May
05
2015

Technologie, fonctionnement, applications et prix du Laser Tracker

1 – Quel est le principe de fonctionnement d’un Laser Tracker ?
Le laser tracker est un instrument de mesure tridimensionnelle couplant une tête laser de poursuite et une cible (sphère réfléchissante). Chaque point à mesurer est déterminé par la cible réfléchissante (appelée SMR, et qui est une bille, le plus souvent) que l’opérateur place sur la structure à contrôler. Les coordonnées 3D des points sont obtenues en combinant une mesure de distance et deux mesures d’angles (horizontal et vertical). La distance est mesurée avec un laser et les angles avec des codeurs optiques intégrés dans la tête du laser tracker.
Le laser tracker est un instrument de mesure à part entière, et en tant que tel, il est possible d’affecter une incertitude de mesure à chaque point mesuré (les fiches de spécifications donnent toutes les indications nécessaires). Le laser tracker FARO est étalonné et certifié dans un laboratoire de métrologie.

 

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2 – Quelles sont les grands domaines d’applications des trackers ?
Les Laser Trackers FARO sont des appareils robustes, faciles à déplacer et à transporter sur un chantier. Ils intègrent des stations météo pour analyser l’environnement extérieur et s’auto-corriger. Ceci leur ouvre un très large champ d’applications, à l’intérieur et à l’extérieur. On peut distinguer trois principaux domaines d’applications.
Le premier concerne tout ce qui touche à l’inspection des pièces de grandes dimensions, à la réception, en production ou post-production. Les industriels peuvent ainsi démontrer à leurs clients que les pièces sont en conformité avec les spécifications annoncées.
Un autre domaine très important concerne l’aide au montage des structures et assemblages. Le tracker devient un outil de production à part entière dans l’aide au montage. Le tracker donne des informations de configuration de pièces dans l’espace, permettant ainsi de faciliter l’accostage d’éléments les uns par rapport aux autres. L’assemblage des tronçons des voilures de l’Airbus A350 à Toulouse constitue un exemple très parlant.
Il faut citer enfin l’étalonnage, le calibrage et le réglage des machines de production, ici aussi en dynamique. Dans le même univers, le tracker se révèle également très précieux pour inspecter et régler les outillages et gabarits de montage et assemblage.

 

3 – Quelles sont les dimensions des pièces et ensembles pour lesquels il est possible d’utiliser un Laser Tracker ?
Le Laser Tracker est le moyen le plus précis du marché pour effectuer du contrôle tridimensionnel sur des larges volumes. Il n’y a pas vraiment de limites, ni inférieures ni supérieures, sur la taille des pièces.
Pour fixer les idées, l’envergure d’un Laser Tracker atteint 160 m. Mais, en le déplaçant, il est possible d’aller beaucoup plus loin (80 m supplémentaire par déplacement). Ceci dit, le laser tracker est également parfaitement adapté pour travailler sur des pièces de petites tailles. On obtient de très bons résultats pour contrôler es objets qui ne font que quelques dizaines de centimètres. C’est plus particulièrement vrai pour les appareils FARO, qui présentent l’originalité de pouvoir travailler “à bout touchant”, c’est-à-dire que la distance minimum de travail est de 0 cm (alors que sur certains modèles du marché, il y a une zone morte en deçà de laquelle le laser tracker ne peut pas faire de mesure. Cette zone morte atteint 2 m sur certains modèles).

 

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4 – Certains disent que la traduction “laser de poursuite” est inappropriée ? Pourquoi ?
Disons que tous les “laser trackers” ne sont peuvent pas être qualifiés de “laser de poursuite”. Ceux de FARO sont réellement des lasers de poursuite en ce sens que le faisceau laser se cale sur le réflecteur SMR et cherche en permanence où il se trouve lorsqu’il est déplacé.
Certains modèles de la concurrence ne procèdent pas ainsi. Ils sont équipés d’une caméra qui localise la cible et orientent ensuite le laser vers celle-ci.
Cela peut sembler secondaire de prime abord, mais ça ne l’est pas dans les faits. De par son principe, le modèle FARO possède un avantage déterminant : comme le laser poursuit la cible en permanence, il prend des mesures en continu et il est ainsi possible de scanner des formes gauches. Il n’y a aucune difficulté à caractériser une planéité, une circularité, et plus généralement une forme quelconque. L’opérateur a même le choix de définir la distance entre deux points à relever, ou le temps séparant deux relevés. Ceci est par exemple très pratique lorsque l’on doit réaliser des réglages de machines.

 

5 – Quelle précision peut-on espérer d’un tracker ?
Le laser tracker est un outil de métrologie, spécifié comme tel. L’incertitude de mesure dépend des différents éléments qui constituent le tracker, c’est-à-dire du laser et des deux codeurs angulaires (qui ont tous des incertitudes de mesure différentes). De ce fait, l’incertitude globale dépend de la manière dont le tracker est utilisé. C’est ainsi que si l’on mesure une distance en plaçant le tracker dans l’axe, les codeurs sont peu sollicités et on bénéficie de la précision maximale (l’incertitude typique annoncée est de 11 µm sur 10 m). Si l’on sollicite les codeurs, l’incertitude est un peu moins bonne (50 µm).
FARO précise dans ses fiches de spécification les EMP (Erreurs maximum tolérées) selon la norme  ASME B89.4.19 – 2006. La caractérisation de l’incertitude se fait en volume, et non pas axe par axe.

 
6 – Faut-il être un expert pour mettre en œuvre un laser tracker ?
Tout dépend à quel niveau on se place. S’il s’agit de suivre une procédure pré-établie, c’est de l’exécution, aucune expertise n’est nécessaire. L’opérateur n’a qu’à suivre les instructions définies par le service métrologie et affichées à l’écran, qui sont très explicites. C’est le laser tracker qui guide l’opérateur, et non l’inverse.
Mais en pratique, il est beaucoup d’applications uniques, pour lesquelles l’opérateur doit prendre des initiatives. C’est le cas par exemple des prestataires qui se retrouvent tous les jours sur des nouveaux sites, avec des nouvelles applications. Dans ce cas, l’opérateur doit savoir ce qu’il recherche, choisir les points qui sont intéressants et utiliser correctement le laser tracker (avec les bons accessoires) pour disposer des mesures les plus précises. Là, c’est sûr, il faut une certaine expertise.

 

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7 – Avec les instruments de mesure manuels, l’opérateur a une incidence sur la qualité de la mesure. Est-ce le cas des trackers FARO ?
FARO en a tenu compte et les trackers qu’il fournit offrent de nombreux garde-fous à l’opérateur. Par exemple, si la bille-cible SMR n’est pas orientée correctement, aucune mesure ne sera prise. Même chose si la bille n’est pas en contact avec la pièce à contrôler.
S’il y a un bougé pendant la mesure, le tracker FARO le détecte. L’explication est simple. Le tracker travaille à 16 kHz, c’est-à-dire qu’il fait 16.000 mesures par seconde sur lesquelles il fait un traitement statistique pour fournir une valeur unique, appelée RMS (Root Mean Square, erreur quadratique moyenne). Si la bille n’est pas bien immobile pendant la prise du point, la RMS sera moindre et si elle est en deçà de la valeur paramétrée (par l’opérateur), la mesure ne sera pas validée. L’opérateur est alors invité à recommencer. Ceci est vraiment une originalité de FARO par rapport à la concurrence (dont certains de leurs modèles autorisent la validation de points alors que ceux-ci sont relevés dans de mauvaises conditions).
Pour réduire les risques d’erreur, FARO propose différents types de billes ainsi que des accessoires associés pour faire en sorte que l’opérateur soit toujours placé dans les meilleures conditions.
Parmi les autres garde-fous, il faut citer aussi la station météo intégrée qui alerte l’opérateur si les conditions de mesure ne sont pas satisfaisantes (flux thermiques, poussières, etc.) pour rester dans les spécifications de l’instrument.

 
8 – Les lasers trackers peuvent-ils travailler en environnement difficile ?
Le laser tracker de FARO possède un indice d’étanchéité IP52. Il accepte donc de travailler sous la pluie. L’appareil est fait pour fonctionner entre -15 et +50 °C, et aucun appareil du marché ne peut en dire autant. L’instrument est très robuste dans son utilisation, l’expérience a par exemple montré qu’il était capable de faire des mesures par temps de brouillard.
Le laser tracker possède une station météo intégrée (qui mesure l’humidité, la température et la pression ambiantes). Celle-ci lui permet de prendre en compte les conditions ambiantes et de corriger les mesures. Si les conditions sont trop extrêmes, l’opérateur est averti.
Il est également possible de corriger les mesures pour prendre en compte la dilatation de la pièce. Ceci suppose bien sûr que l’opérateur (technicien ou métrologue) mesure la température de la pièce et l’indique au laser tracker (ainsi que le matériau dont est constituée la pièce).

 

9 – En quoi les trackers FARO se distinguent-ils de ceux de la concurrence ?
Certains points ont déjà été évoqués : la robustesse, la précision des mesures, la correction des mesures en fonction des conditions ambiantes (ou de la température de la pièce), les aides apportées à la validation de la mesure.
FARO a d’autres points forts. Le principal concerne le dispositif ADM (Absolute Distance Measurement) de mesure absolue. Pour être mis en œuvre, celui-ci consiste à moduler le faisceau infrarouge émis par le laser et à mesurer le décalage de phase entre le faisceau incident et le faisceau réfléchi par la bille SMR. Ce décalage de phase permet d’obtenir la distance. Pour plus de précision, le dispositif travaille avec trois fréquences de modulation (et donc trois mesures de décalage de phase). Cette technique permet d’atteindre une grande précision, supérieure à celle obtenue sur certains modèles du marché. Mais il y a un autre intérêt, déterminant sur le plan pratique : si le faisceau est coupé, l’appareil se recale automatiquement dès qu’il retrouve le faisceau. Contrairement aux mesures de distance faites avec un interféromètre, il n’y a pas de zéro à refaire (pour faire ce zéro, l’opérateur doit amener la cible SMR sur la face du tracker), l’opérateur n’a pas à se déplacer et le gain de temps est donc très conséquent….
Un autre point fort des appareils de FARO est que sa mise en œuvre est très rapide. Par exemple, il n’y a pas besoin de mettre la tête laser à niveau. C’est une différence importante avec d’autres appareils présents sur le marché, qui nécessitent un réglage du niveau avant de pouvoir démarrer les mesures. L’instrument FARO, du moment qu’il est bien stable sur ses bases, entre immédiatement en action, même s’il est incliné (le tracker FARO a la capacité de travailler à l’horizontal ou la tête à l’envers).

 

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10 – Quel est le prix d’un laser tracker ?

On trouve sur le marché des appareils de mesures qui s’apparentent à des laser  trackers dont le coût est de l’ordre de 50 000 – 60 000 €. « To track » en anglais signifie Poursuivre, ne l’oublions pas… Toutefois, comme nous l’avons déjà indiqué précédemment, la fonction première d’un laser tracker est d’avoir la capacité de poursuivre sa cible dans l’espace. Or ces systèmes de mesures sont limités à des prises de points isolés et ne peuvent en aucun cas faire de la mesure en scanning (dynamique). Le scanning est très largement utilisé dans les applications d’inspection de surface et/ou de réglage. La précision du laser tracker FARO réside, en autres fonctionnalités brevetés, dans sa source laser extrêmement rapide, combiné à des servo-moteurs réactifs, permettant de poursuivre la cible en toute situation. Il faut compter au moins 80 000 € pour s’équiper d’un véritable laser tracker et avoir la garantie d’une mesure répétable et juste.

 

11 – Quels sont les autres points forts ?
FARO se distingue par une grande complémentarité de sa gamme. Par exemple, le tracker peut être associé à un bras de mesure, à contact ou sans contact. Il s’agit de l’offre TrackArm qui permet par exemple de mesurer les points visibles avec le tracker et d’accéder aux points invisibles à l’aide du bras.
Le tracker peut également travailler avec le scanner laser Focus3D.
Il y a aussi les logiciels fournis par FARO et l’interfaçage aisé avec ceux du marché.
Il y a enfin, et surtout !, le service. FARO est très présent sur le terrain, toujours prêt à faire une démonstration sur place et il dispose d’un service après-vente très souple, capable de s’adapter aux besoins du client. Les clients prennent préférentiellement la formule avec trois ans de garantie, recertification, assistance, échange d’instruments en cas de panne. C’est le confort maximal.

 
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Brochure FARO Laser Tracker

One response to “Technologie, fonctionnement, applications et prix du Laser Tracker”

  1. Un article très complet, merci pour le partage

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