Cours Metrologie Ctmc Mai2012

7/29/2019 Cours Metrologie Ctmc Mai2012

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Animateur : LA METROLOGIE

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Sommaire

1-Introduction

2-Gestion de la mtrologie

3-Normalisation

4-Mtrologie portative

5-Mtrologie au marbre

6-Mtrologie tridimensionnelle

7-Conformit et optimisation des mesures

7.bis-Mtrologie des tats de surface

8-Incertitudes de mesure

1-Introduction

La mtrologie est la science de la mesure. La mesure est lvaluation dune

grandeur ainsi que la dtermination de lincertitude lie cette mesure.

La mtrologie permet de dterminer la conformit des produits mais elle

participe aussi lamlioration de la qualit. En effet, on ne peut valider une

action sur un procd quen vrifiant le rsultat de cette action par une mesure.

2-Gestion de la mtrologie

La fonction mtrologie dans lentreprise a diffrentes charges.

-Effectuer ou encadrer les mesures sur poste ou en laboratoire de mtrologie

-Faire voluer les mthodes de mesure avec les nouveaux produits

-Participer aux investissements en nouveau matriel-Former les oprateurs et sensibiliser les responsables

-Grer les vrifications et les talonnages priodiques du matriel

Vrification et talonnage

Ltalonnage consiste donner la diffrence entre la valeur donne par un

instrument et une valeur talon. Les rsultats dun talonnage sont nots dans un

rapport dtalonnage.

La vrification va jusqu la dcision relative au matriel en fonction des

rsultats (rforme, dclassement, rparation, ajustage). La vrification peut

comporter un talonnage puis la comparaison des rsultats avec des valeurs


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maximales tolres. La vrification priodique donne lieu la rdaction dun

rapport de vrification.

Mise en place de la gestion des instruments de mesure.

La gestion des instruments se fait dans une base de donne (anciennement sur

papier, plus souvent sur informatique).

La base de donne est constitue dun inventaire des instruments. Pour chacun,

on constitue une fiche de vie qui permet dinscrire les rsultats des vrifications

successives afin de suivre lvolution du matriel.

La fiche de vie doit contenir des informations assurant la traabilit entre

linstrument, les procdures de vrification et les rsultats utiles au suivi du

matriel.

On appose un tiquetage sur chaque instrument pour assurer la traabilit avec labase de donne. On inscrira aussi la date du prochain talonnage.

Lorsque un nouvel instrument est achet, il est immdiatement inscrit dans

linventaire.

On cre une nouvelle fiche de vie contenant la date de mise en service et la

priodicit de vrification. La priodicit de vrification dpend de lexprience

acquise sur des appareils comparables. On colle une tiquette avec le repre de

lappareil et la date de prochaine vrification. On archive le certificat livr avec

lappareil si celui-ci a une valeur reconnue

(COFRAC en France).Dans le cas contraire, il faut vrifier lappareil ds la rception en veillant au

raccordement aux talons nationaux. Enfin, lappareil est mis en service jusqu

la prochaine date de vrification.

Chane dtalonnage

La vrification du matriel est base sur un systme de chane dtalonnage qui

va des talons de lentreprise jusquau talons nationaux.

Le plus haut niveau est reprsent par le Bureau National de Mtrologie qui

habilite des laboratoires pour effectuer des talonnages. La chane dtalonnage

est structure par des laboratoires hirarchiss :

-laboratoire primaire (Conservation et amlioration des talons nationaux,

talonnage des rfrences des Centres dEtalonnage Agrs : tutelle technique

de la chane dtalonnage)

-Centres dEtalonnage Agrs (Etalonnage (rle de service public) et dlivrance

de certificats officiels)

-Services de Mtrologie Habilits (Etalonnage pour les besoins propres dune

socit ou dun organisme)

-Service de mtrologie de lentreprise


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Ltalonnage rsulte de la comparaison entre des talons de niveaux de prcision

dautant plus leve quon est en haut de la chane. En haut de la chane, on

retrouve les talons nationaux qui peuvent tre uniques comme le kilogramme

talon ou qui peuvent tre reconstitus par des moyens physiques comme le

mtre.

Le kilogramme talon :

Environnement

L'environnement dans lequel les talonnages et vrifications sont excuts ne

doit pas compromettre l'exactitude des mesures effectues et par consquent tre

adapt aux caractristiques mtrologiques des moyens concerns. Les locaux

protgs des conditions ambiantes excessives (temprature, humidit, pression,

) doivent tre quips de dispositifs de surveillance de ces conditions

d'environnement.

Les conditions de mesure sont :

-Temprature : 20 C;

-Pression atmosphrique : 101 325 Pa (1013,25 mbar),

-Pression partielle de vapeur d'eau : 1333 Pa correspondant approximativement une humidit relative de 55 %.


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Pour les talonnages ou les mesures industrielles, la temprature agit sur la

dimension de la pice cause de la dilatation.

Des variations de la temprature, de la pression atmosphrique et de

l'hygromtrie influent sur les rsultats des mesurages optiques par suite de la

variation de l'indice de rfraction de l'air.Un taux d'hygromtrie trop lev peut d'autre part affecter des pices en acier

(oxydation) et les variations de ce taux affectent les dimensions des pices pour

certaines matires plastiques.

3-Normalisation

Les produits manufacturs sont conus sur des plans. Ces plans comportent une

reprsentation graphique de chaque pice raliser ainsi que des annotations

complmentaires dont fait partie la cotation.

La mtrologie na de sens que si le concepteur et le mtrologue interprtent cette

cotation de la mme manire. Les normes servent fixer les dfinitions et les

mthodes de travail. Dans le domaine de la mtrologie, les normes sontregroupes sous lappellation GPS

(Spcifications Gomtriques des Produits) et sont disponibles lAFNOR.

Nous classerons la cotation en 2 grandes familles :

-Les spcifications dimensionnelles et angulaires.

-Les spcifications gomtriques.

Spcifications dimensionnelles et angulaires

Les spcifications dimensionnelles peuvent se prsenter sous plusieurs formes :

-Cas gnral :

La plus grande pice accepte est 10,1 : tolrance suprieure Ts

La plus petite pice accepte est 9,8 : tolrance infrieure Ti

La diffrence entre Ts et Ti sappelle Intervalle de Tolrance : IT=0,3


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-Ajustement :

Exemple : 10H7g6

Ce type de cotation correspond des valeurs numriques figurant dans les

tableaux des ajustements. En mcanique, on ajuste trs souvent des pices de

rvolution. La cotation permettant dobtenir un jeu important, faible ou un

serrage, a dj t dtermine. Le concepteur dispose dun tableau qui le guide

dans le choix des lettres inscrire la suite de la cote nominale en fonction du

fonctionnement souhait.

Le fabriquant et le mtrologue utilisent un tableau permettant de faire lacorrespondance entre lajustement normalis et la tolrance chiffre.

Les lettres majuscules sont utilises pour les alsages (partie femelle).Les lettres

minuscules correspondent larbre (partie mle). Les chiffres donnent la qualit

de la cote.

Plus les chiffres sont petits, plus lintervalle de tolrance est petit (ajustement

prcis).

Cote nominale en mm si aucune autre unit nest indique

-Tolrance gnrale :

Dans certains cas, les cotes semblent ne pas avoir de tolrance. Une tolrance

gnrale doit donc figurer dans le cartouche (tableau en bas droite du dessin de

dfinition de chaque pice).

Exemple :

Tolrance gnrale 0,1 : toutes les cotes ont cette tolrance si aucune nest

inscrite

Tolrance gnrale ISO 2768 m K : chercher dans un tableau les tolrances pourchaque cote nen portant pas. Ce type de tolrance est bas sur la fonction de

chaque cote ainsi quun systme de classe de prcision.

Tolrance gnrale JSjs13 : on utilise le tableau des ajustements pour trouver les

valeurs numriques associes.


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Interprtation :

Pour comprendre la signification du paralllisme nous allons reprsenter la pice en exagrant

ses dfauts.

Analyse de la spcification :

Elment tolranc (ou spcifi) : une surface rpute plane

Zone de tolrance : forme :2 plans parallles entre eux distants de 0,04

Contrainte : les 2 plans sont parallles la rfrence A (construite)

Rfrence : relle : 1 surface rpute plane (A)Construite : plan tangent la surface rpute plane A


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Remarques :

Pour faire la diffrence entre des surfaces relles qui ont des dfauts et des

surfaces dfinies par les mathmatiques, on utilise le terme surface rpute

plane au lieu de surface plane.

La rfrence de mesure nest pas directement la surface rpute plane A carcelle-ci nest pas un plan parfait. Il faut donc construire ce plan en crant un plan

tangent la surface (ce que fait automatiquement un marbre).

Lappareil de contrle sera en contact avec la rfrence construite (marbre).

Exemple de mesure de la pice (la surface rpute plane A est en contact avec le

marbre) :

Plan tangent la surface rpute plane

A=rfrence A construite

4-Mtrologie portative

Les instruments portatifs permettent de mesurer les tolrances dimensionnelles

et angulaires courantes.On peut classer ces instruments 2 catgories :

Les instruments de mesure (lappareil donne une valeur de la dimension).

Les instruments de contrle (lappareil donne un rsultat du type

conforme/nonconforme.

Principaux instruments de mesure :

-Le rglet (incertitude de mesure entre 1 et 0,5mm)

-Le pied coulisse vernier (incertitude de mesure entre 0,02 et 0,04 mm)

-Le pied coulisse numrique (incertitude de mesure entre 0,02 et 0,04 mm)

-La jauge de profondeur vernier (incertitude de mesure entre 0,02 et 0,04mm)

-Le micromtre au 1/100 mm (incertitude de mesure de lordre 0,01)

-Le micromtre numrique au micron (incertitude de mesure de lordre de

0,005)

-La jauge micromtrique de profondeur au 1/100 (incertitude de mesure de

lordre

0,01)

-Lalsomtre au 1/100 (incertitude de mesure de lordre 0,01)

-Lalsomtre au micron (incertitude de mesure de lordre de 0,005)

-Le comparateur tige radiale au 1/100 ou au micron


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-Le comparateur levier au 1/100 ou au micron

-Le rapporteur dangle de prcision

Principaux instruments de contrle :

-Le tampon lisse

-La jauge plate-Le calibre mchoire

-Le tampon filet

-La bague filete

Tous ces instruments fonctionnent sur le principe du entre/entre pas. Une partie

de linstrument est la dimension de la cote maxi, lautre la cote mini.

Pour contrler les instruments de mesure ou pour faire des rglages, on peut

utiliser des cales talon ou des bagues talon.

Remarque : les incertitudes de mesure sont donnes titre indicatif car elles

dpendent de nombreux paramtres (appareil, pice, facilit daccs la pice,environnement, oprateur

). Une estimation complte doit tre faite pour connatre lincertitude de

mesure dans un cas prcis.


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5-Mtrologie au marbre

La mtrologie au marbre utilise principalement un marbre, des comparateurs,

des cales talon, des dispositifs de positionnent des pices pour raliser le

contrle des spcifications gomtriques :

Exemple pour la mesure de la planit dune culasse :

La pice est pose sur la face oppose la surface spcifie en appui sur 3 pieds

rglables.

Dans un premier temps, loprateur dgauchi la pice. C'est--dire quil oriente

la surface mesurer le plus parallle possible au marbre en rglant la hauteur

des pieds et en saidant du comparateur. Aprs dgauchissage, loprateur

dplace le comparateur sur toute la surface mesurer en manipulant le support

du comparateur. La mesure est la diffrence entre le point le plus haut et le plusbas.


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6-Mtrologie tridimensionnelle

Les mesures manuelles sont limites du point de vue de la prcision, de la

complexit des pices et de la cotation.

La mtrologie tridimensionnelle propose une solution au contrle des pices

complexes et prcises. Cependant les machines mesurer tridimensionnelles

(MMT) sont coteuses et longues mettre en uvre. Les MMT ne remplacent

pas les instruments de mesure classiques sur poste de production mais sont un

complment quon trouvera dans un volume protg des agressions de latelier.

La MMT sera utilise pour du contrle 100% ou du contrle par chantillon

lorsque la production est stabilise.Une

La MMT comporte un palpeur qui se dplace automatiquement ou la main. Ce

palpeur entre en contact avec la pice. On dtermine ainsi des coordonnes de

points sur la pice.Grce au logiciel quipant la machine, on construit des lments gomtriques

associs (plan, cercle, cylindre etc.). Il est aussi possible de crer des lments

gomtriques par construction partir dlment palps ou par entre au clavier.

Ces fonctions vont permettre de construire un modle numrique de la pice.

Loprateur peut comparer les valeurs calcules pas la MMT avec les cotes du

plan ou entrer le modle numrique (dessin CAO) de la pice dans le logiciel de

la MMT pour faire des contrles de formes complexes.

Il existe plusieurs structures de machines. On peut trouver des MMTs adaptes

des pices de quelques centaines de mm jusqu plusieurs mtres. Les prix sontlis la prcision et la taille des pices mesurables.


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7-Conformit et Optimisation des mesures

Aprs avoir vu les matriels de mesure, se pose la question de la conformit de

la cote mesure. Toute mesure est associe une incertitude. Lorsque la mesureest au centre de lintervalle de tolrance et que lincertitude est faible, on ne se

pose pas de questions.

Par contre, si la mesure est la limite de lintervalle de tolrance, on peut se

demander sil ny a pas un risque daccepter une pice non-conforme.

Il y a deux manires de rsoudre ce problme.

Ancienne mthode : si lincertitude de mesure est faible (


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En fonction de la destination de la pice (avion, scurit..) et de la cote non

conforme (cote sensible ou non fonctionnelle), il est possible de demander une

drogation au client.

Optimisation des mesures

Il est important doptimiser lordre des mesures pour des impratifs

conomiques.

La mesure napporte pas de valeur ajoute la pice. Plus on mesure vite moins

cela cote.

Il nest pas trs rentable de passer 1 heure sur une pice pour la jeter parce que

la dernire cote est non-conforme. On cherchera donc contrler les cotessensibles en premier.

Lorsque le mtrologue reoit une nouvelle pice avec son plan, il reprera toutes

les spcifications qui le concernent. On peut sparer les spcifications en 2 types

- Elments gomtriques isols :

- spcifications de forme,

- spcifications dimensionnelles :

-diamtre,

-angle.-distance entre 2 faces planes parallles.

- Elments gomtriques associs :

- spcification de position,

- spcification d'orientation,

- spcification de battement.

- distance entre des surfaces non planes ou parallles.

Grce des critres dordonnancement, on choisira lordre des contrles.

Les critres principaux sont :

Prcision des tolrances (lie la notion de risques de rebuts),

Qualit gomtrique des surfaces prises comme rfrences (vrifier la forme

avant de les utiliser comme rfrences),

Antriorit des spcifications (si la connaissance d'une spcification est

ncessaire la vrification d'une autre spcification, cas des spcification

associes),

Groupement mtrologique (par type de vrification, par type de matriel

mtrologique, pour des problmes d'accessibilit ),

Cot minimum : repousser les vrifications onreuses la fin si elle ne sont pas

critiques

L'ordonnancement retenu doit privilgier le critre prcision et tre uncompromis de tous les autres critres.


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De cette rflexion, on ditera une gamme de mesure. La gamme de mesure

reprend lordonnancement des mesures et propose les mthodes de mesures

associes.

Le niveau de prcision de la gamme dpend de la comptence de loprateur et

des habitudes de lentreprise. Elle peut ventuellement tre consulte par leclient lors daudits.

Les mesures seront reportes dans un rapport de mesure en assurant la traabilit

entre le rapport et la pice.

Frquence des mesures

Doit-on contrler toutes les pices ou procder par chantillonnage ?

Le contrle 100 % sera effectu si la rglementation limpose (pices de

scurit, domaine sensible), si la mthode de production nest pas fiable(mauvaise capabilit) ou pas stabilise (petites sries, mise au point).

Le contrle par chantillonnage est moins onreux que le contrle 100% mais

il ne sapplique quaux productions de grandes sries et aprs avoir vrifi la

fiabilit (capabilit) du procd. Si le procd nest pas fiabilis, il peut y avoir

des pices non-conformes entre les prises dchantillons.


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Systme ISO de tolrances

Objet des tolrances

L'imprcision invitable des procds d'laboration faite qu'unepice ne peut pas tre ralise de faon rigoureusementconforme aux dimensions fixes au pralable. Il a donc fallutolrer que la dimension effectivement ralise soit compriseentre deux dimensions limites, compatibles avec unfonctionnement correct de la pice. La diffrence entre cesdeux dimensions constitue la TOLRANCE.


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Ce systme dfinit un ensemble de tolrances appliquer auxdimensions des pices lisses. Pour simplifier, on ne traiteraexplicitement que des pices cylindriques section circulaire.En particulier, les termes ALSAGE et ARBRE dsignent

galement l'espace contenant ou l'espace contenu comprisentre deux faces parallles d'une pice quelconque largeur derainure, paisseur de clavette, etc.

Principe

On affecte la pice une DIMENSION NOMINALE choisieautant que possible dans les dimensions linaires nominales etl'on dfinit chacune des deux dimensions limites par son

CART par rapport cette dimension nominale. Cet carts'obtient en valeur absolue et en signe en retranchant ladimension nominale de la dimension limite considre.

Dsignation des tolrancesPour chaque dimension nominale, il est prvu toute une gammede tolrances. La valeur de ces tolrances est symbolise parun numro dit qualit. Il existe 18 qualits : 01 - 0 - 1 - 2- ... 15 - 16 correspondant chacune les tolrancesfondamentales: IT 01 - IT 0 - IT 1 - IT 2-... IT15 - IT 16, fonction de la dimension nominale (voir tableau)


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La position de ces tolrances par rapport la ligne dcart nulou ligne zro est symbolise par une ou deux lettres (de A Z pour les alsages, de a z pour les arbres).La figure ci-contre schmatise les diffrentes positions possiblespour une mme tolrance.La position de ces tolrances par rapport la ligne dcart nulou ligne zro est symbolise par une ou deux lettres (de A Z pour les alsages, de a z pour les arbres).

La figure ci-contre schmatise les diffrentes positions possiblespour une mme tolrance.


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REMARQUES :

La premire lettre de lalphabet correspond ltat minimalde matire pour larbre ou pour les pices possdant lalsage.

La dimension minimale dun alsage H correspond ladimension nominale (cart infrieur nul).

La dimension maximale dun arbre h correspond ladimension nominale (cart suprieur nul).

Les tolrances JS ou js donnent des carts gaux en valeur

absolue(ES = EI = es = ei).

Si les exigences fonctionnelles dun lment ncessitant uneforme parfaite au maximum de matire, faire suivre cettedsignation du symbole E

AjustementsPour un ajustement, les exigences fonctionnelles dfinies par lesystme ISO sont tablies partir du principe de lenveloppe

qui impose :


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Que lment rel ne dpasse pas lenveloppe de formeparfaite la dimension au maximum de matire, Que les dimensions locales de llment ne soient pasinfrieures la valeur minimale admissible.

Un ajustement est constitu par lassemblage de deux picesde mme dimension nominale. Il est dsign par cettedimension nominale suivie des symboles correspondant chaque pice, en commencent par lalsage.La position relative des tolrances dtermine :

Soit un ajustement avec jeu, Soit un ajustement incertain, cest--dire pouvantprsenter tantt un jeu, tantt un serrage, Soit un ajustement avec serrage.


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