À la Maison de la monnaie : Détection précise de l'angle pour l'estampage de pièces de monnaie

Dans toutes les poches : petits chefs d’œuvre de production de masse de haute précision

Ce sont l'un des rares articles que nous portons avec nous tous les jours. Malgré la diffusion des moyens de paiement numériques, les pièces de monnaie constituent toujours une sauvegarde fiable dans les épiceries, les kiosques, les distributeurs de tickets et les parcomètres. Des milliards de pièces en dollars sont en circulation et elles doivent toutes être exactement identiques. Chaque type de pièce doit présenter des motifs identiques de chaque côté, un diamètre, une forme de bord et un poids identiques. Ainsi, chaque maison de la monnaie d'une devise importante est un producteur industriel de masse et doit fonctionner avec des processus de haute précision.

Le défi 

Le diamètre de chaque pièce est spécifié au millième de pouce et leur poids au millième de gramme. De même, les dessins pile et face doivent être alignés sous le même angle. Lors du processus de frappe, ces images sont appliquées aux pièces brutes par des matrices avec une pression pouvant atteindre 100 tonnes. Ces matrices sont des copies précises d'une « plaque principale ». En raison des exigences de haute précision et de l’usure élevée des matrices lors du processus de frappe, les matrices doivent être remplacées très fréquemment - environ 50 000 fois par an lors des principales opérations de fabrication de monnaie. Par conséquent, il est essentiel d’automatiser le processus de fabrication et d’assurer l’insertion correcte des matrices dans l’estampeuse afin de maximiser le rendement de la production de pièces.

Pour assurer un angle de rotation correct entre les côtés pile et face dans l'estampeuse, une meuleuse clive une petite section de chacune des matrices cylindriques selon un angle spécifié par rapport à l'orientation de conception de la pièce. De cette façon, les matrices vont s’emboîter dans l'estampeuse à un angle correct. Le défi consiste à reconnaître avec précision l'angle réel du dessin de pièce sur la matrice et à fournir le bon retour, de sorte que la matrice soit placée à angle droit dans la meuleuse pour une manipulation plus précise.

Outre le défi algorithmique consistant à reconnaître l'angle de conception sur la matrice, le système d'alignement doit également supporter les conditions ambiantes difficiles, humides et sales de la meuleuse en acier CNC. La fiabilité du fonctionnement 24/7 sans défaillance et des mesures de maintenance minimales sont également nécessaires.

La solution

Artemis Vision a mis au point un système d'alignement pour les pièces de monnaie qui offre la précision requise dans des conditions ambiantes difficiles, et ce, 24 heures sur 24. Les concepteurs de systèmes d’Artemis ont créé un système de vision industrielle compact dans un boîtier robuste, qui comprend une caméra FLIR Grasshopper3 avec une résolution de 2,3 MP et une interface GigE Vision. Ils ont choisi un objectif fixe à monture C focale de Tamron avec une bague d'extension, un PC et une lumière diffuse pour éclairer la zone entre l'arbre et la matrice.

L'appareil photo utilise le Pregius IMX174 de Sony, qui fournit la plage dynamique élevée requise pour s'adapter à la surface brillante de la matrice. Le système d’alignement utilise le SDK FlyCapture de FLIR pour capturer un flux vidéo continu qu’il pré-traite sur le PC. Ensuite, en utilisant le logiciel Visionscape de Microscan, l’angle est reconnu avec une précision de moins de 1/10ème de degré. Les résultats sont ensuite renvoyés à la meuleuse pour faire pivoter la matrice à un angle précis.

Le modèle de base du système de détection d'angle ne mesure que 5 "x 12" et est conçu pour un fonctionnement 24/7. Outre le Gigabit Ethernet, le système comprend également des interfaces d'E/S RS-232, USB, RS-485 et numériques.

Et pour le client ?

Le système d'alignement permet une production plus rapide, des pièces de meilleure qualité et un rendement optimal. Seule une petite marge d'erreur est tolérée pour la meuleuse, de sorte que les matrices doivent être orientées correctement pendant le pressage pour s'assurer qu'il n'y a aucun défaut sur les pièces finales. Les maisons de la monnaie peuvent être confrontées à un faible rendement, à des temps d'arrêt prolongés et, par conséquent, à des coûts inutiles en raison de matrices mal alignées. Les défauts peuvent être difficiles à détecter manuellement et on ne peut pas s'attendre à ce que les opérateurs détectent des écarts d'alignement minimes à chaque fois. Le système d'alignement aide à corriger ces problèmes en identifiant et en corrigeant de manière fiable les erreurs d'alignement et, par conséquent, de manière beaucoup plus précise que ce que l'œil humain pourrait réussir à faire.

Pourquoi FLIR ?

Tom Brennan, président d’Artemis Vision, a choisi la caméra Grasshopper3 GigE Vision de FLIR pour plusieurs raisons, comme il l'explique : « Nous nous appuyons sur les produits FLIR pour ce système car, sur le terrain, nous avons connu très peu d’échecs tout au long de nombreuses années. Le système de détection d'angle est intégré à la machine CNC, ce qui le rend difficile d'accès et d'entretien. Nous voulons donc pouvoir compter sur du bon matériel. Parmi les différents modèles de caméras GigE Vision disponibles chez FLIR, le capteur Pregius de Sony IMX174 de 2,3 MP et avec technologie d’obturation globale CMOS présente une plage dynamique élevée, importante pour la qualité de l’image et qui permet ainsi une reconnaissance précise de l’angle. Grâce aux interfaces de caméra GigE, la distance entre la machine CNC équipée du système de détection d’angle et l’ordinateur peut facilement être comblée.

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