Machine automatique de comptage

Contexte du projet

Cette réalisation s’inscrit dans le projet global DiyPixelArt, un projet entrepreneurial de vente de kits pixel art à assembler. Chaque kit contient les cylindres plastiques nécessaires à la réalisation d’un motif, conditionnés en quantité précise par couleur. Avec plus de 50 couleurs disponibles et des quantités variables selon le design, le conditionnement manuel est rapidement chronophage.

Cette machine est la première des trois machines conçues pour le projet. Son objectif est de compter automatiquement les cylindres et de les conditionner dans des casiers en quantité définie.

Problématique et contraintes

Automatiser le conditionnement de cylindres en quantité variable selon les motifs.

Contraintes :

• Comptage automatique de perles cylindriques (diamètre 5 mm, longueur 5 mm)
• Plus de 50 couleurs différentes, toutes de dimensions identiques
• Conditionnement en quantités variables selon les motifs
• Capacité machine suffisante pour limiter les interventions humaines
• Utilisation du matériel disponible en stock

Réalisations

Analyse des concepts

Plusieurs principes de comptage et de distribution ont été étudiés.

Distribution : bol vibrant, disque rotatif à plat, disque rotatif incliné, etc. Le bol vibrant a été écarté pour la complexité de réalisation d’un tel système et son niveau sonore. Le disque rotatif à plat impose un système de distribution contrôlée complexe. Le disque rotatif incliné a été retenu pour sa fiabilité et sa simplicité.

Comptage : capteur inductif (incompatible, pièces plastiques), vision par caméra (puissance de calcul et complexité algorithmique importantes), capteur de poids (cylindres trop légers pour des jauges de contrainte classiques), capteur optoélectronique à fourche (retenu pour sa simplicité et sa fiabilité).

Conception

La machine est modélisée sur SolidWorks. Elle se compose de :

• Un disque rotatif incliné avec encoches pour isoler les cylindres un par un. La géométrie de l’encoche ne peut accueillir qu’un seul cylindre, les autres retombent par gravité dans le bol.
• Une gouttière de descente en haut du bol, équipée d’un capteur à fourche pour détecter le passage de chaque cylindre.
• Un axe linéaire en partie basse, entraîné par moteur pas-à-pas et poulie-courroie, supportant 6 casiers de réception. Les casiers sont disposés à l’avant de la machine pour faciliter leur chargement et déchargement.
• Un interrupteur mécanique de fin de course pour le homing de l’axe linéaire.

L’accouplement entre le moteur et le disque est réalisé par une bride du commerce — une des seules pièces usinées de l’assemblage, indispensable pour garantir la perpendicularité du disque par rapport à l’axe de rotation.

Programmation

L’interface utilisateur, développée sur Arduino, se compose d’un joystick et d’un écran LCD. L’opérateur saisit la quantité désirée et le nombre de casiers à remplir. Une option permet de vider le bol dans le dernier casier lors d’un changement de couleur.

Résultats

La machine est opérationnelle. La précision de comptage se situe entre 0 et +10 % : quelques cylindres peuvent passer sans être détectés par le capteur. Dans cette application, un léger surplus est préférable à un manque — l’utilisateur dispose ainsi de toutes les pièces nécessaires à l’assemblage de son design.

Pistes d’amélioration

En sortie du bol, la gouttière est large puis se rétrécit pour canaliser le cylindre devant le capteur de passage. En raison de l’aspect balistique du concept et des rebonds, deux cylindres peuvent occasionnellement se bloquer à ce rétrécissement. La machine détecte ce blocage si aucun passage n’est enregistré au bout de quelques secondes (bol vide ou bourrage), et déclenche un appel opérateur pour débloquer manuellement. L’impact sur la cadence est faible et ne justifie pas encore de retravailler la géométrie de la gouttière, mais cela reste une piste d’amélioration à terme.

Bilan du projet et apprentissages

La machine répond à son objectif : automatiser le conditionnement des perles et réduire la charge de travail manuel.

Pour de grandes quantités de pièces de faible masse, la mesure indirecte par pesée est une alternative plus rapide et potentiellement plus économique que le comptage unitaire. Le concept de bol de séparation est réutilisé dans la deuxième machine : la machine de tri par couleur.