Franchir une nouvelle étape dans l'automatisation du contrôle de la qualité des pièces industrielles, c'est le challenge que l'Institut Clément Ader d'IMT Mines Albi et la société DIOTA s'emploient à relever.

Automatisation du contrôle de la qualité des pièces industrielles

Le premier est spécialiste des matériaux et procédés tandis que la seconde s'est destinée au développement d'outils numériques pour l'Industrie 4.0 et a conquis de nombreux grands industriels (Dassault Aviation, SAFRAN, Orano, Naval Group, PSA, Volkswagen…).

L'objectif de leurs recherches communes est d'automatiser le contrôle des pièces industrielles en exploitant au maximum leur maquette numérique de référence. Une véritable innovation qui ouvre la perspective d'un gain important en fiabilité et en efficience, dans des secteurs tels que l'aéronautique, le spatial, l'automobile, le ferroviaire ou le naval.

Une collaboration centrée sur la digitalisation du contrôle des pièces industrielles

Dès 2016, IMT Mines Albi (via l'Institut Clément Ader (ICA) site d'Albi) et la société DIOTA ont mis en place un projet de recherche sur l'« Inspection et le contrôle de pièces ou structures mécaniques complexes par vision 2D/3D ». Aujourd'hui, les deux partenaires étendent leur collaboration et l'inscrivent dans le cadre d'un laboratoire commun. Les travaux de recherche de ce dernier ont pour objectif d'utiliser des systèmes intelligents pour automatiser les process de contrôle industriel de pièces et assemblages mécaniques complexes. En comparant la pièce physique inspectée avec son modèle numérique de référence (appelé maquette numérique), ces systèmes permettent une détection automatique des anomalies.

Qu'il s'agisse d'activités de production ou de maintenance, les systèmes développés dans le cadre du laboratoire commun Inspection 4.0 permettent d'adresser deux types de problématiques :

• Le contrôle de conformité des pièces, qui consiste à vérifier qu'une pièce ou un assemblage mécanique  est conforme à son modèle numérique. Il s'agit par exemple de détecter des défauts d'assemblage (absence d'un élément, défaut de montage…)
• Le contrôle de dommages, qui consiste à détecter et caractériser des défauts pouvant affecter la résistance ou l'aspect esthétique de pièces ou structures (enfoncement, fissure, rayure…).

Sur toutes ces dimensions, le projet fait l'objet d'un soutien par la région Occitanie.

Un processus innovant pour faire gagner l'industrie en fiabilité et en efficience

L'aspect innovant de ces travaux réside dans l'exploitation de la maquette numérique (modèle CAO 3D) de la structure contrôlée. A partir des images 2D ou 3D de cette dernière, fournies par une caméra ou un scanner, le système est en capacité d'analyser automatiquement les points  de non-conformité  avec sa maquette numérique. Cette capacité à exploiter la maquette numérique d'une pièce ou d'une structure à des fins de contrôle apporte plusieurs bénéfices :

• la rapidité de traitement grâce à la caractérisation et la localisation automatiques des anomalies,
• l'universalité i.e. l'aptitude à intervenir sur l'ensemble de la chaîne et quel que soit le contexte industriel,
• la fiabilité des résultats affranchie du risque d'erreur humaine,
• la complexité : le système permet de détecter et caractériser des dommages sur des surfaces de forme complexe ou présentant des éléments pouvant perturber la détection et la caractérisation des dommages (une ligne de rivets par exemple).

De premiers algorithmes exploités sur site industriel

Les premiers développements du laboratoire commun se sont focalisés sur le contrôle de conformité à travers deux points :

• le développement de systèmes d'inspection automatique exploitant des images 2D ou des nuages de points 3D pour l'inspection automatique d'assemblages mécaniques aéronautiques complexes (typiquement un moteur d'avion) 
• le développement de nouvelles méthodes d'analyse des pièces industrielles basées sur l'intelligence artificielle (Machine/deep/transfert learning) dont la source d'apprentissage est directement la maquette numérique. Cette méthode particulièrement innovante permet de s'affranchir de la collecte chronophage de données réelles.

Les premiers résultats ont abouti à la création d'algorithmes qui sont aujourd'hui exploités sur site industriel dans le cadre des moyens d'inspection développés par la société DIOTA pour ses clients.

Vers une inspection robotisée élargie aux dommages des pièces industrielles

Jusqu'ici, les procédés de contrôle de dommages mis au point dans le cadre du laboratoire commun Inspection 4.0 nécessitent l'intervention d'un opérateur humain, lequel manipule le scanner ou la caméra chargé de capter les données d'inspection. La deuxième étape des travaux consiste à s'affranchir de l'intervention humaine et à développer un process de contrôle des dommages par imagerie 2D/3D, entièrement robotisé.

Baptisée DECADOM (Détection, Caractérisation et Localisation de dommages sur pièces et structures mécaniques complexe par vision 3D), cette phase de recherche a démarré en 2020. La signature de la collaboration entre IMT Mines Albi/ICA et DIOTA sur ce nouveau champ de recherche a été officialisée, ce 17 mars, en raison des contraintes liées à la crise sanitaire.

« DIOTA est le leader européen en matière de solutions logicielles exploitant la Réalité Augmentée pour l'industrie. Performants, ces outils de Réalité Augmentée sont un atout essentiel pour pouvoir exploiter au maximum la maquette numérique dans le cadre des travaux menés au sein du laboratoire commun. », explique Jean-José Orteu, enseignant-chercheur du centre de formation et de recherche ICA-A et Directeur du laboratoire commun Inspection 4.0.

ICA, le centre de recherche d'IMT Mines Albi acteur de l'industrie du futur

Urbanisation, démographie, climat, transports : les consciences et les comportements changent et évoluent. IMT Mines Albi intervient dans le champ de la mobilité du futur : automobile, aéronautique, spatial.

L'École fait converger ses expertises scientifiques, pédagogiques et économiques pour imaginer et créer des matériaux, des structures et des procédés plus sûrs, plus verts : alliages plus résistants dans le temps, indéformables dans des conditions extrêmes, recyclables ou provenant eux-mêmes de ressources valorisées, plus économes en énergie.

Intégré à l'UMR 5312 avec le CNRS, l'INSA, l'ISAE-SUPAERO et l'Université Paul Sabatier, l'Institut Clément Ader Albi épaule les industries dans la recherche de solutions innovantes répondant aux attentes sociétales.

Les chercheurs de l'ICA site d'Albi optimisent les procédés de production et les performances des pièces en matériaux composites, métalliques ou multimatériaux et analysent le comportement et l'endommagement de ces matériaux. Une attention particulière est portée aux outillages de fabrication.

Ils étudient leurs comportements mécaniques, leur résistance à l'usure et à la fatigue thermique, notamment en surveillant les procédés grâce à des méthodes optiques originales. Les études permettent de faire émerger des procédés et des matériaux innovants.

Dans cette démarche, le centre de recherche s'appuie sur la plateforme de recherche et d'innovation MIMAUSA (Mise en œuvre de Matériaux pour l'Aéronautique et Surveillance Active).

Portée par l'Institut Clément Ader et développée en partenariat avec la Communauté d'Agglomération de l'Albigeois, elle fournit des pilotes industriels et des équipements d'essais de premier plan. Elle permet aux industriels de développer de nouveaux matériaux et procédés, et de faire de la surveillance active de procédés et de structures.

L'ICA Albi compte 70 personnes et participe à l'IRT Saint-Exupéry, localisé à Toulouse.

« La création de ce laboratoire commun exprime une nouvelle fois la pertinence des champs scientifiques et d'expertise développés à IMT mines Albi. Au cœur des enjeux du futur et de l'industrie, ils sont porteurs d'innovation et de gains de compétitivité pour l'entreprise. Des bénéfices qui prennent plus encore leur sens en cette période économique tendue. »

Narendra Jussien, directeur IMT Mines Albi

« Nous sommes très fiers de collaborer avec l'Institut Clément Ader d'IMT Mines Albi autour de l'automatisation des process de contrôle via l'exploitation de la maquette numérique. Les capacités de détection et de caractérisation des défauts développées dans le cadre de ce laboratoire commun vont apporter de vraies réponses à des besoins réels de nos clients industriels pour améliorer l'efficacité et la qualité des inspections en contexte de production et de maintenance. »

Lionnel Joussemet, CEO Diota.