Se mesurer sans crainte aux pièces de taille
À l’aide de PolyWorks|InspectorMC, Andritz Hydro relève les défis que pose le contrôle de la qualité des pièces de grandes dimensions.
Andritz Group est composé d’Andritz Hydro, d’Andritz Pulp & Paper, d’Andritz Metals, d’Andritz Separation et d’Andritz Automation. Son siège social est situé à Graz, en Autriche. Andritz Group est un fournisseur mondial de premier plan d’équipement et de services destinés aux centrales hydroélectriques, à l’industrie des pâtes et papiers, à l’industrie sidérurgique, à l’industrie de la transformation des métaux, ainsi qu’aux secteurs municipal et industriel en ce qui a trait à la séparation solide-liquide.
Au cours des 170 dernières années, Andritz Hydro s’est forgé une réputation de chef de file sur le marché mondial de la production d’énergie hydraulique. De nos jours, il est un fournisseur mondial de systèmes électromécaniques et de services pour les centrales hydroélectriques. Andritz Hydro compte plus de 50 emplacements dans 20 pays, et son siège social se trouve à Vienne, en Autriche. L’entreprise compte cinq divisions principales : Large Hydro, Service & Réhabilitation, Compact Hydro, Turbo Générateur et Pompes. C’est pourquoi, lorsqu’il est question d’énergie hydroélectrique, l’entreprise est une experte en la matière.
Le défi
Le contrôle de la qualité des turbines Francis
Spécialisée dans la production de composants pour centrales hydroélectriques, comme des turbogénérateurs, des turbines et des vannes, l’usine Andritz Hydro située à Ravensburg, en Allemagne, doit assurer le contrôle de la qualité de toutes ses pièces, y compris les pièces lourdes et imposantes comme les turbines Francis.
Produisant jusqu’à 800 mégawatts, une seule turbine Francis s’avère un monstre de puissance. Fabriquée à partir de matériaux de moulage, une turbine Francis pèse 200 tonnes et mesure près de 8 mètres de diamètre. La puissance générée par ce monstre est impressionnante : l’énergie produite est comparable à celle d’une usine nucléaire de taille moyenne. Malgré sa puissance et sa taille extraordinaires, la turbine Francis est une pièce de précision. L’efficacité de la turbine dépend entièrement de l’exactitude des aubes et de leur position. Le contrôle de la qualité est donc une étape cruciale. À 120 tours par minute, même la plus petite déformation dans une pièce peut avoir des conséquences désastreuses.
À 120 tours par minute, même la plus petite déformation dans une pièce peut avoir des conséquences désastreuses.
Turbine Francis pour la centrale de Guri II au Venezuela.
Chez Andritz Hydro, le contrôle de la qualité d’une pièce de 200 tonnes pose une série de difficultés uniques. D’abord, la taille d’une turbine Francis est un obstacle en soi, car elle complique sérieusement la prise de mesures et, sans équipement adéquat, cette tâche est pratiquement impossible. De plus, malgré la taille imposante de ces pièces, la précision doit être de l’ordre du 1/100 de millimètre.
Yener Korkmaz, directeur de la division des mesures et des essais chez Andritz Hydro, à Ravensburg, est responsable de l’assurance de la qualité, de l’inspection et de la réparation des marchandises entrantes. M. Korkmaz a déclaré que « la prise de mesures, notamment les points cibles, le recalage et l’analyse, ne pose pas de difficultés; notre principal défi consiste à accéder à la pièce, car l’espace est souvent limité et nous ne pouvons pas nous placer physiquement dans une meilleure position ».
Puisque les composants ne sont pas autostables sur une table de mesure et que tous les côtés ne sont pas accessibles, M. Korkmaz et son équipe ont dû, par le passé, mesurer des pièces imposantes directement à l’endroit où elles étaient soudées, c’est-à-dire parmi d’autres pièces et outils. De plus, les mesures prises à l’aide de jauges n’étaient tout simplement pas suffisamment précises, car elles variaient selon le matériau de la jauge.
La solution
Andritz Hydro s’est tournée vers la métrologie 3D pour le contrôle de la qualité de ses turbines. Puisqu’un grand nombre de points de mesure sur une turbine sont partiellement cachés et difficiles d’accès, la solution idéale était un instrument de mesure tactile. Ce type d’instrument est particulièrement pratique, puisque la quantité de points à mesurer n’est pas astronomique. La solution de métrologie 3D choisie est un bras de mesure FaroArm, le laser de poursuite Faro et le logiciel PolyWorks|InspectorMC. Grâce à cet ensemble d’instruments, la taille et le poids de la pièce ne posent plus aucun problème.
La mesure de l'angle des aubes de turbine exige un effort corporel.
PolyWorks|InspectorMC a été choisi pour le recalage et l’analyse des données de mesure. En fait, Andritz Hydro avait changé son logiciel de recalage pour PolyWorks® trois ans auparavant. La principale raison était que, même si les caractéristiques de recalage du logiciel précédent répondaient aux besoins de l’entreprise, PolyWorks offrait plusieurs avantages en matière d’analyse et d’exportation des données.
Hans-Peter Klimm, contremaître à la division des mesures et des essais chez Andritz Hydro, à Ravensburg, aime la souplesse de PolyWorks et le fait qu’il n’est pas limité par le logiciel : « La plupart des solutions logicielles offrent des fonctions bien précises et, si ces fonctions ne permettent pas d’obtenir le résultat souhaité, on ne peut rien y faire. Avec PolyWorks, nous pouvons emprunter différentes voies pour atteindre un objectif. Nous utilisons de nombreuses options d’importation et d’exportation, en plus de différentes interfaces, ce qui nous permet de trouver des solutions créatives à des problèmes précis. »
« Nous avons choisi PolyWorks en raison de sa souplesse et de ses différents formats de rapports, mais aussi en raison du soutien technique fourni par Duwe-3D! »
M. Korkmaz a souligné que toutes les divisions au sein de l’organisation étaient traitées comme un client, et qu’elles avaient des besoins distincts en matière de traitement des données. PolyWorks permet d’utiliser chacun des formats requis sans problème. « Nous avons choisi PolyWorks en raison de sa souplesse et de ses différents formats de rapports, mais aussi en raison du soutien technique fourni par Duwe-3d », a ajouté M. Korkmaz. De plus, M. Korkmaz apprécie grandement que ses employés aient reçu une formation de base sur la solution logicielle PolyWorks|Inspector et que Duwe-3d AG, située à Lindau, ait offert aux employés un soutien à la macroprogrammation sur le site de production.
Grâce à cette solution de mesure 3D, les problèmes posés par la taille imposante des pièces ont été éliminés. Toutefois, même avec cette solution, la mesure de turbines de grandes dimensions est bien loin d’être un travail de routine. Cela est dû en grande partie au fait qu’Andritz Hydro produit des pièces uniques qui ne sont pas fabriquées en série, ce qui signifie que chaque roue est personnalisée selon les besoins du client. En conséquence, les besoins de mesure sont toujours différents. « Chaque turbine que nous mesurons est un projet distinct en soi », soutient M. Klimm.
Le modèle CAO d'une pièce dans PolyWorks avec des points de référence et de mesure.
Déplacement du dispositif
En raison de la taille de la pièce et de l’accès limité à celle-ci, le bras de mesure et le laser de poursuite doivent être fréquemment déplacés. PolyWorks simplifie le changement de position du dispositif de mesure 3D, car il offre deux méthodes pour enregistrer le bras dans le système de coordonnées :
-
Utiliser des points mesurables à partir de plusieurs positions : des points de l’ancienne position sont toujours à portée de la nouvelle position;
-
Combiner le bras et le laser de poursuite, et enregistrer le bras dans le système de coordonnées du laser de poursuite.
Lorsque le dispositif de mesure est déplacé, le bras utilise le système de coordonnées du laser de poursuite comme référence. PolyWorks enregistre automatiquement le bras dans le système de coordonnées du laser de poursuite, sans qu’il soit nécessaire de prendre de nouveaux points de référence.
Les données du projet peuvent être déclenchées par un iPod en utilisant l'application PolyWorks|Talisman.
PolyWorks|TalismanMC est un outil très utile pour nous!
Pour les points de mesure difficiles d’accès, comme les points à l’intérieur d’une roue ou d’un arbre, l’application PolyWorks|Talisman pour appareils mobiles d’Apple® est d’une aide précieuse.
« PolyWorks|Talisman est un outil très utile pour nous! », s’est exclamé M. Korkmaz. « Si un collègue est absent, ou si l’opérateur se trouve dans une situation précaire et qu’il n’a pas accès à l’ordinateur, l’application vient à notre rescousse », a poursuivi M. Korkmaz. La prise de mesures peut être déclenchée à distance, et les données du projet peuvent ensuite être récupérées à partir de l’ordinateur. Le technicien des mesures peut alors valider immédiatement les données et apporter les corrections nécessaires en cas de mesures erronées.
Les avantages
Puisque de nombreuses pièces à mesurer sont de grandes dimensions, il arrive fréquemment aux clients d’Andritz Hydro de construire des structures autour de la pièce pour y avoir accès. Bien que ces structures permettent d’examiner la pièce en entier, elles ont un désavantage : l’espace est limité. Ainsi, la simple tâche de mesurer ces pièces devant un client avec une longue jauge était parfois impossible ou, au mieux, entraînait des écarts.
Grâce à la mobilité offerte par la solution de métrologie 3D, il est possible d’effectuer le contrôle de la qualité des pièces du fournisseur directement sur le site du montage, et même d’offrir du soutien lors de l’installation des turbines dans la centrale. Le travail dans les espaces restreints n’est donc plus un obstacle.
Par le passé, il aurait fallu deux techniciens et jusqu’à une journée et demie de travail pour mesurer une aube de 100 tonnes (dont une partie considérable de ce temps aurait été passée à mettre l’équipement en place et à travailler au ralenti en raison du nombre important de câbles et de soudures ainsi que de l’espace limité). Grâce à la solution de métrologie 3D, cette tâche peut être accomplie en 2 heures par un seul technicien.
Compte tenu de l’utilisation croissante de PolyWorks, M. Korkmaz a déclaré : « En utilisant PolyWorks, nous avons enregistré des gains en précision et en répétabilité des résultats de mesure, ce qui est essentiel! »
L’avenir de PolyWorks chez Andritz
La fiabilité des techniques de mesure 3D actuelles a mené à de nouvelles applications chez Andritz. Non seulement sont-elles utilisées pour le contrôle de la qualité, mais également pour la fabrication de pièces. Avant de commencer le processus de soudure (par exemple, pour le placement de la racine de la soudure), Andritz se fie à PolyWorks et à un laser de poursuite Faro pour déterminer le bon recalage pour tous les composants.
Cette étude de cas a d’abord été publiée en allemand par Duwe-3d.
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Talisman™