Bras de mesure
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avec scanners 3D
Onyx SkylineAce Skylineavec scanners 3D
Une norme pour faciliter la comparaison des scanners 3D destinés à la métrologie
Il est essentiel d'avoir une confiance totale dans un instrument de mesure lorsque l'on traite des processus de qualité dans un environnement industriel. Un scanner ayant de bonnes spécifications et des limites clairement définies peut être mieux utilisé et fournira des résultats cohérents pour l'application concernée. En normalisant les essais pour tous les fabricants, la norme ISO 10360-8 garantit la cohérence, la clarté et donc la confiance dans les spécifications des scanners.
Dans le passé, chaque fabricant utilisait des tests qui mettaient en valeur ses produits respectifs. L'exemple le plus frappant est la spécification de l'écart de forme dans les mesures des scanners. Comparons deux scanners dont l'erreur de forme est respectivement de 15 µm et de 18 µm. À première vue, le premier scanner semble meilleur, sauf que son erreur de forme est exprimée à 1 sigma (σ) et celle du second à 2 σ. Cela signifie que le premier résultat prend en compte 68 % des points les plus précis, et non 95 % comme le second (voir figure 2.3). En fait, il est très probable que le second scanner soit plus performant. Si un observateur avisé peut être en mesure de déceler le stratagème, les tests spéciaux créés par les fabricants peuvent rendre les comparaisons entre les produits pratiquement impossibles.
La norme couvre un large éventail de technologies, ce qui permet de comparer les performances de systèmes très différents. Les principes de mesure typiques concernés sont la triangulation et la mesure de distance coaxiale. Dans le premier cas, il s'agit de la projection de lignes structurées, de Moiré, de la projection de lumière par fente, du balayage de points, etc. et dans le second cas, de l'interférométrie et des systèmes confocaux.
Comme les scanners Kreon utilisent le principe de la triangulation laser, les tests réalisés selon ISO 10360-8 exigent qu'ils soient déplacés de manière linéaire à l'aide d'une MMT. De nombreux tests sont définis qui, dans de nombreux cas, fournissent une bonne évaluation des spécifications de performance de la MMT et du scanner. Les tests pour les scanners déterminent les défauts suivants : bruit, erreur de numérisation, distorsion de l'image, interaction optique avec la surface de l'échantillon, erreur de normalisation, algorithme incorrect. L'analyse suivante est basée sur trois tests essentiels utilisés par Kreon.
MPE (P[Size.Sph.All:Tr:ODS])
Ce test détermine l'erreur de numérisation lors de la mesure d'une dimension.
Effectué sur une sphère de référence, il donne la différence entre le diamètre mesuré par le scanner (déduit par la méthode des moindres carrés de l'ensemble des points numérisés) et le diamètre réel de la sphère numérisée. Plus le résultat est proche de 0, plus le scanner est précis dans la mesure de la taille des formes géométriques.
Comment nous procédons (figures 1.1 et 2.1)
MPL (P[Form.Sph.D95%:Tr:ODS])
Ce test détermine la distribution des points sur une surface scannée (Fig. 1.2).
Il permet d'évaluer le bruit des mesures. Effectué sur une sphère calibrée, il dessine une enveloppe autour de la sphère (comme une coquille) couvrant 95% des points scannés (±2σ). Pour le résultat du test, l'épaisseur de la coquille est divisée par deux. Plus la valeur est proche de zéro, moins le nuage de points est bruité.
Comment procéder (figures 1.2 et 2.2)
MPL (P[Form.Pla.D95%:Tr:ODS])
Ce test complète le précédent tout en appliquant les mêmes principes. Ici, la ligne laser est testée dans sa totalité et non partiellement comme sur la sphère.
Le bruit de mesure est déterminé à partir d'un plan et non d'une sphère. Le test couvre 95% des points scannés (±2σ) entre deux plans parallèles. Pour le résultat du test, la distance entre ces deux plans est divisée par deux. Plus la valeur est proche de zéro, moins le nuage de points est bruité.
Comment nous procédons (figures 1.3 et 2.2)
Expression des tests sur une courbe gaussienne représentant la population de points autour de leur valeur moyenne.
- P = Performance.
P désigne un paramètre de performance du scanner tel que, par exemple, la valeur de distribution du nuage de points.
- E = Erreur.
E désigne une erreur de mesure, telle que, par exemple, une erreur dans la taille d'une sphère.
Une limite maximale admissible (MPL), par opposition à une erreur maximale admissible (MPE), est utilisée lorsque les mesures d'essai ne sont pas des erreurs ; par conséquent, l'essai d'une spécification MPL ne nécessite pas l'utilisation d'artefacts avec un étalonnage pertinent.
Les valeurs MPL et MPE, telles que spécifiées par le fabricant, garantissent que le système en question fonctionne mieux que les valeurs maximales autorisées.
Le test LDia détermine les performances des MMT équipées d'un bras articulé. Il mesure une sphère à l'aide d'un scanner positionné dans 5 orientations différentes. Combinant les erreurs de la MMT et celles de la tête rotative (PH10 par exemple), il fait partie des tests qui mettent l'accent sur les défauts des systèmes articulés, plutôt que sur ceux des scanners. C'est pourquoi, chez Kreon, nous n'incluons pas ce résultat dans les spécifications de nos scanners.
Cependant, lors de la configuration d'une MMT avec un scanner, ce test peut être utile pour vérifier les incertitudes liées à une tête d'indexation multiple.
Les tests de mesure de la longueur impliquent un mouvement important de la MMT, ce qui les place dans la catégorie des tests à effectuer lorsque l'on teste la MMT et non spécifiquement le scanner.
De nombreux tests sont basés sur une réduction très importante des points du nuage, en conservant jusqu'à 25 points. Parmi plusieurs méthodes disponibles pour choisir ces points, la plus simple consiste à sélectionner un seul point dans chacune des 25 zones réparties uniformément. Il est ainsi facile de prendre les 25 meilleurs points, ce qui assure d'excellents résultats qui ne reflètent en aucun cas les performances du scanner en utilisation normale.
Particulièrement adaptée aux scanners sur MMT, la norme ISO 10360-8 fournit des spécifications fiables pour une large gamme de scanners utilisant différentes technologies. Son adoption croissante contribue grandement à rendre plus compréhensibles les données de performance des scanners disponibles dans le commerce. Les acheteurs, les métrologues et les ingénieurs peuvent désormais commencer à se faire une idée précise de cette gamme de produits qui ne cesse de s'élargir. Soutenant cette volonté de transparence et de clarté, Kreon s'est engagé à baser toutes ses nouvelles spécifications de scanners sur la norme ISO 10360-8 depuis 2016.
