Une machine à mesurer tridimensionnelle ( MMT ) est un instrument de précision utilisé pour mesurer les caractéristiques géométriques physiques d'un objet. À l'aide d'un système de coordonnées, elle effectue ces mesures en déterminant les dimensions, les formes et les positions de l'objet.
Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) sont essentielles pour le contrôle de la qualité , l'inspection et la rétro-ingénierie dans les industries manufacturières, automobiles, aérospatiales et électroniques.
Depuis les années 1960, la production industrielle a progressé, tirée par des secteurs comme la machinerie, l’automobile et l’aérospatiale, conduisant à l’essor des machines de mesure à trois coordonnées et de la technologie de mesure 3D.
En tant que nouvel instrument de mesure de précision à haute efficacité développé au cours des 30 dernières années, le CMM a été largement utilisé dans la fabrication de machines, l'électronique, l'automobile et les industries aérospatiales.
Il peut inspecter la taille, la forme et la position mutuelle des pièces et des composants, tels que la mesure de la boîte, le rail de guidage, la turbine et la lame, le cylindre, la came, l'engrenage, le for, m et d'autres profils d'espace.
De plus, il peut également être utilisé pour le traçage, le centrage de trous, la photolithographie de circuits intégrés, la numérisation de surfaces continues et la préparation de programmes d'usinage pour les machines-outils CNC.
En raison de sa polyvalence, de sa plage de mesure, de sa haute précision, de son rendement élevé et de ses bonnes performances, il peut être connecté à un système de fabrication flexible. Il est devenu une classe d'instruments de précision à grande échelle, il existe donc un « centre de mesure ».
CMM sur le rôle de la mesure tridimensionnelle
L’apparition de la machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) marque une étape importante dans la transition des méthodes de mesure manuelles classiques vers la technologie de test automatique moderne.
Les MMT jouent un rôle essentiel dans la technologie de mesure tridimensionnelle dans les aspects suivants :
1. Résoudre les problèmes de mesure complexes
Les MMT permettent de mesurer les contours de surfaces complexes, notamment les dimensions et les positions des trous dans les pièces de boîte, les lames, les engrenages et les contours extérieurs des véhicules et des avions.
2. Amélioration de la précision des mesures
Les MMT de haute précision atteignent une précision sur un axe allant jusqu'à 1 μm par mètre et une précision dans l'espace tridimensionnel de 1 à 2 μm. Les MMT d'atelier offrent une précision de 3 à 4 μm par mètre.
3. Promouvoir les lignes de production automatisées
Les MMT peuvent s'intégrer aux machines-outils CNC et aux centres d'usinage pour former des lignes de production automatisées ou des systèmes de fabrication flexibles, faisant progresser l'automatisation de la fabrication.
4. Améliorer l’efficacité des mesures
Les améliorations continues de la précision et de l’automatisation des MMT améliorent considérablement l’efficacité des processus de mesure tridimensionnelle.
5. Exploiter la technologie informatique
Les ordinateurs électroniques facilitent le traitement des données, permettent des fonctions de contrôle et réduisent le temps de mesure de plus de 95 %.
Le tableau ci-joint compare l’efficacité des MMT avec les méthodes de mesure traditionnelles.
État de la recherche du CMM
La première MMT au monde a été fabriquée en Grande-Bretagne en 1959 et son utilisation est devenue assez courante aujourd'hui. Selon les statistiques des sociétés de conseil professionnelles internationales, le taux de croissance des ventes de MMT est d'environ 7 à 25 %.
Les pays développés ont un pourcentage plus élevé, mais le taux de croissance diminue chaque année, d'environ 7 à 10 % ; les pays en développement ont un pourcentage plus faible, mais le taux de croissance augmente d'environ 15 à 25 %.
À l'heure actuelle, la machine de mesure à trois coordonnées se développe rapidement, les fabricants mondiaux de machines de mesure de production en comptent plus de 50, la variété des spécifications a atteint plus de 300 types.
Aperçu de l'équipement
Les fabricants de machines à mesurer tridimensionnelles sont plus nombreux, avec de nombreuses séries, dont la plupart ont une fonction de traçage. Zeiss et Leitz Letiz en Allemagne sont des fabricants étrangers célèbres, DEA en Italie, Brown @ Sharp aux États-Unis (Brown & Shape), Mitutoyo au Japon (Mitutoyo) et d'autres sociétés.
En général, les machines CMM ont les caractéristiques suivantes :
Accessibilité et conception
a) La plupart des machines sont dotées d'une disposition en porte-à-faux, offrant une excellente accessibilité à l'espace pour le montage de grandes pièces ou de véhicules complets.
b) Les conceptions optimisées utilisant AutoCAD et les méthodes des éléments finis garantissent des structures raisonnables et des formes attrayantes.
Développement spécialisé
c) De solides capacités de développement spécialisé offrent des logiciels et des accessoires plus personnalisés pour répondre aux divers besoins des utilisateurs.
Matériel et construction
d) Les pièces mobiles sont principalement en alliage d'aluminium, minimisant la masse pour une rigidité élevée et une faible inertie.
Compensation et contrôle des erreurs
e) Équipé de 21 outils logiciels de compensation d'erreur pour améliorer la précision de manière rentable.
f) Dispose d'un système de contrôle de trajectoire continue DSP 32 bits avec de meilleures performances que les processeurs traditionnels, prenant en charge les calculs avancés et les programmes de haut niveau stockés en interne.
Sondage et logiciel avancés
g) Les machines utilisent principalement des sondes électriques Renishaw (Royaume-Uni), connues pour leur fiabilité et leur fonctionnalité.
h) Comprend un logiciel de contrôle et de mesure complet, ainsi que des programmes de correction d'erreurs spécialisés.
Stabilité et mise en réseau
i) Les machines sont très stables, fiables et offrent une longue durée de vie.
j) Les MMT sont connectées en réseau avec des postes de travail informatiques et des machines-outils à commande numérique, ce qui permet une intégration transparente.
Croissance technologique rapide
k) La technologie CMM a évolué rapidement, avec des systèmes CNC et des logiciels de mesure mis à jour tous les deux à trois ans.
Standardisation et diversité
l) Offre une gamme complète de modèles avec un degré élevé de standardisation, de généralisation et de sérialisation.
Tendances futures du développement de la CMM
La technologie de fabrication avancée, les divers projets d'ingénierie et la nécessité d'expériences scientifiques sur la machine de mesure à trois coordonnées imposent constamment de nouvelles exigences plus élevées.
À partir du développement actuel des trois machines de mesure de coordonnées et de la science et de la technologie, la production de trois exigences de machines de mesure de coordonnées, dans la période à venir, sa principale tendance de développement peut être résumée dans les aspects suivants.
1. Vulgarisation et promotion de la mesure à grande vitesse
La qualité et l’efficacité ont toujours été les deux principaux indicateurs de la performance de diverses machines et des avantages et inconvénients des processus de production.
Le concept traditionnel est que la vitesse de mesure ne doit pas être trop élevée pour garantir la précision de la mesure.
À mesure que le rythme de production s'accélère, les utilisateurs ont besoin d'une machine de mesure capable de garantir la précision tout en répondant à des exigences de vitesse de plus en plus exigeantes. L'amélioration de la vitesse de mesure de la MMT apporte les innovations suivantes :
Améliorations structurelles et avancées matérielles
a) Les améliorations de la conception structurelle et les changements de matériaux optimisent la rigidité et réduisent la masse des pièces mobiles.
Des matériaux légers comme l'aluminium, la céramique et les matériaux synthétiques remplacent les matériaux conventionnels comme le granit, réduisant ainsi l'inertie du mouvement. Des structures creuses à parois minces sont également adoptées.
Améliorations des performances dynamiques
b) Les performances dynamiques à grande vitesse reposent sur des capacités de compensation dynamique améliorées. Les paramètres structurels et les protocoles de mouvement de la machine de mesure sont optimisés pour minimiser les erreurs dynamiques, améliorer les performances du système de contrôle et garantir une grande précision lors des mesures à grande vitesse.
Transition vers des méthodes de sondage sans contact
c) La mesure par sonde sans contact évite les limitations des méthodes tactiles, telles que les accélérations, décélérations et collisions fréquentes, améliorant ainsi considérablement la vitesse de mesure. Cette méthode améliore la fiabilité et la sécurité et est supérieure à la mesure tactile traditionnelle.
Le rôle de la technologie de programmation hors ligne
d) La technologie de programmation hors ligne, supportée par la CAO, permet la préparation du programme de mesure dans un environnement graphique 3D sans utiliser la machine de mesure.
Cela synchronise la préparation des mesures avec les processus de production, améliorant ainsi l'efficacité de la machine de mesure et de la préparation des programmes.
En intégrant ces avancées, les MMT continuent de s’améliorer en termes de vitesse, de précision et d’efficacité, répondant ainsi aux exigences croissantes des processus de production modernes.
2. Application de nouveaux matériaux et technologies
Pour assurer une fonction de mesure fiable à grande vitesse, les pays étrangers attachent une grande importance à la sélection des matières premières pour le corps de recherche, récemment dans la fonte traditionnelle, l'acier moulé à base d'ajout d'alliages, de pierre, de céramique et d'autres nouveaux matériaux.
Zeiss, Sheffield, Leitz, Ferranti (Royaume-Uni), DEA et d'autres grands fabricants de machines de mesure de coordonnées dans le monde utilisent la plupart des matériaux légers, de bonne rigidité et de conductivité thermique des alliages pour fabriquer la machine de mesure sur les composants du mécanisme mobile.
Les alliages d'aluminium, les matériaux céramiques et divers matériaux synthétiques dans la CMM sont de plus en plus largement utilisés.
En raison de la bonne conductivité thermique des nouveaux matériaux, lorsqu'une distribution de température inégale se produit, la douceur thermique peut être obtenue rapidement dans un délai très court et la déformation thermique causée par les changements de température peut être minimisée.
C'est pour cette raison que ces dernières années, le fabricant a reformulé le climax et que de nouvelles variétés sont apparues. L'évolution des indices techniques se manifeste sous deux aspects :
a) Vitesses de fonctionnement maximales de 15 m/s ou plus ;
b) Les exigences de température ambiante peuvent être réduites à 20 ± 4°C.
D’autres nouvelles technologies, comme la lévitation magnétique, seront également utilisées dans les machines de mesure et autres sondes.
3. Améliorations du système de contrôle
Dans les systèmes de fabrication modernes, l'objectif de la mesure ne se limite plus de plus au contrôle d'acceptation du produit fini, mais s'étend à l'ensemble du système de fabrication pour fournir des informations sur le processus de fabrication afin de fournir une base de contrôle.
Pour répondre à cette exigence, la machine de mesure doit être dotée d'un système de commande ouvert et d'une plus grande flexibilité. À cet effet, il est possible d'utiliser le développement rapide des nouvelles technologies industrielles électroniques, notamment des ordinateurs, pour concevoir de nouveaux systèmes à rapport performances/prix élevé.
Ces dernières années, le prix des ordinateurs a diminué, tandis que les performances s'améliorent. Supposons que vous puissiez utiliser la production en série de modèles d'ordinateurs peu coûteux et performants (tels que 80386, 80486) pour concevoir un système de contrôle numérique de machine de mesure spécial.
Dans ce cas, vous pouvez introduire un nouveau système de contrôle de machine de mesure peu coûteux et performant. Alternativement, des systèmes de contrôle complexes peuvent être conçus de manière compacte pour réduire les coûts.
4. Développement de sondes pour machines de mesure
Rôle des sondes dans la précision de la MMT
Outre le corps mécanique de la MMT, la sonde est essentielle pour obtenir une précision élevée et est considérée comme le cœur de la MMT. L'amélioration des performances de la sonde est l'aspect le plus difficile par rapport aux autres indicateurs techniques.
Caractéristiques idéales de la sonde
Les performances d'une sonde idéale sont étroitement liées à ses paramètres, tels que le diamètre du corps de la sonde (D) et la longueur de la tige de la sonde (L), le rapport L/D étant crucial. Un rapport L/D plus élevé améliore les performances, avec des valeurs supérieures à 6 offrant une précision supérieure à 0.1 μm et des vitesses de déplacement de la gâchette allant de 0.5 mm/s à 80 mm/s.
Progrès dans la technologie des sondes
Le développement d'une technologie de « capteur à semi-conducteurs » est inévitable pour répondre à ces exigences de haute performance, en faisant passer la détection de la perception passive à la détection active et en abordant des problèmes tels que la sensibilité des sondes piézoélectriques et leur résistance aux interférences.
L'essor des sondes sans contact
Une tendance clé dans la technologie des sondes est l’utilisation accrue de sondes sans contact, en particulier dans des secteurs comme la microélectronique, où les sondes de contact ne peuvent pas mesurer des motifs bidimensionnels comme les masques de circuits intégrés.
Croissance des machines de mesure de coordonnées optiques
Le développement rapide des machines de mesure de coordonnées optiques s'est concentré sur la mesure sans contact. Ces machines, associées à des sondes sans contact avancées, offrent une grande précision et une large plage, facilitant les mesures par balayage et les mesures spécialisées de micro-pièces, en particulier dans les petits trous.
L'avenir de la technologie des sondes
L’utilisation de différents types de sondes, simultanément ou en alternance, constitue également une orientation de développement importante pour l’avenir de la technologie CMM.
5. Innovations dans la technologie logicielle
Le logiciel détermine la fonction et la facilité d'utilisation de la machine de mesure et prend en charge les nouveaux développements technologiques.
Pour intégrer les CMM dans la production, des logiciels de communication réseau, de modélisation, de CAO, de rétro-ingénierie et de simulation doivent être développés.
En outre, il s’agit d’accélérer la vulgarisation de l’utilisation des logiciels de mesure généraux (DMIS) pour faciliter l’échange de données avec la CAO/FAO ;
Développer des logiciels de mesure spécialisés pour diverses pièces et les unifier sur une plate-forme commune est une tendance inévitable dans l'innovation logicielle.
On peut dire que le logiciel de la machine de mesure est l'une des technologies qui se développe le plus rapidement dans le domaine de la MMT.
Le développement du logiciel permettra à la machine de mesure à trois coordonnées d'évoluer vers un développement intelligent.
Conclusion
En tant que cœur de la mesure de précision, la CMM a évolué vers une automatisation intelligente, progressant dans les matériaux, la technologie à grande vitesse et sans contact et l'intégration pour répondre aux exigences industrielles et stimuler les mises à niveau de fabrication.
Quels sont les principaux types de CMM ?
- Pont CMM : Le plus courant pour une utilisation générale.
- MMT en porte-à-faux : Utilisé pour les petites pièces avec une grande précision.
- Portique CMM : Idéal pour les grandes pièces.
- MMT portable : Utilisé pour les mesures sur site et la flexibilité.
Quelles industries utilisent des MMT ?
Les MMT sont largement utilisées dans l'aérospatiale, l'automobile, la fabrication, les dispositifs médicaux et d'autres industries nécessitant un contrôle qualité précis et une analyse dimensionnelle.
Quelle est la précision d’une MMT ?
La précision dépend du type et de la configuration de la machine, mais peut aller de quelques microns à des niveaux submicroniques pour les modèles de haute précision.
Quel est le rôle du logiciel dans le fonctionnement de la CMM ?
Le logiciel CMM analyse les données de mesure, génère des rapports et s'intègre aux modèles CAO pour effectuer des comparaisons entre les pièces réelles et leurs spécifications conçues.
Quelles sont les sondes couramment utilisées dans les MMT ?
- Sondes à déclenchement tactile : Pour la mesure de points discrets.
- Sondes de numérisation : Pour des mesures de surface en continu.
- Sondes sans contact : Tels que des sondes laser ou optiques pour matériaux délicats ou mous.
Quel est l’avantage d’utiliser une MMT par rapport aux outils de mesure traditionnels ?
Les MMT offrent une plus grande précision, des mesures plus rapides et la capacité de mesurer des géométries complexes que les outils traditionnels comme les pieds à coulisse et les micromètres ne peuvent pas gérer.
Quels facteurs affectent la précision d’une MMT ?
Les facteurs incluent l’étalonnage de la machine, la stabilité de la température, le type de sonde, les compétences de l’opérateur et le montage des pièces.
Comment est étalonnée une MMT ?
L'étalonnage est effectué à l'aide de normes de référence certifiées pour garantir que la machine fournit des mesures précises. Un entretien régulier et des contrôles environnementaux sont essentiels pour maintenir la précision.
