MESURES PAR VISION : SOIGNEZ VOTRE IMAGE

GRACE A LA CONNAISSANCE DE VOTRE MACHINE

 

 

 

 

 

 

 

 

Ø       Bernard RAPHET – responsable service Métrologie du C.T.DEC

Ø       Jean-Marc VERRIER – gérant d'ANNECY Métrologie

 

MGS, Métrologie Grand Sud,

membre du Collège Français de Métrologie

Contact : andre.forner@ema.fr

 

 

Devant le nombre croissant de machines à mesurer par vision assistées par ordinateur, et les problèmes rencontrés quant à leur utilisation, l’association Métrologie Grand Sud (MGS) a mis au point une inter comparaison ayant pour objectifs :

 

·         La connaissance du comportement de la machine par la mesure d’étalons dimensionnels selon des conditions définies qui permettent la mise en évidence des paramètres d’influence.

·         L’exploitation des résultats pour optimiser les conditions de mesure dans l’utilisation habituelle de sa machine.

 

MGS (Métrologie Grand Sud - Groupe de travail métrologie géométrique du Collège Métrologie) a défini les moyens et les méthodes pour mener à bien cette inter comparaison qui s’adresse à tout utilisateur désirant mieux maîtriser son équipement de mesure.

 

Introduction

L’utilisation de machines à mesurer par vision conduit le technicien à choisir de nombreux paramètres pour obtenir une image nette avant son exploitation par un logiciel 2D ou 3D.

Le choix de ces réglages semble influencer le résultat des mesures.

Dans le but de confirmer ces observations, et de permettre à l’utilisateur de mieux maîtriser les paramètres d’influence, MGS a décidé la création d’un groupe de travail chargé de réaliser une pré-étude.

Le premier travail a été le choix d’étalons dimensionnels représentatifs des caractéristiques simples habituellement mesurées sur ce type de machines.

Il s’agit de :

·         Une bague lisse étalon de diamètre intérieur  1.5 mm.

·         Une cale étalon de longueur 50 mm.

·         Une pige étalon de diamètre extérieur de 3.17 mm.

·         Un saut de cales étalons de hauteur 10 mm.

Ensuite, les caractéristiques ainsi que les méthodes de mesure (nombre de points de mesure, éléments mesurés, constructions, …) ont été définies.

Puis, les paramètres d’influence tels que l’intensité d’éclairage, le type d’éclairage, le grossissement, l’outil de détection, ont été  pris en compte donnant une première gamme de contrôle avec 38 combinaisons de variables.

Afin de prendre en compte la répétabilité des mesures, une série de 6 mesures (1 manuelle, 5 automatiques) a été imposée. 6 utilisateurs de machines de marques différentes mais de conception similaire ont accepté de réaliser les quelques 200 mesures définies ci-dessus.

Les résultats de cette pré-étude ont confirmé l’influence des différents paramètres de réglage (écarts constatés quelques microns jusqu’à 70 microns).

D’autre part, le groupe de travail a observé que les machines ne se comportent pas de la même façon pour des conditions de mesure identiques.

Inter comparaison

Au vu de ces conclusions et grâce à l’expérience acquise lors de l’inter comparaison des machines 3D à contact (1992), MGS a retenu comme solution pour sensibiliser les utilisateurs, le même principe.

La gamme de mesure a été optimisée en ne retenant que les conditions significatives observées.

Un nouveau paramètre d’influence a été introduit en définissant 2 pièces d’aspect différent qui ont été réalisées spécialement puis étalonnées par 3 laboratoires de métrologie.

 

 
               

 

 

 

 

 

 

 

 

Pièce MGS01 (brillante) et MGS02 (mate)

 

 

Description

 L’inter comparaison consiste à effectuer des mesures sur deux étalons, l’un brillant et l’autre mat selon une gamme

de contrôle définie (temps approximatif = 8 heures pour les 2 étalons).

 

Les caractéristiques à mesurer sont :

·         diamètre d’un alésage, 1,5 mm,

·         distance verticale entre deux plans, 10 mm,

·         distance entre deux plans parallèles, 50 mm,

·         Diamètre d’un arbre, 4 mm.

 

 

Pour chaque caractéristique, 6 à 18 conditions de mesure différentes sont imposées afin de faire varier :

·         L’outil de détection.

·         Le grossissement.

·         Le type d’éclairage.

·         L’intensité d’éclairage.

Chaque caractéristique est mesurée 4 fois pour chaque condition : 1 mesure manuelle et 3 mesures automatiques


 

Les résultats, présentés sous forme de tableaux et graphiques pour chaque caractéristique, font apparaître :

·         L’étendue, différence des 2 valeurs extrêmes des 4 mesures,

·         L’écart moyen : écart de la moyenne des 4 mesures par rapport à la valeur conventionnellement vraie,

·         L’écart maxi : plus grand écart des 4 mesures individuelles par rapport à la valeur conventionnellement vraie.

Ils mettent en évidence les meilleures conditions et les écarts possibles

 

Les résultats sont exprimés en micromètres

 

 

 

 

 

 

MGS01 (brillante)

 

MGS02 (mate)

 

 

Données

fixes

Données

variables

 

étendue

écart moyen

écart maxi

 

étendue

écart moyen

écart maxi

1

 

Eclairage de profil

zoom mini

 

3

-6

-7

 

3

-6

-7

2

 

zone ou image

zoom moyen

 

2

1

3

 

2

0

-1

3

 

 

zoom maxi

 

1

2

3

 

2

1

2

4

 

Eclairage de profil

intensité mini

 

4

-3

-5

 

1

-4

-4

5

 

zoom mini

intensité moyenne

 

2

-4

-5

 

2

-5

-6

6

 

zone ou image

intensité maxi

 

2

-11

-12

 

4

-13

-15

7

 

Eclairage de surface

zoom mini

 

2

-29

-29

 

1

-14

-14

8

 

zone ou image

zoom moyen

 

1

-14

-15

 

1

-5

-5

9

 

 

zoom maxi

 

2

-4

-5

 

1

-3

-3

10

 

Eclairage de surface

intensité mini

 

3

-27

-28

 

7

-13

-15

11

 

zoom mini

intensité moyenne

 

1

-28

-28

 

1

-15

-15

12

 

zone ou image

intensité maxi

 

4

-53

-55

 

4

-17

-18

 

Diamètre extérieur

Ecart maxi, en micromètre

 


 

Synthèse des premiers résultats

Au moment de la rédaction de ce document, les premiers résultats, soit 13 machines, sont présentés et exploités partiellement ci-après.

Les mesures ont été réalisées par un personnel utilisant habituellement l'équipement.

Les participants ont donnés des résultats pour toutes les conditions de mesure imposées, sauf pour les cas où les mesures n'étaient pas réalisables par l'équipement

 

Les premières observations sont :

·         Il n'y a pas d'écarts significatifs entre la mesure manuelle et la mesure automatique

·         Il a peu, voire très peu de dispersion entre les 4 mesures d'une même caractéristique dans les mêmes conditions

·         Les machines ne se comportent pas de façon identiques.

 

Les tableaux et graphiques ci-après donnent, pour chaque caractéristique de chaque étalon :

·         X : écart de la moyenne  des 13 machines par rapport à la valeur conventionnellement vraie. Les valeurs prises en compte sont les écarts maxi pour chaque machine,

·         s : écart type expérimental,

·         Min : valeur minimum calculée à 2 écarts types (X-2s),

·         Max : valeur maximum calculée à 2 écarts types (X+2s),

On peut dire que 95 % des valeurs mesurées se situent entre les 2 valeurs min et max.

 

Ils mettent en évidence pour chaque condition de mesure,  la position des écarts moyens (justesse des mesures) et l'indice de confiance à travers la  dispersion des résultats (reproductibilité) à 2 écarts-types.

L'exploitation des valeurs chiffrées des tableaux donnent :

 

 

 

Pièce brillante

Pièce mate

Meilleures conditions

Pires conditions

Meilleures conditions

Pires conditions

écart

dispersion

écart

dispersion

écart

dispersion

écart

dispersion

Diamètre intérieur

1

+/- 16

31

+/- 50

-2

+/- 8

38

+/- 76

Diamètre extérieur

-7

+/- 12

-45

+/- 90

-6

+/- 10

-38

+/- 74

Longueur

0

+/- 34

-21

+/- 90

3

+/- 30

-16

+/- 64

hauteur

2

+/- 38

49

+/- 164

0

+/- 10

13

+/- 76

 

 

Conclusions

 

Une première analyse  donne les informations suivantes :

 

Principaux

acteurs d'influence

Conditions

les plus favorables

Conditions

les moins favorables

Intensité de l'éclairage

Intensité minimum

Intensité maximum

Nature des surfaces ( mesure de lignes ou mesure de surfaces)

Mesure de surfaces

Mesure de lignes

Aspect de la surface à mesurer (brillance)

Pièce mate

Pièce brillante

Le grossissement (zoom) n'a pas une influence importante, le zoom moyen étant le plus favorable.

 

Les étalons de raccordement ne caractérisent pas suffisamment la machine dans son utilisation habituelle. Ces équipements, leurs méthodes d'étalonnage et leurs étalons  n'étant pas, actuellement, définis par la normalisation, l'inter comparaison permet d'apporter des éléments concrets de surveillance et de performance.

 

Les intérêts d'une participation à ce type d'inter comparaison sont :

·         Une meilleure connaissance de votre équipement de mesure en terme de performance,

·         Une meilleure utilisation de votre équipement en utilisant les conditions de mesure les plus favorables.

 

L’exploitation future des informations recueillies  n'a pas pour but d’établir un classement des différents constructeurs de machines à mesurer par vision, mais devrait permettre de qualifier les différentes technologies mises en oeuvre.

 

 


Diamètre  intérieur

 

 

 

 

 

Pièce brillante

 

Pièce mate

 

 

Données fixes

variables

 

X

s

Min

Max

 

X

s

Min

Max

1

 

Eclairage de profil

point

 

8

13

-17

33

 

4

13

-23

31

2

 

zoom mini

zone

 

-4

13

-31

22

 

4

13

-22

31

3

 

 

analyse d'image

 

4

18

-32

40

 

8

12

-15

31

4

 

Eclairage de profil

zoom mini

 

-1

14

-29

27

 

3

13

-23

30

5

 

zone ou image

zoom moyen

 

1

8

-15

17

 

0

7

-15

15

6

 

 

zoom maxi

 

-2

9

-19

15

 

-2

4

-10

6

7

 

Eclairage de profil

intensité mini

 

-1

19

-38

37

 

-4

14

-33

25

8

 

zoom mini

intensité moyenne

 

13

18

-23

49

 

14

28

-43

71

9

 

zone ou image

intensité maxi

 

31

25

-19

81

 

34

38

-41

109

10

 

Eclairage de surface

point

 

2

8

-14

18

 

10

16

-22

43

11

 

zoom mini

zone

 

14

39

-64

92

 

14

24

-33

62

12

 

 

analyse d'image

 

13

22

-32

58

 

17

34

-50

84

13

 

Eclairage de surface

zoom mini

 

12

38

-64

88

 

3

11

-20

25

14

 

zone ou image

zoom moyen

 

16

20

-24

57

 

1

20

-39

42

15

 

 

zoom maxi

 

18

19

-20

56

 

4

15

-25

34

16

 

Eclairage de surface

intensité mini

 

9

25

-42

60

 

2

14

-27

31

17

 

zoom mini

intensité moyenne

 

4

23

-42

50

 

3

17

-31

36

18

 

zone ou image

intensité maxi

 

-5

24

-53

43

 

1

18

-35

37

 

Diamètre extérieur

 

 

 

 

 

 

Pièce brillante

 

Pièce mate

 

 

Données fixes

variables

 

X

s

Min

Max

 

X

s

Min

Max

1

 

Eclairage de profil

zoom mini

 

-14

13

-39

12

 

-12

9

-30

6

2

 

zone ou image

zoom moyen

 

-10

11

-33

12

 

-7

7

-22

7

3

 

 

zoom maxi

 

-9

9

-27

10

 

-6

5

-15

4

4

 

Eclairage de profil

intensité mini

 

-6

16

-38

27

 

-8

15

-38

21

5

 

zoom mini

intensité moyenne

 

-21

24

-68

27

 

-17

19

-55

20

6

 

zone ou image

intensité maxi

 

-45

45

-136

46

 

-38

37

-112

35

7

 

Eclairage de surface

zoom mini

 

-33

30

-93

27

 

-24

16

-56

8

8

 

zone ou image

zoom moyen

 

-15

13

-40

11

 

-12

8

-28

4

9

 

 

zoom maxi

 

-7

6

-20

6

 

-6

6

-18

5

10

 

Eclairage de surface

intensité mini

 

-18

13

-44

7

 

-20

13

-46

6

11

 

zoom mini

intensité moyenne

 

-31

24

-78

17

 

-23

16

-56

9

12

 

zone ou image

intensité maxi

 

-39

31

-101

23

 

-28

16

-60

5

 

 

 

Longueur

 

 

 

 

 

 

Pièce brillante

 

Pièce mate

 

 

Données fixes

Variables

 

X

s

Min

Max

 

X

s

Min

Max

1

 

Eclairage de profil

Point

 

4

19

-35

42

 

5

21

-36

47

2

 

zoom mini

zone ou image

 

1

17

-32

34

 

3

17

-32

37

3

 

Eclairage de profil

zoom mini

 

0

17

-34

34

 

3

16

-29

35

4

 

zone ou image

zoom moyen

 

5

15

-25

34

 

3

15

-27

34

5

 

 

zoom maxi

 

7

14

-21

34

 

4

15

-26

34

6

 

Eclairage de profil

intensité mini

 

6

16

-26

37

 

8

15

-22

38

7

 

zoom mini

intensité moyenne

 

-3

19

-41

35

 

-1

20

-41

39

8

 

zone ou image

intensité maxi

 

-21

45

-111

68

 

-16

32

-79

48

 

 

 

 


Hauteur

 

 

 

 

 

 

Pièce brillante

 

Pièce mate

 

 

Données fixes

variables

 

X

s

Min

Max

 

X

s

Min

Max

1

 

Eclairage de surface

Zoom mini

 

49

82

-115

213

 

13

38

-63

90

2

 

Auto-focus

Zoom moyen

 

4

24

-43

51

 

-2

11

-24

21

3

 

 

Zoom maxi

 

2

19

-35

40

 

0

5

-10

11

4

 

Eclairage de surface

Zoom mini

 

19

32

-44

83

 

7

5

-4

18

5

 

Auto-focus

Zoom moyen

 

15

13

-12

42

 

5

5

-5

15

6

 

 

Zoom maxi

 

23

37

-50

97

 

0

8

-16

16

 

Distance point / plan                                                         Distance plan / plan

Distance point / plan                                                         Distance plan / plan

Distance point / plan                                                         Distance plan / plan


 

Conseils pratiques

Le principe de l’inter comparaison est la circulation d’une valise contenant :

·         Les 2 étalons dimensionnels et leurs accessoires de manipulation et de préservation,

·         La fiche de réception à retourner dès la prise en charge de la valise permettant de localiser les étalons et de décrire leur état,

·         La fiche de renseignement précisant les informations relatives à l’équipement de mesure,

·         La gamme de contrôle,

·         Le tableau de saisie des résultats,

·         La fiche de circulation indiquant le circuit de l’inter comparaison.

Les différentes étapes sont les suivantes :

·         Inscription auprès de MGS,

·         Insertion de l’entreprise dans la fiche de circulation,

·         Réception de la valise,

·         Réalisation des mesures suivant la gamme,

·         Envoi des résultats à MGS,

·         Expédition de la valise à l’entreprise suivante selon la fiche de circulation,

·         Traitement des résultats par MGS,

·         Retour du rapport au participant.

Nota : responsable de l'inter comparaison

Bernard RAPHET au C.T.DEC

750 av. de Colomby BP 65

74300 CLUSES

téléphone : 04.50.98.20.44 - télécopie : 04.50.98.38.98

E-mail : smet@ctdec.com