Palpeurs: une technologie classique, toujours d'actualité
Beaucoup de choses ont changé depuis l'introduction sur le marché du premier palpeur à commutation il y a un demi-siècle, et le palpeur est devenu un outil indispensable dans l'industrie de l'usinage. Le palpeur est l'outil de choix pour déterminer avec précision la position de la pièce dans le dispositif de fixation ou pour visualiser certaines caractéristiques de la pièce ou de la précision sur la machine à mesurer tridimensionnelle (MMT).
Palpeurs
En principe, le palpeur classique fonctionne toujours de la même manière que lorsque les premiers sont apparus sur le marché: la pointe du stylet entre en contact avec la pièce à usiner pour en mesurer la position. Dans cette sonde à résistance, trois tiges régulièrement espacées reposent sur six billes, entre lesquelles circule un courant électrique. Lorsque la bille du stylet entre en contact, une force est créée sur cette structure, ce qui entraîne une déviation du mécanisme à ressort.
Les zones de contact se réduisent, ce qui augmente la résistance électrique. Une fois que le contact a disparu, la sonde revient à sa position initiale. La variation de la résistance électrique permet de déterminer la position exacte; c'est le signal de déclenchement, d'où le nom de palpeur.
Il existe également d'autres concepts, tels que la conception d'une charnière. Ils sont toutefois moins précis, car le stylet n'a pas une position unique et les forces plus importantes peuvent le faire dévier. Il s'agit de mesures de pression point par point: pour chaque point à mesurer, le stylet doit entrer en contact avec la pièce. Cela permet d'obtenir une précision inférieure au micron dans les systèmes les plus précis. Les sondes de mesure de pression les plus récentes fonctionnent avec une force extrêmement faible (moins de 0,1 N), ce qui évite pratiquement d'endommager la surface à mesurer.
Tactile ou sans contact
Aujourd'hui, outre les sondes de mesure de la pression, il existe des sondes tactiles (ou sondes optiques) à lumière blanche ou bleue (comme dans un scanner) et des sondes à balayage. Les sondes optiques à balayage fonctionnent sans contact; les sondes à balayage établissent un contact, mais peuvent recueillir beaucoup plus de données en peu de temps qu'une sonde tactile.
Ces palpeurs optiques présentent l'avantage de collecter rapidement un grand nombre de données de mesure sur des surfaces complexes. Pour les pièces de fraisage typiques présentant des surfaces courbes, cette solution se prête mieux qu'un scanner tactile, car le cycle de mesure est plus court. En revanche, la précision est légèrement inférieure. La précision de répétition dans une direction d'un palpeur tactile est d'environ 1 µm pour les versions standard, et même d'environ 0,25 µm pour les versions de précision.
Cette plus grande précision est toutefois associée à un cycle de mesure plus long. En effet, chaque point à mesurer doit être touché par le palpeur, alors qu'avec un système optique, vous mesurez une surface de plusieurs centimètres carrés en une seule fois, ce qui vous permet d'obtenir beaucoup plus de données de mesure.
Avec un palpeur tactile, on se heurte également à la limitation de la longueur du stylet. Celle-ci ne doit pas dépasser une certaine longueur, sinon la déviation affecte la précision. Étant donné que le boîtier du palpeur doit avoir une taille minimale pour accueillir l'électronique, cela peut constituer un inconvénient dans certaines applications. En outre, le stylet s'use, ce qui n'est pas le cas des palpeurs sans contact qui mesurent le balayage.
D'un autre côté, l'avantage est qu'un palpeur tactile convient à presque toutes les surfaces, même si elles sont réfléchissantes. Si l'on veut mesurer des tranchées, la mesure optique n'est pas envisageable. Les palpeurs tactiles sont le bon choix pour les applications qui nécessitent une mesure rapide et simple, par exemple pour mesurer des dimensions, des distances, des angles ou des diamètres. Les palpeurs optiques peuvent être utilisés sur des matériaux susceptibles d'être endommagés par contact, comme les surfaces molles, flexibles ou délicates.
L'application est décisive
Il existe aujourd'hui des palpeurs hybrides qui combinent le palpage à commutation et le palpage laser. L'avantage est qu'il n'est pas nécessaire de changer de palpeur lorsque les deux techniques sont utilisées au cours d'un cycle de mesure. En fin de compte, c'est l'application, la machine et la précision souhaitée qui déterminent le choix du type de palpeur.
Plus le produit est complexe, plus il faudra s'orienter rapidement vers la mesure sans contact. Le matériau peut également jouer un rôle, tout comme les coûts d'investissement. Ceux-ci sont en moyenne moins élevés pour les palpeurs à commutation que pour les palpeurs à scanning. Bien que le stylet soit une pièce d'usure, le palpeur classique nécessite moins d'entretien.
Transmission stable des données
Un deuxième aspect qui joue un rôle dans le choix d'un type particulier de palpeur est la façon dont les données de mesure sont envoyées au contrôleur CNC ou au logiciel de mesure. La transmission optique (infrarouge) et la transmission radio sont les méthodes les plus courantes, car les palpeurs câblés présentent trop d'inconvénients, outre l'avantage d'une grande fiabilité.
La transmission optique utilise la lumière infrarouge. Son inconvénient est qu'il doit y avoir une ligne de visée directe entre la sonde et le récepteur. De plus, l'infrarouge est plus sensible aux interférences d'autres sources lumineuses ou aux réflexions. Dans les systèmes de sonde les plus récents, les fabricants suppriment ces interférences à l'aide de diverses techniques, telles que la transmission optique modulée. Cette solution convient souvent aux petits centres d'usinage CNC.
La transmission de données par radio est en fait la solution la plus évidente avec la technologie d'aujourd'hui. Ces systèmes ont une longue portée et conviennent donc aux grandes machines CNC ou si des pièces complexes de grande taille doivent être mesurées. En général, le système fonctionne sur différentes fréquences qu'il choisit lui-même, afin d'éviter les interférences avec d'autres systèmes tels qu'un système WLAN. Cela permet d'éviter les "zones mortes" dans la machine. Avec la nouvelle génération de récepteurs, il est possible de combiner plusieurs sondes sur un même récepteur.
Mesure sur machine
Les palpeurs sont utilisés à la fois sur les MMT dans la salle de mesure et (de plus en plus) sur les machines CNC dans le département de production. Les applications sur une machine à commande numérique sont nombreuses, en particulier grâce aux récents développements des logiciels de contrôle et de mesure. Lors de l'utilisation sur la machine, il est toutefois important de veiller à ce que la chaleur de la broche ne soit pas transférée à la sonde. En cas de cycles de mesure plus longs, la précision pourrait en être affectée.
L'alignement des pièces est un exemple d'application en machine. Au lieu de procéder à un pointage manuel, la machine peut utiliser un palpeur pour déterminer la position exacte de la pièce. Grâce aux options d'ajustement optimaldu logiciel, le programme est automatiquement ajusté en conséquence.
Parfois, même avec une machine CNC robotisée, les machinistes choisissent de déterminer d'abord la position de la pièce avant que le programme de fraisage ne démarre automatiquement. Cela augmente la précision car cela corrige un petit écart dans la position de la pièce dans la pince. Ces deux applications réduisent le temps que l'opérateur doit passer devant la machine pour lancer le processus.
Mesure en cours de processus
Une application moins courante consiste à mesurer les pièces sur la machine et à les corriger éventuellement dans le contrôleur. Les critiques ne cessent de souligner que mesurer sur une machine CNC signifie copier l'erreur dans la machine. En outre, une machine CNC est moins précise qu'une MMT, qui se trouve souvent dans une pièce climatisée et ne subit pas de dilatation thermique comme c'est le cas pour une machine CNC lors du fraisage.
En principe, ces critiques n'ont pas tort. Mais l'état actuel de la technologie et une bonne approche permettent également de fraiser des pièces très précises et de les mesurer sur la machine. N'oublions pas non plus que le fait de retirer le support contenant la pièce du système de point zéro pour la mesurer sur une MMT peut en soi entraîner une déviation, même minime.
En commençant à mesurer en cours de processus, on recueille beaucoup plus de données de mesure pendant le processus qui peuvent être analysées et commencer à reconnaître une tendance. Cela permet de comprendre comment le processus de fraisage évolue dans des tolérances prédéterminées. Complété par des mesures d'échantillons sur une MMT, on construit ainsi un processus fiable sans personnel où l'opérateur peut intervenir à temps avant que des rejets ne soient produits.
Une autre application moins connue est la mesure de la rugosité de surface à l'aide d'un palpeur. Cette mesure peut être intégrée au programme de manière à être entièrement automatisée. Elle permet de collecter des données sur la valeur Ra ainsi que sur Rz, Rmax, Wt et d'autres valeurs qui renseignent sur la rugosité de la surface.
Le palpeur s'avère être un outil qui améliore la productivité et augmente la capacité réelle disponible de la machine. Le palpeur augmente effectivement le retour sur investissement d'une machine CNC. Il rend également la production moins dépendante de l'homme, ce qui est clairement un point positif dans le contexte actuel de pénurie de travailleurs qualifiés.
