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Les progrès rapides de l’automatisation des processus industriels ont conduit à une transformation significative des systèmes de fabrication. Cette évolution a considérablement amélioré des domaines critiques, notamment l’efficacité opérationnelle, les économies de coûts, la standardisation des processus et l’optimisation de la qualité des produits1. Dans ce contexte, les avancées technologiques ont conduit à la mise en œuvre de solutions plus complexes et spécialisées, capables de répondre aux exigences d’une production de plus en plus agile, précise et adaptable2.
L’une des avancées les plus significatives de cette nouvelle ère industrielle est l’incorporation de robots collaboratifs, appelés cobots. Ces appareils représentent une évolution de la robotique industrielle traditionnelle, car ils sont conçus pour travailler en toute sécurité et efficacement aux côtés d’opérateurs humains dans des environnements partagés 3,4,5. Leur nature collaborative améliore non seulement la flexibilité des processus de production, mais augmente également les niveaux de sécurité des opérations, car ils sont équipés de capteurs avancés qui permettent une interaction contrôlée et une conscience environnementale6.
Dans le cadre de l’industrie 5.0, qui encourage un mélange harmonieux d’automatisation intelligente et de contribution humaine, les cobots deviennent des outils essentiels pour faire progresser la fabrication centrée sur l’humain7. Plutôt que de remplacer les travailleurs, ces systèmes sont conçus pour accroître leurs compétences en gérant efficacement les tâches répétitives avec une grande précision et en s’adaptant avec souplesse aux quarts de travail dans l’environnement de production8, favorisant ainsi un modèle de travail plus intégré et plus efficace.
Leur polyvalence leur permet d’être utilisés dans diverses industries, telles que l’assemblage automobile, la logistique, la fabrication de chaussures, les dispositifs médicaux, etc., où ils contribuent à améliorer la productivité et la qualité des processus 9,10. Cette dynamique collaborative a redéfini les systèmes de production et présente de nouveaux défis en termes de formation, d’adaptation technologique et de refonte des processus7.
Dans ce contexte, cet article décrit la conception et la mise en œuvre d’une chaîne d’assemblage à échelle réduite développée autour d’un ensemble éducatif d’engrenages à vis sans fin. Ce type de ligne représente une version réduite et fonctionnelle d’une ligne de production industrielle, conçue à des fins didactiques pour simuler, de manière contrôlée, les processus, les flux et les opérations typiques d’un environnement manufacturier réel11.
Il s’agit d’une configuration physique et opérationnelle qui permet d’observer clairement la dynamique de production, de tester des technologies automatisées et d’appliquer des méthodologies d’assurance qualité tout en minimisant les risques et les coûts associés à l’expérimentation directe dans les installations industrielles. Cette approche fournit un outil pédagogique précieux et une plate-forme de validation préliminaire pour des solutions telles que les robots collaboratifs et les systèmes de vision, soutenant la prise de décision stratégique en matière d’automatisation, d’amélioration continue et d’efficacité opérationnelle11.
La mise en œuvre de systèmes de contrôle de la qualité basés sur la vision est un facteur clé pour la réussite de l’automatisation et de l’intégration des cobots. Équipés de caméras haute résolution, les systèmes de vision permettent aux robots collaboratifs de percevoir et d’interpréter avec précision leur environnement, fournissant des données visuelles détaillées pour la reconnaissance d’objets, la détection d’anomalies et la navigation autonome12. Dans certains cas, ces systèmes fonctionnent comme des solutions complètes, tandis que dans d’autres, ils peuvent être personnalisés pour fonctionner en combinaison.
L’une des applications les plus importantes de ce type de robots collaboratifs est le contrôle de la qualité, où ces systèmes permettent la détection précoce des défauts sur les lignes de production. La détection des anomalies en temps réel permet de retirer rapidement les pièces défectueuses, évitant ainsi les coûts associés aux retouches, au gaspillage de matériaux ou aux réclamations des clients13. Cette capacité d’inspection continue et non invasive garantit une plus grande cohérence de la qualité des produits et renforce la traçabilité des processus.
L’intégration systématique de ces technologies permet aux robots collaboratifs de détecter, de comprendre et de réagir efficacement à leur environnement, améliorant ainsi leur autonomie et leurs performances opérationnelles14.
Des études récentes ont montré que la combinaison du contrôle de la qualité à l’aide de caméras et de robots collaboratifs réduit non seulement les erreurs humaines, mais améliore également la fiabilité des processus, augmentant la précision des tâches critiques d’assemblage et de vérification15. Cette synergie permet d’atteindre des niveaux plus élevés de contrôle, d’adaptabilité et d’efficacité, ce qui est essentiel dans les environnements industriels modernes caractérisés par la personnalisation de masse et la production à la demande16.
L’utilisation de ces technologies nécessite une approche globale qui comprend une surveillance continue des données en temps réel et l’utilisation d’indices de qualité pour permettre une prise de décision éclairée. Des outils tels que l’analyse statistique des processus constituent une plate-forme solide pour l’amélioration continue, garantissant que les entreprises peuvent s’adapter aux changements du marché et maintenir des niveaux élevés de compétitivité à long terme16.
La mise en œuvre d’un système semi-automatisé de cobot et de vision par ordinateur sur une ligne d’assemblage à l’échelle offre des avantages significatifs par rapport aux méthodes traditionnelles de contrôle de la qualité, à la fois manuelles et entièrement automatisées. Contrairement à l’inspection manuelle, qui dépend fortement de la perception, de l’expérience et de la condition physique de l’opérateur et qui peut entraîner des erreurs dues à la fatigue ou à des conditions de travail prolongées17, cette approche garantit une évaluation cohérente, objective et précise en éliminant la variabilité humaine18.
Contrairement aux systèmes d’inspection robotisés entièrement automatisés, qui sont souvent rigides et coûteux à adapter, les cobots offrent une plus grande flexibilité grâce à leurs capacités d’apprentissage par démonstration et à leur facilité de reprogrammation19, ce qui est particulièrement utile dans les environnements à forte variabilité des produits. De plus, en intégrant la vision par ordinateur, le système améliore considérablement la précision de l’inspection visuelle et permet de détecter les défauts qui pourraient passer inaperçus lors des examens manuels10. Contrairement aux solutions isolées, il combine perception et action, car le cobot répond en temps réel aux écarts détectés.
Une autre différence clé est l’approche pédagogique et de formation offerte par cette chaîne d’assemblage à l’échelle : au-delà de la validation d’un processus technique, elle permet également de former les opérateurs aux compétences numériques et industrielles, préparant les travailleurs à faire face aux défis de l’industrie 5.020,21.
Cet article explore l’intégration d’un processus d’assemblage automatisé à l’aide d’un robot collaboratif UR322, associé à un système de vision CV-X23. Le produit assemblé est un modèle industriel à l’échelle appelé KanbUAMito, un « ensemble éducatif d’engrenages à vis sans fin » qui représente un système de transmission composé d’une vis sans fin et d’un engrenage à vis sans fin, également connu sous le nom de réducteur de vitesse, comme le montre la figure 1. Ce modèle comporte six configurations différentes, qui sont détaillées dans le tableau 1.

Figure 1 : Composants de l’appareil Kanbuamito. Différents composants qui composent le produit final à assembler. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Produit final | Ver | Engrenage à vis sans fin | Boîte (couvercle et base) |
| CE1 | Gris | Rouge | Rouge |
| CE2 | Blanc | Gris | Rouge |
| CE3 | Rouge | Blanc | Rouge |
| CE4 | Rouge | Gris | Rouge |
| CE5 | Gris | Blanc | Rouge |
| CE6 | Blanc | Rouge | Rouge |
Tableau 1 : Combinaisons possibles du produit à assembler. Différentes combinaisons du produit final, qui varient en fonction des couleurs utilisées dans les différents composants qui le composent.
Cette étude met en évidence l’impact de cette intégration technologique sur l’amélioration de l’efficacité opérationnelle, la détection précoce des défauts et l’uniformité de la qualité des produits. De plus, il analyse les implications stratégiques de sa mise en œuvre dans le cadre de l’industrie 5.0, en mettant l’accent sur la façon dont la collaboration entre les humains, les robots collaboratifs et les systèmes intelligents peut favoriser le développement de stratégies d’amélioration continue axées sur la flexibilité, la personnalisation et la durabilité des processus de production.