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Ce polycopié a été rédigé à l’usage exclusif des étudiant-e-s en Licence LMD Science et Technologie Université de M’sila. Il résulte d’une compilation structurée de plusieurs sources: polycopiés préexistants à l’université de M’sila, Wikipédia et autres contributions disponibles librement sur Internet. Il n’a donc aucune prétention d’originalité.
M Rokbi
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Notions de métrologie
1. Définition :
La métrologie au sens étymologique du terme se traduit par Science de la mesure. C’est l'ensemble des moyens techniques utilisés pour le contrôle de pièces mécaniques.La métrologie définit l’opération ou l’ensemble des opérations permettant de déterminer avec précision la ou les valeurs des grandeurs à mesurer. De plus, elle permet de déterminer la conformité des produits mais elle participe aussi l’amélioration de la qualité. En effet, on ne peut valider une action sur un procédé qu’en vérifiant le résultat de cette action par une mesure.
On trouve :
Métrologie fondamentale ou scientifique : couvre tous les aspects généraux théoriques et pratiques relatifs aux unités de mesure, aux étalons de mesure, aux méthodes et résultats de mesure (calculs d’erreurs et incertitude).
Métrologie industrielle : couvre toutes les activités métrologiques dans l’entreprise : contrôle des processus de mesure, gestion des instruments de mesure, procédures de vérification /étalonnage (traçabilité des mesures)
Métrologie légale : ensemble des règles et exigences légales et réglementaire imposées par l’Etat concernant le système national d’unités (unités légales, la fabrication et l’utilisation des instruments de mesure utilisés dans le domaine du commerce, de la santé, de la sécurité et la protection de l’environnement
2. Utilité de la métrologie
Maîtriser les processus de fabrication
• Vérifier et évaluer la conformité des produits aux spécifications techniques et réglementaires • Contrôler la qualité des produits
• Vérifier l’exactitude des résultats analytiques
• Assurer la loyauté des échanges commerciaux et la protection des intérêts du consommateur • Assurer la protection de la santé et de la sécurité des citoyens
• Assurer la préservation et la protection de l’environnement
3 3. Place de la métrologie par rapport à l’entreprise
La fonction métrologie dans l'entreprise est un investissement important qui concourt à la qualité des différents produits, de façon simple, efficace, économique et sûre. Le service métrologie est partie intégrante au service contrôle qualité.
4. Rôle de la fonction métrologie dans l'entreprise
Assurer la gestion de tous les moyens de contrôle de mesure et d'essai en service,
Maîtriser l'aptitude à l'emploi de tous les moyens de contrôle de mesure et d'essai utilisés dans l'entreprise et à en donner l'assurance, en réalisant des opérations d’étalonnage et de vérification par rapport à des données préétablies.
La métrologie détient les étalons de référence,
La métrologie assure la surveillance qualitative à l'aide des étalons de référence qu'elle détient ou par recours à des organismes agréés ou habilités,
Son rôle consiste aussi à informer et sensibiliser les utilisateurs, d'assurer la mise à jour des documents : fiches de vie, procès-verbal d’étalonnage, planning d’étalonnage, etc.
Maintenir un potentiel de moyens de contrôle de mesure et d'essai adapté aux caractéristiques à mesurer, au volume de la production et au niveau technique recherché.
5. Normalisation
Les produits manufacturés sont conçus sur des plans. Ces plans comportent une représentation graphique de chaque pièce à réaliser ainsi que des annotations complémentaires dont fait partie la cotation.
La métrologie n’a de sens que si le concepteur et le métrologue interprètent cette cotation de la même manière. Les normes servent à fixer les définitions et les méthodes de travail.
Dans le domaine de la métrologie, les normes sont regroupées sous l’appellation GPS (Spécifications Géométriques des Produits) et sont disponibles à l’AFNOR.
4 Nous classerons la cotation en 2 grandes familles : -Les spécifications dimensionnelles et angulaires.
-Les spécifications géométriques.
Les spécifications dimensionnelles et angulaires
Les spécifications dimensionnelles peuvent se présenter sous plusieurs formes
La plus grande pièce acceptée est 10,1 : tolérance supérieure Ts La plus petite pièce acceptée est 9,8 : tolérance inférieure Ti
La différence entre Ts et Ti s’appelle Intervalle de Tolérance : IT=0,3 - Ajustement
Exemple : 10H7g6
Ce type de cotation correspond à des valeurs numériques figurant dans les tableaux des ajustements. En mécanique, on ajuste très souvent des pièces de révolution. La cotation permettant d’obtenir un jeu important, faible ou un serrage, a déjà été déterminée. Le concepteur dispose d’un tableau qui le guide dans le choix des lettres à inscrire à la suite de la cote nominale en fonction du fonctionnement souhaité. Le fabriquant et le métrologue utilisent un tableau permettant de faire la correspondance entre l’ajustement normalisé et la tolérance chiffrée.
Les lettres majuscules sont utilisées pour les alésages (partie femelle). Les lettres minuscules correspondent à l’arbre (partie mâle). Les chiffres donnent la qualité de la cote. Plus les chiffres sont petits, plus l’intervalle de tolérance est petit (ajustement précis).
Spécifications géométriques
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Les spécifications géométriques sont indispensables pour définir complètement la forme des pièces :
Il faudrait aussi que les faces opposées soient parallèles, c’est pourquoi on peut ajouter une contrainte de parallélisme entre les 2 faces (si nécessaire).
Les tolérances géométriques sont les suivantes :
6 Exemple de notation et interprétation :
Interprétation : Pour comprendre la signification du parallélisme nous allons représenter la pièce en exagérant ses défauts.
Zone de tolérance : forme :2 plans parallèles entre eux distants de 0,04 Contrainte : les 2 plans sont parallèles à la référence A (construite) Référence : réelle : 1 surface réputée plane (A)
Exemple de mesure de la pièce (la surface réputée plane A est en contact avec le marbre) :
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On déplace l’appareil de mesure ou la pièce pour chercher la différence entre le point le plus haut sur la pièce et le plus bas. Cette différence est la mesure du parallélisme qu’il faut comparer à 0,04.
6. Métrologie portative
Les instruments portatifs permettent de mesurer les tolérances dimensionnelles et angulaires courantes. On peut classer ces instruments 2 catégories :
Les instruments de mesure (l’appareil donne une valeur de la dimension).
Les instruments de contrôle (l’appareil donne un résultat du type conforme/nonconforme).
Principaux instruments de mesure :
-Le réglet (incertitude de mesure entre ±1 et ±0,5mm)
-Le pied à coulisse à vernier (incertitude de mesure entre ±0,02 et ±0,04 mm) -Le pied à coulisse numérique (incertitude de mesure entre ±0,02 et ±0,04 mm) -La jauge de profondeur à vernier (incertitude de mesure entre ±0,02 et ±0,04 mm) -Le micromètre au 1/100 mm (incertitude de mesure de l’ordre ±0,01)
-Le micromètre numérique au micron (incertitude de mesure de l’ordre de ±0,005) -La jauge micrométrique de profondeur au 1/100 (incertitude de mesure de l’ordre
±0,01)
-L’alèsomètre au 1/100 (incertitude de mesure de l’ordre ±0,01) -L’alèsomètre au micron (incertitude de mesure de l’ordre de ±0,005) -Le comparateur à tige radiale au 1/100 ou au micron
-Le comparateur à levier au 1/100 ou au micron -Le rapporteur d’angle de précision
Principaux instruments de contrôle :
Le tampon lisse La jauge plate Le calibre à mâchoire
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Le tampon fileté La bague filetée
Tous ces instruments fonctionnent sur le principe du entre/entre pas. Une partie de l’instrument est à la dimension de la cote maxi, l’autre à la cote mini.
7. Contrôle de pièces
En mécanique générale, la métrologie des fabrications s'intéresse : - au contrôle des pièces exécutées ou en cours d'usinage
- au contrôle des organes mécaniques pouvant subir une usure ou une déformation due au fonctionnement (ex: frottement cylindre/piston).
La grande précision des appareils de mesures impose :
* manipulation soignée (pas de choc)
* un entretien régulier et approprié
* un rangement systématique après utilisation.
7.1. Appareils de mesures
Calibre à coulisse, pied de profondeur, micromètre ou palmer, jauge, tampons, calibres à machoires, bagues, comparateurs.
7.2. Type de mesure
- par mesure directe: calibre à coulisse, miromètre - par comparaison: comparateur, cale étalon
- par calibrage: jauges de tolérances maxi et mini, calibres à machoires.
9 7.3. Mesure direct
7.3.1. Calibre à coulisse
Cet appareil de mesure directe, entièrement en acier inoxydable, peut-être de dimensions et d'utilisations variables, en fonction de sa longueur et de la forme de ses becs. Certaines versions très modernes possèdent un cadran facilitant la lecture.
Fig .1 : Calibre à coulisse (pied à coulisse) a) Précision de mesure :
Si la règle est toujours graduée en mm, il n'en est pas de même pour le VERNIER. Celui-ci, gravé sur le coulisseau, a une graduation particulière dont le nombre de divisions va déterminer la précision de lecture du calibre à coulisse.
Le Vernier au 1/10ème possède 10 graduations égales, et mesure 9 mm. 1 graduation = 0,9 mm.
Précision du 1/10ème = 0.1 mm
Le Vernier au 1/20ème possède 20 graduations égales, et mesure 19 mm. 1 graduation = 0,95 mm.
Précision du 1/20ème è= 0.05 mm
Le Vernier au 1/50ème possède 50 graduations égales, et mesure 49 mm. 1 graduation = 0,98 mm.
Précision du 1/50ème = 0.02 mm.
b) Méthode de mesure :
1° Lire le nombre entier de mm, à gauche du zéro du vernier.
2° Localiser la graduation du vernier (une seule possible) qui coïncide avec une graduation quelconque de la règle
3° Ajouter les millimètres, les 1/10è, 1/20è ou 1/50è, selon les cas, pour obtenir la mesure exacte.
c) Exemple :
10 7.3.2. Micromètre
Le micromètre peut mesurer de très petites distances, tel le diamètre d'un tuyau, d'une tige, d'un écrou et d'un boulon, ainsi que de rondelles et de clous.
Le schéma qui suit représente les principales pièces du micromètre :
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Fig .2 : Micromètre
Exemple de lecture
8. Ajustements
a. Domaine d’application
La notion des ajustements s’applique essentiellement aux assemblages entre arbres et alésages et peutêtre étendue aux ajustements entre éléments simples de type couple de plans. Les pièces sont considérées comme étant lisses.
b. Définitions
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variation dimensionnelle admissible pour l’une des pièces.
Pour chaque dimension nominale il est prévu une gamme de tolérances.
EXEMPLE : 16H7, 16M8, 16g6, etc……
La valeur de la tolérance est symbolisée par un numéro qui désigne la « Qualité » . Il existe 18 numéros correspondant chacun à des tolérances qui sont fonction de la dimension nominale.
La position de la tolérance par rapport à la ligne d’écart nul ou ligne « Zéro » est symbolisée par une lettre majuscule pour les alésages et par une lettre minuscule pour les arbres.
L’écart est constitué de la marge en plus ou en moins, par rapport à la dimension nominale des pièces à assembler, pour obtenir le jeu ou le serrage.
Remarque: la dimension est appelée cote lorsqu’elle est inscrite sur un dessin.
L’ajustement est désigné par un ensemble de caractères (52H7/g6) définissant
· la dimension nominale: 52
· le symbole de classe de tolérance de l’alésage:H7
· le symbole de classe de tolérance de l’arbre: g6
Le nombre s’appelle le degré de tolérance normalisé. C’est l’ensemble des tolérances considérées comme correspondant à un même degré de précision pour toutes les dimensions nominales: le nombre va de 1 (précis) à 18 (large), plus deux cas spéciaux 01 et 0.
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La lettre décrit la position de la zone de tolérance par rapport à la dimension nominale. La lettre est majuscule pour les alésages, minuscule pour les arbres. Elle va de A à ZC, soit 28 positions car les lettres i, l, o, q, w ne sont pas utilisées et des couples de lettres sont ajoutés: cd, fg, js.
Valeurs des ajustements dans l’ALESAGE (DOCUMENT AUTORISE)
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Valeurs des ajustements sur ARBRE (DOCUMENT AUTORISE)
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Applications
A-Mesures directes
1- La lecture de la côte sur le micromètre est de : (cocher la bonne réponse)
2- La lecture de la côte sur le micromètre est de : (écrire la réponse sous le dessin)
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EXERCICE n°1
1. Indiquer dans le tableau ci-dessous, les éléments de tolérancement des cinq cotes.
EXERCICE n°2
1. Compléter les différentes cases du tableau ci-dessous :
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EXERCICE n°3
1. Rechercher les écarts (supérieurs et inférieurs) dans les tableaux des principaux écarts fondamentaux du G.D.I.
2. Calculer les cotes Maxi, les cotes mini et les Intervalles de Tolérances.
Remarque : Les écarts sont donnés en micromètres dans les tableaux du G.D.I.
Vous devez les convertir en mm avant d’effectuer les calculs demandés.
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EXERCICE n°1
1. Indiquer dans le tableau ci-dessous, les éléments de tolérancement des cinq cotes.
EXERCICE n°2
2. Compléter les différentes cases du tableau ci-dessous :
EXERCICE n°3
1. Rechercher les écarts (supérieurs et inférieurs) dans les tableaux des principaux écarts fondamentaux du G.D.I.
2. Calculer les cotes Maxi, les cotes mini et les Intervalles de Tolérances.
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