3. Le système de palpage

INSTITUT UNIVERSITAIRE DE TECHNOLOGIE DE MULHOUSE
Département Génie Mécanique et Productique - 2ème Année METROLOGIE TRIDIMENSIONNELLE
1ère Partie - Sommaire 1. Généralités 2 1.1. Définitions 2
1.1.1. Métrologie ou Mesure 2
1.1.2. Contrôle 2
1.1.3. Etalon 2
1.1.4. Capteur 2 1.2. Propriétés générales des instruments de mesure 2
1.2.1. La Fidélité 2
1.2.2. La Justesse 3
1.2.3. La Sensibilité 3
1.2.4. La Précision 3
1.2.5. Erreurs de mesure 3
1.2.6. Courbe d'étalonnage d'un instrument 4
1.2.7. Conditions de référence 4
1.2.8. La Règle des 10 et le rattachement à la chaine métrologique
nationale 4 2. Les Machines à mesurer tridimensionnelles 5 2.1. Généralités 5 2.2. Constitution d'une MMT 5
2.2.1. La structure de déplacement 6
2.2.2. Le système de palpage 6
2.2.3. Le système électronique 6
2.2.4. Le système informatique et le pupitre de commande 6 2.3. Les types de machines 6
2.3.1. Morphologie 6
2.3.2. Différents types de commandes 7 2.4. Mode de fonctionnement de la MMT TRI-MESURES 8
2.4.1. Introduction 8
2.4.2. Méthode de mesure 9 3. Le système de palpage 10 3.1. Généralités 10 3.2. Principe de fonctionnement 11 3.3. Etalonnage des palpeurs 12
3.3.1. Procédure d'étalonnage d'un palpeur simple 12
3.3.2. Etalonnage d'un système en étoile 12 3.4. Codification d'un système de palpage 13 Généralités
1 Définitions
1 Métrologie ou Mesure Opération permettant de définir la valeur d'une grandeur avec une
précision plus ou moins grande, compte tenu des moyens de mesure utilisés
et des conditions de mesure.
Ex: On utilise un micromètre ou une machine à mesurer qui crée une
information du type "la dimension vaut 50.021" 2 Contrôle Opération permettant de définir si la grandeur réelle de l'élément à
vérifier est conforme à la valeur exigée.
Ex: On utilise un calibre "Rentre ou ne rentre pas" qui crée une des
informations ci-dessous:
a) la valeur est plus petite que le mini
b) la valeur est dans l'intervalle de tolérance
c) la valeur est plus grande que le maxi 3 Etalon Instrument permettant de définir,matérialiser,conserver ou reproduire
l'unité de mesure d'une grandeur pour la transmettre par comparaison à
d'autres instruments de mesure. 4 Capteur Elément de l'appareil de mesure assurant la prise d'information relative
à la grandeur à mesurer. 2 Propriétés générales des instruments de mesure D'une façon générale la métrologie a pour but de définir la VALEUR de
GRANDEURS PHYSIQUES avec un degré d'incertitude aussi faible que nécessaire
.
Un instrument de mesure permet d'établir une relation entre la valeur du
mesurande M ( grandeur faisant l'objet de la mesure ) et la valeur lue L du
résultat de la mesure .
La qualité des appareils de mesure peut être caractérisée par:
- la fidélité
- la justesse
- la sensibilité
- la précision
On peut en donner les définitions suivantes : 1 La Fidélité Elle caractérise la dispersion des mesures Li d'une même grandeur
On en définit l'écart type ( :
[pic]
L'étendue de la dispersion dans laquelle se trouve 99,8% des
observations est : D = 6,18 (
Nota : La définition de ( implique un grand nombre de mesures au cours
desquelles il convient de s'assurer que le mesurande n'a pas évolué et que
l'ambiance est la même . 2 La Justesse Un appareil est réputé juste quand la moyenne [pic] d'un grand nombre
de mesures Li est confondue avec la valeur M du mesurande , quelle que soit
la dispersion . L'erreur de justesse J est définie par :
J = [pic] avec [pic] 3 La Sensibilité C'est le rapport S entre le déplacement [pic] de l'indicateur de
l'instrument de mesure correspondant à une variation [pic] de la grandeur
mesurée .
[pic]
Dans le cas des instruments de mesure des longueurs, [pic] ( grandeur de
sortie ) et [pic] (grandeur d'entrée) s'expriment dans la même unité ; on
utilise parfois le terme de POUVOIR D'AMPLIFICATION au lieu de sensibilité
. Remarque : La sensibilité n'est constante , sur l'étendue de mesure , que
pour un appareil à réponse linéaire. Il convient d'introduire une
distinction entre les appareils ayant une réponse analogique et ceux ,
maintenant fréquents, ayant une réponse numérique .
Dans le premier cas , la réponse est lue sur un CADRAN ou sur un
ENREGISTREMENT présentant un certain nombre de graduations ; [pic] est bien
une longueur observable par un opérateur qui en déduit une valeur chiffrée
. Dans le cas des instruments à sortie numérique , on obtient directement
une valeur chiffrée ; la notion de sensibilité est remplacée par la notion
de définition ou résolution de l'instrument ( Ex : définition de 0,01 mm
ou définition de 0,001 mm ). 4 La Précision C'est l'erreur absolue que l'on peut avoir en effectuant une mesure. La
précision est la qualité globale de l'instrument du point de vue des
erreurs. Plus la précision est grande , plus les indications sont proches
de la valeur vraie. La précision englobe donc les différentes erreurs
définies ci-dessus. 5 Erreurs de mesure
1 Erreur systématique C'est une erreur qui reste constante pour des mesures effectuées dans
des conditions identiques. 2 Erreur de zéro C'est l'erreur qui caractérise l'écart de l'indication de l'instrument
de mesure, pour la valeur zéro de la grandeur mesurée. 3 Erreur de lecture C'est l'erreur résultant d'une lecture inexacte de l'indication de
l'instrument de mesure faite par l'opérateur. 4 Erreur due à une évolution de la température Ce type d'erreur est fréquent et il faut y penser constamment.
On retiendra la relation qui lie la variation dimensionnelle à
l'élévation de la température.
Longueur initiale à température t0 = L0
Longueur à la température t1 = L1
Coefficient de dilatation linéaire du matériau = ( en mm/mm.°C
Un solide de 1 mm de long s'allonge de ( mm lors d'une élévation de
température de 1°C
Pour l'acier : ( = 12 . 10-6 mm/mm.°C
L1 = L0 ( 1 + ( ( t1 - t0 )) 6 Courbe d'étalonnage d'un instrument L'étalonnage est l'opération qui constitue a effectuer des mesures de
grandeurs connues Gi avec l'instrument de mesure donnant les valeurs Mi. On
établit alors une courbe donnant les écarts entre les valeurs données par
l'appareil et les valeurs des grandeurs connues .
[pic] 7 Conditions de référence Les mesures dimensionnelles se font à une température de référence de
20°C. Elles sont pourtant faites généralement à des températures autres que
20°C et il est nécessaire d'en tenir compte comme vu précédemment.
A ce titre il est à noter que la température d'un laboratoire de
métrologie habilité par le BNM doit être de 20°C (0,5 °C et son
hygrométrie HR% de 55 (5 % . 8 La Règle des 10 et le rattachement à la chaine métrologique nationale La précision de la cote à mesurer et celle de l'appareil de métrologie
utilisé doivent être liées par un rapport suffisamment grand pour que le
résultat de la mesure soit significatif. Ce rapport était fixé à 10; il
était qualifié de " règle des 10 ".
L'évolution de la précision est telle que cette règle s'est révélée
inapplicable. Soit la cote 50 H7 d'IT de 25 microns mesurée sur MMT.
Le tableau ci-dessous image le cheminement des incertitudes pour
rattacher la cote de 50 H7 à l'étalon de longueur national.
Ce tableau montre que la règle des 10 conduit rapidement à des
précisions extrêmes ( 0,025 microns pour la mesure d'un 50 H7 ) .
Ceci montre que la précision de l'instrument devant vérifier la MMT doit
être de 0,25 microns. Depuis Décembre 1998 la norme ISO 14253-1 définit les
règles de décision pour prouver la conformité à une spécification où
intervient notamment l'incertitude de mesure du moyen de contrôle utilisé. Les Machines à mesurer tridimensionnelles
1 Généralités Les moyens de mesure classiques sont aujourd'hui complétés par les
techniques de mesure tridimensionnelles qui permettent d'accéder à la
géométrie des pièces complexes avec une grande précision et une grande
rapidité. 2 Constitution d'une MMT Une MMT est constituée de 4 sous-ensembles distincts :
- La structure de déplacement
- Le système de palpage
- Le système électronique
- Le système informatique et le pupitre de commande 1 La structure de déplacement Elle comprend 3 guidages en translation orthogonaux deux à deux notés X
, Y et Z. Ces guidages, sans jeu ni frottements, permettent d'atteindre
tous les points d'un volume parallépipédique. 2 Le système de palpage Son rôle est de détecter le contact entre le stylet et la pièce et, à
cet instant, d'envoyer une impulsion au système électronique pour qu'il
lise les coordonnées du point de contact sur les systèmes de mesure. 3 Le système électronique Il a plusieurs fonctions essentielles :
- Recevoir les impulsions de contact en provenance de la tête de palpage
- Envoyer les ordres de lecture sur les 3 systèmes de mesure au moment
du contact
- Recevoir du système informatique les ordres de mouvement pour la
commande des moteurs d'axes (Machines à CN)
- Gérer les sécurités telles que pression d'air mini sur les patins
aér