Le système iGPS (infrared Global Positioning System)
1. Aperçu
L'iGPS est un système métrologique modulaire permettant la localisation et le « tracking », à l’échelle d’une usine ou d'un hangar, d’objets multiples avec une précision métrologique. Mise au point par la compagnie Arc Second vers la fin des années 90 sous le nom d’indoor Global Positioning System, cette technologie fut ensuite intégrée aux produits Metris en 2006, puis acquise par Nikon Metrology en 2009 et rebaptisée infrared Global Positioning System.
En tant qu’intégrateur de solutions métrologiques, Amrikart s’est vue impliquée dès 2004 dans le développement et l'amélioration des performances de l’iGPS. Aujourd’hui, notre compagnie s'illustre comme chef de file mondial dans l'implantation de ce système révolutionnaire.
Applicable à la fabrication, à l’assemblage et au contrôle qualité, la technologie iGPS est principalement utilisé par l’industrie aéronautique, mais également par la défense et toute autre industrie qui met en jeu des applications de positionnement, d'assemblage, de repérage et de suivi en temps réel.
2. Fonctionnalités et avantages
Le système iGPS s'inspire des fonctionnalités du GPS classique, à la différence qu’il est conçu pour de grandes installations de production. Les satellites sont remplacés par des émetteurs laser infrarouges qui génèrent un champ de mesure de la taille d’une pièce d’habitation ou d’une installation industrielle. L’iGPS est environ 100,000 fois plus précis qu’un GPS standard.
L'iGPS présente les avantages métrologiques suivants :
- Modularité et flexibilité : le nombre d’émetteurs et de capteurs, ainsi que la densité et la géométrie du réseau sont adaptables aux dimensions du poste de travail.
- Couverture d’un espace de 360° autour de la pièce, avec une redondance des émetteurs évitant les problèmes de champ de vision.
- Précision homogène dans tout le volume de mesure, typiquement 200 µm (0.008’’) à 95%, alors que la précision des systèmes traditionnels décroît avec la distance.
- Système multiutilisateurs permettant des applications en temps réel dans plusieurs cellules de travail simultanément, sans perte de performance.
- Pas de synchronisation requise entre les émetteurs.
- Auto-surveillance permanente afin de prévenir toute dérive des émetteurs (compensation automatique sans intervention de l’opérateur).
- Calibration rapide en chargeant une configuration de référence ou en déplaçant une barre étalon.
3. Composants principaux
3.1 Émetteurs
Un émetteur iGPS est un théodolite qui peut être monté sur un mur, un poteau fixe ou un trépied mobile. Sa tête tourne à une fréquence comprise entre 40 et 50 Hz, et émet continuellement des signaux laser infrarouges dans toute la cellule de travail, sur 360°.
3.2 Capteurs intégrés
Ils sont montés sur les composants à localiser et reçoivent les signaux générés par les émetteurs dans toute la zone de couverture. La dernière génération (i5) encapsule trois éléments en un produit :
- une sonde constituée de deux capteurs décrivant un vecteur;
- un amplificateur;
- un convertisseur des signaux infrarouges captés en données angulaires.
3.3 Station de travail
Elle est équipée d'un logiciel d'interface qui contient toute la configuration du système et qui surveille en permanence sa santé et sa performance. Le logiciel fournit la position des émetteurs utilisés et convertit les données angulaires issues des capteurs en coordonnées spatiales XYZ.
4. Technologie
Chaque émetteur génère trois signaux optiques :
Deux plans laser infrarouges, inclinés de telle sorte qu’ils se rapprochent vers le bas et s’écartent vers le haut. Le temps écoulé entre le passage des deux plans détermine la position verticale (angle d’élévation) du capteur (plus l’intervalle est long, plus la cible est en hauteur).
Un signal impulsionnel (flash) produit par une DEL infrarouge toutes les deux révolutions, et perçu par le capteur. Le temps écoulé entre le flash et le point médian des 2 frappes laser définit la position horizontale (angle d’azimut) du capteur.
L'azimut et l'élévation combinés situent un capteur sur une ligne, sans notion de distance. Pour connaître la distance, donc la position XYZ du capteur, au moins deux émetteurs sont requis : c'est le principe de triangulation.
En augmentant le nombre d’émetteurs, d’autres triangulations s’ajoutent, ce qui renforce le système et conduit à une détermination encore plus précise de la position.
Une grande précision sur la position des capteurs implique de connaître le plus parfaitement possible celle des émetteurs. Une calibration du réseau est donc indispensable. Celle-ci peut être faite en déplaçant une barre étalon dans la zone de travail, ou mieux, au moyen d’un réseau de points de référence parfaitement connus sur lesquels les émetteurs pourront se recalibrer continuellement.
5. Applications industrielles typiques
5.1 Suivi en temps réel
L’iGPS, intégré directement aux lignes de production et d’assemblage, est l’outil idéal pour suivre dynamiquement de grandes pièces et les aligner « bien du premier coup ».
Suivi de maquettes de navires dans un bassin de traction
Les maquettes de navires sont équipées de capteurs iGPS. Leur comportement est suivi en dynamique et en continu dans les 6 DDL (degrés de liberté), à différentes vitesses.
Suivi et contrôle de robots industriels
Les capteurs sont intégrés au robot et aux structures. Un seul réseau iGPS permet de piloter les robots sur toute la ligne de montage.
Alignement et assemblage de sous-ensembles d’avion
Les sections de fuselage, les ailes, ou les contrôles de vol sont équipés de capteurs pour repérer leur position et orientation, suivre leur mouvement et les aligner correctement.
5.2 Localisation
L’iGPS permet la localisation précise de n’importe quel outil dans les 6 DDL pour améliorer l’assurance qualité et la capabilité de procédés tels que la mesure d’épaisseur de revêtements, le marquage pour perçage, l’application de peinture au robot…
Projecteurs laser pour la finition d’avions
Les projecteurs laser et les pièces d’avion sont équipés de capteurs et alignés automatiquement. L’iGPS permet une couverture totale de tous les dispositifs dédiés à la finition.
Mesure de jeux et affleurements
Une sonde iGPS équipée d’un palpeur laser permet d’obtenir la position liée à la mesure de jeux et affleurements, améliorant la qualité et simplifiant les opérations de retouche.
Mesure d’épaisseur de revêtements
Une sonde iGPS équipée d’un outil spécifique permet d’enregistrer la position exacte d’une mesure d’épaisseur de revêtement.
5.3 Inspection
Idéalement, les pièces devraient être vérifiées à l’endroit même où elles sont produites. En utilisant des outils métrologiques traditionnels, cela demande de transporter des pièces lourdes ou encombrantes vers la salle de mesure. L’iGPS élimine ce problème en transformant la zone de travail en un espace métrologique entièrement coordonné.
Inspection de fuselage
Un bras articulé iGPS permet la mesure de points discrets, et même des points cachés dans la zone de travail.
Inspection de la carrosserie d’un véhicule
Une sonde iGPS longue portée permet de mesurer différentes carrosseries sans problème de saut d’instruments (déplacement de position).
Inspection de moules de turbines
Une sonde iGPS est utilisée pour mesurer des caractéristiques sur toute la surface de moules de grande taille, avec une liberté de mouvement totale grâce à la transmission sans fil.
