La métrologie sans rendez-vous se promène dans les ateliers d'usinage

Il arrive souvent qu'un machiniste, lors de la coupe de quelques pièces ou de la préparation d'un premier cycle, ait besoin de vérifier quelques pièces ou quelques caractéristiques critiques. Les surfaces doivent être vérifiées ponctuellement, la rondeur ou la concentricité doit être confirmée. Parfois, une jauge manuelle fonctionnera, mais avec des pièces de plus en plus complexes et des délais de plus en plus serrés, des machines plus performantes sont souvent nécessaires.

"Il peut y avoir un outilleur qui meule une fraise ou fabrique un outil de forme spécial qui veut juste mesurer un rayon", a déclaré Mark Arenal, directeur général de Starrett Kinemetric Engineering (Laguna Hills, CA). Dans ce cas, il a besoin d'un instrument de métrologie autonome à la fois adaptable et capable d'effectuer une large gamme de mesures. "Beaucoup des instruments que nous fabriquons fonctionnent bien pour la" métrologie sans rendez-vous "dans l'atelier", a-t-il déclaré. De bons exemples sont la gamme de systèmes de vision 2D AVR et MVR de Starrett. Celles-ci vont du manuel au CNC complet. L'outilleur peut monter, placer sa pièce sur l'unité sur la scène, imager le rayon de la fraise et prendre rapidement une mesure, selon Arenal. "Très simple. Une caractéristique, une mesure, il obtient des données, les note et s'en va », a-t-il déclaré.

La clé du concept, en particulier pour les machines CNC, réside autant dans le logiciel que dans la machine elle-même. « Le logiciel système le rend relativement simple à utiliser dans ce scénario, avec une formation minimale. Vous pouvez réellement toucher la caractéristique que vous voyez à l'écran et la mesurer », a-t-il expliqué.

Cependant, pour être vraiment rentable, la machine doit également pouvoir s'adapter à des volumes de production plus importants. « Par exemple, vous pouvez avoir un inspecteur qui souhaite effectuer une inspection du premier article à 100 % sur plusieurs pièces, disons 10 ou 20 pièces. Cet inspecteur peut écrire un programme de pièce sur la même machine et créer une séquence de mesure pour mesurer la première pièce, avec toutes les données nécessaires et la mise en forme du rapport. Une fois terminé, l'utilisateur peut enregistrer le programme de pièces et ensuite mesurer le reste du lot de pièces », a-t-il déclaré. "Cet équipement sera plus précieux pour une entreprise s'il [peut accueillir] plusieurs utilisateurs et si leurs travaux peuvent être inspectés."

Un appareil particulièrement productif de Starrett, selon Arenal, est le HVR100-FLIP, sorti en 2017. Ce système de mesure de la vision de paillasse peut être utilisé dans une orientation verticale ou horizontale, et dispose d'une vidéo numérique haute résolution et d'une optique de précision pour un champ précis. -mesures de vue jusqu'à 90 mm, selon l'entreprise.

Facilité et précision

David Wick, responsable de la gestion des produits chez Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN) explique une autre raison convaincante derrière l'utilisation des systèmes de vision et de vision multiple. "Les personnes qui souhaitent une métrologie sans rendez-vous ne recherchent généralement pas le dernier dixième de micron", a-t-il déclaré. La convivialité est généralement plus importante que la précision. « C'est un changement de paradigme. Ce qui est important, c'est la facilité d'utilisation et la répétabilité », a-t-il déclaré. Il a noté que la métrologie sans rendez-vous nécessite un système capable de reconnaître des caractéristiques communes telles que des cercles, des rayons et des fentes. "Ainsi, vous pouvez cliquer sur le bouton, établir rapidement une mesure, saisir une dimension et une tolérance, et c'est parti", a-t-il déclaré. Il a convenu que les systèmes de vision, tels que la gamme Zeiss O-Select, sont idéaux pour la métrologie sans rendez-vous. Les systèmes de vision Zeiss incluent une suite complète de logiciels capables d'identifier les caractéristiques communes et de créer des programmes de pièces.

La cohérence est également importante. "Vous voulez que la machine donne de bonnes mesures, peu importe qui l'a touchée", a déclaré Wick. Cela signifie, à son avis, le respect des normes ISO et la capacité de capturer des mesures de routine dans un programme de pièces. "Le O-Select est calibré selon la norme ISO 10360-7", a-t-il expliqué. "Il effectue automatiquement la mise au point, l'éclairage et peut gérer plusieurs copies de la même pièce", a-t-il déclaré. La réutilisation est également importante. « Disons qu'hier, vous avez construit un programme rapide pour mesurer cinq dimensions sur un nouvel objet plat 2D, et aujourd'hui vous êtes venu avec six prototypes. Mettez-les sur la machine, appuyez sur un bouton et la machine mesurerait les six, l'un après l'autre », a-t-il expliqué. "On voit ça souvent."

Tim Moriarty, vice-président principal de QVI (Rochester, NY), a convenu que les nouveaux systèmes vidéo sont plus faciles à utiliser. Il a noté que pour une utilisation en atelier, ils sont en concurrence avec des outils à main, tels que des micromètres ou même des outils plus avancés comme des comparateurs optiques qui nécessitent peu ou pas de formation. Par conséquent, l'accent est mis sur la simplicité. "Certains de nos systèmes de mesure permettent à n'importe qui de monter littéralement, de poser la pièce dans n'importe quelle position sans fixation, d'appuyer sur un bouton et d'obtenir instantanément une série de mesures sur la pièce, même un premier article ou une pièce en cours de fabrication", a-t-il déclaré. dit.

Moriarty a convenu avec d'autres personnes interrogées pour cet article qu'une telle facilité d'utilisation conduit à un transfert facile des données pour le contrôle des processus et la tenue des dossiers. L'avantage des systèmes vidéo faciles à utiliser est qu'ils sont intrinsèquement précis et rapides par rapport aux autres appareils autonomes. "Nous essayons d'améliorer l'expérience de prendre une paire d'étriers ou de placer la pièce sur un comparateur", a-t-il déclaré, en fournissant des mesures à la fois plus rapides et plus précises. Il a noté que les systèmes de mesure vidéo, tels que la série QVI Snap, offrent facilement une précision de 0,0001 à 0,0002″ (0,00254 à 0,00508 mm).

« Notre nouvelle gamme de machines de mesure vidéo Snap à grand champ de vision (LFOV) répond à cette demande », a-t-il déclaré. Les clichés présentent un champ de vision de 100 mm, une extraction de caractéristiques, une identification automatique des pièces et une précision supérieure à 0,0001″, selon la société. Les modèles vont du Snap100 de paillasse avec un champ de vision de 100 mm de diamètre et sans platine mobile au Snap 350 de grande capacité avec une plage de mesure de plus de 350 × 350 mm.

La troisième dimension

Il y a des moments où une mesure plus complète dans la troisième dimension est souhaitable ou requise, même dans des scénarios de métrologie sans rendez-vous. Pour cela, Moriarty pointe vers le QVI Fusion 400 de la société, un système de mesure multicapteur LFOV qui automatise la mesure 3D. Il a un volume de mesure de 350 × 250 × 250 mm et est compatible avec plusieurs capteurs avec mesure vidéo et sondes de déclenchement et de balayage disponibles. Il comprend un laser TTL interférométrique TeleStar Plus.

Alors que les systèmes de vision sont idéaux pour les deux dimensions et que les systèmes multicapteurs basés sur la vision sont idéaux pour les deux dimensions et demie, il est parfois nécessaire de mesurer en 3D intégrale. "C'est là que les scanners à lumière bleue sont idéaux pour ce concept de métrologie sans rendez-vous", a déclaré Wick. Zeiss propose sa gamme Comet de scanners 3D basés sur la technologie de la lumière bleue. "Vous pouvez placer votre pièce ou pièce 3D sur sa table rotative, appuyer sur un bouton sur un ordinateur portable et cela fera tourner la table rotative, numérisera la pièce et en créera un modèle 3D", a-t-il déclaré. La mesure des dimensions et des tolérances critiques nécessite un modèle CAO disponible. Cependant, s'il en existe un, il peut s'agir du nec plus ultra en matière de concept de métrologie sans rendez-vous.

« Nous constatons une tendance claire chez les opérateurs qui doivent inspecter plus près du point de production, les ingénieurs de production et les opérateurs devant effectuer de bonnes mesures aux étapes intermédiaires du processus de production », a déclaré Dan Brown, directeur, gestion des produits chez Creaform Inc. (Lévis, CA). Il a chaleureusement convenu que la capture de mesures 3D nécessite un appareil 3D, tel que les appareils HandyScan 3D, HandyProbe et MetraScan 3D de Creaform. Il a noté qu'il existe une forte demande pour les mesures de métrologie 3D dans la plage de mesures de 25 à 75 µm, la plage de précision idéale de ces appareils.

"Les pieds à coulisse sont très bons, mais ne suffisent pas pour mesurer rapidement des pièces complexes en 3D", a-t-il déclaré. Les MMT sont précises, mais nécessitent un programme de pièces - généralement - et une expertise considérable pour fonctionner correctement. Cela rend la facilité d'utilisation et la portabilité typiques des scanners idéales dans les applications où une précision de milieu de gamme est requise. La vitesse offre sa propre facilité d'utilisation. Les scanners optiques 3D, y compris les scanners à lumière bleue tels que ceux de Creaform (et d'autres), collectent généralement des taux de données élevés, de 100 000 à 1 million de points par seconde, soit beaucoup plus rapidement qu'une MMT classique et offrent une utilité autonome.

Un autre point clé, selon lui, est la portabilité. "Certains de nos clients ont un endroit désigné pour utiliser le scanner, où ils y apportent la pièce", a-t-il déclaré. "Mais ils amènent parfois l'appareil au point d'utilisation." Il s'agit en quelque sorte d'une métrologie à pied à l'envers. L'avantage de garder l'appareil dans un emplacement central est qu'il se trouve dans un environnement contrôlé. L'avantage de pouvoir le déplacer est la flexibilité.

Brown a souligné un autre problème universel que la métrologie sans rendez-vous a en commun avec la métrologie en général :l'interaction entre les exigences de formation et une technologie facile à utiliser et à comprendre. "Je diviserais toute opération de métrologie en deux parties, la mesure et l'inspection", a-t-il expliqué. La mesure consiste à prendre des points 3D pour les intégrer à un ordinateur. Ce dont vous avez besoin, c'est d'un logiciel d'inspection pour extraire des informations sur les caractéristiques que vous souhaitez mesurer. Son point est que dans toute opération de fabrication, vous avez besoin de personnes formées à la fois aux aspects de mesure et d'inspection. Mieux encore, les systèmes et logiciels de mesure et d'inspection sont tout aussi faciles à utiliser. "Les métrologues formés sont difficiles à trouver", a-t-il déclaré, expliquant l'accent mis par Creaform sur le développement de logiciels d'inspection et d'équipements de mesure faciles à utiliser.

Un autre appareil qui fournit des mesures 3D est la CMM portable de la série XM de Keyence Corp. of America (Itasca, IL). "Il est conçu pour être utilisé n'importe où dans n'importe quel environnement et pour permettre à un utilisateur de s'en approcher et d'obtenir des réponses rapides", a déclaré Steve Chirichella, directeur régional des ventes de produits pour Keyence. L'entreprise le présente comme une MMT portable. Une caméra capture la lumière proche infrarouge émise par sept marqueurs différents sur une sonde portative pour déterminer la position d'une pointe de stylet. "Il n'y a pas de pièces mobiles", a-t-il expliqué. "Nous nous sommes débarrassés des encodeurs ou de tout ce qui s'use, rendant la machine durable et éliminant le besoin d'entretien et de recalibrage." Les pièces sont placées sur une scène mobile. Il convient de noter que le système est conçu pour des pièces de l'ordre de 3 × 2 × 1′ (0,9144 × 0,6096 × 0,3048 m).

Bien qu'il ne nécessite pas de programmes de pièces spécifiques pour effectuer des mesures, l'appareil peut capturer des programmes à l'aide de la réalité augmentée. Il comprend une petite caméra à l'extrémité de la sonde qui peut afficher non seulement l'aspect extérieur de la cible mais également une description de la mesure et de la valeur mesurée. Le logiciel inclut la possibilité de produire des rapports avec les photos d'accompagnement prises à partir de la caméra de la pointe de la sonde. Pour chaque point de mesure, l'appareil affiche le nom et le numéro de l'élément ainsi que les résultats de mesure en temps réel, sur une image capturée par la caméra affichée sur le moniteur devant l'opérateur. "Parfois, nos clients placent l'appareil XM sur un chariot au lieu d'un emplacement central, amenant l'appareil sur le lieu de travail", a-t-il déclaré. Il est particulièrement utile dans les ateliers d'usinage produisant des pièces complexes en petits volumes avec un mix élevé.

Concepts alternatifs

Chirichella a également noté que le système de mesure vidéo Keyence IM pourrait également s'intégrer dans le concept sans rendez-vous. Le système est conçu pour remplacer le comparateur optique ou faire entrer le comparateur optique dans le 21e siècle, a-t-il déclaré. Contrairement à d'autres appareils présentés comme étant autonomes, la série IM nécessite que le programme de pièces soit écrit pour elle. "La machine est conçue pour la vitesse et une simplicité presque douloureuse", a-t-il expliqué. Il existe également une fonction appelée «mesure automatique» où les opérateurs placent la pièce sur la scène, dessinent une boîte et mesurent tout ce qui correspond le mieux au paradigme de la marche. Chirichella a parlé d'une entreprise qui utilise son laboratoire de qualité pour écrire des programmes pour six ou sept machines dispersées dans l'usine, permettant aux utilisateurs d'accéder rapidement à des programmes de pièces validés.

Selon Gene Hancz, spécialiste produit pour CMM chez Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL), d'autres dispositifs éprouvés, tels que la CMM manuelle, conviennent également au concept de métrologie sans rendez-vous. Il a convenu que la tendance est de ne plus compter uniquement sur les services d'inspection et davantage sur la mise à disposition d'appareils de métrologie pour vérifier leur propre travail. Il a noté que la majorité des ventes de MMT aujourd'hui sont contrôlées par CNC, où la MMT manuelle offre de la valeur pour des mesures simples et unidimensionnelles. « Les MMT manuelles peuvent être utilisées de deux manières », a-t-il expliqué. « L'un est celui où les programmes de pièce sont utilisés pour des contrôles très spécifiques qui sont utilisés assez souvent. L'autre est qu'il n'y a aucun programme, avec quelqu'un qui vient faire une vérification simple, bidimensionnelle ou tridimensionnelle, et ils configurent les choses manuellement. Cela correspond à la définition même de la métrologie sans rendez-vous.

Un bon exemple est la Mitutoyo Crysta-Plus M Series 196-Manual-Floating Type CMM, qui mesure des pièces jusqu'à 700 × 1000 × 600 mm. Hancz a déclaré qu'il était idéal pour les tâches quotidiennes, telles que la configuration d'une machine-outil pour vérifier une pièce initiale.

Enfin, les outils les plus simples ne doivent pas être ignorés dans le cadre de la métrologie sans rendez-vous. « Les jauges de hauteur et les plaques de surface sont les articles les plus courants dans l'atelier », a déclaré Mike Creney, vice-président des ventes chez Mitutoyo. "La plupart n'ont pas besoin d'électricité ou d'air et avec quelques compétences mathématiques décentes, n'importe qui peut mesurer, examiner et évaluer une pièce pour l'acceptation de la tolérance. L'ancienne méthode fonctionne toujours avec des supports de hauteur, des indicateurs de test et c'est toujours la moins chère. La meilleure chose est que les outils à main sont facilement enseignés à l'utilisateur le plus novice. Les nouveaux développements dans les outils à main de Mitutoyo incluent le QuantuMike, un micromètre à grande vitesse, et le micromètre MDH avec une résolution de 0,0001 mm. "Cela apporte la meilleure résolution au monde à l'atelier", a-t-il déclaré.

Creney a également souligné d'autres appareils éprouvés, dont beaucoup fournis par Mitutoyo, tels que les projecteurs de profil et les appareils de rugosité de surface, bien qu'ils nécessitent des connaissances supplémentaires pour fonctionner. Un dispositif CNC automatisé ne doit pas être entièrement exclu dans un scénario sans rendez-vous. "Une manière typique consiste à utiliser un système CNC avec un gabarit rapide ou un montage monté sur l'appareil de mesure", a déclaré Creney. « Si vous utilisez plusieurs tours, vous pouvez avoir un système de rotondité dans un emplacement central. Au stade de la surveillance, vous pouvez disposer d'un dispositif de montage dédié pour centrer la pièce et placer simplement la pièce cylindrique dans le dispositif, serrer à la main et appuyer sur un bouton. En quelques minutes, vous pouvez évaluer l'arrondi et le décalage ou modifier la configuration des tours. »

Précédemment présenté sur AdvancedManufacturing.org.