Sciences de l’Ingénieur Matériels de contrôle et de mesurage et leurs techniques d’emploi Mise en situation : I. Généralité : II. Définition : III. Instruments de mesure à lecture directe : 3.1. Calibre à coulisse (ou pied à coulisse) : 3.2. Jauges de profondeur : 3.3. Appareil à vis micrométrique IV. Instruments de mesure indirecte : 4.1. Comparateur : V. Moyens de contrôle : 5.1. Situation problème : 5.2. Etalons de contrôle : 5.3. Exemples d’utilisation d’un moyen de contrôle : 5.4. Calibre et mesureurs d'angle VI. Structure fonctionnelle d'une machine à mesurer tridimensionnelle : 6.1. Généralités: 6.2. Constitutions d'une MMT: Objectifs : Situer la qualification dans le cycle de vie d’un produit. Définir la qualification Définir les fonctions des différents moyens de mesure et contrôle et leurs techniques d’emploi identifier la structure fonctionnelle d’une machine à mesurer tridimensionnelle Date : La qualification du produit Doc Professeur Mise en situation : Durant la fabrication des pièces mécaniques (Fig1 : exemple pièce réalisée sur un tour parallèle).il est nécessaire de vérifier la conformité géométrique au dessin de définition de produit fini. Il s’agit donc d’effectuer des mesurages ou contrôles soit : - avant l’usinage : contrôle des pièces brutes - en cours d’usinage - à la fin de fabrication : contrôle le produit fini Comment ? Fig :1 Par l’ensemble des moyens technique utilisés pour le contrôle des pièces mécanique qu’on appelle la METROLOGIE I. Définition : La métrologie peut se défini comme étant la science de la mesure associée à l’évolution de son incertitude ou l’ensemble de techniques qui permettent d’évaluer des performances. II. Généralité : La mesure est l’ensemble des opérations ayant pour but de déterminer la valeur d’une grandeur physique. Le contrôle permet de s’assurer du respect de la spécification chiffrée contenues dans le cahier des charges. La valeur réelle de la grandeur de l’élément est comprise entre deux valeurs limites (maxi, mini) Le contrôle peut se faire par mesure ou par attribut Contrôle par mesurage : ou contrôle quantitatif La grandeur à contrôler est mesurée et on vérifie qu'elle est comprise entre les valeurs mini et maxi autorisées Doc : Page 1 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur Contrôle par attribut : ou contrôle qualitatif Le contrôle est dit par attributs lorsque l’on vérifiée que la caractéristique contrôlée se situe ou non dans les limites désirées Exemple : Définitions d’une dimension : C’est la distance entre deux éléments géométriques (plan/plan, plan/génératrice..etc.) Tolérance d’une dimension : La dimension réalisée doit être comprise entre deux dimensions limites (cote maxi et cote mini).la différence entre ces deux dernières constitue la tolérance Cotes Cote nominale Cote maximale Cote minimale Cote effective Intervalle de tolérance Ecart supérieur Ecart inferieur Identification CN : c’est la dimension théorique CMax : c’est la cote le plus grande possible Cmini : c’est la cote le plus petite possible Ce : c’est la cote réalisée (ou cote réelle) IT= cote maxi - cote mini Es= cote maxi – cote nominale EI = cote mini – cote nominale Types de mesures : - Par mesure direct : calibre à coulisse, micromètre Par comparaison : comparateur, cale étalon Par calibrage : jauges de tolérances maxi et mini, calibres à mâchoires Doc : Page 2 / 15 Date : La qualification du produit III. Doc Professeur Instruments de mesure à lecture directe : 3.1. Calibre à coulisse (ou pied à coulisse) : Description du pied à coulisse Un calibre à coulisse est caractérisé par : a) La longueur de sa règle b) La précision de son vernier c) La forme de ses becs d) Ses accessoires e) Sa matière Fonctionnement : Il se compose d'une règle fixe graduée en millimètre, munie d'un bec formant une butée fixe (le pied). Sur cette règle glisse une coulisse graduée, muni d'un bec mobile et portant le repère de lecture et un vernier. La précision est de0,1 à 0,02mm. Qu’est ce qui donne la précision au calibre à coulisse ? Précision de mesures : Si la règle est toujours graduée en mm, il n’en est pas de même pour le VERNIER. Celui-ci, gravé sur le coulisseau, a une graduation particulière dont le nombre de divisions va déterminer la précision de lecture du calibre à coulisse. Le Vernier au 1/10 possède 10 graduations égales, et mesure 9 mm. 1 graduation = 9/10 =0,9mm. Le Vernier au 1/20 possède 20 graduations égales, et mesure 19 mm. 1 graduation = 19/20 =0,95 mm Le Vernier au 1/50 possède 50 graduations égales, et mesure 49 mm. 1 graduation = 49/50 = 0,98mm. Doc : Page 3 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur Compléter le dessin suivant pour le vernier au 1/50ème : 0.04mm 0.98 mm 0.06mm Quelle est la relation entre le nombre de graduations et la précision de l’instrument ? : Précision = 1/ nombre de graduations du vernier Déduire la précision des pieds à coulisse à vernier suivants : Précision du 1/50 = 0.02 mm . Précision du 1/10 = 0.1 mm Précision du 1/20 = 0.05 mm Mode opératoire : Mesure On doit insérer l’objet à mesurer dans les mâchoires du pied à coulisse et fermer ces mâchoires sur l’objet. On fige la mesure par la molette de blocage. Lecture La règle est graduée en mm. Le zéro du vernier donne la valeur en mm. Le vernier comporte 50 graduations. Chaque graduation représente 0,98mm. Le zéro du vernier étant entre les traits 31 et 32 on a en premier lecture ……………….….31,00 mm Nous recherchons sur le vernier un trait se trouvant en coïncidence avec un trait quelconque de la regle.ici c’est celui suivant la division chiffrée 6 ce qui donne en seconde lecture 6 /10………….… 0,60mm et 2 /50……………………………....... 0,04mm Soit au total……………………...….=31,64mm Doc : Page 4 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur Types de pied à coulisse à vernier à cadran a aiguille A affichage Numérique Exemples de possibilités de mesure Mesure extérieur pièce cylindrique Mesure intérieur Mesure extérieur pièce prismatique Exemples de lectures : 0 1 0 0 1 2 2 1 Lire : 26,28 mm 3 4 3 4 5 6 2 7 5 8 1 2 7 Lire : 2,56 mm 0 4 3 0 9 6 3 5 4 5 6 6 7 7 8 9 Doc : Page 5 / 15 0 Date : La qualification du produit Doc Professeur 3.2. Jauges de profondeur : Description : Cet appareil est une variante du calibre à coulisse il permet la mesure des profondeurs et la méthode de lecture utilisée est strictement identique au calibre à coulisse. jauge de profondeur à vernier universel jauge de profondeur numérique Exemples de possibilités de mesure mesure en cours d’usinage Situation de la cote à mesurer Rainure non débouchante Rainure débouchante placer la cote à mesurer sur le dessin 3.3. Appareil à vis micrométrique a- Micromètre : Description : Un micromètre est constitué d’un corps en (U) possédant une touche fixe et une touche mobile actionnée par un tambour, sa précision : 0,01 mm à 0.001 mm. Doc : Page 6 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur fonctionnement: Le micromètre ou palmer est un instrument de précision qu’on doit utiliser avec soin. Il est muni d’un tambour qui tourne autour d’une règle graduée. Le micromètre est choisit en fonction de la pièce à mesurer (0 à 25mm, 25 à 50mm, …). La précision est de0, 01 à 0,001mm. Il doit être étalonné à l’aide d’une cale de référence Qu’est ce qui donne cette précision au micromètre ? Précision de mesures :vis au pas 0.5 mm Le tambour est gradué en 50 parties égales. Le pas du système vis et écrou est de 0.5 mm, c’est-à-dire qu’un tour complet du tambour déplace la touche mobile de 0.5 mm. Quelle est la valeur d’une graduation du tambour ? 0.5*1/50 =1/100 de mm. La précision de lecture est donc de 1/100 de mm Mode opératoire : Mesure 1.1.1.1 P i è c Toujours serrer avec la e molette Lecture On doit insérer l’objet à mesurer dans les mâchoires du micromètre. L’approche se fait à l’aide du tambour gradué, le serrage de la pièce se fait à l’aide de la molette limiteur d’effort. La règle fixe est graduée au demi-millimètre. Un tour du tambour correspond à 0,5 mm et 50 graduations du tambour. Les graduations valent 0,01 mm. La règle fixe indique……………. 21,00 mm le tambour indique……….…..……0,26 mm Donc, la mesure est :………... = 21,26 mm La règle fixe indique………….. 22,50 mm le tambour indique…….……….. 0,06 mm La mesure est alors :………. = 22,56 mm Doc : Page 7 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur Exemples de lecture : lecture sur l’échelle supérieur…13,00 mm lecture sur l’échelle inférieur……0,50 mm lecture sur le tambour.. :….……...0,41 mm lecture sur la règle ….... :13,00mm Lecture sur le tambour…. 0,87mm lecture directe :………….…23,980mm Lecture sur le tambour :……0,007mm Soit le total de…………..13,87mm Soit le total de……….…...23,987mm Soit le total de…………..………13,91 mm b- Micromètre d’intérieur 3 touches (alésomètre) description : Fonctionnement C’est un instrument, destiné à la mesure du diamètre des alésages, les trois touches permettent un auto-centrage sur 3 génératrices à 120°. Précisions : 1/100 de mm ou 1/1000mm. Amplitude de mesurage : de6 à 275 mm, découpée en plages (ex : 20 – 25). c- Jauge micrométrique de profondeur (description) Doc : Page 8 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur Fonctionnement : C’est un instrument qui possède une semelle trempée et rodée permettant la mesure précise de profondeur.il est équipé de piges de longueurs différents - Amplitude de mesurage : 0 - 75mm, 0 - 100mm, 0 - 200mm ou 0 - 300mm. Utilisation : L’utilisation de la jauge micrométrique de profondeur est la même que celle de la jauge de profondeur classique. Conclusion : Le choix de l’instrument de mesure dépend de la précision et la forme de la surface. d- Autres variantes d’instruments micrométriques : La mesure directe est entachée de trop d’erreurs et incertaine, de plus, la lecture n’est que locale. Il faut donc trouver une méthode de mesure précise .D’où l’utilisation des instruments de mesure indirecte Doc : Page 9 / 15 Date : La qualification du produit IV. Doc Professeur Instruments de mesure indirecte : 4.1. Comparateur : Le comparateur est un appareil de mesure de longueur.il n’indique pas une mesure absolue mais une mesure relative par rapport à un point de référence. Description et lecture : - Le comparateur à cadran a la forme d’une Gross montre .la grande aiguille, commandée par le palpeur fait un tour pour une différence de cote de 1 mm. Le grande cadran est divisé en 100 partie égales, il est donc possible d’apprécier le 1/100 de mm. Le petit cadran indique le nombre de tours de la grande aiguille. L’ensemble de la grande graduation peut tourner autour de l’axe de la montre, afin que la division (zero) puisse être mise à volonté devant l’aiguille centrale .il existe également des comparateurs à cadran permettant d’apprécier le 1/1000 de mm. Mode opératoire La mesure par comparaison ne permet pas de chiffrer directement une dimension, elle permet de la comparer à une grandeur de référence (une pile de cales étalon par exemple). Opération 1 : Phase d’étalonnage du comparateur (mise à zéro) sur une pile de cales étalon de hauteur h. Opération 2 : Après mise en place du comparateur sur la pièce, lecture de la différence e entre h et d. (a placer sur le schéma). Doc : Page 10 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur Autres variantes de comparateurs : Comparateur Comparateur à cadran numérique Comparateur d’interieur V. Moyens de contrôle : 5.1. Situation problème : Le contrôle par mesure est trop lent et n’est pas sûr (problème de déréglage et de lecture) de plus, il exige des manipulations parfois difficiles. On préfère donc, par une simple comparaison avec un étalon adapté, s’assurer sans la mesurer que la cote réelle est bien comprise entre les limites maxi et mini prévues par le dessin de définition. D’où l’utilisation du contrôle par comparaison (ou le contrôle par attribut) .Son avantage réside dans la simplicité et la rapidité de la mesure. 5.2. Etalons de contrôle : Ce sont des instruments matérialisant les valeurs limites (maxi et mini). L’une de ces valeurs limites doit « entre », l’autre valeur limite ne doit « n’entre pas ». Doc : Page 11 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur 5.3. Exemples d’utilisation d’un moyen de contrôle : Pièce N° le côté "entre" du tampon le côté "n'entre pas" du tampon résultat du contrôle Non spécification respectée Oui Oui trou trop grand Non Non trou trop petit Oui 1 2 3 illustration 5.4. Calibre et mesureurs d'angle VI. Structure fonctionnelle d'une machine à mesurer tridimensionnelle : 6.1. 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. 6.2. Constitutions 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 Doc : Page 12 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur a. La structure de déplacement: Elle comprend 3guidages en translation orthogonaux deux à deux notés X, Y et Z .Ces guidages, sans jeu ni frottement, permettent d'atteindre tous les points d'un volume parallélépipédique. b. 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. c. 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 aérostatiques, fins de courses des mouvements etc., d. Le système informatique et le pupitre de commande: Doc : Page 13 / 15 Date : La qualification du produit Doc Professeur Acquisition et mise en mémoire des gammes de contrôle des pièces Exécution des gammes de contrôle Traitement des informations et édition des résultats Logiciel conversationnel permettant l'utilisation de la machine e. Les types de machines: Il en existe de différents types qui sont fonction de la morphologie des pièces à mesurer, des précisions à atteindre, de la facilité d'utilisation etc. Les architectures les plus fréquemment utilisées sont : La structure potence : assez bien adaptée aux grands volumes. Elle permet d’accéder à toutes les faces de la pièce mais la flexion du bras lui donne une précision limitée. La structure cantilever : particulièrement adaptée aux petites capacités de mesure. Elle permet un bon accès à la pièce. La structure portique : c’est de loin la plus répondue. Elle permet de traiter de grands volumes et d’accéder aisément aux surfaces. Palpage des points : Exemple de différentes positions de palpage Doc : Page 14 / 15