Métrologie 3D à contact ou sans contact ?

La mesure dimensionnelle est un élément primordial du contrôle qualité d’un produit. Au fil des années, les outils permettant de le faire ont connu des évolutions afin de se maintenir à un niveau de fiabilité élevé. Tout comme la plupart des appareils de mesure dimensionnelle, ceux de mesure tridimensionnelle sont en général assez polyvalents. L’évolution de la technologie (l’électronique et l’informatique) a permis de s’affranchir plusieurs techniques de mesure tridimensionnelle comme le palpage : vous avez donc le choix entre des appareils à contact ou sans.

Méthodes de mesure 3D

Hormis les moyens de mesure classiques, les techniques de mesure tridimensionnelles permettent d’obtenir la géométrie précise des éléments complexes. En plus d’être précis, de l’ordre du dixième ou centième de micromètre, ces outils sont de plus en plus rapides.

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Le type de capteur permet de les classer en 2 catégories : sans contact et à contact.

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La métrologie 3D à contact

La machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) possède généralement trois axes de mesure montés en série. Une bille placée à l’extrémité d’un stylet touche l’élément à chaque point ou en faisant un scanning et le stylet envoie un signal quand il est en contact avec l’élément pour en détecter ses irrégularités et ses limites.

Quatre principaux composants constituent l’appareil :

• le corps de la machine qui inclut le lit de mesure
• le capteur de mesure
• le système de commande ou de calcul
• l’application de mesure

Plusieurs catégories de stylets sont aujourd’hui disponibles sur le marché. Ils sont adaptés à la taille et à la forme de l’objet à mesurer. Il faut par exemple un stylet assez long pour accéder à l’intérieur d’un trou tandis que pour l’examen d’une surface, le même peut perdre en précision.

Quant aux billes, leur forme et leur matière peuvent varier. Pour la mesure de diamètres et de contours, les sphères sont les plus appropriées. Si vous devez mesurer des angles et des arêtes, il faut opter pour des disques. Pour les surfaces en plastique, il faudra choisir une bille en saphir alors que pour toute matière plus abrasive, le diamant sera plus adapté.

Notez qu’il existe également des MMT portables.

La métrologie 3D sans contact

La machine de mesure tridimensionnelle sans contact sert à mesurer en général les matières fragiles et les éléments de grande taille. Les machines équipées au départ de palpeurs embarquent de plus en plus des capteurs à triangulation laser grâce à l’évolution de l’informatique et de l’électronique. Les différentes technologies utilisent une caméra pour faire la photo 3D de l’objet ou la réflexion du laser à sa surface.

Même si elle peut s’avérer moins précise que la mesure par contact, cette méthode peut lui être complémentaire. L’optique est en effet capable d’identifier des composants, des connexions ou d’éventuels défauts de soudure sur une carte électronique, tandis que le laser est plus adapté aux formes inconnues.

Pour ce qui est de la tomographie par rayons X, il s’agit d’un cas bien particulier. Elle est moins précise, mais permet de fournir l’image de l’intérieur d’une pièce pour faire le diagnostic des défauts dans la matière.

Choisir son outil de mesure 3D

Pour choisir la machine de mesure tridimensionnelle qui vous convient, nous vous conseillons de considérer en premier lieu le volume que voulez couvrir. L’encombrement à estimer ne se limite en effet pas à la pièce qui doit être mesurée. Vous devez choisir l’outil pour que la mesure de l’intérieur et autour de la pièce soit possible.

Le type de pièce à mesurer

La MMT peut être avec ou sans contact. L’élément à mesurer peut notamment être : fragile, brillant, déformable, lisse, etc. En général, l’outil avec contact est préféré quand la taille ou la position d’un élément prime sur sa forme. Nous vous conseillons de faire une étude de la géométrie des pièces pour choisir la machine adéquate à sa mesure.

L’application ou l’inspection

Les machines en elles-mêmes évoluent peu de nos jours, mais ce n’est pas le cas des logiciels. Certaines applications standards viennent avec l’appareil, mais vous devez parfois en acquérir d’autres, plus spécifiques pour des pièces telles que celles d’engrenages ou d’auto.

La vitesse

Ce paramètre a tendance à prendre le pas sur les autres. Dans le cas où vous voulez une mesure rapide sans tenir compte de l’erreur de mesure, optez pour un outil sans contact. En faisant abstraction des réflexions parasites ou autres zones d’ombre, les méthodes sans contact sont idéales pour les mesures à grande vitesse de tout type de matériaux et de surface.

Les palpeurs requièrent plus de patience pour les grandes surfaces, mais vous obtenez un résultat plus probant. Le temps de mesure étant lié à la taille, il y a toujours un compromis entre la vitesse de la mesure et sa précision.

Le coût

Le budget alloué est un élément indissociable du choix de l’outil. Il y a toujours un moyen de trouver une machine adaptée à son besoin en faisant des compromis. Mais vous pouvez parfois faire face à un investissement plutôt lourd à l’achat. Le coût de l’outil englobe en effet : machine, palpeurs, logiciels, formation du personnel et entretien (la vérification, la maintenance ou encore l’étalonnage).

Pour ce qui est des infrastructures, il faut parfois aménager les locaux devant accueillir le matériel. Vous devez tenir compte des acquisitions de différents outillages et du système de maintien de pièces, des programmes de mesures fournies ou encore de palettisation de la machine.

Quelques conseils pour garder sa MMT plus longtemps

Les MMT peuvent durer en général quelques dizaines d’années, mais il faut un bon entretien pour les garder fonctionnelles. L’usage que vous en faites et sa récurrence sont des éléments qui définissent la fréquence d’entretien. Il faut néanmoins faire une maintenance préventive annuelle pour que l’outil garde sa fluidité. Il n’est par contre pas exclu de revoir de temps en temps l’étalonnage de la machine.

Le remplacement de l’électronique de commande peut parfois être fait pour redonner une nouvelle jeunesse à une machine qui peut encore vous servir encore quelques années supplémentaires.

Les avantages et inconvénients des méthodes de mesure 3D à contact et sans contact

Il existe des avantages et des inconvénients aux deux méthodes de mesure 3D. Les machines à contact sont plus précises, surtout lorsqu’il s’agit de mesurer des dimensions inférieures au millimètre. Elles peuvent aussi être utilisées pour mesurer des formes complexes. Cette méthode peut parfois causer des dommages aux pièces qu’elle mesure, ce qui doit être évité si la pièce est coûteuse ou difficile à fabriquer. Elle nécessite aussi une formation spécifique et donc un investissement en temps et en argent de la part du personnel qui l’utilise. D’un autre côté, les machines sans contact ont tendance à offrir une vitesse supérieure pour effectuer les mesures. Cette méthode permet d’enregistrer rapidement les données numériques avec une très grande précision. Elle peut aussi avoir un impact moindre sur le matériau mesuré car elle n’est pas intrusive comme la méthode de contact. Mais il y a aussi quelques limites dans cette technique : la surface où se trouve le produit peut impacter sur sa qualité car cela pourrait nuire aux résultats finaux obtenus avec cet appareil. Cela ne fonctionne pas toujours bien pour les matériaux réfléchissants ou transparents qui ont besoin d’une préparation particulière avant même que leur mesure soit prise.

Comment interpréter les résultats de mesure 3D et les utiliser dans la production

Une fois les mesures 3D effectuées, la question de l’interprétation des résultats se pose. Les données obtenues sont généralement stockées sous forme numérique pour être traitées et analysées ultérieurement. Vous devez transmettre ces données aux employés afin qu’ils puissent en tirer toutes les informations pertinentes.

L’une des principales applications de la mesure 3D est dans le contrôle qualité. Effectivement, elle permet aux fabricants d’identifier rapidement toute non-conformité ou variation par rapport aux spécifications du produit. Cela peut aider à éviter des erreurs coûteuses dans la production en série. Les résultats peuvent aussi être utilisés pour optimiser le processus de fabrication, notamment l’amélioration de la précision et de l’uniformité du produit final.

Il y a quelques défis à prendre en compte lorsqu’il s’agit d’utiliser les résultats des mesures 3D dans une production industrielle. Il faut tenir compte du fait que différents appareils peuvent donner différentes valeurs même s’ils sont utilisés sur un même objet ou pièce produite avec tout autant d’exigence technique.

Pour cette raison, il est souvent nécessaire d’établir une méthode commune qui permettrait aux employés travaillant sur une chaîne productrice donnée d’utiliser un seul appareil unique et ainsi avoir une source fiable pour leur travail journalier.

Un autre défi auquel on peut faire face lorsqu’on utilise ces outils réside dans leur complexité : certains logiciels sont assez compliqués à comprendre et nécessitent donc beaucoup plus de temps pour acquérir un niveau avancé avant qu’il ne soit possible de commencer son travail de mesure.

Les employés chargés des mesures 3D disposent d’une connaissance approfondie de la production industrielle. Cela leur permettra notamment de comprendre l’impact potentiel des variations détectées sur le produit final, ainsi que les coûts engendrés par ces changements.

Malgré ces défis, la métrologie 3D continue à être largement utilisée dans tous types de productions industrielles pour garantir une qualité optimale du produit fini et améliorer sa fiabilité dans toutes ses applications possibles. En comprenant comment utiliser correctement cette technologie, les employés peuvent faciliter certains processus dès lors qu’ils sont fidèles aux spécifications techniques prédéterminées en début de travail industriel et ainsi éviter toutes erreurs ou perturbations éventuelles ultérieurement.