Bernay automation développe lE dévracage digital

a l’entrée d’une ligne de production automatisée, il est commun de positionner des pièces pour permettre leur assemblage. effectuée manuellement, cette opération est l’une des plus harassantes et des plus inintéressantes qui soit… Des briques technologiques mariant la robotique à la vision industrielle permettent de créer des systèmes de dévracage flexibles qui devraient séduire les industriels dans nombre de secteurs.


Installée à quelques kilomètres de Lisieux en Normandie, la société Bernay Automation est spécialisée dans la distribution de composants dans une ligne d’assemblage depuis sa création en 1982. Elle étudie par exemple, l’installation et la mise en exploitation de bols vibrants pour nombre de ses clients, s’adressant ainsi à différents secteurs de l’industrie manufacturière. Dans le cadre de cette démarche, Bernay Automation qui se tourne vers les technologies de l’Industrie 4.0, s’est intéressée à la problématique de la distribution robotisée de pièces disposées en vrac, aussi nommée communément dévracage… un mot qui s’il n’est pas encore dans le dictionnaire, n’en recouvre pas moins une activité indispensable pour améliorer l’approvisionnement des lignes de production en pièces détachées.

Pour résumer de la manière la plus succincte, il s’agit de prendre des composants en vrac pour les apporter, les orienter et les déposer dans une position précise, à une cadence déterminée afin de procéder à des opérations d’assemblage ou de conditionnement. Le dévracage en amont des lignes de production répond à différentes nécessités dont les plus déterminantes sont la réduction des risques de maladies professionnelles, notamment les troubles musculosquelettiques (TMS), l’amélioration de la productivité et l’accroissement de la flexibilité.

Vers le dévracage robotisé

Dans le cadre d’un plan de transformation vers l’Industrie du Futur, Bernay Automation développe une nouvelle offre de produits et de services autour de solutions de dévracage robotisées bien sûr, mais aussi connectées.

Pour créer une solution de dévracage flexible en s’appuyant sur les technologies numériques, les équipes de l’entreprise ont plus réfléchi à une philosophie qu’elles ne se sont attachées aux seules ressources matérielles. Restait un défi de taille à relever consistant à comprendre comment satisfaire un client dont on ne connaît pas encore toutes les exigences. Bernay Automation a appliqué sa méthodologie qui repose sur la connaissance du produit d’une part, mais aussi sur la maîtrise des technologies et des équipements utilisables dans un cadre industriel. L’idée qui s’est rapidement imposée est celle d’une cellule constituée de plusieurs briques en assemblant des connaissances issues de différents métiers comme les automatismes, l’informatique industrielle et la vision numérique. Et pour plus de souplesse, la cellule a été nativement conçue pour fonctionner de manière autonome mais également pour être intégrable dans une ligne de production à la suite d’une simple adaptation de l’automate.

La création d’une cellule adaptable aux attentes de différents industriels, nécessite d’être en mesure de prendre en charge des pièces de différentes formes, différentes tailles et de différents poids. Dans un tel cas, le bol vibrant se révèle inadapté puisqu’il convient à un type d’objets de forme précise. L’entrée dans le périmètre de la cellule de dévracage robotisée, est assurée par une trémie vibrante qui dépose les pièces dans un bac, lui-même placé au sommet d’une plateforme vibrante pilotée par un dispositif logiciel. De forme tubulaire, les pièces présentent une encoche sur l’une de leurs extrémités, ce qui va nécessiter de les orienter avec précision avant de les déposer dans un rack.

Cette solution appelée Asycube : fabriquée par Asyril, accepte des pièces de géométries variables qui sont préalablement séparées les unes des autres par un mécanisme de vibration douce sur trois axes autorisant des déplacements dans toutes les directions. En plus du bac et de la plateforme vibrante, le système Asycube comporte encore une caméra 2D équipée d’un dispositif d’éclairage qui est reliée à un PC industriel sans ventilation. L’intégration de cette première brique digitale avec les autres éléments qui composent la cellule de dévracage, est d’autant plus simple que Asyril propose des connecteurs logiciels permettant de relier le système Asycube avec les robots de constructeurs comme Denso, Fanuc et Stäubli. On notera encore que le PC industriel intègre aussi une passerelle logicielle qui lui permet de dialoguer avec les réseaux aux standards EtherCAT, Ethernet/IP et Profinet.

Deux déclinaisons complémentaires de la vision industrielle

La première étape consiste à faire vibrer la trémie pour approvisionner le plateau de la solution Asycube. En fonction des résultats de l’analyse de l‘image, le système SmartSight fait vibrer la table de manière précise, grâce à quatre actionneurs indépendants en jouant sur l’amplitude des mouvements, leurs fréquences et leurs déphasages. Les pièces aléatoirement disposées dans le bac, vont être séparées les unes des autres pour les rendre préhensibles par le robot qui est au cœur du dispositif.

La caméra CCD d’une résolution de 5 mégapixels secondée par un dispositif d’éclairage en lumière visible, reliée à la solution logicielle SmartSight, assure la détection visuelle des pièces dans le bac afin d’ajuster les mouvements de la plateforme à trois axes. La résolution élevée permet d’acquérir des images dont la finesse va garantir la réalisation des opérations attendues avec une grande précision. Le logiciel s’exécutant sur le PC industriel, analyse l’image pour en extraire des jeux de coordonnées euclidiennes en X et Y permettant le repérage des pièces disposées dans le bac, auxquelles s’ajoute un radian rZ qui indique leur angle en rotation par rapport à un référentiel. Chaque jeu de coordonnées recense donc la position de chaque pièce, le système SmartSight ayant préalablement écarté celles qui sont trop proches les unes des autres ou situées en dehors de l’espace adressable par le système de préhension.

Pour montrer que cette solution de dévracage robotisé peut s’intégrer dans une ligne de production déjà en fonctionnement, l’équipe technique de Bernay Automation a installé un automate Simatic S7-1200 de Siemens au centre de sa cellule de démonstration. Il coordonne les différentes fonctions de cette dernière, gère le séquencement des étapes et active les sous-ensembles au gré des actions à réaliser. Cet automate programmable qui joue le rôle de point central dans la cellule de démonstration, peut aussi être vu comme une passerelle permettant d’intégrer cette solution dans une ligne de production automatisée complète. Dans une application réelle, il pourrait être remplacé par l’un des automates de la ligne de production ciblée, afin de réduire le coût de la solution. Le choix d’un automate Siemens permet à Bernay Automation de coordonner les échanges de données déterministes au travers d’un réseau Profinet. D’un point de vue opérationnel, l’automate récupère le premier jeu de coordonnées X, Y, rZ, qu’il met à la disposition d’un robot Fanuc LR Mate 200iD, au moyen de la liaison Profinet. En se basant, sur ces informations, le robot se déplace, oriente son préhenseur et saisit la pièce correspondante.

Avant de déposer la pièce dans un rack, le robot présente cette dernière à une caméra In-Sight 7802 conçue par Cognex. Cette caméra équipée d’un flash externe, est bien plus qu’un banal équipement de capture d’images puisqu’elle intègre une unité de traitement numérique autonome – un mini PC en quelque sorte – capable d’analyser les images et de communiquer avec l’automate Simatic S7-1200. Ce dispositif numérique contrôle tout d’abord, la qualité de la pièce qui lui est présentée afin de déterminer si l’encoche n’est pas tordue ou cassée. Cette fonction qui peut sembler facultative, présente une forte valeur ajoutée puisque, en fonction du cahier des charges du client, le capteur de vision permet de garantir que seules des pièces conformes aux attentes vont être déposées dans le rack de sortie. L’unité de traitement de la caméra in-Sight va ensuite traduire la position de l’encoche en coordonnées radiales, ce qui permet de définir l’orientation de la pièce par rapport au préhenseur.

La caméra délivre donc un résultat rZ directement exploitable par l’automate qui peut alors commander intelligemment la dépose de la pièce par le robot dans le rack de sortie avec l’orientation attendue. On peut au passage signaler que la caméra Cognex pourrait communiquer directement avec le contrôleur Fanuc R-30iB qui pilote le robot pour arriver au même résultat. Le passage par un automate industriel vise à démontrer que la cellule a vocation à s’intégrer à des ressources déjà existantes en apportant un système de dévracage intelligent qui va décharger les opérateurs d’une activité ne présentant aucun intérêt. Dès que la première pièce est déposée, l’automate récupère le deuxième jeu de coordonnées qu’il communique au contrôleur du robot Fanuc et le cycle se reproduit jusqu’à ce que tous les jeux de coordonnées aient été exploités. La trémie fera alors chuter d’autres pièces dans la plateforme vibrante Asycube et le système SmartSight créera un nouveau groupe de jeux de coordonnées spatiales qu’il mettra à la disposition de l’automate Simatic S7-1200.

La souplesse d’une conception modulaire

Pour créer cette cellule qui démontre toute la flexibilité et l’adaptabilité d’une solution de dévracage digitale, l’équipe de Bernay Automation s’est mobilisée pendant environ trois semaines. A la lecture de ce qui précède, on comprend sans difficulté que la cellule se compose de briques élémentaires : la plateforme Asycube et son système SmartSight, l’automate Siemens qui en quelque sorte, simule la présence de l’infrastructure d’automatisation industrielle constituant l’environnement de travail de la cellule, le robot Fanuc, son contrôleur et la caméra intelligente Cognex qui permettent un premier niveau de contrôle de la qualité et le bon déroulement des mouvements.

Cette cellule qui démontre à la fois l’intérêt et l’efficacité d’une distribution de pièces automatisée, rendue intelligente en s’appuyant notamment, sur la vision industrielle, dépasse l’image que donne habituellement Bernay Automation. L’entreprise normande veut par ce moyen, créer un standard de cellules de distribution flexibles qu’elle va désormais s’efforcer de faire accepter par ses clients.