Scan 3D pour la métrologie

Cela peut sembler évident, mais les trois éléments à prendre en compte avant d’adopter un scanner 3D pour la métrologie sont la taille, la complexité et la précision de l’objet ciblé. Ces facteurs essentiels seront déterminants afin de définir l’appareil le mieux à vos besoins en matière de mesure de précision parmi ceux disponibles sur le marché.

Scanners 3D de bureau

Conçus pour permettre la création de modèles à micro-échelle avec une résolution et une précision ultra-élevées, les systèmes de métrologie de bureau sont capables de saisir les détails de surface les plus infimes. Cela rend ces scanners 3D parfaits pour la rétro-ingénierie ou l’inspection en bureau ou en laboratoire.

Un petit objet complexe numérisé avec le scanner 3D Artec Micro II.

Dans l’idéal, ces objets doivent être plus petits qu’un poing, car tout ce qui est beaucoup plus grand risque de dépasser les capacités d’un système de bureau. Les scanners 3D de métrologie compacts sont donc sans surprise la solution idéale pour capturer des objets minuscules et complexes, et ils peuvent même mesurer des surfaces réfléchissantes. Ces machines sont souvent utilisées pour la rétro-ingénierie ou l’inspection qualité de pièces industrielles complexes, notamment les roulements, les roues à aubes et les vannes, qu’ils soient moulés par injection de plastique ou imprimées en 3D. On les utilise également dans d’autres secteurs tels que la dentisterie et la bijouterie.

Scanners 3D portables

Vous recherchez une solution de scan 3D de métrologie portable qui puisse être déployée sans contraintes et avec une véritable liberté de mouvement ? Si c’est le cas, les appareils de métrologie 3D portables peuvent répondre à vos besoins. Ils offrent aux utilisateurs la possibilité de scanner des objets de taille moyenne à grande à un rythme soutenu. Si le scanner 3D est sans fil, ces avantages sont encore amplifiés, car une plus grande maniabilité facilite naturellement la numérisation de surfaces difficiles et d’objets aux caractéristiques complexes.

Vu le grand nombre d’appareils portables disponibles, avec des portées, des résolutions de texture et des capacités de capture de points variables, il est également plus facile pour les nouveaux utilisateurs de trouver un appareil adapté à leurs besoins dans cette catégorie.

L’accessibilité est un autre facteur de séduction qui fait des scanners 3D portables une alternative avantageuse aux MMT encombrantes et onéreuses. Le plus souvent, les scanners 3D sont moins chers à acquérir et plus faciles à utiliser. Avec l’Artec Leo, vous pouvez même utiliser sa caméra couleur intégrée et sa caméra 3D pour suivre la progression de la numérisation en temps réel via son écran.

L’écran tactile interactif de 5,5 pouces du scanner 3D sans fil Artec Leo piloté par l’intelligence artificielle.

Les professionnels de la fabrication industrielle peuvent également automatiser l’inspection des pièces. En général, les appareils de scan 3D peuvent être montés sur des bras robotisés qui, à leur tour, sont pilotés par l’IA, et permettent de mesurer des lots de pièces en utilisant la trajectoire de numérisation idéale, ce qui offre des avantages en termes de vitesse de capture et de précision.

Scanners 3D montés sur des robots

Cela nous amène aux solutions de numérisation montées sur bras robotisé. Bien qu’il ne s’agisse pas d’un type particulier de scanner laser 3D, ces configurations constituent néanmoins un moyen intéressant d’automatisation. Que l’on parle de systèmes portables ou de scanners laser à longue portée, la mécanisation offre de nombreux avantages potentiels, en particulier lorsqu’elle est adoptée dans un environnement industriel.

L’un des principaux avantages du scan sur bras robotisé est qu’il réduit la quantité des interactions humaines nécessaires dans le cadre de la métrologie 3D, et donc le risque d’erreurs de mesure sur les produits. Lorsqu’elles sont déployées sur des lignes de production, ces solutions sont aussi particulièrement capables d’effectuer plusieurs tâches à la fois, capturant des données tout en analysant la qualité des pièces.

Les bras robotisés fixés à un scanner 3D offrent donc une solution potentielle aux goulets d’étranglement qui peuvent survenir lors de l’assurance qualité à haute cadence avec les MMT traditionnelles. Toutefois, fixer des solutions de métrologie 3D à une base fixe les limites naturellement à une zone de travail prédéfinie. Par conséquent ces installations nécessitent une planification approfondie à l’avance et ne sont pas recommandées pour les cas d’utilisation où la flexibilité est une condition préalable.

Scanners 3D à position fix

Grâce à certains scanners laser 3D, il est désormais possible de numériser des objets à une échelle véritablement impressionnante, depuis les éoliennes en mer jusqu’à des bâtiments entiers et de vastes environnements extérieurs.

Pour cela, beaucoup se tournent vers les appareils de métrologie 3D à détection et télémétrie par ondes lumineuses (LIDAR), et ce à juste titre. Ces scanners 3D peuvent être montés et laissés en place pour scanner de manière précise, à distance, avec une intervention humaine minimale.

Le dernier scanner laser 3D longue portée d’Artec 3D, Artec Ray II, en action.

C’est dans les applications à plus petite échelle que la technologie est moins performante, un domaine dans lequel les appareils portatifs sont souvent mieux adaptés. En outre, le coût d’entrée est assez élevé, surtout lorsqu’il s’agit d’utiliser réellement les données. Il est donc conseillé d’acquérir une certaine expertise avant d’adopter la technologie.

Il existe également des solutions de numérisation à lumière structurée et à infrarouge conçues pour être fixées sur des trépieds télescopiques. Toutefois, bien que ces solutions puissent être configurées pour acquérir des données à partir de différentes hauteurs et à distance, leur position statique leur fait perdre une grande partie de la maniabilité qui rend les appareils portatifs si attrayants en tant qu’outils de capture au départ.

Si vous recherchez une alternative, il peut être intéressant d’envisager la photogrammétrie. Des systèmes tels que le kit de métrologie d’Artec permettent de mesurer avec une précision incroyable allant jusqu’à 2 microns et d’effectuer des tâches de contrôle qualité et d’analyse des déformations tout en accumulant un minimum d’erreurs. En pratique, cela signifie qu’il peut être utilisé pour mesurer avec une grande précision les changements géométriques de composants tels que les pièces de véhicules et les réservoirs de stockage, et analyser la déformation des matériaux soumis à une charge.

Même s’il est possible de le déployer seul, le kit peut également être intégré dans des workflows industriels plus vastes, ou utilisé comme outil de référence pour atteindre une précision de scan 3D encore plus élevée sur une certaine distance.

Comme vous pouvez le constater, il existe un grand nombre de scanners 3D pour la métrologie. La question qui se pose alors est la suivante : lequel choisir ? Il n’existe pas de solution unique pour la photogrammétrie, la lumière structurée ou le scan laser, c’est pourquoi plusieurs éléments doivent être pris en compte avant d’opter pour cette technologie.

Précision

La plupart des appareils sont commercialisés avec une précision de l’ordre du millimètre. Ce chiffre indique en réalité dans quelle mesure le scanner est capable d’obtenir une mesure proche des dimensions réelles d’un objet. Bien entendu, les niveaux de précision varient selon les modèles, mais il est généralement admis qu’une précision de 0,1 mm ou moins (par opposition à une précision volumétrique) est nécessaire pour mesurer ou créer efficacement des jumeaux numériques d’un objet.

En ce qui concerne la métrologie 3D, plus la marge d’erreur est élevée, moins l’appareil est efficace. Dans des applications telles que l’inspection de pièces, par exemple, l’intégrité des données est essentielle pour garantir que les pièces ont été fabriquées conformément au design initial du produit. De même, toute déviation importante constituera un nouvel obstacle à la réalisation des principaux objectifs de l’assurance qualité : détecter et résoudre les défauts et améliorer la répétabilité des produits.

Résolution

Si vous envisagez d’acheter un scanner de métrologie 3D, vous devrez également tenir compte du niveau de détail que vous souhaitez capturer. La numérisation de composants complexes recouverts de surfaces sombres ou réfléchissantes, de trous ou de surfaces à cavités profondes sera toujours plus délicate que celle d’objets simples et parfaitement denses. Mais vous pouvez vous faciliter la tâche en vérifiant que le scanner que vous achetez répond à certaines spécifications.

Un scan 3D ultra-détaillé capturé à l'aide des technologies de scan 3D incroyablement précis d’Artec 3D.

L’une des plus importante est la résolution 3D. Plutôt que la résolution des images scannées elles-mêmes, ce terme décrit l’écart minimum entre deux points sur les maillages 3D obtenus. Une plus grande résolution signifie davantage de points à traiter, mais elle permet généralement d’obtenir des modèles plus détaillés. Ceux qui cherchent à capturer des textures en couleur devront également tenir compte du nombre de bits par pixel d’un appareil. Plus le BPP est élevé, meilleure est la capacité de capture des couleurs.

Échelle

Cela peut paraître évident, mais les futurs adeptes du scan 3D doivent d’abord réfléchir à la taille de l’objet qu’ils ont l’intention de numériser ou de mesurer. Avec les appareils portables, par exemple, vous pouvez capturer la plus grande variété d’objets de taille moyenne à grande. Chez Artec 3D, cette flexibilité est l’une des raisons pour lesquelles notre Artec Leo, sans fil et entièrement maniable, est toujours aussi populaire. Cependant, si vous souhaitez numériser à une échelle microscopique ou capturer des objets de très grande taille, comme des avions ou des structures telles que des bâtiments, d’autres appareils peuvent être plus adaptés.

Si Artec Micro II capture les détails les plus infimes, Artec Ray II est conçu pour gérer des objets beaucoup plus grands.

Comment donc déterminer la capacité d’un scanner 3D ? Et bien, la distance de travail d’un appareil vous indiquera la distance à laquelle vous devrez vous tenir pour capturer un objet donné. Le fait que ce chiffre soit élevé ou faible dépend (du moins dans une certaine mesure) de l’application que vous visez. Si vous prévoyez de capturer des paysages ou des infrastructures à distance, le scanner laser LIDAR à longue portée est probablement la meilleure option. En revanche, si vous devez travailler dans des espaces plus restreints et exigus, un scanner portatif à courte distance de travail sera plus approprié.

Vitesse

En fonction de votre application il est possible de scanner en 3D à la fois de petites pièces en grandes quantités et de petites quantités de pièces plus grandes. Nous venons de présenter les caractéristiques techniques à grande échelle. Intéressons-nous maintenant aux facteurs à prendre en compte lorsque l’on souhaite scanner en 3D à des fins d’assurance qualité dans des zones à haut débit telles que les chaînes de production.

La vitesse d’acquisition des données d’un appareil est l’un des paramètres à prendre en compte. Souvent mesurée en points par seconde, plus cette valeur est élevée, plus l’appareil est capable d’acquérir rapidement des points de données le long de la surface d’un objet. S’il existe de légères différences entre les temps d’exposition 3D de nombreux appareils modernes, celles-ci ont également un effet sur la vitesse.

Le champ de vision de votre scanner 3D, c'est-à-dire la zone maximale qu’il est capable de capturer à une distance donnée, peut également avoir une incidence sur la vitesse à laquelle vous pouvez scanner. Par exemple, le Space Spider II, à la précision optimisée permet de scanner une zone de 171 x 152 mm, tandis que l’Artec Leo possède un champ de vision de 838 × 488 mm. Cela signifie que si les deux peuvent capturer des objets de même taille, le premier prendra plus de temps que le second.

Par ailleurs, la facilité d’utilisation peut également avoir un impact sur le débit, étant donné que plus un scanner 3D est long à maîtriser, moins les utilisateurs sont susceptibles d’être productifs. Avec un appareil portable et flexible, il est également plus facile de contourner les obstacles qui se trouvent entre vous et l’objet que vous essayez de mesurer. Ainsi, la facilité de scan n’est pas seulement une question d’expérience utilisateur, c’est un élément important qui permet aux utilisateurs de mener à bien leur tâche.

Mobilité

Comme Artec Leo est entièrement sans fil, il peut être utilisé pour capturer des scans dans des conditions difficiles.

Enfin, il convient de se poser la question suivante : ai-je besoin d’un scanner 3D fixe ou portable ? Si le premier est plus adapté à la numérisation 3D en grande quantité ou à la capture d’objets de grande taille (comme les pièces d’avion et les usines), l’utilisation du second comporte ses propres avantages.

En théorie, même les appareils portables bon marché offrent une liberté de mouvement qui permet aux utilisateurs de capturer un objet ciblé sous n’importe quel angle. Mais ils sont généralement équipés de câbles qui limitent les possibilités d’utilisation dans la pratique. Les utilisateurs de ces scanners 3D devront donc tenir compte de la proximité d’une prise électrique, ainsi que de l’emplacement de l’objet qu’ils souhaitent capturer.

S’ils travaillent dans l’industrie automobile et cherchent à scanner l’habitacle d’un véhicule dans une usine d’assemblage, par exemple, le câble pourra-t-il s’enrouler autour des sièges et des autres obstacles à l’intérieur ?

Les solutions de métrologie 3D telles que Leo surmontent ces problèmes grâce à l'absence totale de câbles. Premier scanner 3D sans fil et piloté par l’IA au monde, cet appareil portable offre une meilleure capture des données sous des angles difficiles d’accès. Grâce à son écran intégré, les utilisateurs peuvent également concentrer leur attention sur l’acquisition de tous les points de données nécessaires, sans avoir à changer de moniteur pour vérifier leur travail.

Assurance qualité

L’une des applications les plus répandues de la métrologie 3D est l’inspection des pièces. Dans le secteur industriel, les fabricants utilisent cette technologie pour vérifier que les composants finaux fonctionnent comme prévu. Ce processus est essentiel non seulement pour garantir la qualité du produit (et la satisfaction du client s’il est destiné à la vente), mais aussi pour éviter des erreurs de fabrication coûteuses et chronophages.

L'uniformité des pièces est essentielle à la réussite de la plupart des initiatives de fabrication, mais le niveau de tolérance aux écarts est particulièrement faible dans certains secteurs. Dans des secteurs très réglementés comme l’aérospatiale, les composants doivent souvent répondre à des critères stricts de résistance à la chaleur, au poids et aux produits chimiques. Par conséquent, les irrégularités à ce niveau présentent un risque potentiel de défaillance. Grâce à la numérisation 3D, vous pouvez éviter cela en vous assurant que les pièces sont produites conformément aux spécifications.

Dans une application pratique dans le domaine de l'aviation, une équipe de Luxembourg Air Rescue a précédemment utilisé le scan 3D pour créer un modèle 3D d’hélicoptères. Cela a notamment permis aux ingénieurs d’inspecter le fuselage de l’appareil afin de détecter les dommages causés par des impacts lors de vols dans des conditions météorologiques défavorables ou lors d’atterrissages brutaux. Grâce aux données recueillies, l’équipe continue de réduire au minimum les temps d’immobilisation des hélicoptères en évaluant et en diagnostiquant rapidement les défauts.

Rétro-ingénierie

En exploitant les mesures obtenues grâce aux solutions de métrologie 3D, il est également possible de faire de la rétro-ingénierie, de numériser et de modifier les paramètres d’un composant afin d’en améliorer les performances. Cette numérisation peut s’avérer particulièrement utile lorsqu’il s’agit de s’approvisionner en pièces anciennes, car une fois abandonnées, elles peuvent devenir rares ou coûteuses, et dans certains cas, disparaître complètement. Plutôt que de supprimer progressivement les anciens équipements ou de les moderniser, le processus de scan 3D offre aux fabricants un moyen de les réparer et de les conserver de manière rentable.

Bien sûr, pour que cela fonctionne, les utilisateurs doivent connaître l’intention de conception du fabricant de la pièce et minimiser les erreurs accumulées. Les pièces présentant des surfaces sombres ou réfléchissantes, ainsi que celles ayant des formes irrégulières, seront naturellement plus difficiles à numériser. Mais grâce à des logiciels comme Artec Studio, qui permettent l’alignement automatique des scans et mettent à la disposition des utilisateurs des outils de surfaçage manuel et automatique, la tâche devient de plus en plus facile.

La cartographie des distances d’Artec Studio est utilisée pour évaluer les zones de déviation.

Si vous avez besoin d’outils d’inspection de scan 3D plus avancés, Artec Studio est également compatible avec des logiciels tels que ZEISS INSPECT Optical 3D et Geomagic Control X.

Test et itération de produits

Pendant le développement d’un produit, il est essentiel de pouvoir numériser et itérer rapidement les conceptions si l’on veut réussir. Le scan 3D permet de créer rapidement et facilement des modèles 3D très précis, ce qui accélère l’ensemble du processus de conception. De même, l’inspection des prototypes initiaux est essentielle pour identifier et supprimer tous les défauts. Les scanners 3D peuvent également jouer un rôle essentiel ici.

Chez ASICS, par exemple, les chaussures de running sont scannées en 3D à des fins d’inspection de la conception, d’itération et de marketing à l’aide du prédécesseur du Spider II, l’Artec Space Spider. L’intégration de cette technologie dans le workflow de l’entreprise a amélioré ses capacités de visualisation et lui a permis de mieux évaluer les produits avant leur mise en vente. Dans le domaine de la fabrication, le même concept peut être appliqué à la capture de pièces obsolètes afin de procéder à des améliorations de conception lors de rénovations.

Analyse des déformations

Comme pour les structures aérospatiales, de nombreux éléments de conception utilisés dans l’industrie automobile sont soumis à d’intenses déformations sous l’effet de la charge. Pour des raisons de sécurité, les constructeurs automobiles sont donc tenus d’analyser la manière dont leurs performances sont affectées par une utilisation continue. Mais comment y parviennent-ils rapidement et avec la précision métrologique nécessaire ?

Nombre d’entre eux utilisent désormais la numérisation 3D pour évaluer les performances probables des prototypes ou les effets des différentes conditions de conduite sur des pièces telles que les réservoirs de stockage. Contrairement aux MMT, cette technologie peut également être déployée rapidement. Elle est donc mieux adaptée à l’analyse de la position de composants tels que les goujons soudés dans les châssis de voitures sur des chaînes de production en activité.

Scan d’une Dodge Charger fusionné avec un modèle 3D de référence du même véhicule en vue d’une inspection dans Artec Studio.

À plus grande échelle, le scan 3D est également idéal pour inspecter la dégradation des infrastructures dans le temps. Des recherches menées aux États-Unis ont démontré que cette technologie est capable de révéler avec précision et rapidité la capacité de structures tels que des ponts, partout dans le pays.