Soutenance mémoire
Machine à mesurer tridimensionnelle MMT
Spécifications Géométriques des Produits (GPS)
La création des produits passe par la définition géométrique des pièces qui les constituent. Cette définition est aujourd’hui le moyen de véhiculer l’information nécessaire à tous les acteurs des entreprises. Elle s’appuie sur une représentation graphique conventionnelle des formes idéales, le dessin technique représenté par la figure.1.1 et sur un langage graphique d’expression des limites admissibles de variation de la géométrie des pièces réelles, le tolérancement. L ‘élaboration de ce dernier s’appuie sur les connaissances des bureaux d’études, de méthodes et de contrôle. Le tolérancement exprime les conditions de bon fonctionnement des produits, permet de déterminer les meilleurs processus de réalisation et constitue le cahier des charges de la conformité des produits. La preuve en est que les machines à mesurer tridimensionnelles de plus en plus utilisées sont dotées de logiciels de traitement des mesures adaptés à la mesure dimensionnelle et rarement au tolérancement.
De ce fait, il arrive de qualifier des pièces mauvaises alors qu’elles sont bonnes et des pièces bonnes alors qu’elles sont mauvaises. Ce constat n’est pas nouveau, mais il est récent [BOU 98]. Aux Etats-Unis, depuis,1989, des équipes d’universitaires et d’industriels travaillent sur le sujet. En Europe, la communauté économique européenne a lancé des projets ponctuels dans le domaine de la métrologie tridimensionnelle pour étudier la qualité mesurante des machines et pour vérifier les algorithmes d’identification des surfaces géométriques simples. La commission de normalisation européenne sous l’impulsion des Danois et des Allemands travaille également dans ce sens en rapprochant les experts du dessin technique et de la métrologie dimensionnelle pour élaborer des normes cohérentes. C’est de là, qu’est né le concept GPS (Geometrical Product Specification) maintenant adopté par l’ISO [AUB 99].
Machine à mesurer tridimensionnelle MMT
Actuellement, plusieurs méthodes sont utilisées pour les mesures. La plus simple consiste à disposer de trois déplacements généralement composés de deux horizontaux et un vertical. Le palpeur vient en contact avec chaque point dans les cotes sont à mesurer, et les résultats du palpage sont enregistrés par différents procédés. Dans la plupart des cas un système d’enregistrement est prévu pour chaque cote. Les dispositifs Renault et DEA (italien) répondent à ces conditions. Chacun de ces appareils utilise des dispositifs semblables dans leurs principes mais différents dans leurs réalisations. C’est ainsi que l’adoption des tables à coussin d’air s’est généralisée. De même, le palpage qui présente des difficultés, s’il s’agit de pièces complexes, comprend deux à trois touches dont chacune peut être orientée de manière à palper la surface de contact normalement. On signalera, à toutes fins utiles, que DEA a créé sous des lettres grecques (alpha, iota, omnicron) des modèles de dimensions croissantes, le plus grand pouvant contrôler des pièces telles que des voitures automobiles.
Zeiss a examiné le problème sous une autre forme, avec l’idée de contrôler des pièces spécialement complexes, telles que des engrenages ou des filetages. Le palpage, qui prend dans ce genre de mesure une importance capitale, est obligatoirement assuré par plusieurs palpeurs, trois en général, dont les têtes sont orientables. Pour la mesure elle-même, il convient de tracer réellement ou fictivement, sur la pièce, les lignes sur lesquelles les opérations de palpage doivent s’effectuer ; les résultats des trois dimensions de chaque palpage ainsi obtenus permettent de reporter sur un plan les cotes que l’on peut comparer aux cotes théoriques que doit avoir la pièce mesurée. Mais Zeiss estime que grâce à cette méthode de nombreuses améliorations ont pu être obtenues dans la fabrication des engrenages. Le développement de la métrologie, depuis les appareils simples jusqu’aux dispositifs presque monumentaux donnant simultanément toutes les indications d’un contrôle, et sans aucun doute un phénomène irréversible [SAL 80].
Développement de la machine à mesurer tridimensionnelle
La norme ISO 10360-2 :1994 donne par définition : « dispositif de mesure utilisé à poste fixe, conçu pour des mesurages à partir d’au moins trois déplacements linéaires ou angulaires générés par la machine. L’un au moins doit être une mesure linéaire. » 1962: la société italienne DEA met au point la première Machine à Mesurer Tridimensionnelle dans un garage de Borgo San Paolo près de Turin. Dix ans plus tard, la société Carl Zeiss présente l’UMM500: équipée d’un palpeur universel, d’un calculateur et d’une commande numérique, elle marque une évolution fondamentale dans ce qui fait aujourd’hui la MMT moderne, telle que nous la connaissons. Bien entendu, depuis les années 70 ces machines ont largement évolué que ce soit sur le plan mécanique, électronique et informatique, mais le principe reste le même: un capteur à déclenchement ou statique permettant de mesurer un point sur n’importe quel type de surface, un outil informatique autorisant des calculs puissants pour le calcul de côtes et l’édition de résultats facilement exploitables. Nous devons l’invention du premier palpeur à déclenchement en 1970 à un anglais, David Mac Murtry, ingénieur chez Rolls-Royce. Trois ans plus tard, il fonde, avec M. John Deer, la société Renishaw, afin de produire ce palpeur de façon industrielle.
Constituées en général de trois axes de mesure montés en séries, un palpeur est fixé à l’extrémité du dernier axe [BOU 99a]. Il est possible de relever les trois déplacements du palpeur et par suite de déduire après calcul les trois coordonnées x,y,z du point de contact entre le palpeur et la surface à mesurer. Les machines à mesurer tridimensionnelles ou par coordonnées appelées (MMT) sont basées sur un principe simple. A l’aide de règles de mesure de haute précision placées sur les différents guidages d’une machine, on relève des coordonnées d’un palpeur qu’on vient de mettre en contact avec la surface d’une pièce à mesurer. Les logiciels associés aux machines à mesurer assurent de nombreuses fonctions, l’apprentissage et l’exécution de gamme de contrôle, la commande numérique des déplacements de palpeurs suivant des trajectoires prédéfinies, le traitement statique des résultats de mesures obtenu sur une série de pièces, la compensation numérique des 21défauts géométriques de la machine.
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Table des matières
Introduction
CHAPITRE I Spécifications Géométriques des Produits (GPS)
1.1. Introduction
1.2. Concepts du tolérancement macro-géométrique
1.2.1 Géométrie nominale
1.2.1.1. Classes d’invariance
1.2.1.2. Eléments simples
1.2.1.3. Formes des éléments nominaux
1.2.1.4. Situation relative ou positionnement des éléments nominaux
1.2.2. Géométrie réelle
1.2.3. Géométrie avec défauts
1.2.3.1. Analyse des normes
1.2.3.2. Expression de la limitation des écarts par les normes de spécification ISO
1.2.4. Modélisation des formes géométriques d’une pièce (éléments tolérances et de références)
1.2.4.1. Modélisation des éléments géométriques idéaux nominaux
1.2.4.2. Modélisation des éléments réels
1.2.5. Les approches développées pour l’intégration CFAO
1.3. Conclusion
CHAPITRE 2 Machine à mesurer tridimensionnelle MMT
2.1. Introduction
2.2. Développement de la machine à mesure tridimensionnelle
2.2.1. Historique
2.2.2. Principe
2.2.3. Les différentes morphologies de MMTs
2.2.3.1. Machine de type portique
2.2.3.2. Machine de type trusquin
2.2.3.3. Machine type col de cygne
2.2.3.4. Machine de type pont mobile
2.2.3.5. Machine de type cylindro-polaire
2.2.4. Composition de la machine à mesurer tridimensionnelle type col de cygne
2.2.4.1. D’un marbre en granit
2.2.4.2. De trois glissières x, y, z
2.2.4.3. Logiciel de traitement
2.2.4.4. Capteur
2.2.4.5. Système de pré-traitement
2.2.4.6. Opérateur
2.3. Etat de l’art en métrologie tridimensionnelle
2.4. Capteurs à déclenchement
2.4.1. Introduction
2.4.2. Caractéristiques métrologiques du capteur
2.4.3. Système de palpage dynamique
2.4.4. Principe de fonctionnement
2.4.5. Présentation des capteurs
2.4.6. Accessoires
2.4.6.1. Les stylets
2.4.6.2. Sélection des stylets
2.5. La MMT et son environnement
2.6. Convivialité
2.7. Critères d’association de surfaces aux points palpés
2.7.1. Introduction
2.7.2. Point de vue de la métrologie tridimensionnelle
2.7.3. Calcul des points mesurés
2.7.4. Expression des écarts entre le réel et le modèle géométrique nominal
2.7.5. Eléments géométriques associés aux éléments palpé
2.7.5.1. Outils d’association d’éléments géométriques à un nuage de points
2.7.5.2. Principaux critères d’association de surfaces
2.8. Exploration des moyens d’association d’une surface géométrique idéale à un nuage de points
2.8.1. Première étape
2.8.2. Deuxième étape
2.8.3. Troisième étape
2.8.4. Quatrième étape
2.8.5. Cinquième étape
2.9. Principe du contrôle virtuel
2.10. Conclusion
CHAPITRE 3 Applications du contrôle des spécifications géométriques de forme
3.1. Problématique
3.2. Application du contrôle de la rectitude
3.2.1. Contrôle sur marbre à l’aide du comparateur de la première pièce « semelle
3.2.1.1. Calcul des défauts de forme nominaux
2.3.1.2. Constatation
3.2.1.3. Calcul des moyennes arithmétiques des écarts de mesure
3.2.2. Contrôle de la rectitude par machine à mesurer tridimensionnelle de la semelle
3.2.2.1. Illustration graphique des points palpés et l’étendue du défaut de rectitude44
3.2.2.2. Constatation
3.2.3. Contrôle sur marbre à l’aide du comparateur de la seconde pièce « glissière
3.2.3.1. Calcul des défauts de forme nominaux
3.2.3.2. Constatation
3.2.3.3. Calcul des moyennes arithmétiques des écarts de mesure
3.2.4. Contrôle de la rectitude par machine à mesurer tridimensionnelle de la glissière
3.2.4.1. Illustration graphique des points et défaut de rectitude de la 1èremesure
3.2.4.2. Constatation
3.3. Application du contrôle de la planéité
3.3.1. Contrôle sur du marbre à l’aide du comparateur de la pièce « palier
3.3.1.1. Calcul des défauts de forme nominaux
3.3.1.2. Constatation
3.3.1.3. Calcul des moyennes arithmétiques des écarts de mesure
3.3.2. Contrôle de la planéité par machine à mesurer tridimensionnelle
3.3.2.1. Calcul des étendues des défauts de forme nominaux
3.3.2.2. Défauts de planéité
3.3.2.3. Constatation
3.4. Application du contrôle de la circularité
3.4.1 Contrôle sur marbre à l’aide du comparateur de la pièce « roulement
3.4.1.1. Calcul des défauts de forme de la circularité
3.4.1.2. Constatation
3.4.1.3. Calcul des moyennes arithmétiques des écarts de mesure de la circularité
3.4.2. Contrôle de la circularité par machine à mesurer tridimensionnelle
3.4.2.1. Défauts de circularité du roulement
3.4.2.2. Constatation
3.5. Tableau récapitulatif des résultats
3.6. Conclusion
CHAPITRE 4 Modèle mathématique du critère d’association de surfaces
4.1. Introduction
4.2. Rectitude
4.2.1. Régression en Y par rapport à X
4.2.2. Régression en X par rapport à Y
4.2.3. La structure du programme de calcul des paramètres
4.3. Planéité
4.3.1. La structure du programme de calcul des paramètres
4.4. Circularité
4.4.1. La structure du programme de calcul des paramètres
4.5. Conclusion
CHAPITRE 5 Conception du programme informatique CAO
5.1. Introduction
5.2. Démarche métrologique du contrôle
5.3. Organigramme général
5.4. Conception du programme CAO pour vérification des spécifications
5.4.1. Fonctionnalités des différents boutons
5.4.1.1. Rectitude
5.4.1.2. Planéité
5.4.1.3. Circularité
5.4.1.4. Aide
5.4.1.5. Quitter
5.4.2. Interface du programme
5.5. Exemples de vérification de la rectitude par le programme informatique
5.5.1. Vérification de la rectitude de la pièce « semelle
5.5.1.1. Interprétation du graphe
5.5.1.2. Comparaison des résultats et validation
5.5.1.3. La rectitude de la pièce « semelle » est acceptée (si ITf > 0.0625
5.5.2. Vérification de la rectitude de la pièce « glissière
5.5.2.1. Interprétation du graphe
5.5.2.2. Comparaison des résultats et validation
5.5.2.3. Pièce rejetée avec IT = 0.0108 mm
5.6. Exemple de vérification de la planéité par le programme informatique
5.6.1. Vérification de la planéité de la pièce « palier moteur
5.6.1.1. Interprétation du graphe
5.6.1.2. Comparaison des résultats et validation
5.6.1.3. Pièce acceptée avec IT = 0.0122 mm
5.6.1.4. Pièce rejetée avec IT = 0.0087 mm
5.7. Exemple de vérification de la circularité par le programme informatique
5.7.1. Vérification de la circularité de la pièce « roulement
5.7.1.1. Interprétation du graphe
5.7.1.2. Comparaison des résultats et validation
5.7.1.3. Pièce rejetée avec IT = 0.007 mm
5.8. Conclusion
Conclusion générale et perspective
Références bibliographiques
Normes
