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Longueur

Etude des techniques d'étalonnages des machines à mesurer tridimensionnelles, développement de la technique des barres à trous

Introduction

Les Machines à Mesurer Tridimensionnelles (MMT) sont un moyen de mesure largement utilisé dans l'industrie, dans les opérations de contrôle de pièces, mais aussi à des fins d'étalonnage compte tenu de leur niveau d'exactitude croissant.

Leur complexité pose le problème de la traçabilité et de l'évaluation de leurs performances par rapport à des domaines d'application de plus en plus variés et exigeants en terme de démonstration de performance et d'incertitude de mesure.

En effet, une machine à mesurer est composée de 3 axes de mesure (quelquefois 4 avec un plateau tournant) . Dans le cas général, l'ensemble des 3 axes de mesure peut être décrit par 18 fonctions et 3 paramètres qui représentent les erreurs de la machine :

  • 2 rectitudes et une justesse sur chaque axe.
  • 3 rotations par axe.
  • 3 orthogonalités entre les axes.

La plupart des machines ont une correction logicielle qui prend en compte de manière plus ou moins parfaite ces erreurs élémentaires. En effet il apparaît, qu'en fonction des techniques d'évaluation de ces erreurs et des algorithmes de correction employés par les constructeurs, il subsiste des erreurs résiduelles qu'il est nécessaire d'évaluer, soit à des fins de correction complémentaire soit à des fins d'évaluation de conformité et/ou de performance.

Les objectifs du projet de recherche mené au LNE sont de proposer aux utilisateurs de MMT, aux sociétés de maintenance et aux constructeurs, une méthode simple et efficace, leur permettant :

  • de vérifier la conformité d'une machine par rapport à des spécifications
  • et/ou de rendre une machine conforme aux spécifications,
  • et/ou d'évaluer les incertitudes de mesure dans des configurations particulières.

Description de la méthode

Etalon de longueur

Etalon de longueur

Le principe consiste à mesurer un étalon de longueur, matérialisé sous forme d'une barre à trous. Cette barre est préalablement étalonnée par la détermination des distances entre les trous au niveau du plan neutre de la barre.

Cet étalon est ensuite mesuré dans différentes positions dans l'espace de mesure de la machine. A partir de ces mesures, on en déduit les 6 fonctions d'erreurs de chacun des trois axes de mesure et la position relative de ceux-ci. Le nombre de mesures réalisées est supérieur au nombre minimal requis pour cette détermination, ce qui permet de vérifier la cohérence des mesures et d'évaluer la répétabilité de la machine.

Cette méthode présente les avantages suivants par rapport à la plaque à billes :

  • Etalon moins coûteux
  • Plus simple à étalonner, et donc meilleure traçabilité (l'étalonnage d'une plaque à billes est réalisé sur une machine tridimensionnelle)
  • De capacité pouvant aller jusqu'à plusieurs mètres ( 3 ou 4 m) sans report (une plaque à billes de grande dimension est une plaque de 1m au carré)
  • Redondance des mesures : il est possible de vérifier la cohérence des résultats et ainsi de repérer toute anomalie dans le déroulement des opérations (mauvaise position de barre, comportement anormal de la machine, effet de température,…).

Les informations obtenues permettent également d'évaluer le comportement métrologique de la machine (répétabilité, hystérésis).

Phases et avancements du projet

Un logiciel de saisie et de calcul des erreurs a été réalisé.

Cette première étape a permis de démontrer la validité de la méthode. Son application dans des conditions industrielles a permis de démontrer le bien fondé et l'intérêt de cette méthode pour tous les utilisateurs de machine à mesurer.

Les travaux en cours consistent à affiner les méthodes d'estimation des erreurs de la machine ainsi que l'incertitude liée à ces estimations. Enfin la méthode employée impose la traçabilité des mesures ; cette traçabilité ne peut être assurée que par l'étalonnage de la barre au moyen d'un banc d'étalonnage spécifique en cours d'étude.

Contact

Georges Vailleau