3 mai 2019
Plus de 80 ans se sont écoulés depuis la première publication de la norme Y14.5, alors sous l'égide de l'ASA, et la norme Y14.5 et le GD&T ont évolué pour devenir le principal moyen de communiquer les exigences des produits pour les composants et les assemblages mécaniques de pratiquement tous les types de produits. Bien qu'il existe plusieurs versions différentes de GD&T publiées par diverses nations. Deux normes dominent dans les industries mondiales et dans les chaînes d'approvisionnement mondiales. Il s'agit des systèmes ISO et ASME. Il existe plusieurs différences notables dans les spécifications ISO et ASME de GD&T.
Si certaines entreprises choisissent d'utiliser la norme ISO aux États-Unis, le système de GD&T fondé aux États-Unis (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 GD&T ISO est plus courant, l'ASME Y14.5 est souvent le système de GD&T utilisé par les professionnels de la formation et des applications. Les médias sociaux, la liste de l'ASME des professionnels certifiés en matière de dimensionnement géométrique et de tolérancement (GDTP) et l'expérience personnelle d'une décennie de formation en GD&T ont été combinés pour montrer où ces deux normes de GD&T sont dominantes.
- Concepts - L'ASME maintient qu'il y a deux types de dimensions à déclarer pour la plupart des caractéristiques de dimensions : la dimension locale (ou points opposés) et l'enveloppe d'accouplement. L'ISO, par comparaison, ne rapporte que la dimension locale. La caractéristique associée (cylindre d'ajustement, plans parallèles, etc.) est utilisée pour certaines tolérances géométriques, mais pas la taille déclarée.
- Applications - La tolérance de position est très courante dans les deux versions, mais l'ASME réserve l'utilisation des tolérances de position à la localisation de caractéristiques de taille uniquement. L'ISO utilise les tolérances de position pour localiser non seulement des caractéristiques de taille, mais aussi des caractéristiques nominalement planes.
- Mathématiques - L'ASME définit les enveloppes d'accouplement réelles en fonction de la plus petite taille qui peut être contractée autour d'une caractéristique externe ou de la plus grande taille qui peut être étendue à l'intérieur d'une caractéristique interne de sorte qu'elle coïncide avec la ou les surfaces aux points les plus élevés. Cela signifie qu'un algorithme d'ajustement au maximum inscrit et au minimum circonscrit doit être appliqué aux données collectées pendant l'inspection. L'ISO utilise par défaut un ajustement par la méthode des moindres carrés, bien que lorsque des opérateurs de spécification sont appliqués, les algorithmes d'ajustement par inscription maximale, par inscription minimale ou autres peuvent être appliqués.
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles le système de GD&T ASME Y14.5 est la norme dominante au niveau mondial :
- La prolifération massive de matériel de formation en 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 appris à appliquer le 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 curriculum vitae du type "Je connais la GD&T", une compétence réelle prouvée est importante.
- L'utilisation des normes américaines facilite la réception des travaux d'ingénierie et de fabrication externalisés pour les nations non américaines.
- Les États-Unis ont été à la fois une puissance économique et un leader en matière de technologie et d'innovations mécaniques pendant la majeure partie du siècle dernier.
- Les normes de soutien, comme le langage opérationnel de la MMT DMIS, sont basées sur les pratiques de 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 quelque chose d'aussi banal que des livraisons tardives et des pièces mal ajustées a fait chuter le cours des actions de sociétés publiques. Les variations de fabrication sont inévitables, et la capacité à évaluer les spécifications, en respectant les normes, garantit que les limites critiques d'une tolérance sont respectées. Dans le cas contraire, nous avons été témoins d'implants médicaux qui provoquent des douleurs chroniques chez les patients, de véhicules terrestres qui mutilent les conducteurs et d'avions dont le pilotage peut être 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..." Dr. Edward Deming
Historiquement, il y a eu des déficiences massives dans ce que l'inspection assistée par ordinateur (IAO), comme un système d'exploitation de MMT, fait pour les évaluations de la spécification du dessin d'ingénierie dans l'effort de générer une valeur rapportée.
Le plus important de ces problèmes 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 d'un cadre de référence de la référence. C'était une mauvaise idée à l'origine, mais elle était intuitive pour le client et facile à programmer, si bien que l'idée a pris racine. Une explication simple des différences consiste à souligner les déficiences du PCS en tant que substitut d'un cadre de référence 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 référentiels GD&T peuvent toutefois exiger plus d'une direction d'axe fixe et l'origine peut souvent se déplacer ou flotter autour d'une caractéristique comme un cylindre ou un plan parallèle. Il en résulte que ces divergences dans le logiciel peuvent rapporter de fausses valeurs de réussite ou d'échec.
Le logiciel CAMIO de LK Metrology utilise un référentiel de référence véritablement indépendant. Le référentiel 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 choisir entre les principales normes est également offerte dans les paramètres de préférences du logiciel. La sélection des normes ISO et ASME permet aux utilisateurs des 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 tout simplement impossible avec les anciens logiciels d'IAO.
Il devrait être vital pour l'intérêt des professionnels de la qualité d'avoir une solide compréhension du fait que la mesure implique bien plus que de sonder des pièces ou d'effectuer des relevés sur des instruments de métrologie. Une définition du terme "mesurer" est la suivante : "déterminer l'étendue, les dimensions, la quantité, la capacité, etc. d'un objet, notamment 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 appropriées.
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 l'ASME Y14.5-2009 peut être utilisée pour discuter de certaines des astuces qui ont été appliquées pour contourner les déficiences du PCS.
Dans ce premier exemple, le PCS a été utilisé comme un proxy pour un cadre de référence de données.
Comme le dessin ne comporte qu'une référence à un seul point de référence, il y a trop peu de degrés de liberté contraints pour que le programmeur utilise uniquement le point de référence B comme PCS. Le programmeur a choisi le trou inférieur droit (1 sur 6) pour aligner la pièce. Un écart de position minimal est signalé, ce qui donne à chacun un faux sentiment de confiance dans la pièce. Ce rapport erroné se traduit par un faux sentiment de confiance dans le processus de fabrication, ce qui peut entraîner une baisse des taux d'inspection lorsque la production à plein régime augmente.
Dans un deuxième exemple, le programmeur se rend à nouveau compte que le point de référence B seul offre trop peu de contraintes pour définir un PCS. Dans ce scénario, un alignement plan, ligne, cylindre a été utilisé, le cylindre du point de référence B n'étant utilisé que pour définir l'origine X et Y dans le PCS. 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 référentiel primaire B définit la direction et les origines des axes pour les deux autres axes du cadre de référence du référentiel. Cette astuce produit une valeur d'écart plus élevée pour la tolérance de position, mais elle est également incorrecte. Les premier et deuxième exemples ont été programmés différemment du cadre de référence de référence réel et rapportent donc une valeur incorrecte pour la tolérance de position. L'ingénieur concepteur, ou le client, doit être très déçu de constater que les spécifications de conception ne sont pas respectées. La "solution" consistant à utiliser le PCS comme proxy pour un point de référence n'est tout simplement pas, et ne peut pas être rendue équivalente à l'utilisation d'un cadre de référence de point de référence réel.
Dans un dernier exemple, l'alignement n'est pas pertinent. Le programmeur permet à CAMIO d'utiliser le référentiel comme l'ingénieur l'avait prévu - uniquement l'axe de référence B. De plus, la conception montre la tolérance de position appliquée à 6X trous. En lisant les définitions de la norme Y14.5 et le paragraphe 4.19[vi], nous constatons 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 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'axe de référence B avait été utilisée dans le cadre de l'alignement et du rapport pour ce trou (cachant ainsi les déviations), ce rapport utilisant uniquement l'axe de référence B montre qu'une grande partie de la déviation de ce trou se situe dans la rotation autour de Z - c'est-à-dire en tenant la dimension de l'angle de 60° du dessin. Les deux tentatives d'astuce n'ont pas été en mesure de détecter cela parce qu'elles ont fait pivoter l'alignement en fonction de l'endroit où cette caractéristique a été trouvée, plutôt qu'un écart par rapport aux 5 autres trous du modèle, comme l'exigeait la spécification technique.
Il convient de noter que l'utilisation de cadres de référence peut donner de "meilleurs" ou de "pires" résultats que les alternatives traditionnelles (gadgets). Dans ces exemples, nous avons choisi de montrer comment la mesure réelle peut échapper à votre service qualité si votre logiciel de MMT n'utilise pas correctement les référentiels de référence - ce qui n'est pas le cas de nombreux logiciels de MMT à ce jour.
Comprendre davantage le lieu
Depuis longtemps, la communauté de l'ingénierie mécanique n'a pas compris que les dimensions linéaires directement tolérées ne peuvent pas définir efficacement l'emplacement des caractéristiques. Souvent appelées "cotation par coordonnées", ces dimensions linéaires ne définissent pas et ne limitent pas efficacement la direction dans laquelle la dimension doit être mesurée.
Les dimensions à tolérance directe, ou "dimensions en 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 vers un élément opposé. Pour cette raison, les pieds à coulisse et les micromètres restent des options populaires et viables pour ces mesures. Cependant, lorsqu'une dimension linéaire est requise pour des emplacements, il faut davantage définir la direction de la mesure. C'est pourquoi la norme ASME Y14.5 stipule que les dimensions des emplacements doivent être basées sur un cadre de référence. Cela implique que les dimensions doivent être des dimensions de base. Les dimensions de base sont le plus souvent exprimées par un cadre ou une "boîte" autour de la valeur de la dimension. Seules les dimensions de base sont fondées dans un cadre de référence de référence.
La nécessité d'aller au-delà de l'utilité extrêmement limitée des dimensions directement tolérées a été le catalyseur initial d'une grande partie du développement de la norme Y14.5 et de la GD&T.
De nombreux concepteurs et inspecteurs de produits imaginatifs ont eu pour habitude de croire 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 une norme, et il n'y aurait aucun moyen réel de contrôler ces directions car une direction ne peut être comprise que dans 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, toute l'équipe doit procéder à un examen sérieux, tant de la spécification que de la méthode d'évaluation, car ces méthodes sont généralement saturées d'opportunités 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 sa condition nominale. Le trou représenté en noir correspondait à l'emplacement du dessin, mais l'alignement sur les surfaces imparfaites de la pièce montre que le logiciel pourrait facilement identifier un emplacement différent comme étant nominalement correct. Ceci, bien sûr, serait tout à fait préjudiciable à l'assemblage et à la fonction.
Ces distances sont généralement indiquées sous la forme "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 avec des dimensions directement tolérées, et évitez autant que possible d'utiliser des rapports de distance impliquant des directions d'axe. L'utilisation de tolérances géométriques et de référentiels de référence est un moyen très efficace d'éviter les problèmes de tolérances directes des dimensions pour la localisation pour le concepteur et l'inspecteur. Dans le système d'exploitation de la MMT CAMIO série 8 de LK Metrology, les fonctions de point de référence bénéficient d'un traitement supplémentaire pour définir les plans mutuellement perpendiculaires et les axes correspondants du cadre de référence du point 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 de MMT précis, à interpréter correctement les dessins et à s'assurer que le système d'exploitation de MMT 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 référentiels de référence à partir d'un large éventail de types de caractéristiques de référence - planes, cylindriques, plans parallèles et plusieurs combinaisons de motifs. La bibliothèque de tolérances de CAMIO prend en charge les 14 tolérances géométriques (Y14.5 1994 et 2009) et, lorsque cela est nécessaire, elle évalue correctement un référentiel de référence plutôt que l'axe PCS. La possibilité de changer de norme fait de CAMIO une solution globale.
Source : Metrology News