Brevet FR2871228A1 — publié le 20051209

La présente invention concerne un procédé de mesure tridimensionnelle et un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. La conception d'une pièce comprend, en premier lieu, une phase de réalisation d'un dessin présentant des cotes et des tolérances. Le dessin de définition définit ainsi des surfaces qui délimitent le volume de la pièce à réaliser au cours d'une opération industrielle de moulage, matriçage, enlèvement de matière, etc... Chaque surface est définie par sa forme et sa position dans un référentiel lié à la pièce. Le rôle du contrôle est d'évaluer la concordance entre le dessin 10 et la pièce effectivement réalisée, c'est-à-dire un solide tridimensionnel. A cette fin, on connaît essentiellement deux types de contrôle de pièces mécaniques. D'une part, on connaît le contrôle dit multicote. Le contrôle multicote utilise une installation dédiée au contrôle d'une pièce. Cette installation est équipée de moyens de mesures (capteur inductif, pneumatique, optique, capacitif) qui réalisent chacun une mesure d'une cote par rapport à un étalon. En pratique, une installation de contrôle multicote utilise une série de capteurs positionnés de manière spécifique en fonction de la géométrie de la pièce en question. Ces capteurs mesurent un écart par rapport à la cote nominale, celle-ci étant matérialisée par la surface de l'étalon. De façon usuelle, les capteurs sont étalonnés suivant une périodicité prédéterminée. Le contrôle multicote est particulièrement adapté au contrôle de pièces en marge d'une ligne de fabrication de grande série. En effet, ce type de contrôle présente les avantages suivants: - mise en oeuvre par un personnel peu qualifié, puisqu'il suffit de positionner la pièce sur l'installation, - rapidité du contrôle, puisque les différents capteurs réalisent chacun leur mesure simultanément, - grande précision même dans un environnement industriel qui implique d'importantes variations de température, des vibrations, etc; cette précision est obtenue par le fait que la mesure, qui est faite, est une mesure relative par rapport à un étalon. Ce type de contrôle n'est toutefois pas sans inconvénient. Au premier rang des inconvénients, on peut citer le coût important d'étude et de réalisation d'une installation, ainsi que des délais de livraison relativement longs. Une installation de contrôle multicote est, en outre, spécifiquement adaptée à la géométrie d'une pièce. Une modification de cette pièce entraîne une redéfinition de l'installation multicote qui est affectée au contrôle de la pièce en question. L'autre type de contrôle de pièce mécanique utilise une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT). Ces machines présentent une structure comprenant trois règles de guidages orthogonales deux à deux. Ces règles de guidage permettent d'atteindre, de manière unique, tous points d'un volume parallélépipédique défini par les règles de guidage. Ces machines sont complétées par un palpeur et un calculateur. Le palpeur réalise une mesure des coordonnées de la surface 15 d'une pièce à mesurer par contact avec la surface de la pièce. Les coordonnées sont relevées dans le référentiel de la machine. Ces coordonnées peuvent ensuite être traitées numériquement pour déterminer la qualité dimensionnelle de la pièce en fonction des critères tels que dimension, planéité, circularité, concentricité... La mesure à l'aide d'une machine à mesurer tridimensionnelle a, comme avantage, le fait qu'une même machine peut mesurer des pièces de toute géométrie au prix d'une simple reprogrammation entre la mesure de deux pièces. Ces machines ont notamment comme avantages: - d'être rapidement disponibles, puisque fabriquées en série par des constructeurs, - d'être programmables et permettant donc de réaliser des mesures de pièces de toutes géométries. Toutefois, les machines à mesurer tridimensionnelles sont 30 sensibles à l'environnement dans lequel elles travaillent (variation de température, vibration...). Ainsi, elles perdent leur précision lorsqu'elles sont installées dans un environnement industriel tel qu'un atelier. De plus, elles sont fragiles et doivent être manipulées par un personnel spécialisé. Enfin, leur temps de contrôle est relativement long. La durée de contrôle peut être de plusieurs minutes comparées aux quelques secondes nécessaires pour un contrôle avec un système de mesure multicote. un but de l'invention est de fournir un procédé de mesure tridimensionnelle qui puisse être installé dans un environnement industriel, par exemple, sur une ligne de fabrication, tout en garantissant la justesse des coordonnées des points avant leur traitement numérique et la rapidité des contrôles. L'invention a essentiellement pour objet un procédé de mesure 10 tridimensionnelle de coordonnées de points significatifs d'une pièce, comprenant les étapes consistant à : - réaliser un étalon physique représentatif de la pièce à mesurer, - réaliser une mesure en laboratoire métrologique des coordonnées XE YE ZE de points significatifs dans un référentiel lié à l'étalon, - réaliser, dans un environnement industriel, une mesure des coordonnées des points significatifs avec un équipement de mesure pouvant donner les trois coordonnées XE, YE. Zr de chaque point significatif dans un référentiel lié à l'étalon, - déterminer l'écart A pour chaque point significatif entre les coordonnées mesurées XE YE ZE dans des conditions de laboratoire métrologique et les coordonnées mesurées XE, YE. ZE, dans les conditions d'exploitation industrielles, stocker dans une mémoire l'écart A, - réaliser, sur une pièce à mesurer, dans un environnement industriel une mesure des coordonnées Xp Yp Zp de chaque point significatif avec l'équipement de mesure, - stocker dans une mémoire les coordonnées Xp Yp Zp - effectuer un traitement numérique par un calculateur de 30 correction de chaque coordonné Xp Yp Zp par déduction algébrique de l'écart A, - effectuer un traitement numérique des coordonnées corrigées Xpc Ypc Zpc pour déterminer un défaut dimensionnel de la pièce. Le fondement de l'invention est de mesurer des coordonnées par rapport à un étalon physique. Le procédé selon l'invention peut donc être mis en place dans un environnement industriel puisque les mesures se font par rapport à un étalon physique et permet néanmoins de recueillir des coordonnées qui peuvent faire l'objet d'un traitement numérique pour déterminer la conformité de pièce. Les coordonnées corrigées peuvent ensuite être traitées par une 5 méthode mathématique appliquée à la mesure tridimensionnelle. Selon une possibilité préférée, les coordonnées corrigées XPC YPC ZPC sont traitées par la méthode des moindres carrés. Dans une forme de réalisation le procédé consiste à : - fixer un équipement de mesure unidirectionnel par rapport au 10 référentiel pièce, deux des coordonnées de l'équipement de mesure étant fixées dans le référentiel lié à la pièce, - effectuer une mesure d'un point de la pièce, deux des coordonnées étant les coordonnées du moyen de mesure dans le référentiel, la troisième coordonnée étant la valeur recherchée. L'invention concerne également un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de mesure tridimensionnelle de coordonnées de points significatifs d'une pièce comprenant: - un étalon physique représentatif de la pièce à mesurer, - un équipement de mesure de la pièce à mesurer pouvant être 20 étalonné par mesure comparative sur l'étalon, - une unité de calcul connecté à l'équipement de mesure présentant des moyens de mémorisation dans lesquels peuvent être stockés - les coordonnées XE YE ZE, - les coordonnées XE. YE. ZE. - l'écart A pour chaque point significatif - les coordonnées Xp Yp Zp et des moyens de calcul des coordonnées corrigées Xpc Ypc Zpc par déduction algébrique de l'écart A des Xp Yp Zp et de traitement des coordonnées corrigées Xpc YPC ZPC par une méthode appliquée à la mesure tridimensionnelle. Selon différentes variantes, le procédé met en oeuvre un équipement de mesure fonctionnant par palpage, par mesure optique, 35 pneumatique ou capacitive. Dans une forme de réalisation, l'équipement de mesure est un équipement de mesure tridimensionnel susceptible de déterminer trois coordonnées d'un point de la pièce dans un référentiel lié à la pièce. L'équipement de mesure peut alors être une machine de mesure tridimensionnelle. Dans le cas de pièce à mesurer présentant une géométrie complexe, l'équipement de mesure comprend des éléments des mesures unidirectionnels et des éléments de mesures tridimensionnels. Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence au dessin ci annexé représentant à tire d'exemple non limitatif. Figure 1 représente une mesure d'un étalon sur un équipement de mesure dans des conditions industrielles, Figure 2 représente une mesure d'une pièce issue d'un processus industriel sur un équipement de mesure dans des conditions 15 industrielles, Figure 3 montre un tableau de valeurs des coordonnées de six points palpés sur un plan. La fonction de l'opération de mesure d'une pièce mécanique, c'est-à-dire un solide tridimensionnel, est la vérification de la conformité de celleci vis-à-vis d'un dessin présentant des cotes et des tolérances. La première étape du procédé selon l'invention, qui n'est pas représentée sur le dessin, consiste à réaliser une pièce étalon 2 représentatif de la pièce à réaliser. Cette pièce étalon 2 est réalisée généralement en acier et subit 25 des traitements thermiques pour lui conférer une grande stabilité dimensionnelle. Selon la fonction que la pièce doit remplir, plusieurs points significatifs sont choisis comme devant être mesurés pour déterminer des défauts géométriques de la pièce (cote, planéité, concentricité, etc.) qui sont critiques pour le fonctionnement de cette pièce. Dans l'exemple de pièce représenté sur le dessin, la pièce présente volontairement une forme simple en L et sur cette pièce, on admettra que ce que l'on veut mesurer, est l'épaisseur de la branche verticale en se référant à la pièce telle qu'elle est orientée sur le dessin et la planéité d'une des faces supérieure de la pièce. La pièce étalon 2 représentative de la pièce est mesurée en laboratoire. Cette mesure se fait, de manière classique, à l'aide d'une machine de mesure tridimensionnelle dans des conditions contrôlées, notamment de température. Dans l'exemple, l'épaisseur est mesurée en un point et la planéité en six points. Pour chacun de ces points, soit sept dans l'exemple représenté, on dispose donc de coordonnées XE YE ZE qui sont repérées dans un référentiel lié à la pièce. Les valeurs des six points palpés sur la face supérieure de la pièce étalon 2 sont consignées dans la colonne III du tableau de la figure 3. L'étape suivante se fait sur un équipement de mesure qui possède des moyens de positionnement de la pièce. Dans l'exemple représenté, il s'agit de trois doigts 3 disposés sur une table 4. Ces trois doigts 3 permettent de recevoir la pièce et définissent, 15 avec le plan de la table 4, un référentiel dit référentiel pièce. Ce référentiel pièce est représenté sur le dessin. On note que l'équipement de mesure est constitué, d'une part, d'un capteur unidirectionnel 5, orienté selon une direction générale horizontale et d'un palpeur 6 orienté selon une direction générale verticale et placé sur la machine à mesurer tridimensionnelle 7. La particularité du capteur unidirectionnel (en l'occurrence un capteur inductif dans l'exemple représenté) est qu'il est placé dans le référentiel pièce selon des coordonnées précises. Dans l'exemple représenté, le point de palpage présente les coordonnées suivantes X = 10,000 et Z = -45,000, la coordonnée selon l'axe Y étant la coordonnée que le capteur 5 doit mesurer. Sur l'équipement ainsi défini, la pièce étalon 2 est placée sur le plan 4 contre les doigts 3 dans le référentiel pièce. Le capteur unidirectionnel 5 et le palpeur 6 de la machine de 30 mesure tridimensionnelle réalisent leur mesure. Le capteur unidirectionnel 5 mesure donc la coordonnée YE donnant l'épaisseur de la pièce étalon 2 mesurée par la machine dans le référentiel pièce et, simultanément, le palpeur 6 de la machine réalise les mesures selon les trois axes X, Y, Z des six points choisis pour définir la planéité de la face supérieure de la pièce. Les coordonnées XE, YE, ZE, sont consignées dans la colonne IV du tableau de la figure 3. Connaissant pour la pièce étalon 2 les coordonnées XE YE ZE mesurée en laboratoire et les coordonnées XE. YE. ZE, mesurées sur la machine, on peut facilement déterminer pour chaque point, l'écart A entre les coordonnées XE YE ZE et les coordonnées XE. YE, ZE. qui correspond à l'erreur de mesure due à l'équipement et ce, dans des conditions (notamment de température) d'un environnement industriel. L'écart A est stocké dans une mémoire d'une unité de calcul 9 pouvant être un micro-ordinateur. L'erreur liée à l'équipement de mesure étant connue, la pièce étalon 2 est retirée de l'équipement de mesure. Une pièce 10 issue d'un processus de fabrication est alors placée dans le référentiel pièce défini dans l'équipement. Les sept points significatifs sont mesurés par le capteur unidirectionnel et le palpeur de la machine à mesurer tridimensionnelle. On obtient ainsi une série de coordonnées X p Y, Z,, notamment pour les six points palpés sur la face supérieure de la pièce à mesurer, dont les cordonnées se trouvent consignées dans la colonne V du tableau de la figure 3. Ces coordonnées Xp Yp Z p sont traitées dans le calculateur selon un traitement visant à déduire algébriquement l'écart A. On obtient ainsi des cordonnées corrigées Xpc Ypc Zpc qui peuvent être traitées selon un traitement numérique approprié tel que la méthode des moindres carrés. Dans l'exemple représenté, on détermine ainsi: Le procédé selon l'invention permet donc de réaliser des mesures de coordonnées de points relativement à une pièce étalon, ce qui le rend adapté à un environnement industriel. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif, mais elle en embrasse au contraire toutes les formes de réalisation. Ainsi, on peut envisager de la mettre en oeuvre avec uniquement une pluralité de capteurs unidirectionnels dont les positions respectives sont repérées dans le référentiel pièce. On peut également envisager de - écart type 0,00013 - planéité 0,003 - Z = - 0,009 n'utiliser comme équipement de mesure uniquement une machine à mesurer tridimensionnelle. Il est à noter qu'une machine à mesurer tridimensionnelle déclassée peut être utilisée dans le cadre du procédé selon l'invention, puisqu'elle n'est alors pas utilisée pour faire une mesure obtenue directement par rapport à ses règles de mesure, mais corrigée par rapport à un étalon représentatif de la pièce. Par ailleurs, les équipements de mesure peuvent être à commande manuelle, semi automatique ou automatique en ce qui concerne le positionnement de la pièce et de l'étalon dans le référentiel défini dans l'équipement de mesure mais aussi en ce qui concerne le mode de gestion des capteurs unidirectionnels ainsi que le déplacement des capteurs tridimensionnels. De même, l'acquisition des coordonnées de points par les 15 équipements de mesure peut se faire en mode statique c'est à dire point par point, ou en mode dynamique c'est à dire par scanning. Un point qu'il est également important de noter est que, pour faciliter l'exploitation des points significatifs et, en particulier, pour les corriger en fonction de la température, les coordonnées de ces points sont exprimées dans un référentiel pièce dans l'exemple décrit. Tout autre référentiel peut être envisagé, tel que le référentiel machine. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure tridimensionnelle de coordonnées de points significatifs d'une pièce, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes 5 consistant à : - réaliser un étalon (2) physique représentatif de la pièce à mesurer, - réaliser une mesure en laboratoire métrologique des coordonnées XE YE ZE de points significatifs dans un référentiel lié à 10 l'étalon (2), - réaliser, dans un environnement industriel, une mesure des coordonnées des points significatifs avec un équipement de mesure pouvant donner les trois coordonnées XE. YE, ZE, de chaque point significatif dans un référentiel lié à l'étalon (2), - déterminer l'écart A pour chaque point significatif entre les coordonnées mesurées XE YE 4 dans des conditions de laboratoire métrologique et les coordonnées mesurées XE, YE, ZE, dans les conditions d'exploitation industrielles, - stocker dans une mémoire l'écart A pour chaque point 20 significatif, - réaliser, sur la pièce à mesurer, dans un environnement industriel une mesure des coordonnées X, Y, Zp de chaque point significatif d'une pièce (10) avec l'équipement de mesure, - stocker dans une mémoire les coordonnées Xp Yp Zp - effectuer un traitement numérique par un calculateur de correction de chaque coordonné Xp Yp Zp par déduction algébrique de l'écart A pour obtenir des coordonnées corrigées Xpc Ypc Zpc, - effectuer un traitement numérique des coordonnées corrigées Xpc Ypc Zpc pour déterminer un défaut dimensionnel de la pièce (10). 2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter les coordonnées corrigées Xpc Ypc Zpc par une méthode mathématique appliquée à la mesure tridimensionnelle. 3. Procédé de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter les coordonnées corrigées Xpc Ypc Zpc par la méthode des moindres carrés. 4. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à : - fixer un équipement de mesure unidirectionnel par rapport au référentiel pièce, deux des coordonnées de l'équipement de mesure étant 5 fixées dans le référentiel lié à la pièce, - effectuer une mesure d'un point de la pièce, deux des coordonnées étant les coordonnées du moyen de mesure dans le référentiel, la troisième coordonnée étant la valeur recherchée. 5. Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de mesure tridimensionnelle de coordonnées de points significatifs d'une pièce selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend: - un étalon (2) physique représentatif de la pièce (10) à mesurer, - un équipement de mesure de la pièce (10) à mesurer pouvant être étalonné par mesure comparative sur l'étalon (2), - une unité de calcul (9) connecté à l'équipement de mesure présentant des moyens de mémorisation dans lesquels peuvent être stockés - les coordonnées XE YE ZE, - les coordonnées XE, YE. ZE. - l'écart A pour chaque point significatif - les coordonnées Xp Yp Zp et des moyens de calcul des coordonnées corrigées Xpc Ypc Zpc par déduction algébrique de l'écart A des Xp Yp Zp et de traitement des coordonnées corrigées Xpc Ypc Zpc par une méthode appliquée à la mesure tridimensionnelle. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un équipement de mesure fonctionnant par palpage, par mesure optique, pneumatique ou capacitive. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que l'équipement de mesure est un équipement de mesure tridimensionnel susceptible de déterminer trois coordonnées d'un point de la pièce dans un référentiel lié à la pièce. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que 35 l'équipement de mesure est une machine de mesure tridimensionnelle (7). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'équipement de mesure comprend des éléments des mesures unidirectionnels et des éléments de mesures tridimensionnels.