Academic literature on the topic 'Machines à Mesurer Tridimensionnelle (MMT)'

Le tolérancement géométrique défini par la normalisation est étudié de façon détaillée suivant une présentation structurée. Cette étude fait apparaître l'importance de la notion de surface théorique composée dans les spécifications géométriques fonctionnelles telles que les systèmes de références ou certains types de tolérancement tel que l'exigence du maximum de matière. Ces spécifications peuvent être vérifiées par les méthodes traditionnelles de contrôle au marbre et de contrôle par calibre. Les logiciels des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT), ne permettent pas de construire, de façon conforme à la norme, les systèmes de références sur les surfaces palpées de la pièce, ni de reproduire les contrôles par calibre. Une nouvelle approche de la métrologie est proposée pour les logiciels de ces machines dont le premier objectif est de palier à ces limites. Suivant cette approche les spécifications sont contrôlées par le résultat de l'assemblage d'un «calibre virtuel» avec les surfaces palpées de la pièce. Ceci permet de contrôler directement les conditions fonctionnelles que doit remplir la pièce. Le calibre virtuel, défini par le métrologue grâce aux menus du logiciel, est une construction parfaite de plusieurs surfaces théoriques élémentaires, telles que des plans ou des cylindres, qui sont appelées «calibres élémentaires». Différentes propriétés peuvent être données aux calibres élémentaires leur permettant, par exemple, de «s'ajuster» aux surfaces palpées. Ces propriétés permettent d'effectuer une multitude de contrôles et de mesures fonctionnels. Une maquette informatique implémentant ce modèle a été développée. L'utilisation de cette maquette est illustrée sur un exemple industriel et permet de montrer la simplicité et l'efficacité de l'approche proposée

L'accréditation des Machines à Mesurer Tridimensionnelles (MMT) est envisageable pour les engrenages à condition d'évaluer les incertitudes de mesures, les mesurandes étant parfaitement définis par la normalisation. Nos travaux s'appuient principalement sur la méthode de Monte Carlo et sur des techniques de permutations linéaires ou circulaires pour séparer les défauts et chiffrer les incertitudes de mesures associées, conformément au Guide pour l'expression des incertitudes de mesures (GUM). L'analyse de l'effet de la géométrie de la MMT sur la mesure d'une pièce de forme circulaire ou d'une roue dentée montre qu'il est impossible de caractériser complètement la géométrie de la MMT à partir d'une pièce supposée parfaite. Cependant, nous avons mis en place un concept de « défauts équivalents » propre à la géométrie de la machine et à la définition théorique de la pièce étudiée. Les systèmes de palpage utilisés ont été évalués afin de corriger les défauts systématiques identifiables et chiffrer les incertitudes associées. En prenant l'exemple d'un engrenage cylindrique droit, trois approches sont comparées : l'analyse des caractéristiques métrologiques de la MMT, la méthode de permutation et celle de comparaison. La méthode proposée permet de diminuer les incertitudes de mesures et peut être généralisée pour différentes applications. Nous proposons comme exemple l'étude des taux de pénétration et des volumes d'usure sur des explants de prothèses totales de hanches<br>Because measurands are perfectly defined in standards, Coordinate Measuring Machines (CMM) accreditation is possible for gears provided measurements uncertainties are assessed. In accordance with the Guide to the expression of Uncertainty in Measurement (GUM), our work is mainly based on the Monte Carlo method and linear or circular error separation techniques to differentiate defaults and quantify associated measurements uncertainties. Analysis of the CMM geometry effect on a circular ring or gear measurement shows that it is impossible to characterize completely the CMM geometry with a part supposed to be perfect. However, we set up a concept of “Equivalent defaults” characterizing the CMM geometry for the theoretical definition of the studied part. The probing systems used were assessed in order to compensate the identifiable systematic defaults and quantify associated uncertainties. Based on the example of a cylindrical gear, three different approaches are compared: the analysis of the CMM metrological characteristics, by error separation method and by comparison. This contribution in term of uncertainties measurements has numerous applications; for example the study of penetration rates and wear volumes of explanted total hip prostheses

En métrologie tridimensionnelle, l'outil privilégié de contrôle est actuellement la machine à mesurer tridimensionnelle (MMT). Une démarche métrologique appliquée à ce type d'équipement de mesure impose que la résultat de mesure soit accompagné d'une incertitude : lorsque ce paramètre n'est pas pris en compte, les décisions prises à partir des données de mesurage risquent d'être aberrantes. Ce travail présente une contribution à l'évaluation des incertitudes liées aux résultats de mesures tridimensionnelles. Pour cela, on présente une nouvelle méthode d'estimation des paramètres des éléments géométriques associés et de leurs incertitudes permettant de s'affranchir de l'hypothèse classique des petits déplacements. Notre méthode basée sur la régression de la distance orthogonale permet de travailler dans le repère machine, et de tenir compte des incertitudes sur les coordonnées des points palpés. Après une modélisation des entités géométriques les plus rencontrées en métrologie tridimensionnelle, une méthode d'estimation basée sur la régression de la distance orthogonale (ODR) est présentée pour déterminer les paramètres des éléments géométriques associés et les incertitudes associées. La validation de cette modélisation est réalisée conformément à la norme ISO 10360-6 et complétée par une campagne d'essais de mesurages sur machine à mesurer tridimensionnelle. L'incertitude de mesure associée au défaut de forme est quantifiée par application de la loi de propagation des incertitudes : cette étape de calcul est validée par la méthode de Monté Carlo. L'évaluation de l'incertitude engendrée par la gamme de mesure suivie lors du contrôle d'une pièce mécanique est illustrée sur les spécifications de parallélisme et de perpendicularité. Un programme informatique développé en C++ a permis de traiter ces différentes étapes d'association et de construction d'éléments géométriques, et d'illustrer les différentes phases de propagation des incertitudes vers la spécification mesurée, et donc d'identifier les moyens pour optimiser cette incertitude. Cette étude respecte les directives normatives de l'ISO 14253-1 en vue d'intégrer l'incertitude dans les prises de décision pendant la déclaration de conformité de la pièce.

Identification géométrique d'une surface fabriquée. Méthode générale d'identification géométrique d'une surface. Etude détaillée de l'association d'une surface géométrique idéale a une surface palpée dans les cas de la droite, du plan, de la sphère, du cylindre et du cone. Etude comparative des résultats obtenus par une optimalisation suivant les critères de gauss du défaut de forme mini de la plus grande ou de la plus petite surface tangente intérieure ou extérieure. Identification tridimensionnelle d'une pièce mécanique. Correction des écarts géométrique d'une machine a mesurer tridimensionnelle

L'utilisation de machines à mesure tridimensionnelle s'est généralisée dans les grosses entreprises et chez les sous traitants. La mise en place des normes iSO 9000 et les calculs de capabilité qui en découlenl impliquent une connaissance approfondie des incertitudes de mesures. Dans les machines à mesurer, l'incertitude globale et les normes utilisées sont généralement indiquées. Les incertitudes de mesure de ces différentes machines sont exprimées sous la forme : ± A+ bL ou A est une incertitude représentative de la fidélité et bL est une incertitude de position en fonction de fa longueur. La géométrie et l'environnement de ces machines étant actuellement pris en compte par les logiciels, il reste l'influence méconnue d'un grand nombre de paramètres (relatif au capteur) : longueur, diamètre, vitesse ainsi que îe type et nombre de points de l'élément mesuré. Nous proposons de donner une méthode d'obtention rapide, suivant les critères choisis par l'opérateur, de l'incertitude de mesure et de l'indice de capabilité plus proches de la réalité. Le premier chapitre- présente la situation actuelle des machines à mesurer vis à vis des ISO 9000 et l'état de l'art dans ce type de matériel. Dans le chapitre deux, une étude expérimentaie a été réalisée pour déterminer la taille des échantillons utilisés pour notre approche. Dans le chapitre trois, nous trouverons l'étude expérimentale et la modélisation sur la qualification du capteur. Le chapitre quatre est une étude expérimentale et la modélisation des éléments de base. ( point, droite, plan, cercle, sphère). Enfin le chapitre cinq est la proposition d'un modèle général de calcul des incertitudes de mesure et des capabilités. Les annexes comprennent la MMT utilisée et son logiciel, les normes, certificats d'étalonnage, les valeurs de la pièce test et les programmes développés<br>Three-dimensional measuring machines have come into general use in big firms and among subcontractors. The enforcement of ISO 9000 standards and the ensuing capability calculations require a thorough knowledge of measurement uncertainty. In measuring machines, global uncertainty and the standards used are generally indicated. The measurement uncertainty of these different machines is given in the following for JA+bLJ:-A representing an accuracy uncertainty and bL a position uncertainty related to the length. The geometry and environment of these machines being currently taken into account by application programs, there remains many unknown parameters connected to the sensor :its length, diameter, speed, type and the number of points of the measured element. We aim at presenting a method permitting to quickly obtain the measurement uncertainty and the index of capability according to the operator's selected criteria; and rapidly get an index of capability closer to reality. Chapter 1 describes the present situation of measuring machines towards the IS09000 standards and the state-of-art equipement of this type. In chapter 2 an experimental study is carried out in order to determine the size of samples used in our study-In chapter 3 we decribe the experimental study and the modelling of the qualification of the sensor. Chapter4 presents the experimental study and the modelling of the basic element : the point, the straight line, the plane, the circle and the sphere. Finally, in chapter 5 we propose a general model for the calculation of measurement uncertainties and capabilities. The annex comprises the 3D machine and software, the standards, the calibrator! certificates, the values of the piece and the specifically developed application programmes

Les travaux présentés dans cette thèse ont pour but la maîtrise des méthodes d'étalonnage par multilatération. Ils s'inscrivent dans une collaboration entre le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE) et le Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée (LURPA). Dans ces travaux, la multilatération est dite séquentielle car réalisée avec un unique Laser Tracer positionné successivement plusieurs points de l'espace. La détermination de ces positions ainsi que des bras-morts de l'interféromètre est le point clef de la méthode. Pour l'évaluation des incertitudes, le raccordement aux étalons est fait via les longueurs interférométriques délivrées par le Laser Tracer. Elles sont associées à des défauts caractéristiques d'une cinématique particulière ou aux coordonnées des points mesurés. Elles sont évaluées au travers de la stratégie de mesure et des performances de chaque composant intervenant lors de la procédure d'étalonnage. Mesurer les coordonnées d'un point cible de l'espace par multilatération implique de connaître les positions des points de vue depuis lesquels le point est visé, ainsi que les longueurs qui le séparent des points de vue qui en pratique sont les centres des Laser Tracer. La méthode que nous proposons permet d'identifier les positions et bras-morts des Laser Tracer qui constituent un repère de mesure qualifié de Système Mesurant de Référence (SMR), puis de réaliser la multilatération. Ensuite, l'extraction de défauts volumiques permet éventuellement d'identifier les défauts cinématiques d'une chaîne de solides particulière associée au volume de mesure. Dans cette optique, nous proposons une procédure type inspirée des travaux du LNE axés sur l'utilisation d'une barre à trous pour identifier les défauts cinématiques d'une MMT à trois axes cartésiens. Cette méthode se démarque des approches actuellement proposées car le SMR est construit indépendamment de l'identification des défauts de l'appareil de mesure. De plus, la procédure d'étalonnage que nous proposons repose sur une investigation axe par axe plutôt que par une optimisation globale du problème d'étalonnage. En nous focalisant sur les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT), nous proposons un bilan d'incertitudes qui a inclus des facteurs dont le rôle n'était auparavant pas pris en compte dans la littérature. Ces facteurs sont liés au fait de n'utiliser qu'un seul Laser Tracer pour étalonner la MMT. Nous proposons un module d'évaluation des incertitudes qui permet, grâce à des simulations de Monte Carlo, d'identifier l'influence de chacun de facteurs d'incertitude. La pertinence d'une stratégie d'étalonnage peut donc être évaluée à priori de la mise en œuvre de la procédure. L'outil de simulation proposé s'appuie sur la simulation du comportement de la MMT et de celui du Laser Tracer lors de la mesure. Deux indicateurs d'incertitude sont proposés pour l'étude des incertitudes. L'un est lié à l'exactitude de calcul du SMR construit sur les positions successives du Laser Tracer, l'autre est une image de l'incertitude obtenu sur les profils des défauts cinématiques calculés. Cet outil de simulation a permis de valider l'importance des sources d'incertitudes établies initialement pour l'étalonnage d'une MMT à trois axes cartésiens. L’ensemble de la démarche a été appliqué et validé pour une MMT à 3 axes cartésiens en conditions de laboratoire chez un industriel. Cependant, l’approche proposée découple la construction du SMR de l’identification des défauts cinématiques. Elle peut donc être facilement étendue à des systèmes de mesure 3D variés. Nous montrons donc que la démarche globale peut s’appliquer à des espaces de mesure sans cinématique machine. Il s’agit alors d’identifier les défauts volumiques associés à l’espace de mesure, ainsi que les incertitudes associées à la méthode d’étalonnage mise en œuvre. Afin d’illustrer notre propos, nous traitons le cas d’espaces de travail associés à un système de mesure optique<br>This thesis aims at developing calibration procedures and methods for measuring tools such as coordinate measuring machines (CMMs) and stereovision devices. This work is incorporated within the framework of a collaboration between the Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) and the Automated Production Research Laboratory (LURPA). In the scope of this thesis, multilateration is qualified as sequential because it is carried out by a single tracking interferometer (Laser Tracer) that is placed in different positions during the calibration procedure. In order to assess the calibration uncertainties, the link to the length standards is obtained through the measured lengths provided by the interferometer. Each one of these measured lengths is linked to the kinematic chain parametric errors that cause the volumetric errors of the CMM or directly to the measured points coordinates. They are assessed thanks to the study of both the calibration procedure and the performance of each component that takes part in the calibration procedure.Performing multilateration to obtain the spatial coordinates of a point requires to know both the stand points from which the point is measured and the distances between the stand points and the measured point. Practically, the stand points are the Laser Tracer positions. The proposed method aims at identifying the Laser Tracer’s positions and dead-paths lengths first in order to build a reference measuring frame, then performing multilateration. Then, if the measuring device is a CMM, its kinematic chain parametric errors are identified. For this matter, we propose a specific procedure based on the LNE knowledge on CMM calibration carried out using hole-bars. The originality of the proposed method lies in the fact that the reference measuring frame and the measuring device errors are calculated independently from each other. Plus, when addressing the case of a CMM calibration, the kinematic chain parametric errors are extracted one by one when a global optimization algorithm is usually performed nowadays.We focus on the case of CMMs calibration and we propose a precise analysis of all the sources of errors. It includes factors which influence was not studied before. They appear to result from the fact that a single tracking interferometer is used to calibrate the CMM. A simulation module based on a Monte Carlo approach has been developed. It enables the study of the influence of each source of errors independently from the other ones. Hence, the relevance of a measuring strategy can be assessed beforehand. This module simulates the behaviour of both the CMM and the Laser Tracer to evaluate uncertainties. We propose two indicators to observe the relative influence of each uncertainty factor. The first one is linked to the reference frame that is built on the successive positions of the Laser Tracer. The second one represents the global uncertainty one the kinematic chain parametric errors. This uncertainty assessment module has been successfully used to highlight the importance of sources of errors which role used to not be studied.The calibration procedure and uncertainty assessment module we propose have been successfully applied to a 3-axis cartesian CMM in laboratory conditions. Plus, since the reference measuring frame and the kinematic chain parametric errors identification are performed separately, the method we propose can be applied to other measuring devices. We especially explain how to apply it in the case of a measuring device based on stereovision

Dans cette thèse nous avons montré à travers différentes études et expériences la nécessité de mesurer la section de pièces métalliques. Les méthodes actuelles sont basées sur des systèmes de vision 2D, ce qui ne permet pas de traiter toutes les géométries possibles. Par conséquent nous avons proposé d’utiliser des méthodes de vision 3D basées sur un couplage laser caméra et sur un dispositif optique de type Scheimpflug. Ce dispositif non conventionnel augmente le champ de vue focalisé de la caméra. La mesure dimensionnelle de la pièce nécessite une calibration spécifique d’un tel système. Nous avons donc proposé des méthodes de calibrage dont les performances dépassent celles de l’état de l’art. Une fois le système calibré, la mesure de la section est obtenue par une analyse du profil résultant de la projection du plan laser sur la pièce. La capacité du système développé a été évaluée avec des pièces étalons<br>In this PhD thesis, we have demonstrated through various studies and experiments the necessity of using 3D vision system to measure the cross-section area of metallic objects. The current methods are based on 2D vision approach, which do not allow the measurement of different geometry of these metallic objects. Therefore, we have proposed 3D vision system that consists of lasers and cameras that have been equipped with Scheimpflug optical devices. This non-conventional optical set-up increases the field of view of the camera. As we have to measure the metallic object using the laser-Scheimpflug device, we need to calibrate the system. We proposed a new calibration method that provides significant improvement compared to the state of art laser-camera triangulation system. Using the calibrated system, the cross-section of the metallic object is determined by the analysis of the profile that results from the laser line projected on the metallic object. We have validated the system capability on plug gauges

Les phénomènes observés dans le comportement élastique non linéaire des roches et des bétons sont reconnus pour être étroitement reliés à leur microstructure. La signature non linéaire de ces matériaux est complexe avec notamment une perte temporaire des propriétés élastiques en sollicitation dynamique ainsi que des phénomènes d’hystérésis et de relaxation lente. Depuis les années 90, de nombreuses études académiques et industrielles ont démontré l’intérêt de l’acoustique non linéaire pour la caractérisation non-destructive avec des indicateurs dont la sensibilité à l’endommagement est décuplée par rapport à ceux utilisés jusqu’alors. Cependant, les effets tridimensionnels associés aux couplages éventuels des phénomènes non linéaires sont généralement négligés dans ces études, ce qui limite l’obtention de paramètres quantitatifs, pouvant même mener à des conclusions erronées. Dans ce contexte, ces travaux de thèse s’attachent à développer une approche théorique tridimensionnelle unifiée, adaptée de l’acousto-élasticité. Le premier chapitre, introduit le support bibliographique de ces travaux. Le deuxième chapitre expose un modèle de relaxation tridimensionnel, couplé aux coefficients élastiques d’ordre trois. Il est validé expérimentalement sur du mortier et du grès. Il est démontré que la perte temporaire des propriétés élastiques en sollicitation dynamique est un phénomène anisotrope induit. Le troisième chapitre, applique le modèle à la résonance non linéaire. Le quatrième chapitre introduit le modèle à la prospection non linéaire in situ. Les perspectives de ces travaux sont vastes, couvrant des domaines fondamentaux ou plus pratiques (contrôle non destructif)<br>The phenomena observed in the nonlinear elastic behavior of rocks and concretes are known to be closely related to their microstructure. The nonlinear signature of those materials is complex with temporary loss of elastic properties under dynamic loading as well as hysteresis and slow relaxation phenomena. Since the 1990s, numerous academic and industrial studies have demonstrated the value of nonlinear acoustics for non-destructive characterization with indicators whose sensitivities to damage is tenfold compared to those used up to now. However, the three-dimensional effects associated with the possible coupling of nonlinear phenomena are generally neglected in these studies, which limits the obtaining of quantitative parameters, which may even lead to erroneous conclusions. In this context, these theses work aims to develop a unified three-dimensional theoretical approach, adapted from the acousto-elasticity. The first chapter introduces the bibliographic support of this work. The second chapter presents a three-dimensional relaxation model coupled to the three-order elastic coefficients. It is validated experimentally on mortar and sandstone. It is shown that the temporary loss of elastic properties under dynamic loading is an induced anisotropic phenomenon.The third chapter applies the model to nonlinear resonance experiment. The forth chapter introduces the model to in situ nonlinear prospecting. The perspectives of this work are broad, covering fundamental domains (non-linear elasticity) or more practical (non-destructive testing and passive monitoring of buildings)