C. Autres instabilités ou défauts
II.5 Mise e pla e de l’i stallatio de p oje tio lase
II.5 Mise e pla e de l’i stallatio de p oje tio lase
Au travers des deux premiers chapitres, nous avons présenté le procédé de projection laser, les paramètres impliqués dans le procédé et les capteurs retenus pour la mesure du bain liquide. Nous ous p oposo s da s ette pa tie, de ett e e ad uatio les t ois pa ties p de tes, est à di e de présenter les moyens, les méthodes et les outils que nous avons utilisés dans le cadre de cette thèse.
II.5.1La hai e d’a uisitio et de t aite e t de do ées
Les odules d'a uisitio s et de t aite e ts des do es o t t d elopp s da s l e i o e e t
MATLAB et LabVIEW. Ils se p se te t sous fo e d interfaces permettant de piloter le procédé et
de recueillir des informations en provenance de ce dernier (des a tes d e t e/so ties analogiques ou numériques, apteu s,…etc). Ils seront utilisés par la suite pour gérer les différentes phases de l e p i e tatio :
Les étalonnages
L tude du s st e e ou le ou e te ide tifi atio des modèles procédé : Chapitre III) Et l tude du s st e e ou le fe e ise e pla e d u dispositif de commande :
ChapitreIV)
Ces systèmes de mesures se distinguent donc : par leur finalité (analyse, modélisation/identification, ou contrôle/commande) ou par le moment où intervient la mesure par rapport au processus de fabrication (avant, pendant ou après la fabrication).
U e illust atio s h ati ue de l i te o e io e t e les différents équipements est montrée sur la Figure II.22. Elle p se te gale e t l i pl e tatio de e s st e da s l e i o e e t du poste expérimental de projection laser (LIMOGES PRECISION).
Figure II.22 – Flu d i fo atio e t e les diff e ts odules de la hai e d a uisitio et de commande
Une armoire électrique o te a t les a iateu s u i ues pou l a tio e e t des servomoteurs
(la CN : commande numérique) et plusieurs relais électromagnétique (12V) qui servent à commander
l’o tu ateu du fais eau, le dist i uteu de poud e et l’ le t ova e de la p ote tion gazeuse. La
synchronisation des commandes et des mesures est ainsi réalisée directement via un programme écrit en code G. Les caméras, associées à la carte d'acquisition NI PCIe-1430 – Dual-Channel Camera Link – de National Instruments, sont synchronisées par une horloge externe délivrée par la carte d a uisitio NI PCIe-632331
qui permet aussi l a uisitio et le contrôle simultané et en temps réel des E/S du système.
La tâ he d a uisitio et du t aite e t d i ages so t au œu de ot e appli atio et p e e t u e tai te ps. Ce te ps d pe d du at iel la a a et la a te d a uisitio et l u it du traitement utilisée. Pour avoir un s st e d’a uisitio e te ps réel, un ordinateur de type PC a été
a het pi e pa pi e et asse l pou e t pe d appli atio . Il s agit d u PC industriel destiné au
prototypage rapide des applications temps réel.
31 Cette carte d'acquisition de données (DAQ : Data AQuisition) offre un niveau de performances avec le débit
élevé du bus PCI Express (250 Mo/s), ainsi qu'un driver (NI-DAQmx) et des logiciels d'acquisition de données optimisés pour le ulti œu et le te ps el. Elle poss de e t es a alogi ues k h./s, solutio de 16 bits, ±10 V), 4 sorties analogiques (900 kéch./s, résolution de 16 bits, ± 10 V), 48 E/S numériques, 4 o pteu s/ti e s its pou les f ue es d ha tillonnage pour les boucles de régulation, le comptage d'événements, etc) (Source : www.ni.com).
Procédé DMD MATLAB/Simulink NI PCIe-1430 DAQ NI PCIe-6323 Tête laser Distributeur de poudre + Gaz de protection Système de Relais LASER HL3006 LLR AE-CW
Table XYZ Caméras
CN Le PC vision et de contrôle/commande
II.5 Mise en place de l i stallatio de p oje tio lase Au niveau matériel, ce PC possède les caractéristiques suivantes : Carte mère ASUS Rampage III Extreme+Processeur INTEL Core i7 990X Extreme Edition avec 12Mo de mémoire cache32+Memoir vive de 6 Go/ 1600 Mhz/CAS 7/ XMP+Carte graphique ASUS EAH5770 CUCORE/2DI/1GD5/A avec Chipset graphique ATI Radeon HD 5770 et 1Go de mémoire vidéo-PCI-Express 2.0/ 16x+2 Disque Mémoire 2,5'' SSD SATA III.
Au niveau logiciel, le PC est équipé de MATLAB qui dispose de son propre noyau temps réel33 et est adapté au appli atio s d elopp es da s l e i o e e t MATLAB/Simulink et les boites à outils Real Time Windows Target et XPC Target34 de Mathworks35. Vis à vis de LabVIEW de National Instrument utilisé pour l acquisition de signaux, MATLAB offre toutes les possibilités en termes de
d veloppe e t, d’i t g atio , d’opti isatio et de ise e fo e des do es. De conception
modulaire et évolutive, cet environnement constitue un outil indispensable pour l'identification de modèles du procédé de projection laser (voir Chapitre III) et la mise en place de dispositifs de commande oi Chapit e . Sa o figu atio off e à l utilisateu u e i o e e t ultife t es et multitâche qui permet aisément de gérer les tâches suivantes :
Tâ hes d’e t es/so ties : pe ette t d a de au do es e te es fou ies pa des capteurs (gestion et synchronisation des caméras), ou de générer des commandes aux actionneurs (puissance/vitesse) pa l i te diai e de a tes d e t es/so ties ;
Tâches de sauvegarde : pe ette t de sto ke l tat du s st e (entrées-sorties) afin de pouvoir être utilisé a posteriori pour la al se de so fo tio e e t et d identification ; Tâches de traitement : o stitue t le œu de l appli atio . Elles peu e t tre considérées
comme des boîtes noires, exécutant des algorithmes issus du traitement du signal, du t aite e t d i ages, et de l auto ati ue ;
Tâ hes de gestio de l’i te fa e utilisateu : pe ette t de p se te l tat du p o d ou de
sa gestio à l utilisateu . Do , l utilisateu peut odifie les o sig es do es ou ha ge les commandes via un IHM ;
Tâches de contrôle/commande : permettant le contrôle/commande du procédé par l i te diai e du programme du contrôleur implémenté de façon logicielle dans le PC.
II.5.2 Le laser
II.5.2.1 La caractérisation du faisceau laser
Des analyses de faisceau laser menées par [2] [5] ont permis de déterminer la caustique du laser (son
diamètre en fonction du niveau de défocalisation36) (Figure II.23c) et sa distribution spatiale37 (Figure II.23a). En sortie de la fibre optique et au plan focal, le faisceau laser présente une distribution homogène (aussi appelé « top-hat »). En dehors de ces positions spécifiques, la distribution d i te sit est de t pe parabolique (Figure II.23d).
32Ce p o esseu e a ue œu s logi ues ultith ead s et cadencés à 3,46 Ghz. Ce processeur est très bien
app i au i eau du te ps d e utio , au t aite ents vidéo, infographie 3D ou autres applications gourmandes.
33 Le rôle du noyau est de gérer les ressources matérielles et permet aux différents composants, matériels et
logiciels, de communiquer entre eux.
34
Les appli atio s d elopp es peu e t s e uter en temps réel et de façon autonome une fois transférées vers le support de stockage de la XPC Target Box par liaison Ethernet avec un PC maitre.
35 http://www.mathworks.fr/
36 Ces mesures ont été réalisées à partir de la mesure du diamètre des impacts laser laissés pour un tir de 10ms
à W su u e pla ue d alu i iu a odis .
(a) (b)
(c) (d)
Figure II.23 – Caractéristiques du faisceau laser : (a ‘ pa titio de l i te sit du faisceau laser (b) Caustique du faisceau laser (c Dia t e de l i pa t e fo tio de la d fo alisatio lase d
Diamètre et répartition énergétique du faisceau laser à DefocL =0 et 8mm
La puissance laser arrivant réellement sur la pièce (après passage dans la fibre, lentilles et tête laser) a été mesurée avec un calorimètre Laser Metrology RLC60 v2.3.
L’a al se alo i t i ue à o t e que 97 % de la puissance de consigne est réellement transmise, ce qui représente 3 % de pertes dues à la fibre et aux optiques.
II.5.2.2 Suivi de puissance
Le lase est uip d u apteu de puissa e et d e gie o t su le i oi de envoi de la construction optique. Une minime partie de la puissance en sortie du laser est prélevée par le miroir de renvoi et injectée dans le capteur. La mesure de cette fraction du faisceau permet de suivre
l’ volutio de la puissa e lase e fo tio du te ps [59]. La prise de mesure se fait par une sortie
analogique via connecteur BNC à deux pôles. La tension présente à cette sortie analogique est
proportionnelle à la puissance du faisceau laser (400W/V).
II.5.2.3 La commande en puissance
Le lase est uip d’u e e t e a alogi ue pe etta t de d fi i de l’e t ieu la puissa e lase pou le dispositif lase à l’aide d’un signal électrique (tension ou courant). L i te fa e e t e
II.5 Mise e pla e de l i stallatio de p oje tio lase analogique est gl e à l usi e su u e ga e de te sio de 0..10V. Il est ainsi possible de définir la puissa e lase da s u e ga e pa ta t de la puissa e lase i i ale jus u à la puissa e o i ale du lase . L e t e a alogi ue dispose gale e t d u e so tie sense pouvant être utilisée pour réguler la tension [59].
Les mesures de la puissance du laser (P) par colorimètre sont tracées en fonction de la tension de commande (Ulaser) sur la Figure II.24. La variation de la puissance du laser peut être considéré
comme linéaire par rapport à la tension de commande : P=444Ulaser
Figure II.24 – Puissance en fonction de la commande en tension
II.5.3 Système de déplacement
II.5.3.1 Mesure de la vitesse de déplacement
Cha ue oteu su u a e X,Y et ) est u i d u apteu de positio codeur) qui sert à mesurer la distan e pa ou ue et d u tachymètre (Figure II.25) .
Figure II.25 – Câblage de la CN
Le tachymètre fournit 10 volts, pour une vitesse maxi en multiple de 1000mm/min définie dans la variable E81026 du programme pièce. Par exemple, si E81026=2000 alors la sortie image vitesse est
2000 mm/min pour 10 volts.
II.5.3.2 Commande en vitesse
La CN dispose d’u e e t e a alogi ue .. V pou la commande en vitesse. Pour que cette
o a de soit effe ti e, faut d a o d l a ti e e ajouta t ette lig e G77H1000 (appel de bloc) dans le code G du programme de la pièce.
La com a de e itesse peut s effe tue en mode absolu ou en mode relatif. Pour définir un mode, faut modifier la variable E81020 (=1 : Mode absolue, = 2 : Mode relatif) du programme pièce.
A e le ode a solu, la itesse d a a e est gl e i d pe da e t de la itesse i di u e da s le programme pièce. La valeur de consigne (entrée analogi ue pe et d ajuste la itesse d a a e entre les valeurs minimale et maximale indiquées dans la ligne E81024 du programme pièce.
0 1 2 3 4 5 0 500 1000 1500 2000 Tension de commande (V) P u is sa n ce ( W) Mesures Moindres carrés
Da s le ode elatif, la ou elle itesse d a a e est i di u e o e u pou e tage de la itesse indiquée dans le programme pièce. La valeur de consigne (entrée analogique) en mode relatif ajuste
la vitesse d’ava e de à % de la valeu i di u e da s le p og a e pi e (Figure II.26). Par
e e ple, si la itesse p og a est / i , la itesse d a a e peut t e ajust e de à 480mm/min selon la valeur de la consigne.
Figure II.26 – La consigne en fonction de la commande en tension
II.5.4 Etalonnage du débit de poudre
Le distributeur de poudre TWIN10C permet la projection de poudres de granulométrie comprise entre 2 et μ poud es fluides et o fluides au i eau de la su fa e d i te a tio à l aide d u gaz po teu e g al de l a gon). Bien que le débit massique dépende essentiellement du plateau de dosage (taille de la rainure) et de sa vitesse de rotation, un étalonnage est primordial avant toute série de manipulations car différents facteurs annexes peuvent modifier (limiter) la valeur de débit
assi ue. C est le as de [6] :
La te p atu e et l h g o t ie a ia te
La qualité de la poudre : les poudres étuvées et sphériques ont une meilleure coulabilité que les poud es o sph i ues, et l histog a e de taille de la poud e % total = f dia t e modifie le taux de remplissage des rainures
Le débit du gaz porteur, à un degré moindre
Lors des expériences réalisées, les différents paramètres suivants : débit de gaz porteur et taille de la rainure du plateau ont été fixés, et seule la vitesse de rotation du plateau a été utilisée pour changer le débit massique.
L’ talonnage de la poudre a consisté à tracer la courbe Dm=f(Nrpm), avec Nrpm le nombre de tour par
minute du disque du distributeur de poudre.