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1 - INSTRUMENTS USUELS EN MÉTROLOGIE DES LONGUEURS

2 - INSTRUMENTS À MAIN

3 - MESUREURS VERTICAUX

4 - COMPARATEURS

5 - CONCLUSIONS

Article de référence | Réf : R1260 v1

Comparateurs
Instruments usuels de mesure de longueur

Auteur(s) : Bernard SCHATZ

Date de publication : 10 sept. 1997

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Auteur(s)

  • Bernard SCHATZ : Ingénieur CNAM en métrologie - PDG SA Metroqual (Nîmes)

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INTRODUCTION

Les instruments usuels de mesure de longueur sont par définition des instruments d’usage courant, ne nécessitant ni une formation trop longue ni un haut niveau de connnaissance, et donc utilisant des principes de mesure simples. Les instruments dits usuels d’aujourd’hui sont généralement des instruments qui étaient déjà utilisés dans le courant du siècle dernier, voire avant pour le pied à coulisse ou le micromètre, dont les premiers instruments datent de la fin du XVIII e siècle. Le principe du vernier consiste à placer une réglette gravée, proche de la règle, le plus souvent sur une partie biseautée au‐dessus de celle‐ci. Le vernier le plus courant est le vernier au 1/50 mm, la règle est gravée tous les millimètres et le vernier est constitué de 50 traits sur 49 mm ; pour le vernier au 1/20 mm, il comporte 20 traits sur 19 mm, et enfin pour le vernier au 1/10 mm (qui n’est pratiquement plus utilisé aujourd’hui), il comporte 10 traits sur 9 mm.

Le micromètre, souvent encore appelé palmer du nom de son inventeur J.L. Palmer en 1848, est constitué d’une vis de précision, la lecture étant effectuée à l’aide d’un tambour gradué pour les instruments au 1/100 mm et parfois à l’aide d’un vernier pour les instruments au 1/1 000 mm.

Les comparateurs ont permis la mise au point de toute une métrologie. Il est vrai que toute mesure est une comparaison, mais les habitudes sont telles que l’appellation comparaison est plus réservée aux méthodes de mesure dans lesquelles la pièce à mesurer est « comparée » à un étalon de même nature, c’est‐à‐dire même forme de surface et dimension proche de la dimension de la pièce. Cette dernière affirmation reste valable, dans son principe, pour les comparateurs à faible course, pour lesquels le principe de la mesure (dite méthode de Borda) consiste à régler le comparateur à « zéro » sur l’étalon et à venir mesurer la pièce pour déterminer l’écart par rapport à l’étalon. Pour les comparateurs ayant une course de mesure de plusieurs millimètres, par exemple le comparateur le plus courant ayant une course de 10 mm, celui‐ci ne mesure donc pas un petit écart et constitue ainsi un mesureur de déplacement ; c’est pour cette raison que, pour ces instruments, l’appellation comparateur est parfois controversée.

Le développement de l’électronique a permis l’essor de nouveaux instruments, les capteurs électroniques de déplacements ou les interféromètres à comptage de franges. Mais les instruments usuels ont aussi évolué avec ces technologies, en particulier avec la génération des instruments dits à affichage numérique. Parmi les instruments usuels, tous ont aujourd’hui un type à affichage numérique. Les principes utilisés pour ces instruments sont de deux types. Les dispositifs les plus couramment utilisés sont du type capacitif (voir schéma). Le détecteur capacitif est solidaire de la règle pour les instruments à coulisseau (pied à coulisse et jauge de profondeur à coulisseau), le lecteur avec son électronique étant intégré dans le coulisseau ; pour certains comparateurs à affichage numérique, le même dispositif (détecteur et lecteur linéaire) est utilisé pour les instruments à vis, micromètre d’extérieur, jauge de profondeur à vis, jauge micrométrique ou alésomètre, le détecteur capacitif utilise le même principe mais est de forme circulaire. L’autre type est utilisé principalement pour des comparateurs à affichage numérique ayant des résolutions de 1 µm, voire 0,1 µm ; il utilise une règle incrémentale avec un pas le plus souvent de 40 µm (schéma ci‐dessous). Ce principe est plus souvent utilisé pour la mesure de déplacement des machines‐outils, des machines à mesurer tridimensionnelles ou des bancs de mesure universels. Son application pour les comparateurs, ou plutôt pour les mesureurs de déplacement à affichage numérique, ouvre une voie nouvelle à la métrologie par comparaison, l’utilisation de comparateur à très faible résolution : 1 µm et même 0,1 µm sur des courses mesurantes de 30 mm, 60 mm et même 100 mm.

Ces instruments usuels à affichage numérique facilitent la lecture des mesures, mais leur principal intérêt est la possibilité de transmission des mesures vers un ordinateur pour traitements des résultats. Pour les comparateurs à affichage numérique, outre la possibilité de transmission des données, l’intérêt d’une faible résolution avec une grande course permet une utilisation plus universelle et évite la rigueur du principe de Borda, pièce et étalon de dimension proche. En effet, ces instruments, sur des multicotes ou outillages de contrôle spécifiques, évitent l’utilisation d’un étalon de forme complexe ; souvent une cale, un tampon ou une bague seront utilisés au moindre coût et avec des incertitudes de mesure plus faibles, compte tenu de la faible résolution du comparateur et d’une meilleure connaissance de l’étalon.

Avant de voir en détail la présentation de ces instruments, analysons leur place dans l’industrie, la normalisation, les causes d’incertitude et donnons un guide de choix.

 

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r1260


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4. Comparateurs

Les comparateurs mécaniques, et depuis quelques années électroniques, sont les instruments de mesure et de comparaison les plus utilisés, aussi bien en métrologie, en contrôle atelier, que dans l’atelier sur les machines ou sur des montages de contrôle.

4.1 Mécanique à tige rentrante radiale

HAUT DE PAGE

4.1.1 Principes et description

C’est le comparateur le plus courant, toujours appelé par les gens du métier « montre », compte tenu de sa ressemblance avec une montre qui indique l’heure, ressemblance d’autant plus réaliste que la mécanique de cet instrument est de même conception qu’un mouvement horloger.

En effet, le comparateur à tige rentrante radiale est constitué d’un corps rond de diamètre de 40 à 60 mm suivant les modèles, avec un canon dans lequel est guidé la tige de mesure, qui comprend dans sa partie haute une crémaillère. Cette crémaillère va engrener une série de pignons réalisant l’amplification du mouvement afin d’obtenir la rotation d’une aiguille telle que par exemple, pour un comparateur de 10 mm de course avec une division de 0,01 mm, à un déplacement de 1 mm corresponde un tour de l’aiguille. Le cadran est gradué dans cet exemple en 100 parties, d’où une lecture aisée du déplacement à 2 à 3 µm près. Pour les comparateurs à faible course et à course limitée, le déplacement du palpeur n’est transmis à l’aiguille que dans la zone limitée (figure 27).

Le guidage de la tige doit être de qualité, afin de conserver un effort de mesure de 1,5 N maximum, réalisé par un ressort, avec une variation maximale de 0,6 N sur la course. La touche de mesure est interchangeable, le plus souvent sphérique, elle est parfois à aiguille ou plane.

Sur le cadran, un compteur indique le nombre de tours, en particulier pour les comparateurs dits à course normale et à grande course, afin de déterminer le déplacement sur toute l’étendue.

Les différents types de comparateurs sont :

  • les comparateurs à faible course, à valeur d’échelon ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure  -  . 1995 ISO.

  • (2) - SCHATZ (B.) -   Comment assurer la gestion des moyens de mesure dans une démarche ISO 9 000  -  . Conférence Interqualité 04/1996.

  • (3) - SCHATZ (B.) -   Calcul des incertitudes et capabilité des moyens de contrôle  -  . Conférence Sisqual-Qualitech 09/1996.

1 Annexe

Dans les Techniques de l’Ingénieur :

PRIEL (M.) - GAZAL (L.P.) - SCHATZ (B.) - Organisation d’un laboratoire d’étalonnage - . R 1 215 (4-1995), traité Mesures et Contrôle, volume R4.

SCHATZ (B.) - Contrôle des angles - . R 1 300 (7-1986), traité Mesures et Contrôle, volume R4.

LIPINSKI (G.) - Mesures dimensionnelles par interférométrie laser - . R 1 320 (7-1995), traité Mesures et Contrôle, volume R4.

HAUT DE PAGE

2 Normalisation

HAUT DE PAGE

2.1 Association française de normalisation AFNOR

XP E 11-053 - Déc. 2000 - Spécification géométrique des produits (GPS). Comparateurs à levier mécaniques. Spécifications. Méthodes d’essais. - -

NF E 11-050 - Déc. 1990 - Instruments de mesurage de longueur. Comparateurs mécaniques à cadran, à tige rentrante radiale. Spécifications. Méthodes d’essais. - -

NF E 11-056 - Janv. 2001 - Spécification géométrique des produits (GPS). Comparateurs à affichage numérique à tige rentrante radiale. Spécifications....

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