Des dimensions plus ou moins grandes

Tous les deux ans, la conférence sur la métrologie de la production se tient à l'Université interétatique des sciences appliquées NTB à Buchs SG en septembre. Le 5 septembre 2019, le directeur de l'institut, le professeur Michael Marxer, qui a également présidé la conférence, et Thomas Jordi, président du groupe de métrologie dimensionnelle Swiss-mem, qui a agi en tant que co-organisateur, ont de nouveau accueilli plus de 150 visiteurs, qui ont pu s'informer des nouveaux développements pour des applications pratiques.

Incertitudes d'étalonnage et de mesure
Le premier orateur de la journée était le Dr Rudolf Thal-mann de l'Institut fédéral suisse de métrologie METAS. Il s'est exprimé sur le thème "Vérification et étalonnage des instruments de mesure des microcoordonnées optiques". Les travaux étant réalisés dans des dimensions de plus en plus réduites, les instruments de mesure doivent également pouvoir suivre le rythme. Le défi est que des sphères de calibrage de plus en plus petites sont nécessaires pour leur calibrage. En outre, la norme ISO 10360 Partie 2 ne fournit aucune information spécifique pour l'étalonnage des machines de mesure des microcoordonnées optiques. METAS a donc développé, entre autres, en collaboration avec NTB et Saphirwerk, une nouvelle éprouvette avec des microsphères optiquement coopératives pour le contrôle des capteurs d'imagerie. METAS fournit également un logiciel d'évaluation qui est fourni avec chaque étalonnage. Diverses séries de tests ont montré que cette méthode peut être utilisée pour déterminer des écarts conformes aux normes et des paramètres de correction.

Quelles sont les causes des écarts de mesures ? Il n'est pas toujours nécessaire de les trouver dans la pièce à mesurer. Les incertitudes de mesure provenant de l'appareil de mesure peuvent également être responsables. La présentation du Dr Daniel Heisselmann de la Physikalisch-Technische Bundesanstalt à Braunschweig a porté sur la manière dont les écarts géométriques des appareils de mesure - causés mécaniquement ou thermiquement - influencent les résultats de mesure et comment ceux-ci peuvent être pris en compte dans les séries de mesures. Il a présenté la méthode de mesure utilisant la machine virtuelle de mesure des coordonnées VCMM. Cet appareil de mesure fonctionne sur le principe d'un jumeau numérique : un appareil entièrement virtuel avec des paramètres idéaux est placé en face de l'appareil de mesure réel. Les mesures sont effectuées sur l'appareil réel et simulées sur le jumeau numérique (méthode de simulation de Monte Carlo). Les mesures réelles et simulées sont comparées et évaluées. Sur la base des tableaux de valeurs dérivées, les utilisateurs peuvent alors prendre en compte les incertitudes de mesure dans leurs propres séries de mesures. Cependant, une telle détermination des incertitudes de mesure prend encore beaucoup de temps. En conséquence, il n'y a actuellement que cinq laboratoires accrédités par le DAkkS.

Précision dans la production
Non seulement les pièces sont de plus en plus petites, mais leurs géométries sont également de plus en plus complexes. Tobias Seyler, ingénieur diplômé de l'Institut Fraunhofer pour les techniques de mesure physique IPM, a parlé de la "mesure 3D de haute précision des composants de précision avec l'holographie numérique". Il a montré comment cette méthode peut être utilisée pour mesurer les pièces tournées à fabriquer avec une grande précision et à installer dans les moteurs diesel. Le dispositif de mesure - un système composé d'une caméra, d'un éclairage laser et de lentilles - peut également être installé directement dans les machines-outils. L'avantage est que les mesures peuvent être effectuées directement pendant le processus de production. Cependant, le positionnement sans vibrations du système de mesure est un défi. Mais à l'avenir, il devrait également être possible d'effectuer des mesures en mouvement ou même des mesures d'engins.

Hanspeter Schlup de Hänggi Stanztechnik est allé encore plus loin dans la pratique dans sa présentation "Coordonner la technique de mesure avec la technique multicapteurs dans la production quotidienne en prenant l'exemple de pièces embouties complexes". En particulier, l'orateur a mentionné la mesure des disques à trous d'injection pour les systèmes d'injection d'essence dans les moteurs. Comme les ouvertures sont percées à un angle (avec une inclinaison de 27 degrés) dans la tôle, les systèmes de mesure optiques classiques "par le haut" atteignent leurs limites. Par conséquent, le centre d'un trou est déterminé par calcul, puis le modèle de trou mesuré est comparé aux données de la CAO. Une mesure optique et tactile (au moyen d'une sonde à fibre) des corps de valve a également été présentée. Il a notamment été question d'éviter les vibrations.

une incursion dans le domaine des nanotechnologies
Comme l'a souligné le président de la conférence, le Dr Michael Marxer, les deux présentations suivantes ont quitté le domaine du micro et sont passées dans des dimensions beaucoup plus petites. Le Dr Kai Schmidt de LT Ultra-Precision Technology GmbH a parlé de la "technologie de mesure dans le domaine de l'usinage d'ultra-précision". Dans cet environnement, des rugosités de l'ordre de 1 à 10 nanomètres ne sont pas inhabituelles. On trouve des applications dans l'optique des métaux, l'optique infrarouge, les miroirs astronomiques et même les lentilles de contact. En conséquence, le défi dans les processus de production est de minimiser les incertitudes de fabrication et d'optimiser la qualité de la surface et la précision des formes. Les systèmes de mesure à haute résolution sont utilisés pour mesurer les machines et leurs composants, les produits et la technologie de mesure elle-même. L'orateur a montré, à titre d'exemple, une application dans le domaine du "flycutting" (fraisage d'une seule dent).

Là, un interféromètre est situé directement dans la machine. En fait, les mesures in-situ sont la méthode de choix, car sinon il faudrait retirer des composants de la machine. Un projet de recherche de RhySearch impliquant la PWO travaille sur les développements futurs dans ce domaine.

Le professeur Eberhard Manske de l'Université technique d'Ilmenau a traité de la gamme des nanomètres dans sa présentation. Il s'agissait de machines de nanopositionnement et de nanomesure, dont le développement bat son plein. D'ici 2025, les mesures dimensionnelles devraient pouvoir être effectuées jusqu'à la gamme des subnanomètres. Cependant, les défis technologiques ne sont pas entièrement triviaux, surtout dans le domaine de la 3D. Ici, le positionnement dans l'axe Z s'avère être un problème. Concrètement, il s'agit de minimiser l'erreur dite d'Abbe et de maintenir les écarts angulaires des axes aussi proches que possible de zéro. En outre, des lasers de haute précision, par exemple des lasers à fibre He-Ne, sont nécessaires. Les dispositifs de mesure eux-mêmes sont également complexes : La production de chaleur doit être compensée par des systèmes de refroidissement et toutes les pièces génératrices de chaleur doivent être situées aussi loin que possible de la table de mesure. Idéalement, la mesure est effectuée dans une chambre à vide afin que le laser puisse fonctionner le plus librement possible. Enfin et surtout, le traitement des données de mesure - les images de haute précision de 160 × 109 pixels représentent environ 5 téraoctets - nécessite une grande puissance informatique.

Logiciel sur étagère ou pas ?
Heiko Wenzel-Schinzer du groupe Wenzel GmbH & Co. KG dans sa conférence. Il a donné quelques recommandations sur ce qu'il faut surveiller lorsqu'on investit dans des équipements de mesure et des logiciels de mesure. Selon la manière dont une entreprise est créée, les arguments sont différents : achetez-vous des appareils de mesure et des logiciels au fabricant de machines ou à des fournisseurs tiers ? Le contraste entre le "meilleur de la race" et le "tout en un" est au centre des considérations. Dans le cas des logiciels, par exemple, la connexion à divers systèmes de CAO, machines, sondes et capteurs plaide en faveur de l'achat auprès d'un fournisseur tiers, tandis que l'assistance fournie par le fabricant plaide plutôt en faveur d'une solution "tout en un". Toutefois, ce dernier peut également entraîner un effet de verrouillage et donc une restriction de la flexibilité entrepreneuriale.

Une technologie de mesure pour la pleine vitesse
La conférence s'est terminée par une présentation sur "La technologie de mesure dans le train à grande vitesse suisse "Giruno"" par l'ingénieur diplômé Thomas Legler de Stadler Bussnang AG. Les nouvelles compositions de trains qui seront utilisées sur la nouvelle ligne du Saint-Gothard à travers le tunnel de base seront les "fleurons" des CFF. En conséquence, une attention particulière a été accordée à la conception contemporaine et au respect des normes les plus élevées dans leur construction. Ce que le passager ne voit pas, en revanche, c'est la vaste technologie de capteurs qui a dû être installée pour assurer la sécurité opérationnelle du train et le confort de conduite. L'orateur a spécifiquement mentionné le système de protection contre la pression. Cela permet de garantir que les fluctuations de pression - causées, par exemple, par les passages à grande vitesse dans les tunnels - n'entraînent aucune perte de confort pour les passagers.

La conférence et l'exposition qui l'accompagnait, au cours de laquelle de nombreux fabricants de renom ont présenté leurs solutions technologiques de mesure, se sont une fois de plus révélées être une occasion d'échanges professionnels animés et de transfert de connaissances entre la recherche et l'industrie.