De nombreuses études de marché confirment la forte et durable croissance à venir de la vision industrielle 3D. Les opérations manufacturières et logistiques exigent une compréhension fine des données que seuls les capteurs 3D et les algorithmes logiciels associés peuvent fournir. Tour d’horizon avec Pierantonio Boriero de Zebra Technologies

Dans le secteur de l’entreposage, 65 % des dirigeants prévoient de déployer des solutions de vision industrielle et des capteurs mobiles intégrés sur les chariots élévateurs et les robots d’ici cinq ans pour améliorer les taux de remplissage, la préparation et la précision des commandes, ainsi que les processus d’expédition.

Dans l’industrie manufacturière, de nombreuses entreprises utilisent déjà des solutions 3D pour renforcer la visibilité des équipements et automatiser intelligemment les opérations d’inspection et de tri :

• Grâce à un capteur de profil 3D intégré à un système de vision industrielle, des fabricants de produits de la mer ont pu traiter jusqu’à 20 tonnes de thon surgelé par heure, en les classant par espèce, taille et qualité, atteignant des taux d’inspection visuelle avoisinant les 100 %.
• Les équipementiers automobiles (FEO) ont réduit de 10 à 15 % le taux de défauts dans leurs processus de contrôle qualité grâce à une solution combinant un capteur 3D à double caméra et laser unique, et un logiciel d’IA partenaire.

Mais quelle technologie 3D est la mieux adaptée à un cas d’utilisation donné ? Plusieurs techniques d’imagerie dominent ce domaine. Chacune présente des avantages uniques adaptés à des défis spécifiques à chaque industrie, et comporte également des compromis inhérents.

La triangulation laser

La triangulation laser offre une précision et une fiabilité exceptionnelles pour le scan industriel. Le principe consiste à projeter une ligne laser sur la pièce ; la caméra analyse la géométrie du faisceau réfléchi pour en déterminer la profondeur et générer, grâce à un capteur d’image, différents types de données 3D, notamment des profils, des cartes de profondeur et des nuages de points. Cette méthode s’avère particulièrement efficace dans les environnements où une inspection rapide et précise est nécessaire, comme les contrôles qualité sur convoyeurs ou la détection de défauts.

Technique idéale pour les mesures dimensionnelles et l’analyse de profils géométriques complexes, elle permet par exemple aux fabricants de dispositifs médicaux et aux assembleurs électroniques d’inspecter de petites pièces usinées avec précision.

Autre exemple, les modèles à double caméra et laser unique améliorent la couverture de lecture en réduisant les zones d’ombre et les écarts de données, tout en offrant une grande flexibilité opérationnelle. Selon les besoins, ces systèmes peuvent fonctionner en mode synchrone pour optimiser la qualité de reproduction des images ou en mode alterné pour doubler efficacement la cadence de lecture.

La lumière structurée

La lumière structurée 3D repose sur un principe similaire à celui de la triangulation laser : une ou deux caméras, placées à un angle oblique par rapport à une source lumineuse, capturent et décodent les distorsions d’un motif projeté sur la surface de l’objet scanné. Qu’il s’agisse d’une LED ou d’un laser, la lumière projette des points, lignes ou motifs codés dont les distorsions sont analysées par des algorithmes pour reconstituer la géométrie 3D avec une grande précision.

Cette méthode est reconnue pour sa haute résolution et sa grande précision, notamment dans les applications à courte distance nécessitant la capture de détails précis. Elle est particulièrement adaptée aux tâches d’inspection qualité, comme la détection de défauts sur des surfaces complexes ou la mesure de petits composants avec une précision submillimétrique.

Cependant, les systèmes traditionnels de lumière structurée ont du mal à gérer les artefacts de mouvement lors du scan d’objets en mouvement, ce qui les rend moins adaptés aux workflows à grande vitesse, où la précision et le débit sont tout aussi importants.

La lumière structurée parallèle

La lumière structurée parallèle a permis de dépasser ces limites en offrant la possibilité d’effectuer une imagerie 3D précise d’objets en mouvement. Cette technologie utilise des capteurs spécialisés capables d’acquérir en un seul cliché des images dynamiques en haute résolution. Ces systèmes offrent également un grand champ de vision permettant de scanner aussi bien de petites que de grandes pièces.

Les applications de la lumière structurée sont vastes et s’appliquent à de nombreux secteurs : automobile (inspection et détection de défauts), industrie (contrôle qualité de petites pièces complexes), logistique (dimensionnement d’articles), et robotique et automatisation (guidage de bras robotisé dans des opérations de prélèvement/placement, inspection en mouvement).

Encart technique : Applications concrètes de la vision 3D en production et logistique

Les technologies de vision 3D, au-delà de l’inspection de pièces usinées, offrent des gains d’efficacité majeurs dans les industries du conditionnement et de la logistique.

Conditionnement et Production (Cosmétique, Agroalimentaire) :

• Contrôle du niveau de remplissage : En utilisant la triangulation laser, les fabricants inspectent en temps réel le profil des contenants (bouteilles, boîtes, barquettes) sur les lignes à grande vitesse. L’objectif est de vérifier que le niveau de remplissage est conforme aux spécifications (par exemple, un remplissage précis pour les crèmes cosmétiques ou les conserves) et de détecter immédiatement les contenants sous-remplis ou trop-remplis. Cela garantit la conformité et la rentabilité du dosage.
• Inspection de scellés : La lumière structurée capte les micro-défauts sur les surfaces. Elle est essentielle pour garantir l’intégrité des soudures et scellés des emballages souples ou des couvercles (aluminium, plastique) en détectant les plis, les corps étrangers ou les irrégularités de la soudure, assurant ainsi l’étanchéité et la durée de conservation du produit.
• Contrôle des assemblages complexes : Elle vérifie également la bonne position et l’encliquetage des composants, comme les bouchons vaporisateurs, les capots de protection, ou la présence de dispositifs de sécurité. Une défaillance dans ces assemblages est ainsi évitée avant l’emballage final.

Logistique et Stockage de Produits Emballés :

Dimensionnement dynamique : L’utilisation de la lumière structurée parallèle sur les convoyeurs permet de calculer les dimensions et le volume exacts des colis et cartons en mouvement. Ces données précises sont directement transmises au WMS (Warehouse Management System), optimisant le cubage des expéditions et des palettes.

Guidage robotique (Depalettisation/Palettisation) : La vision 3D permet aux robots de manipuler des articles sans connaissance préalable de leur position ou de leur orientation précise. Les capteurs 3D créent un nuage de points de la zone de travail pour guider le bras robotisé dans la préhension (pick-and-place) de cartons ou de sacs aux formes hétérogènes depuis une palette (dépalettisation aléatoire). Ce niveau d’automatisation réduit les goulots d’étranglement et les besoins en main-d’œuvre pour les tâches répétitives et pénibles en entrepôt.