Fabrication de précision : Le rôle critique de la métrologie pour garantir la qualité et la conformité

Dans de nombreuses industries manufacturières, la rapidité de livraison des pièces finies est primordiale. Mais une pièce mise au rebut n'est pas une pièce finie. La précision et la qualité des pièces fabriquées selon des spécifications industrielles ou basées sur la conformité est tout aussi importante. Nous parlons à des experts en métrologie pour mieux comprendre comment la technologie est utilisée pour garantir la qualité — et quand.

Que se passe-t-il dans la métrologie d'aujourd'hui ? Alors que les spécifications des pièces deviennent de plus en plus précises, la mesure de la précision et de la qualité de ces pièces l'est aussi. Par exemple, dans l'industrie automobile, de nombreuses pièces subissent fréquemment des changements d'année-modèle avec une grande diversité de pièces. Chaque fois que les spécifications d'une pièce changent, même légèrement, cela signifie de nouvelles données CAO, de nouveaux moules ou matrices, le potentiel de nouveaux outils et des changements dans les mesures.

Du palpage et de la mesure en temps réel en cours de processus aux fonctions de mesure intelligentes faciles à utiliser intégrées directement dans les commandes, la métrologie d'aujourd'hui aide les entreprises à réduire les rebuts et à devenir plus précises plus tôt dans le processus de fabrication de pièces. Des machines d'inspection plus sophistiquées se rapprochent de la rectifieuse CNC, là où se déroule le processus de fabrication d'outils.

L'évolution de la métrologie dans la fabrication

Comme tout dans la fabrication de haute production, la métrologie a évolué pour s'adapter aux temps. La tendance va vers des jauges plus précises en atelier, simples à utiliser et fournissant des informations très précises.

« Les tolérances deviennent de plus en plus serrées, et les opérateurs d'aujourd'hui sont amenés à faire des mesures assez précises en atelier », dit George Schuetz, directeur des jauges de précision chez Mahr, qui est chez Mahr depuis 42 ans. « Avant, on envoyait les pièces dans une zone d'inspection centrale, mais maintenant, souvent, l'opérateur de la grande machine CNC est aussi demandé d'être la personne de contrôle qualité. »

Certaines entreprises peuvent encore utiliser des laboratoires pour l'inspection qualité, mais les travailleurs peuvent s'attendre à attendre pour connaître la qualité de leurs pièces dans une file d'attente. Et quand le temps c'est de l'argent, les directeurs d'usine cherchent des moyens de déplacer les contrôles qualité et les corrections de fabrication en amont. Ce n'est pas pour dire que les laboratoires ne sont pas utilisés du tout — mais que la pression de production est une réalité.

D'un point de vue de fabrication allégée, la métrologie est l'un des domaines qui embrasse le plus l'Industrie 4.0 et l'internet industriel des objets. La technologie utilisée dans la métrologie d'aujourd'hui a évolué tant dans les domaines « en cours de processus » que « post-processus ».

La métrologie post-processus se fait soit manuellement, soit par des techniques automatisées — en utilisant une variété d'outils portatifs centrés sur l'opérateur après la fabrication de quelques pièces. La métrologie en cours de processus se passe à l'intérieur des machines en utilisant des bras robotisés avec palpeurs, des capteurs de capture de données et des mesures de correction automatisées — en utilisant des logiciels et de la programmation en réseau. La métrologie en cours de processus la plus avancée a la capacité de corriger la trajectoire en temps réel.

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Au-delà du temps de cycle pour réduire, éviter ou éliminer les rebuts

Peu importe la technologie utilisée — ou si elle fait officiellement partie de la dénomination Industrie 4.0 — les porte-parole de la métrologie interrogés s'accordent sur ceci : Le rebut est l'ennemi. Les cadences de production sont toujours poussées au maximum — surtout dans l'aérospatiale, l'automobile, le pétrole et le gaz et d'autres industries. Mais les mauvaises pièces ajoutent du temps et retardent la livraison. Découvrir quand on a de mauvaises pièces est la clé pour maintenir la production en marche — même si cela ajoute un peu plus de temps en cours de processus.

« Des résultats mesurés à la surveillance de processus et au réseau sur le terrain, toute cette information doit être compilée en une seule — c'est crucial », dit Patrick Harkness, vice-président des ventes de produits distribués chez Mitutoyo America. « Des petits outils à main aux centres d'usinage aux machines à mesurer tridimensionnelles aux systèmes de vision, il y a un moyen d'intégrer votre gestion de données pour créer une usine intelligente qui réduit les coûts et la main-d'œuvre et garantit que vous avez des pièces précises avec peu ou pas de rebut. »

Lilian Barraud, présidente chez Blum-Novotest, un fabricant de tests, a dit à Advanced Manufacturing ce qui se passe dans l'industrie automobile :

« [A]uparavant, ils ne parlaient que de temps de cycle et de production … Ils sont maintenant prêts à accepter une légère augmentation du temps de cycle pour inclure l'inspection en cours de processus car c'est le moyen le plus efficace et intelligent de garantir que toutes les pièces sont produites ou fabriquées dans les tolérances, évitant le rebut, le recyclage du rebut… »

Harkness, qui est chez Mitutoyo depuis près de 20 ans et a commencé sa carrière comme ingénieur concepteur, explique comment une usine intelligente et connectée avec la métrologie comme centre de données majeur peut aider un fabricant à devenir prédictif. Les bonnes données peuvent vous dire combien de cycles vous pouvez faire des pièces — et quand c'est précisément le bon moment pour faire un ajustement avant que le rebut ne soit susceptible de se produire.

« Quand vous obtenez de vraies mesures sortant d'un outil numérique, ces lectures au fil du temps peuvent aider à dicter les changements de contrôle de processus », dit Harkness. « Avec la bonne analyse statistique que la métrologie fournit, vous pouvez savoir quand aller faire un changement d'outil — et éviter le rebut complètement. »

Types courants de jauges de précision en métrologie

Quelle est la meilleure jauge pour la production au niveau opérateur ? Cela dépendra des conditions. Il y a des milliers de façons de mesurer un trou, mais les ingénieurs de processus et les opérateurs de machine devront comprendre les bonnes questions à poser avant de choisir le bon outil métrologique.

Quelle est la tolérance et où est-elle ? Quel est le volume ? Est-ce sur la même machine à chaque fois ? Quelles sont les conditions dans la machine et au sol ? Quelle est la température ?

Au-delà de comprendre si une pièce est précise et de la bonne qualité, il faut aussi considérer la finition de surface — surtout dans les pièces automobiles, explique Schuetz. Le trou supportera-t-il du poids ? Y aura-t-il des pièces mobiles à l'intérieur ? Y aura-t-il du fluide ou de l'huile qui passera à travers ? Peut-être a-t-il besoin d'être super lisse.

Voici quatre types courants de jauges de précision, du simple au plus complexe et axé sur les données.

Go, No-Go (Bon, Non-bon)

Les anneaux « Go, No-Go » sont utilisés depuis longtemps, dit Schuetz, mais ils n'évaluent pas la qualité. « Ce sont des trous rectifiés de précision qui, si une pièce passe à travers, vous savez que cette pièce est bonne, mais c'est juste un morceau d'acier », dit-il. Il n'y a rien qui dise au machiniste la qualité de la pièce, juste que la taille est correcte.

Pieds à coulisse, Micromètres

Si vous voulez un peu plus d'information que cela sur une plus grande variété de pièces, les opérateurs ont tendance à utiliser des pieds à coulisse et des micromètres. Ici, Schuetz dit que ces types d'outils à main donnent une certaine polyvalence ; ils ont tendance à être très influencés par l'opérateur car il faut les tenir correctement et s'assurer qu'on ne serre pas la pièce trop fort.

« Ce sont donc de bons outils polyvalents, et ils sont très précieux. Ils sont excellents pour le machiniste, mais il y a certaines tolérances aujourd'hui qui peut-être ne sont pas assez bonnes pour faire la mesure requise », dit Schuetz.

Jauges variables

Ce sont de petites jauges d'établi qui peuvent être réglées pour mesurer un « DI » (diamètre intérieur) ou « DE » (diamètre extérieur). « Elles ont un étalon auquel vous pouvez les régler et elles ont un indicateur, et donc vous réglez cette jauge pour mesurer une dimension spécifique », dit Schuetz. « Maintenant, cette jauge est beaucoup plus rapide qu'un micromètre car elle est déjà réglée sur cette taille. Elle a une assez bonne résolution, et elle peut avoir un indicateur numérique. L'avantage avec les jauges variables est la capacité de commencer à faire du contrôle statistique de processus, ou « SPC », car vous obtenez une lecture de données.

« Une fois que vous l'avez, vous savez à quel point la pièce est bonne ou mauvaise. Et donc c'est une autre étape donnant à l'opérateur la capacité de mesurer », dit Schuetz. « Vous pouvez utiliser ces données sur une moyenne mobile pour vous dire ce que la machine produit afin de voir les tendances des pièces. … Si vous commencez à enregistrer l'information de mesure, vous pouvez alors commencer à prendre des décisions intelligentes. »

Jauges variables fixes

Elles sont conçues pour mesurer des dimensions spécifiques — et éliminent essentiellement l'opportunité d'influence de l'opérateur.

« Prenez l'automobile, par exemple. Vous pourriez avoir une pièce de pompe à eau qui a des trous très précis, qui sont fabriqués par millions … Cela peut leur donner une très bonne lecture », dit Schuetz. « Donc c'est pratiquement un moyen infaillible de faire des mesures de qualité laboratoire très précises directement en atelier. »

Un changement majeur que les métrologues soulignent : les outils sans fil. Beaucoup des dernières jauges et outils portatifs ont coupé le cordon — ce qui aide à gagner du temps et de l'effort pour les opérateurs sans sacrifier la fonctionnalité.

Comment votre atelier évalue-t-il la qualité et la précision des pièces ? Quels sont vos dispositifs de métrologie préférés ou les moins aimés et pourquoi ? Partagez dans le forum. [inscription requise]