Métrologie tactile et sans contact

Les exigences en matière de qualité des pièces ne cessant de croître, le contrôle des dimensions géométriques, accompagné d'une documentation compréhensible, est aujourd'hui essentiel dans le processus de fabrication. Avant d'acquérir un nouveau système de mesure 3D, la question fondamentale se pose de savoir quelle technologie convient le mieux à la tâche de mesure correspondante. Faut-il un système de mesure tactile 3D qui capture tous les points de mesure pertinents à l'aide d'un palpeur de mesure ? Ou est-il préférable d'utiliser un système de mesure 3D sans contact qui digitalise des surfaces entières sans contact ? Cet article explique les fonctions de base des deux méthodes et étudie leurs avantages, leurs différences et leurs domaines d'application dans l'industrie automobile.

Dans le domaine du contrôle dimensionnel des pièces, les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) sont les systèmes les plus connus de métrologie traditionnelle. Les MMT fonctionnent avec des systèmes de mesure tactiles ou à balayage. Pour la mesure, le palpeur est positionné au point de mesure souhaité. En option, un plateau tournant contrôlé peut être utilisé pour faire tourner une pièce. Le logiciel de mesure connecté calcule les éléments géométriques à partir des points individuels capturés et en déduit les valeurs réelles des caractéristiques de l'objet à évaluer.

La métrologie tactile convainc surtout par son exactitude absolue et reste donc le premier choix pour mesurer des pièces de haute précision. Une MMT stationnaire peut mesurer des points avec une exactitude de l'ordre du millième de millimètre. À l'heure actuelle, la métrologie 3D sans contact ne permet pas encore d'atteindre une telle exactitude.

La métrologie 3D sans contact est très bien adaptée si les exigences d'exactitude ne sont que de l'ordre du centième de millimètre. Vous souhaitez acquérir un nouveau système de mesure et vous ne savez pas si vous devez opter pour un système tactile ou sans contact ? La première chose à faire est de déterminer l'exactitude souhaitée. Une règle empirique veut que l'exactitude du système de mesure soit toujours augmentée d'un facteur de cinq à dix par rapport à la tolérance la plus élevée à mesurer. Cela signifie que si la tolérance d'une caractéristique est, par exemple, de 0,1 mm, l'appareil de mesure doit avoir une exactitude d'au moins 0,02 mm.

Dans l'automobile, les engrenages, les vilebrequins et les blocs moteurs sont les candidats typiques pour les mesures tactiles, les tolérances et les exactitudes à respecter pour ces pièces exigeant le plus haut degré de précision possible. Un engrenage issu de l'industrie automobile nécessite normalement une exactitude de 1 µ ou plus. Cette exactitude est actuellement difficilement atteignable avec les systèmes de mesure sans contact.

Ce qui joue en défaveur de la métrologie tactile, c'est l'investissement en temps élevé si des densités de données plus élevées sont requises : le palpage de centaines de points de mesure sur une pièce peut prendre beaucoup de temps, parfois même plusieurs heures. Par conséquent, un contrôle complet n'est guère possible en production en raison de l'investissement en temps et du fait que de nombreuses MMT ne peuvent souvent pas être placées directement en production. Pour gagner du temps, le nombre de points de mesure peut être réduit, au détriment néanmoins de la densité des données. Dans ce cas, le rapport entre le temps investi et la densité des données doit toujours être soigneusement évalué.

Quel que soit le nombre de points de mesure capturés avec le plus grand soin, il n'est pas possible de mesurer toute la surface de l'objet à mesurer. C'est là que la métrologie sans contact entre en jeu : elle est non seulement plus rapide, mais elle crée également une image numérique de l'ensemble de l'objet à mesurer et fournit donc des informations plus détaillées sur la qualité que la métrologie tactile.

La procédure de mesure avec les systèmes de mesure 3D sans contact est très simple : l'objet à mesurer est placé devant le capteur manuellement ou par robot. Ensuite, l'acquisition de l'image commence : le capteur de mesure saisit étape par étape tous les côtés de l'objet à mesurer. Pour capturer la totalité de la surface, il faut soit déplacer la pièce de manière à ce que le capteur puisse capturer toutes les zones, soit déplacer le capteur lui-même autour de la pièce. Le logiciel de mesure connecté transforme alors automatiquement toutes les mesures individuelles en un système de coordonnées commun. Il en résulte un nuage de points 3D complet de la surface de l'objet. Les données de mesure générées permettent diverses inspections, par exemple des comparaisons CAO plein champ de la géométrie de l'objet ou le contrôle des éléments de cotation ISO. Sur la base des cartographies d'écart couleur, les zones problématiques peuvent être facilement reconnues et permettre ainsi d'améliorer le processus de fabrication de manière ciblée et donc d'éviter les boucles d'itération inutiles.

La métrologie 3D sans contact présente un autre avantage, à savoir que la procédure de mesure est extrêmement rapide. La numérisation de pièces complexes ne prend que quelques minutes, voire quelques secondes.

Les exemples d'utilisation de la métrologie 3D sans contact sont légion dans l'automobile : de la planification des processus pour l'analyse de la capacité des machines au contrôle qualité automatisé dans les usines de pressage et la fabrication des carrosseries, en passant par le contrôle des pièces moulées, forgées et en plastique, jusqu'à l'optimisation des processus lors de l'assemblage final.

De nos jours, on trouve sur le marché de plus en plus de systèmes de mesure qui combinent les deux méthodes de mesure : pour accélérer la mesure et permettre de mesurer des surfaces sensibles au toucher, les MMT peuvent être équipées d'un capteur optique. D'autre part, les systèmes de mesure sans contact peuvent être complétés par un palpeur qui permet de saisir des zones d'une pièce difficiles à atteindre du point de vue optique, telles que des trous profonds, des poches ou des contre-dépouilles. À cet égard, il convient de garder à l'esprit un aspect important : l'exactitude des systèmes de mesure 3D sans contact ne peut pas être augmentée en ajoutant un palpeur supplémentaire. Il permet seulement de capturer des caractéristiques d'objet supplémentaires sur des structures complexes.

Pour les contrôles sans contact des dimensions , ZEISS a développé la série de scanners 3D industriels ATOS : les scanners 3D sans contact fournissent rapidement des images numériques à haute résolution de la pièce. Pour ce faire, ATOS combine le matériel le plus récent avec un logiciel intelligent.