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MMT: Les Machines à mesurer tridimensionnelles 1. Généralités Les moyens de mesure classiques sont aujourd'hui complétés par les techniques de mesure tridimensionnelles qui permettent d'accéder à la géométrie des pièces complexes avec une grande précision et une grande rapidité. 2. Constitution d'une MMT Une MMT est constituée de 4 sous-ensembles distincts : - La structure de déplacement (3D: X, Y,Z) - Le système de palpage - Le système électronique (partie commande) - Le système informatique et le pupitre de commande

3. Les types de machines 3.1. Morphologie , Il en existe de différents types qui sont fonction de la morphologie des pièces à mesurer, des récisions à atteindre de la facilité d'utilisation.

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3.2. Différents types de commandes 3.2.1. Machines Manuelles C'est l'opérateur qui déplace le palpeur Pas de sauvegarde du programme La présence de l'opérateur est nécessaire pour chaque palpage Incertitudes de mesurage importantes Machines de petites dimensions 3.2.2. Machines Motorisées L'opérateur commande les déplacements par l'intermédiaire de manettes de pilotage, mais la vitesse de déplacement est asservie en mode palpage. Plus faible influence de l'opérateur Pas de limites en dimensions 3.2.3. Machines à Commande Numérique Les axes de déplacement sont asservis en vitesse et position. La pièce est modélisée par des éléments géométriques calculés à partir des points palpés. L'écriture d'une gamme C.N. nécessite la définition d'un repère associé à la pièce L'exécution d'une gamme ne nécessite plus la présence d'un opérateur La précision de palpage ne dépend plus de l'opérateur Le choix de la position des points palpés sur la surface n'est fait qu'une seule fois lors de l'apprentissage ou à l’aide d’un logiciel de FAO. 4. Mode de fonctionnement de la MMT TRI-MESURES 4.1. Introduction Une MMT matérialise un repère orthonormé à 3 dimensions

(O, x , y, z )

Pour chaque point palpé, on recueille les coordonnées du centre du palpeur :

Xi

Oi 4.2. Méthode de mesure Oi Yi Le contrat à remplir par les ateliers de fabrication est Zi l'obtention d'un produit conforme au dessin de définition. C'est donc à partir de celui-ci que l'on définira les cotes fonctionnelles devant être mesurées. La méthode de mesure d'une pièce peut être schématisée par le synoptique ci-dessous. DESSIN DE DEFINITION Sélection des Cotes Fonctionnelles à mesurer Aspect Pratique

Aspect Théorique

Position de la Pièce sur la Machine

Décomposition en Eléments Géométriques Simples

Définition des Systèmes de Palpage

Définition des Repères de Dégauchissage

Création de la Gamme de Palpage Pièce Création de la Gamme de Vérification des Cotes Fonctionnelles

Edition du Procès Verbal de Contrôle

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Composition d'un systeme d'étalonnage

5.

Le système de palpage.

5.1. Généralités Le palpeur dont nous disposons est un palpeur dynamique à déclenchement. Il est construit sur le principe de la liaison isostatique de Boys.

Le schéma montre la morphologie du système d’étalonnage qui comprend : - la tête motorisée RENISHAW PH9 ; elle permet de déplacer tous les éléments qui lui sont rapportés suivant 2 axes perpendiculaires Axe horizontal 0 ≤ A ≤ +105° Axe vertical -180 ≤ B ≤ +180° - éventuellement une grande rallonge l=100 mm maxi - le palpeur à déclenchement RENISHAW TP2-5 sens de palpage permettant l'utilisation de stylets montés en étoile. - éventuellement les rallonges puis les stylets. L'intérêt d'une tête motorisée réside dans le fait qu'elle permet l'accès à 5 faces d'un cube posé sur le marbre. 5.2. Principe de fonctionnement Les 6 points de contact sont montés en série électriquement et traversés en permanence par un courant faible. Lorsque la bille vient au contact de la pièce, le solide touche+tripode passe d'une situation isostatique à une situation hyperstatique . Un des 6 points tend à décoller et la résistance électrique du palpeur varie alors fortement. A partir de cette variation importante et brutale de la résistance, une électronique de traitement génère un signal de commutation qui permettra d'actionner la lecture des règles de mesure des axes X,Y et Z. 3

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5.3. Etalonnage des palpeurs 5.3.1. Procédure d'étalonnage d'un palpeur simple Si la mesure complète d'une pièce nécessite l'utilisation de plusieurs stylets pour accéder à toutes les surfaces, il faut être capable de corriger le rayon de la bille de chaque palpeur. Pour être capable d'exprimer des relations géométriques entre les surfaces mesurées avec différents palpeurs, ces surfaces doivent être exprimées dans le même repère, celui de la sphère étalon. Pour diminuer l'influence de la flexion du stylet et du retard au déclenchement du palpeur, on détermine le diamètre fictif de la bille db stylet en mesurant en 5 points une sphère étalon dont le diamètre De est connu. Exemple

De = 24,995mm

Le diamètre mesuré en 5 points passant par les 5 centres bille vaut Dm. A cause du retard au déclenchement, le système calcule un diamètre fictif de la bille ∅fb = f( De, Dm, ∆α ) ∆α étant l’angle du stylet par rapport à la verticale Le diamètre calculé de la bille ∅fb sera alors plus petit que son diamètre réel d. Ex : Si d=2mm avec une rallonge de 10 mm on trouve ∅fb voisin de 1,986mm 5.3.2. Etalonnage d'un système en étoile Si, pour pouvoir accéder à toutes les surfaces d'une pièce, on doit utiliser plusieurs billes, il faudra pratiquer une opération d'étalonnage qui consiste à mesurer préalablement la même sphère de référence avec toutes les billes. Cette opération permet de déterminer les coordonnées ( Xb,Yb,Zb ) de chacune des billes dans le repère de la machine. 5.4. Codification d'un système de palpage La configuration d'un système de palpage sera choisie à partir de la géométrie et des dimensions des pièces devant être mesurées. Pour cela il peut être intéressant de définir le système de palpage schématisé ci-contre à l'aide d'un code . PIECE CODE Grande Rallonge

PEL L L = longueur en mm TP2 le seul modèle disponible SE L L = longueur en mm D valeur du Diamètre N nombre de billes SC2 SE L L = longueur en mm Voir Référence RENISHAW Ex: PS 2 R Pour une bille D=2 L=20

Palpeur Rallonge 1 Stylet

Diamètre bille Nombre Système étoile Rallonge 2 Touche

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Exemples de codification : PEL 100 - TP2 - SE 20 - D 2 - N 5 - SC2 - SE 10 - PS2R Pour une grande rallonge et un système en étoile avec des billes de diamètre 2. TP2 - SE 20 - D 4 - N1 - PS17R Pour un stylet simple de diamètre 4 , longueur 20 avec une rallonge de 20

6. CRITERES D'ASSOCIATION I ? +; ( ; >> 6.1. A partir du Nombre minimal de points ?F ' < < ; >

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F

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H

2 < <

6.2. Par la méthode de régression de Gauss (moindre carré) ; ; < < H < I ;+< <

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6.3. Par la méthode de l’enveloppe " * ; ; H ( > > C* > E)

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@ << < ; ; < ; < << ? @ < - ; <

7. CONSTRUCTIONS GEOMETRIQUES )< D ; < ; ; D < > @ 7.1. Traitement de l’intersection Plan-Droite Exemple de la position d’un alésage par la Cote X ; -

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N < /0+ @ F

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7.2. Constructions possibles sur logiciel METROMEC " ; ! / < H E > >> B< ; ; E < s D C < D F 8. SYSTEMES DE COORDONNEES – DEGAUCHISSAGES ! ;

+

>> <

B ( ; D

8.1. Système de Coordonnées Machine / D ? ; > " < < 6 ? E ;

Zm

Om

8.2. Système de Coordonnées Sphère Etalon )< ( 6 D ?

6 @

; ; < ( ? ? ;

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Xm

Ym

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< " ; " ; B (

Xs

Ys Os

; 8.3. Système de Coordonnées Pièce & < > < (; C /

B (

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Xp Yp

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8.4. Généralités sur le dégauchissage ! << ; C 6 ; E < (; 6 < ; ; A H ; D " B ( > A .'/&/'0,'(')&1-'/&$*'20',$3#$%'('/0#'*4%&5&#'-4((')-+' 6

<( ;

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8.5. Création d' un Repère Pièce / <( +< F 8.5.1. Détermination de la Direction Primaire " < ? <( ; 6 > < F * < < < ; 8@ ; * < < ; 8@ ; * 6 ? 6 ;B 6 ;G 8 @ ; "

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A

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8.5.3. Détermination du point Origine )< ( + ? ; C < A > / 3; A ; < < H @ F 3 < < 3 6 ; 3 - Point centre de sphère 3 ;G 3 / ; ; Exemple: P < PL1et PL2 " < ( > ; 8 " 9 @ 6 ; 8$ 39 (PL1 et PL2) ; ; > ; 8 "49 $ 3 @ <

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9

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A

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8.5.2. Détermination de la Direction Secondaire " ?( ? <( ; 6 D < ; > < F * < < ; 8@ ; ; 9 * 6 ? 6 ;B 6 ;G 8 @ ; ; 6 ? 9 " ; ; ?( @ ; ; <( < (; < A F Yp Xp = Yp Le troisièmeaxe du repère H < ; ; @ ; F

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6

;

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8.6. Applications : 1)

2)

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(gamme de controle)

A/ Mesure d’une Perpendicularité Exemple de cotation

Signification d’après la norme

Elément tolérancé : une surface réputée plane Elément référence : une surface réputée plane repérée B Référence spécifiée : un plan B, tangent du coté libre de matière et minimisant le défaut de forme. Elément de situation : un plan contraint à être perpendiculaire à la référence spécifiée. Zone de tolérance : 2 plans parallèles distants de 0,2mm disposés symétriquement par rapport à l’élément de situation. 3)

Méthode de mesurage sur MMT

Il faut vérifier que l’ensemble des points mesurés soient compris entre les 2 plans parallèles distants de 0,2mm et perpendiculaires au plan des moindres carrés. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées : Méthode des points extrémités PL1 palpé sur l’élément tolérancé PL2 palpé sur la référence B PL3,PL4,PL5 palpés pour limiter la surface tolérancée Construction des droites d’intersection : DR6 = PL3 ∩ PL1 DR7 = PL2 ∩ PL1 DR8 = PL4 ∩ PL1 DR9 = PL5 ∩ PL1 Construire le plan PL12 perpendiculaire à PL2 et passant par DR7 Construction des points extrémités : PT10 = DR9∩PL5 PT11 = DR9∩PL3 Inéquations : Distance (PT10,PL12) ≤ 0.2 Distance (PT11,PL12) ≤ 0.2

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Méthode ensembliste PL1 palpé sur l’élément tolérancé PL2 palpé sur la référence B Construction de la droite d’intersection : DR7 = PL2 ∩ PL1 Construire le plan PL12 perpendiculaire à PL2 et passant par DR7 Calculer l’ensemble des distances de tous les points de PL1 par rapport à PL12 Vérification : Dmax - Dmin ≤ 0.2 Méthode de l’angle PL1 palpé sur l’élément tolérancé PL2 palpé sur la référence B Calculer l’angle entre PL2 et PL1 Vérification : L . cos α ≤ 0.2 avec L = Longueur de l’élément tolérancé

B/ Mesure d’une localisation d’un ensemble de trous 1) Exemple de cotation

2) Signification d’après la norme

Eléments tolérancés : les 2 axes réels des 2 surfaces réputées cylindriques Eléments référence : 3 surfaces réputées planes repérées C , A et B Système de références spécifiées : * référence primaire : un plan C , tangent du coté libre de matière et minimisant le défauts de de forme * référence secondaire : un plan A , tangent du coté libre de matière minimisant la plus grande des distances contraint à être perpendiculaire à C * référence tertaire : un plan B , tangent du coté libre de matière contraint à être perpendiculaire à C et à A Eléments tolérancés : les 2 axes réels des 2 surfaces réputées cylindriques Eléments référence : 3 surfaces réputées planes repérées C , A et B 9

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Système de références spécifiées : référence primaire : un plan C , tangent du coté libre de matière et minimisant le défauts de de forme référence secondaire : un plan A , tangent du coté libre de matière minimisant la plus grande des distances contraint à être perpendiculaire à C référence tertaire : un plan B , tangent du coté libre de matière contraint à être perpendiculaire à C et à A Elément de situation : 2 axes contraints à être perpendiculaires à C, distants respectivement de 20mm et 50mm de A et distants de 20mm de B. Zone de tolérance : 2 cylindres de Ø0,2mm dont les axes sont les éléments de situation. Condition : Chaque élément tolérancé doit se trouver à l’intérieur de la zone de tolérance. 3) Méthode de mesure sur MMT

CY1,CY2 palpés dans les 2 trous PL3 palpé sur A PL4 palpé sur B PL5 palpé sur C = Direction Principale Z ,Point Origine en Z PL6 palpé pour limiter les éléments tolérancés Construction des points extrêmes des axes: PT7 = CY1 ∩ PL6 PT8 = CY1 ∩ PL5 PT9 = CY2 ∩ PL6 PT10 = CY2 ∩ PL5 DR11 = PL3 ∩ PL5 = Direction Secondaire X, Point origine en X . PT13 = DR11 ∩ PL4 = Point Origine en X Sauvegarder Système de Coordonnées Pièce(SCP) N°1 Dans ce repère on construit les axes des 2 zones de tolérances par des éléments théoriques: r DR17 THEO : Pt(20,20,0) et u (0,0,1) r DR18 THEO : Pt(20,50,0) et u (0,0,1) Inéquations : a) dist (PT7,DR17) ≤ 0,1 ( t/2) b) dist (PT8,DR17) ≤ 0,1 ( t/2) c) dist (PT9,DR18) ≤ 0,1 ( t/2) d) dist (PT10,DR18) ≤ 0,1 ( t/2) Ecart par rapport à la norme : L’élément tolérancé est l’axe réel de chaque trou. La procédure décrite ci-dessus ne vérifie que la présence des deux points limites de l’axe du cylindre des moindres carrés. 10