Autonomiser les machinistes : inspection de surface en cours de processus pour une qualité produit supérieure

Alors que les tolérances de pièces se resserrent, la forme et la finition de surface ont une influence plus grande sur la taille et la fonction du produit. Et avec les pressions sur la fabrication pour être plus productive, il n'est plus viable que les contrôles de surface ou de forme soient effectués sur un système de mesure dans une salle de métrologie. Il devient 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 pour faire fonctionner la machine, il ou elle n'est pas nécessairement un expert pour faire des mesures de finition de surface (ainsi que les tâches connexes comme la collecte et la documentation des données).

Nous avons fait du chemin depuis le passé pas si lointain où la finition de surface était « mesurée » par jugement ou comparée à un standard avec un ongle. Depuis l'invention de la métrologie de rugosité, le nombre de standards internationaux et de paramètres de surface internationalement reconnus a augmenté exponentiellement. Cela rend particulièrement difficile pour les nouveaux employés (ou même les expérimentés) en salle de métrologie ou sur le plancher de production de saisir les détails et les subtilités de la métrologie de surface.

Rugosimètres portables

Ainsi, les fabricants ont besoin d'outils pour opérateurs qui répondent aux exigences de test et sont simples à utiliser. Par exemple, Ra (Rugosité Moyenne) est la méthode de référence pour analyser la finition de surface pour de nombreuses applications. Les rugosimètres de poche portables sont idéaux pour ces mesures de base. Avec leur petite taille, robustesse et opération simple à un bouton, les fabricants les utilisent avec succès pour les mesures de rugosité sur le plancher d'atelier depuis plus de 25 ans.

Mais Ra n'est pas le seul jeu en ville. Comment une surface est conçue ou fabriquée affecte souvent comment elle performera. La surface a-t-elle besoin de micro-rainures pour retenir l'huile, ou juste assez de rugosité pour assurer que la peinture tiendra ? La finition affecte-t-elle l'apparence de la surface ? Il y a des paramètres de finition de surface disponibles pour mesurer chacune de ces caractéristiques. Et il y a des rugosimètres portables qui peuvent les mesurer. En fait, certains rugosimètres portables plus récents 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 une taille de main. Donc l'utilisabilité devient un problème : bien que mesurer plusieurs paramètres puisse être aussi simple qu'appuyer sur un seul bouton, configurer ces paramètres peut être intimidant pour un opérateur. Les fabricants de rugosimètres ont essayé de rester en avance sur cette complexité en améliorant l'interface entre le rugosimètre et l'opérateur.

Nouveaux rugosimètres portables : Les derniers rugosimètres portables font interface avec l'utilisateur comme un smartphone. Ils nécessitent très peu de formation et peuvent être utilisés par l'opérateur en quelques minutes. Les unités sont assez intelligentes pour automatiser le réglage du filtre et la sélection de la coupure, fournissant les meilleurs résultats pour l'utilisateur. Aussi, les utilisateurs peuvent personnaliser l'écran et les mesures pour qu'ils ne voient que les résultats dont ils ont besoin sans avoir à trier beaucoup d'informations inutiles. Pour un accès rapide aux fonctions couramment utilisées, l'affichage peut être personnalisé pour montrer les fonctions « favorites » comme l'envoi de données ou l'accès à des détails de trace spécifiques.

Encore comme un smartphone, l'affichage de l'unité 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.

Donc, maintenant que le machiniste est aussi devenu un inspecteur de finition de surface, il pourrait aussi avoir les outils pour devenir un expert en collecte et analyse de données. Les nouveaux produits portables de finition de surface rendent la collecte ou le transfert des résultats de mesure transparents pour l'utilisateur. À chaque cycle de mesure, les paramètres permettent de sauvegarder automatiquement les résultats de données sur l'appareil à la fois en formats données et PDF. En même temps, les résultats peuvent être envoyés automatiquement via un connecteur de sortie (ou émetteur de données sans fil) vers un ordinateur pour Excel, ou logiciel tiers de collecte de données et analyse SPC. Tout cela est fait avec juste le bouton de démarrage unique et aucune étape ajoutée par l'utilisateur.

Solutions portables de surface personnalisées ou dédiées

Mais même avec toute cette sophistication et facilité d'utilisation, la mesure de finition de surface sur le plancher d'atelier peut encore être problématique. L'opérateur de machine peut ne pas avoir le temps d'aligner étroitement la pièce à la sonde de finition de surface quand la surface à mesurer est très courte. Il ou elle peut ne pas pouvoir aller assez profond dans l'alésage, ou il peut y avoir plusieurs contrôles requis à des emplacements 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 capable de protéger la sonde contre les dommages.

Alésages de cylindres : Prenez la mesure des alésages de cylindres comme exemple. Les alésages de cylindres étaient probablement la première application à avoir du gage dédié conçu pour mesurer la finition de surface. Les caractéristiques incluent des alésages de diverses tailles, qui peuvent être relativement profonds, certains jusqu'à 8 pouces. Les plans peuvent exiger des profondeurs et emplacements spécifiques pour les contrôles, et avec jusqu'à 12 cylindres dans certains blocs et quatre dans la grande majorité des applications à haut volume, il y a beaucoup d'alésages à mesurer. Donc les gages doivent être hautement portables et faciles pour l'opérateur à aligner et régler à la profondeur. Le design doit aussi protéger la sonde sensible pour qu'elle ne soit pas endommagée en amenant le gage à la pièce.

Le gage portable dédié de finition de surface pour alésage de cylindre ressemble beaucoup à un gage tri-bore extensible. Le tri-bore a une certaine quantité d'ajustement de taille, mais peut être réglé à une taille spécifique. Cela lui permet de se « verrouiller » en place et aide à fournir des lectures très répétables sans influence de l'opérateur. Le dispositif indicateur est aussi protégé par un mécanisme de transfert donc il n'y a pas de forces de positionnement appliquées quand le gage est placé sur la pièce.

Le gage de finition de surface pour alésage de cylindre emprunte les mêmes principes. Pour lui donner l'ajustabilité de se verrouiller dans diverses tailles, des plaques interchangeables sont utilisées pour atteindre la bonne plage de mesure pour le diamètre. Le réglage du gage avec le bon jeu de blocs permet une entrée facile dans l'alésage de cylindre, et une fois en place, un vérin à air manuellement contrôlé étend les blocs de dimensionnement pour qu'ils verrouillent le gage en position. La force de serrage est telle qu'un utilisateur peut virtuellement soulever le bloc avec le gage (bien que cela ne devrait être fait que par des haltérophiles sérieux).

Mais le cylindre du gage a une autre fonction encore plus critique. Quand comprimé sans air appliqué, il maintient la sonde sensible de finition de surface en position rétractée. Cela signifie que pendant l'insertion, la sonde est protégée à l'intérieur du corps du gage. Une fois que l'opérateur est satisfait de la position du gage, il applique l'air, verrouille le gage en position, et la sonde s'étend pour qu'il puisse faire le test de surface. Quand c'est fait, l'air est relâché, la sonde se rétracte, et le gage devient libre, permettant un retrait facile par l'utilisateur.

Petits alésages : Certains alésages dans le bloc ne sont pas aussi grands que les alésages de cylindre, mais requièrent aussi la mesure de surface sur le plancher d'atelier. Ici une autre approche peut être prise. Empruntant encore au monde du gageage manuel de précision dimensionnelle, une variante sur le tampon mécanique fixe peut être incorporée. Avec ce type de gage, le corps mécanique du tampon est fait pour mesurer une taille d'alésage spécifique. Ainsi il est rapide, auto-centrant, et il n'y a pas d'influence de l'opérateur.

Le même concept peut être utilisé pour un gage portable de finition de surface. Dans ce cas, un corps de tampon, fait proche de la taille de l'alésage mesuré, incorpore une sonde de finition de surface. Mais contrairement à un tampon mécanique fixe, qui a toujours ses contacts touchant l'alésage, la version finition de surface garde la sonde rétractée jusqu'à ce que le tampon soit en sa position de mesure finale. Ensuite, un mécanisme de transfert mécanique la libère.

D'autres exemples de gages de surface pour pièces automobiles incluent les vilebrequins et arbres à cames, ainsi que les alésages interrompus dans lesquels ils vont. Un contrôle critique de rugosité et d'ondulation inclut la face de joint de culasses et blocs pour assurer un joint sans fuite quand assemblés.

Solutions de surface automatisées

Mais même avec les outils sur mesure les mieux conçus, l'opérateur peut être confronté à devoir mesurer plus de pièces et caractéristiques de pièces que son équipement ne peut gérer. Ainsi, des machines de mesure de surface entièrement automatisées sont disponibles pour retirer l'influence de l'utilisateur de la mesure. Il y a beaucoup d'exemples où l'opérateur bénéficie de ne pas avoir à essayer de faire ces contrôles complexes. Les exemples peuvent aller de grandes pièces — comme un bloc moteur où tous les contrôles de surface peuvent être faits avec une configuration automatisée unique — à l'autre extrême où de petites pièces avec de très petits trous doivent être mesurées. Ce serait difficile sinon impossible pour un utilisateur d'essayer d'aligner la sonde à l'alésage à mesurer.

Du côté des grandes pièces, les systèmes de mesure CNC sont conçus pour la mesure de rugosité sur pièces comme les blocs cylindres et culasses. Le positionnement de la pièce et la séquence de programme est entièrement automatique, contrôlant et pilotant la rotation de la pièce et de l'instrument dans deux directions axiales, fournissant donc une haute flexibilité et accessibilité à tous les points de mesure.

Des sondes multiples sont disponibles et sélectionnées automatiquement quand appelées, chacune utilisant une compensation de pointe de sonde pré-programmée. Cela permet de programmer selon les données du dessin de pièce tandis que les déviations potentielles dans le positionnement réel sont corrigées automatiquement. Le processus de mesure est optimisé en temps, assurant que les résultats sont présentés de la manière la plus efficace et gain de temps.

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 et ensuite essayer d'amener la sonde profondément dans l'alésage pour le contrôle de surface au fond. Et en gagnant cette expérience, il y aurait sûrement un certain nombre de sondes sacrifiées en cours de route.

Un exemple de ceci est la mesure de divers corps de buses d'injection de carburant. Une station de mesure CNC entièrement automatique permet la mesure de contour et rugosité du cône entier du siège de buse, du trou borgne au diamètre de guide. En utilisant une pointe de sonde très petite (0,45 mm hauteur totale), un trou borgne avec diamètre jusqu'à environ 0,6 mm peut être pénétré. La routine logicielle personnalisée permet la mesure entièrement automatique de tout le contour interne de la pièce.

Les dimensions des bras de sonde et du porte-pièce sont stockées dans un système de coordonnées, donc aucun réglage supplémentaire de la station de mesure n'est requis pendant l'opération. En utilisant la « reconnaissance de pièce » et une unité de changement de bras de sonde automatique, le degré d'automatisation peut être conçu à n'importe quelle étendue jusqu'à une exécution complètement indépendante de l'opérateur. Avec l'option « mesure par palette », la mesure de plusieurs pièces identiques peut être effectuée sans implication de l'opérateur, permettant au système de tourner en lights out overnight pour compléter toute la palette.

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

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

Qu'il s'agisse d'une opération à bouton unique sur un gage portable tenu en main, ou d'un bouton de démarrage unique sur un gage de surface CNC complet, la mesure de finition de surface avance vers et s'automatise au point de fabrication.

Précédemment publié dans Quality Magazine.