Banc de tests de précision
pour pipettes de laboratoire

Le contexte

Un fabricant de pipettes de laboratoire devait vérifier avec une très grande finesse le volume réellement prélevé par ses produits. La mesure de référence est gravimétrique : on pèse le liquide prélevé, et la masse donne le volume.

La difficulté n'est pas la balance, c'est le geste. Une pipette est actionnée par la pression du pouce sur son piston, et deux appuis humains ne sont jamais identiques : la vitesse, la force et le temps d'appui varient. Or une campagne de qualification représente des centaines ou des milliers de prélèvements. Tant que le geste n'est pas reproductible, la mesure ne caractérise pas le produit — elle caractérise l'opérateur.

Le projet nous a été confié dans son ensemble : ni la mécanique, ni l'armoire, ni le programme n'existaient. Le bureau d'études mécanique et le bureau d'études électrique ont travaillé en parallèle sur les mêmes données, dès la conception.

Ce que nous avons fait

• Conception mécanique du banc : structure, cinématique, guidage et implantation des deux axes motorisés, ainsi que du poste de pesée. Cette partie reste confidentielle et n'est pas illustrée ici.
• Étude électrique et schémas sous SEE Electrical Expert, menés en parallèle de l'étude mécanique
• Analyse fonctionnelle : séquences d'essai, modes de marche, gestion des défauts et fonctions de sécurité
• Réalisation de l'armoire en atelier : platine automate, distribution 24 V redondée, protection moteur, réseau Ethernet interne, repérage complet du câblage
• Deux axes brushless indépendants : l'axe vertical pipette amène la pipette en position, l'axe vertical poussoir actionne le piston. Chacun est pilotable en position et en vitesse.
• Asservissement en effort du poussoir : le moteur est piloté en boucle fermée sur un capteur d'effort, de sorte que la force appliquée au piston suive la consigne, appui après appui. Le couple moteur et la force sont surveillés en permanence.
• Programmation de l'automate : profils de mouvement, mode incrémental pour les réglages, sécurités de course et gestion des défauts
• Gestion de recettes : chaque essai est décrit par une recette pouvant compter jusqu'à cinquante étapes programmables. Le client compose lui-même ses séquences depuis la supervision, les enregistre et les rappelle — sans écrire une ligne de programme et sans nous solliciter.
• Acquisition de la mesure : dialogue avec la balance de précision, tare automatique, conversion de la masse en volume et association de chaque pesée au prélèvement correspondant
• Développement de la supervision sous WinCC Runtime Advanced sur PC : conduite manuelle axe par axe pour les réglages, mode automatique pour les campagnes, lecture directe de la masse et du volume, courbe d'effort en temps réel et page d'alarmes dédiée
• Fonctionnement en autonomie longue durée : le banc enchaîne les cycles pendant des heures sans intervention, ce qui rend possibles les essais d'endurance
• Essais en atelier, puis mise en service, réglages et formation des opérateurs

Le résultat

Le banc reproduit le geste de l'utilisateur avec une force maîtrisée et constante, et pèse chaque prélèvement. La mesure caractérise donc le produit, plus l'opérateur.

Il fonctionne sans surveillance pendant des heures : les campagnes d'endurance, jusque-là impossibles à mener manuellement, se lancent le soir et se dépouillent le lendemain.

Surtout, le banc n'est pas figé sur un protocole. Le client écrit ses propres recettes — jusqu'à cinquante étapes chacune — et les fait évoluer au rythme de ses produits. Un nouveau modèle de pipette, un nouveau protocole de qualification : il n'a pas besoin de nous rappeler.