Instruments usuels en métrologie des longueurs
Instruments usuels de mesure de longueur

Les instruments usuels de mesure de longueur sont par définition des instruments d’usage courant, ne nécessitant ni une formation trop longue ni un haut niveau de connnaissance, et donc utilisant des principes de mesure simples. Les instruments dits usuels d’aujourd’hui sont généralement des instruments qui étaient déjà utilisés dans le courant du siècle dernier, voire avant pour le pied à coulisse ou le micromètre, dont les premiers instruments datent de la fin du XVIII ^e siècle. Le principe du vernier consiste à placer une réglette gravée, proche de la règle, le plus souvent sur une partie biseautée au‐dessus de celle‐ci. Le vernier le plus courant est le vernier au 1/50 mm, la règle est gravée tous les millimètres et le vernier est constitué de 50 traits sur 49 mm ; pour le vernier au 1/20 mm, il comporte 20 traits sur 19 mm, et enfin pour le vernier au 1/10 mm (qui n’est pratiquement plus utilisé aujourd’hui), il comporte 10 traits sur 9 mm.

Le micromètre, souvent encore appelé palmer du nom de son inventeur J.L. Palmer en 1848, est constitué d’une vis de précision, la lecture étant effectuée à l’aide d’un tambour gradué pour les instruments au 1/100 mm et parfois à l’aide d’un vernier pour les instruments au 1/1 000 mm.

Les comparateurs ont permis la mise au point de toute une métrologie. Il est vrai que toute mesure est une comparaison, mais les habitudes sont telles que l’appellation comparaison est plus réservée aux méthodes de mesure dans lesquelles la pièce à mesurer est « comparée » à un étalon de même nature, c’est‐à‐dire même forme de surface et dimension proche de la dimension de la pièce. Cette dernière affirmation reste valable, dans son principe, pour les comparateurs à faible course, pour lesquels le principe de la mesure (dite méthode de Borda) consiste à régler le comparateur à « zéro » sur l’étalon et à venir mesurer la pièce pour déterminer l’écart par rapport à l’étalon. Pour les comparateurs ayant une course de mesure de plusieurs millimètres, par exemple le comparateur le plus courant ayant une course de 10 mm, celui‐ci ne mesure donc pas un petit écart et constitue ainsi un mesureur de déplacement ; c’est pour cette raison que, pour ces instruments, l’appellation comparateur est parfois controversée.

Le développement de l’électronique a permis l’essor de nouveaux instruments, les capteurs électroniques de déplacements ou les interféromètres à comptage de franges. Mais les instruments usuels ont aussi évolué avec ces technologies, en particulier avec la génération des instruments dits à affichage numérique. Parmi les instruments usuels, tous ont aujourd’hui un type à affichage numérique. Les principes utilisés pour ces instruments sont de deux types. Les dispositifs les plus couramment utilisés sont du type capacitif (voir schéma). Le détecteur capacitif est solidaire de la règle pour les instruments à coulisseau (pied à coulisse et jauge de profondeur à coulisseau), le lecteur avec son électronique étant intégré dans le coulisseau ; pour certains comparateurs à affichage numérique, le même dispositif (détecteur et lecteur linéaire) est utilisé pour les instruments à vis, micromètre d’extérieur, jauge de profondeur à vis, jauge micrométrique ou alésomètre, le détecteur capacitif utilise le même principe mais est de forme circulaire. L’autre type est utilisé principalement pour des comparateurs à affichage numérique ayant des résolutions de 1 µm, voire 0,1 µm ; il utilise une règle incrémentale avec un pas le plus souvent de 40 µm (schéma ci‐dessous). Ce principe est plus souvent utilisé pour la mesure de déplacement des machines‐outils, des machines à mesurer tridimensionnelles ou des bancs de mesure universels. Son application pour les comparateurs, ou plutôt pour les mesureurs de déplacement à affichage numérique, ouvre une voie nouvelle à la métrologie par comparaison, l’utilisation de comparateur à très faible résolution : 1 µm et même 0,1 µm sur des courses mesurantes de 30 mm, 60 mm et même 100 mm.

Ces instruments usuels à affichage numérique facilitent la lecture des mesures, mais leur principal intérêt est la possibilité de transmission des mesures vers un ordinateur pour traitements des résultats. Pour les comparateurs à affichage numérique, outre la possibilité de transmission des données, l’intérêt d’une faible résolution avec une grande course permet une utilisation plus universelle et évite la rigueur du principe de Borda, pièce et étalon de dimension proche. En effet, ces instruments, sur des multicotes ou outillages de contrôle spécifiques, évitent l’utilisation d’un étalon de forme complexe ; souvent une cale, un tampon ou une bague seront utilisés au moindre coût et avec des incertitudes de mesure plus faibles, compte tenu de la faible résolution du comparateur et d’une meilleure connaissance de l’étalon.

Avant de voir en détail la présentation de ces instruments, analysons leur place dans l’industrie, la normalisation, les causes d’incertitude et donnons un guide de choix.