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Case Study
En quête du Saint Graal: modèle
dynamique grandeur nature d'une
excavatrice géante
Le prototypage virtuel a longtemps été
convoité comme le Saint Graal par les entreprises désireuses de rationaliser leur cycle de
développement de produits. L'utilisation de
prototypes physiques pour tester de nouveaux concepts et perfectionnements peut
coûter des millions de dollars aux fabricants
dans les phases en aval et les processus
de réalisation de prototypes. Un prototype
virtuel constitue fondamentalement une
réplique numérique 3D exacte d'un objet physique. Ce modèle de CAO précis peut s'utiliser
comme base de simulation de mouvements,
d'analyse, de conception, de contrôle d'interférences, d'animation ainsi que de nombreuses autres tâches d'ingénierie.
De Belinda Jones
Un projet Caterpillar articulé autour de la métrologie
Ce ne sont pas seulement les grandes dimensions qui font de
l'équipement de terrassement Caterpillar un engin spectaculaire.
Le nombre de pièces mobiles - plusieurs milliers, agissant les
unes sur les autres et ayant toutes un impact sur les propriétés
physiques du contact engin-sol et de l'interaction homme-engin s'avère lui aussi impressionnant. Cette complexité a représenté un
grand défi dans l'élaboration d'un modèle numérique constructif.
Cependant les grands avantages qu'il procure justifie pleinement
les efforts déployés.
- when it has to be right
La combinaison de deux
Laser Trackers LTD800 de Leica
a livré des informations 3D d'une
étendue inégalée
La traction chenillée existe depuis un siècle environ. Les bulldozers
se propulsent par poussée sur le sol. Cependant ce dernier est un
facteur très important de dissipation d'énergie au niveau du
contact chenille-sol. Les ingénieurs de Caterpillar ont souhaité
créer des modèles dynamiques de haute résolution pour prévoir la
puissance de traction et évaluer les conceptions d'engin d'une
manière évoluée. Cette approche avancée dans le cadre d'un
développement de produit est susceptible de réduire drastiquement les coûts R&D globaux, un facteur clé dans la mise en
oeuvre de ce projet.
chenille. Compte tenu de ces contraintes, la mission s'annonçait
comme un travail herculéen, probablement sans précédent. Après
une étude minutieuse, l'équipe de Caterpillar a choisi deux Laser
Trackers Leica LTD800, des instruments de pointe capables de
remplir les exigences en matière de précision d'acquisition,
d'endurance et de résistance à l'environnement, ce dernier étant
entre autres caractérisé par des variations d'humidité et de température, et aptes à synchroniser les résultats en temps réel avec
les mesures d'autres équipements.
Les fondements
L'équipe d'ingénieurs de recherche chez Caterpillar avait établi
une série d'exigences pour le choix du système amené à acquérir
les données de déplacement d'un bulldozer D9 de même que
d'autres coordonnées 3D importantes dérivées de la surface du
Traiter 123 voies de données brutes dans un environnement
chaud, sale, vibrant et exposé à de fortes secousses n'est pas
une tâche aisée. Une combinaison d'équipements de haute
technologie a été utilisée pour mesurer l'activité du bulldozer.
Les deux systèmes LTD800 ont recueilli des données clés de
déplacement essentielles au niveau du contact chenille-sol. Des
bulldozer et des mouvements. Ce projet de collecte de données
transducteurs de force ont été appliqués pour effectuer dans
unique en son genre a requis un prodigieux arsenal d'instruments
6 degrés de liberté des relevés entre le sol et les patins de
chenille. Des transducteurs de déplacement opérant eux aussi
de mesure de pointe pour générer 123 voies de données
recueillies simultanément par des instruments fixés au sol, se
dans six degrés de liberté ont déterminé les mouvements entre
déplaçant avec le châssis tracteur, de même que plus de 40 voies
de données télémétriques à deux niveaux tournant avec la
le châssis de chenille et le train. La coordination parfaite entre les
instruments de mesure s'est révélée particulièrement complexe.
Steve Hornbrook, spécialiste en ingénierie
Caterpillar dans l'unité de recherche Engins,
Brent Clark, ingénieur de recherche Caterpillar, et Joel Martin, spécialiste en mesure
industrielle dans la Metrology Division de
Leica Geosystems (Lawrenceville, Géorgie),
ont été respectivement les responsables
une collecte de points de haute densité
(3000 pts/seconde) et la plus grande portée
pour un volume de travail jusqu'à 40 m
(130 ft). Cette technologie a revêtu une
importance cruciale dans la mesure de forces
simultanées exercées sur le patin de chenille
du bulldozer, en relevant en même temps le
des scripts Visual Basic pour intégrer les
données de mesure dans un tableur facilitant l'accès aux résultats et leur étude.
Caterpillar a choisi Leica parce que le signal
partagé entre ses deux Laser Trackers fournissait la plus haute précision dans la collecte
d'équipe chez Caterpillar et Leica dans le
déplacement (en position et en angle) du
parallèle de données en comparaison avec
cadre de ce projet. Martin explique les
aspects physiques du projet. "L'activité du
patin par rapport au sol.
d'autres types d'équipements de mesure,
comme les capteurs de déplacement à fil
bulldozer s'est limitée à une zone de
En tandem, les deux Laser Trackers ont sur-
tendu ou systèmes de mesure de distance
démonstration se présentant comme une
large tente avec un sol en terre. La collecte
veillé deux réflecteurs attachés au patin de
chenille. Le premier Tracker a recueilli les
mécaniques. Les données mesurées par les
Laser Trackers peuvent être reproduites avec
des données a été réalisée dans des conditions éprouvantes, avec des durées quotidiennes de travail de 8 à 10 heures pendant
4 jours consécutifs. Les températures se
sont situées entre 21°C et 35°C (70 et 95
degrés Fahrenheit). Les caractéristiques du
sol ont joué un rôle important dans la qualité de saisie des données. Un terrain d'essai
dépourvu de masses rocheuses et préparé
comme un jardin a constitué la base nécessaire à un traitement cohérent des mesures
chenille/sol réalisées. Cette configuration a
permis d'établir des conditions stables, propices à l'obtention de résultats optimaux."
coordonnées X, Y et Z alors que le second a
relevé le tangage et le roulis du patin. La
technologie phare "SYNC board" du Laser
Tracker a joué un rôle fondamental dans la
performance de cette instrumentation en
permettant à deux Laser Trackers de synchroniser les données collectées avec d'autres sources externes effectuant des mesures
à des intervalles définis. Ce projet a fait
intervenir pour la première fois la fonctionnalité SYNC board, qui a contribué à perfectionner les palpeurs et scanners portatifs
sans fil de Leica.
un axe de temps et l'équipe d'ingénierie a la
possibilité de visualiser aisément le vecteur
entre deux points dans le temps. Ce vecteur
de longueur montre la stabilité du Tracker
sur toute la durée du processus.
Données chenille/sol recueillies par
des Laser Trackers Leica
Les Laser Trackers Leica sont des systèmes
de mesure industrielle mobiles à la pointe du
progrès utilisés pour l'inspection, le contrôle
qualité et le pilotage d'engins dans diverses
applications de fabrication et d'ingénierie. Le
modèle LTD800 évolué de Leica Geosystems
offre le cycle de mesure le plus rapide pour
La flexibilité d'emScon, le logiciel de commande système embarqué de Leica équipant
tous les nouveaux Laser Trackers de Leica, a
prouvé la grande efficacité de son interface
ouverte dans les applications de collecte de
données spécialisées. L'équipe R&D de la
Metrology Division de Leica Geosystems a
élaboré une connexion sur mesure en vue de
rendre l'acquisition de données conforme
aux exigences de Caterpillar. Le logiciel utilise
"Collecte de données" - mission accomplie
Sur une période de 48 heures, l'acquisition
de données a généré une quantité d'informations saisissante, plus de 100 Mo de
données, composés de près de 2 millions de
points. A la fin, chaque segment de chenille
mesuré a produit environ 20 000 points de
données. 12 voies ont été dédiées au relevé
des forces dynamiques du patin de chenille,
les 111 autres canaux ayant eu pour fonction de déterminer la vitesse du corps du
bulldozer, de mesurer le couple, la force et
d'autres facteurs. Les coordonnées 3D
recueillies forment la base de nouveaux programmes de conception et d'analyse dans
l'unité de développement de produits chez
Carterpillar.
Qu'il s'agisse de construire la voiture la plus rapide, le plus gros avion
ou l'outil le plus précise, vous avez besoin de produire des mesures
exactes pour répondre aux standards de qualité et de productivité
attendus. Quand la qualité compte, les professionnels se fient à Leica
Geosystems Metrology dans la collecte, l'analyse et la présentation de
données tridimensionnelles (3D) pour mesures industrielles.
Leica Geosystems Metrology jouit d'une grande notoriété grâce à son
large éventail de matériel de mesure industrielle et de contrôle comprenant des Laser Trackers, des systèmes basés sur la technologie de
positionnement local (LPT), des scanners portatifs, des logiciels 3D et
des tachéomètres de haute précision. Les utilisateurs de produits de
Leica Metrology savent qu'ils peuvent compter sur la fiabilité des
équipements, la qualité des résultats et l'excellence des prestations
du réseau SAV mondial.
Précision, fiabilité et encadrement de Leica Geosystems Metrology.
When it has to be right.
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- when it has to be right
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