Effectuer des mesures GD&T précises

Plus de 80 ans se sont écoulés depuis la première publication de la norme Y14.5, à l'époque sous l'égide de l'ASA. La norme Y14.5 et la méthode GD&T ont évolué pour devenir le principal moyen de communiquer les exigences relatives aux composants mécaniques et aux assemblages de pratiquement tous les types de produits. Bien qu'il existe plusieurs versions différentes de la GD&T publiées par divers pays, deux normes dominent parmi les pays de l'Union européenne. Deux normes dominent les industries mondiales et les chaînes d'approvisionnement mondiales. Il s'agit des systèmes ISO et ASME. Il existe plusieurs différences notables entre les spécifications GD&T de l'ISO et de l'ASME.

Si certaines entreprises choisissent d'utiliser la norme ISO aux États-Unis, le système américain de GD&T (Y14.5), aujourd'hui publié sous l'égide de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME), est plus répandu dans le monde. Même en Europe occidentale, où le système ISO GD&T est plus répandu, la norme ASME Y14.5 est souvent utilisée par les professionnels pour la formation et les applications GD&T. Les médias sociaux, la liste des professionnels certifiés en dimensionnement et tolérancement géométrique (GDTP) de l'ASME et l'expérience personnelle d'une décennie de formation en GD&T ont été combinés pour montrer où ces deux normes GD&T sont dominantes.

• Concepts - L'ASME considère qu'il existe deux types de dimensions à indiquer pour la plupart des caractéristiques de dimensions : les dimensions locales (ou points opposés) et l'enveloppe d'accouplement. L'ISO, par comparaison, n'indique que la dimension locale. La caractéristique associée (cylindre d'ajustement, plans parallèles, etc.) est utilisée pour certaines tolérances géométriques, mais pas pour la taille indiquée.
• Applications - La tolérance de position est très répandue dans les deux versions, mais l'ASME réserve l'utilisation des tolérances de position à la localisation des caractéristiques de taille uniquement. L'ISO utilise les tolérances de position pour localiser non seulement les caractéristiques de taille, mais aussi les caractéristiques nominalement planes.
• Mathématiques - L'ASME définit les enveloppes d'accouplement réelles en fonction de la plus petite taille pouvant être contractée autour d'une caractéristique externe ou de la plus grande taille pouvant être agrandie à l'intérieur d'une caractéristique interne de manière à ce qu'elle coïncide avec la ou les surfaces aux points les plus élevés. Cela signifie qu'un algorithme d'ajustement du maximum inscrit et du minimum circonscrit doit être appliqué aux données collectées lors de l'inspection. L'ISO utilise par défaut un ajustement par les moindres carrés, bien que lorsque des opérateurs de spécification sont appliqués, les algorithmes d'ajustement maximum inscrit, minimum circonscrit ou autres peuvent être appliqués.

De nombreuses raisons expliquent que le système GD&T ASME Y14.5 soit la norme dominante à l'échelle mondiale :

• La prolifération massive du matériel de formation GD&T basé sur la norme ASME Y14.5 signifie que même si de nombreuses entreprises ont cherché à former leurs employés à l'utilisation du système ISO de GD&T, la réalité est que les employés ont été formés à l'application du système de symboles et de règles de l'ASME.
• Avec le système de certification de l'ASME (GDTP ou Geometric Dimensioning and Tolerancing Professional), les employés et les employeurs se tournent vers la certification professionnelle de l'ASME pour démontrer leur compétence en matière de GD&T. Dans un monde inondé de déclarations de CV du type "je connais la GD&T", une compétence réelle prouvée est importante.
• L'utilisation des normes américaines facilite l'obtention de travaux d'ingénierie et de fabrication externalisés pour les pays non américains.
• Pendant la majeure partie du siècle dernier, les États-Unis ont été à la fois une puissance économique et un leader en matière de technologie et d'innovations mécaniques.
• Les normes d'appui, telles que le langage d'exploitation DMIS CMM, sont basées sur les pratiques GD&T de l'ASME.

Dans tous les secteurs, le non-respect des spécifications techniques peut avoir de graves conséquences. Les actions en garantie et les rappels de produits peuvent représenter des dépenses de plusieurs millions de dollars. Des blessures graves ou le décès d'un client attribués à des produits défectueux ont porté atteinte à des marques et rendu inutiles de brillantes campagnes de marketing. Même des choses aussi banales que des livraisons tardives ou des pièces mal ajustées ont fait chuter le cours des actions de sociétés cotées en bourse. Les variations de fabrication sont inévitables, c'est pourquoi la capacité à évaluer les spécifications, en se conformant exactement aux normes, garantit que les limites critiques d'une tolérance sont respectées. Dans le cas contraire, nous avons vu des implants médicaux qui provoquent des douleurs chroniques chez les patients, des véhicules terrestres qui mutilent les conducteurs et des avions dont le pilotage peut s'avérer dangereux.

"Nous avons appris à vivre dans un monde d'erreurs et de produits défectueux comme s'ils étaient nécessaires à la vie. Il est temps d'adopter une nouvelle philosophie...". Edward Deming

Historiquement, l'inspection assistée par ordinateur (IAO), telle que le système d'exploitation d'une MMT, présente d'énormes lacunes en ce qui concerne l'évaluation des spécifications des dessins techniques dans le but de générer une valeur déclarée.

Parmi ces problèmes, le plus important est le fait que de nombreux systèmes d'exploitation de MMT utilisent le système de coordonnées d'alignement, également connu sous le nom de système de coordonnées de la pièce (PCS), comme substitut du cadre de référence. Il s'agissait d'une mauvaise idée dès le départ, mais elle était intuitive pour le client et facile à programmer, si bien qu'elle s'est imposée. Une explication simple des différences consiste à souligner les déficiences du PCS en tant que substitut d'un cadre de référence réel. Les axes du système de coordonnées de l'alignement ne peuvent pointer que dans une seule direction à la fois, l'intersection de ces axes ne définissant qu'une seule origine possible pour la MMT. Les cadres de référence GD&T peuvent toutefois nécessiter plus d'une direction d'axe fixe et l'origine peut souvent se déplacer ou flotter autour d'une caractéristique telle qu'un cylindre ou la largeur d'un plan parallèle. Il en résulte que ces divergences dans le logiciel peuvent entraîner de fausses valeurs de réussite ou d'échec.

Le logiciel CAMIO de LK Metrology utilise un cadre de référence véritablement indépendant. Le cadre de référence et le système de coordonnées d'alignement auront souvent des contraintes différentes sur les degrés de liberté, des origines différentes et même des directions différentes pour les axes X, Y et Z. La possibilité de sélectionner les principales normes est également offerte dans les paramètres de préférence du logiciel. La sélection des normes ISO et ASME permet aux utilisateurs de ces deux normes mondiales de déterminer comment les tolérances géométriques doivent être appliquées. La boîte de dialogue de sélection des préférences de CAMIO permet aux utilisateurs de répondre aux spécifications de l'ingénieur d'une manière que les anciens logiciels d'IPE ne peuvent tout simplement pas faire.

Il est essentiel pour les professionnels de la qualité de bien comprendre que le mesurage va bien au-delà du sondage de pièces ou de la lecture d'instruments de métrologie. Une définition du terme "mesure" est la suivante : "vérifier l'étendue, les dimensions, la quantité, la capacité, etc : "déterminer l'étendue, les dimensions, la quantité, la capacité, etc. d'une chose, en particulier par comparaison avec un étalon". Dans le cas de l'ingénierie mécanique, les normes de dimensionnement et de tolérancement ISO et ASME jouent un rôle essentiel dans l'application de mesures correctes.

Position de mesure

Dans le passé, de nombreux programmeurs de MMT ont tenté de contourner les déficiences du logiciel avec différentes méthodes d'alignement et de rapport. La figure 7-5 de la norme ASME Y14.5-2009 peut être utilisée pour discuter de certaines astuces qui ont été appliquées pour contourner les déficiences du PCS.

Dans ce premier exemple, le PCS a été utilisé comme substitut d'un cadre de référence.

Comme le dessin ne comporte qu'une référence à un point zéro, il y a trop peu de degrés de liberté contraints pour que le programmeur utilise uniquement le point zéro B comme PCS. Le programmeur a choisi le trou inférieur droit (1 sur 6) pour aligner la pièce. Une déviation positionnelle minimale est signalée, ce qui donne à tout le monde un faux sentiment de confiance dans la pièce. Ce rapport erroné se traduira par un faux sentiment de confiance dans le processus de fabrication, ce qui peut conduire à des taux d'inspection plus faibles lorsque la production à plein régime augmente.

Dans un deuxième exemple, le programmeur se rend à nouveau compte que le point de référence B offre à lui seul trop peu de contraintes pour définir un SCP. Dans ce scénario, un alignement plan, ligne, cylindre a été utilisé, le cylindre du point de référence B ne servant qu'à définir l'origine X et Y dans le SCP. En bref, les axes de ce PCS, comparés à ceux du premier exemple, pointent tous dans des directions légèrement différentes. Cela diffère également des exigences de conception, car le point de référence primaire B définit la direction et l'origine des axes pour les deux autres axes du cadre de référence du point de référence. Cette astuce permet d'obtenir une valeur d'écart plus élevée pour la tolérance de position, mais elle est également incorrecte. Le premier et le deuxième exemple ont été programmés différemment du cadre de référence réel et indiquent donc une valeur incorrecte pour la tolérance de position. L'ingénieur concepteur, ou le client, devrait être très déçu de constater que les spécifications de conception ne sont pas respectées. La "solution" qui consiste à utiliser le PCS comme base de référence n'est pas, et ne peut pas être, équivalente à l'utilisation d'un cadre de référence réel.

Dans un dernier exemple, l'alignement n'est pas pertinent. Le programmeur permet à CAMIO d'utiliser le cadre de référence comme l'ingénieur l'avait prévu - uniquement l'axe de référence B. En outre, la conception montre la tolérance de position appliquée à 6X trous. La lecture des définitions de la norme Y14.5 et du paragraphe 4.19[vi] montre qu'il s'agit d'une exigence simultanée et que la position des 6 trous par rapport à cet axe de référence unique doit être examinée dans le contexte du modèle collectif de 6 trous seulement. Le rapport montre maintenant que ce trou est très mal positionné. La pièce est clairement impropre à l'utilisation et le processus doit être corrigé immédiatement. Par rapport aux exemples précédents où une ligne entre ce trou et l'élément de référence B avait été utilisée dans le cadre de l'alignement et du rapport pour ce trou (masquant ainsi les écarts), ce rapport utilisant uniquement l'axe de référence B montre qu'une grande partie de l'écart de ce trou se situe dans la rotation autour de Z - c'est-à-dire en conservant la dimension de l'angle de 60° du dessin. Les deux tentatives d'astuce n'ont pas permis de détecter ce phénomène car elles ont fait pivoter l'alignement en fonction de l'emplacement de cette caractéristique et non d'un écart par rapport aux cinq autres trous du modèle, comme l'exigeait la spécification technique.

Il convient de noter que l'utilisation de cadres de référence peut donner des résultats "meilleurs" ou "pires" que les solutions traditionnelles (gadget). Dans ces exemples, il s'agissait de montrer comment la véritable mesure pouvait échapper à votre service qualité si votre logiciel de MMT n'utilisait pas correctement les cadres de référence, ce qui n'est pas le cas de nombreux logiciels de MMT à l'heure actuelle.

Mieux comprendre le lieu

Depuis longtemps, la communauté des ingénieurs en mécanique ne comprend pas que les dimensions linéaires directement tolérées ne peuvent pas définir efficacement l'emplacement des caractéristiques. Souvent appelées "dimensionnement par coordonnées", ces dimensions linéaires ne définissent pas efficacement et ne limitent pas la direction dans laquelle la dimension doit être mesurée.

Les dimensions directement tolérées, ou "dimensions coordonnées", sont idéales pour définir la caractéristique de la taille, car la taille est universellement la distance linéaire entre des points, des lignes ou des plans directement opposés d'une pièce. Ainsi, la seule direction nécessaire est inhérente à la mesure d'un élément opposé. C'est pourquoi les pieds à coulisse et les micromètres restent des options populaires et viables pour ces mesures. Toutefois, lorsqu'une dimension linéaire est requise pour des emplacements, il est nécessaire de définir davantage la direction de la mesure. C'est pourquoi la norme ASME Y14.5 stipule que les dimensions d'un emplacement doivent être basées sur un cadre de référence. Cela signifie que les dimensions doivent être des dimensions de base. Les dimensions de base sont le plus souvent exprimées à l'aide d'un cadre ou d'une "boîte" autour de la valeur de la dimension. Seules les dimensions de base sont fondées sur un cadre de référence.

La nécessité d'aller au-delà de l'utilité extrêmement limitée des dimensions directement tolérées a été un catalyseur original pour une grande partie du développement de la norme Y14.5 et de la GD&T.

De nombreux concepteurs et inspecteurs de produits imaginatifs ont pris l'habitude de considérer que la direction de la ligne de cote indiquait la direction de la mesure pour une dimension directement tolérée. Mais cela n'est tout simplement pas indiqué dans les normes, et il n'existe aucun moyen réel de contrôler ces directions, car une direction ne peut être comprise que dans le cadre de la théorie mathématique du dessin. Cependant, en dehors de cette théorie pure, la réalité physique de la pièce transforme la direction en une entité insaisissable et ambiguë.

De nombreux programmeurs de MMT ont l'habitude de programmer le rapport des dimensions de l'emplacement de la tolérance directe sous forme de distances le long du système de coordonnées d'alignement (ou PCS).

Chaque fois qu'une "mesure" doit être programmée pour être évaluée à l'aide d'un axe d'un alignement, l'ensemble de l'équipe doit examiner attentivement la spécification et la méthode d'évaluation, car ces méthodes sont généralement saturées de possibilités d'erreurs.

Comme illustré, la direction de l'axe peut avoir une influence significative sur l'endroit où le trou est perçu comme appartenant à son état nominal. Le trou représenté en noir était l'emplacement du dessin, mais l'alignement sur les surfaces imparfaites de la pièce montre que le logiciel pourrait facilement identifier un autre emplacement comme étant nominalement correct. Ceci, bien sûr, serait tout à fait préjudiciable à l'assemblage et à la fonction.

Elles sont généralement indiquées comme "Distance le long de l'axe __", "Distance entre les éléments le long de l'axe __", ou exprimées sur les dessins. Évitez toujours de spécifier des emplacements dont les dimensions sont soumises à des tolérances directes et évitez, dans la mesure du possible, d'utiliser des rapports de distance impliquant des directions d'axe. L'utilisation de tolérances géométriques et de référentiels est un moyen très efficace d'éviter au concepteur et à l'inspecteur les problèmes liés aux dimensions directement tolérées pour l'emplacement. Dans le système d'exploitation des MMT de la série CAMIO 8 de LK Metrology, les fonctions de référence reçoivent un traitement supplémentaire pour définir les plans mutuellement perpendiculaires, et les axes correspondants, du cadre de référence de référence conformément aux normes ASME et ISO sélectionnées dans les préférences.

LK Metrology dispose de plusieurs professionnels certifiés GDTP pour aider les clients à créer des programmes d'inspection CMM précis, à interpréter correctement les dessins et à s'assurer que le système d'exploitation CMM de LK, CAMIO, effectue les mesures comme prévu par l'ingénieur concepteur et conformément à la norme ASME Y14.5.

Résumé

Le non-respect des spécifications techniques peut avoir des conséquences graves et coûteuses. Le logiciel CAMIO de LK Metrology est un moyen sophistiqué et puissant d'évaluer la conformité de vos produits aux spécifications techniques. Le logiciel est capable d'évaluer les cadres de référence à partir d'une large gamme de types de caractéristiques de référence - planaires, cylindriques, plans parallèles et plusieurs combinaisons de modèles. La bibliothèque de tolérances de CAMIO prend en charge les 14 tolérances géométriques (Y14.5 1994 et 2009) et, si nécessaire, les évalue correctement par rapport à un cadre de référence plutôt que par rapport à l'axe PCS. La possibilité de modifier les normes fait de CAMIO une solution globale.

Source : Metrology News