Ressentir le futur : la troisième dimension des capteurs de force

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Malgré la tendance continue vers une automatisation toujours plus poussée des techniques d'assemblage, certaines tâches nécessitent souvent des capacités de préhension et de sensation dont seul un être humain est doté.

Capteurs & Transmetteurs

Holger Morgenstern, Responsable Produit, Conrad Business Supplies
Holger Morgenstern, Responsable Produit, Conrad Business Supplies
Le capteur OMD 10 mm d'OptoForce offre un moyen innovant d'appréhender et de mesurer les forces
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Kits de développement de capteurs 3D OptoForce proposés chez Conrad
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Les bras robotiques OptoForce sont capables de saisir des oeufs en toute sécurité
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Le principe unique des capteurs OptoForce fournit non seulement un niveau de précision élevé, mais aussi une construction robuste
Le principe unique des capteurs OptoForce fournit non seulement un niveau de précision élevé, mais aussi une construction robuste

Par : Holger Morgenstern, Responsable Produit, Conrad Business Supplies 

Ce dernier bastion de la fabrication et du développement de produits, où des mains humaines sont nécessaires, est cependant en régression. L'utilisation de capteurs infrarouges permet l'identification des plus petites modifications sur la surface active des élastomères et garantit que même les plus légères imperfections soient détectées et transmises par la surface du capteur.
Ces capteurs doivent également être assez robustes pour supporter les environnements difficiles durant les longues périodes pendant lesquelles ils sont susceptibles d'être exposés à des variations de température significatives, aux vibrations, aux liquides ou à la poussière. Afin de développer des équipements pour l'automatisation industrielle et de nouveaux produits, il est crucial de rechercher des solutions qui s'appuient sur la sensibilité et les propriétés technologiques de capteurs spécifiques.

Détection de force optique contre la technologie à jauge de contrainte

En quelques termes, la détection de force est la mesure de la déformation pour en déduire la charge appliquée au sein du capteur lui-même. Depuis 1938, la technologie à jauge de contrainte est considérée comme le meilleur moyen d'atteindre ces objectifs. Le capteur à jauge de contrainte le plus commun fait appel à un support isolé flexible contre lequel est appliqué un motif fait d'un clinquant métallique. La jauge est fixée à l'objet et la résistance électrique vue par le capteur sert alors à mesurer la déformation.
Cependant, cette ancienne technologie s'est vue freinée dans sa diffusion par certaines limitations pratiques liées à la nature cassante et fragile des capteurs, à leur susceptibilité aux conditions environnementales comme l'humidité et les phénomènes ESD (décharge électrostatique), au poids supplémentaire qu'ils peuvent rajouter, et à leur coût de fabrication élevé. En outre, dans certains cas, ces jauges de contrainte ajoutent de la masse inertielle et de l'amortissement au profil vibratoire du matériel qu'elles sont censées mesurer. Par conséquent, leur utilisation est restée limitée aux applications où leur coût élevé et leur fragilité potentielle pouvait être absorbé ou acceptée. Le besoin est donc d'avoir des capteurs capables de supporter des conditions environnementales sévères telles qu'on en rencontre dans de nombreux milieux industriels.

La technologie de détection de force optique gyroscopique fait appel à des photodiodes, plutôt qu'à un circuit en clinquant, pour mesurer la quantité de lumière réfléchie selon les axes X, Y et Z, à partir d'une source émise par une LED. En comparant les valeurs mesurées, et leur effet sur les photodiodes, il est possible de recréer exactement les forces agissant sur un modèle 3D, ce qui permet non seulement de mesurer la magnitude, mais aussi la direction de la force.
Si un nombre relativement important de ces capteurs gyroscopiques sont couplés ensemble, ils fournissent non seulement la mesure des forces transversales qui s'appliquent sur eux, mais aussi celle du couple appliqué sur chacun des axes X, Y et Z, permettant ainsi d'obtenir un "capteur 6 axes".

Une touche d'intelligence

Internet n'est pas avare de vidéos montrant des mains, des griffes et autres pinces robotisées saisissant des objets fragiles comme des œufs ou des ampoules, dans le but de démontrer leurs capacités. La réalité est que très peu de ces systèmes sont capables de réaliser cela sans aucune préparation.
Pour qu'un capteur soit capable de s'adapter aux forces et aux pressions les plus subtiles, il faut qu'il dispose d'une méthode de mesure et d'adaptation aux forces plus évoluées. Pour réaliser cet exploit d'emblée, sans aucune préparation, il faut non seulement un capteur plus intelligent, mais aussi que le matériau de base du capteur soit lui-même plus évolué.
Le silicone, avec ses différentes textures et formes, est un matériau qui peut être personnalisé pour assurer des mesures plus précises des déformations et des déflexions. Le silicone de "qualité optique" est non seulement capable de détecter une déformation de quelques centaines de nanomètres seulement, mais peut également supporter des températures allant de -40 °C à +100 °C.

Automatisation et autonomie

Si l'automatisation n'est pas une nouveauté pour la fabrication, il reste toujours certaines techniques et certaines applications où les êtres humains sont capables d'assurer une qualité bien plus élevée que les machines.
Les capteurs 3D sont en mesure de répondre à cela, toutefois, ils sont souvent limités par leur fragilité ou leur coût élevé. Les applications typiques des capteurs 3D sont notamment les opérations de ponçage, de polissage et de finition avec contrôle de force, l'assemblage robotisé et le guidage de machine. Cependant, leurs capacités de détection peuvent facilement être transformées en fonctionnalités de sécurité avancées, par exemple, pour assurer la détection de collision selon plusieurs angles.

Capteurs de force "Multi-actual"

Les capteurs comme ceux du grand fabricant hongrois OptoForce sont capables de répondre efficacement et avec un niveau de précision élevé aux pressions les plus faibles. En effet, ils peuvent détecter la force exercée par une plume que l'on traine à leur surface, ou même les mouvements de l'air.
Alors que d'autres constructeurs ont développé et vendu avec succès des capteurs de force multi-actual, OptoForce propose des capteurs assez robustes pour répondre aux besoins des applications des secteurs de l'automatisation, de la fabrication et du développement.

Grâce à un kit de développement économique, il est possible de trouver des marchés et des utilisations pour ces capteurs qui auraient été jusqu'ici prohibitifs.
Parallèlement, plus le capteur est robuste, plus il peut servir à un grand nombre de tâches. De telles applications dans le monde industriel pourraient, par exemple, être des tâches de polissage, de ponçage, d'ébavurage ou d'assemblage, en fait, n'importe quelle tâche où un équipement industriel doit suivre la courbe d'un objet tout en exerçant une force constante, ou bien détecter si l'objet qu'il tient est en bonne position.
Cela offre même du potentiel pour des robots marcheurs plus évolués et plus performants. Avant le développement de cette technologie, les capteurs de force étaient incapables d'offrir la résistance nécessaire aux chocs qui se produisent quand les pattes de ces robots entrent en contact avec le sol.

Avec leur plus grand degré de précision et de robustesse, ces capteurs offrent l'opportunité de développer une technologie robotique d'un sens plus intuitif du mouvement et de l'équilibre.

Conrad et les capteurs de force

C'est la responsabilité des distributeurs et des détaillants de technologies avancées de suivre la courbe du progrès technologique, mais aussi de le conduire. Dans ce contexte, Conrad Business Supplies, a souhaité offrir aux utilisateurs une gamme de capteurs de force comprenant notamment toute l'offre de kits de développement de capteurs 3D OptoForce.

www.conrad.fr

Posté le 27 juin 2016 - (573 affichages)
Conrad SAS
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