Comment les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) optimisent la précision dans la fabrication moderne

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Dernière mise à jour le 24 déc. 2021 | Par WayKen

L'industrie moderne se caractérise par la précision des éléments fabriqués. Elle est déjà évaluée en dixièmes de microns et continue de croître sans cesse. En fait, la précision des machines-outils annoncée par les fabricants a tellement augmenté qu'il devient de plus en plus difficile de mesurer l'écart réel de la pièce fabriquée. De nouveaux moyens de contrôle et équipements de métrologie sont donc constamment développés et améliorés. L'un des équipements flexibles, rapides et précis pour estimer la précision des pièces est la Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT).

Comment fonctionne une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT)

Une machine utilise une palpeuse électronique extrêmement sensible pour analyser une série de points discrets de la géométrie d'une pièce de production. Ce test sert à calculer la conformité de la pièce à des exigences spécifiques.

La MMT est fréquemment utilisée pour évaluer une pièce ou son assemblage afin de déterminer si elle respecte le design original. Elle est intégrée dans les flux de travail de test qualité ou contrôle qualité pour analyser les dimensions des pièces fabriquées et prévenir tout problème de qualité possible.

La procédure de fonctionnement des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) comprend deux aspects. Elle mesure la géométrie manuelle d'un objet et les magnitudes de l'objet en touchant la palpeuse montée sur l'axe mobile de la machine. Elle assure aussi que les pièces sont conformes au design corrigé. Elle opère à travers les étapes suivantes.

La pièce à analyser est placée sur la base de la MMT. La base est faite d'un matériau rigide et stable, généralement du granit, qui est posé sur un sol plat. C'est essentiellement le site de mesure. Cette stabilité de la base assure que la mesure est précise indépendamment des forces externes qui pourraient changer l'opération. Tous les éléments montés au-dessus de la plaque de la MMT peuvent bouger et sont équipés d'une palpeuse tactile. La MMT contrôle le portique à l'étape suivante pour déplacer la palpeuse le long des trois axes dimensionnels. En effectuant cette étape, chaque facette de la pièce est reproduite pour la mesurer.

Quand la palpeuse touche la pièce à mesurer, elle envoie une impulsion électrique qui est ensuite cartographiée par l'ordinateur. En répétant cette étape avec de nombreux points, vous dessinez la structure de la pièce.

Après l'étape de mesure, l'étape suivante est la procédure d'analyse, après que la palpeuse a détecté les coordonnées X, Y et Z de la pièce. Les données obtenues sont analysées pour la construction des caractéristiques. Le mécanisme d'action est le même pour toutes les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) qui utilisent le système caméra.

Composants d'une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT)

Une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT) est composée de diverses parties. Les portions à analyser sont montées sur une dalle solide, généralement en granit, posée sur une surface plane au sol. La palpeuse électronique, qui existe en diverses tailles et catégories, est montée sur un stylet à ressort. Ce stylet est attaché à un portique qui se déplace dans un plan de coordonnées X-Y-Z tridimensionnel.

Le stylet et la palpeuse peuvent se déplacer indépendamment pour capturer plusieurs caractéristiques de la pièce. En utilisant un joystick, nous pouvons contrôler toutes les actions du portique et de l'investigation respectivement. Les composants de la machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) incluent :

• Palpeuse (Probe)
• Table en granit
• Dispositifs de bridage (Fixtures)
• Sécheurs et compresseurs d'air
• Logiciel

Quelle est la fonction d'une palpeuse ?

Une palpeuse est l'une des parties les plus essentielles d'une MMT car elle effectue un contact physique, plutôt que d'utiliser des reflets optiques ou des lasers. L'une de ses meilleures caractéristiques est qu'elle ne repose pas sur des billes sphériques en rubis ou toute autre substance formelle et stable qui ne changerait pas de taille en raison des variations de température.

La palpeuse et le stylet sont construits pour fonctionner collectivement et simultanément. Ils sont reliés à une électronique exquisément sensible capable de détecter la moindre déviation de friction électrique provenant de la palpeuse.

Quand la pointe sphérique touche l'objet solide, elle est forcée de se dévier et produit un signal électrique qui est capturé par l'ordinateur. Ces points peuvent être analysés selon les spécifications de la pièce substantielle.

Comment l'utiliser ?

Le but principal de cette collecte de points est un processus à double objectif. Des points particuliers sont utilisés pour analyser les mesures des pièces réelles contre les données de liste CAO du client dans le but de tests de qualité.

Ou ces degrés collectifs peuvent être utilisés pour dessiner la silhouette de la portion en créant un « nuage de points ». Cette technique est bénéfique quand seulement une pièce spécimen est utilisée comme base d'un programme CAO pour dessiner plus de pièces, comme fait avec l'usinage CNC.

La machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) est extrêmement utile pour calculer des points à l'intérieur des trous. Ces zones ne sont pas faciles à évaluer avec d'autres systèmes optiques car la lumière tend à se refléter et rebondir, causant de l'imprécision dans la mesure due au phénomène d'interférence.

Table en granit

C'est un composant essentiel de la machine MMT car il est très rigide et donc stable. Il n'est pas affecté par la température comme les autres éléments. Son taux d'usure est comparativement bas. Le granit est parfait pour la mesure de haute précision car il reste inchangé dans le temps.

Dispositifs de bridage (Fixtures)

Les dispositifs de bridage sont aussi des outils très importants utilisés comme agents de stabilité et de support dans la plupart des fonctions de fabrication. Ce sont des outils de machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) et fonctionnent en fixant les pièces à leur place respective. La fixation de la pièce est requise car une pièce en mouvement peut mener à des erreurs de calcul. D'autres composants de fixation disponibles sont les aimants, pinces et plaques de bridage.

Sécheurs et compresseurs d'air

Les compresseurs d'air et sécheurs sont des composants couramment utilisés des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT), y compris les MMT de type portique ou pont standard.

Logiciel

Le logiciel est nécessaire pour analyser la palpeuse et la sensibilité des autres composants.

Différents types de MMT

MMT à pont (Bridge CMM)

Ce type de machine à mesurer tridimensionnelle a un système de palpage qui se déplace le long des trois axes dimensionnels. Dans le plan de coordonnées, ces axes sont maintenus orthogonaux les uns aux autres respectivement.

Chacun des axes est équipé de capteurs qui surveillent la position de la palpeuse en micromètres pendant qu'elle se déplace et détecte les points sur la surface de l'objet. Ces points sont collectivement connus sous le nom de nuage de points. Ces points illustrent la surface de l'objet que les utilisateurs doivent examiner.

MMT à portique (Gantry CMM)

Les MMT à portique sont comme les MMT à pont ; cependant, elles sont généralement beaucoup plus grandes. Parce qu'elles sont conçues pour éliminer le besoin de soulever une pièce sur une table et offrent des niveaux de précision similaires. Les MMT à portique sont utilisées pour des pièces très lourdes ou énormes. Ces MMT à portique doivent être montées sur une fondation solide, directement au rez-de-chaussée.

MMT à console (Cantilever CMM)

Une MMT à console est dissemblable à une MMT à pont car la tête de mesure n'est attachée qu'à un côté de la base rigide de la MMT et est donc différente. Les MMT à console offrent un accès ouvert aux techniciens d'inspection sur les trois côtés pour faciliter le fonctionnement.

L'application polyvalente de la MMT dans la fabrication contemporaine

La MMT est le moyen le plus avancé de mesure automatisée et manuelle moderne ; elle a trouvé une multitude d'utilisations possibles dans l'industrie. Beaucoup de types différents de MMT permettent à l'outil d'être utilisé aussi bien sur de grandes pièces (type portique) que sur les plus petites (machines MMT type console). Une variété de types de palpeuses (mécanique, optique, laser, ou lumière blanche) assure que vous pouvez mesurer même les surfaces qui ne doivent pas être touchées par une palpeuse ou tout autre objet. Un haut degré d'automatisation de la MMT permet de l'utiliser à la fois manuellement par un machiniste et de réduire la main-d'œuvre en l'automatisant pour les opérations répétées où de grands volumes de production sont concernés.

Comment utiliser une machine MMT dépendra des objectifs que vous voulez atteindre. Le niveau de sa flexibilité et de sa précision donne aux fabricants beaucoup d'opportunités. Vous pouvez utiliser la MMT après usinage ou mesurer des pièces existantes pour les redessiner, ou l'utiliser comme partie d'une chaîne de fabrication automatisée. Voici de nombreuses options et un certain nombre sont listées dans les paragraphes suivants.

Ce qu'il faut faire avant d'utiliser une MMT

Les machines MMT sont les instruments les plus précis pour prendre des mesures. Elles peuvent estimer les défauts dans les pièces plus petits que des microns. Cependant, pour qu'elles soient aussi précises qu'elles ont été conçues pour l'être, le machiniste doit préparer minutieusement l'équipement pour effectuer les mesures. Le niveau de préparation dépend de la précision de la pièce mesurée. Si nous parlons des pièces avec la plus haute précision (celles qui ont une tolérance IT6 ou même plus petite), vous devrez préparer à la fois la MMT et la zone où vous allez effectuer les mesures. Elle doit avoir un pourcentage d'humidité spécifique et une température dans l'optimum et doit être extrêmement propre car, à cette précision, même de minuscules poussières affectent le résultat de l'opération.

La MMT elle-même est généralement calibrée en utilisant une sphère métallique extrêmement précise. Sa taille et sa déviation de forme sont connues au plus haut degré. La position de la sphère sur la table de travail en granit est connue aussi (généralement il y a un dispositif spécial pour elle juste au centre de la table). La palpeuse doit toucher la sphère en plusieurs points et déterminer le diamètre et la déviation de forme. Les mesures sont ensuite ajustées selon leur déviation et la sphère est mesurée à nouveau pour s'assurer que les réglages corrects ont été sauvegardés.

MMT pour la mesure de surfaces linéaires

Les mesures les plus simples incluent les tolérances de surfaces linéaires ou cylindriques. Dans la majorité des cas, celles-ci sont mesurées par le machiniste utilisant un micromètre ou une jauge simple juste après avoir fini l'usinage. Alors, quel est l'intérêt d'utiliser la MMT si un outil plus simple peut être utilisé avec succès pour ce genre de travail ?

La réponse est l'automatisation de tous les processus. Tous les concepts d'industrie moderne, y compris l'Industrie 4.0 futuriste, incluent un haut degré d'automatisation des processus de fabrication où même les mouvements et tâches supplémentaires sont faits sans le machiniste. Un bon exemple d'une telle tâche est le contrôle qualité. Vous pouvez programmer la MMT pour effectuer des actions identiques sur n'importe quel nombre de pièces dans un lot. Cependant, vous aurez besoin d'un dispositif de bridage automatisé et d'un robot additionnel pour charger et décharger les pièces avant et après le contrôle.

MMT pour la mesure de surfaces complexes

Le but principal des machines à mesurer tridimensionnelles est de mesurer les surfaces complexes. C'est pourquoi quand elles sont utilisées pour de telles pièces que pales de turbine, ailes d'avion, roues de pompe et autres composants aux surfaces inhabituelles, la MMT travaille à son plein potentiel. L'automatisation de tels travaux est possible aussi si vous fabriquez un grand lot de pièces identiques et qu'elles sont si précises que vous devez en vérifier chacune. Cependant, dans la majorité des cas, de telles pièces sont mesurées manuellement par le machiniste.

Pour mesurer une surface complexe, le machiniste déplacera la palpeuse le long des trois axes manuellement avec une télécommande jusqu'à ce que la palpeuse touche la pièce où le machiniste en a besoin. Ensuite, après beaucoup de mesures, les points sont analysés et les profils de la pièce sont connectés comme des splines. Puis, les mesures sont comparées à un modèle 3D de la pièce (incluant les déviations acceptables) ou à d'autres données où les tailles requises sont montrées.

MMT pour les relations et déviations de forme

La majorité des pièces de haute qualité ne sont pas seulement caractérisées par l'erreur de leurs dimensions mais par la précision de leurs formes de surface et leur position par rapport aux autres. Ces déviations sont particulièrement importantes pour les pièces tournantes pour diminuer les vibrations et assurer la fluidité du mouvement. La mesure MMT pour de telles déviations n'est pas trop différente de la mesure de surfaces complexes. Toutes les déviations de forme et de relation ont une surface de base à laquelle elles sont comparées. Donc, pour atteindre les exigences de précision, il faudrait brider la pièce sur la surface de base et mesurer celle requise. Si nous parlons de la relation entre deux surfaces, il suffit de concevoir le dispositif pour brider la première surface et mesurer la seconde.

Mesure de finition de surface par MMT

Un profilomètre est l'instrument le plus répandu pour mesurer la finition de surface. Cependant, les machines MMT peuvent aussi mesurer les finitions de surface des pièces grâce à leur précision exceptionnelle. Cependant, il faudrait changer la palpeuse pour une aiguille spéciale. L'aiguille se déplacera alors le long d'une surface et déterminera toute sorte d'irrégularité microscopique dont la finition de surface est formée.

Comment WayKen peut vous aider

Chez WayKen, nous exploitons un système de qualité certifié selon les normes ISO 9001:2015. Si vous voulez obtenir des pièces usinées avec des tailles et formes plus précises, n'hésitez pas à nous contacter à l'avance pour discuter de vos exigences de mesure de pièces. Pour en savoir plus, vous pouvez télécharger des fichiers CAO et demander un devis ici.