Guide complet des machines à mesurer tridimensionnelles et des instruments de mesure

Qu'est-ce qu'une machine CMM ?

Imaginez une machine de type CNC capable d'effectuer des mesures extrêmement précises de manière hautement automatisée. C'est exactement ce que font les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) !

CMM signifie « machine à mesurer tridimensionnelle ». Ce sont peut-être les appareils de mesure 3D les plus performants grâce à leur combinaison de flexibilité, de précision et de rapidité.

Applications des machines à mesurer tridimensionnelles

Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) sont précieuses dès lors que des mesures précises sont nécessaires. Plus les mesures sont complexes ou nombreuses, plus l'utilisation d'une MMT est avantageuse.

Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) sont généralement utilisées pour l'inspection et le contrôle qualité. Autrement dit, elles servent à vérifier que la pièce est conforme aux exigences et spécifications du concepteur.

Ils peuvent également être utilisés pourrétro-ingénieriepièces existantes en effectuant des mesures précises de leurs caractéristiques.

Qui a inventé les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) ?

Les premières machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) ont été développées par la société écossaise Ferranti dans les années 1950. Elles étaient nécessaires pour la mesure de précision des pièces dans les industries aérospatiale et de défense. Les toutes premières machines ne possédaient que deux axes de mouvement. Les machines à trois axes ont été introduites dans les années 1960 par la société italienne DEA. La commande numérique est apparue au début des années 1970, introduite par la société américaine Sheffield.

Types de machines CMM

Il existe cinq types de machines à mesurer tridimensionnelles :

• Machine à mesurer tridimensionnelle de type pont : Dans cette conception, la plus courante, la tête de la machine à mesurer tridimensionnelle se déplace sur un pont. Un côté du pont se déplace sur un rail fixé au banc, tandis que l’autre côté est supporté par un coussin d’air ou un autre dispositif sur le banc, sans rail de guidage.
• Machine de mesure tridimensionnelle à porte-à-faux : le porte-à-faux ne supporte le pont que d’un seul côté.
• Machine de mesure tridimensionnelle à portique : Le portique utilise un rail de guidage de chaque côté, comme une fraiseuse CNC. Ce sont généralement les machines de mesure tridimensionnelle les plus volumineuses, qui nécessitent donc un support supplémentaire.
• Machine de mesure tridimensionnelle à bras horizontal : Imaginez une machine en porte-à-faux, mais avec le pont entier se déplaçant verticalement le long d'un seul bras plutôt que sur son propre axe. Ce sont les machines de mesure tridimensionnelles les moins précises, mais elles peuvent mesurer des pièces grandes et fines, comme des carrosseries automobiles.
• Machines à mesurer tridimensionnelles portables à bras articulé : ces machines utilisent des bras articulés et sont généralement positionnées manuellement. Au lieu de mesurer directement les coordonnées XYZ, elles calculent ces coordonnées à partir de la position de rotation de chaque articulation et de la distance connue entre les articulations.

Chacune présente des avantages et des inconvénients selon le type de mesures à effectuer. Ces types font référence à la structure de la machine utilisée pour positionner ses instruments.sondepar rapport à la partie mesurée.

Voici un tableau pratique pour vous aider à comprendre les avantages et les inconvénients :

Les sondes sont généralement positionnées selon trois axes : X, Y et Z. Cependant, les machines plus sophistiquées permettent également de modifier l’angle des sondes, ce qui autorise des mesures dans des zones autrement inaccessibles. Des plateaux tournants peuvent également être utilisés pour faciliter l’accès à différentes caractéristiques.

Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) sont souvent fabriquées en granit et en aluminium, et elles utilisent des paliers à air.

La sonde est le capteur qui détermine la position de la surface de la pièce lors d'une mesure.

Les types de sondes comprennent :

• Mécanique
• Optique
• Laser
• Lumière blanche

Les machines de mesure tridimensionnelle sont utilisées de trois manières générales :

• Services de contrôle qualité : Ils sont généralement conservés dans des salles blanches à température contrôlée afin d’optimiser leur précision.
• Atelier de production : Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) sont installées au niveau des machines à commande numérique (CNC) afin de faciliter les contrôles au sein d’une cellule de production. Les déplacements entre la MMT et la machine d’usinage sont ainsi réduits au minimum. Cette configuration permet d’effectuer des mesures plus tôt et potentiellement plus fréquemment, ce qui engendre des économies grâce à une détection plus rapide des erreurs.
• Portables : Les machines à mesurer tridimensionnelles portables sont faciles à déplacer. Elles peuvent être utilisées en atelier ou même transportées sur un site éloigné de l’usine de fabrication pour mesurer des pièces sur le terrain.

Quelle est la précision des machines CMM (précision des CMM) ?

La précision des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) est variable. Généralement, elles visent une précision micrométrique, voire meilleure. Mais ce n'est pas si simple. En effet, leur erreur peut dépendre de la taille ; l'erreur de mesure d'une MMT peut donc être exprimée par une formule concise incluant la longueur de la mesure comme variable.

Par exemple, la machine à mesurer tridimensionnelle Global Classic d'Hexagon est présentée comme une machine à mesurer tridimensionnelle polyvalente et abordable, et sa précision est spécifiée comme suit :

1,0 + L/300 µm

Ces mesures sont exprimées en microns et L est spécifié en mm. Supposons que nous souhaitions mesurer la longueur d'un élément de 10 mm. La formule serait : 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30, soit 1,03 micron.

Un micron équivaut à un millième de millimètre, soit environ 0,00003937 pouce. L'erreur de mesure de notre longueur de 10 mm est donc de 0,00103 mm, soit 0,00004055 pouce. C'est moins d'un demi-dixième : une erreur infime !

En revanche, il faudrait une précision dix fois supérieure à la valeur mesurée. Cela signifie que si l'on ne peut se fier qu'à dix fois cette valeur, soit 0,00005 pouce, l'erreur reste minime.

La situation se complique encore davantage pour les mesures CMM en atelier. Si la machine est installée dans un laboratoire d'inspection à température contrôlée, cela facilite grandement les choses. Mais en atelier, les températures peuvent varier considérablement. Il existe différentes méthodes pour compenser ces variations de température, mais aucune n'est parfaite.

Les fabricants de machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) spécifient souvent la précision pour une plage de température donnée. Selon la norme ISO 10360-2 relative à la précision des MMT, cette plage est généralement de 18 à 22 °C (64 à 72 °F). C'est parfait, sauf si la température de votre atelier atteint 30 °C (86 °F) en été. Dans ce cas, la spécification de l'erreur n'est plus valable.

Certains fabricants fournissent des plages de températures ou des paliers avec des précisions différentes. Mais que se passe-t-il si, pour une même série de pièces, on se trouve dans plusieurs plages de températures à différents moments de la journée ou différents jours de la semaine ?

Il faut alors établir une marge d'incertitude qui tienne compte des scénarios les plus défavorables. Si ces scénarios entraînent des tolérances inacceptables pour vos pièces, des modifications supplémentaires du processus s'imposent.

• Vous pouvez limiter l'utilisation de la MMT à certains moments de la journée, lorsque les températures descendent dans des plages plus favorables.
• Vous pouvez choisir d'usiner uniquement les pièces ou les éléments à tolérance plus faible à certains moments de la journée.
• Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) de meilleure qualité peuvent offrir de meilleures spécifications pour vos plages de température. Elles peuvent valoir l'investissement, même si elles sont souvent beaucoup plus chères.

Bien sûr, ces mesures vont considérablement perturber la planification précise de vos tâches. Du coup, vous vous dites qu'un meilleur contrôle de la température dans l'atelier serait peut-être un investissement judicieux.

Vous voyez bien à quel point toute cette histoire de mesures peut devenir sacrément compliquée.

L'autre élément essentiel est la spécification des tolérances à contrôler par machine à mesurer tridimensionnelle (MMT). La référence est le dimensionnement et le tolérancement géométriques (GD&T). Consultez notre cours d'introduction au GD&T pour en savoir plus.

Logiciel CMM

Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) utilisent différents types de logiciels. La norme est appelée DMIS (Dimensional Measurement Interface Standard). Bien qu'elle ne soit pas l'interface logicielle principale de tous les fabricants de MMT, la plupart d'entre eux la prennent au moins en charge.

Les fabricants ont créé leurs propres variantes uniques afin d'ajouter des tâches de mesure non prises en charge par DMIS.

DMIS

Comme mentionné précédemment, DMIS est la norme, mais à l'instar du code G des machines CNC, il existe de nombreux dialectes, notamment :

• PC-DMIS : la version d'Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS : Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS est le logiciel de mesure tridimensionnelle de Nikon.

Calypso

Calypso est un logiciel de mesure tridimensionnelle (MMT) de Zeiss.

Logiciels CMM et CAO/FAO

Quel est le lien entre les logiciels et la programmation CMM et les logiciels CAO/FAO ?

Il existe de nombreux formats de fichiers CAO ; vérifiez donc la compatibilité de votre logiciel de MMT. L’intégration la plus poussée est appelée définition basée sur le modèle (MBD). Grâce à la MBD, le modèle lui-même permet d’extraire les dimensions pour la MMT.

MDB est une technologie de pointe, c'est pourquoi elle n'est pas encore utilisée dans la majorité des cas.

Sondes, dispositifs de fixation et accessoires pour machines à mesurer tridimensionnelles

Sondes CMM

Différents types et formes de sondes sont disponibles pour faciliter de nombreuses applications différentes.

Dispositifs de mesure tridimensionnelle

Les dispositifs de fixation permettent de gagner du temps lors du chargement et du déchargement des pièces sur une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT), tout comme sur une machine à commande numérique (CNC). Il existe même des MMT équipées de chargeurs de palettes automatiques pour optimiser la productivité.

Prix ​​d'une machine CMM

Les nouvelles machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) coûtent entre 20 000 et 30 000 dollars et peuvent atteindre plus d'un million de dollars.

Emplois liés à la MMT dans un atelier d'usinage

Gestionnaire CMM

Programmeur CMM

Opérateur CMM