Les CMM développent leur créneau

La vénérable machine à mesurer tridimensionnelle est toujours aussi performante, les fabricants exploitant ses capacités d'automatisation pour atténuer les problèmes de main-d'œuvre

Pour les CMM, les bons moments continuent de rouler. "L'une des choses surprenantes qui se sont produites au cours des trois à quatre dernières années seulement est le volume considérable de MMT que nous expédions", a déclaré Angus Taylor, président de Hexagon Manufacturing Intelligence, Amérique du Nord (North Kingstown, RI). "Le marché semble vraiment exploser."

La question est pourquoi maintenant ?

Il y a de nombreuses raisons. Les MMT d'aujourd'hui tolèrent une plus large plage de températures et de vibrations. Ils sont plus robustes, plus petits et mesurent plus précisément. Ils mesurent plus vite que jamais. De plus, les ateliers ne sont plus ce qu'ils étaient. "Les usines de fabrication elles-mêmes deviennent plus propres", a déclaré Taylor. L'usinage et la fabrication de précision d'aujourd'hui exigent des environnements plus propres. Ce faisant, cela les rend également plus conviviaux pour les CMM.

Peut-être plus important encore, cela peut simplement toucher les gens.

« Les fabricants ne trouvent pas suffisamment de personnes qualifiées, ils considèrent donc maintenant les MMT comme un système de mesure automatisé », a expliqué Taylor. "Une personne peut produire des programmes de mesure pour 20 MMT [contrôlées par ordinateur]." Cela réduit les compétences de l'opérateur à savoir comment charger et décharger des pièces, peut-être en utilisant des montages de précision, et comment extraire le bon programme de mesure. Hexagon propose trois MMT pour l'atelier, le 4.5.4SF, le 7.10.7SF et son dernier ajout, le TIGO SF.

Avec les codes-barres et la manutention robotisée des matériaux, même le chargement/déchargement pourrait être automatisé.

« Il existe également une tendance à considérer la métrologie comme faisant partie de l'opération [de fabrication] », a déclaré Michael Mariani, directeur du développement stratégique, Hexagon Manufacturing Intelligence. Cela signifie des dispositifs de métrologie intégrés dans une cellule de fabrication en boucle fermée, comme celle récemment démontrée par Hexagon. La démo montre des pièces en cours d'usinage puis déplacées par un robot vers une MMT. La MMT fournit alors automatiquement des informations sur la façon d'ajuster l'opération d'usinage, si nécessaire, pour maintenir les tolérances.

Capteurs et croissance

Les MMT deviennent de plus en plus utiles à mesure que les fournisseurs proposent plus de capteurs. Cette diversité se reflète dans la propre suite de sondes d'Hexagon. La société fournit des sondes tactiles, des sondes à balayage et des mesures de rugosité de surface, ainsi que son capteur optique HP-O basé sur la technologie laser interférométrique.

Les capteurs et les palpeurs sont l'activité principale de Renishaw PLC (West Dundee, Illinois et New Mills, Gloucestershire, Royaume-Uni), l'inventeur du palpeur à déclenchement par contact qui a rendu les MMT si populaires au départ. En plus de sa sonde à trois axes PH10, la société a inventé les têtes PH20 et Revo à cinq axes et à déplacement rapide pour améliorer le débit de la MMT. Pour ce faire, la société permet un mouvement local tandis que le mécanisme CMM reste stationnaire, déplaçant moins de masse tout en collectant des données plus rapidement. Cela signifie également moins de rigidité du système et plus d'erreurs, forçant des mesures plus lentes.

Les sondes et les capteurs n'ont pas toujours besoin d'être sur les MMT. Ils peuvent se trouver dans des jauges flexibles comme l'équateur Renishaw ou dans des machines-outils elles-mêmes. Pourtant, un CMM doit fournir l'assurance qu'un produit est fabriqué avec précision. Les machines-outils peuvent dériver hors tolérance, selon Michael Litwin, directeur commercial des produits CMM de Renishaw. « Vous voulez une traçabilité à un artefact standard du NIST. Vous avez toujours besoin de ce CMM comme vérification indépendante », a-t-il déclaré.

La société reconnaît que même ses sondes analogiques tactiles et à balayage standard ne peuvent pas répondre à tous les besoins. En février 2018, Renishaw a présenté son palpeur de mesure d'état de surface SFP2 à utiliser avec son système de mesure à cinq axes REVO sur les MMT. "Cela fait de l'inspection de la finition de surface une partie intégrante de la mesure CMM et permet de basculer entre le balayage et la mesure de la finition de surface", a-t-il déclaré. Le SFP2 est une sonde à patins avec une pointe de stylet en diamant de 2 μm de rayon. La société a déclaré que sa capacité de mesure de surface allait de 6,3 μm à 0,05 μm (250 μin. à 2 μin.) mesurée en Ra.

Renishaw a également présenté un système de vision à utiliser sur sa tête Revo-2, la sonde de vision RVP. Selon Litwin, il mesure les caractéristiques des images 2D en utilisant la détection des contours. Les données tridimensionnelles sont dérivées en capturant plusieurs images sous différents angles avec un post-traitement. "Il offre une autre possibilité de mesurer des fonctionnalités là où les mesures tactiles ne conviennent pas", a-t-il déclaré. "Cela inclut les petits trous de refroidissement dans les aubes de turbine ou les pièces en tôle avec une géométrie 3D complexe."

« Les CMM sont généralement destinés à de grandes fonctionnalités, mais pas nécessairement à des volumes plus importants. De nombreux marchés proposent des fonctionnalités et des capacités plus petites qui nécessitent des technologies sans contact », a déclaré Nate Rose, responsable du développement de nouveaux produits, Quality Vision International Inc. (Rochester, NY).

Il a noté que les machines-outils à cinq axes et les systèmes de fabrication additive les plus récents permettent aux pièces d'avoir des caractéristiques complexes et complexes dont les dimensions et les positions doivent être vérifiées. "Parfois, ces caractéristiques sont mieux mesurées avec un capteur optique sans contact dans le cadre d'un sondage tactile plus large pour collecter des points à analyser", a-t-il déclaré.

C'est pourquoi QVI propose ses systèmes vidéo, ses lasers à balayage linéaire, ses capteurs de lumière blanche Rainbow et ses sondes laser TeleStar en plus des sondes de contact Renishaw TP20, TP200 et SP25 sur sa gamme de MMT.

"La tête multicapteur VersaFlex permet l'utilisation simultanée de jusqu'à trois capteurs sur un PH10 afin qu'ils puissent atteindre des fonctionnalités dans pratiquement n'importe quelle orientation", a déclaré Rose. "Les petites fonctionnalités ne sont parfois pas propices aux méthodes tactiles lorsque l'emplacement de cette fonctionnalité n'est pas contrôlé. Avoir le capteur de vision actif sur le VersaFlex nous a permis de trouver d'abord la fonctionnalité, de la définir comme référence, puis de mesurer avec le tactile. Les capteurs laser ponctuels permettent d'obtenir des profils de surface à haute résolution. »

Comme d'autres équipementiers MMT, Wenzel America Ltd. (Wixom, MI) propose des palpeurs tactiles de Renishaw ainsi que deux capteurs qui lui sont propres. Le capteur Phoenix de Wenzel utilise une lumière structurée, parfois appelée technologie de lumière blanche, pour capturer un nuage de points 3D. Ce capteur de lumière blanche est suffisamment léger pour être monté sur une tête de sonde CMM. L'autre capteur de la société est le scanner de ligne laser Shapetracer qui se monte également sur une tête de sonde Renishaw standard.

Machines et intégration

Les MMT existent dans les écosystèmes de fabrication. « Nous assistons à un changement de propriété de l'équipement de métrologie », a déclaré Drew Shemenski, président de Wenzel America. "Le véritable changement que nous avons vu est d'une machine qui se trouve dans le laboratoire contrôlé par un groupe de qualité à l'équipe de fabrication. Ils sont maintenant en charge de l'équipement et en sont les propriétaires.”

En mai, Wenzel a présenté sa MMT d'atelier SF 87. Shemenski a souligné que cette machine est compatible avec plusieurs capteurs et prête pour toutes les sondes de Wenzel et Renishaw. La société affirme que le volume de mesure de la MMT de 800 x 700 x 700 mm s'aligne sur les tailles courantes des machines de découpe et de formage des métaux. Il offre également des vitesses de déplacement et des accélérations élevées pour accélérer la mesure, selon la société. Pour améliorer encore sa préparation en atelier, il est doté d'une structure stable en température et de guides et d'échelles résistants à la saleté. L'espace de mesure est accessible de trois côtés et est intégré à d'autres automatisations avec l'interface d'automatisation Wenzel en option.

« Aujourd'hui, le marché du CMM est solide », a reconnu Gene Hancz, spécialiste produit, CMM pour Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL). Mitutoyo propose des MMT à pont, à bras et horizontales, ainsi que des modèles standard, haute précision et ultra-haute précision. "La MMT à pont de précision standard est le cheval de bataille de nos machines", a-t-il déclaré.

A-t-il constaté un changement dans l'utilisation des MMT ? "Très certainement, continuer vers l'atelier", a-t-il déclaré. "Que ce soit une machine sans rendez-vous [à usage général] ou intégrée dans une cellule robotisée." Les installations intégrées qu'il a vues vont du simple avec placement manuel au système entièrement automatisé, avec des cellules robotisées qui alimentent et exécutent automatiquement des programmes de mesure de pièces.

Comme d'autres fournisseurs de MMT, Mitutoyo propose des MMT pour le déploiement en atelier, comme la série Mach en trois modèles distincts. Le Mach-3A est un bras horizontal conçu pour la mesure en ligne. Un bras horizontal économise de l'espace. La série Mach-V est conçue pour être utilisée dans une ligne de fabrication et fournit un retour avant/après à une machine-outil pour les ajustements d'usinage.

Une approche intéressante pour proposer des MMT est le Mach Ko-Ga-Me, une MMT montable. "Vous pouvez le monter sur n'importe quelle conception de montage, même à l'intérieur d'une fraiseuse CNC", a expliqué Hancz. Elle a une plage de mesure de seulement 120 x 120 x 80 mm avec des mouvements aussi rapides que 340 mm/seconde avec jusqu'à 2 μm de précision, ce qui rend la MMT montable idéale pour les petites pièces.

"La technologie des sondes ne cesse de se développer et nous offrons tout ce qui est disponible", a déclaré Hancz. "Notre plus populaire est le palpeur analogique à balayage Renishaw SP25, qui collecte des données jusqu'à 100 mm/seconde." Mitutoyo propose également une sonde de mesure de rugosité de surface de type patin. La sonde CMM Surftest est dérivée de la série SJ-210/310 d'unités de finition de surface portables de Mitutoyo. Cinq sondes différentes sont disponibles :détecteurs standard, à petit trou, à très petit trou, à gorge profonde et à denture d'engrenage.

« Il existe une demande croissante dans les segments médical et aérospatial, et en particulier pour les systèmes multicapteurs », a déclaré David Wick, responsable de la gestion des produits pour Carl Zeiss Industrial Metrology LLC (Maple Grove, MN). Zeiss a présenté une sonde de mesure de rugosité, le capteur Rotos, en avril. Cela s'ajoute à sa suite de capteurs CMM tactiles, à balayage et optiques sans contact. Les capteurs sans contact comprennent des capteurs de caméra et un capteur de lumière blanche confocale.

La sonde de mesure de surface Rotos est un capteur de texture de surface de contact sans patin avec détecteur LVDT et deux axes continus de rotation/inclinaison. Selon la machine de mesure et le stylet particulier, Zeiss indique qu'il mesure des valeurs de rugosité Ra jusqu'à 0,03 µm à des vitesses allant de 0,25 à 1,0 mm/s.

Zeiss propose également une gamme de MMT pour la production en atelier. Ce sont le GageMax, le CenterMax et le DuraMax. Wick a déclaré que le DuraMax s'est étendu à quatre modèles distincts:DuraMax LTE, DuraMax CNC, DuraMax CNC avec une table rotative et le DuraMax HTG. Le HTG est destiné à être utilisé dans des environnements pouvant atteindre 100 ° F (38 ° C). Les MMT sont équipées d'une sonde de balayage et présentent un faible encombrement et un accès facile au volume de mesure.

Le CenterMax est une MMT de type pont qui, selon Wick, est particulièrement utile dans la production à grand volume de pièces hautement techniques, telles que les groupes motopropulseurs automobiles et les pièces aérospatiales. « Nous avons ajouté notre nouvelle sonde de mesure de rugosité de surface [la Rotos] au CenterMax. [Maintenant] avec une seule configuration, nos utilisateurs peuvent mesurer des caractéristiques telles que les diamètres et les alésages, puis mesurer la rugosité de surface critique », a-t-il déclaré.

Une sonde, une machine

Alors que les clients trouvent une utilité dans les MMT équipées d'une combinaison de capteurs, Alicona Corp. (Bartlett, IL) a adopté une approche légèrement différente :trouver plus d'utilisations pour un seul capteur. Le cœur de la technologie de l'entreprise est un capteur sans contact qui exploite la variation de mise au point.

Cette technique fournit des données de surface à haute résolution en utilisant une profondeur de champ limitée. La technique est similaire mais plus avancée que l'imagerie confocale ou la coupe optique, car elle fournit également des données de couleur. Il mesure à la fois la forme et la rugosité de la surface. Il est particulièrement utile dans les environnements de production, selon l'entreprise.

Alicona l'a adapté comme un moyen alternatif pour mesurer la forme et la géométrie, élargissant son utilisation. Puisqu'il manque de portée, l'entreprise devait pouvoir le déplacer avec précision sur un grand objet pour mesurer la forme. C'est pourquoi Alicona a monté son instrument de mesure 3D Focus-Variation sur une platine de précision à trois axes appelée la machine de mesure de coordonnées µCMM. L'ajout d'une unité de rotation motorisée, l'unité de rotation avancée Real3D, fournit un système à cinq axes, si vous le souhaitez. La société publie des données de précision de EMPE =(0,8 + L/600) μm selon les spécifications ISO10360:8.

« Grâce aux caractéristiques uniques de notre capteur, nous pouvons nous abstenir de suivre une stratégie qui devient désormais très courante dans le monde de la MMT, à savoir l'intégration de plusieurs capteurs dans un seul châssis de MMT. Les fonctionnalités de variation de mise au point nous permettent d'utiliser un seul capteur. [Il fournit également] un [appareil] plus robuste, moins fragile et plus convivial que si vous deviez jouer avec plusieurs capteurs », a déclaré Scherer.

CMM en contexte

Zeiss' Wick voit un avenir plus grand pour les MMT. "De nouveaux outils et des capacités multicapteurs étendues se développeront, bien sûr, mais leur intégration dans l'écosystème devient importante", a-t-il déclaré. "Particulièrement en Europe, il existe de nombreux exemples où les clients utilisent leurs MMT avec des machines-outils à proximité pour échanger des informations."

Bien qu'une MMT capable de fournir des décalages à un centre d'usinage soit utile, il pense également qu'il existe d'autres opportunités d'intégration et de collaboration sur les machines. Dans le monde, il ne voit pas beaucoup d'implémentations complètes de Smart Factory qui intègrent des MMT dans ce que l'on pourrait appeler l'Industrie 4.0.

"Aux États-Unis, nous sommes encore plus en retard", a-t-il déclaré. Mais cela pourrait bientôt changer. « Ce à quoi je m'attends dans l'année ou les deux années à venir, c'est que les fournisseurs de MMT proposent davantage d'options d'automatisation sur leurs machines. Peut-être un boîtier complémentaire pour vous permettre de parler à un ProfiNet ou un ProfiBus », a-t-il déclaré. Avec cet échange d'informations au niveau de la machine viendra l'usine intelligente.

Shemenski de Wenzel voit que l'intégration en amont de la programmation des CMM deviendra également plus importante. « La technologie de conception basée sur des modèles qui intègre l'association de GD&T aux modèles CAO au début du programme devient réalité. Il y a des problèmes à résoudre, et les concepteurs en amont doivent le reconnaître comme une croissance de leurs responsabilités, mais c'est une tendance à surveiller », a-t-il déclaré.

Ce que cela ouvrira, c'est l'automatisation de la création de programmes de mesure, tant que des GD&T valides seront associés à des modèles CAO valides. "Une tendance passionnante consiste à créer automatiquement des programmes de mesure à partir de modèles CAO avec GD&T attachés", a déclaré Hancz. Chaque fournisseur OEM interrogé pour cet article dispose d'un logiciel de métrologie pour créer des programmes de pièces pour leurs MMT. Bien qu'il s'agisse actuellement d'une capacité peu utilisée, la prochaine tendance pourrait bien être la façon dont les concepteurs commencent à penser différemment GD&T dans les processus de conception en amont. Restez à l'écoute.