Exemples de réalisations existantes appliquant la DMT

Plusieurs réalisations permettant la mesure de cylindricité mettent en œuvre d’une manière totale ou partielle le principe de structure métrologique dissociée. Nous présentons des exemples dans la suite de cette section où la chaîne métrologique et la chaîne structurelle ne sont pas totalement découplées. Le premier exemple est celui de la machine « Ultimat » conçue par Bryan et Carter [Bryan et al., 1979]. Le deuxième exemple est celui de la machine « Primar MX4 » de la marque Mahr.

4.2.1.

La machine de Bryan et Carter [Bryan et al., 1979] décrite sur la Figure 36 présente une disposition un peu différente de celle des machines conventionnelles décrites précédemment. En effet, ce n’est plus le palpeur qui est translaté selon une direction radiale mais plutôt la pièce à mesurer. Cela ne modifie pas fondamentalement l’application du principe de structure métrologique dissociée dans la mesure où l’on retrouve les mêmes axes de mouvement que pour les machines conventionnelles. Dans cette machine, le guidage vertical ainsi que le guidage horizontal ont été remplacés par une liaison métrologique. La rotation reste conventionnelle.

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Figure 36: Mise en évidence de la chaîne métrologique et de la structure porteuse sur « l’Ultimat » d’après le schéma original de Bryan et Carter [Bryan et al., 1979]

4.2.1.1.

Le guidage vertical est remplacé par une liaison métrologique à deux capteurs. Le premier capteur – placé en principe d’Abbe avec le palpeur pièce - est un interféromètre laser qui mesure le déplacement selon l’axe principal de la glissière sur une grande course. Le deuxième palpeur de type inductif, en principe d’Abbe avec le palpeur de mesure pièce, doit permettre, quant à lui, de corriger les mouvements parasites (rectitude y) de la translation. Pour cela le capteur inductif utilisé suit une surface de référence matérialisée par une règle verticale, en rouge sur la Figure 36 Cette configuration a pour effet de rendre négligeable les erreurs causées par le tangage du chariot de translation. Pour cette raison, un seul capteur est suffisant.

4.2.1.2.

Le guidage horizontal est remplacé par une liaison métrologique à trois capteurs. Un interféromètre est utilisé pour mesurer la position du chariot mobile selon son axe. Contrairement à la glissière verticale, l’interféromètre ne peut pas être en principe d’Abbe

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l’origine d’une erreur de mesure. Pour cette raison un deuxième interféromètre, à la verticale du premier, a été ajouté. La combinaison des deux interféromètres permet de mesurer le tangage du chariot. Cette combinaison permet la réalisation d’un principe d’Abbe reconstitué. De manière similaire au cas de la translation verticale un capteur inductif suit une surface de référence matérialisée par une règle horizontale, représentée en rouge sur la Figure 36 Dans cette configuration le capteur inductif n’est pas en principe d’Abbe direct avec le palpeur pièce mais l’utilisation des deux interféromètres permet à nouveaux de prendre en compte l’effet d’un mouvement de tangage du chariot mobile.

4.2.1.3.

On remarque sur le schéma de la Figure 36 que la chaîne métrologique passe par la broche rotative. À ce titre, le concept développé par Bryan et Carter n’est pas une application « stricte » du principe DMT. Dans ce cas, les défauts de mouvement de la broche sont à l’origine d’une partie de l’incertitude associée à la mesure.

De plus, la stabilité du parallélisme, évoquée au paragraphe 2.1.3, entre l’axe de rotation de la broche et l’axe de la translation verticale est ici assurée par le chariot de la glissière horizontale qui porte la broche. Ce chariot est susceptible de se déformer sous l’effet des efforts qu’il subit lors de sa translation. Cela signifie que la stabilité du parallélisme n’est pas garantie et elle varie avec la position du chariot de la glissière horizontale.

Enfin, la chaîne métrologique passe par le chariot de la glissière verticale. Ce chariot est lui aussi susceptible de se déformer sous l’effet des efforts qu’il subit lors de sa translation. La déformation de la chaîne métrologique se traduit par une incertitude supplémentaire sur la mesure finale.

4.2.2.

Plus récemment, le constructeur Allemand Mahr a commercialisé une machine appliquant partiellement le principe de structure métrologique dissociée. Le schéma de la Figure 37 décrit la « Primar MX4 ».

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Figure 37: Mise en évidence de la chaîne métrologique et de la structure porteuse sur « la Primar MX4 Mahr» d’après le schéma original cité par Goch[Mahr, 2013b][Goch, 2003]

L’architecture de cette machine est légèrement différente de celle des machines conventionnelles décrites précédemment. En effet, l’ensemble de la glissière verticale peut être translaté radialement. Cela ne modifie pas fondamentalement l’application du principe de structure métrologique dissociée dans la mesure où l’on retrouve, comme sur « l’Ultimat » les mêmes axes de mouvement.

Les deux translations sont traitées de façon identique. Une règle permet de mesurer la translation du chariot alors que des capteurs mesurent les mouvements parasites du chariot mobile.

La chaîne métrologique passe par la broche aérostatique et par le bâti de la machine. Cela constitue à nouveau une source potentielle d’incertitudes.

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4.3.

L’« Ultimat » de Bryan et Carter ainsi que la machine « Pimar MX4 » de Mahr correspondent à une mise en œuvre partielle du principe DMT pour la mesure de cylindricité. Ces machines intègrent dans leur structure de métrologique, dans les deux cas, l’axe rotatif. Cette stratégie peut sembler cohérente car il existe actuellement des broches possédant un défaut de rotation d’amplitude de quelques dizaine de nanomètres [Thalmann et al., 2005].

Cependant, ce raisonnement n’est plus valide dans le cas d’une mesure de cylindricité avec une incertitude visé de l’ordre de 10 nm. En plus de l’incertitude liée au mouvement de la broche, la mesure de cylindricité fait intervenir la stabilité du parallélisme entre l’axe de rotation et l’axe de translation vertical. Cette stabilité n’est absolument pas garantie car elle est conditionnée par l’indéformabilité de la liaison entre la broche et la référence verticale. Dans le cadre de ce travail de thèse, l’incertitude visée est de l’ordre de 10 à 20 nm sur tout le volume de mesure. Cette contrainte justifie, à notre sens, l’application complète du principe DMT.