Libérez le potentiel de votre CMM

Depuis plus de 50 ans, les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) améliorent la productivité et la qualité des mesures. La puissance des MMT a rendu de nombreuses tâches d'inspection complexes presque insignifiantes. Avec autant de capacités de mesure, est-il possible que les opérateurs tiennent leurs MMT pour acquises ?

Les MMT sont souvent coûteuses, avec des logiciels sophistiqués et des spécifications de précision compliquées, mais de nombreuses MMT sont utilisées quotidiennement avec succès et efficacité par les opérateurs, même ceux qui ont une connaissance limitée de leur MMT. Comme pour la plupart des technologies modernes, l'utilisation quotidienne des MMT devient plus facile, tandis que le niveau de connaissances nécessaires pour prendre en charge correctement la technologie peut devenir assez élevé. Examinons de plus près certains des problèmes clés pour aider les opérateurs à mieux comprendre et utiliser leurs MMT.

Introduites dans les années 1950, les premières MMT étaient des instruments d'inspection manuels équipés de sondes cylindriques coniques qui pouvaient être utilisées pour mesurer rapidement la distance entre les trous en deux dimensions. L'objectif de ces premières MMT était de réduire le temps d'inspection du tracé à quelques minutes seulement. Tout en présentant des similitudes avec les MMT d'origine, la MMT moderne d'aujourd'hui se décline dans tellement de styles différents que le terme systèmes de mesure de coordonnées, et non machines, est utilisé avec plus de fréquence. Les MMT à trois axes traditionnelles sont toujours très populaires, mais les bras articulés, les trackers laser, les scanners optiques, les rayons X, les capteurs de sondage avancés, ainsi que les systèmes de mesure en ligne à grande vitesse et d'autres technologies pour les mesures 3D continuent de croître et changer le marché traditionnel du MMT.

Étalonnage CMM

La technologie avancée de la MMT a compliqué la compréhension de la précision des mesures de la MMT. Lorsque nous pensons et gérons la qualité de tout processus de mesure, nous nous concentrons souvent sur deux problèmes distincts :le premier étant la précision de l'équipement de mesure, et le second étant la précision et la répétabilité du processus de mesure. La précision de l'équipement de mesure est souvent gérée par un étalonnage et une vérification appropriés par rapport aux spécifications d'origine du fabricant. La situation est la même pour les MMT, mais l'étalonnage est plus complexe.

L'étalonnage de quelque chose de simple, comme un bloc étalon, est facile à comprendre. C'est un standard de longueur, et par conséquent, vous calibrez la longueur. Pour les pieds à coulisse ou les micromètres, qui mesurent des longueurs, vous les calibrez pour mesurer des longueurs. Les MMT ont souvent plusieurs axes de mouvement, divers capteurs de palpage et sont équipées d'un logiciel pour mesurer presque tout. Contrairement au bloc de jauge ou au pied à coulisse, vous ne pouvez pas étalonner séparément une MMT pour chaque tâche de mesure qu'elle effectue, car cela ne serait pas économiquement pratique. Il n'est pas non plus très utile d'étalonner séparément les composants mécaniques d'une MMT, tels que la précision d'un axe de mesure individuel ou l'équerrage entre les axes, car tous les composants fonctionnent ensemble et leur influence sur les résultats de mesure est compliquée.

Au lieu de cela, les MMT sont calibrées en effectuant une série de mesures de longueur sur le volume de mesure de la MMT. Des procédures de test normalisées bien documentées sont disponibles depuis le milieu des années 1980, la dernière en date étant la norme internationale ISO 10360-2:2009, qui a été adoptée aux États-Unis sous le nom ASME B89.4.10360.2. Le test principal est simplement connu sous le nom de test E, où E signifie erreur d'indication. Le test consiste à effectuer 105 mesures de longueur différentes sur le volume de mesure et dans différentes orientations, puis à comparer les valeurs de test aux spécifications indiquées par le fabricant. L'étalon de référence le plus couramment utilisé pour l'étalonnage des MMT est une jauge à pas, qui n'est pas sans rappeler une série de blocs de jauge de différentes longueurs. D'autres normes de référence, telles qu'un interféromètre laser qui est populaire pour les grandes MMT, sont également autorisées par la dernière norme ISO 10360-2.

Un étalonnage CMM suivant les normes ISO et ASME est une vérification globale du système. Si le test n'est pas conforme, des ajustements peuvent être nécessaires. Pour compléter les ajustements, des mesures supplémentaires, telles que l'équerrage entre deux axes, peuvent devoir être mesurées et corrigées. Si le test réussit, l'opérateur de la MMT a confiance dans la précision générale globale de la MMT ; cependant, comme les MMT peuvent être utilisées pour de nombreuses tâches différentes, il faut veiller à comprendre les erreurs supplémentaires dues à l'utilisation spécifique de la MMT.

Répétabilité CMM

Lors de l'évaluation de la qualité des processus de mesure, il est assez courant de réaliser un certain type d'étude de répétabilité. Dans de nombreuses industries, cela s'appelle l'étude de répétabilité et de reproductibilité de l'instrumentation, ou GR&R. Le but de l'étude de répétabilité est de rechercher une variation dans le processus de mesure, sur une période de temps relativement courte, qui complète l'évaluation à long terme de l'étalonnage de l'équipement. Toute étude GR&R ou de répétabilité doit être conçue pour évaluer correctement les sources probables de variation, par exemple, les erreurs dans le processus de mesure. Pour les équipements de mesure manuels traditionnels, les compétences de l'opérateur et l'interaction entre l'opérateur et l'équipement de mesure sont des sources d'erreur importantes, et parfois les plus importantes. Pour les CMM entièrement automatisés, ces sources d'erreur peuvent disparaître.

Pour tout processus de mesure automatisé, la répétabilité peut sembler assez faible car la conception de l'étude de répétabilité n'est pas sensible aux sources réelles de variation. Pour les MMT, l'étude doit inclure l'influence de l'étalonnage des capteurs de sondage (parfois appelée qualification de la pointe de la sonde) ainsi que la prise en compte de l'influence de la distribution et du nombre de points de mesure pris, par exemple, la stratégie d'échantillonnage. Ces deux sources d'erreur sont spécifiques à une tâche de mesure unique et ne sont généralement pas bien couvertes dans l'étalonnage de la MMT. Si vous effectuez une étude GR&R, la reproductibilité peut être modifiée pour passer de l'étude de différents opérateurs à l'étude de différents étalonnages de pointe de sonde.

Compensation de température

Aujourd'hui, de nombreuses MMT sont équipées de systèmes de compensation de température intégrés. Ces systèmes de compensation de température peuvent faire un travail incroyable de compensation et de correction des erreurs thermiques importantes associées au fait que la MMT ou la pièce mesurée n'est pas à la température de référence standard de 20 °C (68 °F). Cependant, si un système de compensation temporaire n'est pas utilisé correctement, ces systèmes peuvent introduire des erreurs extrêmement importantes.

Considérez une situation où un opérateur de MMT décide de ne pas utiliser le système en ignorant les capteurs de pièce ou en réglant le coefficient de dilatation thermique de la pièce à zéro. L'opérateur peut penser qu'il suivra plutôt les bonnes pratiques de mesure traditionnelles consistant à "tremper" thermiquement la pièce mesurée sur l'équipement de mesure pour les amener à la même température, et donc, ne pas avoir besoin de corriger les erreurs thermiques. Bien que cette approche ait fonctionné pendant des décennies sur des équipements de mesure traditionnels sans compensation de température, l'opérateur peut ignorer que le système de compensation de température travaille toujours activement pour corriger la CMM, et uniquement la CMM, à 20 °C, alors que la pièce n'est pas corrigée. En ignorant l'utilisation des capteurs de pièce, un différentiel de température est créé qui pourrait entraîner des erreurs significativement importantes et inconnues.

Pour les MMT avec compensation de température, la meilleure approche consiste à placer les capteurs de température de la pièce sur la pièce mesurée. Si cette approche n'est pas pratique, alors les capteurs de température pourraient être placés près de la pièce mesurée, par exemple, intégrés dans un montage tenant la pièce. De cette manière, une mesure relativement précise de la température de la pièce peut encore être effectuée même si les capteurs de température ne sont pas en contact avec la pièce. S'il n'est pas prévu d'utiliser les capteurs de température de la pièce, l'ensemble du système doit être éteint, ce qui ne peut généralement être fait que par un technicien de maintenance du fabricant de la MMT.

Problèmes GD&T

Le logiciel de mesure sur les MMT a introduit la première utilisation généralisée des méthodes de mesure numériques et informatiques. Le logiciel CMM possède des fonctions et des boutons basés sur les symboles et les significations des normes de dimensionnement et de tolérance géométriques (GD&T) telles que ASME Y14.5. Bien que cela ait suscité de nombreux débats parmi les experts quant à ce qu'est une méthode de mesure "correcte" (si elle existe), le problème plus pratique pour les opérateurs de MMT est que différentes méthodes ou approches logicielles peuvent modifier considérablement les résultats de mesure. Deux MMT différentes, toutes deux fonctionnant dans les limites des spécifications et avec une répétabilité suffisante, peuvent donner des résultats radicalement différents en raison des choix effectués par l'opérateur ou dans le logiciel.

Les développeurs de logiciels CMM aimeraient fixer une seule meilleure approche pour mesurer une tolérance GD&T particulière, et certaines entreprises prétendront même que leur logiciel de mesure « est conforme à ASME Y14.5 », mais c'est malheureusement impossible et incorrect. Les normes GD&T telles que ASME Y14.5 ont des règles pour définir la conception des pièces, pas pour la façon de mesurer, donc ASME Y14.5 n'est pas une norme à laquelle aucune mesure n'a jamais été ou ne sera jamais conforme. De plus, il y a toujours un objectif derrière la raison pour laquelle chaque mesure est effectuée, et cet objectif doit être pris en considération lors de la détermination de la meilleure méthode de mesure. Les développeurs de logiciels CMM doivent fournir une gamme d'outils capables de répondre aux besoins de nombreux utilisateurs différents, ainsi que des ingénieurs d'application qui fournissent les conseils nécessaires à leurs clients.

La meilleure méthode de mesure pour un opérateur peut être très différente de celle d'un autre, même lors de la mesure de pièces ou de tolérances similaires. La productivité de la mesure, les coûts, les risques juridiques et d'autres problèmes doivent être équilibrés de manière appropriée pour trouver la meilleure solution. Une bonne planification des mesures dimensionnelles ne peut être négligée, même si le bouton sur la MMT le rend facile. La planification des mesures est probablement le plus gros problème de mise en œuvre que tous les opérateurs de MMT doivent gérer. Les options matérielles et logicielles des CMM d'aujourd'hui sont vastes et puissantes, et les entreprises doivent développer de meilleures pratiques d'exploitation pour s'assurer que tous les risques de mise en œuvre sont gérés. Un bon guide pour la planification des mesures est la norme américaine ASME B89.7.2-2014 Dimensional Measurement Planning.

Le fonctionnement de CMM à l'avenir sera très différent de celui d'aujourd'hui. Un logiciel CMM avancé est déjà disponible et permet de générer des programmes de mesure en quelques secondes sur la base de modèles de pièces numériques. À l'avenir, les programmeurs CMM n'auront pas à réfléchir à la façon de mesurer une pièce spécifique, mais ils devront comprendre les principes de métrologie et de tolérancement pour développer les meilleures pratiques et les règles de mesure qui pourront ensuite être déployées pour toutes les mesures CMM. La technologie CMM continue de progresser avec des avantages croissants en termes de précision améliorée, de capacité supplémentaire et de temps de mesure réduit. Pour les CMM, comme pour toute technologie que nous utilisons, à mesure que les outils deviennent plus avancés, le type et le niveau de support doivent également devenir plus avancés.

A déjà été présenté dans Quality Magazine.