Définitions normes et lexiques

Qu'est-ce qu'une MMT ?

1 - 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.

2 - Premières Machines à Mesurer Tridimensionnelles

En 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 MMT moderne, telle que nous la connaissons.

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.

L'anglais David MAC MURTRY, ingénieur chez ROLLS-ROYCE, invente le premier palpeur à déclenchement en 1970. Trois ans plus tard, il fonde, avec M. John DEER, la société RENISHAW, afin de produire ce palpeur de façon industrielle.

3 - Les différentes morphologies de MMTs et leurs applications

Il existe différentes structures de MMTs :
- structure portique ;
- structure pont mobile ;
- structure potence (ou bras horizontal) ;
- structure cantilever.

Chaque structure répond bien évidemment à un besoin différent en termes 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 MMTs à portique et à pont, de type roulement de précision – acier pour les MMTs à bras horizontal ou de type cantilever.

Nous retrouverons donc l’utilisation de MMTs 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 MMTs 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 cinq dernières années. Les principaux fabricants annoncent aujourd’hui des précisions comparables à celles obtenues par une machine conventionnelle à bras horizontal.

Les différents types de MMT

4 - La MMT 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 MMTs, 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 MMTs 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.

Les bonnes conditions de mesure

Étalonnage, vérification d’une MMT : normes et procédures, périodicité

1 - Introduction

La vérification d’une MMT 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 MMTs ainsi que quelques procédures de suivi utilisées par quelques « gros utilisateurs » tels que les constructeurs automobiles et aéronautiques.

2 - La norme 10360-2

La norme de référence, car internationale et utilisée pour qualifier les machines par la majorité des fabricants de MMTs, est l’ISO 10360-2 : évaluation des performances des Machines à Mesurer Tridimensionnelles. Elle concerne la réception et la vérification périodique des MMTs.

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. Cinq longueurs d’essais doivent être mesurées trois fois dans sept 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 :

- A est une constante, exprimée en µm, donnée par le fabricant ;
- L est la longueur, mesurée en mm ;
- K est une constante, sans dimension, donnée par le fabricant ;
- B est la valeur maximale de E, exprimée en µm, spécifiée par le fabricant.

Enfin, entre deux 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.
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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 comptions 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.

3 - Opérations de suivis

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 deux, voire de trois 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.

Lexique métrologique

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 : définitions principalement tirées du V.I.M. édition 2008 : « Vocabulaire International de Métrologie – Concepts fondamentaux et généraux et termes associés ».

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