Les brochures mettent en avant les mégapixels et le nombre de pièces par minute. Aucun de ces deux critères ne résiste à l'épreuve de la chaîne de production. Dans le domaine des éléments de fixation, des connecteurs et des pièces moulées en caoutchouc, le rendement est fixé avant même la passation de la commande, lorsqu'une valeur de résolution est acceptée sans conversion en microns.
Choisir une machine de tri optique implique de classer neuf caractéristiques techniques en fonction de leur impact sur le rendement : la résolution en microns par pixel, le nombre de caméras et la couverture de champ, l'éclairage, l'architecture d'alimentation, le débit en charge, la précision (distinguant les « échappements » et les « faux rejets »), les performances d'éjection, le logiciel et la facilité de changement de configuration, ainsi que la stabilité mécanique. Les quatre premières déterminent ce que la machine peut voir, les trois suivantes ce qu’elle fait de ce qu’elle voit, et les deux dernières si la machine est capable de résister à une année de production.
Les sections ci-dessous suivent l'ordre dans lequel ces décisions doivent être prises, car une erreur commise lors de la configuration ne peut pas être corrigée par une mise à jour ultérieure.
1. Résolution optique : microns par pixel, et non mégapixels
La résolution doit être exprimée en fonction de la surface physique couverte par un pixel à la surface de la pièce, le plus petit défaut que vous devez détecter devant s'étendre sur au moins trois pixels et toute dimension que vous devez mesurer devant s'étendre sur cinq pixels ou plus.
L'équivalent en pixels correspond à la largeur du champ divisée par le nombre de pixels horizontaux. Un capteur de 5 mégapixels comportant 2 448 pixels horizontaux et couvrant un champ de 24 mm offre environ 9,8 microns par pixel, ce qui est suffisant pour détecter des défauts de près de 30 microns et en mesurer de près de 50. Ce même capteur, sur un champ de 60 mm, offre 24,5 microns par pixel et ne détecte plus aucun défaut inférieur à environ 75 microns.
| Taille du défaut à détecter | Une résolution et un matériel adaptés |
| 100 microns et plus, comme les pièces mixtes | Capteur de 2 MP, grand angle, objectif à focale fixe |
| 30 à 50 microns, comme les bavures et les défauts de placage | Capteur de 5 MP, champ de vision inférieur à 25 mm, faible distorsion |
| 10 à 20 microns, comme les bavures sur les bornes de 0,1 mm | Capteur de 12 MP ou optique télécentrique, champ inférieur à 10 mm |
| Inférieur à 10 microns | Stations à champ étroit, optiques télécentriques, châssis isolé |
Partez du défaut pour remonter : multipliez sa plus petite dimension par trois, puis divisez ce résultat par le champ le plus large que permet la pièce. Le traitement ne peut pas restituer des détails que l'optique n'a jamais capturés ; ainsi, réduire le champ et adapter le dispositif de fixation apporte un gain supérieur à celui d'un capteur plus grand. Le travail dimensionnel nécessite une optique télécentrique ; l'inspection de surface tolère un objectif présentant une distorsion inférieure à 0,1 %.
2. Nombre de caméras et couverture visuelle
Le nombre de caméras dépend des surfaces présentant des défauts, et non de l'objectif de rendement. L'erreur la plus courante est qu'une machine capture parfaitement la face supérieure, mais ne détecte jamais le flanc du filetage, la face inférieure d'une tête de vis ou le bord coupé d'un contact estampé.
Masquez toutes les surfaces sur lesquelles un défaut a déjà été détecté, puis demandez lesquelles d'entre elles sont visibles par une seule caméra dans une orientation donnée. Une pièce posée sur un disque en verre présente une seule face ; une pièce passant devant un objectif présente un mélange imprévisible. Quatre caméras filmant une pièce en rotation à quatre instants différents décrivent quatre pièces différentes.
| Type de pièce | Les points de vue qui déterminent l'acceptation |
| Vis, boulons et écrous | Face supérieure de la tête, face inférieure de la tête, flanc du filetage, pointe, une rainure oblique pour le coude |
| Contacts et bornes estampés | En haut, en bas, sur les deux bords latéraux, sur le bord coupé où se forment des bavures |
| Joints en caoutchouc moulés et joints toriques | Diamètre extérieur, diamètre intérieur, les deux faces d'étanchéité |
| Boîtiers moulés par injection | Haut, bas, quatre parois latérales, repères côté cavité |
| Composants en cristal et en verre | Silhouette en transmission et deux vues réfléchissantes |
Plateformes dans le Machine de tri optique Ces catégories se distinguent moins par le nombre de capteurs que par le nombre de vues qu'elles peuvent afficher simultanément tout en garantissant la stabilité de la pièce. Les alésages et les racines de filetage nécessitent généralement une station alignée sur l'axe, car aucun angle oblique ne permet d'atteindre le fond d'un trou.
3. Conception de l'éclairage
L'éclairage est le seul paramètre qui détermine le contraste, et un défaut ne présentant aucun contraste sous l'éclairage choisi ne peut être détecté par aucun algorithme ; il convient donc d'éclairer les échantillons et de les examiner avant de valider la résolution.
C'est la géométrie, et non la luminosité, qui fait toute la différence. La lumière coaxiale se reflète sur les surfaces planes et miroitantes, transformant une bosse en une tache sombre. Un dôme aplatit les reflets qui masquent les petites imperfections dans le plastique noir. Le champ sombre à angle faible effleure la surface, de sorte que les bavures brillent tandis que la face plane reste sombre. Le contre-jour laisse une silhouette parfaite pour évaluer les dimensions mais inutile pour détecter les rayures, et les polariseurs croisés éliminent les reflets émis par les pièces usinées.
| Matériau et défaut | Une géométrie d'éclairage qui fonctionne généralement bien |
| Métal usiné ou plaqué, rayures et bavures | Champ sombre à faible angle, polarisation croisée, un remplissage |
| Plastique moulé foncé, moulages incomplets et traces de coulée | Dôme diffusant la lumière avec un angle de remplissage élevé dans les cavités |
| Caoutchouc transparent et silicone | Rétroéclairage pour les bords, coaxial pour la détection de contaminants |
| Verre et cristal, éclats et bulles | Champ sombre pour les copeaux, lumière transmise pour les inclusions |
| Assemblage comportant un composant manquant | Structure coaxiale avec anneau disponible en deux couleurs, ce qui fait varier la teinte de l'espace |
À quelques centaines de pièces par minute, la durée d'exposition est de quelques dizaines de microsecondes ; la lumière doit donc clignoter au rythme du déclenchement. Un rayonnement continu chauffe le boîtier, et un dixième de millimètre d'accumulation suffit à adoucir un bord de 10 microns.
4. Mécanisme d'alimentation et manutention des pièces
L'architecture d'alimentation détermine les géométries de pièces que la machine peut traiter, l'ampleur des dommages liés à la manutention qu'elle entraîne et la durée d'un changement de série ; c'est pourquoi elle doit figurer dans le cahier des charges avant même que la vitesse du convoyeur ne soit abordée.
Les pièces en vrac doivent être séparées les unes des autres, orientées et maintenues immobiles suffisamment longtemps pour être photographiées sous plusieurs angles. Un plateau tournant en verre transporte les pièces sur un disque transparent, de sorte que les caméras supérieure et inférieure partagent une même surface, avec suffisamment de douceur pour préserver les filetages plaqués. Une plaque d’indexation positionne chaque pièce dans un logement usiné, garantissant ainsi la répétabilité des mesures dimensionnelles. Une courroie transporte les pièces plates en continu mais ne permet de visualiser qu’un seul côté, tandis qu’un convoyeur vibrant achemine les plus petites pièces plus rapidement, avec un contrôle d’orientation minimal.
| Architecture d'alimentation | Choix optimal et compromis |
| Plateau tournant en verre | Pièces d'environ 30 mm ou moins, manipulation délicate, protection des jantes ; rayures sur les disques |
| Plaque d'indexation | Logement fixe pour une orientation reproductible ; outillage spécifique à chaque référence |
| Convoyeur à bande | Pièces plates ou allongées, écoulement en ligne ; faible sur les côtés et sur la face inférieure |
| Voie vibrante | Pièces très petites à cadence élevée, coût minimal ; les chevauchements entraînent de faux rejets |
Une pièce ne présentant pas de surface d'appui stable nécessite un logement sur mesure plutôt qu'une machine différente, et ce outillage doit être inclus dans le devis de l'équipement. Une plateforme telle que la Machine de tri optique à plateau tournant pour le verre Convient aux pièces dont les deux faces et le diamètre extérieur doivent être contrôlés en un seul passage. L'usure de l'outil est imperceptible : une poche usée de 0,05 mm fait sortir la pièce de la profondeur de champ.
5. Débit en charge, et non vitesse nominale
La vitesse nominale est mesurée à partir d'un seul élément inspecté sur un flux d'échantillons propre, tandis que le chiffre qui sert de référence pour la planification est le débit de chargement, mesuré lorsque tous les éléments sont actifs et que les rejets sont éjectés.
À un rythme de 600 pièces par minute, chaque pièce dispose de 100 millisecondes, et ce temps doit couvrir le transfert, l'acquisition sur toutes les vues, le traitement, la fusion des décisions, la planification de l'éjection et la confirmation que la pièce rejetée a bien quitté le flux. Une machine atteignant 1 200 pièces par minute lors d’un contrôle de présence peut en retenir 500 une fois que les éléments de mesure en dix dimensions et d’aspect ont été traités sur une image de 12 mégapixels.
| Élément « temps de cycle » | Cadence typique : 600 pièces par minute |
| Transférer, régler et déclencher | 25 à 35 ms par station |
| Acquisition selon quatre points de vue | 15 à 25 ms |
| Traitement par vue | de 8 à 20 ms |
| Fusion des décisions et planification des rejets | 3 à 8 ms |
| Confirmation de l'expulsion et du départ | 5 à 10 ms |
Si le total par poste dépasse le cycle disponible, la ligne doit être équipée d'un poste parallèle, le nombre d'articles de la recette la plus rapide doit être réduit, ou la zone de production doit être plus petite. Demandez les données chargées en précisant le taux de rejet, puis comparez le résultat avec celui du poste le plus lent en amont.
6. Indicateurs de précision qui résistent à un audit
On ne peut se contenter d'un seul chiffre d'exactitude, car celui-ci masque les deux types d'erreurs qui entraînent des coûts : les défauts qui échappent au contrôle et les pièces conformes rejetées à la poubelle. Il convient donc de préciser séparément le taux d'échappement, le taux de faux rejets et le taux de report, chacun avec sa propre méthode d'échantillonnage.
Ce qui importe, ce n’est pas la proportion d’images correctement classées dans un ensemble de référence, mais le nombre de pièces défectueuses qui se retrouvent dans le bac des pièces conformes au cours d’un poste de travail, et ce nombre dépend de la gravité du défaut, de l’orientation et de la stabilité de l’éclairage.
| Système métrique | Définition et comment la vérifier |
| Taux d'évasion | Nombre de défauts non détectés divisé par le nombre de défauts présents ; lot de 200 à 500 graines |
| Taux de faux rejets | Nombre de pièces conformes rejetées divisé par le nombre de pièces conformes présentées, en temps réel |
| Taux de report | Pièces conformes éjectées par pièce non conforme éjectée ; cela entraîne une perte de matière |
| Répétabilité | Les trente passages d'une partie doivent aboutir à des verdicts identiques |
| Répétabilité de la jauge | Mesure répétée par rapport à une référence, au fur et à mesure que la tolérance est épuisée |
L'échantillonnage de contrôle doit suivre un schéma reconnu plutôt qu'un raisonnement. Le système AQL dans ISO 2859-1 fournit des plans lot par lot classés par limite de qualité d'acceptation, transformant ainsi un taux de défauts convenu en seuils que les deux parties peuvent appliquer aux lots expédiés. Dans les programmes où une seule bavure non détectée peut bloquer une ligne de production chez le client, des classes de gravité avec des limites distinctes sont ajoutées, comme c'est le cas dans ce Solution de tri optique pour les fixations automobiles. L'augmentation de la sensibilité réduit le nombre de défauts non détectés mais augmente le nombre de faux rejets ; l'équilibre dépend donc du coût des défauts en aval.
7. Système d'éjection : densité des buses, temps de réponse, consommation d'air
Les performances d'éjection déterminent si une décision correcte se traduit par une action correcte ; elles doivent donc être définies en fonction de l'espacement des buses par rapport au pas de la pièce, du temps de réponse des vannes et de la consommation d'air en régime de croisière à la cadence réelle.
Une machine peut classer correctement chaque pièce et pourtant livrer des pièces défectueuses si le jet est déclenché trop tard, trop large ou pas du tout. Des buses espacées de 10 mm ne peuvent pas isoler une pièce de 4 mm sans perturber ses voisines. Un retard de 10 millisecondes sur une pièce se déplaçant à 300 mm par seconde se traduit par une erreur de position de 3 mm, et la consommation d'air continue détermine si le compresseur existant est capable d'alimenter la machine.
| Paramètre d'éjection | Quelles questions poser et pourquoi c'est important |
| Pas et nombre de buses | Espacement par rapport au pas de la plus petite pièce ; s'il est trop large, il ne touche pas les pièces voisines |
| Temps de réponse de la vanne | Les vannes à action lente élargissent la fenêtre de rejet à la vitesse de la ligne |
| Consommation d'air continue | Mètres cubes par minute, taux de rejet inclus, hors pic |
| Qualité de l'air | Filtration de l'eau et de l'huile ; la contamination provoque le grippage des vannes |
| Confirmation de départ | Un capteur signale que le produit a été rejeté vers la gauche ; ainsi, une buse bouchée ne peut pas passer inaperçue |
8. Logiciels, recettes et changement de production
C'est le logiciel qui détermine à quelle vitesse une recette validée peut être reproduite lors du prochain quart de travail et pour la référence suivante ; par conséquent, le temps de changement de production, la gestion des versions des recettes et l'exportation des données doivent figurer dans le cahier des charges au même titre que les fonctions de détection.
Les fonctionnalités de détection sont visibles lors d’une démonstration ; ce n’est pas le cas de la rigueur des recettes, et c’est ce qui distingue une machine fonctionnant selon des capacités validées d’une autre qui dépend d’un seul opérateur expérimenté. Une recette doit inclure l’éclairage par canal, l’exposition, les zones d’intérêt, les seuils, le délai d’éjection et la liste des articles, et elle doit faire l’objet d’un contrôle de version afin de pouvoir retracer les changements effectués entre deux équipes de nuit. Demandez une transition mesurée et vérifiez qu’une recette éprouvée peut être copiée sur une deuxième machine.
La transmission des données fait partie intégrante de la procédure de réception lorsque le client contrôle le processus et pas seulement le produit. La machine doit disposer d'une interface documentée, comprenant des signaux de synchronisation pour le démarrage et l'arrêt, ainsi qu'un protocole standard pour les données plus détaillées. OPC UA, géré par l' Fondation OPC, constitue la voie d'accès courante aux systèmes de supervision, tandis qu'EtherNet/IP, PROFINET et Modbus TCP assurent les liaisons avec les automates.
9. Stabilité mécanique, environnement et accès pour l'entretien
La stabilité mécanique détermine si la précision mesurée lors de la mise en service résiste aux variations thermiques, aux vibrations provenant des presses voisines et à une année de production ; c'est pourquoi la rigidité du châssis, l'isolation et l'accès pour l'étalonnage doivent figurer dans le même cahier des charges que les composants optiques.
Un châssis qui fléchit de quelques microns entre les optiques et la pièce compromet la répétabilité, et le seul symptôme observable est une dérive du taux de rebut. À partir de 0,01 mm et en dessous, le choix d’une base en fonte ou en granit est une question de rigidité, et celle-ci doit être isolée des presses à estamper, car une presse située à cinquante mètres de distance peut brouiller un bord de 5 microns. Un atelier où la température oscille entre 12 et 35 degrés Celsius modifie la mise au point de toute machine qui ne dispose pas de système de compensation ; une plage spécifiée de 20 degrés ± 5 est donc réaliste.
L'accès au service après-vente est l'aspect le moins prestigieux, mais c'est lui qui détermine le rendement à long terme. Les lentilles doivent être nettoyées selon un calendrier établi par équipe, l'étalonnage nécessite un étalon de référence et les buses doivent être inspectées à des intervalles liés aux heures de fonctionnement. Renseignez-vous sur le temps moyen de réparation, les délais de livraison des pièces de rechange et les diagnostics à distance, car une machine qui attend trois semaines la livraison d’un module de caméra ne génère aucun rendement.
10. Comment vérifier les neuf clauses avant de signer
La vérification consiste à tester vos propres pièces, en activant tous les points de contrôle, sur la configuration exacte faisant l'objet du devis, puis à consigner les résultats dans la clause d'acceptation sous forme de valeurs mesurées plutôt que de valeurs catalogue.
C'est lors du test de réception qu'un cahier des charges devient contraignant. Envoyez trois lots de production d'au moins 500 pièces, dans lesquels vous aurez introduit chaque type de défaut correspondant aux classes de gravité que vous souhaitez contrôler, et exigez que l'on vous communique le nombre de défauts échappés et de faux rejets pour chaque type.
| Test de réception | Ce qu'il faut enregistrer |
| Ensemble d'échantillons | Trois lots de 500 pièces présentant des défauts de fabrication |
| Vitesse en charge | Nombre de pièces par minute maintenu pendant 30 minutes, taux de rebut indiqué |
| Évasion et faux rejet | Comptabilisés par type de défaut, jamais regroupés |
| Répétabilité | Trente passages d'une même partie avec des verdicts identiques |
| Changement | Échange programmé, incluant le chargement de la recette et le contrôle du premier article |
| Documentation | Images des défauts, sauvegarde des recettes, certificat d'étalonnage, liste des pièces de rechange |
Il convient d’évaluer les coûts sur la durée d’amortissement plutôt que sur la base de la facture. Le gain en main-d’œuvre est facile à quantifier (deux à quatre inspecteurs par équipe), tandis que le gain de rendement résultant de la réduction des rejets erronés est souvent plus important mais plus difficile à évaluer. Un délai d’amortissement de 12 à 30 mois est courant, et les applications dans le Solution de tri optique pour l'industrie des semi-conducteurs Ces zones justifient à elles seules des coûts d'investissement plus élevés, ne serait-ce qu'en raison des coûts d'évacuation.
FAQ
Les trois questions ci-dessous portent sur les aspects que les acheteurs examinent en dernier : ce que les systèmes optiques ne peuvent pas détecter, en quoi cet équipement diffère de l'inspection au niveau des cartes électroniques, et combien de temps faut-il pour valider une nouvelle référence.
Une machine de tri optique peut-elle détecter des défauts sous la surface ?
Non. L’imagerie repose sur la lumière réfléchie par la pièce ou transmise à travers celle-ci ; par conséquent, les vides internes, les inclusions, les fissures qui n’atteignent jamais la surface et les variations de dureté restent invisibles, quelle que soit la résolution. Ces défauts nécessitent le recours à la radiographie, au contrôle par ultrasons ou aux courants de Foucault, ce qui implique une deuxième étape d’inspection adaptée au niveau de risque. Si un plan mentionne la porosité interne comme critère de rejet, attribuez-la à une autre étape du processus.
Quelle est la différence entre une machine de tri optique et un système AOI ?
L'inspection optique automatisée examine des cartes maintenues en position fixe, en vérifiant le placement, la polarité et les soudures par rapport à une référence ; elle génère généralement des rapports plutôt que de procéder à des rejets. Une machine de tri optique traite des pièces en vrac, les sépare et les oriente mécaniquement, inspecte plusieurs faces à la vitesse de production et éjecte les pièces rejetées. Les techniques d’imagerie se recoupent ; ce n’est pas le cas des aspects liés à la manutention et à la rentabilité du débit.
Combien de temps faut-il pour valider une nouvelle référence ?
Pour une pièce s'adaptant à une plateforme et à un outillage existants, il faut compter entre une et trois semaines : deux à cinq jours pour un test sur échantillon, puis l'élaboration de la recette, l'homologation du premier article et un essai de capacité. Une pièce nécessitant de nouvelles cavités ou un angle de vision supplémentaire prendra entre quatre et six semaines, la majeure partie de ce délai étant consacrée à la fabrication de l'outillage. Des postes de rechange et un modèle de recette documenté permettent de raccourcir chaque version ultérieure.