Les entreprises de métrologie industrielle rivalisent de solutions afin d’assurer le plus haut niveau de performance aux nouveaux stators à technologie «hairpin» (épingle à cheveux). Des pièces composées d’une bobine conductrice logée dans un empilement de tôles ferromagnétiques isolées électriquement. Le fil de cuivre de section ronde habituellement utilisé dans la bobine laisse place à des fils de section rectangulaire et en forme d’épingle à cheveux. Cette géométrie et le nombre réduit d’enroulements qu’elle permet offrent un meilleur facteur de remplissage du stator : 73% contre 50%. Le cuivre supplémentaire génère un champ magnétique plus puissant. À la clé, une rotation plus rapide du rotor et plus de couple au niveau des roues.
La fabrication de ces bobines se prête bien à l’automatisation. Un fil de cuivre recouvert d’une couche isolante est coupé et plié afin de former les épingles à cheveux. Le vernis protecteur est décapé aux extrémités avant le soudage afin de s’assurer qu’il ne contamine pas les soudures. Les épingles sont ensuite insérées dans des rainures sur la bobine, torsadées et soudées entre elles au laser. L’espace entre deux hairpins, de 600 microns, est inférieur à la taille du faisceau du laser. Selon le diamètre du moteur électrique, cinquante rangées constituées de deux à quatre épingles à cheveux doivent être traitées en moins de deux minutes.
La tomographie par rayons X, coûteuse mais pertinente
«Nos contrôles combinent plusieurs technologies, précise Adrien Chandat, le responsable du développement commercial de Zeiss France, spécialiste de l’optique et de l’optoélectronique. Nous employons des machines de mesure tridimensionnelle pour nous assurer de la bonne géométrie des hairpins, des technologies tactiles pour leur alignement, des scanners lumière bleue afin de détecter les résidus du décapage, de la tomographie pour vérifier les soudures. Toutes ces technologies peuvent communiquer entre elles par le biais des logiciels que nous proposons.»
Roland Le Floc’h, ingénieur imagerie chez RX Solutions, un fabricant français de systèmes de contrôle non destructifs, met en avant la pertinence de la tomographie par rayons X. «C’est une méthode assez coûteuse et en concurrence avec d’autres. Mais c’est un bon investissement. On peut, par exemple, contrôler les épingles une à une par ultrasons ou les vérifier toutes d’un coup avec une seule tomographie.»
Le confocal chromatique pour détecter des fissures
Le fabricant américain de solutions numériques Zebra développe de son côté des technologies reposant sur la vision industrielle alliée au deep learning afin de détecter les défauts. Bruno Parent, le directeur Europe des ventes vision industrielle de l’entreprise, insiste sur la complexité de la vérification des hairpins : «Les stators sont des pièces métalliques avec beaucoup de réflexions. Il a fallu que l’IA distingue la vraie soudure et ses dimensions de ce qui peut être interprété comme une réflexion.»
De nouveaux acteurs arrivent sur le marché. C’est le cas de l’allemand Precitec, expert en métrologie 3D et technologies laser. «Notre cœur d’activité concerne les domaines des semi-conducteurs et du verre. Nous n’avions auparavant pratiquement pas d’applications pour le véhicule thermique, détaille Damien Dupraz, son directeur commercial. Nos solutions reposent sur la technologie du confocal chromatique, un codage par la couleur. On envoie un petit arc-en-ciel sur l’objet, et, selon la longueur d’onde reçue, on calcule les distances. Aujourd’hui, nos capteurs mesurent l’épaisseur du revêtement des hairpins en cuivre. Ils détectent avec une précision de 2 microns des fissures ou des résidus de laque après le décapage de ces épingles à cheveux. Nous venons de développer une application afin de repérer les défauts d’alignement. Elle mesure la hauteur et l’espace entre les broches ainsi que la surface de l’extrémité des hairpins et sera bientôt déployée.»
Vision 3D pour le bac à batterie
La construction et l’assemblage du bac à batterie représentent un nouveau défi pour les constructeurs automobiles et leurs prestataires en métrologie industrielle. En particulier en raison de son grand nombre d’éléments, de ses importantes dimensions et de sa criticité. «Il y a environ 200 cordons de soudure MIG-MAG sur chaque unité, afin, notamment, de fixer les cloisons séparant les chambres des modules de batterie. Le bac à batterie étant un élément essentiel à la sécurité, sa supervision ne peut pas seulement dépendre d’un opérateur, souligne Ali Mehrani Milani, le responsable technique des ventes de Vitronic, un fabricant de systèmes de traitement d’images. Nous offrons des solutions par triangulation de laser. D’un côté, un éclairage linéaire au laser, de l’autre, une caméra prenant des photos avec une fréquence d’acquisition de 100 à 4 500 Hz. Un logiciel numérise les images et génère un profil 3D de chaque cordon de soudure. L’intelligence artificielle détecte ensuite les défauts de porosité ou de projections.»
Une fois fabriqué, le bac accueille les modules de batterie, la connectique, des capteurs, un disjoncteur et le contrôleur électronique BMS (pour battery management system). Le tout forme le pack batterie. «Pour l’assemblage, les tolérances sont très fines, de l’ordre de 10 microns, complète Bruno Parent, de Zebra. Les cellules, leur connexion avec les busbars (ou barres d’interconnexion), le BMS et le module de puissance sont fixés par adhésif. Zebra dispose d’un outil de vision en 3D piloté par l’IA afin de s’assurer que l’adhésif a bien été positionné, avec la bonne quantité et le bon volume, et ne comporte pas de trou. Ce matériau remplit plusieurs rôles cruciaux. Il tient les pièces en place et sa conductivité thermique permet de dissiper la chaleur.» En fin de ligne, le spécialiste allemand de capteurs Sick a conçu un ensemble de caméras 3D reliées à un système d’IA inspectant une dernière fois le pack assemblé et clos avant de l’intégrer à la sous-caisse. «On repère ainsi en temps réel tout corps étranger pouvant provoquer rayures, dommages ou perforations», précise Erik Vassal, le directeur de la branche industrie automobile de Sick France.
