Optimisation des mesures dans l'usine du futur - Application sur bras polyarticulé portable

Optimization of Measurements in the Factory of the Future - Application with Articulated Arm Coordinate Measuring Machines

• Auteur / Autrice : Salma El asmai
• Direction : Jean-François Fontaine, François Hennebelle
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Instrumentation et informatique de l'image
• Date : Soutenance en 2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LE2I - Laboratoire d'Electronique, d'Informatique et de l'Image
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Marc Himbert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Fontaine, François Hennebelle, Nabil Anwer, Hichem Nouira
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nabil Anwer, Hichem Nouira

Mots clés

Mots clés libres

Métrologie portable

Bras polyarticulé portable

Incertitude de mesure

Iso 10360-12

Portable Metrology

Articulated Arm Coordinate Measuring Machine

Measurement Uncertainty

Iso 10360-12

Résumé

L’avantage principal des bras de mesure, comme tous les dispositifs de métrologie portable, est la possibilité d’être utilisés directement sur site de production. Cependant, l’utilisation des bras de mesure dans des environnements de production se heurte à plusieurs contraintes. En effet, les équipements de production peuvent générer des vibrations, la traçabilité de la chaine métrologique n’est pas toujours optimale – notamment si le bras est fixé sur trépied par exemple, les niveaux de température ne sont pas toujours contrôlés et les compétences / expérience de l'utilisateur sont variables et ont un grand impact sur la qualité des mesures faites par un bras. Tous ces facteurs obligent à se poser les questions ci-dessous, concernant la vérification et l’évaluation des performances des bras de mesure. - Il existe aujourd’hui trois normes sur les de mesure (elles seront abordées plus en détails au premier chapitre). Ces normes – majoritairement basées sur les protocoles de de vérification des performances des MMT classiques – sont-elles adaptées aux bras de mesure ? permettent-elles de capturer de façon optimale tous les défauts éventuels d’un bras de mesure ? - Comment exploiter au maximum la structure flexible du bras de mesure pour mettre en place des protocoles de vérification des performances optimisés ? Quels étalons peuvent être envisagés ? - Les bras de mesure, contrairement aux MMT classiques, sont destinés à être utilisés dans différentes conditions et différents environnements. Comment donc évaluer les incertitudes des bras de mesure correctement et rapidement sur site et dans les conditions de la mesure ? Quels sont les limites de l’évaluation périodique proposée dans les normes? D’autre part, des questions concernant l’amélioration des performances des bras de mesure avec prise en compte de leurs conditions d’utilisation sont relevées ci-dessous. - Comment prendre en considération les dilatations des différentes parties d’un bras de mesure dues la température de l’environnement dans le site de mesure, et les corriger directement dans le modèle cinématique du bras de mesure ? - Comment prendre en considération la flexion des deux tronçons d’un bras de mesure ? Est-il possible de corriger les déformations mécaniques directement dans le modèle cinématique du bras de mesure ? - La calibration des palpeurs est lancée à chaque fois que le palpeur au bout du bras est changé. Quel est l’impact de cette calibration « fréquente » sur la performance globale du bras ? Comment réduire les incertitudes venant de la calibration des palpeurs ? - Optimiser la mécanique, la cinématique et l’étalonnage du bras est primordial pour améliorer les performances de celui-ci. Cependant, la contribution de l’utilisateur reste quand même un grand facteur dans la qualité de la mesure. Quelles sont donc les bonnes pratiques de mesure que l’utilisateur devrait mettre en œuvre pour tirer le mieux de son bras de mesure ? L’objectif de la thèse est donc de répondre à toutes ces question en développant de nouvelles méthodologies pour mieux connaitre et évaluer les performances des bras de mesure dans leur environnement d’utilisation et en menant des études sur le comportement mécanique et cinématique des bras de mesure afin d’améliorer leurs performances métrologiques de base.

The main advantage of measuring arms, like all portable metrology devices, is the possibility of being used directly on the production site. However, the use of measurement arms in production environments faces several constraints. In fact, the production equipment can generate vibrations, the traceability of the metrological chain is not always optimal - especially if the arm is fixed on a tripod for example, the temperature levels are not always controlled and the skills / experience of the user are variable and have a great impact on the quality of measurements made by an arm. All of these factors make it necessary to ask the following questions regarding the verification and evaluation of the performance of the measuring arms. - There are now three standards on measurement (they will be discussed in more detail in the first chapter). Are these standards - mostly based on standard performance verification protocols for CMMs - suitable for measuring arms? do they make it possible to optimally capture all the possible defects of a measuring arm? - How to make the most of the flexible structure of the measuring arm to implement optimized performance verification protocols? Which stallions can be considered? - Measuring arms, unlike conventional CMMs, are intended for use in different conditions and environments. How to evaluate the uncertainties of the measuring arms correctly and quickly on site and under the conditions of measurement? What are the limitations of the periodic evaluation proposed in the standards? On the other hand, questions concerning the improvement of the performance of the measuring arms taking into account their conditions of use are noted below. - How to take into account the expansions of the different parts of a measuring arm due to the temperature of the environment in the measurement site, and correct them directly in the kinematic model of the measuring arm? - How to take into account the bending of the two sections of a measuring arm? Is it possible to correct the mechanical deformations directly in the kinematic model of the measuring arm? - The calibration of the probes is started each time the probe at the end of the arm is changed. What is the impact of this ''frequent'' calibration on the overall performance of the arm? How to reduce the uncertainties coming from the calibration of the probes? - Optimizing the mechanics, the kinematics and the calibration of the arm is essential to improve the performances of this one. However, the contribution of the user is still a big factor in the quality of the measurement. What are the good measurement practices that the user should use to get the most out of his measuring arm? The aim of the thesis is to answer all these questions by developing new methodologies to better know and evaluate the performance of measuring arms in their environment of use and by conducting studies on the mechanical and kinematic behavior of the arms of measure to improve their basic metrological performance.