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NOTE DE L'ÉDITEUR
La partie 3 de la norme ISO 230 d'août 2007 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 230-3 : Code d'essai des machines-outils - Partie 3: Évaluation des effets thermiques (Révision novembre 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2011 (Décembre 2020).
La norme NF ISO 230-3 d'octobre 2007 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF ISO 230-3 (E60-100-3) : Code d'essai des machines-outils - Partie 3 : évaluation des effets thermiques (Révision janvier 2021)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2101 (Février 2021).
RÉSUMÉ
Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) à coordonnées sont largement utilisées pour le contrôle dimensionnel. Une MMT est constituée d’un système de déplacement mécanique permettant de positionner un système de palpage relativement à l’objet à mesurer et de repérer sa position dans le repère de la MMT. Dans cet article, nous présentons les principales structures des MMT actuelles, ainsi que les systèmes de palpage associés les plus répandus. Les MMT présentent des défauts géométriques qu’ils convient de maîtriser. Nous présentons ainsi la modélisation des défauts géométriques associés aux MMT ainsi que les méthodes d’étalonnage courantes basées sur l’évaluation des 21 défauts en référence à des étalons.
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Lire l’articleABSTRACT
Coordinate Measuring Machines (CMMs) are widely used for dimensional inspection. A CMM consists of a mechanical structure that positions a sensor relative to the object to be measured. In this article, the different types of CMM are presented along with the most common sensors used. CMMs present geometrical errors that must be controlled. The second part of this article is dedicated to geometrical errors. The widely used model of the 21 parametric errors is presented. Special attention is paid to the most classical calibration methods.
Auteur(s)
-
Pierre BOURDET : Professeur émérite à l'école normale supérieure de Cachan
-
Claire LARTIGUE : Professeur à l’université Paris-Sud
INTRODUCTION
Dans le domaine du contrôle dimensionnel macrogéométrique, les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) à coordonnées ont pris leur essor à partir des années 1970. Classiquement, elles sont essentiellement composées d’une structure mécanique permettant de guider un palpeur mécanique qui, au contact d'une surface, déclenche électroniquement la mesure de sa position dans un système de coordonnées cartésiennes. Les MMT permettent ainsi de restituer une « image numérique » des surfaces d'un objet physique au travers d'un ensemble de nuages de points. Le traitement par logiciel des informations ainsi acquises permet de restituer la mesure de caractéristiques géométriques dimensionnelles et tridimensionnelles qui peuvent être conformes aux différentes normes ISO-GPS (spécification géométrique des produits).
Depuis une dizaine d’années, les MMT connaissent une nouvelle évolution technologique liée à l'utilisation de capteurs de mesure optique sans contact toujours plus performants. Il est désormais plus judicieux de parler de « systèmes de mesure 3D », dans lesquels les MMT à coordonnées apportent leur contribution dans une offre technologique très diversifiée où la MMT peut elle-même être remplacée par un système de mesure optique (MMT optique).
Après avoir présenté les principaux critères de choix d’un système de mesure 3D, nous développerons plus spécialement les technologies liées aux MMT à coordonnées en apportant ainsi les bases métrologiques communes aux différents systèmes.
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KEYWORDS
CMM typologies | Sensors | 21 parametric errors | CMM Calibration
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Systèmes de palpage
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4. Maîtrise des défauts géométriques d’une MMT
La maîtrise des défauts géométriques d’une MMT consiste à en limiter les variations, à les modéliser, à les identifier par étalonnage, pour ensuite les compenser numériquement.
Les défauts géométriques d’une MMT résultent des défauts des différents guidages de la machine, des défauts des règles de mesure des déplacements, des défauts d’orientation entre les axes de la machine, enfin du comportement du système de palpage et de l’électronique de déclenchement de la mesure.
4.1 Limitation les variations des défauts géométriques d’une MMT
Par construction, les MMT sont conçues pour assurer des mouvements les plus répétables possibles, avec une électronique qui donne la priorité à la lecture des règles de mesure des déplacements.
Le frottement dans les guidages et le phénomène d’hystérésis au changement de sens des déplacements sont limités par l’utilisation de patins à air. Le principe des patins à air ou aérostatiques est d’injecter de l'air comprimé entre deux surfaces afin de générer un film d’air sous pression qui tend à éliminer tout contact et ainsi le phénomène de frottement. Les patins à air sont suffisamment contraints pour éviter les variations d’épaisseur du film d’air lors des accélérations et des décélérations des déplacements. Dans les cas de machines pour lesquelles le critère d’exactitude est moins important, les guidages peuvent être réalisés par des roulements à billes précontraints.
Le placement des règles de mesure par rapport au système de palpage est également prépondérant et doit respecter le « plus possible » le principe d’Abbe.
Le principe d'Abbe exprime que, pour mesurer une longueur en bénéficiant de toute la qualité de la règle, il faut placer la règle dans le prolongement de la longueur à mesurer.
Ernst Abbe est un savant allemand qui travailla dans le domaine des microscopes et de l'optique. Lors de ses travaux, il émit plusieurs principes sur l'incertitude des mesures.
Pour illustrer ce principe, comparons l’incertitude de mesure obtenue par un micromètre à vernier (0,002 mm) et celle d’un pied à...
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Maîtrise des défauts géométriques d’une MMT
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOURDET (P.), CLÉMENT (A.) - Controlling a complex surface with a 3 axis Measuring Machine. - Annals of the CIRP, Vol. 25, Manufacturing Technology, pp. 359 (january 1976).
-
(2) - SCHWENKE H. (PTB), FRANKE M. (PTB), HANNAFORD J. (NPL) - Error mapping of CMMs and machine tools by a single tracking interferomter. - Annals of the CIRP, Manufacturing Technology, Vol. 54/1/2005, p. 475-478 (Janv. 2005).
-
(3) - CAMBOULIVES (M.) - Étalonnage d’un espace de travail 3D par multilatération. - Thèse de 3ème cycle, Ens de Cachan, chap. 2 (Déc. 2015).
-
(4) - GRZESIAK (J.-L.), DAVID (J.-M.), COOREVITS (Th.), VAILLEAU (G.) - Acquisition des erreurs de géométrie des MMT à l’aide de barres à trous et incertitudes associées. - Actes du 9ème Congrès international de métrologie (18-21 oct. 1999).
-
(5) - COOREVITS (T.), DAVID (J.-M.) - Le contrôle tridimensionnel sur MMT. - Renishaw (collection...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
PDF – M.A.V. Chapman, R. Furgusson-Kelly, A. Hommoway, W. Lee, Interferometric angle measurement and the hardware options available from Renishaw, Technical white paper : TE326 Renishaw.
PDF – M.A.V. Chapman, Calibration_of_machine_squareness, Technical white paper : [TE 328] Renishaw.
PDF – T. Coorevits, Métrologie tridimensionnelle : technologie des machines à mesurer, article d’auteur, Afnor bivi, 6 pages.
http://www.bivi.metrologie.afnor.org/layout/set/print/ofm/metrologie/ii/ii-80/ii-80-20/1/(print).
HAUT DE PAGE
(pages consultées juin 2016)
Hexagon Metrology, rubrique Produits http://www.hexagonmetrology.fr/Produits_98.htm#.V3D3yVfjjJY
Renishaw, rubrique Métrologie industrielle http://www.renishaw.fr/fr/1030.aspx
Nikon Metrology, rubrique produits ...
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