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Qu’est ce qu’une MMT ?

1. Introduction

Dans ce chapitre, nous avons voulu donner quelques informations d’ordre général, utiles et quelquefois anecdotiques sur les M.M.T.s ; nous espérons que, grâce à nous, vous y apprendrez des choses nouvelles. Si vous souhaitez voir un sujet plus particulièrement traité dans cette rubrique, n’hésitez pas à nous le faire savoir.

2. Machine à Mesurer Tridimensionnelle : origine

Les techniques de mesure spatiale existent depuis bien avant les débuts de l’ère industrielle, mais si l’on se rapporte à ce qui nous semble être les vrais débuts de l’ère de la mesure tridimensionnelle permettant le contrôle systématique ou périodique de pièces, poussé par une prise de conscience d’amélioration nécessaire de la qualité des process de fabrication (diminution des rebuts, limitation des ajustages, échange standard de pièces, … ), nous pouvons alors considérer que les premières machines sont apparues au cours des années 1960, principalement sous la forme de machines à portiques, à pont ou à col de cygne.

3. Premières Machines à Mesurer Tridimensionnelles

1962 : la société italienne DEA met au point la première Machine à Mesurer Tridimensionnelle dans un garage de BORGO SAN PAOLO près de TURIN.

Dix ans plus tard, la société Carl ZEISS présente l’UMM500 : équipée d’un palpeur universel, d’un calculateur et d’une commande numérique, elle marque une évolution fondamentale dans ce qui fait aujourd’hui la M.M.T. moderne, telle que nous la connaissons.

Bien entendu, depuis les années 70 ces machines ont largement évolué que ce soit sur le plan mécanique, électronique et informatique, mais le principe reste le même : un capteur à déclenchement ou statique permettant de mesurer un point sur n’importe quel type de surface, un outil informatique autorisant des calculs puissants pour le calcul de cotes et l’édition de résultats facilement exploitables.

Nous devons l’invention du premier palpeur à déclenchement en 1970 à un anglais, David MAC MURTRY, ingénieur chez ROLLS-ROYCE. Trois ans plus tard, il fonde, avec M. John DEER, la société RENISHAW, afin de produire ce palpeur de façon industrielle.

4. Les différentes morphologies de M.M.T.s et leurs applications

Dans ce chapitre, nous parlerons uniquement des M.M.T.s « classiques »,  faisant abstraction pour le moment de toutes les technologies telles que bras poly-articulés, tracker-laser, photogrammétrie, …

Il existe différentes structures de M.M.T.s :

  • structure portique ;
  • structure pont mobile ;
  • structure potence (ou bras horizontal) ;
  • structure cantilever.

Chaque structure répond bien évidemment à un besoin différent en terme de volume de contrôle et de précision, mais le principe reste le même : trois guidages orthogonaux deux à deux repérés par les 3 dernières lettres de l’alphabet X, Y et Z ; X et Y représentants les axes horizontaux, l’axe vertical étant communément appelé Z.

Les matériaux et techniques de guidage sont généralement de type patin aérostatique – granit et / ou aluminium pour les M.M.T.s à portique et à pont, de type roulement de précision – acier pour les M.M.T.s à bras horizontal ou de type cantilever.

Nous retrouverons donc l’utilisation de M.M.T.s à portique pour le contrôle de pièces mécaniques demandant une grande précision (quelques µm), à pont pour la vérification de pièces volumineuses et lourdes, toujours dans des gammes de précision élevée, et enfin à bras horizontal pour la vérification de pièces également de grand volume mais aux tolérances larges (plusieurs centièmes à quelques dixièmes de mm). Les M.M.T.s de type cantilever permettent un accès facile à la pièce à contrôler, généralement de petite dimension, mais restent relativement marginales par rapport aux autres modèles.

Depuis quelques années, nous trouvons sur le marché de nouveaux moyens de mesure tridimensionnelle appelés systèmes 3D portables ou bras poly-articulés. Ces machines, très peu précises lors de leur apparition sur le marché (plusieurs dixièmes de mm dans un volume d’un mètre cube) ont fait d’énormes progrès ces 5 dernières années. Le leader mondial, la société FARO, annonce aujourd’hui des précisions comparables à celles obtenues par une machine conventionnelle à bras horizontal.

5. La M.M.T. et son environnement

Il est difficile de parler de mesure sans parler des conditions d’environnement dans lesquelles celles-ci sont effectuées.

Les erreurs maximales de mesure (MPEE), données par les constructeurs de M.M.T.s, le sont toujours pour une température définie et constante. Même si de plus en plus de fabricants proposent des systèmes sophistiqués de compensation de variation de température (plus spécifiquement pour les M.M.T.s directement implantées dans les ateliers), il est préférable de s’assurer que le local, dans lequel est implantée la machine, répond aux critères suivants : absence de source de chaleur, mur ou accès direct sur l’extérieur, absence de vibrations, …

Afin d’éviter l’apparition d’erreurs dues à la dilatation de la pièce à contrôler et plus encore de la machine, il est donc, en général, conseillé de climatiser le local de mesure.

Cette climatisation devra répondre à certains critères comme sa capacité à maintenir une température constante et homogène dans toute la salle, avoir un système de diffusion évitant cette sensation de courant d’air très désagréable pour le personnel, … Dans tous les cas, il faudra éviter que la machine soit soumise à toute source de rayonnement extérieur (soleil, …) ou intérieur (luminaires, …).

Si le local de contrôle se trouve à proximité d’un atelier de presses, de forges ou bien encore d’une voie de chemin de fer, il faudra alors prévoir un isolement par vérins à air afin d’éviter que ces vibrations ne viennent perturber les mesures ; de plus, la machine devra reposer sur un sol stable et homogène pour ne pas faire subir de déformations à la machine (surtout utile pour les machines de très grandes dimensions type à bras ou à pont reposant sur le sol par de nombreux points d’appuis). Il est alors conseillé de faire réaliser une dalle sur laquelle reposera la machine.

Étalonnage, vérification d’une M.M.T. : normes et procédures, périodicité

Tout d’abord, il est important de noter qu’il n’existait pas jusqu’en 2014, en France, d’organisme ou d’entreprise, accrédité pour la vérification de M.M.T.s selon des normes ou des procédures reconnues.

Certains organismes étaient (sont) accrédités pour un étalonnage à l’interféromètre à laser mais cette opération seule ne peut, en aucun cas, garantir la conformité de la machine.

Cette incongruité est aujourd’hui levée puisque depuis le 1er mai 2014 la société EUROTEK est accréditée pour réaliser ce type de prestations.

La vérification d’une M.M.T. doit prendre en compte l’ensemble de la chaîne d’éléments permettant d’obtenir une mesure de cote : partie mécanique, électronique, palpeur de mesure, informatique, logiciel de correction des défauts géométriques de la machine et enfin logiciel de calcul.

Il existe plusieurs normes concernant la vérification des M.M.T.s ainsi que quelques procédures de suivi utilisées par quelques « gros utilisateurs » tels que les constructeurs automobiles et aéronautiques.

La norme de référence, car internationale et utilisée pour qualifier leurs machines par la majorité des fabricants de M.M.T.s, est l’ISO 10360-2 : évaluation des performances des Machines à Mesurer Tridimensionnelles. Elle concerne la réception et la vérification périodique des M.M.T.s.

Le principe consiste à mesurer des étalons matérialisés de longueur, raccordés aux étalons nationaux, dans différentes positions du volume de la machine afin de vérifier son erreur de mesure. 5 longueurs d’essais doivent être mesurées 3 fois dans 7 configurations différentes au choix de l’utilisateur. Les écarts constatés sur l’ensemble des 105 mesures ne doivent pas dépasser la valeur spécifiée par le fabricant. Celle-ci, appelée erreur d’indication E, est généralement exprimée de la manière suivante :

E = A + L / K < ou = B où :

  • Aest une constante, exprimée en µm, donnée par le fabricant ;
  • Kest une constante, sans dimension, donnée par le fabricant ;
  • Lest la longueur, mesurée en mm ;
  • Best la valeur maximale de E, exprimée en µm, spécifiée par le fabricant.

Enfin, entre 2 vérifications périodiques, la norme conseille fortement de réaliser des vérifications intermédiaires à l’aide d’une pièce type ou de tout élément représentatif des pièces à contrôler sur la machine.

 

Cette norme, apparue en 1994 pour la première fois s’est vue depuis complétée par un ensemble d’autres normes ISO 10360 à commencer par la 10360-1 définissant le vocabulaire de l’ensemble des normes de cette famille.

 

La norme allemande VDI / VDE 2617 reprend le principe de la norme ISO 10360-2 mais traite également de cas particuliers comme l’utilisation d’accessoires spécifiques tel qu’un plateau 4e axe, un palpeur laser, … C’est pourquoi, en complément de la norme ISO 10360-2, existent les normes ISO 10360-3 pour la prise en compte de plateau, ISO 10360-4 pour la prise en compte de tête de scanning, ISO 10360-5 pour la prise en compte de palpeurs à stylets multiples, …

Fin 2016 nous ne comptons pas moins de 12 normes ISO 10360 traitants de la réception des moyens de mesure tridimensionnels et de leurs différents équipements

Pour plus d’informations sur ces normes, vous pouvez nous contacter ou vous rendre directement sur le site de l’AFNOR pour vous la procurer.

 

 

La norme NIST-CMMA, définie à l’origine par les constructeurs de M.M.T.s, est une version « allégée » de l’ISO 10360-2 avec seulement 3 étalons de longueur mesurés 3 fois selon les 3 axes machine et une diagonale du volume, soit au total 36 mesures de longueur.

Enfin, en France et plus particulièrement dans le domaine de l’automobile, la réception des M.M.T.s peut être exigée suivant la norme CNOMO E40.69.130, cas du groupe PSA, ou norme CNOMO EB40.69.135, utilisée par le constructeur RENAULT pour les M.M.T.s à bras horizontal ; celles-ci peuvent être demandées en remplacement ou en complément de la norme habituellement utilisée par le fabricant de la machine.

Pour plus d’informations sur ces 2 procédures ou pour les obtenir, merci de bien vouloir nous contacter.

Les normes Qualité type ISO 9000 ainsi que les normes d’étalonnage des matériels de contrôle n’imposent pas une périodicité précise pour le suivi de ceux-ci ; la seule obligation est de pouvoir garantir la maîtrise des dérives éventuelles et de savoir mettre en œuvre tous les moyens nécessaires en cas de doute. La majorité des clients définissent communément une périodicité d’un an, d’autres de 2 voire même de 3 ans.

Entre chaque période d’étalonnage par un organisme extérieur, il reste malgré tout primordial de mettre en place des vérifications intermédiaires qui seront déclenchées, soit de manière cyclique (chaque semaine, chaque mois, …), soit, en cas de doute, sur une dérive éventuelle de la machine. Ces opérations doivent être simples et significatives des contrôles habituellement effectués : mesure d’une pièce type par exemple.

 

Lexiques métrologiques :

Nous avons souvent l’habitude d’utiliser des termes qui ne sont pas toujours adaptés à ce que l’on souhaite exprimer. Vous trouverez, ci-dessous, un rappel des quelques mots et expressions couramment utilisés en métrologie dimensionnelle.

Contrôler :

action ayant pour but de comparer une valeur d’une grandeur réelle à une valeur d’une grandeur théorique.

Erreur de justesse :

erreur systématique d’indication d’un instrument de mesure.

Étalonnage :

ensemble des opérations établissant, dans des conditions spécifiées, la relation entre les valeurs de la grandeur indiquées par un appareil ou un système de mesure, ou les valeurs représentées par une mesure matérialisée ou par un matériau de référence, et les valeurs correspondantes de la grandeur réalisée par des étalons. Les résultats d’un étalonnage peuvent être consignés dans un rapport ou un certificat d’étalonnage.

Fidélité :

aptitude d’un instrument de mesure à donner des indications très voisines lors de l’application répétée du même mesurande dans les même conditions de mesure.

Hystérésis :

information donnée lorsqu’un instrument fournit, pour la même valeur de la grandeur mesurée, un résultat différent, suivant qu’il est obtenu par valeur croissante ou par valeur décroissante.

Incertitude de mesure :

paramètre, associé au résultat d’un mesurage, caractérisant la dispersion des valeurs qui pourraient raisonnablement être attribuées au mesurande. Dans un langage un peu plus clair, nous pouvons dire qu’il s’agit de la valeur maximale garantie de la différence entre le résultat de la mesure et la valeur conventionnellement vraie de la grandeur mesurée.

Justesse :

étroitesse de l’accord entre le résultat de la mesure et la valeur conventionnellement vraie de la grandeur mesurée.

Mesurande :

grandeur particulière soumise au mesurage.

Mesurer :

action ayant pour but de déterminer une valeur d’une grandeur.

Précision :

à bannir du langage d’un métrologue ! Si nous devions le définir, nous pourrions dire que ce mot regroupe les notions de justesse, de répétabilité, d’hystérésis et de résolution.

Répétabilité :

étroitesse de l’accord entre les résultats des mesurages successifs du même mesurande, mesurages effectués dans la totalité des mêmes conditions de mesure.

Reproductibilité :

Étroitesse de l’accord entre les résultats des mesurages du même mesurande, mesurages effectués en faisant varier les conditions de mesure.

Résolution :

plus petite différence d’indication d’un dispositif afficheur qui peut être perçue de manière significative.

Vérification :

fourniture de preuves tangibles qu’une entité donnée satisfait à des exigences spécifiées.

Remarque : l’essentiel de ces définitions est tiré du V.I.M. édition 2008  : « Vocabulaire International de Métrologie – Concepts fondamentaux et généraux et termes associés ».

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