 |
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
Membre du
|
|
||||||||||||||||||||
|
Simulation des réparations in-situ réalisées par le robot Scompi La technologie Scompi a été développée par Hydro-Québec, au début des années 90, pour robotiser les travaux de gougeage, soudage et meulage effectués, en place, dans les turbines hydrauliques. Par la suite, l’emploi de la technologie s’est élargi à la fabrication des turbines, et plus récemment à la réparation de voies de roulement et d’arêtes de vannes. Quelques applications ont aussi été réalisées dans le domaine nucléaire. Le présent article traite des simulations réalisées à l’IREQ avant chantier, avec le logiciel IGRIP de Delmia. Ce logiciel est utilisé notamment dans le domaine de l’automobile pour la simulation de cellules robotisées et même pour la simulation de tâches humaines.
Le robot Scompi
Le Scompi est un petit manipulateur portable, à six degrés de liberté, monté sur un rail. Le rail peut être courbé pour épouser la forme de la pièce sur laquelle un travail doit être effectué. Malgré un faible poids de 33 kg, la charge utile du robot s’élève à 15 kg, ce qui lui permet d’effectuer des opérations de meulage ou de martelage.
Les interventions du Scompi sont d’abord simulées sur IGRIP afin de valider la faisabilité de l’application et de planifier l’ensemble de la tâche. La simulation permet de déterminer la position idéale et le type de rail ( droit ou courbe ), la configuration du robot à adopter et de concevoir les supports de rail ainsi que les supports d’outils. Cette préparation avant-chantier permet de minimiser le temps d’installation sur chantier et d’optimiser l’efficacité des interventions. Ces critères sont critiques dans le domaine de l’hydroélectricité, compte tenu de l’impact majeur qu’engendre l’indisponibilité des groupes de turbine-alternateur. À ce jour, quelque 19 systèmes Scompi modèle 345 sont utilisés à divers endroits dans le monde. Une seconde version à échelle réduite, le modèle 330 a aussi été développé pour les interventions dans des espaces plus restreints. Les deux modèles sont présentés à la figure 1.
Les procédés
Le robot Scompi permet de réaliser des travaux mettant en oeuvre plusieurs types de procédés. À ce jour, les procédés suivants sont supportés par :
Processus de développement des applications Scompi
Le processus consiste d’abord à faire le choix de l’approche au niveau des procédés face à une application donnée. La seconde étape consiste à simuler l’intervention du robot sur ordinateur. L’environnement est modélisé afin de pouvoir générer la cellule de travail virtuelle. Cette cellule permet de choisir la meilleure approche au niveau robotique pour une application donnée. Chaque étape de l’intervention (mesurage, meulage, soudage, martelage) étant simulée, ce travail aide du même coup à planifier les travaux sur chantier. Dans la plupart des cas, une maquette est construite en atelier afin de valider la simulation, de développer les différents procédés et de réaliser un transfert technologique au besoin. Suite à ces étapes, l’équipe peut se présenter au chantier, s’installer en un minimum de temps et réaliser la réparation de la manière la plus efficace possible.
La simulation
Objectifs de la simulation Un des objectifs premiers de la simulation est d’évaluer la faisabilité d’une application. On doit s’assurer de l’accès du robot et de ses outils dans l’environnement de travail. La simulation permet d’évaluer rapidement et à faible coût différents scénarios possibles. Elle permet de déterminer la meilleure configuration du ou des robots pour une tâche donnée. On peut aussi y évaluer les risques de collisions entre le robot et l’environnement. La simulation aide aussi à déterminer l’aménagement des équipements dans l’environnement de travail. De plus, la simulation est utilisée lors de l’intégration de nouveaux procédés, par exemple dans le cas des systèmes de mesure 3D. Cet outil est extrêmement utile lors des réunions d’équipes multidisciplinaires et lors de démonstrations aux clients. La simulation vise à réduire le temps d’installation sur chantier. En effet, avant l’utilisation de cet outil, les installations du système sur chantier pouvaient s’avérer longues et fastidieuses. On utilisait des gabarits représentant l’enveloppe de travail du robot, et l’on procédait par essai-erreur au positionnement du rail. On devait parfois faire fabriquer de toute urgence des supports d’outil adaptés afin de réaliser la tâche.
Étapes de la simulation
Modélisation de l’environnement Les plans 3D peuvent être importés de divers logiciels de CAO 3D dans des formats standards (IGES, STEP, CATIA, etc ). Les composantes, dont le modèle 3D n’est pas disponible, sont modélisées à l’IREQ sur le logiciel de CAO 3D CATIA V5.
Définition des trajectoires d’outils Les trajectoires d’outils reliées aux procédés sont définies en tenant compte de facteurs tels que les angles d’outils ou la portée des capteurs (dans le cas d’une opération de mesurage). Les cibles à atteindre par le robot sont crées dans l’environnement virtuel.
Modélisation du robot et définition de sa cinématique Le Scompi ne faisant pas partie de la librairie des robots industriels standards, son modèle 3D doit être importé dans IGRIP. Sa cinématique ( définition du mouvement de chaque joint ) doit ensuite être définie afin que le logiciel puisse calculer les positions du robot permettant l’atteinte des cibles.
Modélisation des outils Les géométries 3D des différents outils tels que les systèmes de mesure, les meuleuses, les torches à souder et les outils de martelage sont importées ou créées dans le logiciel de CAO.
Configuration du bras et choix du rail Le cœur de la simulation consiste à déterminer le nombre de robots utilisés, la longueur et le type de rail (droit ou courbe) ainsi que la configuration du bras permettant l’atteinte de toutes les cibles reliées au procédé. La figure 2 présente les configurations possibles du bras Scompi. On y retrouve dans l’ordre la configuration bras gauche poignet tourné, et non tourné ; puis en dessous, la configuration bras droit avec poignet tourné et non tourné.
Simulation de la tâche
Une fois l’approche retenue, la simulation de détail permettra de déterminer le type de support de rail et de support d’outil nécessaires. Chaque procédé est simulé indépendamment de manière à s’assurer du bon déroulement de la tâche en évitant avec une certaine marge de sécurité les collisions avec l’environnement. Cette marge de sécurité est nécessaire pour tenir compte notamment des imprécisions des pièces par rapport aux modèles 3D. Des supports standards existent, mais la simulation fait parfois ressortir le besoin de support de rail ou d’outils conçus sur mesure pour une application. Dans le cas de l’outil, on détermine sa position idéale par rapport au robot, et l’on conçoit le support adapté. Pour ce qui est du rail, on détermine sa position idéale par rapport à la pièce sur laquelle il est fixé, et le support sur mesure est conçu et fabriqué.
Marquage des pièces pour l’installation des rails Dans le cas ou les rails doivent être installés sur des pièces complexes telles que les turbines hydrauliques, le modèle 3D de l’environnement permet de générer les informations nécessaires à l’installation des rails. Il s’agit de calculer les distances sur la turbine permettant le marquage de deux points de référence par rail et de définir la hauteur de trois supports du rail (définissant le plan du rail).
Exemples d’applications simulées
Renforcement d’une couronne de turbine à la centrale de Beauharnois L’intervention consiste à déposer par couche successive de soudure un anneau de renforcement à l’intérieur de la couronne de la turbine. Cette intervention vise à résoudre les problèmes de fissuration au niveau de la couronne en rigidifiant cette dernière. Chaque couche soudée est martelée de manière à corriger les déformations induites par le soudage. La dernière couche soudée est d’abord meulée et ensuite martelée. Les procédés de soudage, de martelage et de meulage ont été simulés, et les supports adaptés ont été conçus à partir de la simulation. Les figures 3 et 4 présentent des images de la simulation, des supports d’outils adaptés et des photos prises sur le chantier.
Conclusion
La simulation s’avère un outil
indispensable pour la technologie Scompi tant au niveau du
développement de nouvelles applications qu’au niveau de la
préparation des chantiers ou de la communication (réunions
d’équipes multidisciplinaires ou démonstrations aux clients). Les
applications futures impliquant des procédés parfois complexes
tels que le mesurage laser 3D demanderont de plus en plus de
simulations. Ces dernières permettent des gains appréciables de
temps au niveau de la planification et des installations sur
chantier. De plus, elles permettent d’améliorer l’efficacité des
interventions. Un des objectifs des futures simulations sera de
générer de plus en plus la programmation du robot hors ligne dans
le but d’augmenter la performance de la technologie.
Patrick Mongenot, ingénieur de recherche. Automatisation et systèmes de mesure Institut de recherche d'Hydro-Québec. Tél.: 450-652-8842
Hydro-Québec IREQ est membre de l’Institut de Soudage du Québec (ISQ) Tél.: (450) 446-1369 ou par courriel au isq@sympatico.ca
|
|
||||||||||||||||||||
