions – que sur les informations concernant des dépôts et les mesures d’épaisseur. Aujourd’hui, Leica Geosystems est la seule société à répondre à nos besoins réels pour la précision demandée et le volume de mesure requis ”.

Case Study: Snecma Propulsion Solide - Le Haillan

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