Machine à mesurer tridimensionnelle

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Les machines à mesurer tridimensionnelle (MMT) sont des instruments utilisés en métrologie dimensionnelle. Elles permettent d'obtenir les coordonnées des points mesurés (palpés) sur une pièce mécanique ; on parle parfois de métrologie par coordonnées (traduction de coordinate metrology).

Ces coordonnées permettent de vérifier la validité dimensionnelle de la pièce, de vérifier que les cotes sont respectées.

De telles machines sont désormais présentes dans toutes les industries mécaniques.

Constitution[modifier | modifier le code]

Une MMT est constituée :

  • d'une table (partie de la machine sur laquelle la pièce à mesurer est immobilisée, appelée parfois marbre mais qui n'est pas nécessairement géométriquement parfaite). Dans tous les cas, l'usage recommande de ne pas utiliser cette surface comme surface de référence au cours de la mesure ;
  • de trois liaisons glissières permettant de positionner la tête de mesure en tout point de l'espace ; des règles graduées (optiques ou électriques) permettent de connaître la position de chacune des glissières ;
  • d'une tête de mesure.

On distingue 3 modèles principaux de MMTs

  • Les Portiques (un portique supporte l'axe Z, déplacement sur coussins d'air en général)
  • Les Trusquins ou MMT à bras horizontal (une colonne (axe Z) supporte l'axe Y horizontal, déplacement sur roulement)
  • Les Ponts (quatre pieds (ou plus) supportent l'axe Y avec double entrainement le long l'axe X) pour les grands volumes.

Les MMTs existent en version manuelle ou à commande numérique

Technologie des têtes de mesure[modifier | modifier le code]

La tête de mesure est un organe dont les coordonnées de l'origine sont connues grâce aux règles de mesure des glissières. Elle permet d'être l'interface entre la machine et la pièce à l'aide :

  • soit d'un stylet (tige qui déclenche un contacteur dès qu'elle rentre en contact avec la pièce) pour l'extraction de points (méthode de palping) ;
  • soit d'un capteur par contact, d'architecture extérieure proche de celle du palpeur mais qui permet la mesure en continu et le relevé de profil par exemple (méthode de scanning) ;
  • soit d'un capteur optique qui permet la discrétisation de la surface à mesurer par un grand nombre de points.

La plupart des têtes de mesure permettent plusieurs orientations du palpeur ou du capteur qu'elles portent pour favoriser l'accessibilité aux surfaces à mesurer. En général, l'orientation de la tête concerne deux axes et son pas est de 7.5° (de 0° à 105° pour l'axe A et de -180° à + 180° pour l'axe B).

Utilisation[modifier | modifier le code]

L'obtention de différentes coordonnées des points d'une pièce n'est pas très utile en soi. Une MMT est donc connectée à un ordinateur disposant d'un logiciel d'interprétation des coordonnées. Ce type de logiciel calcule les formes géométriques idéales aux points palpés sur les surface de la pièce à mesurer, ce qui autorise le calcul rapide d'un défaut de Tolérance géométrique (forme, localisation, parallélisme, coaxialité…).

MMT précises pour pièces microtechniques[modifier | modifier le code]

Depuis les années 2000, le développement de MMT de très haute précision spécifique pour pièces microtechniques a vu le jour. Situées entre les MMT conventionnelles et les microscopes à force atomiques, ces machines sont équipés de palpeurs de Ø=1mm à Ø=50µm ayant des forces d'appui très faibles (quelques centaines de µN seulement) ce qui permet de palper des pièces de très petite taille sans les déformer. Leur précision de mesure peut atteindre quelques nanomètres pour un volume de travail d'une dizaine de centimètre de côté. Prototypes fabriqués par de Laboratoires Nationaux: METAS (Suisse), NPL (Angleterre) Machines commerciales: SIOS, Werth, IBS Precision, XPRESS Precision Engineering, Panasonic, Zeiss Metrology

MMT optiques[modifier | modifier le code]

Exemple d'utilisation d'une MMT optique portable (Modèle: HandyPROBE)

De nouvelles MMT optiques ont récemment fait leur apparition. Couplé à un capteur à double caméra externe (à la manière d'une Microsoft Kinect), leur principal attrait est qu'il est désormais possible de prendre des mesures 3D avec un appareil plus petit et sans fil. C'est par exemple le cas des appareils HandyPROBE fabriqués par Creaform.

MMT portables[modifier | modifier le code]

MMT portables de FARO
Depuis les années 2000, le développement de MMT de très haute précision spécifique pour pièces microtechniques a vu le jour. Situées entre les MMT conventionnelles et les microscopes à force atomiques, ces machines sont équipés de palpeurs de diamètres variables (moins de 1 mm) ayant des forces d'appui très faibles (quelques centaines de µN seulement) ce qui permet de palper des pièces de très petite taille sans les déformer. Leur précision de mesure peut atteindre quelques nanomètres pour un volume de travail d'une dizaine de centimètre de côté. La technologie des MMT a considérablement évolué, notamment avec le développement de MMT portables qui présentent les avantages des MMT traditionnelles tout en apportant une grande flexibilité. Ce sont des machines légères, utilisables n'importe où (la machine est transportée jusqu’à la pièce). Aucun environnement contrôlé n'est requis et leur fonctionnement est simple. Elles fournissent en outre des résultats très précis et sont suffisamment résistantes pour travailler dans des environnements variés.

[réf. nécessaire]

Les MMT portables sont aussi généralement moins chères que les MMT traditionnelles. Il existe deux grandes catégories de MMT portables : les bras de mesure articulés et les laser tracker.

Tandis que les machines de mesure tridimensionnelle (MMT) classiques utilisent un palpeur se déplaçant selon trois axes cartésiens pour mesurer les caractéristiques physiques d’un objet, les MMT portables, quant à elles, utilisent des bras articulés ou – comme c'est le cas des MMT optiques – des méthodes de triangulation optique qui leur procurent une liberté de mouvement inégalée autour de l'objet.

Les MMT portables dotées de bras articulés possèdent six ou sept articulations équipées de codeurs rotatifs plutôt que des axes linéaires. Ces bras portables sont légers (généralement moins de 9 kg (20 lb) et peuvent être transportés et utilisés pratiquement n'importe où. Cependant, les MMT optiques sont de plus en plus utilisées dans l'industrie. Dotées de caméras matricielles ou linéaires sont très compactes (comme la Microsoft Kinect, par exemple) et permettent à leurs utilisateurs de réaliser la numérisation 3D d'objets de tous types, et ce, presque partout.

Certaines applications non répétitives telles que la rétroingénierie, le prototypage rapide et l'inspection à grande échelle de pièces de toutes dimensions se prêtent parfaitement aux MMT portables, qui présentent de nombreux avantages. Elles offrent notamment aux utilisateurs la souplesse d’obtenir des mesures 3D même de tous types de pièces dans des lieux les plus éloignés ou contraignants. Elles sont faciles à utiliser et ne nécessitent pas d'environnement contrôlé pour fournir des mesures précises. De plus, les MMT portables sont généralement moins coûteuses que les MMT classiques.

En contrepartie, les MMT portables ne peuvent fonctionner que manuellement, c'est-à-dire qu'elles doivent être manœuvrées par une personne. De même, leur précision pourrait s'avérer légèrement inférieure à celle d'une MMT à pont et, dans une certaine mesure, elles pourraient moins bien se prêter à certaines applications.

Fabricants[modifier | modifier le code]

Les principaux fabricants de MMT sont européens, américains et japonais, on pourra citer

  • Aberlink (Angleterre)
  • Baty (Angleterre)
  • Hexagon Metrology (Suède) possédant DEA (Italie), TESA (Suisse), Brown and Sharp (Usa), Leica Geosystems, Romer (Fr)
  • Kreon Technologies (France)
  • Zeiss Metrology (Allemagne)
  • Creaform (Canada)
  • Wenzel (Allemagne)
  • Mora Metrology (Allemagne)
  • Nikon Metrology (Japon)
  • Mitutoyo (Japon)
  • Ayonis (France)
  • FARO Technologies (États-Unis)

Des fabricants de pays émergents sont apparus ces dernières années

  • GMT (Inde)
  • Inspecs Metrology (Inde)
  • AEH Metrology (Chine)
  • Qingdao (Chine)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]