Guide complet des machines CMM et des mesures

Qu'est-ce qu'une machine CMM ?

Imaginez une machine CNC capable d'effectuer des mesures extrêmement précises de manière hautement automatisée. C'est ce que font les MMT !

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

Applications des machines à mesurer tridimensionnelles

Les machines à mesurer tridimensionnelles sont précieuses dès lors qu'il est nécessaire de réaliser des mesures précises. Plus les mesures sont complexes ou nombreuses, plus leur utilisation est avantageuse.

Les MMT sont généralement utilisées pour l'inspection et le contrôle qualité. Autrement dit, elles permettent de vérifier que la pièce répond aux exigences et aux spécifications du concepteur.

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

Qui a inventé les machines CMM ?

Les premières machines MMT ont été développées par la société écossaise Ferranti dans les années 1950. Elles étaient nécessaires à la mesure de précision des pièces dans les industries aérospatiale et de la défense. Les toutes premières machines ne disposaient que de deux axes de mouvement. Les machines à trois axes ont été introduites dans les années 1960 par la société italienne DEA. La commande par ordinateur est apparue au début des années 1970, et a été introduite par Sheffield aux États-Unis.

Types de machines CMM

Il existe cinq types de machines à mesurer tridimensionnelles :

• MMT à pont : Dans cette conception, la plus courante, la tête de la MMT repose sur un pont. Un côté du pont repose sur un rail du banc, tandis que l'autre côté est soutenu par un coussin d'air ou un autre moyen de transport sans rail de guidage.
• Cantilever CMM : Le cantilever supporte le pont d'un seul côté.
• MMT à portique : le portique utilise un rail de guidage de chaque côté, comme une fraiseuse CNC. Ce sont généralement les plus grandes MMT, elles nécessitent donc un support supplémentaire.
• MMT à bras horizontal : Imaginez un cantilever, mais avec le pont entier se déplaçant de haut en bas sur le bras unique plutôt que sur son propre axe. Ce sont les MMT les moins précises, mais elles peuvent mesurer des composants de grande taille et de faible épaisseur, comme des carrosseries automobiles.
• MMT à bras portable : Ces machines utilisent des bras articulés et sont généralement positionnées manuellement. Plutôt que de mesurer directement les coordonnées XYZ, elles calculent les coordonnées à partir de la position de rotation de chaque articulation et de la longueur connue entre elles.

Chacune présente des avantages et des inconvénients selon les types de mesures à effectuer. Ces types font référence à la structure de la machine utilisée pour positionner sessondepar rapport à la pièce mesurée.

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

Les sondes sont généralement positionnées en 3 dimensions (X, Y et Z). Cependant, des machines plus sophistiquées permettent de modifier l'angle des sondes, permettant ainsi de mesurer des zones inaccessibles. Des tables rotatives peuvent également être utilisées pour améliorer l'accessibilité de divers éléments.

Les MMT sont souvent fabriquées en granit et en aluminium et utilisent des paliers à air

La sonde est le capteur qui détermine où se trouve la surface de la pièce lorsqu'une mesure est effectuée.

Les types de sondes incluent :

• Mécanique
• Optique
• Laser
• Lumière blanche

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

• Départements de contrôle qualité : ils sont généralement conservés dans des salles blanches climatisées pour maximiser leur précision.
• Atelier : Ici, les MMT sont placées parmi les machines à commande numérique pour faciliter les inspections au sein d'une cellule de fabrication, avec un minimum de déplacements entre la MMT et la machine où les pièces sont usinées. Cela permet de prendre des mesures plus tôt et potentiellement plus souvent, ce qui génère des économies car les erreurs sont identifiées plus tôt.
• Portables : Les MMT 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 CMM) ?

La précision des machines de mesure tridimensionnelle varie. Généralement, elles visent une précision de l'ordre du micromètre ou supérieure. Mais ce n'est pas si simple. D'une part, l'erreur peut être fonction de la taille ; l'erreur de mesure d'une MMT peut donc être spécifiée par une formule courte incluant la longueur de la mesure comme variable.

Par exemple, la MMT Global Classic d'Hexagon est répertoriée comme une MMT polyvalente abordable et spécifie sa précision comme suit :

1,0 + L/300 um

Ces mesures sont exprimées en microns et L est exprimé en mm. Imaginons que nous cherchions à 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 est un millième de mm, 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 minime !

D'un autre côté, la précision devrait être dix fois supérieure à celle que nous cherchons à mesurer. Cela signifie que nous ne pouvons faire confiance à cette mesure qu'à dix fois cette valeur, soit 0,00005 pouce. Cela reste une erreur assez faible.

La situation est encore plus complexe pour les mesures effectuées par une MMT en atelier. Si la MMT est hébergée dans un laboratoire d'inspection à température contrôlée, cela est très utile. Mais en atelier, les températures peuvent varier considérablement. Il existe différentes façons pour une MMT de compenser les variations de température, mais aucune n'est parfaite.

Les fabricants de MMT spécifient souvent la précision pour une plage de température donnée. Selon la norme ISO 10360-2, une plage typique est comprise entre 18 et 22 °C (64 et 72 °F). C'est parfait, sauf si la température de votre atelier est de 30 °C en été. Dans ce cas, vous ne disposez pas d'une spécification précise pour l'erreur.

Certains fabricants vous fourniront un ensemble d'échelons ou de plages de température avec différentes spécifications de précision. Mais que se passe-t-il si vous vous trouvez dans plusieurs plages pour la même série de pièces à différents moments de la journée ou à différents jours de la semaine ?

Il faut alors établir un budget d'incertitudes qui tienne compte des scénarios les plus défavorables. Si ces scénarios aboutissent à des tolérances inacceptables pour vos pièces, d'autres modifications du processus sont nécessaires :

• Vous pouvez limiter l'utilisation du CMM à certaines heures de la journée lorsque les températures se situent dans des plages plus favorables.
• Vous pouvez choisir d'usiner uniquement des pièces ou des éléments à tolérance inférieure à des moments particuliers de la journée.
• De meilleures MMT peuvent avoir de meilleures spécifications pour vos plages de température. Elles peuvent être intéressantes, même si elles peuvent être beaucoup plus chères.

Bien sûr, ces mesures vont compromettre votre capacité à planifier vos interventions avec précision. Soudain, vous pensez qu'une meilleure climatisation de l'atelier pourrait être un investissement rentable.

Vous pouvez voir à quel point toute cette histoire de mesure devient sacrément compliquée.

L'autre élément essentiel est la spécification des tolérances à vérifier par la MMT. La norme de référence est le Tolérancement et Dimensionnement Géométrique (GD&T). Consultez notre formation d'introduction au GD&T pour en savoir plus.

Logiciel CMM

Les 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 en charge.

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

DMIS

Comme mentionné, DMIS est la norme, mais comme le g-code de CNC, il existe de nombreux dialectes, notamment :

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

MCOSMOS

MCOSTMOS est le logiciel CMM de Nikon.

Calypso

Calypso est un logiciel CMM de Zeiss.

Logiciels CMM et CAO/FAO

Quel est le rapport entre le logiciel CMM et la programmation et le logiciel CAO/FAO ?

Il existe de nombreux formats de fichiers CAO différents ; vérifiez donc ceux avec lesquels votre logiciel de MMT est compatible. L'intégration ultime est appelée « Définition Basée sur le Modèle » (MBD). Avec MBD, le modèle lui-même peut être utilisé pour extraire les dimensions pour la MMT.

MDB est assez à la pointe de la technologie, il n'est donc pas encore utilisé dans la majorité des cas.

Sondes, montages et accessoires CMM

Sondes CMM

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

Montages CMM

Les montages permettent de gagner du temps lors du chargement et du déchargement des pièces sur une MMT, comme sur une machine à commande numérique. Certaines MMT sont même équipées de chargeurs de palettes automatiques pour optimiser le rendement.

Prix ​​de la machine CMM

Les nouvelles machines de mesure de coordonnées coûtent entre 20 000 et 30 000 dollars et peuvent coûter plus d'un million de dollars.

Emplois liés à la MMT dans un atelier d'usinage

Responsable CMM

Programmeur CMM

Opérateur de MMT