Métrologie de base :ce que vous devez savoir sur les mesures de précision

Que vous créiez une aube aérospatiale, une culasse automobile ou une soupape sur un ventilateur, la précision de la fabrication est cruciale. Voici ce que vous devez savoir sur les mesures de précision dans la fabrication.

Le besoin de mesures de précision existe depuis aussi longtemps que les humains se déplacent et construisent des choses. Sans cela, il n'y aurait aucun moyen de se vanter de la distance parcourue par votre armée, de la hauteur de la pyramide que vous avez construite ou de l'étendue de vos champs arables.

Ce n'est que lorsque les humains ont commencé à produire en masse des composants interchangeables, principalement des armes à feu et des pièces de machines, que la précision est devenue tout aussi importante pour les fabricants que pour ceux qui utilisent leurs produits.
 

Précision ? Précision? Quelle est la différence? Pour emprunter à une illustration populaire, un archer de précision peut frapper à plusieurs reprises la même zone sur une cible, même si cet endroit n'est nulle part près du centre de la cible. Un tir précis, en revanche, est celui qui frappe dans le mille, que le tir suivant s'égare ou non. La personne qui remporte le prix est celle qui peut atteindre les deux - précision et exactitude - un qualificatif qui est aussi vrai pour la gamme de tir à l'arc que pour le sol de production.

Le langage international des mesures

De telles discussions relèvent de la métrologie, la science de la mesure. Les métrologues vous diront que la détermination de la précision de tout objet (à quel point il s'est rapproché de la cible) et la précision du processus utilisé pour le fabriquer (la fréquence à laquelle il peut répéter cette performance) nécessitent un système de normes universellement acceptées.

Cela nécessite également des unités de mesure traçables à des phénomènes physiques immuables, mais bien compris. Par exemple, le Système international d'unités (SI) définit 1 mètre comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde, avec des normes similaires pour le temps, la température, la masse, etc.

Il existe un large éventail de ces normes et organisations de qualité. L'American Society of Mechanical Engineers (ASME), par exemple, promeut les normes nationales américaines en métrologie dimensionnelle, également connues sous le nom de B89. De même, il existe différentes normes de l'American National Standards Institute (ANSI), de l'ASTM International et de l'International Organization for Standardization (ISO). Ajoutez à cela toute la discussion impériale contre métrique (c'est-à-dire les États-Unis contre tout le monde), et vous comprendrez rapidement pourquoi la métrologie et la mesure des pièces peuvent être quelque peu déroutantes, même pour les experts.

Respecter ces normes demande des efforts. Les fabricants de toutes tailles et spécialités travaillent dur chaque année pour obtenir leur certification de qualité ISO 9001:2015. Si vous travaillez dans l'industrie aérospatiale, vous devez également vous conformer à AS9100, un document publié par la Society of Automotive Engineers (SAE) et l'Association européenne des industries aérospatiales (AECMA). Les fabricants de dispositifs médicaux sont tenus de respecter les normes de qualité décrites dans la norme ISO 13485, tandis que les constructeurs automobiles suivent depuis longtemps la norme ISO/TS 16949 (mais doivent maintenant passer à la norme IATF 16949 de l'International Automotive Task Force). Aucune certification ou adhésion à ces normes, aucun travail.

Le changement spectaculaire de la technologie de mesure

Comme pour la plupart des activités de fabrication, la métrologie est un domaine complexe. Et bien que les magasins puissent accueillir un peu d'harmonisation et de simplification, personne ne contestera l'importance d'adhérer à des normes de qualité solides. Sans cela, les pièces ne correspondent pas, les produits échouent, la croissance de l'entreprise (et parfois des vies humaines) est en danger. C'est pourquoi les fabricants doivent travailler avec diligence pour comprendre et se conformer aux normes applicables aux types de pièces qu'ils fabriquent et aux industries qu'ils desservent. Cela signifie lire la documentation pertinente, suivre des cours ou des séminaires lorsqu'ils sont disponibles, respecter les directives de qualité que l'on s'est imposées et s'appuyer sur des experts au besoin.

L'un d'eux est Dan Skulan. Directeur général de la métrologie industrielle chez Renishaw Inc., il déclare que la technologie de mesure subit une évolution radicale alors que les fabricants essaient partout de faire plus avec moins.

"L'époque où quelqu'un se tenait devant la machine, un micromètre à la main, est révolue", déclare Skulan. "De plus en plus d'ateliers installent des MMT (machines à mesurer tridimensionnelles) et des systèmes de mesure polyvalents comme notre Equator sur le sol, ou utilisent des palpeurs dans les machines-outils à commande numérique comme partie intégrante du processus d'usinage."
 

Regardez cette vidéo pour découvrir comment les progrès de l'automatisation des machines et des usines, de l'impression 3D, de l'outillage et de la métrologie et de l'analyse basées sur les machines contribuent à augmenter la production :

Ces types de technologies d'inspection automatisées augmentent la flexibilité tout en réduisant les coûts, ajoute-t-il. Parce qu'un seul appareil peut effectuer plusieurs mesures, il y a moins besoin de la mesure dure dédiée utilisée depuis longtemps dans l'industrie. Et comme ces systèmes ne commettent pas d'erreurs humaines telles que l'oubli de vérifier une caractéristique de pièce ou d'enregistrer une dimension, le processus de contrôle qualité est plus cohérent et fiable. De plus, la rétroaction dimensionnelle est automatique et immédiate. Les humains peuvent également être alertés pour agir lorsque les valeurs s'écartent de la valeur nominale, ou l'appareil peut même arrêter la machine-outil si nécessaire.

Patrick Sullivan, spécialiste des ventes de distribution stratégique chez Mitutoyo America Corp., voit les choses un peu différemment.

"L'automatisation est une tendance constante depuis des années, mais ce type de fabrication ne convient pas à tout le monde ni à toutes les pièces", déclare-t-il. "Il y a vraiment une place pour les machinistes qualifiés qui peuvent faire fonctionner une machine-outil et prendre des mesures précises avec des outils de mesure manuels, ce qui leur donne la capacité de prendre les bonnes décisions à la volée, ce qu'aucun robot ne peut faire. Non seulement le machiniste d'aujourd'hui peut travailler pour améliorer les processus dans l'atelier, mais avec l'aide de transmetteurs de collecte de données, le service qualité peut également recevoir des données fiables et de qualité et travailler pour être plus proactif face aux défis de fabrication. »

Metrology Tech :les derniers développements numériques

Des dispositifs d'inspection plus automatisés ne sont pas le seul changement radical ; les pièces changent également.

"L'automobile se tourne vers les véhicules électriques, avec des batteries, des moteurs et des capteurs que nous n'avons jamais eu à mesurer auparavant", déclare le vice-président des ventes de Mitutoyo, Michael Creney.

« Dans le même temps, plusieurs industries clés durcissent leurs exigences. Les fabricants de produits médicaux, par exemple, ont besoin de signatures électroniques, de pistes d'audit et d'identifiants de connexion spécifiques pour se conformer aux directives de la FDA », poursuit Creney. "Et l'industrie aérospatiale pousse fort sur les jumeaux numériques et l'ingénierie basée sur des modèles. Pour cette raison, un nombre croissant de modèles CAO contiennent désormais des informations sur la fabrication des produits (PMI), que nous pouvons exploiter dans notre MeasurLink, MiCAT Planner et d'autres types de logiciels de qualité. »

Voici encore un autre acronyme :QIF, abréviation de Quality Information Framework. Creney suggère que QIF peut être considéré comme le successeur de DMIS (Dimensional Measuring Interface Standard), la quasi-norme sous laquelle les MMT et autres équipements de mesure automatisés fonctionnent depuis longtemps. Pourtant, ce langage vieux de plusieurs décennies commence à évoluer à mesure que a) les systèmes de mesure deviennent plus automatisés et b) une plus grande richesse d'informations numériques devient disponible.

« DMIS est une spécification que tout le monde interprète différemment et qui manque de la robustesse nécessaire dans un environnement de fabrication numérique », dit-il. « Mais QIF est un tout autre monde. La possibilité d'importer un fichier CAO et de faire en sorte que votre logiciel de qualité extraie les données dimensionnelles et de tolérance pertinentes, puis de les utiliser pour créer une routine de mesure automatisée - c'est un énorme développement, et c'est quelque chose que nous soutenons pleinement. Le QIF va tout changer."

Sondage rapide :Garantir des mesures précises

Sans mesures précises lors de la fabrication, les pièces ne correspondent pas, les produits échouent et les clients peuvent être exposés à des risques.

Quelles mesures prenez-vous pour vous assurer que votre entreprise respecte les normes de mesure de précision ?