Mettre l'inspection de surface entre les mains de l'opérateur de la machine-outil

À mesure que les tolérances des pièces se resserrent, la forme et la finition de surface ont une plus grande influence sur la taille et la fonction du produit. Et avec des pressions sur la fabrication pour être plus productives, il n'est plus viable d'effectuer des contrôles de surface ou de forme sur un système de mesure dans une salle de qualité. Il devient de plus en plus important de mesurer la finition de surface directement au point de fabrication, souvent par le même machiniste qui fabrique la pièce. Et bien que ce machiniste soit souvent un expert dans l'utilisation de la machine, il n'est pas nécessairement un expert dans la réalisation de mesures de finition de surface (ainsi que dans les tâches connexes telles que la collecte et la documentation de données).

Nous avons parcouru un long chemin depuis le passé pas si lointain où la finition de surface était «mesurée» par jugement ou comparée à une norme avec un ongle. Depuis le début de la métrologie de la rugosité, le nombre de normes internationales et de paramètres de surface internationalement reconnus a augmenté de façon exponentielle. Cela rend particulièrement difficile pour les nouveaux employés (ou même les plus expérimentés) dans la salle de qualité ou sur le plancher de production de saisir les détails et les subtilités de la métrologie des surfaces.

Jauges de rugosité portables

Ainsi, les fabricants ont besoin d'outils pour les opérateurs qui répondent aux exigences de test et qui soient simples à utiliser. Par exemple, Ra (Roughness Average) est la méthode de référence pour analyser la finition de surface pour de nombreuses applications. Les jauges de surface portables de poche sont idéales pour ces mesures de base. Grâce à leur petite taille, leur robustesse et leur fonctionnement simple à un seul bouton, les fabricants les utilisent avec succès pour les mesures de rugosité en atelier depuis plus de 25 ans.

Mais Ra n'est pas le seul jeu en ville. La façon dont une surface est conçue ou fabriquée affecte souvent ses performances. La surface a-t-elle besoin de minuscules rainures pour retenir l'huile ou juste assez de rugosité pour garantir que la peinture tiendra ? La finition affecte-t-elle l'aspect de la surface ? Des paramètres d'état de surface sont disponibles pour mesurer chacune de ces caractéristiques. Et il existe des jauges de finition de surface portables qui peuvent les mesurer. En fait, certaines nouvelles jauges portables peuvent mesurer plus de 30 paramètres différents.

La difficulté ici est que vous avez maintenant ce qui est essentiellement un système de finition de surface de qualité laboratoire dans un format portable. La convivialité devient donc un problème :alors que la mesure de plusieurs paramètres peut être aussi simple que d'appuyer sur un seul bouton, la configuration de ces paramètres peut être intimidante pour un opérateur. Les fabricants de jauges ont essayé de garder une longueur d'avance sur cette complexité en améliorant l'interface entre la jauge et l'opérateur.

Nouvelles jauges de surface portables :les dernières jauges de surface portables s'interfacent avec l'utilisateur, tout comme un téléphone intelligent. Ils nécessitent très peu de formation et peuvent être utilisés par l'opérateur en quelques minutes. Les unités sont suffisamment intelligentes pour automatiser le réglage du filtre et couper la sélection, offrant les meilleurs résultats pour l'utilisateur. De plus, les utilisateurs peuvent personnaliser l'écran et les mesures afin de ne voir que les résultats dont ils ont besoin sans avoir à parcourir de nombreuses informations inutiles. Pour un accès rapide aux fonctionnalités couramment utilisées, l'affichage peut être personnalisé pour afficher les fonctions "favorites" telles que l'envoi de données ou l'accès à des détails de trace spécifiques.

Encore une fois comme un smartphone, l'écran de l'appareil s'ajuste pour permettre la mesure dans n'importe quelle position - horizontalement, verticalement ou à l'envers - pour fournir le meilleur angle de vue pour l'opérateur.

Ainsi, maintenant que le machiniste est également devenu un inspecteur de finition de surface, il pourrait tout aussi bien avoir les outils pour devenir également un expert en collecte et analyse de données. Les nouveaux produits de finition de surface portables rendent la collecte ou le transfert des résultats de mesure transparents pour l'utilisateur. À chaque cycle de mesure, les paramètres permettent d'enregistrer automatiquement les résultats des données sur l'appareil, tant au format de données qu'au format PDF. Dans le même temps, les résultats peuvent être envoyés automatiquement via un connecteur de sortie (ou un transmetteur de données sans fil) à un ordinateur pour Excel, ou la collecte de données par un tiers et l'analyse SPC. Tout cela se fait avec un seul bouton de démarrage et aucune étape supplémentaire par l'utilisateur.

Solutions de surface portables personnalisées ou dédiées

Mais même avec toute cette sophistication et cette facilité d'utilisation, la mesure de la finition de surface dans l'atelier peut toujours être problématique. L'opérateur de la machine peut ne pas avoir le temps d'aligner étroitement la pièce sur la sonde d'état de surface lorsque le terrain à mesurer est très court. Il ou elle peut ne pas être en mesure d'entrer suffisamment profondément dans l'alésage, ou il peut y avoir plusieurs contrôles appelés à des endroits spécifiques sur une culasse qui nécessitent une configuration supplémentaire. Et même si la sonde peut être amenée au point de mesure, un opérateur pressé peut ne pas être en mesure de protéger la sonde contre les dommages.

Alésages des cylindres :Prenons l'exemple des alésages des cylindres de mesure. Les alésages de cylindre ont probablement été la première application à avoir un jaugeage dédié conçu pour mesurer la finition de surface. Les caractéristiques comprennent des alésages de différentes tailles, qui peuvent être relativement profonds, certains jusqu'à 8 pouces. Les impressions peuvent indiquer des profondeurs et des emplacements spécifiques pour les contrôles, et avec jusqu'à 12 cylindres dans certains blocs et quatre dans la grande majorité des applications à volume élevé, il y a beaucoup d'alésages à mesurer. Par conséquent, les jauges doivent être hautement portables et faciles à aligner et à régler pour l'opérateur. La conception doit également protéger la sonde sensible afin qu'elle ne soit pas endommagée lors de l'apport de la jauge à la pièce.

La jauge d'alésage de finition de surface portable dédiée ressemble beaucoup à une jauge à trois alésages extensible. Le tri-alésage a une certaine quantité d'ajustement de taille, mais peut être réglé sur une taille spécifique. Cela lui permet de se "verrouiller" en place et aide à fournir des lectures très reproductibles sans influence de l'opérateur. Le dispositif indicateur est également protégé par un mécanisme de transfert afin qu'aucune force de positionnement ne lui soit appliquée lorsque la jauge est placée sur la pièce.

La jauge d'alésage du cylindre d'état de surface emprunte les mêmes principes. Pour lui donner une possibilité de réglage pour se verrouiller dans différentes tailles, des plaques interchangeables sont utilisées pour obtenir la bonne plage de mesure pour le diamètre. Le réglage de la jauge avec le bon jeu de blocs permet une entrée facile dans l'alésage du cylindre, et une fois en place, un cylindre pneumatique à commande manuelle étend les blocs de dimensionnement afin qu'ils verrouillent la jauge en position. La force de serrage est telle qu'un utilisateur peut pratiquement saisir le bloc avec la jauge (bien que cela ne devrait être fait que par des haltérophiles sérieux).

Mais le cylindre de la jauge a une autre fonction encore plus critique. Lorsqu'il est comprimé sans application d'air, il maintient la sonde de finition de surface sensible en position rétractée. Cela signifie que lors de l'insertion, la sonde est protégée à l'intérieur du corps de la jauge. Une fois que l'opérateur est satisfait de l'emplacement de la jauge, il applique l'air, verrouille la jauge en position et la sonde s'étend afin qu'il puisse effectuer le test de surface. Une fois terminé, l'air est libéré, la sonde se rétracte et la jauge devient libre, permettant un retrait facile par l'utilisateur.

Petits alésages :certains alésages du bloc ne sont pas aussi grands que les alésages de cylindre, mais nécessitent également une mesure de la surface de l'atelier. Ici, une autre approche peut être prise. Empruntant à nouveau au monde de la mesure manuelle dimensionnelle de précision, un prélèvement sur le bouchon mécanique fixe peut être incorporé. Avec ce type de jauge, le corps mécanique du boisseau est conçu pour mesurer un alésage spécifique. Ainsi, il est rapide, auto-centré et il n'y a aucune influence de l'opérateur.

Le même concept peut être utilisé pour une jauge de finition de surface portable. Dans ce cas, un corps de bouchon, réalisé à proximité de l'alésage mesuré, intègre une sonde d'état de surface. Mais contrairement à un obturateur mécanique fixe, dont les contacts touchent toujours l'alésage, la version à finition de surface maintient la sonde rétractée jusqu'à ce que l'obturateur soit dans sa position de mesure finale. Ensuite, un mécanisme de transfert mécanique le libère.

D'autres exemples de jauges de surface pour les pièces automobiles comprennent les vilebrequins et les arbres à cames, ainsi que les alésages interrompus dans lesquels ils pénètrent. Une vérification critique de la rugosité et de l'ondulation comprend la face du pont des têtes et des blocs pour assurer une bonne étanchéité sans fuite une fois assemblé.

Solutions de surface automatisées

Mais même avec les meilleurs outils conçus sur mesure, l'opérateur peut être confronté à devoir mesurer plus de pièces et de caractéristiques de pièces que son équipement ne peut en gérer. Ainsi, des machines de mesure de surface entièrement automatisées sont disponibles pour éliminer l'influence de l'utilisateur sur la mesure. Il existe de nombreux exemples où l'opérateur bénéficie du fait qu'il n'a pas à essayer d'effectuer ces vérifications complexes. Les exemples peuvent aller de grandes pièces, comme un bloc moteur où toutes les vérifications de surface peuvent être effectuées avec une configuration automatisée, à l'autre extrême où de petites pièces avec de très petits trous doivent être mesurées. Il serait difficile, voire impossible, pour un utilisateur d'essayer d'aligner la sonde sur l'alésage à mesurer.

Du côté des grandes pièces, les systèmes de mesure CNC sont conçus pour la mesure de la rugosité sur des pièces telles que les blocs-cylindres et les culasses. Le positionnement de la pièce et la séquence du programme sont entièrement automatiques, contrôlant et entraînant la rotation de la pièce et de l'instrument dans deux directions axiales, offrant ainsi une grande flexibilité et une accessibilité à tous les points de mesure.

Plusieurs sondes sont disponibles et automatiquement sélectionnées lorsqu'elles sont demandées, chacune utilisant une compensation de pointe de sonde préprogrammée. Cela permet de programmer en fonction des données de dessin de la pièce tandis que les écarts potentiels dans le positionnement réel sont corrigés automatiquement. Le processus de mesure est optimisé dans le temps, garantissant que les résultats sont présentés de la manière la plus efficace et la plus rapide.

L'autre extrême sont les pièces avec des alésages extrêmement petits qui sont très profonds. Un opérateur devrait avoir beaucoup d'expérience pour aligner une petite sonde avec l'alésage, puis essayer de faire pénétrer la sonde profondément dans l'alésage pour le contrôle de surface au fond de celui-ci. Et en acquérant cette expérience, il y aurait sûrement un certain nombre de sondes sacrificielles perdues en cours de route.

Un exemple de ceci est la mesure de divers corps de buse d'injection de carburant. Une station de mesure CNC entièrement automatique permet de mesurer le contour et la rugosité de l'ensemble du cône du siège de buse, du trou borgne au diamètre de guidage. À l'aide d'une très petite pointe de sonde (hauteur totale de 0,45 mm), un trou borgne d'un diamètre allant jusqu'à environ 0,6 mm peut être pénétré. La routine logicielle personnalisée permet la mesure entièrement automatique de tout le contour intérieur de la pièce.

Les dimensions des bras de palpage et des porte-pièces sont enregistrées dans un système de coordonnées, de sorte qu'aucun autre réglage de la station de mesure n'est nécessaire pendant le fonctionnement. Grâce à la « reconnaissance de la pièce » et à une unité de changement de bras de palpage automatique, le degré d'automatisation peut être conçu dans n'importe quelle mesure jusqu'à une exécution totalement indépendante de l'opérateur. Avec l'option "Mesure de la palette", la mesure de plusieurs pièces identiques peut être effectuée sans l'intervention de l'opérateur, ce qui permet au système de s'éteindre pendant la nuit pour compléter la palette entière.

Les avantages de ces stations de mesure CNC peuvent être résumés comme suit :

• Tâches de mesure avec des tolérances très serrées sur de petites ou de grandes pièces
• Mesure rapide sans configuration complexe de la station de mesure
• Alignement et positionnement automatiques des pièces
• Très faible risque d'endommagement du bras du palpeur grâce à la vérification du bras du palpeur, à l'effacement du décalage et au contrôle de la pièce
• Mesure en cours
• Évaluation statistique de chaque fonctionnalité pour contrôler le processus de fabrication
• Des tâches de mesure complexes et diverses peuvent facilement être effectuées sans influence du personnel d'exploitation sur les résultats de mesure

Qu'il s'agisse d'un seul bouton sur une jauge portable ou d'un seul bouton de démarrage sur une jauge de surface entièrement CNC, la mesure de la finition de surface progresse et s'automatise au point de fabrication.

Précédemment présenté dans Quality Magazine.