Des capteurs optoélectroniques plus rapides et plus précis
ifm electronic est une référence « made in Germany » pour l’automatisation et la numérisation. L’un des domaines clés est celui des capteurs optiques, qui doivent être capables d’enregistrer et de transmettre des signaux avec une grande précision. Cela ne peut être obtenu qu’à l’aide de plusieurs simulations, dont la combinaison prenait autrefois beaucoup de temps : jusqu’à ce qu’un workflow optomécanique soit développé dans Ansys, en collaboration avec ifm.
Commutateurs sans contact, barrières lumineuses, détection d'objets, systèmes d'identification : Les capteurs photoélectriques d'ifm, dont le siège est à Essen et qui dispose de centres technologiques dans la région du lac de Constance, sont omniprésents.
Avec la numérisation et la transformation vers l'industrie 4.0, la demande de solutions de capteurs a considérablement augmenté. Des produits performants, extrêmement fiables et souvent très spécifiques sont demandés. L'éventail des applications et des domaines d'utilisation est énorme.
Sans l'utilisation de la simulation, le développement de capteurs optiques serait aujourd'hui impossible. Très tôt, ifm a mis en place une équipe d’experts en simulation et calcul au Center for Technology and Process Engineering à Tettnang. Cette équipe, qu’il dirige encore, a été créée par Bernhard Schneider. Lors du salon SPS-IPC-Drives en 2012, ce dernier a retenu Ansys comme le logiciel approprié et CADFEM comme le partenaire indispensable pour l'emploi sur le long terme de la simulation à ifm.
Simulations mécaniques structurelles
Le point de départ - même si cela n'est pas nécessairement attendu dans les domaines de l'automatisation et de la technologie des capteurs - a été les calculs de mécanique structurelle avec Ansys Mechanical. La résistance des composants est qualité élémentaire qui doit être garantie si le composant est exposé à des effets thermiques ou à des vibrations. Les analyses de ce type sont longues, sujettes aux erreurs et incomplètes, en particulier dans les premières phases de développement, sur le banc d'essai. Les simulations réalisées par Bernhard Schneider et son équipe ont permis de raccourcir considérablement les cycles d'essai et les boucles de développement et de les rendre plus rentables. Elles ont également fourni de nombreuses informations supplémentaires, y compris pour les développements ultérieurs.
Simulations optiques
Les capteurs optiques d'ifm utilisent la lumière dans les gammes de fréquences rouge et infrarouge pour la transmission électromagnétique d'informations. Afin de pouvoir représenter précisément la lumière modulée et les informations transportées indépendamment des influences mécaniques décrites ci-dessus, un outil de simulation optique macroscopique a été introduit : Ansys Speos. Ce logiciel fait partie du portefeuille de l'entreprise depuis qu'Ansys, Inc. a acquis la société de développement en 2018. L'objectif était de coupler le champ optique avec le champ structurel-mécanique et d'obtenir une image globale encore plus précise.
Une application combinée avec des défis
L'utilisation de plusieurs simulations pour des tâches, comme c'est souvent le cas à ifm, ne peut être pleinement exploitée que si elles ne sont pas effectuées de manière séquentielle, mais combinées. C'est la seule façon d'identifier les interactions et de générer une image virtuelle réaliste des processus analysés. Comme la mécanique et l'optique sont des domaines physiques différents et que les solutions logicielles ont été développées indépendamment l'une de l'autre, l'utilisation intégrée souhaitée était assez complexe.
Cela signifiait que le maillage structurel-mécanique devait être importé dans Ansys Speos pendant le couplage, ce qui obligeait à remailler les composants optiques, affectant la précision. Il a donc fallu concevoir le maillage structurel-mécanique de manière beaucoup plus fine et uniforme, augmentant de ce fait considérablement le temps de calcul.
Le workflow de la simulation optomécanique dans Ansys
Afin de devenir plus efficaces dans ce domaine, Bernhard Schneider et son collègue Orestis Hassomeris ont abordé cette question lors de discussions régulières avec le CADFEM. L'équipe de CADFEM a profité de leurs contacts directs avec les développeurs d'Ansys pour répondre au besoin d'un workflow optomécanique allégé. Etant donné que l'importance de l'optomécanique augmente également pour d'autres clients - et qu'Ansys s'engage à garantir l'harmonisation de ses solutions internes - le workflow a été mis en œuvre avec l'implication des utilisateurs d’ifm.
Résultat : Le maillage structurel-mécanique déformé est découplé du maillage optique dans Speos et est converti en un corps solide en 3D. Ce dernier peut être maillé dans Speos, ce qui réduit le temps de cette étape de 10 heures à seulement 20 minutes, sans nuire à la qualité.
Quelle est l'importance de la simulation pour le processus de développement dans votre entreprise ?
La simulation est très importante pour ifm. Elle a permis de réduire considérablement le temps nécessaire au développement de base et au développement des produits, car les découvertes importantes et les modifications de conception sont intégrées au processus de développement à un stade précoce.
Pourquoi est-il important pour ifm de prendre en compte les effets thermiques et structurels-mécaniques à un stade précoce du développement des capteurs optiques ?
Les déformations et les contraintes thermomécaniques ont un effet significatif sur l'axe optique ou le trajet du faisceau des composants optiques. Nous utilisons la simulation pour enregistrer ces effets et nous pouvons prendre des contre-mesures en temps utile.
Comment évaluez-vous la collaboration avec le CADFEM ?
La collaboration a toujours été ouverte, transparente et orientée vers des solutions concrètes.
Persuadeurs digitaux
Les produits d'ifm sont étroitement liés à la numérisation et à l'automatisation de l'industrie et à de nombreux domaines de la vie quotidienne. Ils contribuent à l'amélioration des conditions de vie et de travail, à la durabilité, à la protection de l'environnement et du climat. L'utilisation cohérente d'outils numériques dans le développement de nos propres produits s'inscrit également dans cette mission. C'est pourquoi la simulation est fermement ancrée à ifm et continue d'être développée.
La gamme d'outils est vaste. Outre Ansys Mechanical et Speos, d'autres produits Ansys comme optiSlang (analyse de robustesse), Sherlock (calcul du cycle de vie de l'électronique) ou Zemax OpticStudio font depuis longtemps partie de l'équipement de l'équipe centrale de simulation d’ifm. Ifm s'est assuré l'accès à des modules supplémentaires et à des formations professionnelles simples pour les utilisateurs grâce à un partenariat à long terme avec CADFEM Germany GmbH, qui est également le premier et le plus fréquent point de contact d’ifm dans le domaine de la simulation et de l'ingénierie numérique.
À propos de l’entreprise ifm
Mesurer, contrôler, réguler et évaluer - lorsqu'il s'agit de technologies pionnières en matière d'automatisation et de numérisation, le groupe d'entreprises ifm est le partenaire idéal. Depuis sa création en 1969, ifm développe, produit et vend dans le monde entier des capteurs, des contrôleurs, des logiciels et des systèmes pour l'automatisation industrielle ainsi que des solutions basées sur SAP pour la gestion de la chaîne d'approvisionnement et l'intégration des magasins.
En tant que pionnier de l'industrie 4.0, ifm développe et met en œuvre des solutions holistiques pour la numérisation de l'ensemble de la chaîne de valeur " du capteur à l'ERP ".
Aujourd'hui, le groupe d'entreprises familiales de deuxième génération ifm est l'un des leaders mondiaux de l'industrie avec plus de 8 700 employés. Ifm combine l'internationalité, la force d'innovation d'un groupe d'entreprises en pleine croissance, la flexibilité et la proximité avec les clients d'une entreprise de taille moyenne.
