Par Dominique DUBOIS

Le spécialiste Micro Epsilon est devenu un expert incontournable en solutions de mesure sans contact avec des produits utilisant les technologies les plus variées et les plus pointues. Plus encore qu’un fabricant disposant d’un catalogue impressionnant, il se veut un apporteur de solutions complètes avec des systèmes globaux fonctionnels intégrant capteurs et logiciels adaptés. La mise en œuvre d’une application de capteur laser Scan Control chez le constructeur d’affûteuses français SMP a été l’occasion de faire le point.

- Le banc de pré-réglage, l’écran de contrôle, le ScanControl 2800 et les deux caméras CCD installées, en outre, par SMP sont ici clairement visibles comme la nappe du laser. Il est bien entendu possible de tout basculer pour travailler sur le bout des outils, en vertical.

Le responsable de la filiale française de Micro Epsilon, M. Marc Rosenbaum, également chargé du développement des produits 2D/3D du groupe, insiste volontiers sur le côté désormais inacceptable des défauts en production. Le coût unitaire de tels défauts est tel (rebuts, pénalités, perte de confiance, etc,) que l’obligation de contrôler à cent pour cent une production est, enfin, admis comme inévitable, toute la difficulté étant de disposer des technologies nécessaires, de les identifier, de les mettre en œuvre sur une ligne de production et, surtout, de mesurer une ou des valeurs pertinentes. Bizarrement, c’est ce choix de la bonne valeur qui est le plus mal partagé alors qu’il s’agit, pourtant, d’un paramètre capital en contrôle d’aspect. C’est là que l’aide et l’expérience de spécialistes fait toute la différence.

Quelques mots sur la société
MICRO EPSILON a été fondée en 1968 à Hanovre avant de déménager pour Ortenburg en 1975. Depuis l’origine, les ingénieurs passionnés du service recherche et développement de l’entreprise n’ont eu de cesse de sortir de nouveaux capteurs et de répondre aux demandes du terrain. A titre d’exemple, cinquante pour cent du chiffre d’affaires est réalisé avec des produits ayant moins de trois ans. Une part importante de ce même chiffre d’affaires, près de quinze pour cent, est réinvestie en recherche appliquée et la percée actuelle du contrôle en ligne à cent pour cent, alliée à la montée en puissance des besoins en contrôles de l’ordre de grandeur du nanomètre, offrent de belles opportunités de développement à cette entreprise possédant des filiales en France, aux Etats-Unis, en Suisse et en Angleterre. Le rachat de partenaires disposant de technologies critiques a permis la fondation de Micro Epsilon Hybrid Electronics, toujours en Allemagne, à côté des divisions existantes Micro Epsilon Sensor et Micro Epsilon Optronic, ce qui assure une réelle indépendance technique au groupe avec une fabrication intégrée maîtrisée. Ce leader du secteur est présent dans trente-cinq pays et réalise un chiffre d’affaires de 32 millions d’euros avec près de trois-cent cinquante collaborateurs.

Gamme de solutions embarquées ou pour les lignes de production
Dans cette gamme foisonnante, on peut relever les capteurs de déplacement de type Bowden, les capteurs de déplacement et de position potentiométriques inductifs, les capteurs de déplacement inductifs, les capteurs de grands déplacements basés sur les courants de Foucault, les scanners à laser, les systèmes de mesure de déplacement à optique laser, les systèmes capacitifs, les capteurs et comparateurs inductifs et, enfin, les systèmes de détection sans contact, aussi basés sur la mesure des courants de Foucault, ces derniers capteurs miniaturisés ayant une résolution pouvant atteindre huit centièmes de nanomètres.

Fig. 1 - L’ODC travaille par ombrage et permet de mesurer très vite et avec précision tout objet ou groupe d’objets espacés qui passent dans le champ. Le turbospeed miniaturisé monté sur sa sonde permet de mesurer le comportement des pales d’un turbo-compresseur in situ et en fonctionnement.

Nouveautés 2005 les plus marquantes
Une nouvelle série de capteurs de mesure de profil, inaugurée par le Scan Control LLT 2810, est tout particulièrement indiquée pour les cordons de soudures ou de colle, les tenons, mortaises, rainures et gorges, etc. Une ligne laser est générée et son image est numérisée sur une matrice Cmos avant traitement par le contrôleur. Les paramètres de mesure sont aisément réglables sur PC via la connexion Firewire.

Un capteur de mesure de diamètres bénéficiant d’une technologie innovante, l’ODC 2500/2600, ce modèle de capteur, de type micromètre laser ou par ombroscopie laser, présente des performances remarquables. Une source laser à diode génère un rideau lumineux composé de faisceaux parallèles réceptionné par une caméra CCD réceptrice à travers un objectif. Si un objet à mesurer coupe ce rideau, son ombre est mesurée en diamètre, longueur, largeur, etc., deux mille trois-cents mesures par seconde étant possibles, y compris sur des objets transparents, avec une résolution de 0,25 µm (3 µm en diamètre). Le prix est très compétitif et des objets allant de 0,3 à 40 mm sont mesurables (fig. 1 haut).

Sous le nom de Turbospeed, un capteur est conçu pour mesurer les pales de turbocompresseur, capable de prendre des mesures à 400 000 t/mn. Basé sur les courants de Foucault, il accepte des températures atteignant 235° C tout en ayant un très faible encombrement, de 3 mm pour le plus petit (fig. 1 bas).

Des capteurs à triangulation laser pour lire à grande vitesse sur des surfaces mates à brillantes a été lancé dans une famille Opto NCDT  1700, capable de s’ajuster en temps réel à des paramètres d’exposition fluctuants. Son contrôleur est désormais intégré dans le boîtier. De nombreuses fonctions sont paramétrables, à commencer par la synchronisation de deux capteurs. La plage de mesure couvre de 10 à 100 mm, suivant les modèles avec une résolution de 0,01 % de cette même plage.

Application au contrôle des outils affûtés chez SMP à Bron
La société SMP produit deux gammes de machines, des centres d’affûtages numériques et des tables et plateaux diviseurs. Pour compléter le plan de charge d’un outil industriel important, des travaux de sous-traitance destinés à la Défense Nationale et un département de remise en état et de reconstruction d’anciens matériels, est également ouvert.

Dans le cas présent, il s’agissait de tester les performances et l’intérêt du montage d’un capteur laser Scan Control 2 800 sur un banc de contrôle de table, commercialisé en accessoire des machines de la marque.

Mesurer et visualiser rapidement la qualité du profil d’un outil, voire relever des angles de coupe ou de dépouille, apprécier la qualité d’une hélice avec une traçabilité possible, autant de possibilités intéressantes, aussi bien pour une fabrication d’outils unitaires ou un réaffûtage que pour de la production en série. Le but du test était de valider la fiabilité du capteur et surtout du logiciel et des filtres de traitement d’information face à des réflexions spéculaires ou la présence de lubrifiant, souvent de l’huile entière. On rappellera que le capteur “récupère” une série de points que le logiciel de traitement et le paramétrage relient entre eux pour afficher un profil en deux dimensions. La précision est élevée, atteignant 0,005  % de la profondeur de champ à 3 sigma. Un minimum d’apprentissage et de réglage est indispensable mais la puissance et la rapidité du système sont des plus convaincants, avec une intégration facile sur le PC embarqué sur l’affûteuse elle-même (fig. de tête et fig. 2).

Fig. 2 - Voici un exemple de profil de pointe d’outil relevé par le Scan Control 2800. Les points relevés sont décelable avec les lignes les joignant. Il est possible de jouer sur l’échantillonnage comme sur la puissance du laser.

Il est possible de recréer une surface continue en la balayant par des modèles un peu plus gros afin de la valider par rapport à un profil en mémoire ou pour définir la suite d’un usinage en cours. Des tests importants sont en cours de finalisation sur des applications aéronautiques délicates. Les possibilités de ces têtes de numérisation miniatures à laser led (à diode), n’ont pas fini d’étonner en deux ou en trois dimensions (fig. 3).

Fig. 3 - On a là   un bel exemple  de “Reverse Engeneering”, l’ingénierie inverse, avec la surface de cette fraise combinée reconstituée avec précision par simple balayage.

Participation de SMP à l’EMO
En ce qui concerne les affûteuses, on retrouvera la dernière née de la gamme, le modèle CA3+ qui remplace celui CA3. Si la cinématique et les courses restent inchangées (fabrication d'outils jusqu'à 300 mm de long pour des diamètres de 0,5 à 200 mm) l'ensemble de l'asservissement entre la CNC, les variateurs et les moteurs, est passé en numérique, permettant une réduction des temps de cycle de vingt à trente pour cent, ainsi qu'une amélioration des états de surface (fig.4). La broche porte meule, dotée d'un cône HSK, est alimentée par un magasin pouvant accueillir jusqu'à quinze meules. L'ergonomie du poste de travail a été améliorée, offrant une plus grande luminosité de l'enceinte et une meilleure accessibilité du poste de chargement. En option, le chargement automatique des outils peut se faire avec ou sans leur porte-outil, tandis qu’un banc de contrôle peut être connecté directement à la machine.

Fig. 4 - Nouvelle affûteuse Numaffut CA3+ avec son changeur de pièces. Cette machine est équipée d’un PC pouvant être relié au banc de contrôle et stocker les programmes, corrections et profils mesurés. Cette machine est d’une grande polyvalence avec ses cinq axes et elle est très appréciée en fabrication d’outils spéciaux.

La machine Lina 3 équipée entièrement de moteurs linéaires sur ses cinq axes, le modèle CA6 qui vient d'être doté d'une lunette à suivre gérée comme un sixième axe, ainsi que l'Uni  6 une affûteuse de broches faisant jusqu'à 2.5 mètres de long, viennent compléter la gamme.

Parmi les plateaux circulaires présentés, on retrouvera des entraînements par couple roue et vis pour des applications nécessitant une puissance élevée dans de faibles volumes et des entraînements par moteur “linéaire” montés dans l'axe de rotation. L'inertie de la vis ainsi supprimée confère à ces plateaux une excellente dynamique pour des applications avec de fortes et fréquentes accélérations ou des vitesses élevées. Ces plateaux sont disponibles en version quatrième axe, quatre et cinquième axes, palettisés ou non, avec semelle intégrée ou rapportée. Ils sont utilisés pour des applications d'usinage par enlèvement de copeaux, pour de l'électro-érosion ou pour des applications de contrôle. Concernant ce dernier type d'application, ils sont notamment utilisés pour la réalisation “d'outillages de contrôle” et de centrales inertielles pour venir contrôler la géométrie de satellites en cours de montage ou celles d'éléments de moteurs d'avions (fig. 5).

Fig. 5 - Sous le satellite, il est possible d’apercevoir un plateau de contrôle numérique Marconi produit par SMP en plus de sa gamme conçue pour machines-outils.

En dernière minute
D'un côté, l'allemand Micro Epsilon, leader européen des systèmes de mesure dimensionnelle sans contact, de l'autre le nordiste Lemoine, l'inventeur du système de copiage sur machine-outil le plus rapide au monde, viennent de procéder à un rapprochement. Résultat, arrivée d’un nouveau package de “Reverse Engineering”, l’Ingénierie Inverse, qui bouleverse toutes les données actuelles en matières de rétrofit sur machines-outils et machines à mesurer. Le nom retenu est celui de “Reverse Control”. Ses qualités revendiquées sont d’être le système de Rétro Conception le plus rapide, le plus précis et le plus économique du marché. Il permet, en effet, de mesurer 250  000 points à la seconde sur une centaine de profils par seconde avec 256, 512 ou 1 024 points par profil. Et, la précision peut atteindre les 10 µm.