(Métrologie)-- Unités et instruments de mesure linéaires part 3 --(tutoriel)

Les instruments de mesure

Nous avons survolé le principe d'incertitude de mesure dans le précédent Chapitre, il faut bien être conscient du fait que tout les instruments de mesure ont en commun de ne donner qu'une appréciation plus ou moins précise de la mesure.
Exemple:
- En effet on ne va pas mesurer des 1/2 mm avec un mètre à ruban.
- Si on mesure 20 cm avec un mètre à ruban on a une erreur potentiel de 1mm.
- De même si l'on mesure 5 mètre avec un réglet de 20cm on risque de multiplié les erreurs.

Dans les ateliers on nomme par "contrôle" le fait de voir la conformité d'une côte par rapport à un étalon (comme un tampon ou un calibre à mâchoires)
Et on nomme "mesure" ce qui est examiné par un moyen a côtes variable (pied à coulisse,réglet, micromètre, dispositif de comparaison, etc)


Nous l'avons également vu que le ce qui caractérise la métrologie c'est le raccordement de l'unité de mesure du plus haut niveau des instances métrologique (BIPM);etc... jusqu'au Laboratoire racordé, puis l'entreprise ou l'utilisateur final


Nous allons maintenant découvrir quelques instruments de mesure usuels de nos ateliers (amateur ou Pro)
Sommaire
Le mètre à ruban et mètre pliant
Les Réglets
Les pieds à coulisse
Jauges de profondeur
Les micromètres extérieurs
Jauge micrométrique
Les Alésomètres, ou micromètres intérieur trois touches
Les étalons
Les comparateur
le vérificateur d'alésage à deux touches
Les colonnes de mesure
Les Bras de mesure
Les machines de Mesure Tridimensionnelle

Le mètre à ruban et mètre pliant

un mètre à ruban permet d'avoir une mesure relativement précise pour des distances allant de 5 dm à 8 mètres avec une fenêtre de lecture garantissant une précision d'environ 2 mm selon la distance mesurer


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Les Réglets
un réglet est une bande métallique de 100 à 3000 mm de longueur en acier inoxydable avec une résolution de 0.5 à 1mm
il sont beaucoup plus précis que les mètres cités plus haut car en un seul morceau et sans le parties mobiles que l'on trouve sur les mètres à ruban ou pliants
dans ses versions de base le réglet existe en flexible ou en semi-rigide



Équerre combiné
Cependant il convient de préciser qu'il existe des accessoires du type équerre combiné permettant a la fois de mesurer une longueur mais tout en ayant un positionnement angulaire défini. elle ont une précision de l'ordre du mm



Le réglet de toupilleur
Le réglet de toupilleur permet de régler la hauteur d'une fraise de toupie au dessus de la table


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Les pieds à coulisse ou PAC
Il existe trois formes de lecture pour les pieds à coulisses

a) - PAC à Système Vernier
b) - PAC à cadran
c) - PAC Numérique



Lecture Pied à coulisse
Détermination de l' Incertitude d' Etalonnage d'un Pied à Coulisse

Pour un pied à coulisse Professionnel de bonne qualité, l'incertitude absolue se situe au alentour de 0.024mm
bien que sa résolution puisse être de 0.01 pour un PAC numérique par exemple.
Mais dans la majorité des cas et si l'on considère l'ensemble de d’incertitude de mesure
on peut considéré que la fenêtre de lecture d'un PAC est de l'ordre de 0.1 à 0.05mm


Structure d'un pied à coulisse à vernier

1- Règle graduée
2- Vis de blocage
3- Coulisseau
4- Becs intérieur
5- Becs extérieur
6- Vernier
7- Pige de profondeur
8- Lardon

Structure d'un pied à coulisse à Numérique


1- Bonton "Inch / millimètre"
2- Marche / arrêt
3- Mise a zéro
4- Sortie numérique (généralement en RS232)

Pied à coulisse de toupilleur
Le pied à coulisse de toupilleur est un adaptation du pied a coulisse standard pour une transformation en jauge de profondeur, il sont généralement issue de travaux d'amateur. (ici nos Méta-pied à coulisse )
Toute la justesse repose du la perpendicularité entre le plan de jauge et le guidage perpendiculaire de la règle



Liens internes:
Pied à coulisse toupilleur par dh42
Pied à coulisse toupilleur par Eddy

Jauges de profondeur
La jauge de profondeur est un instrument apparenté au pied à coulisse aussi bien du coté de l'affichage que de la précision.
Bien que la plupart des pieds à coulisse sont susceptible de mesurer des profondeurs, l’utilisation d'une jauge est tout de même plus recommandé car le socle de la jauge est nettement plus stable



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Les micromètres extérieurs
La famille des micromètre n'est pas nommé ainsi pour mesurer des microns (bien que les dernières génération permettes de lire des chiffres significatif en dessous du /100ème) mais son nom implique l'utilisation d'une vis micrométrique ou vis différentielle de Prony
Cette ensemble est composé de deux parties (une vis avec deux filetages et deux filetages inter ) d'un pas différents mais voisin (P et P' )
Son principe s'explique par la relation entre un déplacement (D) et la différence entre P et P'

ce qui donne :> D= P - P'

Exemple si P a un pas de 2mm et P' un pas de 1.75 le déplacement D vaudra 0.25mm


Nota: La vis différentiel de Prony est également utiliser pour repousser deux éléments taraudés
avec P = pas à droite et P' pas à gauche (pas de même valeur)



Nous allons tout d'abord aborder les micromètres extérieurs
Outre le fait qu'il en existe de nombreux modèles, les micromètres vont de 0 à plus de 1000 mm
avec une plage de mesure de 25mm, en effet ces outils se décline par exemple de 0 à 25 mm ; de25 à50mm ;
de 50 à 75mm; etc...

Grand micromètre


Micromètre 0/25


Composition du micromètre extérieur

1 - Touche fixe
2 - Faces de mesurage
3 - Touche mobile
4 - Dispositif de blocage
5 - Tambour
6 - Limiteur de couple
7 - Moletage permettant une rotation rapide
8 - Ligne de foie gravé sur le Fourreau et avec deux gravures de graduations espacés de 1 mm,
la gravure du haut représente les mm et celles de bas les 0.5 mm
9 - Corps

Réglage:
Il faut préciser que les micromètres sont livrés avec une clé de réglage et une cale étalon (sauf pour les 0/25 où l'étalonnage se fait sur la touche fixe


Méthode de réglage
Le réglage s'effectue en positionnant la cale étalon (ici 50mm) entre les touches de mesurage, on effectue trois mesures consécutives afin d'avoir une bonne appréciation de la valeur, puis on tourne le fourreau a l'aide de la clé de réglage (à droite de l'image)



Quelques modèles de micromètres avec leur domaines d'application:



-1 Micromètre calibre (permettant d'utiliser l'appareil comme calibre de contrôle
-2 Micromètre à plateaux (permettant de mesurer des dentures de pignons ou des espacements entre deux gorges
-3 Micromètre numérique (permettant d'apprécié des valeurs de l'ordre de 0.002mm)
-4 Micromètre à cadran (permettant également une lecture a 0.002 mm lecteur sur un comparateur dont la résolution est de 1 µ, c'est dans ce cas lui qui fait office de limiteur de couple)
- Micromètre à filetage (qui comme son nom l'indique est prévu pour la mesure des filetages
-5 Accessoire de Micromètre à filetage (touche de sommet de filetage )
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Jauge micrométrique

Les jauges de profondeur permettent une lecture des profondeurs de l'ordre de 0.002mm


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Les Alésomètres, ou micromètres intérieur trois touches
Nota: Dans la version pistolet la mesure se fait en relâchant la gâchette, ce qui permet de affranchir du serrage plus ou moins fort d'une vis micrométrique
Pour les avoir essayé au boulot, je peut dire que la répétabilité de ce type d'instruments et d'une rare efficacité



Les Alésomètres, ou micromètres intérieur Deux touches




Principe de fonctionnement:



Réglage:
Le réglage s'effectue de la manière suivante
1- placer le micromètre dans une bague étalon
2- procéder au mesurage de la bague (3 fois mini)
3- Desserrer la vis
4- tourné la bague où se trouve la ligne de foie de façon à ce qu'elle co-indice avec les graduations et en fonction de la valeur de la bague
5- procéder au contrôle avec la bague (3 fois mini)


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Les étalons

A ce stade, nous allons introduire la notion d'étalon, comme nous l'avons vu un étalon est une mesure matérialisée destinée à définir, réaliser, conserver, reproduire une unité de grandeur pour la transmettre par comparaison à d'autres instruments de mesure.
Dans les ateliers il est courent de trouver des cales étalon ainsi que des bagues étalon



Les cales étalon
Les cales étalon ont été développées par l'inventeur suédois Carl Edvard Johansson à la fin du XIXe siècle
Elle sont généralement en acier trempé et rectifier, mais peuvent également être en carbure voir en céramique
Les face "Mesurande" on un état de surface leur permettant une adhérence naturelle sous l'action de la pression atmosphérique
Elles sont associer à la terminologie de: valeur conventionnellement vrai
Les cales sont référencées par "classe de précision"

Il y a six classes de précisions (par ordre décroissant de précision) :

00 : cale de haute précision
K : étalon primaire pour étalonnage d'autres cales étalon (en entreprise)
0 : travaux précis de laboratoire
1 : réglage précis pour travaux de mesure sur marbre ou étalon de transfert
2 : réglages précis en atelier
3 : vérification et réglage de machine




1 et 1' - :Mesurande

Bague étalon

1 - Valeur conventionnellement vrai en microns (µ)
2 - Axes de mesure :c'est l'axe sur le quel a été mesurer la valeur de 25.001
3 - Mesurande
4 - Température de référence
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Comparateur

Détermination de l' Incertitude d'une mesure dimensionnelle au comparateur

Le comparateur est utilisé dans bien des applications mais son rôle premier n'est pas de mesurer mais de comparer
Par ce principe on peut effectuer une comparaison à partir d'une valeur conventionnellement vrai
autrement dit un étalon et une pièce

Les différents types de comparateurs

1 - comparateur Analogique à cadran
2 - Comparateur Numérique
3 - Comparateur demi-lune
4 - Comparateur verticale
5 - Comparateur à levier



Description:

1 - Lunette
2 - Index mobile
3 - Aiguille
4 - Cadran
5 - Totaliseur
6 - Canon
7 - Palpeur (ensemble 8 + 9)
8 - Tige
9 - Touche



Fonctionnement :
(Il s'agit d'un comparateur d'une résolution de 0.001mm soit 1µ)
Les mouvements sont notés par ordre croissant des chiffres
- 1 La tige du comparateur: (avec une crémaillère )
- 2 Pignon :(réduction)
- 3 Pignon : (réduction)
- 4 la petite aiguille : (résolution 0.1 mm ) (légère multiplication du mouvement)
- 5 Pignon + La grande aiguille: (résolution 0.001)
[color:46be=orange]- 6 Tige métallique: (permettant de limité le mouvement du comparateur)


Comparateur à levier
Les comparateur à levier ont généralement une course de 1mm


Ce type de comparateur ne sert pas vraiment pour des applications de mesure, mais plutôt pour définir la position d'un axe (par exemple se centrer dans un diamètre) ou pour régler l'angle d'un étau de fraisage

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Vérificateur d'alésage à deux touches

Le gros avantage de ce type de matériel est de pouvoir observer les déformations géométriques de type "Ovalisation" et "Conicité"


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Les colonnes de mesure



Les Bras de mesure

Les Bras de mesure sont proche des machines de mesure 3D (voir ci dessous)
[b]

Vidéo de présentation d'un bras de mesure


Machine de Mesure Tridimensionnelle
Les machine de mesure 3D permettent non seulement de mesurer des cotes mais également d'évaluer les déformations géométriques.
Le principe est fondé sur le palpage d'entités géométrique (ex: cercle, cylindre, plan, etc...)
a l'aide d'un capteur électronique lui même piloter via un portique par un système informatique



Vidéo


Métrologie du future

De nos jours, Il faut voir que le contrôle est une étape fondamentale de la notion qualité et que cette dernière est a présent une réel valeur ajouté à un produit
Partant de ce principe, les moyens de contrôle doivent être optimiser afin de garantir un très haut niveau de qualité tout en ayant une flexibilité et une rapidité de mise en œuvre accru

Dans ce contexte nous voyons apparaitre de plus en plus de moyens de mesure "non tactiles"
Ainsi les bras de mesure et autre machine 3D se voient équipé de télémètre laser capable de générer 45000 points par seconde

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