Optimisation en ligne de l’usinage et du ponçage robotisés du bois

Contexte – Projet PropUsiBot

La filière de la transformation du bois joue aujourd’hui un rôle stratégique dans le contexte de développement durable. Elle s’appuie sur une ressource biosourcée, présentant une balance entre croissance et exploitation positive, et favorisant les circuits courts par son foisonnement à travers tout le territoire. Cumulé à son caractère écologique, ses qualités esthétiques et mécaniques en font un matériau toujours plus valorisé, certes en construction et en ameublement ou pour des instruments de musiques mais également pour équiper tous types de véhicules qu’ils soient terrestres, aériens ou maritimes.

Lors de l’usinage de pièces en bois massif, il est complexe d’obtenir des états de surfaces satisfaisants en tous points et une finition en ponçage est quasiment systématique. Ce ponçage est long, couteux, et bien souvent manuel et délétère pour les opérateurs qui sont exposés aux poussières générées et soumis à des gestes qui engendrent des troubles musculosquelettiques sévères.

Le projet PropUsiBot, qui s’appuie sur les compétences de l’Institut Clément Ader (Université de Technologie de Tarbes Occitanie Pyrénées) et du LaBoMaP (ENSAM de Cluny), vise donc à participer à la croissance et la performance de cette filière en résolvant cette problématique par le développement simultané d’outils d’optimisation complémentaires portant sur :

• L’optimisation des conditions et trajectoires de coupe au regard des particularités du matériau bois, notamment sa forte anisotropie (Figure cidessous) et son hétérogénéité.
• L’optimisation et l’automatisation des opérations de ponçage au regard de la qualité produite en cours d’usinage.

Description du sujet de thèse et objectifs

Le présent sujet de thèse traite de l’optimisation en ligne de l’usinage et du ponçage robotisés du bois. Ces travaux ont pour objectif de développer, dans le cadre d’usinages réalisés avec un robot, une méthode permettant de réaliser automatiquement des opérations de ponçage optimisées sur la base de signaux d’efforts de coupe et d’émission acoustiques mesurés via des capteurs adéquats en cours d’usinage.

à Le premier objectif sera donc de déterminer quelles propriétés indicatrices sont significatives au sein de ces signaux et dans quelle mesure l’état de surface lors du fraisage peut être estimé par leur mesure et traitement. Il sera possible pour cela de s’appuyer sur des campagnes déjà réalisées au sein du laboratoire.

à Ce travail doit également déterminer si une approche utilisant des modèles explicites (comme des régressions linéaires) afin d’estimer les états de surfaces produits en fonction de ces signaux mesurés est envisageable ou si l’emploi d’intelligence artificielle est la solution la plus pertinente. Ces deux approches seront à confronter quantitativement pour valider la méthode numérique la plus pertinente.

à Une fois ces propriétés indicatrices identifiées, l’optimisation de la phase de ponçage pourra être réalisée en deux temps. Des essais en usinage robotisé sur des ressources aux propriétés particulièrement variables (bois de qualité secondaire, présentant des défauts) permettront dans un premier temps de vérifier la robustesse des modèles et de valider les seuils au-delà desquels des reprises en ponçage sont nécessaires. Le ponçage en lui-même fera enfin l’objet d’une attention particulière et une campagne expérimentale particulière de ponçage robotisé sera menée afin de déterminer comment optimiser convenablement les paramètres de ponçage en fonction de l’état de surface de la pièce après usinage, mais aussi et surtout de l’état de surface souhaité.

L’institut universitaire de technologie de Tarbes (ou IUT de Tarbes) est un institut universitaire de technologie (IUT) interne à l'UTTOP (Université de Technologie de Tarbes Occitanie Pyrénées).

Il est situé à Tarbes, dans le département des Hautes-Pyrénées, en région Occitanie.

L’Institut Clément Ader (ICA) est un laboratoire de recherche qui s’attache à l’étude des structures, des systèmes et des procédés mécaniques. Nos secteurs d’activités s’inscrivent dans ceux des industries mécaniques avec une attention particulière accordée aux projets des domaines de l’aéronautique, de l’espace, du transport et de l’énergie. Nos travaux portent généralement sur la modélisation du comportement, l’instrumentation et l’étude de la durabilité des structures ou produits considérés. Une part importante de nos recherches porte sur les matériaux composites, lesquels prennent aujourd’hui une place importante dans les structures.

Diplômé d’un Bac+5 (Master universitaire ou école d’ingénieur), le(la) candidat(e) devra disposer de compétences solides en fabrication mécanique. La maîtrise d’un langage de programmation et/ou de traitement de données est importante (Python ; Matlab ; etc …) ou à minima de premières expériences.

Des compétences pratiques en usinage, en FAO, et en robotique seraient appréciées et utiles pour appréhender convenablement les campagnes expérimentales. Des connaissances théoriques sur les matériaux anisotropes tels que le bois ou les composites seraient également des atouts supplémentaires.