Lorsque l’un des constructeurs automobiles les plus distingués d’Italie a décidé de créer une version électrique de sa voiture de sport haut de gamme, il savait qu’il aurait besoin d’une batterie électrique capable de rivaliser avec la puissance, la vitesse et les performances de son homologue classique. Il s’est tourné vers un fournisseur de technologie de rang un pour la conception et la mise en place des chaînes de fabrication des batteries. Ce fournisseur s’est à son tour adressé à Comau pour mettre au point un système non invasif de contrôle de la qualité. La solution innovante de Comau devait associer l’imagerie thermique et l’intelligence artificielle et tester automatiquement les propriétés électriques et mécaniques pendant le processus d’assemblage des modules, afin de vérifier plus facilement l’intégrité de la batterie à haute tension, tout en minimisant les déchets des modules.
« Comau fournit une solution innovante qui non seulement répond aux caractéristiques originales de la batterie extrêmement performante de notre client, mais garantit une réduction concrète des déchets matériels », explique Giovanni Di Stefano, directeur de l’innovation et des technologies de procédé. « De plus, le système conçu par Comau permettra à terme de mesurer des KPI relatifs à la qualité et de déterminer combien de batteries nos clients “économisent” malgré une anomalie éventuelle de l’un des modules. »
Giovanni Di Stefano, Head of Innovation and Process Technologies
Défi
Comau avait pour mission de concevoir une solution technologique à intégrer directement dans un processus semi-automatique de production de batteries, sans modifier le temps de cycle ni l’agencement de production. À la différence des essais traditionnels sur les batteries en bout de chaîne, qui consistent à appliquer une série de cycles de charge et de décharge à chaque batterie, la solution de Comau devait vérifier la qualité de la batterie au niveau de chaque module avant de fermer et souder tout le bloc. Chaque batterie se composant de 13 modules à hautes performances, le système devait contrôler la batterie au niveau des modules et, en cas de défaillance, identifier le ou les modules non conformes aux tolérances spécifiées par le client.
Solution
Les ingénieurs de Comau ont d’abord vérifié le nombre d’éléments dans chacun des 13 modules de batterie. Ces éléments sont structurellement assemblés et raccordés sur le plan électrique par de nombreux joints soudés, que l’équipe a rapidement identifiés comme un point potentiel de défaillance si la qualité n’est pas au rendez-vous. Étant donné que les soudures non conformes peuvent entraîner une instabilité de la batterie et des risques pour la sécurité, l’équipe s’est attelée à la conception d’un système pouvant analyser rapidement et efficacement la résistance mécanique et électrique des joints soudés.
À l’aide d’une caméra infrarouge et d’une intelligence artificielle neuronale, les ingénieurs ont construit une solution hybride de thermographie, capable de réaliser une inspection non invasive du bain de fusion au niveau de la soudure pour détecter les défauts de surface et vérifier automatiquement la qualité. La solution repose sur l’acquisition en ligne d’images thermiques qui sont immédiatement prétraitées, recadrées et analysées au moyen d’une base de connaissances précédemment acquises. Après que le robot de soudage au laser a envoyé un signal de déclenchement, le système enregistre automatiquement la phase de refroidissement et analyse les caractéristiques pour évaluer la qualité de chaque soudure.
Le système d’essai non destructif a été conçu de manière à fonctionner avec les procédés de production existants, ce qui optimise le flux opérationnel et protège les temps de cycle. Puisque les caméras thermiques analysent les défauts tant visuels que de résistance avant le processus d’assemblage final, les anomalies peuvent être réparées au niveau du module, ce qui évite de mettre au rebut toute la batterie. Enfin, la solution conçue par Comau est entièrement intégrée dans le système de traçabilité. Elle permet de recueillir toutes les informations sur le processus et la qualité dans un système unique de gestion des données et les met à disposition de manière simple, efficace et intuitive.
Résultats
Comau et son client, le fournisseur de technologie chargé d’élaborer un processus complet de production de batteries, ont mis le système à l’épreuve dès la livraison. Pour commencer, l’intégration de ce paradigme d’essai innovant dans la chaîne d’assemblage s’est révélée directe et facile.
Ensuite, le système automatisé et non destructif de Comau a eu pour effet d’améliorer l’exactitude de détection des défauts esthétiques, au point de dépasser fréquemment l’exactitude de l’inspection visuelle.
Par ailleurs, la forte résistance électrique d’une soudure de mauvaise qualité peut entraîner une grande perte d’énergie et augmenter la température du joint soudé, ce qui est susceptible de provoquer des problèmes de sécurité, en plus de réduire le rendement de la batterie. En évaluant automatiquement les défauts de surface et la résistance électrique de chaque joint avant l’assemblage final, la solution conçue par Comau aide le client final à gagner du temps et à faire des économies.
Pour finir, il est possible de recueillir les résultats du processus en temps réel, à des fins d’analyse et de perfectionnement. Le système étant connecté à toute l’infrastructure de données, le client peut effectuer le suivi d’éventuels problèmes de qualité et ajuster le processus de production si nécessaire.
Optimisation de la productivité grâce aux essais en ligne
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Automatisation complète des essais sur les modules
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de traçabilité
Réduction importante des déchets matériels