MMT, bras de mesure et laser trackers se démocratisent

Le 01/03/2014 à 14:00  

Pour la reverse engineering

Numérisation 3D, digitalisation, rétroconception ou reverse engineering, sont autant de termes qui consistent à obtenir le fichier CAO d'une pièce réelle. La digitalisation, première étape, permet d'obtenir le nuage de points de la pièce (format fichier STL). Ce dernier est ensuite retravaillé par un bureau d'études pour réaliser la rétroconception, aussi appelé reverse engineering, exploitable dans tout logiciel de dessin type Catia V5, Pro-Engineering, Solidworks, Rhinoceros 3D… (aux formats de fichier IGES ou STEP).

Cette démarche conceptuelle est directement tributaire des nouveaux moyens de mesure et notamment des bras munis de têtes laser, car elle a pour objectif de créer un fichier CAO d'une pièce dont on ne sait rien et pour laquelle on doit établir rapidement un fichier de définition pour en réaliser la copie. Autre raison, l'analyse des déformations d'un moule en fonction de l'usure temporelle ou d'un changement de matière. La démarche qui sert à visualiser puis comparer les défauts de forme de la pièce avec son fichier CAO théorique s'accélère et devient encore plus précise au fur et à mesure que les dispositifs de relevés de surfaces s'améliorent.

C es dernières années,nous avons véritablement sorti la mesure 3D des salles blanches où elle était cantonnée jusqu'à présent », explique Serge Durand, Marketing & Business Development Manager chez Hexagon Metrology. C'est un événement fort du contrôle qualité. Résultat, sur le terrain des principales disciplines de mécanique générale (enlèvement de matière, tôlerie…), les traditionnelles salles demétrologie avec atmosphère et température contrôlées font moins recette car les mesures dimensionnelles se doivent d'être aussi proches que possible des moyens de production. Cette proximité permet de corriger, et même d'anticiper, toute dérive de cote ou de qualité d'états de surface avec des délais très courts. Moins de temps et de pièces perdues sont autant de productivité gagnée pour conquérir ou conserver de précieuses «parts de marché».

« L'idée, avec les premières applications du transfert des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) à l'atelier,date d'une petite vingtaine d'années.Dans un premier temps, des stations de mesure 3D compactes opérant par palpage,légèrement moins précises que les MMT traditionnelles, mais plus aptes aux environnements difficiles, furent implantées aux pieds des machines », se souvient Serge Durand. Une machine qui intervient dans le flux de production est capable de contrôler partiellement ou 100% des pièces. Cette dernière stratégie est celle du secteur aéronautique pour des raisons évidentes de sécurité. Agiles, ces unités ont progressé en rapidité d'inspection et sont munies de systèmes multicapteurs. Par exemple, «Turboméca a retenu la Duramax pour systématiquement contrôler l'usinage des aubes de turbines.Afin d'automatiser le cycle de contrôle, long, complexe et répétitif, un robot polyarticulé travaille en liaison avec la MMT », précise Stéphane Roussel, responsable «service applications» chez Carl Zeiss. « Pourtant, les petites MMT ont progressivement été détrônées à leur tour par les bras de mesure 3D », poursuit Serge Durand (Hexagon Metrology).

Le Go ! Scan 3D est utilisable dans un environnement quelconque afin de relever des nuages de points dans l'espace sans contact avec la pièce. Il rend a numérisation 3D encore plus facile pour des mesures rapides et fiables.

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Etudiés initialement pour contrôler les tubes, ces bras de mesure imaginés par Romer dès 1986 puis par l'américain Faro trouvèrent d'autres applications et se généralisèrent à l'aube des années 1990. Portatifs, fiables, faciles à utiliser, ils trouvèrent de multiples applications pour contrôler des pièces de tôlerie, de forge, de fonderie et les ensembles mécano soudés. Ces nouveaux appareils opèrent par contact, d'une manière extrêmement souple,rapide avec la précision du dixième de millimètre. Sur de nombreux postes, ils remplacèrent trusquins, pieds à coulisse, jauges de profondeur, palmers et calibres. Couplés avec un PC,ils fournissent des rapports détaillés complets pour les valeurs mesurées et détrônent définitivement une bonne partie des outillages de contrôles dédiés à certaines pièces. De plus, en ces temps de crise économique, le but de tout gestionnaire consiste à faire de la qualité avec de moindres budgets, d'où leur plébiscite.

La MMT Duramax de Zeiss est asservie avec un robot six axes pour le contrôle de pièces de turbines.

Turboméca Tarnos

« Progressivement, ces bras de mesure se sont améliorés, passant d'une tolérance du dixième à moins de 0,02 mm, le tout pour des coûts très intéressants. Ces instruments sont livrés avec des logiciels simples, adaptés aux opérateurs non spécialistes de la métrologie. Ces nouveaux moyens sont souvent installés en mode self-service et chaque intervenant, en fonction de sa tâche,exécute une gamme de contrôle qui lui est propre. De plus, ces bras de mesure, conçus pour enregistrer chaque point palpé en 3D,intéressent le domaine de la rétroconception à partir d'objets ou de prototypes existants (voir encadré) . Pour résumer, ils ont trouvé de nombreux adeptes appréciant leurs performances pour des budgets modestes compris entre 15000 et 20000 e .Cette accessibilité a permis aux entreprises de toutes tailles,particulièrement les PME et les mécaniciens, de s'équiper.Ainsi, le nombre de 70 à 75 petites MMT d'atelier vendues chaque année en France il y a 15 ans a progressivement décliné pour atteindre moins de 20 unités au profit de cette nouvelle génération de moyens de contrôle » détaille Serge Durand. Qu'on se rassure, les grandes MMT n'ont pas disparu de leurs salles blanches.Les constructeurs ont aussi amélioré leurs performances pour rendre leurs déplacements plus rapides. Elles restent indispensables pour mesurer des cotes inférieures ou égales à cinq microns. Certaines MMT à portiques sont même uniques lorsqu'elles doivent évaluer avec précision de gros volumes. Ainsi, une unité de 40m de longueur a été conçue tout spécialement pour mesurer exactement un avion de type drone. Il lui aura fallu un génie civil conçu spécialement. De plus, elles sont capables de recevoir et puis de changer en mode automatique capteurs et stylets en fonction des tâches à effectuer. Certaines sont même équipées de têtes laser afin d'effectuer du contrôle sans contact (surfaces souples ou difficiles d'accès).

Tomographie : dans l'intimité des matériaux

La tomographie est une technologie récente, comparable à la radiographie, qui présente de nombreux avantages car rien ne lui échappe, y compris l'intimité même des matériaux.

Son principe autorise de scanner puis récupérer des coupes 2D d'une pièce ou d'un ensemble puis d'associer ces multiples plans pour faire une reconstruction d'images en trois dimensions. L'approche permet de relever toute géométrie extérieure et intérieure d'un élément sans y toucher, par le biais des rayons X qui passent à travers sans le modifier.

La technologie de ces machines à mesurer et l'informatique associée sont complexes. Elle exige une enceinte imperméable aux rayonsX (plomb, béton, verres spéciaux…) pour tout opérateur évoluant à proximité.

La taille des pièces demeure relativement restreinte, mais l'association des coupes obtenues facilite le relevé des géométries complexes externes, mais aussi internes, d'éléments sans y toucher, qu'il va ensuite falloir comparer aux fichiers théoriques de CAO.

Son principal avantage, c'est que, quelle que soit la ou les matières (dans le cas d'un assemblage), il devient possible d'inspecter l'homogénéité d'une pièce avec détection éventuelle de criques, porosités, inclusions, bulles d'air, fissures ou défauts d'étanchéité lors d'un montage.

L'environnement informatique des machines de tomographie permet naturellement de faire du contrôle et de la mesure dimensionnelle sur des profils cachés ou dans des zones difficilement accessibles comme la chambre de combustion d'un moteur thermique.

Son principe de fonctionnement est relativement simple. La pièce est placée sur un plateau tournant puis l'appareil réalise une radiographie sur 361°. Ensuite, le logiciel de calcul traite les données pour en extraire divers nuages de points et images de chaque coupe. Avec ces éléments, tout opérateur réalise des mesures très précises. Cependant, en fonction des paramètres de la machine et de la pièce ou de l'ensemble observé, la durée d'acquisition d'une tomographie peut demander une heure. Ce procédé de mesure est très performant mais reste onéreux au niveau investissement machine, car il faut envisager une enveloppe de 400000 à 500000e.

Aussi, pour répondre aux besoins des industriels, dès 2008, le groupe Sematec, spécialisé dans la mesure a investi dans un tomographe Zeiss Metrotom. L'expertise apportée avec ce premier outil a permis au groupe d'investir dans un deuxième tomographe, suite à de nombreuses demandes clients. L'appareil OPTIV CT 160 se montre plus puissant en terme de résolution d'images.

Le Metra Scan-R effectue 36 000 mesures par seconde avec une résolution de 0,1 à 0,05 mm sur les trois axes.

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