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1 2 3 PREFACE La genèse d’une innovation technologique est constituée par l’ens

1 2 3 PREFACE La genèse d’une innovation technologique est constituée par l’ensemble des faits scientifiques et techniques qui ont concouru à sa formation. La connaissance approfondie de cette phase préalable, difficile à observer quand elle est en cours, mais pourrait se reconstituer, à posteriori, est essentielle pour tenter de prévoir et de diriger le flux des changements techniques tout le long des différentes étapes des développements scientifiques. Cet ouvrage traite les fondements technologiques de la métrologie, qui est l’ensemble des moyens techniques utilisés pour le contrôle des pièces mécaniques. Dans l’industrie la métrologie s’intéresse au contrôle, à la vérification et au mesurage des pièces mécaniques. Le contrôle s’effectue sur les machines, pièces finies ou en cours de fabrication et sur les organes mécaniques exposés aux usures ou déformations dues au fonctionnement (frottement entre deux pièces). La vérification et le mesurage se font aussi sur les machines outils et organes mécaniques Ce module permet à l’étudiant : de savoir identifier et affermir la place de la fonction "Métrologie" au sein d’un laboratoire de contrôle, en relation avec le système d'assurance qualité en vigueur ou en projet dans cette structure, d’apprendre à avoir confiance et inspirer confiance dans des résultats de mesure ou d'essais, de maîtriser les outils associés, d’acquérir les fondements de base sur le contrôle· L’étudiant doit avoir des connaissances de l’ensemble des techniques et des opérations nécessaires, ainsi que des notions de base en fabrication technologique, où sont mis en évidence, les notions fondamentales des tolérances et ajustements ainsi que les états de surfaces, car étant des connaissances de base, impératives pour la fabrication en technologie. Cependant, à travers cet ouvrage, j’ai voulu essayé de porter toute l’attention et le soin voulus, du point de vue pédagogique et didactique, afin d exposer pour les étudiants, de manière utile, les bases fondamentales de la métrologie. 4 5 I. INTRODUCTION 6 I.1. POURQUOI LA METROLOGIE DIMENSIONNELLE EN GENIE MECANIQUE ? 6 I.2. UTILITE DE LA METROLOGIE 6 I.3. LES DIFFERENTES CLASSES DE METROLOGIE 7 II. APERÇU SUR LA NORMALISATION 8 II.1. INTRODUCTION 8 II.2. HISTORIQUE DE LA NORMALISATION 8 II.3. SYSTEME INTERNATIONAL D'UNITES (SI) 8 II.4. LES UNITES DU SYSTEME INTERNATIONAL 9 II.5. SYSTEME DE CONTROLE DE CONFORMITE 10 II.5.1. LE CONTROLE DE CONFORMITE COMPREND 10 II.5.2. METROLOGIE LEGALE 10 II.6. DIFFERENTS CATEGORIES DE LA METROLOGIE 14 II.6.1. METROLOGIES FUNDAMENTAL OU SCIENTIFIQUE 14 II.6.2. METROLOGIE INDUSTRIELLE 15 II.7. VERIFICATION ET ETALONNAGE 17 II.7.1. CHAINE D’ETALONNAGE 17 II.7.2. ENVIRONNEMENT 15 II.8. PROCEDES DE MESURE 15 II.9. GESTION DES MOYENS DE MESURE 15 II.10. TERMINOLOGIE ET DEFINITIONS 16 III. CLASSIFICATION DES INSTRUMENTS DE MESURE 22 III.1. INTRODUCTION 25 III.2. INSTRUMENTS DE MESURE A DIMENSIONS VARIABLES 25 III.2.1. INSTRUMENTS DE MESURE DIRECTE 25 III.2.2. INSTRUMENTS DE MESURE INDIRECTE 34 III.3. INSTRUMENTS DE MESURE A DIMENSIONS FIXES 33 III.3.1. POUR ALESAGES 36 III.3.2. POUR ARBRES 36 III.3.3. POUR FILETAGES 37 III.3.4. POUR ANGLES 37 III.3.5. INSTRUMENTS DE MESURE PAR JAUGEAGE 35 III.3.6. LES REGLES 36 III.4. OPERATIONS ET VERIFICATIONS PREALABLES A LA MESURE 36 III.4.1. VERIFIER L’ETAT DE L'INSTRUMENT 36 III.4.2. VERIFICATION DES ERREURS SYSTEMATIQUES 36 III.4.3. PROCEDURE DE CONTROL 37 III.5. TRAITEMENT STATISTIQUE DES MESURES 37 IV. TOLERANCES DIMENSIONNELLES ET AJUSTEMENTS 43 IV.1. CONTROLE DIMENSIONNEL ET L'INTERCHANGEABILITE 40 IV.2. TOLERANCES ET AJUSTEMENTS 44 IV.3. ECARTS D'UN ARBRE(ALESAGE) 45 IV.4. INTERVALLE DE TOLERANCE 43 IV.5. AJUSTEMENT 47 6 IV.6. POSITION DES TOLERANCES 54 IV.7. INSCRIPTION DES TOLERANCES 55 V. ESTIMATION DES INCERTITUDES 56 V. 1. INTRODUCTION 56 V. 2. DEFINITIONS D’ERREUR ET D’INCERTITUDE EN METROLOGIE 56 V.3. LES INCERTITUDES DE MESURES 56 V.3.1. INCERTITUDE DES RESULTANTS DE MESURES. 57 V.3.2. INCERTITUDE ABSOLUE 57 V.3.3. INCERTITUDE RELATIVE 56 V.4. NATURE DES ERREURS 56 V.4.1. LES ERREURS ALEATOIRES 56 V.4.2. LES ERREURS ACCIDENTELLES 57 V.4.3. LES ERREURS SYSTEMATIQUE 57 V.4.3.1. ERREURS D’ETALONAGE. 57 V.4.3.2. HYSTERESIS. 58 V.4.3.3. ERREURS IMPUTABLES A L’INSTRUMENT DE MESURE. 58 V.4.3.4. DEFAUTS IMPUTABLES A L'OPERATEUR. 67 V.4.3.5. DEFAUTS IMPUTABLES AUX EFFETS THERMIQUES. 66 V.5. INCERTITUDE GLOBALE D’UN APPAREIL DE MESURE 75 V.6. CLASSE DE PRECISION 75 V.7. PROCEDURE DE DETERMINATION DES INCERTITUDES 75 V.7.1. EVALUATION DES COMPOSANTES DE L’INCERTITUDE 76 V.8. CHIFFRES SIGNIFICATIFS 77 V.8.1. REGLES POUR ARRONDIR LES NOMBRES TROP POINTUS 78 V.8.2. REGLES POUR LES OPERATIONS MATHEMATIQUES 76 V.9. PROPAGATION DES ERREURS 77 V.9.1. ESTIMATION DES INCERTITUDES COMPOSEES 77 V.9.1.1. Méthode du maximum et du minimum 77 V.9.1.2. Méthodes adaptées à des fonctions particulières simples 78 7 8 9 I. INTRODUCTION Le terme Métrologie vient du grec Métron qui veut dire mesure et Logos qui veut dire Science, la métrologie est donc la science de la mesure sur ses plans théorique et pratique. La métrologie (mécanique) est le domaine des connaissances qui englobe l’ensemble des aspects théoriques, techniques, technologiques, de même que les aspects de savoir-faire pratique, concernant les opérations ayant pour but de déterminer les valeurs de diverses grandeurs associées à des caractères dimensionnels et à des caractères géométriques appartenant à d'objets physiques et l’évaluation d’une grandeur ainsi que la détermination de l’incertitude liée à cette mesure. La métrologie permet de déterminer la conformité des produits mais elle participe aussi l’amélioration de la qualité. En effet, on ne peut valider une action sur un procédé qu’en vérifiant le résultat de cette action par une mesure. I.1. POURQUOI LA METROLOGIE DIMENSIONNELLE EN GENIE MECANIQUE ? La métrologie étant la discipline qui consiste à mesurer des grandeurs physiques (toutes les grandeurs physiques sont mesurables).On rappelle que mesurer une grandeur c’est comparer cette grandeur avec une autre arbitrairement choisie comme étalon. La métrologie dimensionnelle est donc la discipline qui traite du domaine de la mesure des longueurs. Tout produit mécanique quel qu’il soit est constitué par l’assemblage d’un certain nombre d’objets élémentaires (vis, bille, carter, pignon…) que l’on appelle couramment pièces. Chacune de ces pièces est conçue de façon à remplir un certain nombre de fonctions et ceci dans des domaines extrêmement variés. – La mécanique : transmission d’efforts, résistance aux contraintes… – La physique : conductivité thermique ou électrique, masse, couleur… – La chimie : comportement vis-à-vis de l’environnement… – La production : contraintes de fabrication… – L’économie : coût, disponibilité des matières premières… – L’esthétique : aspect… – L’usage : facilité d’utilisation… Afin d’obtenir un objet capable de remplir au mieux ces différentes fonctions, le concepteur va pouvoir agir dans deux domaines principaux : – Les matériaux : en quoi sera réalisé l’objet (métal, polymère, céramique, matériau composite…) ? – La géométrie : quelles seront les formes et les dimensions à donner à cet objet ? Naturellement, les deux paramètres ne sont pas forcément dépendants. Par exemple si l’on doit concevoir un câble devant supporter une certaine charge, la section de ce câble dépendra directement du matériau choisi pour sa réalisation (chanvre, acier, nylon). Par contre sa longueur dépendra uniquement du déplacement que l’on doit faire subir à la charge. I.2. UTILITE DE LA METROLOGIE - Maîtriser les processus de fabrication - Vérifier et évaluer la conformité des produits aux spécifications techniques et réglementaires - Contrôler la qualité des produits - Vérifier l’exactitude des résultats analytiques - Assurer la loyauté des échanges commerciaux et la protection des intérêts du consommateur - Assurer la protection de la santé et de la sécurité des citoyens - Assurer la préservation et la protection de l’environnement 10 I.3. LES DIFFERENTES CLASSES DE METROLOGIE Vu l'importance de la mesure dans la vie des être humains, la métrologie a connu une évolution importante surtout avec le développement de la technologie et des échanges commerciaux entre les différents pays. En plus de cette évolution, la métrologie a connu également une subdivision dans ses tâches, ainsi, on trouve les branches suivantes: Métrologie scientifique Cette branche s'intéresse au développement et perfectionnement des moyens et méthodes de mesure afin qu'ils répondent aux exigences du développement dans les différents domaines industriels et scientifiques. Cette branche est généralement développée au niveau des laboratoires spécialisés ainsi que certains bureaux d'étude de certaines entreprises de technologie avancée. Métrologie appliquée Les différents moyens et méthodes nouvellement développés sont directement incorporés dans les entreprises de fabrication qui les utilisent en vue d'améliorer la qualité de leurs produits. Métrologie légale Cette branche s'intéresse à la mise en place des lois, nationales et internationales permettant de garantir le public en ce qui concerne la qualité et la sécurité des produits et de favoriser les échanges commerciaux nationaux et internationaux. 11 II. APERÇU SUR LA NORMALISATION II.1. INTRODUCTION Les produits manufacturés sont conçus sur des plans. Ces plans comportent une représentation graphique de chaque pièce à réaliser ainsi que des annotations complémentaires dont fait partie la cotation. La métrologie n’a de sens que si le concepteur et le métrologue interprètent cette cotation de la même manière. Les normes servent à fixer les définitions et les méthodes de travail. Dans le domaine de la métrologie, les normes sont regroupées sous l’appellation GPS (Spécifications Géométriques des Produits). Normaliser c'est: • Réduire suivant un choix judicieux le nombre d'éléments ou de produits destinés à un même usage, • Fixer des règles pour ces produits afin d'en déterminer les caractéristiques, les formes et uploads/Industriel/ cours-metrologie.pdf