L’objectif de cette étude est d’améliorer l’extension du logiciel de programmation hors-ligne RobotStudio™ existante et de développer une nouvelle stratégie pour générer la trajectoire du robot par rapport aux paramètres essentiels de projection thermique. Notamment, l’historique de la température par rapport à la trajectoire générée est prise en compte dans cette étude.L’extension logicielle Thermal Spray Toolkit (TST) intégrée dans le cadre de RobotStudio™ est spécialement développée pour générer la trajectoire du robot en projection thermique. L’amélioration de l’extension TST dans la nouvelle version de RobotStudio™ est mise au point sur deux modules principaux :PathKit : génération de la trajectoire sur des pièces complexes.ProfileKit : modélisation du cordon singulier du dépôt et prédiction de son épaisseur en fonction des paramètres opératoires.Les déficiences existantes de l’extension TST impliquent de mettre en œuvre une méthode plus avancée qui permettra de générer la trajectoire du robot en utilisant le maillage pour le calcul d’élément finis. Ainsi, l’opération de projection thermique pourra être menée. Dans cette étude, la méthodologie de maillage est introduite afin de fournir une stratégie de choix de points de trajectoire et l’obtention d’orientations de ces points de trajectoire sur la surface à revêtir. Un module dit MeshKit est donc ajouté dans l’extension TST afin de lui apporter ces fonctionnalités nécessaires.Un couplage entre la trajectoire du robot et la répartition de chaleur du substrat a été développé, ce qui permet d’étudier l’évolution de température pendent le processus de projection thermique. / The objective of this study is to improve the add-in package of off-line programming software RobotStudio™ and to develop a new strategy for generating the robot trajectory according to the kinematic parameters of thermal spraying. The computed temperature evolution relative to the generated robot trajectory on the coating surface is also considered in this study.The add-in package Thermal Spray Toolkit (TST) integrated in RobotStudio™ is developed to generate the robot trajectory for thermal spraying. The improved TST for new version of RobotStudio™ is composed of two principle modules:PathKit: generation of robot trajectory on the free-form coating surface.ProfileKit: modeling the coating profile and prediction the coating thickness based on kinematic parameters.The existing deficiency of TST leads to the development of an advanced robot trajectory generation methodology. In this study, the new approach implements the robotic trajectory planning in an interactive manner between RobotStudio™ and the finite element analysis software (FES). It allows rearranging the imported node created on the surface of workpiece by FES and in turns generating the thermal spraying needed robot trajectories.A coupling between the robot trajectory and the heat distribution on the substrate has been developed, which allows analyzing the temperature evolution during the thermal spray process, it helps to minimize thermal variations on the substrate and to select the appropriate execution sequence of trajectory.

Robots manipulateurs sont couramment utilisés pour la projection thermique, qui peuvent être programmés de deux façons : par apprentissage et par la programmation hors-ligne. La programmation par apprentissage ne peut pas garantir la qualité de revêtements, en particulier pour les pièces de forme complexe. La technologie de la programmation hors-ligne est une bonne solution, en utilisant le fichier CAO de la pièce à revêtir. Le but de cette étude est de développer une trousse à outil - Thermal Spray Toolkit (TST) sous RobotStudio™ 5 (ABB), un logiciel de programmation hors-ligne, pour générer la trajectoire adaptée à l'application de projection thermique en fonction de la forme de la pièce et des paramètres cinématiques tels que la distance de projection, l'orientation normal à la surface, le débordement, le pas de balayage etc. Cela résout les difficultés de génération de la trajectoire adaptée à la projection thermique sur la pièce complexe sous RobotStudio™. En outre, deux méthodes d'amélioration de la trajectoire sont proposées pour maintenir la vitesse du CDO après les analyses. Les simulations et les essais ont prouvé que ces deux méthodes peuvent améliorer efficacement la stabilité de la vitesse du CDO ainsi que la qualité du revêtement. A la fin, l'axe externe rotatif a été appliqué en projection thermique et la programmation d'axe externe automatique a été intégrée également dans le TST. Les trajectoires verticale et horizontale ont été générées et analysées sur une pièce qui nécessite de l'utilisation d'un axe externe. Les simulations et les essais ont été réalisés pour ces différents programmes, ils ont montré que la trajectoire verticale a donné de meilleurs résultats que la trajectoire horizontale.

L'objectif de cette étude est d'améliorer l'extension du logiciel de programmation hors-ligne RobotStudio™ existante et de développer une nouvelle stratégie pour générer la trajectoire du robot par rapport aux paramètres essentiels de projection thermique. Notamment, l'historique de la température par rapport à la trajectoire générée est prise en compte dans cette étude.L'extension logicielle Thermal Spray Toolkit (TST) intégrée dans le cadre de RobotStudio™ est spécialement développée pour générer la trajectoire du robot en projection thermique. L'amélioration de l'extension TST dans la nouvelle version de RobotStudio™ est mise au point sur deux modules principaux :PathKit : génération de la trajectoire sur des pièces complexes.ProfileKit : modélisation du cordon singulier du dépôt et prédiction de son épaisseur en fonction des paramètres opératoires.Les déficiences existantes de l'extension TST impliquent de mettre en œuvre une méthode plus avancée qui permettra de générer la trajectoire du robot en utilisant le maillage pour le calcul d'élément finis. Ainsi, l'opération de projection thermique pourra être menée. Dans cette étude, la méthodologie de maillage est introduite afin de fournir une stratégie de choix de points de trajectoire et l'obtention d'orientations de ces points de trajectoire sur la surface à revêtir. Un module dit MeshKit est donc ajouté dans l'extension TST afin de lui apporter ces fonctionnalités nécessaires.Un couplage entre la trajectoire du robot et la répartition de chaleur du substrat a été développé, ce qui permet d'étudier l'évolution de température pendent le processus de projection thermique.

La technologie de programmation hors-ligne permet la génération de la trajectoire complexe en projection thermique. Dans le laboratoire du LERMPS, une extension logicielle appelée « Thermal Spray Toolkit » (T.S.T.) a été développée pour assister la programmation hors-ligne dans le domaine de projection thermique. Cependant, les efforts sont encore attendus pour améliorer sa fonctionnalité. Donc, l'objectif de cette thèse est d'améliorer l'application de la programmation hors-ligne en projection thermique. Selon la procédure d'application, les travaux de cette thèse se composent de trois parties.Premièrement, les efforts sont dévoués à l'amélioration du module « PathKit » dans T.S.T., afin d'optimiser la fonctionnalité de la génération de la trajectoire. L'algorithme pour la génération de la trajectoire sur le substrat courbe a été étudié pour assurer le pas de balayage constant. Une nouvelle trajectoire « spirale d'Archimède » a été développé pour réparer les défauts par la projection à froid. La réparation sur une pièce d'aluminium avec un défaut a été réalisé pour valider la trajectoire spirale d'Archimède. Deuxièmement, les modélisations ont été développées pour simuler l'épaisseur du dépôt en 2D et en 3D. Puis, Ils sont intégrés dans le logiciel RobotStudioTM comme un module individuel dit « ProfileKit ». Dans le « ProfileKit 2D », il peut évaluer les effets des paramètres opératoires sur le profil du dépôt et puis optimiser les paramètres. Dans le « ProfileKit 3D », l'épaisseur du dépôt peut être simulée selon la trajectoire du robot et la cinématique du robot.Les fonctionnalités sont validées par un dépôt de forme trapézoïdal élaboré par la projection à froid avec les pas debalayage variés.Dernièrement, l'analyse cinématique du robot a été étudiée pour optimiser la performance du robot pendant le processus de projection. Afin de mieux évaluer la performance du robot, un paramètre « overall parameter » (OP), la moyenne pondérée d'écart-type de la vitesse articulaire est introduit pour mesurer la complexité de la trajectoire du robot. Ensuite, l'optimisation du montage de la torche ainsi que l'optimisation de la disposition de la pièce sont étudiées par l'analyse cinématique du robot et le paramètre OP. Le résultat montre que l'optimisation cinématique peut efficacement améliorer la performance du robot pour maintenir la vitesse prédéfinie. / The offline programming technology provides the possibility to generate complex robot trajectories in thermal spray process. In the laboratory of LERMPS, an add-in software called “Thermal SprayToolkit” (T.S.T.) has been developed to assist the offline programming in the field of thermal spray.However, efforts are still expected to improve the functionality of this software. The aim of this study is to improve the application of offline programming technology in the thermal spray process. According to the procedure of the offline programming in thermal spray, the work of this thesis consists of three parts.Firstly, efforts have been dedicated to improve the module “PathKit” in T.S.T., which aim to improve the functionality of trajectory generation. The algorithm of trajectory generation for the curved substrate surface was improved to maintain a constant scan step. A novel Archimedean spiral trajectory was developed for damage component recovery application by cold spray. The experiment of an Al5056 coating depositing on a manually manufactured workpiece with a crater defect was carried out to validate the effects of spiral trajectory with adapted nozzle speed.Secondly, numerical models were developed to simulate the coating thickness distribution in 2D and 3D, and then integrated in the RobotStudio™ as an individual module named “ProfileKit”. In the “ProfileKit 2D”, it is able to evaluate the effects of operating parameters on coating profile and optimize the parameters. In the “ProfileKit 3D”, coating thickness distribution can be simulated based on the nozzle trajectory and robot kinematics data. The functionalities were validated by the trapezoid coldsprayed coating.At last, kinematic analysis was used to provide the optimization methods for a better robot performance in thermal spraying. In order to better evaluate the robot performance, an overall parameter (OP) that is the weighted mean of standard deviation of joint speed, was introduced to measure the complexity of a robot trajectory. Afterwards, the optimal nozzle mounting method as well as the optimal workpiece placement were investigated by the kinematic analysis and the overall parameter. The result shows that the kinematic optimization can effectively improve the robot performance to maintain the predefined speed.