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Modélisation du procédé de meulage sous-marin pour la réfection robotisée de surfaces d'acier

Thuot, Dominique (2010). Modélisation du procédé de meulage sous-marin pour la réfection robotisée de surfaces d'acier. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les structures immergées des barrages hydroélectriques se déforment et se détériorent au fil du temps. Pour assurer la pérennité des installations, des opérations de maintenance ont lieu. Afin d'assurer la sécurité et la rentabilité de ces réparations, l'Institut de recherche d'Hydro-Québec (IREQ) propose d'en faire le diagnostic et la réfection directement en situation immergée. Une structure modulaire équipée d'un porteur a été développée par l'IREQ et permet d'être utilisée à ces fins. La mesure et l'évaluafion des structures sont d'abord réalisées par une caméra laser installée sur le porteur. Par la suite, il est prévu d'ajouter un robot-meuleur à 2 axes linéaires, sur ce même porteur, pour réparer le seuil d'acier des portes des vannes des barrages (cette partie du projet est en développement à l'IREQ).

Ce mémoire présente une approche de modélisation du taux d'enlèvement de matière du procédé de meulage utilisant des meules cylindriques à diamètres variables. Le meulage est un procédé complexe qui est fonction de plusieurs paramètres de contrôle. La littérature scientifique contient un nombre élevé d'articles à ce sujet, mais aucun ne concerne le sujet du meulage sous-marin de précision. L'étude du procédé sous l'eau est par le fait même d'un grand intérêt et essentiel à la planification de la réfection. Un banc d'essai représentant un prototype du porteur modulaire équipé d'un bassin permettant de plonger le robot dans l'eau a été élaboré. Deux instruments de mesure ont été conçus afin de pouvoir mesurer les variables du procédé. Tout d'abord, un palpeur rétractable permet de mesurer les surfaces usinées sous l'eau. Les nuages de points enregistrés par cet appareil sont utilisés pour évaluer le volume de matière enlevé après chaque série de passes. Cet appareil permet de réduire les temps de mesure de plus de dix fois. Par la suite, une plaque assemblée à des cellules de charges capacitives submersibles permet d'installer l'échantillon à meuler et de mesurer les forces normales appliquées par la meule lors de l'usinage.

Des essais expérimentaux ont été effectués à sec et sous l'eau et les résultats ont été comparés. Un modèle de taux d'enlèvement de matière ainsi qu'un modèle de taux d'usure de la meule ont été construits afin de pouvoir planifier la tâche de réfection. Un logiciel équipé d'une interface graphique permet de faciliter les étapes de modélisation, visualisation et prédiction des résultats. Finalement, un algorithme d'optimisation du choix des paramètres du procédé pour la réfection d'un seuil est proposé. Ce module permet d'évaluer les paramètres optimaux du procédé pour minimiser le temps d'usinage en chantier. Une simulation démontre qu'il est possible de réduire de 4 heures le temps d'une réfection, ce qui équivaut à un gain de temps et d'argent de 15%.

Titre traduit

Modelling of an underwater grinding process for robotic repair of steel surfaces

Résumé traduit

Hydroelectric dam gâtes are constituted of metallic structure embed in concrète. Over time, corrosion and water pressure damage the built-in structures. To ensure their long-term sustainability, they must be periodically repaired. A submersible mechanical and control System has been developed by the Institut de recherche d'Hydro-Québec (IREQ) to diagnose and conduct the maintenance procédure underwater. A 3D scan of the surface to be repaired is firstly obtained using a laser caméra vision System. Then, it is planned to integrate a grinding robot which will be controlled from the surface to re-grind the damaged portion of the underwater structure (this part of the project is still in development).

This Master degree's thesis présents an approach for modeling the material removal rate (MRR) of an underwater grinding process using straight snagging wheel. The objective of this research work is to détermine the MRR in terms of the process parameters such as wheel speed and grinding power over a wide range of grinding diameters. Grinding is a complex process influenced by many parameters. The literature contains a high number of papers on the topic, but none concems directly underwater précision grinding. The understanding of the process is the key for accurate repair of the built-in structures. In order to better understand the underwater grinding process and to develop a modeling strategy, a bench test has been created to conduct underwater experiments. Two instruments hâve been assembled to measure important aspect of the process. In a first step, a rétractable linear probe is
designed and used to measure the removed volume of steel between two consécutive sets of grinding passes. Being submersible, this tool reduces expérimental measurements by up to 10 times compared to out-of-water measurements. Secondly, a load cell table has been constructed. The workpiece can be installed on it and the normal grinding force can be measured during underwater grinding experiments.

A software, based on motor identification and empirical relations among System and process parameters is developed with graphical user-friendly interface. Expérimental results showed that it leads to good prédictions of the depth of eut for underwater grinding using this software. A comparative study for dry and underwater grindings is also conducted by experiments and presented in this thesis. Finally, an optimization algorithm is proposed to facilitate the sélection of process parameters. A simulation shows that important gains can be made using this optimization tool. In this particular case, it is predicted that the grinding maintenance for a single structure can be reduced by 4 hours, which is équivalent to 15%) saving of time and cost.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr. : f. [209]-233.
Mots-clés libres: Acier Traitement. Meulage Simulation par ordinateur. Meulage Essais. Construction sous-marine Réparations. Barrages Réparations.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Liu, Zhaoheng
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Champliaud, Henri
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 21 mars 2011 14:48
Dernière modification: 14 févr. 2017 22:38
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/288

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