Débloquer le plein potentiel de votre machine à mesurer tridimensionnelle

Depuis plus de 50 ans, les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) ont amélioré la productivité et la qualité de mesure. La puissance des MMT a rendu de nombreuses tâches d'inspection complexes presque triviales. Avec cette capacité de mesure, est-il possible que les opérateurs prennent leurs MMT pour acquises ?

Les MMT sont souvent chères, avec des logiciels sophistiqués et des spécifications de précision compliquées, pourtant de nombreuses MMT sont utilisées avec succès et efficacement au quotidien par des opérateurs, même ceux avec une connaissance limitée de leur MMT. Comme avec beaucoup de technologie moderne, l'utilisation quotidienne des MMT devient plus facile, tandis que le niveau de connaissances nécessaire pour soutenir 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 à cylindre conique qui pouvaient être utilisés pour mesurer rapidement la distance entre les trous en deux dimensions. L'objectif de ces premières MMT était de réduire les heures de temps d'inspection de mise en page à seulement quelques minutes. Bien qu'ayant encore des similitudes avec les MMT originales, la MMT moderne d'aujourd'hui se décline en tant de styles différents que le terme systèmes de mesure tridimensionnelle, pas machines, est utilisé avec plus de fréquence. Les MMT traditionnelles à trois axes sont encore assez populaires, mais les bras articulés, traceurs laser, scanners optiques, rayons X, capteurs de palpage avancés, ainsi que les systèmes de mesure en ligne à haute vitesse et d'autres technologies pour les mesures 3D continuent de croître et de changer le marché traditionnel des MMT.

Calibration de la MMT

La technologie avancée sur la MMT a rendu la compréhension de la précision des mesures MMT compliquée. Quand nous pensons et gérons la qualité de tout processus de mesure, nous nous concentrons souvent sur deux problèmes séparés : l'un 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 fréquemment gérée par une calibration et une vérification appropriées contre les spécifications du fabricant d'origine. La situation est la même pour les MMT, mais la calibration est plus complexe.

La calibration de quelque chose de simple, comme un bloc de jauge, est facile à comprendre. C'est une norme de longueur, et donc, vous calibre la longueur. Pour les pieds à coulisse ou micromètres, qui mesurent des longueurs, vous les calibre pour mesurer des longueurs. Les MMT ont souvent plusieurs axes de mouvement, des capteurs de palpage divers et viennent équipées de logiciels pour mesurer presque n'importe quoi. Contrairement au bloc de jauge ou au pied à coulisse, vous ne pouvez pas calibrer séparément une MMT pour chaque tâche de mesure qu'elle effectue, car ce ne serait pas économiquement pratique. Ce n'est pas non plus très utile de calibrer séparément les composants mécaniques d'une MMT, comme la précision d'un axe de mesure individuel ou l'orthogonalité entre axes, parce que tous les composants travaillent ensemble et leur influence sur les résultats de mesure est compliquée.

Les MMT, au lieu de cela, sont calibrées en effectuant une série de mesures de longueur à travers le volume de mesure de la MMT. Des procédures de test standardisées et bien documentées sont disponibles depuis le milieu des années 1980, la plus récente étant la norme internationale ISO 10360-2:2009, qui a été adoptée aux États-Unis comme 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 implique de faire 105 mesures de longueur différentes à travers le volume de mesure et dans diverses orientations, et puis de comparer les valeurs de test à la spécification déclarée du fabricant. La norme de référence la plus courante utilisée pour la calibration MMT est un jauge à paliers, qui n'est pas sans rappeler une série de blocs de jauge de différentes longueurs. D'autres normes de référence, comme un interféromètre laser qui est populaire pour les grandes MMT, sont aussi permises selon la dernière norme ISO 10360-2.

Une calibration MMT suivant les normes ISO et ASME est une vérification globale du système. Si le test échoue la conformité, alors des ajustements peuvent être nécessaires. Pour compléter les ajustements, des mesures supplémentaires, comme l'orthogonalité entre deux axes, peuvent avoir besoin d'être mesurées et corrigées. Si le test passe, alors l'opérateur de MMT a confiance dans la précision globale générale de la MMT ; cependant, comme les MMT peuvent être utilisées pour tant de tâches différentes, il faut considérer la compréhension des erreurs additionnelles dues à l'utilisation spécifique de la MMT.

Répétabilité de la MMT

Quand on évalue la qualité des processus de mesure, il est assez courant de compléter un type d'étude de répétabilité. Dans de nombreuses industries, cela s'appelle l'étude de répétabilité et reproductibilité de jauge, ou GR&R. Le but de l'étude de répétabilité est de chercher la variation dans le processus de mesure, sur une période de temps relativement courte, ce qui complète l'évaluation à long terme de la calibration 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 à commande manuelle traditionnelle, la compétence de l'opérateur et l'interaction entre l'opérateur et l'équipement de mesure sont importantes, et parfois les sources d'erreur les plus dominantes. Pour les MMT entièrement automatisées, ces sources d'erreur peuvent disparaître.

Pour tout processus de mesure automatisé, la répétabilité peut apparaître assez petite en raison de la conception de l'étude de répétabilité n'étant pas sensible aux vraies sources de variation. Pour les MMT, l'étude devrait inclure l'influence de la calibration des capteurs de palpage (parfois appelée qualification de pointe de sonde) ainsi que considérer 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 la calibration de la MMT. Si on effectue une étude GR&R, la reproductibilité peut être changée de l'étude de différents opérateurs à l'étude de différentes calibrations de pointe de sonde.

Compensation de température

De nombreuses MMT aujourd'hui viennent équipées de systèmes de compensation de température intégrés. Ces systèmes de compensation de température peuvent faire un travail incroyable de compensation et correction des grandes erreurs thermiques associées soit à la MMT, soit à la pièce mesurée n'étant pas à la température de référence standard de 20° C (68° F). Cependant, si un système de compensation de température n'est pas utilisé correctement, ces systèmes peuvent introduire des erreurs extrêmement grandes.

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 va plutôt suivre la pratique de mesure traditionnellement bonne de « trempage » thermique de 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 les équipements de mesure traditionnels sans compensation de température, l'opérateur peut ne pas être conscient que le système de compensation de température travaille encore activement à corriger la MMT, et seulement la MMT, à 20° C, tandis que la pièce n'est pas corrigée. En ignorant l'utilisation des capteurs de pièce, un différentiel de température est créé qui pourrait résulter en des erreurs significativement grandes et inconnues.

Pour les MMT avec compensation de température, la meilleure approche est de placer les capteurs de température de la pièce sur la pièce mesurée. Si cette approche n'est pas commode, alors les capteurs de température pourraient être placés près de la pièce mesurée, par exemple, intégrés dans quelque fixation tenant la pièce. De cette manière, une mesure relativement précise de la température de la pièce peut encore être faite même si les capteurs de température ne sont pas en contact avec la pièce. S'il n'y a pas de plan pour utiliser les capteurs de température de la pièce, alors le système entier devrait être éteint, ce qui ne peut généralement être fait que par un ingénieur de service 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 computationnelles. Le logiciel MMT a des fonctions et boutons basés sur les symboles et significations dans les normes de dimensionnement et tolérance géométrique (GD&T) comme ASME Y14.5. Bien que cela ait introduit beaucoup de débat parmi les experts quant à ce qu'est une méthode de mesure « correcte » (si une telle chose existe même), le problème plus pratique pour les opérateurs de MMT est que différentes méthodes ou approches logicielles peuvent changer significativement les résultats de mesure. Deux MMT différentes, toutes deux opérant dans les spécifications et avec une répétabilité suffisante, peuvent donner des résultats radicalement différents en raison des choix faits par l'opérateur ou dans le logiciel.

Les développeurs de logiciels MMT aimeraient corriger une seule meilleure approche pour mesurer toute tolérance GD&T particulière, et certaines entreprises revendiqueront même que leur logiciel de mesure « conforme à ASME Y14.5 », mais c'est malheureusement impossible et incorrect. Les normes GD&T comme ASME Y14.5 ont des règles pour définir la conception de pièce, pas pour comment mesurer, donc ASME Y14.5 n'est pas une norme pour laquelle une mesure n'a jamais, ou ne jamais, se conformera. En plus, il y a toujours un but derrière pourquoi chaque mesure est faite, et ce but doit être pris en considération quand on détermine la meilleure méthode de mesure. Les développeurs de logiciels MMT doivent fournir une gamme d'outils qui peuvent satisfaire les 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 en mesurant des pièces ou tolérances similaires. La productivité de mesure, les coûts, les risques juridiques et d'autres problèmes doivent être équilibrés de manière appropriée pour trouver la meilleure solution. Une bonne planification de mesure dimensionnelle ne peut pas être négligée, même si le bouton sur la MMT le fait paraître facile. La planification de mesure est probablement le plus grand problème d'implémentation que tous les opérateurs de MMT doivent gérer. Les options matérielles et logicielles dans les MMT d'aujourd'hui sont vastes et puissantes, et les entreprises doivent développer de meilleures pratiques d'exploitation pour s'assurer que tous les risques d'implémentation sont gérés. Un bon guide pour la planification de mesure est la norme américaine, ASME B89.7.2-2014 Planification de mesure dimensionnelle.

L'opération MMT dans le futur sera très différente d'aujourd'hui. Les logiciels MMT avancés sont déjà disponibles qui permettent la génération de programmes de mesure en secondes basés sur des modèles de pièces numériques. Les programmeurs MMT dans le futur n'auront pas à donner beaucoup de pensée sur comment mesurer une pièce spécifique, mais ils auront besoin de comprendre les principes de métrologie et de tolérance pour développer les meilleures pratiques et règles de mesure qui pourront alors être déployées pour toutes les mesures MMT. La technologie MMT continue d'avancer avec des bénéfices croissants en précision améliorée, capacité additionnelle et temps de mesure réduit. Pour les MMT, comme pour toute technologie que nous utilisons, à mesure que les outils deviennent plus avancés, le type et le niveau de support doivent aussi devenir plus avancés.

Précédemment présenté dans Quality Magazine.