Cours Metrologie (1)

LA METROLOGIE mesure et contrôle des spécifications dimensionnelles et géométriques

Objectif : être capable de choisir un outil de contrôle, de contrôler des spécifications dimensionnelles, géométriques et interpréter les résultats.

Métrologie (Généralités) 1. Définitions La métrologie est une branche de la physique concernant la « science des mesures et ses applications ». Elle définit l’opération ou l’ensemble des opérations permettant de déterminer avec précision la ou les valeurs des grandeurs à mesurer. La mesure ou mesurage est un « processus consistant à obtenir expérimentalement une ou plusieurs valeurs que l'on peut raisonnablement attribuer à une grandeur. On obtient une mesure de la grandeur

Le contrôle permet de s’assurer du respect des spécifications chiffrées contenues dans le cahier des charges. La valeur réelle de la grandeur de l’élément doit être comprise entre deux valeurs limites (minimum et maximum). On sait uniquement si la pièce est conforme ou non conforme.

Application : Pour ces différents instruments, indiquez s’il s’agit d’instrument de mesure ou d’instrument de contrôle.

2. Contrôle 2.1. Quand contrôle-t'on ?

2.2. Pourquoi est-il nécessaire de contrôler les pièces fabriquées? Il faut contrôler les pièces fabriquées pour vérifier leur conformité par rapport au dessin de définition.

Le dessin de définition représente les pièces avec des spécifications dimensionnelles géométriques.

ou

Rappel sur les éléments de dessin de définition:

2.2. types de contrôle 2.2.1. Contrôle par mesurage

2.2.2. Contrôle par attribut

La grandeur à contrôler est mesurée et on vérifie qu'elle est comprise entre les valeur mini et maxi autorisées.

La grandeur à contrôler n'est pas mesurée, le résultat du contrôle est soit conforme soit non conforme. Avantage: méthode moins coûteuse, rapide et donc bien adaptée aux grandes séries, parfois automatisable.

Avantage: permet de suivre l'évolution d'une fabrication en série et éventuellement de corriger en cours de fabrication avant d'obtenir des pièces non conformes. Inconvénient: plus coûteux.

Inconvénient: ne permet pas de déceler une évolution des dimensions avant l'obtention de pièces fausses.

2.2.3. Contrôle par comparaison Comparer la cote d`une pièce par rapport à la cote d`un élément de dimensions connues (cale étalon par exemple)

1) Le contrôle de spécifications dimensionnelles (par mesurage) Le pied à coulisse

La jauge de profondeur

Micromètre extérieur:

Précision de l’ordre de 0.01 mm

Micromètre intérieur: 2 Touches

3 Touches

2) Le contrôle par attribut * Compare une caractéristique dimensionnelle ou géométrique par rapport à un étalon * Permet seulement de savoir si la caractéristique se situe entre les valeurs limites * Elle ne donne aucune dimension, ça passe ou ça casse! Tampon lisse double

Jauges plates doubles

Tampon lisse conique

Calibre à mâchoires

Bague lisse cylindrique ou conique

Calibres filetés

3) Le contrôle par comparaison Il faut étalonner le comparateur à l’aide de Cales étalons

.

La précision varie de 0.01mm à 0.02 mm selon le comparateur utilisé.

2.3. Fréquence du contrôle 2.3.1. Contrôle systématique à 100% Chaque produit fabriqué est contrôlé. Cela augmente évidemment le coût du produit et il n'est à retenir que lorsque l'on veut être sûr qu'aucune pièce est fausse (dans l'aéronautique par exemple). 2.3.2. Contrôle par échantillonnage On ne contrôle qu'un certain nombre de produits prélevées à intervalle régulier ou non. C'est un procédé statistique utilisé dans les grandes séries. .

3. Mesurage 3.1. Grandeur Définition : Une grandeur caractérise un phénomène, un corps ou une substance, elle peut être distinguée qualitativement ou déterminée quantitativement. Exemples : • Une pièce peut être caractérisée par des dimensions qui se mesurent en millimètres. La dimension est donc une grandeur. • Un chanteur peut être caractérisé par son talent qui ne peut pas être mesuré. Le talent n'est donc pas une grandeur. • Un moteur peut être caractérisé par une puissance qui se mesurent en watts. La puissance est donc une grandeur.

Définition : Mesurer une grandeur, c’est définir combien de fois elle contient la grandeur choisie comme unité.

3.2. Caractéristiques d'un appareil de mesure 3.2.1. L'étendue de mesurage: L’étendue de mesurage caractérise les valeurs limites entre lesquelles l’instrument donne une indication dont l’erreur est inférieure à celle indiquée par le constructeur. Exemple : l'étendue de mesurage du micromètre ci-dessous est de 0 à 25mm.

3.3. Erreurs de mesurage 3.3.1. Sources d'erreurs Le schéma ci-dessous présente différentes sources d'erreurs.

Les erreurs de manipulation -Ne pas serrer trop fort les becs du pied à coulisse. -Ne pas forcer avec les calibres ou tampon de mesure. - Bien positionner et choisir les appareils de mesure suivant la cote à contrôler. Les erreurs de lecture Bonne lecture

Mauvaise lecture

3.3.2. Classification des erreurs a) L’erreur absolue: C`est la différence algébrique entre la valeur donnée par la mesure (m) et la valeur vraie (L). ea = m − L Exemple: Cote cible = 50mm Dimension (valeur mesurée) = 50.02 mm Erreur absolue = 50.02 - 50 = 0.02 mm b) L’erreur relative: C`est le rapport entre l’erreur absolue (ea) et la valeur vraie (L). er = ea / L Exemple: Un instrument juste à 0.1% Pour une dimension de 100 mm ⇒ ± 0.1 mm Pour une dimension de 50 ⇒ ± 0.05 c) L’erreur systématique: C`est l’erreur constante lors du mesurage réalisée dans des conditions identiques. d) L’erreur aléatoire: C`est l’erreur qui varie d’une façon imprévisible en valeur absolue et en signe .

Erreurs à ne pas commettre L’outil de mesure doit être correctement étalonné et en bonne état. La pièce doit être parfaitement Ébavurée.

Sur le sens de lecture entre micromètre extérieur Et intérieur.

+

-

-

+

Sur le comparateur

Valeur d’une division

APPLICATION

8,4mm

22,9mm

34,1mm

Métrologie – utilisation d’un micromètre Le micromètre (appelé aussi « Palmer »): C’est un instrument de contrôle utilisé par les mécaniciens pour les mesures précises. Les micromètres classiques sont utilisés pour : - les mesures au 1/100 de millimètre (diamètre, épaisseur, etc.). - La course entre broche et enclume est limitée à 25 mm pour des raisons de précision de fabrication (micromètre de 0 à 25 mm, 25 à 50 mm, 50 à 75 mm, etc.).

La douille est graduée de millimètre en millimètre à la partie supérieure du trait horizontale ; à la partie inférieure du trait, des graduations indiquent les demi millimètres. Le tambour vernier est gradué de 0 à 50, chaque graduation représente un déplacement de la vis micrométrique (broche) de 1/100 de millimètre ( 0,50 mm / 50 = 0,01mm)

Exercice de lecture : Lisez les mesures indiquées sur chaque schéma et comparez les avec les

valeurs notées au dessous.

Contrôle des inclinaisons (mesures des angles)

Dans la production de pièces usinées, les techniciens utilisent des billes ou des cylindres d'acier appelés piges. Elle sont fabriquées avec une extrême précision est permettent la vérification des cotes (mesures des angles et des longueurs d'une pièce fabriquée).

Le schéma ci-dessous représente une glissière mâle : deux entailles de 60° ont été usinées. On a introduit deux piges de 24 mm de diamètre. La cote inférieure devrait être 50 comme indiquée.

Quelle doit être la cote x de vérification ? (au 1/10e de mm). Calculer la cote h.

solution : •Pour le calcul de x :

•Pour le calcul de la cote h:

La mesure de filetage à trois fils Le procédé de mesure à trois fils est un des procédés les plus précis pour déterminer le diamètre sur flanc de filetage.

Détermination du diamètre approprié de la pige pour mesure de filetage: Les piges pour mesure de filetage doivent en théorie être assez grosses pour s'ajuster au diamètre du flanc du filetage à vérifier (voir aussi DIN 2269 : 1998-11 / Tableau B.1). Le diamètre de la pige le plus adéquat est calculé de la manière suivante:

Méthode pratique

Les piges pour mesure de filetages montées sur supports combinent ce procédé avec un confort d'utilisation unique, une sécurité de mesure très grande, et une rentabilité optimale. Les piges correspondantes se positionnent d'elles mêmes, après qu'elles aient été fixées sur les axes du micromètre.

Mesure et contrôle des engrenages • Quels contrôles existent pour les engrenages ? • Que contrôler en métrologie ?

Angle de pression: Le plus couramment 20O ; il peut être 14O30; 30O …

quels contrôles existent pour les engrenages ? Contrôle minimum : -diamètre extérieur (diamètre de tête) - diamètre de tête et pied (da & df)

Contrôle standard : - diamètre extérieur (diamètre de tête) - cote K dent - écart composé radial (F’i) - saut de dent radial (f’i) - faux rond Fr - Écartement des dents (mesure sur K dents ) Cette mesure est une verification indirecte de l`epaisseur de la dent.

Dimension sur K Dents (ici K=3 dents)

Le Palmer a` plateaux est l`instrument utilisé pour le contrôle de cette cote.

- Faux rond (Fr)

- erreur de division (fpt)

-écart composé radial (F’i) et saut de dent radial (f’i)

Schéma d’un banc de contrôle d’engrenage

que contrôler en métrologie ?

Mesure et Contrôle des angles Le rapporteur d'angles: - Le rapporteur d’angles universel est utilisable pour mesurer des angles quelconques, avec une précision de 5' (5 minutes).

L'échelle principale englobe le cercle entier divisé en 4 fois 90°. L'échelle auxiliaire comprend deux verniers disposés à droite et à gauche du zéro. La règle est biseautée à l'avant et peut coulisser ou même être remplacée.

Méthode de Lecture Pour mesurer un angle, commencez par lire sur l'échelle principale le nombre de degrés à partir du zéro, puis lisez les minutes sur le vernier dans la même direction. Les angles aigus peuvent être lus directement.

Les angles obtus (>90°) ne peuvent pas être lus directement. La valeur angulaire doit être calculée: Valeur angulaire = 180° moins la valeur lue.

Valeur lue: 50°55' Valeur angulaire: 180° - 50°55' = 129°5'

Barre sinus (Règle sinus): Elle sert à mesurer un angle dont la précision est supérieure à cinq minutes ou à régler une pièce suivant un angle très précis. * Le mode opératoire nécessite seulement un réglage de l'appareil sinus à l'angle α désiré: H = L x sin a

Exemple d`application (Fraisage de faces obliques): A -Méthodes de réalisation des surfaces inclinées: a- Inclinaison de la pièce (fig. 1) : Amener la surface à usiner parallèle au plan de travail de la fraise (frr ou frb pour une fraise deux tailles).

b- Pour petite série: sur cale pentée (fig. 3) ou fausse équerre (fig. 4).

c- Pour grande série: sur montage d'usinage (fig. 5).

d- Pour une inclinaison précise: montage sur barre sinus (fig. 6)

Précautions de mesure Un certain nombre de précautions sont nécessaires afin de garantir la plus grande précision possible dans l’utilisation des instruments de mesure. Par exemple, un soin particulier doit être apporté à la propreté, à l’entreposage et la manipulation des outils lors de leur usage.

- Ne jamais mesurer ou contrôler une pièce lorsqu'elle est en mouvement; ceci provoquerait une détérioration rapide des instruments et un danger d'accident. - Sur la place de travail, ces instruments bénéficieront d'un endroit très propre, à l'abri de tout contact avec des copeaux et des outils tels que burins, fraises, clefs, limes, marteaux, etc. - Les températures extérieures ont une grande influence sur la mesure (effet de dilatation), sur les instruments utiles à la métrologie. Lors d'un mesurage ou contrôle,

il est absolument nécessaire que l'outil et la pièce soient à la même température. La température d'étalonnage est de 20° C.