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Matériels de contrôle et de mesurage et leurs techniques d’emploi

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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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 :
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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 ».
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Date :
La qualification du produit
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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:
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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
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