Résumé
Cette étude de cas illustre comment un producteur de charbon a utilisé un scanner laser 3D portable pour capturer la géométrie d’une berline de transport de charbon dans le cadre d’un projet de rétroconception, en l’absence de plans techniques disponibles. L’objectif de l’entreprise était de remplacer des véhicules usagés et de concevoir de nouvelles machines afin d’optimiser ses opérations minières. L’ingénieur a procédé au scan des parties supérieure et inférieure du châssis à l’aide du scanner portable KSCAN-Magic, garantissant une précision optimale grâce à la photogrammétrie intégrée. Cette démarche a abouti à la création d’un modèle 3D de très haute qualité de la berline de transport de charbon.
Rétroconception pour la fabrication de nouveaux équipements
Une berline de transport de charbon est un véhicule conçu pour transporter le charbon des galeries minières jusqu’au système de convoyage dans les mines souterraines. Ces véhicules sont soumis à une usure importante en raison des conditions difficiles et des charges lourdes qu’ils supportent. Ils requièrent donc un entretien régulier, voire un remplacement fréquent.
L’un des principaux défis liés à la maintenance ou au remplacement de ces berlines réside dans leurs formes complexes et leurs dimensions importantes, qui rendent leur mesure difficile avec les méthodes conventionnelles. Par ailleurs, les plans de conception originaux peuvent être absents. Il existe donc un besoin impérieux d’une méthode rapide et précise permettant de capturer fidèlement la géométrie des berlines existantes.
Une solution de numérisation 3D facilite la fabrication
Le client concerné dans cette étude est un acteur majeur de l’industrie charbonnière, produisant plusieurs dizaines de millions de tonnes de charbon par an, avec le concours de plusieurs milliers d’employés.
Le fabricant initial des berlines de transport de charbon ayant cessé son activité, l’entreprise doit renouveler son parc avec un minimum de huit nouveaux véhicules par an, certains destinés au remplacement des berlines usagées, d’autres pour accompagner le développement de nouvelles opérations minières. La société prévoit la fabrication de nouvelles berlines pour ses opérations à partir de 2023.
Le châssis de la berline étudiée mesure environ 8 mètres de long, 3 mètres de large et 1 mètre de haut, pour un poids total de 23 tonnes.
Numérisation de haute précision avec le KSCAN-Magic
L’entreprise a opté pour la technologie de numérisation 3D afin de capturer avec précision la géométrie de la berline de transport de charbon. En projetant des faisceaux laser sur les surfaces du véhicule, il est possible de collecter un volume important de points de données par seconde, permettant ainsi la création d’une représentation numérique détaillée et fidèle de la pièce.
L’ingénieur a utilisé un scanner laser 3D portable KSCAN-Magic, conçu pour numériser des objets aux formes et dimensions variées. Ce scanner est équipé d’un système de photogrammétrie intégré, garantissant une précision optimale lors de la mesure de pièces à grande échelle.
La gamme KSCAN-Magic se distingue comme la première série de scanners laser 3D à associer deux types de lasers dans un même dispositif : infrarouge et bleu, offrant ainsi une flexibilité et une performance accrues.
Il dispose de cinq modes de fonctionnement standard adaptés à différents besoins de numérisation :
- Numérisation de grandes surfaces (laser infrarouge)
- Numérisation rapide (croisements de laser bleu)
- Numérisation fine (laser bleu parallèle)
- Numérisation de trous profonds (laser bleu unique)
- Système de photogrammétrie intégré
Il est également équipé de deux ensembles de caméras industrielles haute résolution pour des numérisations 3D détaillées.
Processus de numérisation 3D jusqu’à la modélisation 3D
Transport du scanner 3D portable sur site
Grâce à sa compacité, le scanner 3D industriel KSCAN-Magic a été aisément acheminé par l’ingénieur sur le site d’intervention où se trouvait la berline de transport de charbon.
Application de cibles codées et non codées
L’ingénieur a positionné des cibles codées et non codées de petite taille sur la surface de la berline. Ces repères sont essentiels pour assurer le positionnement précis de la pièce et l’alignement rigoureux des différentes acquisitions.
Acquisition photographique pour photogrammétrie
Plusieurs clichés de la berline ont été pris sous divers angles au moyen du système de photogrammétrie intégré au KSCAN-Magic. Ces images ont permis de générer une géométrie globale et cohérente de la pièce.
Génération du fichier de repères pour l’ensemble du châssis
L’ingénieur a collecté et exporté les coordonnées exactes de toutes les cibles apposées sur la berline. Ce fichier a servi de référence pour l’alignement et la fusion des scans ultérieurs.
Numérisation de la face inférieure du châssis
La numérisation de la face inférieure du châssis a été réalisée en déplaçant le scanner 3D haute précision autour de l’objet. Les points de données ont été capturés en temps réel et visualisés sur l’écran de l’ordinateur portable. L’ingénieur a procédé au scan systématique de chaque section jusqu’à couvrir intégralement la surface.
Retourner le châssis et numériser la face supérieure
L’ingénieur a retourné le châssis afin de procéder à la numérisation de la face supérieure en appliquant la même méthodologie rigoureuse.
Réalignement des scans supérieur et inférieur
À l’aide du logiciel de numérisation, l’ingénieur a aligné la numérisation de la face supérieure sur celle de la face inférieure en se référant au fichier de points repères. Le logiciel a ainsi fusionné les deux jeux de données laser pour générer un modèle 3D unifié.
Résultats de numérisation d’une précision optimale pour la fabrication et l’ingénierie 3D
Le modèle 3D obtenu reproduit avec exactitude la géométrie complexe ainsi que les détails fins de la berline de transport de charbon, satisfaisant pleinement aux exigences de précision requises. L’ingénieur a exporté un maillage haute résolution, compatible avec la plupart des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO).
Cette modélisation permet au client de lancer la fabrication de nouvelles berlines, répondant ainsi aux besoins croissants des opérations minières. Par ailleurs, la numérisation 3D offre également la flexibilité nécessaire pour modifier, analyser ou repenser le véhicule selon les impératifs futurs.
Avantages de la numérisation 3D
Cette étude de cas illustre comment une entreprise a utilisé la numérisation 3D pour capturer la géométrie d’une berline de transport de charbon, en l’absence de plans de conception originaux, afin de fabriquer de nouveaux véhicules destinés à l’exploitation minière.
La technologie de numérisation 3D présente plusieurs avantages, notamment :
- Gain de temps et d’efforts par rapport aux méthodes de mesure conventionnelles
- Capture précise de formes et dimensions complexes
- Facilitation des modifications, analyses ou redesigns via les logiciels de CAO
La numérisation 3D constitue un outil puissant pour la capture géométrique d’objets variés dans de nombreuses applications. Elle permet aux ingénieurs, concepteurs et chercheurs de résoudre des problématiques complexes et de développer des solutions avec une efficacité accrue.
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