Les caméras thermiques haute vitesse de FLIR contrôlent la qualité de l'acier brut pour l'industrie automobile

Les caméras d’imagerie thermique FLIR repèrent les défauts sur l'acier avec une précision extrême.

Dans le monde industrialisé d'aujourd'hui, la demande en acier, en particulier dans l'industrie automobile, a atteint des sommets. Bien qu'il existe des méthodes efficaces pour tester l'acier brut, la quête d'une efficacité, d'une sécurité et d'une qualité accrues ne s'arrête jamais. Pour améliorer les méthodes actuelles de tests non destructifs des billettes d'acier, H. Rohloff (Pty) Limited, société spécialisée dans le développement technologique, a mis au point Billet InspectIR, un système automatisé et haute vitesse pour l'inspection des billettes et tubes d'acier en continu. Ce système sophistiqué s'appuie entièrement sur la technologie de l'imagerie thermique de FLIR pour détecter les défauts de surface sur les billettes rondes et carrées.

Fondée en 1946, H.Rohloff (Pty) Limited fait aujourd'hui partie des 100 premières entreprises technologiques d'Afrique du Sud. Rohloff™ a reçu la certification ISO 9001:2008, et elle est réputée pour la grande qualité de ses équipements, systèmes et solutions technologiques de test et de mesure des matériaux. Rohloff fournit et entretient une gamme complète de produits de test et de mesure de pointe qui répondent aux besoins d'un large éventail de secteurs. La société propose des solutions allant des caméras thermiques portables ou autonomes à de grands projets clés-en-main pour des particuliers, des entreprises, des grossistes indépendants et des distributeurs.

Spécifications du système

C'est l'industrie de l'acier elle-même qui a pris l'initiative de demander un système d'inspection automatisé. « C'est un producteur d'acier, l'un de nos clients, qui voulait une solution pour remplacer le système d'inspection visuelle qui était en place, » commente M. Louie van der Walt, directeur technique de H. Rohloff. « La méthode alors en vigueur était fastidieuse et n'offrait aucune traçabilité. La nouvelle approche devait être traçable et produire une documentation connexe à des fins de contrôle qualité. »

Il fallait également que l'inspection soit rapide et sûre, sensible, fiable et de préférence sans contact. Il était aussi important de pouvoir catégoriser les défauts des billettes en fonction de leur orientation, de leur longueur et de leur profondeur. 

En tant qu'entreprise possédant des années d'expérience dans l'imagerie thermique, H. Rohloff savait que cette technologie serait la clé de la réussite. « Avec la technologie infrarouge, nous avons démontré que tous ces critères pouvaient être remplis. La thermographie a des applications manifestes dans les processus de fabrication d'aujourd'hui, parce qu'elle s'inscrit totalement dans le principe de test non destructif (NDT), » commente Louie Van der Walt.

Détection haute vitesse

Le système InspectIR comprend un caisson contenant des caméras thermiques, un système de traitement du signal, une armoire de contrôle, un système de chauffage par induction, des bobines d'induction de tailles différentes, un système de refroidissement à l'eau, un convoyeur et un appareil de marquage des défauts. Les billettes, les barres ou les tubes sont chargés sur les convoyeurs et passent à travers le caisson d'observation. Dans le caisson, l'une des trois bobines chauffe la surface du matériau à une température maximale de 20 °C. Les défauts de surface chauffent plus que le reste et deviennent ainsi visibles. Selon l'application, trois ou quatre caméras thermiques sont placées dans chaque angle du caisson et capturent les données générées par la billette chauffée à une vitesse d'un mètre par seconde. Ces données sont ensuite analysées par un système sophistiqué de traitement du signal qui emploie des algorithmes pour identifier, quantifier et afficher les défauts. Le logiciel de reconnaissance des défauts a été spécialement développé pour cette tâche en collaboration avec plusieurs producteurs d'acier. Le Billet InspectIR® a été élaboré de manière à fonctionner sur une ligne d'inspection entièrement automatisée, afin d'éliminer le risque d'erreur humaine.  Un poste de marquage utilise ensuite une peinture à base d'eau pour signaler la position du défaut ou, au besoin, invalider le matériau. 

Le caisson des caméras mesure 5 mètres de long, 1 mètre de large et 3 mètres de haut. Il pèse 5 tonnes et est abrité dans un châssis en aluminium. Il ajuste automatiquement sa hauteur en fonction des dimensions du matériel à inspecter.

Le principe essentiel du système InspectIR est que la hausse de la température détectée d'un défaut est liée à sa profondeur en surface. « Cette solution est unique, on ne trouve rien de semblable sur le marché, » explique M. van der Walt. « Le Billet InspectIR est doté de fonctions de rapport et de traçabilité, et il catégorise les défauts en fonction de leur orientation, de leur longueur et de leur profondeur. C'est très important du point de vue des tests, parce que cela permet aux utilisateurs de déterminer s'il faut rejeter le produit ou bien le reprendre pour éliminer le défaut. Le système est également sans contact, ce qui évite l'usure, et l'absence de pièces mobiles réduit au minimum les besoins de maintenance. »

Chaque caméra thermique FLIR relève un total de 76 800 mesures de température, soixante fois par seconde. Cela signifie que 4 608 000 relevés sont analysés chaque seconde par quatre processeurs de signaux de haut niveau. Le logiciel InspectIR détecte automatiquement des différences de température de 1 °C seulement. Les défauts sont ensuite catégorisés en fonction de leur profondeur, directement proportionnelle au ΔT.

Gains de productivité

« Les gains de productivité qui résultent de l'utilisation du système Billet InspectIR sont considérables, » commente M. van der Walt. Auparavant, les barres d'acier étaient essentiellement inspectées par des observations visuelles ou des tests à particules magnétiques. L'inspection visuelle a ses limites parce qu'elle ne peut évaluer que les discontinuités visibles à la surface du matériau. Elle est également très fastidieuse et dépendante de l'acuité visuelle et des connaissances de l'opérateur. Les tests à particules magnétiques (MT) sont utilisés pour identifier les discontinuités à la surface et légèrement en dessous, ainsi que les défauts des matériaux ferromagnétiques. Les défauts présents dans une pièce magnétisée entraînent l'émission d'un champ magnétique, ou flux. Si des particules magnétiques sont appliquées sur une telle surface, elles seront maintenues en place par ce champ émis, ce qui donne une indication visuelle. Cette méthode est efficace mais elle prend beaucoup de temps. « L'inspection visuelle prenait deux minutes par barre d'acier. Avec InspectIR, elle est réalisée en six secondes, » commente M. van der Walt.

Des caméras thermiques hautement sensibles

Le système Billet InspectIR a déjà été implémenté dans plusieurs usines de production d'acier dans le monde. « Nous avons livré un système en Afrique du Sud, un autre en Allemagne et trois en Chine, » explique M. van der Walt. Le système installé en Afrique du Sud et l'un de ceux installés en Chine utilisent quatre caméras thermiques FLIR SC3000 chacun. Les deux autres systèmes installés en Chine sont équipés de caméras FLIR A315 et A615.

La série FLIR SC comprend des caméras très polyvalentes qui offrent une sensibilité, une précision, une résolution spatiale et une vitesse très élevées. « La caméra FLIR nous permet d'assurer un contrôle qualité rigoureux indispensable, car ces barres sont ensuite découpées en petites sections et utilisées pour produire des composants de sécurité critiques dans des véhicules automobiles, » commente M. van der Walt. 

 « Nous apprécions particulièrement la grande sensibilité et la vitesse de la caméra, parce que notre système Billet InspectIR doit pouvoir contrôler des barres d'acier brut à un débit d'un mètre par seconde. »

De plus, la série A de FLIR comprend des modèles haute sensibilité qui incluent une fonction de fenêtrage infrarouge pour atteindre des vitesses élevées. La série A de FLIR permet d'enregistrer des images thermiques à de très hautes fréquences d'images (200 Hz pour l'A615).

« Outre leur grande sensibilité, les caméras FLIR sont aussi très simples à intégrer dans des systèmes plus vastes comme le Billet InspectIR parce qu'elles sont relativement compactes et légères, » explique M. van der Walt. 

Il faut également souligner que FLIR fournit à H. Rohloff les outils appropriés pour le contrôle caméra. « Chaque fois qu'une nouvelle taille de barre est chargée dans le Billet InspectIR, il faut adapter la mise au point des caméras thermiques. Grâce au logiciel spécialisé de FLIR, il est possible d'enregistrer une position de mise au point dans la mémoire pour la réutiliser ultérieurement. Cela permet également

de réaliser les inspections plus vite et plus efficacement. »

De nombreuses options pour la création de rapports

Toutes les images thermiques sont affichées sur l'écran de test. Après le passage de chaque billette ou barre d'acier, une image thermique et un rapport de test sont générés. Tous les résultats sont stockés et peuvent être téléchargés ou imprimés à tout moment. Les informations relatives aux défauts, comme leur position, leur profondeur, leur longueur, leur orientation et leur catégorie, sont conservées dans la base de données. Une jauge de mesure laser permet de contrôler avec précision le marquage des défauts