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Fiche descriptive complète de l'UE

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Objectifs de l'UE :

La numérisation 3D de la peau d'un objet consiste à décrire sous forme numérique la géométrie de la surface par un ensemble de points. La numérisation 3D par moyens optiques, de plus en plus utilisée délivre en un temps relativement court, une information dense, inhomogène et bruitée. A cet ensemble de points, souvent appelé "grand nuage de points" une modélisation numérique doit être associée pour une exploitation future : visualisation, calculs mécaniques, usinage, ...

L'objectif de ce cours est de présenter la chaîne numérique permettant de passer d'un objet physique à sa représentation numérique sous forme d'un modèle numérique :

• La première partie du cours est consacrée à la description de la chaîne de numérisation qui permet de passer de l'objet physique à sa représentation sous forme d'un nuage de points 3D cohérent. Quelques systèmes de numérisation seront évoqués mais on se concentrera plus particulièrement sur les systèmes par triangulation, de type laser-plan. Les difficultés de traitement des grands nuages de points, liées aux caractéristiques propres des données 3D discrètes (non homogénéité, lacunes de numérisation, perte de continuité, ...) sont abordées dans cette première partie.
• La seconde partie du cours est consacrée à la présentation des outils et méthodes pour la reconstruction d'un modèle géométrique des formes en vue de la définition d'un modèle surfacique.

Thèmes abordés :

Partie 1 - Moyens et méthodes de numérisation des surfaces d'un objet (16 h) :

• Cours (8 h) :
  - La chaîne de numérisation 3D
  - Les technologies de capteurs : laser-plan, ...
  - Génération automatique de trajectoire de numérisation automatique
• Atelier/Projet (8 h) :
  - Analyse des données acquises
  - Identification de caractéristiques géométriques (entités, lignes)

Partie 2 - Reconstruction 3D (14 h) :

• Cours (8 h) :
  - Les surfaces implicites : voxel, octree, ...
  - Les modèles surfaciques : courbes et surfaces, polyèdres
• Atelier - Projet (6 h) :
  - Les outils logiciels CAO pour la reconstruction automatique
  - Manipulation d'algorithmes de reconstruction de surfaces

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Objectifs et thèmes abordés :

Thème 1 : Modèles pour la spécification géométrique :

Ce cours comporte deux parties :

• une première qui traite du modèle GeoSpelling mis au point au laboratoire et retenu par l'ISO pour l'élaboration des normes de tolérancement et de métrologie :
  ce modèle permet de décrire la géométrie des pièces sans et avec défauts tant macro-géométriques que micro-géométriques;
• une deuxième partie qui traite d'une méthode de recherche et d'expression des exigences géométriques dans un système mécaniques basée sur l'analyse fonctionnelle et sur GeoSpelling.

Thème 2 : Méthode de cotation fonctionnelle d'un mécanisme :

Ce cours donne une méthodologie rigoureuse pour déterminer les spécifications de cotation à imposer sur les dessins de définition des pièces. La méthode CLIC (Cotation en Localisation avec Influence des Contacts) est basée sur l'analyse de la mise en position des pièces. La cotation des interfaces est donnée par une cotation type. Dans une chaîne de cotes 3D, la cotation est donnée par un algorithme itératif. Un démonstrateur de cotation automatique est présenté.

Thème 3 : Calcul tridimensionnel des chaînes de cotes et prise en compte des déformations des pièces :

Ce cours donne une méthode de calcul permettant la simulation de comportement d'assemblage constitué de composants non idéaux. Dans le cas d'un assemblage hyperstatique, le calcul permet de prédire les écarts géométriques résultants de la propagation des défauts de fabrication des composants et des jeux entre les composants. L'approche générale est présentée en faisant l'hypothèse de composants rigides, une extension est proposée dans le cas de composants déformables.

Thème 4 : Caractérisation des défauts des machines :

Ce cours aborde les méthodes et procédures utilisées pour mettre en évidence l'influence des défauts géométriques (composants et assemblages) principalement sur le comportement des machines outils et les conséquences sur la qualité des pièces fabriquées. L'aspect normatif des méthodes et procédures est également étudié. Les études de cas réalisées permettent aux participants de concevoir leur propre protocole d'essais pour évaluer les défauts après leur caractérisation.

Thème 5 : Problématique industrielle et outils :

Cette conférence donnée par un industriel présente la problématique industrielle de la maîtrise de la qualité géométrique des produits sur des grandes structures, notamment déformables. Les aspects organisation dans la CAO et le PLM sont abordés. Deux outils d'aide au tolérancement ANATOL et GAIA développés par EADS sont présentés.

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Objectifs de l'UE :

Il s'agit d'aborder les techniques de génération et de suivi de trajectoire dans l'espace des taches d'une structure articulée de type robot ou machine outil à commande numérique. Nous étudions les différents types de déplacement ainsi que les possibilités de chaque commande en fonction de la complexité de la tache. L'étude de la génération des trajectoires est faite dans le cas particulier de l'usinage des pièces de formes complexes du type moules et matrices, prothèses médicales ou pièces de structures aéronautiques.

Thèmes abordés :

Chaîne numérique de programmation des trajectoires en CFAO (2h cours)

• Rappels sur la chaîne numérique de programmation et le calcul de trajectoires.

Découpage tolologique (2h Cours + 2h TD)

• Analyse morphologie des pièces pour déterminer les meilleures trajectoires en fonction des performances cinématiques des machines utilisées.

Module de FAO 5 axes (4h cours + 6h TD Num + 4h TP Num / MOCN)

• Calcul de trajectoires en Fraisage Grande Vitesse à 5 axes en bout et sur le flanc.
• Construction géométrique des positions outils dans un modeleur 3D.
• En travaux pratiques :
  - programmation interactive sur logiciel de FAO Catia V5,
  - utilisation des API Catia V5 pour générer des trajectoires innovantes,
  - usinage sur machine UGV 5 axes.

Interpolation polynomiale (2h cours + 2h TD)

• Intérêt de ce type d'interpolation en terme de précision et de vitesse de déplacement.
• Etude des différents types d'association et du processus d'interpolation polynomiale dans la chaine numérique.
• Comparaison de l'influence des formalismes de description polynomiaux (canonique ou Bspline).

Post processeur et exécution de la trajectoire (2h cours + 2h TD + 4h TP Num / MOCN)

• Construction du modèle géométrique d'une machine.
• Transformation géométrique inverse 5 axes
  - traitement des singularités des structures étudiées
  - programmation en inverse du temps.
• Evaluation des solutions articulaires pour le développement d'un post processeur.
• Analyse du fonctionnement de la MOCN considérée et corrélation entre le réel et le modèle.

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Objectifs de l'UE :

Il s'agit d'aborder les problématiques liées à l'Usinage Grande Vitesse au travers de cas concrets issus du monde industriel. Les premières séances de cours et de TD ont pour but de se familiariser avec les problématiques retenues et les outils d'analyse et de résolution envisagés. Une séance de travaux pratiques consiste à établir et mettre en oeuvre un protocole expérimental élaboré par l'ensemble de la classe pour résoudre le problème.

Thèmes abordés :

Caractéristiques de l'Usinage Grande Vitesse (4h cours)

• Présentation des principaux phénomènes liés à l'Usinage Grande Vitesse d'un point de vue des efforts,
• de la cinématique des déplacements
• et du comportement dynamique du système usinant.

Caractérisation du couple MO-CN en déplacement à Grande Vitesse (4h cours + 6h TD)

• Fonctionnalités des CN pour améliorer l'exécution et le suivi de la trajectoire.
• Lois de commande prédictives.
• Confrontation d'un modèle de simulation au comportement réel de la machine.

Travaux pratiques expérimentaux 4 x 4h :

• Perçage adaptatif multi matériaux (composite carbonne /Aluminium)
  - Mise en oeuvre des fonctions d'analyse en temps réel de la CN Siemens 840D
• Opération d'ébauche par treflage et polissage 5 axes trochoïdal
  - Mesure d'efforts de coupe et des paramètres cinématiques lors de l'usinage
• Usinage de voiles minces de structures aéronautiques
  - Mise en oeuvre d'un vibromètre laser et construction des lobes de stabilité
• Intégrité de surface en Usinage Grande Vitesse
  - Mesure d'état de surface micro géométriques

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