Élever la métrologie en atelier : Services walk-up pour inspection précise des pièces

Il y a de nombreux moments où un machiniste, tout en usinant quelques pièces ou se préparant pour une première série, a besoin de vérifier quelques pièces ou quelques caractéristiques critiques. Les surfaces doivent être vérifiées ponctuellement, la rondeur ou la concentricité confirmées. Parfois un jauge à main fonctionnera, mais avec des pièces de plus en plus complexes et des plannings de plus en plus serrés, des machines plus performantes sont souvent nécessaires.

« Il peut y avoir un outilleur qui rectifie une fraise ou fait un outil de forme spécial qui veut juste mesurer un rayon », a dit Mark Arenal, directeur général de Starrett Kinemetric Engineering (Laguna Hills, CA). Dans ce cas, il a besoin d'un instrument de métrologie walk-up qui est à la fois adaptable et capable d'exécuter une large gamme de mesures. « Beaucoup des instruments que nous fabriquons fonctionnent bien pour la "métrologie walk-up" sur le shop floor », a-t-il dit. De bons exemples sont les lignes AVR et MVR de systèmes de vision 2D de Starrett. Ceux-ci vont du manuel au CNC complet. L'outilleur peut walk-up, placer sa pièce sur l'unité sur la platine, 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 dit.

La clé du concept, surtout pour les machines CNC, est 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 littéralement toucher la caractéristique que vous voyez à l'écran et la mesurer », a-t-il expliqué.

Cependant, pour être vraiment rentable, la machine doit aussi être adaptable pour la production de volume plus élevé. « Par exemple, vous pouvez avoir un inspecteur qui veut faire une inspection de 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 et le formatage de rapport nécessaires. Une fois fait, l'utilisateur peut sauvegarder le programme de pièce et mesurer ensuite le reste du lot de pièces », a-t-il dit. « Cet équipement sera plus précieux pour une entreprise si [il peut accueillir] plusieurs utilisateurs et leurs travaux peuvent être inspectés. »

Un dispositif particulièrement productif de Starrett, selon Arenal, est le HVR100-FLIP, sorti en 2017. Ce système de mesure visuelle de table peut être utilisé en orientation verticale ou horizontale, et présente une vidéo numérique haute résolution et une optique de précision pour des mesures de champ de vision précises jusqu'à 90 mm, selon l'entreprise.

Facilité et précision

Une autre raison convaincante derrière l'utilisation des systèmes de vision et multi-vision est expliquée par David Wick, responsable, gestion de produit pour Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN). « Les gens qui veulent la métrologie walk-up ne cherchent pas généralement le dernier dixième de micron », a-t-il dit. La facilité d'utilisation 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 dit. Il a noté que la métrologie walk-up nécessite un système qui peut reconnaître des caractéristiques communes comme les cercles, rayons et rainures. « Donc, vous pourriez cliquer sur le bouton, établir rapidement une mesure, taper une dimension et une tolérance, et c'est parti », a-t-il dit. Il a convenu que les systèmes de vision, comme la ligne Zeiss O-Select, sont idéaux pour la métrologie walk-up. Les systèmes de vision Zeiss incluent une suite logicielle complète capable d'identifier les caractéristiques communes et de créer des programmes de pièces.

La cohérence est aussi importante. « Vous voulez que la machine donne de bonnes mesures peu importe qui l'a touchée », a dit Wick. Cela signifie, à son avis, l'adhérence aux normes ISO et la capacité de capturer les mesures de routine dans un programme de pièce. « L'O-Select est calibré selon la norme ISO 10360-7 », a-t-il expliqué. « Il met au point automatiquement, illumine, et peut gérer plusieurs copies de la même pièce », a-t-il dit. La réutilisabilité est aussi importante. « Disons qu'hier vous avez construit un programme rapide pour mesurer cinq dimensions sur un nouvel objet 2D plat, et aujourd'hui vous arrivez avec six prototypes. Mettez-les sur la machine, appuyez sur un bouton et la machine mesurera tous les six, l'un après l'autre », a-t-il expliqué. « Nous voyons cela souvent. »

Tim Moriarty, VP senior pour QVI (Rochester, NY), a convenu que les nouveaux systèmes vidéo sont plus faciles à utiliser. Il a noté que pour l'utilisation en atelier, ils sont en concurrence avec les outils à main, comme les micromètres ou même des outils plus avancés comme les 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 littéralement walk-up, poser la pièce dans n'importe quelle position sans fixation, appuyer sur un bouton et obtenir instantanément une série de mesures sur la pièce — même un premier article ou une pièce en cours de processus », a-t-il dit.

Moriarty a convenu avec les autres interviewés pour cet article que cette facilité d'utilisation mène à un transfert de données facile pour le contrôle de processus et la tenue de registres. L'avantage des systèmes vidéo faciles à utiliser est qu'ils sont intrinsèquement précis et rapides comparés aux autres dispositifs walk-up. « Nous essayons d'améliorer l'expérience de prendre un pied à coulisse ou de mettre la pièce sur un comparateur », a-t-il dit, en fournissant des mesures à la fois plus rapides et plus précises. Il a noté que les systèmes de mesure vidéo, comme la série QVI Snap, livrent facilement une précision de 0,0001–0,0002″ (0,00254–0,00508 mm).

« Notre nouvelle gamme de machines de mesure vidéo Snap grand champ de vision (LFOV) répond à cette demande », a-t-il dit. Les Snap présentent un FOV de 100 mm, extraction de caractéristiques, identification automatique des pièces, et une précision meilleure que 0,0001″, selon l'entreprise. Les modèles vont du Snap100 de table avec un FOV de 100 mm de diamètre et pas de platine mobile au grand capacité Snap 350 avec plus de 350 × 350 mm de plage de mesure.

La troisième dimension

Il y a des moments où une mesure plus complète dans la troisième dimension est souhaitable ou requise, même dans les scénarios de métrologie walk-up. Pour cela, Moriarty pointe vers le QVI Fusion 400 de l'entreprise, un système de mesure multisenseur LFOV qui automatise la mesure 3D. Il a un volume de mesure de 350 × 250 × 250 mm et est capable multisenseur avec mesure vidéo et sondes de déclenchement et de balayage disponibles. Il inclut un laser interférométrique TTL TeleStar Plus.

Alors que les systèmes de vision sont idéaux pour deux dimensions et les systèmes multisenseurs basés sur la vision sont idéaux pour deux dimensions et demie, parfois la mesure en 3D complet est nécessaire. « C'est là que les scanners à lumière bleue sont idéaux pour ce concept de métrologie walk-up », a dit Wick. Zeiss offre sa ligne Comet de scanners 3D basés sur la technologie de lumière bleue. « Vous pouvez mettre votre pièce ou pièce 3D sur sa table rotative, appuyer sur un bouton sur un ordinateur portable et il fera tourner la table rotative, scanner la pièce, et créer un modèle 3D de celle-ci », a-t-il dit. La mesure de dimensions et tolérances critiques nécessite un modèle CAO disponible. Cependant, s'il y en a un disponible, cela peut être l'ultime en concept de métrologie walk-up.

« Nous voyons une tendance claire avec les opérateurs qui doivent inspecter plus près du point de production, avec les ingénieurs de production et opérateurs devant faire de bonnes mesures à des étapes intermédiaires dans le processus de production », a dit Dan Brown, directeur, gestion de produit pour Creaform Inc. (Lévis, CA). Il a fortement convenu que la capture de mesures 3D nécessite un dispositif 3D, comme les dispositifs Creaform HandyScan 3D, HandyProbe et MetraScan 3D. Il a noté qu'il y a une grande demande pour les mesures de métrologie 3D dans la plage de 25–75 µm, la plage de précision idéale de ces dispositifs.

« Les pieds à coulisse sont très bons, mais ne sont pas suffisants pour mesurer rapidement des pièces complexes en 3D », a-t-il dit. Les MMT sont précises, mais nécessitent un programme de pièce — généralement — et une expertise considérable pour opérer adéquatement. Cela fait la facilité d'utilisation et la portabilité typiques des scanners idéales dans les applications où une précision moyenne est requise. La vitesse fournit sa propre facilité d'utilisation. Les scanners optiques 3D, y compris les scanners à lumière bleue comme ceux de Creaform (et d'autres), collectent généralement des taux de données élevés, de 100 000 à 1 million de points par seconde — beaucoup plus vite qu'une MMT typique et fournissant l'utilité walk-up.

Un autre point clé, comme il le voit, est la portabilité. « Certains de nos clients ont un endroit désigné pour utiliser le scanner, où ils apportent la pièce à lui », a-t-il dit. « Mais ils apportent parfois le dispositif au point d'utilisation. » C'est en un sens la métrologie walk-up à l'envers. L'avantage de garder le dispositif dans un emplacement central est qu'il est dans un environnement contrôlé. L'avantage de pouvoir le déplacer est la flexibilité.

Brown a pointé un autre problème universel que la métrologie walk-up a en commun avec la métrologie en général — l'interaction entre les exigences de formation et la technologie qui est facile à utiliser et comprendre. « Je diviserais toute opération de métrologie en deux parties, mesure et inspection », a-t-il expliqué. La mesure est de prendre des points 3D et de les mettre dans un ordinateur. Ce dont vous avez besoin, c'est un logiciel d'inspection pour extraire l'information vers les caractéristiques que vous voulez mesurer. Son point est que dans toute opération de fabrication, vous avez besoin de gens formés dans les deux aspects mesure et inspection. Encore mieux sont les systèmes et logiciels de mesure et d'inspection qui sont également faciles à utiliser. « Les métrologues formés sont difficiles à trouver », a-t-il déclaré, expliquant l'accent de Creaform sur le développement de logiciels d'inspection et d'équipements de mesure faciles à utiliser.

Un autre dispositif qui fournit des mesures 3D est la série XM MMT portative 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 walk-up et obtenir des réponses rapides », a dit Steve Chirichella, directeur des ventes produits régional pour Keyence. L'entreprise le présente comme une MMT portable. Une caméra capture la lumière proche infrarouge émise depuis 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 quoi que ce soit d'autre qui s'use, rendant la machine durable et éliminant le besoin de maintenance et recalibrage. » Les pièces sont placées sur une platine mobile. Il doit être noté que le système est conçu pour des pièces dans la gamme de 3 × 2 × 1′ (0,9144 × 0,6096 × 0,3048 m).

Bien qu'il ne nécessite pas de programmes de pièce spécifiques pour faire des mesures, le dispositif peut capturer des programmes en utilisant la réalité augmentée. Il inclut une petite caméra à la pointe de la sonde qui peut afficher non seulement l'apparence externe de la cible mais aussi une description de la mesure et la valeur mesurée. Le logiciel inclut la capacité de produire des rapports avec les photos accompagnantes prises de la caméra de pointe de sonde. Pour chaque point de mesure, le dispositif 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 mettent le dispositif XM sur un chariot au lieu d'un emplacement central, apportant le dispositif au lieu de travail », a-t-il dit. C'est particulièrement utile dans les ateliers de machines produisant des pièces complexes en petits volumes avec un mélange élevé.

Concepts alternatifs

Chirichella a aussi noté que le système de mesure vidéo Keyence IM pourrait aussi s'inscrire dans le concept walk-up. Le système est conçu pour remplacer le comparateur optique ou amener le comparateur optique au 21e siècle, a-t-il dit. Contrairement aux autres dispositifs présentés comme walk-up capable, la série IM nécessite que le programme de pièce soit écrit pour elle. « La machine est construite pour la vitesse et une simplicité presque douloureuse », a-t-il expliqué. Il y a aussi une fonctionnalité appelée « mesure automatique » où les opérateurs placent la pièce sur la platine, dessinent une boîte, et elle mesure tout ce qui correspond plus aisément au paradigme walk-up. Chirichella a raconté qu'une entreprise utilise son laboratoire qualité pour écrire des programmes pour six ou sept machines dispersées dans l'usine, permettant aux utilisateurs un accès rapide à des programmes de pièce validés.

D'autres dispositifs éprouvés, comme la MMT manuelle, s'inscrivent aussi dans le concept de métrologie walk-up, selon Gene Hancz, spécialiste produit pour MMT chez Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL). Il a convenu que la tendance est de s'éloigner de la dépendance exclusive aux départements d'inspection et plus vers rendre les dispositifs de métrologie accessibles pour vérifier leur propre travail. Il a noté que la majorité des ventes de MMT aujourd'hui sont à commande CNC, où la MMT manuelle fournit de la valeur pour des mesures simples, à dimension unique. « Les MMT manuelles peuvent être utilisées de deux façons », a-t-il expliqué. « L'une est où les programmes de pièce sont utilisés pour des vérifications très spécifiques qui sont utilisées assez souvent. L'autre est où il n'y a pas de programme du tout, avec quelqu'un qui vient faire une vérification unique, ou à deux ou trois dimensions, et ils configurent les choses manuellement. » Cela correspond à la définition même de la métrologie walk-up.

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 dit qu'elle est idéale pour les tâches quotidiennes, comme régler une machine-outil pour vérifier une pièce initiale.

Enfin, les outils les plus simples ne devraient pas être ignorés dans le contexte de la métrologie walk-up. « Les pieds à colonne et les tables de référence sont les articles les plus courants dans l'atelier », a dit Mike Creney, vice-président des ventes pour Mitutoyo. « La plupart ne nécessitent pas d'électricité ou d'air et avec des compétences mathématiques décentes, n'importe qui peut mesurer, examiner et évaluer une pièce pour l'acceptation de tolérance. L'ancienne méthode fonctionne encore avec les pieds à colonne, indicateurs de test et c'est encore le moins cher. » 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 haute vitesse, et le micromètre MDH avec une résolution de 0,0001 mm. « Cela apporte la meilleure résolution du monde au shop floor », a-t-il déclaré.

Creney a aussi pointé d'autres dispositifs éprouvés, dont beaucoup sont fournis par Mitutoyo, comme les projecteurs de profil et les dispositifs de rugosité de surface, bien qu'ils nécessitent des connaissances supplémentaires pour opérer. Un dispositif CNC automatisé ne devrait pas être entièrement exclu dans un scénario walk-up. « Une façon typique est d'utiliser un système CNC avec un gabarit ou fixation rapide monté sur le dispositif de mesure », a dit Creney. « Si vous utilisez plusieurs tours, vous pouvez avoir un système de rondeur dans un emplacement central. Dans l'étape de surveillance, vous pouvez avoir un montage de fixation dédié pour centrer la pièce et simplement placer la pièce cylindrique dans la fixation, serrer à la main et appuyer sur un bouton. En quelques minutes, vous pouvez évaluer la rondeur et le décalage ou modifier la configuration des tours. »

Précédemment présenté sur AdvancedManufacturing.org.