Métrologie dimensionnelle et CAO - Langage normatif et modèles

L’ère de l’industrialisation coïncide avec l’émergence de la qualité. Les produits répondent à des exigences diverses de coût et de qualité afin d’être compétitifs. Par exemple, dans le domaine de l’aéronautique, les avions doivent répondre à des contraintes très strictes, établies par des cahiers des charges, pour être certifiés avant d’être commercialisés et mis en vol. L’émergence de la qualité est justement liée à ces certifications, qui sont synonymes de compatibilité avec les normes. La normalisation est un outil fondamental. Elle permet de définir et de généraliser des règles de spécification. La famille des normes ISO 9000 présente l’intégration de la politique d’assurance qualité : elle est la plus connue dans le domaine de l’industrie. Elle permet l’efficacité, mais surtout la traçabilité des informations entre différentes étapes du cycle de vie d’un produit. Cette qualité s’applique à toutes les grandeurs physiques qui entourent un élément (dimension, température, pression, etc.). Nous nous intéressons ici à l’étude des caractéristiques géométriques, appelées aussi grandeurs physiques dimensionnelles, ainsi qu’à leur métrologie dimensionnelle.

La géométrie des pièces englobe plusieurs aspects : la définition des surfaces, la position relative des surfaces pour la constitution de pièces, le tolérancement des pièces puis leur assemblage, ainsi que la métrologie dimensionnelle des pièces physiques par une vérification de sa conformité avec la pièce théorique tolérancée.

Dans un temps très court, la définition géométrique s’est éloignée du stade de l’épure pour être projetée vers la culture et la définition du numérique au travers de modèles géométriques bidimensionnels, puis tridimensionnels, dans le monde de la conception assistée par ordinateur (CAO). Cette accélération des événements a nécessité des modifications profondes du savoir-faire. Les épures étaient réalisées sur papier et les modèles géométriques de la CAO ont contraint les utilisateurs à la manipulation d’outils numériques.

Les systèmes informatiques permettent une évolution dans le domaine de la qualité. La géométrie nominale est réalisée par des outils d’aide à la conception, de plus en plus conformes aux spécifications définies dans les normes de tolérancement. Mais aujourd’hui cohabitent encore une définition numérique de la géométrie et une « définition papier » des spécifications de tolérancement. Le tolérancement ou la cotation (fonctionnelle) conduit trop systématiquement au dessin de définition des pièces qui reste à ce jour, et malgré toutes les possibilités offertes en CFAO (conception et fabrication assistées par ordinateur), le moyen de communication technologique le plus utilisé entre les différents acteurs de l’entreprise. La notion de qualité est sous-jacente au concept de tolérance. En effet, les tolérances déterminent les variations autorisées sur la matière. Ces conditions permettent de garantir le montage ou l’assemblabilité des pièces physiques.

Le concept de qualité est présent tout au long du cycle de vie d’un produit. Son objectif est de garantir une optimisation de ce cycle, par un tolérancement correctement défini, une production rapide et efficace et au « plus juste », un contrôle rapide et cohérent et une intégration sans interprétation de l’ensemble des informations entre ces trois phases, mais aussi une gestion des contraintes de temps et de coûts. « La définition, la réalisation et le contrôle d’une géométrie restent l’un des problèmes clés de la maîtrise de la qualité dans la production de mécanismes. La transmission de l’information géométrique entre les différents acteurs de la production traduit des objectifs différents : dimensionnement, assemblage, interchangeabilité, calculs de résistance des matériaux, dessins 2D, représentations 3D, tolérancement, programmation et réglage des machines de production, contrôle, mesure, etc. » [1].

Les spécifications de tolérancement permettent de définir et d’influer sur les spécifications pour la métrologie dimensionnelle. Le domaine de la métrologie a connu la même révolution : l’ère du fil à plomb a laissé la place aux outils de contrôle manuel et par gabarit, puis à l’ère numérique, avec l’émergence des machines à mesurer manuelles, semi-automatiques puis tridimensionnelles. Avec ces dernières, apparaissent les logiciels de pilotage des machines et d’analyse des résultats de mesure, basés sur divers algorithmes, développés presque en fonction de chaque spécification. La liste de ces algorithmes est longue et il y en a toujours en cours de développement.

La géométrie des surfaces est définie par un langage déclaratif, ce qui permet une intégration de l’information pour la déclaration du tolérancement de ces surfaces et d’ensembles mécaniques. Un langage commun, explicite, biunivoque et déclaratif permet alors l’intégration entre la géométrie et le tolérancement. Cette démarche est prolongée par le contrôle dimensionnel pour l’intégrer à la spécification géométrique. Un schéma identique est respecté pour la déclaration de la métrologie dimensionnelle (comprenant la définition des points d’extraction nominaux et la déclaration des différents calculs de mesure). L’intégration géométrie-tolérancement-métrologie dimensionnelle est aussi réalisée par la déclaration d’un langage commun, explicite, biunivoque. L’intégration des données entre ces trois phases du cycle de vie des produits est ainsi réalisée (dans les deux sens de circulation de l’information).

L’objectif de cette intégration est de garantir une cohérence des données entre les différents services (bureaux d’études, des méthodes et des services de métrologie dimensionnelle), de favoriser des retours d’information vers ces mêmes services à partir des résultats de mesure dimensionnelle, d’associer directement sans aucun besoin d’interprétation humaine l’information relative au tolérancement puis de déclarer les relations entre cette spécification et les informations extraites de la géométrie réelle de la pièce contrôlée pour pouvoir en déduire automatiquement le caractère satisfaisant ou non de celle-ci et de réaliser un modèle complètement déclaratif à l’aide d’un ensemble de contraintes.