Nikon Metrology Newsmagazine Vol.8 (FR)

Nikon Metrology News

Etudes de cas et nouveautés produits Volume 08

Les moules pour verres sont produits plus vite et sont moins chers

Métrologie multi-palpeurs pour des vues intérieures meilleures et une productivité accrue

Le microscope Nikon réalise une analyse de roches de top niveau Le scanning laser 3D fait progresser la création d’outil Métrologie interne avec la précision absolue de la TN appliquée

CAMIO, LE LOGICIEL MULTI-PALPEURS Le bon palpeur pour chaque t창che de mesure 2

Sommaire La toute nouvelle technologie multi-palpeurs permet de produire les moules pour verres à la fois plus vite et moins cher

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Le microscope photo automatisé de Nikon réalise une analyse de roche de niveau mondial

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L’Université de Louvain applique la métrologie par Tomographie Numérique à la précision géométrique, en phase de recherche, des entités internes et externes des composants industriels

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MMT à pont Altera L’excellence dès maintenant, et dans le futur

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CAMIO 8 Des vues intérieures meilleures et une productivité accrue

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Le scanning laser ouvre de nouvelles opportunités pour le moulage permanent

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Nouvelle gamme VMZ-R Systèmes de mesure par vidéo sur CN

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Les microscopes électroniques de scanning sont utilisés pour développer la nouvelle génération de céramiques

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SMZ25 et SMZ18 Découvrez la nouvelle évolution

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Le prototypage rapide fait progresser la création d’outil avec les scanning laser 3D

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Envoyez vos impressions et vos propositions de thèmes à aborder à Sales.France.NM@nikon.com +33 1 60 86 09 76 Nikon Metrology Sarl 39, rue du Bois Chaland CE2943 91 029 Evry Cedex www.nikonmetrology.com Commandez votre exemplaire gratuit de Nikon Metrology News à info@nikon.com

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Groupe OMCO

La toute nouvelle technologie multi-palpeurs permet de produire les moules pour verres à la fois plus vite et moins cher

Le scanner laser de Nikon Metrology permet de faire passer le délai d’approbation de 2 semaines à 24 heures OMCO, le plus important fabricant européen de moules pour contenants en verre, montre la voie, dans son secteur industriel, en utilisant le scanning laser pour numériser les bouteilles conçues par ses clients et en raccourcissant les délais entre la réception de la commande et la livraison des moules finis. Le scanner en ligne qu’il utilise est fabriqué par Nikon Metrology, qui est le pionnier du scanning laser 3D. Le scanner est installé sur une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT), dans l’un des sept ateliers de fabrication de moules d’OMCO, situé à Iasi, ville du nord-est de la Roumanie.

Conçus pour la production en grande série de bouteilles et de pots en verre, les moules en fonte sont principalement vendus aux fabricants de produits de grande consommation et à leurs chaînes d’approvisionnement, dans l’industrie des boissons et les industries alimentaire, pharmaceutique, cosmétique et de la vaisselle. Toute personne qui lit ces lignes a certainement déjà consommé une boisson, alcoolisée ou non, venant d’une bouteille fabriquée dans un moule Omco, puisqu’on trouve, parmi ses clients les plus

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connus, Coca-Cola, le groupe Pepsi, Heineken, Carlsberg, Absolut Vodka, Bacardi et de nombreux producteurs situés en Champagne et ailleurs.

Les producteurs de contenants en verre doivent faire face à la grande exigence des consommateurs ainsi qu’aux coûts croissants de l’énergie et à la concurrence, elle aussi croissante, des autres solutions d’emballage, comme le plastique. En conséquence, les fournisseurs de moules pour verres doivent satisfaire exactement les exigences des clients en termes de très grande qualité et de délais de livraison courts, tout en maintenant des prix compétitifs.

Omco a pu atteindre ces objectifs en adoptant une nouvelle méthodologie, dès le début du processus de fabrication des moules, le scanner laser de Nikon Metrology jouant un rôle central dans cette nouvelle méthodologie.

La première étape d’un contrat, pour Omco, est de s’imprégner des détails de conception du client, qui peuvent comporter de la décoration, voire même des lettrages à superposer sur la surface courbe de la bouteille. Toutes ces données personnalisées arrivent sous forme de dessins ou sous forme numérique, dans un fichier DXF. Le personnel de l’usine d’Iasi traite ces informations et fabrique un prototype de bouteille avec ses machines à CN, comme un centre d’usinage DMG/Mori Seiki, un tour Doosan et une graveuse Baublys. Le résultat est un prototype physique, une réplique de la bouteille souhaitée, dont on fabrique un exemplaire en résine époxy.

A l’étape suivante, comme l’explique Alexandru Geanta, Responsable Qualité sur le site Omco d’Iasi, la pratique conventionnelle et le chemin suivi par le scanner laser diffèrent sensiblement. « Nous avions l’habitude d’envoyer le modèle en résine au client, pour approbation, le plus souvent par avion, à cause de l’urgence des projets. Mais il faut considérer que pour envoyer un lot, de Roumanie en Argentine, par exemple, il fallait plusieurs jours, de porte

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Non seulement l’inspection automatisée est rapide et permet de réduire les coûts, mais elle augmente la précision et élimine l’erreur humaine.

Alexandre Geanta, Responsable Qualité chez Omco

à porte, et le modèle devait encore être évalué et revenir au point de départ.

Au final, il fallait jusqu’à 14 jours pour recevoir les modifications nécessaires, plus l’approbation pour commencer la production d’un jeu de moule. « Maintenant, nous n’avons qu’à scanner le prototype, sous différents angles, sur une MMT équipée d’un scanner LC50Cx monté sur une tête d’indexage motorisée PH10M de Renishaw. Les données du nuage de points résultant, qui est une copie numérique exacte du prototype physique, sont compressées dans un format IGES. Celui-ci est envoyé, par voie électronique, au client, qui peut l’ouvrir sur différentes plateformes CAO. Le temps d’exécution est bien plus court, puisque nous recevons l’approbation le jour même, ou au bout de 48 heures, au maximum. Il existe une autre façon de procéder : nous utilisons le scanner laser dès le début du projet pour réaliser la rétro conception sur un échantillon de bouteille envoyé par le client qui ne possède plus les dessins ou les données CAO de sa création. Les données ainsi scannées sont envoyées par email, sous forme de ficher IGES, directement au client, pour approbation. Il n’est alors plus nécessaire de fabriquer un prototype en résine.

Sur une MMT C3V, le scanner en ligne numérique LC50Cx inspecte le prototype en résine d’une bouteille de Coca-Cola.

M.Geanta explique alors que ce qui intéresse le client, ce n’est pas uniquement l’aspect du produit, mais aussi ses dimensions exactes. Il est plus facile d’obtenir ces dernières à partir des données numériques qu’en mesurant un échantillon ou un modèle. S’il s’avère nécessaire de modifier légèrement une cote ou le produit luimême, il suffit d’envoyer un email ou de passer un coup de téléphone.

C’est la capacité de réduire toute la première partie de la procédure de fabrication du moule qui permet de gagner environ deux semaines. Une fois approuvé par le client, le fichier IGES est chargé sur un système CAO/FAO Delcam, dans l’usine d’Iasi, et les trajectoires de coupe sont générées et post traitées pour usiner les moules par Commande Numérique. Il faut alors quatre semaines pour inspecter et assembler le jeu de moules, ce qui permet de réduire le temps de livraison d’un tiers. Cela confère un avantage économique certain, dans un secteur très concurrentiel.

Le LC50Cx capture 37500 points par seconde avec une précision de 15 microns.

On ne gagne pas uniquement du temps, mais on réduit également les coûts, au cours de la procédure d’approbation, car on évite les coûts du fret aérien, pour envoyer un prototype chez un client, à l’autre bout du monde, ce qui se traduit par une économie pouvant atteindre plusieurs milliers d’euros.

Le volume du moule est contrôlé pour s’assurer d’un bon usage du verre De plus, le scanner se révèle être une alternative, fort pratique, pour calculer le volume de verre d’une bouteille ou d’un pot, tel(le) que le moule le/la fabriquera. Ce qui était fait d’habitude, c’était de fermer la base du moule préliminaire et de mesurer la quantité d’eau nécessaire pour remplir la cavité. Une fois le moule usiné, les données

Vue d’un scanning en cours, de l’autre côté du modèle en résine.

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Avec une MMT multi-palpeurs à CN, on peut multiplier par trois la cadence d’inspection des moules pour bouteilles en verre.

de scan du LC50Cx sont si précises qu’il est possible de calculer finement le volume à partir du prototype virtuel.

Renishaw PH10M renvoie les données 3D de chaque point pendant l’exécution du cycle.

Nul besoin d’exagérer l’importance de ces mesures. Le moule préliminaire produit une petite paraison en verre solide (masse de verre préformée) qui est ensuite soufflée pour obtenir la bouteille. La mesure du volume de la paraison est capitale car s’il n’y a pas assez de verre la bouteille peut se casser, et s’il y en a trop, cela entraîne un énorme gaspillage de verre pendant la production en grande série qui suit.

Les pièces moulées, provenant des deux fonderies Omco, en Belgique et en Slovénie, sont usinées par tournage et par fraisage afin d’obtenir les deux moitiés de moule, mais les moules comprennent d’autres pièces, comme les ébauches, les déflecteurs, les têtes de soufflage, les éjecteurs, les entonnoirs et les plaques de distribution. Cela représente un nombre total de pièces à inspecter entre 30 et 100, selon la taille et la complexité de l’équipement de moulage-soufflage du client.

Il est intéressant d’observer que le calcul du volume du moule est le premier test qu’Omco a fait faire à différents fournisseurs de systèmes métrologiques avant de passer une commande. M.Geanta explique que, alors que le test portait sur les données d’un moule servant à produire un pot d’aliments pour bébé, les résultats portant sur le volume et fournis par Nikon Metrology étaient en plein dans le mille. Aucun des autres fournisseurs potentiels n’a pu atteindre un tel niveau de précision. Un des calculs donnait même un résultat 30% plus grand !

Le LC50Cx de Nikon Metrology, avec une largeur de faisceau de 50mm et une vitesse de scanning de 45 faisceaux par seconde, peut numériser presque toutes les surfaces, y compris réfléchissantes, avec une erreur de palpage MPEp d’environ 15 microns. L’appareil se situe ainsi au même niveau de précision que la mesure par contact, tout en scannant jusqu’à 37500 points par seconde, pour capturer, avec une grande productivité, les formes gauches.

La MMT C3V 10.7.7, machine à portique en aluminium, avec une enveloppe de mesure de 1000 x 700 x 650 mm et recevant un scanner numérique LC50Cx, a également été fournie par Nikon Metrology.

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IAu lieu d’expédier le prototype en résine par avion, il suffit de quelques secondes pour envoyer au client les données de surface numérisées en 3D.

Auparavant, à partir du moment où l’opération Iasi a commencé, à la fin de 2005, on utilisait des appareils de métrologie conventionnels, comme les micromètres et les pieds à coulisse à cadran pour contrôler les pièces manuellement. Les MMT qui existaient sur le site étaient équipées de têtes de palpeurs à contact, fixes, et n’étaient pas à même de réaliser des mesures automatiques. Mesurer une pièce prenait un temps bien plus long. Les opérateurs devaient alors passer la totalité des huit heures de leur temps d’équipe à inspecter 30 pièces d’un moule, entièrement à la main.

Une inspection finale trois fois plus rapide

Un seul opérateur suffit, maintenant, pour réaliser l’inspection de 100 pièces sur une MMT, pendant une équipe, ce qui permet de réduire d’un tiers le temps de main d’œuvre nécessaire, dans le département métrologie, ce qui contribue à diminuer le coût de production des moules.

On mesure de 10 à 20 cotes critiques, sur chaque pièce, les cycles faisant de deux à cinq minutes. Et cette inspection concerne 80% des composants du moule. Les lots vont de une à deux à pièces et peuvent couramment atteindre 40, voire 150 pièces.

Et, comme M.Geanta continue à nous l’expliquer, ‘Non seulement l’inspection automatisée est rapide et permet de réduire les coûts, mais elle augmente la précision et élimine l’erreur humaine.’

On utilise la même MMT pour effectuer le contrôle qualité de tous les composants des moules, après la fabrication, afin de compléter les données statistiques SPC dans l’atelier. Omco, qui est certifié ISO 9001:2008 pour les systèmes de management de la qualité, réalise de notables économies, au niveau de l’inspection finale, grâce à CAMIO, le logiciel de Nikon Metrology, qui permet au programmeur de réaliser un cycle de mesure entièrement automatique, directement à partir du modèle CAO d’une pièce, et ce aussi facilement que rapidement. Un palpeur à contact, monté sur la tête d’indexage

Les instruments de contrôle manuels peuvent facilement glisser et quand on contrôle une tolérance de +/-10 microns sur un moule de diamètre 30 mm, par exemple, cela peut conduire à déclarer la cote non conforme.

Les clients apprécient également toute la richesse des données collectées en métrologie, et maintenant disponibles. Même s’ils n’ont pas besoin de la totalité de ces données, peut-être uniquement 15 cotes critiques sur 20 pièces, ils ont l’assurance d’avoir, à leur portée, des informations complètes.”

Le microscope photo automatisé de Nikon réalise une analyse de roche de top niveau Le système d’inspection numérisée PETROG apporte une meilleure compréhension des échantillons de roche et permet de les analyser plus rapidement Fondée en 1997 par le Dr Barrie Wells et son partenaire Mark Gorst, l’entreprise Conwy Valley Systems, dans le nord du Pays de Galles, est devenue un leader mondial pour la fourniture de systèmes de photomicroscopie numérisée, pour l’inspection, l’analyse statistique et la classification des échantillons de roche, en vue d’aider l’exploration pétrolière et gazière.

Ce système d’inspection est ce qu’on appelle un outil pétrographique numérique et est connu sous son nom commercial PETROG. Il est mis en œuvre par un microscope binoculaire Nikon Eclipse 50iPOL équipé d’une caméra numérique DS-series, tous fournis par Nikon Metrology, de Castle Donington, Derbyshire.

Les progrès, dans cette branche de la technologie, sont tels qu’il est devenu presque essentiel pour les pétro physiciens et les géophysiciens pratiquant la télé détection d’utiliser cet outil pour calibrer et vérifier sur le terrain leurs mesures de la structure des roches. Ce système est présent dans 44 pays, les seuls marchés à conquérir restant ceux de la Chine, de la Russie et du Japon.

Le système automatisé de comptage des points est une solution bien plus rapide et précise que le microscope visuel accompagné de ses cases à cocher, pour enregistrer les résultats. L’utilisateur interprète plus facilement ses échantillons de roche, les matières qui la constituent, de la capacité en pétrole et du potentiel d’extraction. PETROG affiche presqu’immédiatement les résultats à l’écran et a en plus l’avantage de pouvoir stocker toutes les photographies pour une nouvelle ou future analyse, en cas de besoin.

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Au cœur du système PETROG se trouve un discret plateau rotatif, pas-à-pas, motorisé, qu’on voit ici installé sur un microscope Nikon.

Une autre façon de tester les roches est de pratiquer une analyse par écrasement, qui permet de calculer simplement la porosité d’un échantillon et donc la quantité de pétrole qu’il pourrait contenir, mais qui ne donne aucune indication sur la façon dont les orifices sont interconnectés et donc sur l’écoulement possible du pétrole.

Ce qui fait de PETROG un outil unique, c’est qu’il part de l’invention d’un plateau pas-à-pas qui permet au plateau du microscope polarisant de tourner automatiquement. A la différence d’un microscope conventionnel, sur lequel on monte une glissière et un plateau, l’appareil qui permet d’observer la roche doit pouvoir recevoir la lumière selon des angles différents, à travers un filtre polarisant. C’est la seule manière de faire la différence entre différents composants, comme le feldspath, le quartz et l’argile, d’où le besoin d’indexer le plateau avec des incréments connus.

Le système convient tout autant à l’étude d’échantillons éclairés de façon épiscopique (lumière réfléchie) que diascopique (lumière émise).

Il existe une autre application dans le secteur de l’énergie, l’analyse des échantillons de charbon, afin d’évaluer la qualité des échantillons.

Le système permet à une mine de déterminer comment mélanger ses produits et où les vendre. Une aciérie, par exemple, peut utiliser les informations sur la microstructure du charbon pour calculer le temps de combustion à la température du haut-fourneau, ce qui permet de contrôler et d’optimiser le processus de fabrication de l’acier.

Le secteur de la construction profite également de PETROG, depuis qu’un échantillon de béton fabriqué par l’homme a été analysé, aussi facilement qu’une roche naturelle. C’est, pour Conwy Valley Systems, une nouvelle et importante cible marketing. Un succès récent a été l’achat par CEDEX, une agence gouvernementale espagnole de recherche, à Madrid, d’un outil pétrographique numérique permettant de superviser l’ensemble des structures de génie civil de l’espace bâti en Espagne, y compris les structures critiques telles que les barrages, à la recherche de signes précoces de ruptures dans les structures en béton.

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Le système PETROG comprend un microscope binoculaire Nikon Eclipse 50iPOL équipé d’une caméra Nikon Digital Sight DS-Fi2, 5 mégapixels, qui envoie, à des fins d’analyse, les photographies superposées de l’échantillon de roche à un ordinateur via une unité de commande Nikon FireWire, DS-U3.

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Le système automatisé de comptage des points est une solution bien plus rapide et précise que le microscope visuel accompagné de ses cases à cocher, pour enregistrer les résultats.

Micro photographie de grès provenant d’un champ pétrolier, les pores étant mis en évidence par un colorant bleu.

Micro photographie d’un échantillon de béton, prise par CEDEX, en Espagne. Les pores apparaissent en jaune car le béton est imprégné d’époxy et parce qu’on a ajouté un colorant fluorescent. La porosité de cet échantillon est plutôt modérée. L’agrégat est du calcaire, qui peut être granitique, tandis que la matrice brunâtre est une pâte de ciment. La hauteur de l’image est de 13,6 mm..

La première application dans ce secteur date de 2005, quand le système PETROG a été installé en Cornouailles, au Royaume-Uni, pour venir en soutien aux prêteurs immobiliers afin de vérifier si une impureté spécifique à un béton de fabrication locale pouvait potentiellement entraîner des fissures. Le test, maintenant appelé test Mundic, est nécessaire car, avant 1950, les maisons, dans le sud-ouest de l’Angleterre, étaient souvent construites avec des blocs de béton contenant un agrégat constitué de déchets miniers à base de cuivre ou de plomb, contenant eux-mêmes des sulfures qui peuvent s’oxyder et accélérer la dégradation. L’installation de PETROG chez Petrolab, à Redruth, est le premier exemple de système équipé d’une caméra numérique (DXM1200) de Nikon Metrology.

Conwy Valley Systems a remporté en 2011 le ‘Queen’s Award for Entreprise’, dans la catégorie Innovation, et propose un système de pétrographie avec et sans microscope, selon qu’il en existe déjà un chez le client. Il faut un ordinateur sur place, bien qu’il soit possible d’en fournir un. La clé du service offert par l’entreprise est la fourniture et la mise en place d’un plateau pas-à-pas sur le microscope, d’une caméra numérique et du logiciel PETROG. Ce dernier, disponible en plusieurs versions, fonctionne en interface avec le logiciel de commande bas niveau des caméras numériques Nikon et permet la capture à distance des images et leur conservation pour une analyse pétrographique. PETROG a permis le gain pour Conwy Valley Systems de l’équivalent de l’activité d’une personne à temps plein pendant 8 semaines ouvrées.

Fine section polie d’un échantillon de roche, issu du site d’impact du météorite Chicxulub, au Mexique, dont on pense qu’il a entraîné la disparition des dinosaures, il y a 65 millions d’années. La roche porte les traces d’une grande contrainte et d’une modification due à de hautes températures.

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L’Université de Louvain applique la métrologie par Tomographie Numérique en phase de recherche, à la précision géométrique des entités internes et externes des composants industriels.

La complexité de la fabrication crée le besoin d’inspection interne

Beaucoup de pièces et d’assemblages possèdent des entités géométriques internes qu’il est difficile d’inspecter de manière non destructrice, car la métrologie conventionnelle exige que ces pièces ou assemblages soient d’abord découpés. On peut prendre comme exemples un arbre à cames, creux et hydro formé, un moule obtenu par impression 3D avec des canaux de refroidissement conformes, ou un connecteur électrique injecté en plastique, avec des inserts métalliques. La division PMA de l’Université de Louvain utilise désormais des machines à Tomographie numérique (TN) par rayons X, pour mesurer, en phase de recherche, l’intérieur de ces composants, en 3D.

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Cela fait de nombreuses années que la Tomographie Numérique est utilisée, en médecine, pour l’imagerie et le diagnostic, ainsi que pour l’inspection des matériaux, afin d’identifier la présence de défauts internes, comme des inclusions indésirables dans une pièce de fonderie.

Le Professeur Jean-Pierre Kruth et son équipe sont en train de mener des recherches à l’Université de Louvain, la plus ancienne et la plus grande université de Belgique, afin d’élargir le champ de la métrologie dimensionnelle. Avec la TN, on peut inspecter l’extérieur des composants, ce qui était effectué de manière traditionnelle, avec un palpeur à contact ou avec un scanner laser, mais également la géométrie interne, de manière non destructive, et ceci sans changer de configuration.

Cette université, l’Université Catholique de Louvain, est proche du siège européen de Nikon Metrology. Les deux entités ont décidé de collaborer étroitement afin de développer la TN en tant qu’outil permettant la mesure géométrique et le contrôle qualité. Deux machines à TN de Nikon Metrology ont récemment été installées à l’Université Catholique de Louvain, afin de permettre à la division PMA du Professeur Kruth, responsable de l’ingénierie de production, de la conception des machines et de l’automatisation, de mener des recherches en profondeur.

Professeur Jean-Pierre Kruth, Professeur de plein droit à la division Ingénierie de Production, Conception des Machines et d’Automatisation, à l’intérieur du Département d’ingénierie mécanique de l’Université Catholique de Louvain.

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Les produits étaient d’une telle complexité qu’ils représentaient un défi pour nous, car il était impossible d’inspecter, de façon non destructive, les entités internes, sans passer les pièces par rayons X. Professeur Jean-Pierre Kruth , Université of Louvain

On utilise aussi les machines à TN dans le département métallurgie de l’université, surtout pour des examens de matériau. Ce département a récemment modernisé une de ses machines à TN avec une nouvelle source par rayons X 180 keV et un logiciel de commande de Nikon Metrology.

Il y a, dans la division PMA, deux machines par rayons X. L’une d’elles est un modèle XT H 225, de 225 keV, qui comprend une source par rayons X microfocus, des règles linéaires, un excellent refroidissement et d’autres améliorations qui la rendent plus précise, ce qui en fait une machine convenant très bien à la TN. La seconde machine est une XT H 450, avec une grande cabine, la plus puissante des machines à TN actuellement installée en Belgique et aux Pays-Bas, et qui produit des rayons X dont la pénétration est suffisante pour inspecter des pièces métalliques plus épaisses. C’est ainsi que la source microfocus 450 keV peut pénétrer 35 mm d’acier ou 110 mm d’aluminium.

La fondation Hercule de Bruxelles, fondée par le gouvernement flamand pour trouver des financements pour la recherche scientifique, a accordé une subvention pour aider l’université à acheter les machines. Les prérequis, avant de libérer les fonds, étaient que les équipements devaient rester uniques, aux alentours, et rester disponibles pour la recherche menée par d’autres entreprises ou institutions.

On mesure aussi bien des pièces obtenues par usinage conventionnel que des pièces obtenues par impression 3D Le Professeur Kruth explique : ‘Notre division PMA possède une longue tradition dans la recherche sur la production. L’histoire commence dans

La TN est l’outil idéal pour réaliser l’inspection d’une servo-vanne, avec ses canaux internes, fort complexes

les années soixante, avec le fraisage, le perçage et la rectification, avant de passer à l’électroérosion dans les années 70 et aux techniques d’impression 3D, dans les années 90.

“Les Machines à Mesurer Tridimensionnelles (MMT), équipées de palpeurs à contact et de têtes de scanner laser, ont été installées afin de réaliser la métrologie dimensionnelle et le contrôle qualité des composants obtenus par les premières techniques d’usinage.

De nos jours, les techniques de production comprennent le fraisage 5 axes, l’impression 3 D et l’hydroformage, ce qui permet de produire des pièces aux formes complexes, présentant souvent des formes et des canaux internes. Ces produits étaient d’une telle complexité qu’ils représentaient un défi pour nous, car il était impossible d’inspecter, de façon non destructive, les entités internes, sans passer les pièces par rayons X. Bien souvent les pièces sont produites de façon unitaire, ou en très petite série. Tronçonner ne serait-ce qu’une de ces pièces, pour la contrôler de façon conventionnelle, aurait constitué un gaspillage inacceptable.

De plus, les plateformes des machines standard ne sont pas suffisamment rigides et précises pour réaliser une mesure précise, car on les utilise habituellement pour l’inspection matière. En fait la communauté de la TN cherche à s’entendre sur les problèmes de précision et de répétabilité associés à l’utilisation de la technologie TN, pour la mesure et la traçabilité des résultats.’

En vue de rechercher les possibilités offertes par la TN, dans la métrologie, l’Université de Louvain a reçu l’aide de deux partenaires,

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La source par rayons X du XT H 450 permet de scanner des petites pièces de fonderie pour aller voir les détails internes des pièces.

Le faisceau linéaire courbe de diodes (CLDA) permet d’optimiser l’émission de rayons X en éliminant le phénomène de dispersion qui, habituellement, corrompt les radiographies 2D des pales et des autres pièces métalliques.

mesure (erreur maximale autorisée), que ce soit pour les cotes internes et externes de la pièce, peuvent descendre sous les 10 microns, avec le système par TN de Nikon Metrology. Cela signifie que la précision de ce système est très proche de celle d’une Machine à Mesurer Tridimensionnelle classique. Pour donner un exemple, une des MMT utilisées dans le laboratoire a une incertitude de 5 microns, plus 5 microns par mètre linéaire de pièce.

La TN permet de créer des tranches dans un objet afin d’effectuer une analyse interne.

l’université locale d’ingénierie, le groupe T, dirigépar le Prof. Win Dewulf et l’Institut DeNayer, près de Sint-Katelijne-Waver, qui ont fusionné avec l’Université le 1er octobre 2013.

Trois groupes de composants ont été ciblés : les pièces obtenues par impression 3D, les pièces et les assemblages précis obtenus de façon conventionnelle et les pièces très complexes également obtenues sur les machines traditionnelles, comme la servo-vanne qui équipe le réacteur F16 de la fusée Ariane.

Cette vanne, à titre d’exemple, comporte des centaines de canaux qui se coupent, et dont les cotes doivent être mesurées. Il est également nécessaire de vérifier s’il y a des bavures aux intersections des trous, une tâche qu’il serait très difficile de réaliser sans détruire la pièce.

Il est clairement impossible de réaliser un contrôle à 100% sur ces pièces sans recourir à un essai non destructif, et ce type de contrôle est obligatoire pour beaucoup de pièces capitales pour la sécurité.

La précision des mesures, avec la TN, rivalise avec celle de la métrologie conventionnelle Les résultats initiaux obtenus en mesurant ces pièces par TN par rayons X ont été très prometteurs, selon le Professeur Kruth. Les recherches menées dans le laboratoire du PMA indiquent que, pour certains composants métalliques, et selon l’application, l’incertitude de la

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Afin d’atteindre ce niveau de précision du scanning par TN, l’équipe du PMA a placé les deux machines de Nikon Metrology dans un environnement à température contrôlée, chaque machine étant équipée de son propre système de refroidissement interne permettant de maintenir la stabilité thermique.

Principe de fonctionnement Pendant le fonctionnement, une source produit des rayons X en projetant des électrons sur une cible. Au fur et à mesure que les rayons X pénètrent la pièce, ils sont atténués par absorption et dispersion. La quantité de l’atténuation est déterminée par la distance parcourue dans la matière, par la composition et la densité de la matière (à savoir le coefficient d’atténuation), ainsi que par le niveau d’énergie (en keV) des rayons X. Après avoir pénétré la pièce, les rayons X atténués sont habituellement capturés par un détecteur à écran plat, ce qui fournit une image 2D en niveaux de gris. On prend des images 2D de ce type en faisant pivoter de nombreuses fois la pièce.

La reconstruction d’un composant industriel, en partant de tranches d’images projetées permet de créer un modèle en voxels (le voxel est un pixel en 3D), où la valeur de gris des voxels mesure le coefficient d’atténuation linéaire de la matière. Les données des voxels sont post traitées, avec des algorithmes, pour détecter les bords et les entités géométriques de la pièce, ce qui permet d’effectuer des mesures dimensionnelles et le contrôle qualité.

Le XT H 450 installé dans le laboratoire du PMA est également équipé d’un détecteur linéaire courbe 1D, en plus d’un détecteur conventionnel à écran plat 2D. Pour utiliser le détecteur linéaire, il faut déplacer la pièce le long d’un axe tournant afin de mesurer différentes sections

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On sort bien souvent des pièces unitaires ou de très petites séries de pièces. Les sectionner pour réaliser un contrôle conventionnel génèrerait un gaspillage inacceptable.

On utilise des objets tests de référence pour rechercher la précision dimensionnelle en métrologie par TN.

de l’objet comme on le ferait avec un scanner médical à TN. Le PMA effectue actuellement des recherches pour savoir s’il est plus facile d’inspecter avec précision des pièces plus grandes et plus denses avec le détecteur linéaire qu’avec un détecteur à écran plat.

Défis techniques Différentes pistes de travail sont suivies par le Prof. Kruth et son personnel, telle que l’optimisation des paramètres d’éclairage par rayons X et le réglage des paramètres de seuil des niveaux de gris, pour les mesures dimensionnelles traçables, afin de réduire la taille du point focal des rayons X, pour une meilleure précision, et d’augmenter la puissance de la source rayons X, pour une meilleure pénétration des grandes pièces métalliques.

Un autre thème de recherche est le durcissement du faisceau, un problème courant avec les sources TN polychromatiques, avec lesquelles les photons à plus faible énergie sont plus facilement absorbés par la matière de la pièce. Il en résulte une aberration chromatique et une déformation de l’image, principalement sur les bords. Des valeurs de gris erronées sont détectées ce qui donne l’impression que la peau de la pièce est faite d’un matériau différent de celui du cœur et peut entraîner une mauvaise détection des bords. Le durcissement du faisceau est un phénomène indésirable quand on étudie la composition d’un matériau.

Le logiciel et une filtration du faisceau permettent de corriger ce durcissement. Mais, en métrologie, les effets du durcissement du faisceau peuvent aider à augmenter la définition du bord, rendant ainsi plus facile la mesure précise des cotes extérieures de la pièce.

Collaboration Le partenariat étroit entre l’Université de Louvain et Nikon Metrology, qui tire son origine d’une précédente entreprise, issue de l’Université, afin de commercialiser son travail, a récemment été célébrée par l’inauguration des installations du PMA, dédiées à la TN, par Kenji Yoshikawa, PDG de Nikon Metrology. D’autres entreprises issues de l’Université, comme LayerWise, acteur de niveau mondial pour l’impression 3D et le prototypage rapide, travaillent désormais avec l’Université sur la façon d’appliquer la métrologie par TN à l’inspection

Kenji Yoshikawa, PDG de Nikon Metrology, inaugure les installations pour la TN, au PMA de l’Université de Louvain.

de pièces complexes produites par impression 3D. Il faut noter que le Prof. Kruth a été un membre fondateur de ces trois entreprises.

Et ce ne sont là que quelques exemples parmi les nombreuses relations de partenariat que le PMA entretient, au niveau international, avec des entreprises ou d’autres universités, principalement au niveau européen, mais aussi aux USA et au Japon. Les activités de recherche sont principalement pilotées par l’industrie et sont donc de nature très pratique.

Une intercomparaison a impliqué 15 entreprises et laboratoires, dans toute l’Europe, pour mesurer les mêmes objets et comparer les résultats, partager les connaissances et les meilleures pratiques en métrologie en cherchant à optimiser la précision et la traçabilité des mesures.

Une coopération européenne plus approfondie vient juste de démarrer, grâce à une subvention du programme Marie-Curie de l’Union Européenne. L’Université de Louvain a ainsi rejoint Nikon Metrology, le NPL (National Physical Laboratory, l’institut national de mesure britannique), le PTB (Physikalisch- Technische Bundesanstalt, l’institut national de métrologie allemand), Materialise, et un certain nombre d’entreprises et d’universités afin de former des ingénieurs et des chercheurs à la métrologie par TN.

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ALTERA Machines à Mesurer Tridimensionnelles

L’excellence dès maintenant, et dans le futur Précision d’origine garantie 10 ans

La nouvelle gamme ALTERA de Machines à Mesurer Tridimensionnelles à pont (MMT), proposée par Nikon, a été développée pour satisfaire les besoins changeants des fabricants, que ce soit dès aujourd’hui ou dans le futur. Une meilleure productivité, une métrologie de meilleur niveau et une plus grande flexibilité sont les marques de cette nouvelle génération de MMT de qualité supérieure.

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Depuis 50 ans, la marque de MMT LK est synonyme de grande qualité et de performance durable. Les MMT ALTERA combinent cette expérience et les toutes dernières technologies afin de définir une nouvelle génération de MMT de pointe, offrant une flexibilité exceptionnelle et des performances durables dans tous les environnements de production. La céramique, utilisée pour les composants structurels clés du châssis des MMT, est la seule à pouvoir offrir trois avantages clés pour la mesure à grande vitesse et la précision sur le long terme : un taux rigidité/masse quasi parfait, une meilleure résistance aux variations de température et une stabilité dimensionnelle à long terme. Grâce à l’utilisation de la céramique dans les MMT ALTERA, Nikon Metrology est le seul fabricant à garantir la précision d’origine de ses MMT pendant une période de 10 ans.

mesure, la création de rapports, le contrôle dimensionnel et le démarrage rapide permettent d’optimiser, au quotidien, les tâches de mesure. La planification intelligente de la trajectoire, avec simulation en temps réel de la pièce et du palpeur, plus la sélection intelligente du palpeur et l’anti collision, permettent de simplifier, en quelques clics de souris, le travail d’inspection le plus exigeant.

Pont et guidage de broche ultra stables, en céramique, avec entraînement à boucle fermée, par friction, grâce à une courroie en acier inoxydable et des règles optiques 0,05µm haute résolution, pour une précision durable

Guidage précis de la table, à queue d’aronde, avec des paliers à air uniques, rainurés, à un seul orifice, préchargés, permettant des déplacements contrôlés, en douceur et à grande vitesse.

Une MMT pour chaque tâche C’est en travaillant de manière étroite avec sa grande base de clients expérimentés que Nikon Metrology a développé les ALTERA afin de répondre aux besoins actuels et futurs de ses clients. C’est la réponse à la demande croissante pour des MMT utilisables dans les locaux dédiés à la production. ALTERA est une solution prête à être utilisée en atelier, avec un dispositif anti vibrations passif et une enceinte de protection entièrement fermée destinée à protéger les glissières de toute contamination et de tout dégât accidentel. Pour effectuer des mesures dans des environnements particulièrement difficiles, est également disponible la compensation de température, pour la pièce et, c’est unique sur les MMT, pour la touche du palpeur.

Les MMT ALTERA sont disponibles en trois configurations de palpage : la gamme ESSENTIAL, la gamme OPTIMUM et la gamme ULTIMATE. Chaque configuration offre un niveau différent de fonctionnalité pour s’adapter à une large palette d’applications métrologiques, des options étant également disponibles pour répondre aux besoins particuliers des clients. gamme essential La gamme ALTERA ESSENTIAL de MMT à palpeur par contact, de grande qualité, propose toute une palette de têtes de palpage motorisées et manuelles, ainsi que des accessoires, y compris le changement automatique de stylet. Cette gamme est une solution efficace pour une palette d’applications générales de mesure et d’inspection.

MMT multi palpeurs offrant la meilleure combinaison possible de productivité et de flexibilité gamme ultimate La gamme ALTERA ULTIMATE de MMT de pointe, conçue pour être multi-palpeurs, combine au mieux la productivité et la flexibilité. Comme, de série, ces MMT peuvent effectuer le palpage par contact et par scanning, les utilisateurs peuvent, eux, profiter pleinement du scanning, à mesure que le besoin s’en fait ressentir. Le scanning permet d’obtenir un aperçu complet et détaillé. L’écart dimensionnel s’affiche de façon graphique, il est facile à comprendre, alors que la cadence de la MMT est nettement augmentée. Pour obtenir le fin du fin en matière de flexibilité, les MMT de Nikon Metrology peuvent être équipées de scanners laser sans contact, à tout moment, sans avoir à ajouter des câbles ou des contrôleurs supplémentaires. Le scanning laser permet d’élargir le champ d’application des MMT à de nouvelles pièces, matières et géométries et de réaliser de nouveaux gains de productivité.

Les MMT de la gamme ALTERA ULTIMATE sont équipées, de série, du logiciel CAMIO. CAMIO est un logiciel complet pour MMT, avec une capacité multi-palpeurs intégrée avancée, pour les palpeurs à contact, les palpeurs de scanning et le scanning laser. Il est possible de créer des programmes et des rapports d’inspection pour une large palette d’applications, communes ou spécialistes, que ce soit en ligne ou hors ligne, en utilisant les formats CAO les plus répandus. Les programmes d’inspection peuvent passer d’une MMT et d’une technologie de palpeur à une autre, afin de s’adapter à la technologie disponible ou à l’évolution des besoins, ce qui apporte de la flexibilité, qu’il y ait de nombreux postes ou une programmation centralisée.

Les MMT ALTERA sont disponibles en sept dimensions, de la petite taille à la taille moyenne et le volume de mesure va de 7.5.5 à 20.10.8.

gamme optimum Les MMT 5 axes de la gamme ALTERA OPTIMUM sont équipées de la tête de palpage PH20 à déclenchement par contact et à positionnement infini.

Elles sont optimisées pour répondre aux exigences clés pour la mesure de géométries internes complexes : productivité, accès du palpeur, précision et meilleure utilisation du volume de la MMT. Vous avez le choix entre deux logiciels pour votre ALTERA : CMM-Manager et CAMIO. CMM-Manager est un logiciel orienté tâche, hautement intuitif, pour les MMT avec palpeur à déclenchement par contact, qui a été développé pour fluidifier, autant que possible, chaque étape de la programmation et de la création de rapports. Le travail mobile, la ALTERA 8.7.6 avec le scanner LC15Dx

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CAMIO8

Meilleurs aperçus et productivité accrue Programmation multi-palpeurs intuitive

Le logiciel CAMIO est réellement multipalpeurs, ce qui permet de choisir librement la technologie de capteur qui convient à chaque tâche. En combinant le déclenchement par contact, le scanning analogique et le scanning laser dans le même programme d’inspection, on obtient les bons résultats d’inspection de la manière la plus rapide possible. Les solutions multi-palpeurs de Nikon Metrology offrent aux fabricants une très grande flexibilité pour la mesure et un meilleur aperçu de la conformité des produits, tout en augmentant la cadence des MMT.

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L’environnement de programmation de CAMIO est riche. Il propose des outils logiciels intuitifs, que ce soit pour les applications de type tactile ou laser. L’éditeur de programme propose, pour le programme d’inspection, des icônes faciles à suivre. Il suffit de cliquer sur le modèle CAO pour initier une séquence de mesure. L’utilisateur peut sélectionner sa stratégie optimale de mesure en partant des entités et du palpeur. Pour mesurer des surfaces complexes, CAMIO génère automatiquement les trajectoires de scan, qui, à leur tour, donnent les déplacements, rapides et harmonieux, du scanning laser, qui suit, au plus près, la surface de la pièce.

Pour prendre en compte la validation hors ligne du programme, le programme propose une simulation complète de la machine et la détection des collisions.

Toute collision potentielle est mise en évidence et corrigée avant même que la première pièce soit mesurée, ce qui évite de coûteux temps d’arrêt quand on met au point de nouveaux programmes d’inspection.

Quand on déploie un scanning laser sur une MMT travaillant en déclenchement par contact, les commandes du palpeur par contact des

programmes DMIS existants sont aisément converties en commandes de scanning laser. En réutilisant les programmes pièces existants, on ne fait pas que réduire les coûts de mise en œuvre du scanning laser, on permet également aux utilisateurs de démarrer directement les plans d’inspection au moyen du scanning laser.

CAMIO permet de prendre plus vite les décisions, et en toute connaissance de cause Les modèles de rapport standard facilitent la création de rapports instantanés, tandis que les outils de configuration apportent la flexibilité voulue pour créer des rapports personnalisés. On peut maintenant combiner des colonnes de tableaux, des graphiques et des tracés dans un même rapport, concis, et les partager avec encore plus de personnes, grâce aux formats de fichiers habituels de Microsoft et d’Adobe. On peut intégrer, dans un même rapport, les résultats des scannings laser et par contact.

Avec le nouveau module d’analyse par nuage de points de CAMIO, une grande variété d’outils d’inspection est disponible : extraction intelligente des entités avec tolérancement GD&T, analyse du profil et comparaison complète avec la CAO. CAMIO est optimisé pour le traitement de grands nuages de points. Il convient donc parfaitement à l’inspection des tôles métalliques et des carrosseries complètes d’automobiles.

Protection de l’investissement CAMIO est strictement conforme aux normes industrielles pour les programmes d’inspection par MMT. La norme de mesure DMIS garantit sur le long terme l’investissement du client dans ses programmes d’inspection.

Les programmes d’inspection peuvent être créés et testés hors ligne.

CAMIO a fait ses preuves sur les applications les plus exigeantes. Beaucoup des plus grands fabricants au monde ont choisi CAMIO comme logiciel pour leurs MMT. En s’appuyant sur les gains de productivité permis par CAMIO, les fabricants peuvent se concentrer sur la réduction des délais de livraison et l’amélioration de la qualité des produits, tout en diminuant leurs coûts. L’interopérabilité de CAMIO, sur toutes les plateformes MMT, sur toutes les technologies de capteurs et sur tous les sites de fabrication, est un avantage exceptionnel qui garantit votre investissement, sur le long terme, dans le logiciel et les programmes d’inspection.

La création interactive de rapport, de CAMIO, combine la comparaison avec la CAO et le rapport sur les entités.

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Le scanning laser apporte de nouvelles opportunités à une entreprise pratiquant le moulage permanent

Un spécialiste du moulage de zinc utilise le scanning laser pour améliorer nettement la précision

Chez PMS Diecasting, à Rotherham, au RoyaumeUni, les produits sont contrôlés par scanning laser 3D, sans contact, avec une précision de 2,5 microns, à égalité avec le palpage par contact. Cela a été rendu possible en déployant un scanner laser LC15Dx sur une MMT à pont en céramique LK. Il a été démontré que cette combinaison était la réponse au défi auquel était confronté PMS : mettre ses produits plus rapidement sur le marché et réduire ses coûts de développement.

PMS est largement considéré comme un des premiers fabricants européens de pièces moulées en zinc, et l’un des mieux équipés. PMS possède beaucoup de clients qui comptent : LoadHog, spécialiste des solutions de conditionnement logistique, Avocet, fournisseur de matériel équipant les portes et les fenêtres, ainsi que Gripple, fabricant des tendeurs-rabouteurs pour fils de fer, pour lesquels PMS fabrique 36 millions de pièces de fonderie chaque année.

Le fondeur est fier d’utiliser une technologie de pointe et utilise la robotique, dès que cela est possible, afin de fluidifier le process, de gagner en efficacité et de réduire les coûts. Le tri automatisé des pièces, le contrôle qualité à 100% et le contrôle de la gestion permettent d’assurer une qualité constante.

Gordon Panter, le Directeur Général de cette entreprise détenue par ses salariés, déclare, ‘Pour éviter la formation d’une bavure de zinc, au niveau du plan de joint, à la fermeture du moule, la tolérance maximale autorisée, à l’usinage des deux parties du moule, est de +/- 10 microns.

Notre projecteur de profil optique et notre microscope de mesure ne possèdent pas la résolution nécessaire pour réaliser le contrôle avec ce niveau de précision, mais l’équipement de Nikon, si.

Nous avons bien étudié les systèmes laser et les systèmes de scanning par lumière blanche, mais notre choix s’est porté sur le LC15Dx de

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Nous avons bien étudié le système laser et le système de scanning par lumière blanche, mais notre choix s’est porté sur le LC15Dx de Nikon Metrology car c’était la seule solution qui permettait de contrôler nos outillages avec la précision que nous voulions.’

Gordon Panter, Directeur Général de PMS Diecasting Le LC15Dx de Nikon est en train de scanner une tige de vérin en zinc moulé.

Nikon Metrology car c’était la seule solution qui permettait de contrôler nos outillages avec la précision que nous voulions.’

La précision des mesures est 10 fois meilleure Cet équipement est facilement capable de contrôler des tolérances de +/- 20 microns, comme on en trouve sur les pièces moulées, ainsi que des valeurs deux fois plus faibles sur les outillages qui produisent ces pièces. Il est possible de capturer les surfaces gauches et la géométrie avec le même niveau de précision, dix fois mieux qu’il était auparavant possible chez PMS. Au bout du compte, le temps de mise sur le marché des nouveaux produits a diminué et les coûts de développement sont inférieurs.

M. Panter continue, ‘Nos capacités de mesure ayant été améliorées, cela nous a conduit à devenir de plus en plus critiques sur les outils que nous achetions à nos propres fournisseurs et à prendre la décision de commencer à fabriquer nos propres outillages, pour garder le contrôle sur toute la précision de ces outillages.

Cela a abouti à la formation, en 2012, de notre filiale GoTools qui produit non seulement les outillages de fonderie pour PMS, mais nous permet également de concevoir et de fabriquer, de façon fiable, des moules pour l’injection des plastiques, des matrices de forgeage et des outils de presse pour d’autres entreprises.’

Les clients poussent à l’innovation dans l’inspection Ce qui a poussé PMS à investir dans un nouvel équipement de métrologie, c’est le nombre sans cesse croissant de pièces fabriquées pour le secteur automobile, en particulier Jaguar Land Rover, et qui demandent un niveau de précision et de répétabilité bien plus élevé que par le passé. Le fondeur en moule permanent entend également cibler le secteur médical, qui réclame lui aussi des pièces avec une excellente précision.

Des outillages de qualité supérieure sont la clé pour la réussite d’un moulage permanent. Le scanner laser est capable de contrôler le processus de fabrication des outillages, pendant la fabrication, afin

de s’assurer que les moules, et donc les pièces moulées, sont dans les tolérances. Les empreintes, les noyaux, les glissières, les électrodes, les plaques des éjecteurs et toutes les autres pièces sont contrôlés un par un, une fois usinés, de même que les composants des gabarits et des supports d’outillages, pendant la fabrication. Cette approche permet d’éviter les erreurs pendant l’assemblage des outillages.

Comme le souligne M.Panter, ‘Les gens considèrent d’emblée que ce qui sort d’une machine moderne à CN est bon, mais souvent ce n’est pas le cas’.

“Avec l’équipement de Nikon Metrology, nous savons, de manière définitive, si chaque pièce est dans la tolérance. Nos outillages sont de ce fait toujours parfaitement conformes, ce qui garantit la précision et la qualité de nos produits, mais aussi des produits de nos clients qui utilisent nos outillages.”

Utilisation combinée du scanning laser et du palpage par contact Le scanning laser est aujourd’hui le mode d’inspection par défaut, chez PMS, pour les formes gauches et les formes standard, alors que les noyaux et les autres formes profondes sont mesurées avec le palpeur à contact, que nous utilisons également pour aligner des pièces sur un marbre, avant le contrôle. Nous montons soit un scanner laser, soit un palpeur, sur la tête d’indexage motorisée PH10M de Renishaw, afin d’atteindre une flexibilité maximale quand nous programmons des cycles de mesure avec la plateforme logicielle CAMIO multi-palpeurs de Nikon Metrology. Cette plateforme prend en compte le scanning laser et le scanning par contact, quand cela est nécessaire. Sa fonction de création de rapport est également très productive, ce qui est idéal pour l’approbation ISIR (rapport d’inspection du prototype) dans l’industrie automobile.

Grâce à Focus, le logiciel de métrologie de Nikon Metrology, qui gère les nuages de points acquis pendant le scanning laser, il est possible de comparer les données de l’inspection avec le modèle CAO original du client. L’analyse des variations de couleur montre comment le modèle scanné en 3D diffère du fichier CAO nominal. Cela fournit un aperçu

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Plusieurs moules formant un outil de production, fabriqué par GoTools, la nouvelle division de PMS.

détaillé des formes et des entités géométriques, et fournit bien plus de points de données qu’avec le palpage par contact. Il est possible de régler les échelles des cartographies afin de refléter les tolérances de fabrication et les annotations afin de quantifier les écarts avec le nominal, dans les zones sélectionnées.

Si on scanne au moins deux produits, par exemple pour contrôler l’usure, on peut comparer de nombreux objets, pour montrer comment chacun est différent des autres. Les dimensions extraites des coupes effectuées sur le modèle du scan peuvent être corrélées avec celles du dessin 2D original, ce qui permet de créer instantanément un rapport ISIR.

Le scanning laser ouvre la porte à de nouvelles possibilités

Comparaison avec la CAO, au cours d’une inspection effectuée par Focus, sur l’écran de droite, et modèle CAO nominal, sur la gauche. Le composant est un carter Gripple D4, moulé sous pression.

Chez PMS Diecasting,le scanning laser 3D a permis de créer une nouvelle entreprise, afin de proposer un nouveau service de rétro conception aux entreprises locales. Des fichiers CAO extrêmement précis ont déjà été produits pour les injecteurs de plastique, qui ne disposaient pas de données numériques à partir desquelles ils pouvaient travailler, mais uniquement de pièces physiques. Cela leur permet de reproduire fidèlement leurs pièces. M.Panter a été surpris par la quantité de demandes qu’il a reçues après avoir annoncé, sur le site internet de PMS, que ce service était disponible. Il a ainsi décidé d’ouvrir une nouvelle division de rétro conception.

Moitié d’un moule permanent, scanné sur la MMT LKV 8.7.6 (capacité 800 x 700 x 600 mm).

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Nouvelle gamme VMZ-R Systèmes de mesure par vidéo sur CN Incluent les derniers progrès de la technologie NEXIV C’est dorénavant la règle pour l’inspection standard : l’industrie de pointe (SmartPhones, Tablettes, Montres,...) requiert un système de mesures précis comprenant un traitement d’image à grande vitesse.

La nouvelle génération de systèmes NEXIV permet de mesurer de façon rapide, précise et avec une grande répétabilité. Elle autorise une détection une détection haut de gamme des bords ainsi qu’une opérabilité de pointe pour l’inspection des cotes de pièces mécaniques et des composants multicouches.

Grâce à une technologie de mesure optique et à un traitement avancé de l’image, les systèmes de mesure par vidéo sur CN peuvent mesurer automatiquement les cotes et les formes des pièces, avec une détection précise des bords. Trois modèles, avec des tailles de platine différentes, sont disponibles. Le VMZ-R3020 convient à l’inspection des petites pièces mécaniques et électriques. Le VMZ-R4540 est conçu pour les pièces de taille moyenne, comme les galettes de silicium (wafer) de 300 mm et les cartes de palpeur. Le NEXIV VMZ-R6655 comprend une plateforme de mesure de 65 x 55 cm, qui permet d’effectuer rapidement des mesures sur de grandes cartes de circuit imprimé, des pièces en tôle emboutie et des pièces moulées. Il convient également à la mesure automatique de lots de pièces multiples, ce qui permet la réduction du coût d’inspection unitaire.

Grande précision et mesures rapides Le codeur linéaire intégré réalisé par Nikon, atteint un meilleur niveau de précision. De plus, les améliorations apportées à la technologie de transfert d’image et les modifications de la source d’éclairage ont permis de diminuer le temps de cycle de mesure.

37°

VMZ-R4540

Mesure flexible Le troisième angle d’éclairage par couronne permet une détection avancée des bords, tandis que les progrès apportés à l’Auto Focus Laser TTL (Through The Lens) renforcent la capacité du système à mesurer les composants transparents. De plus, l’option apportée par les images à haute résolution de la caméra CCD élargit la gamme d’utilisation en mesure vidéo.

Opérabilité de pointe En réduisant le nombre d’étapes nécessaires pour créer des fichiers d’apprentissage, on a amélioré le rendement. La fonction « Panneau Guide », récemment ajoutée, améliore le programme principal. Elle a été développée pour faciliter la compréhension. Sont également disponibles les fonctions très rapides, comme ‘l’Ecran personnalisable’ et le ‘Logiciel en ligne’.

DT:50mm

55°

Faible angle incident / Grande DT VMZ-R3020

VMZ-R6555

DT:36mm

78°

DT:10mm

Grand angle incident / Petite DT

Nouveau système d’éclairage par couronne à 8 segments, avec trois angles incidents, pour un éclairage maximal.

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Les microscopes électroniques de scanning sont utilisés pour développer la nouvelle génération de céramiques

Morgan réalise l’inspection de pièces de pointe en céramique, utilisées pour des applications allant du traitement du cancer à la technologie des pompes Une aide de top niveau pour l’oncologie

La Plateforme Innovation de Morgan Advanced Materials, au Royaume-Uni, a récemment installé un microscope électronique à balayage (MEB), pour établi, le JCM-6000 de Nikon Metrology. Il s’agit d’un équipement de classe mondiale qui est à la fois un équipement d’analyse technique de pointe et un élément d’expertise pour le développement, à même de relever les défis techniques des clients de l’entreprise.

Le travail sur les passionnantes nouvelles technologies, comme le moulage de la céramique, est un bon exemple des recherches en cours sur des matériaux de pointe. C’est parce que Morgan est capable de mettre en œuvre un formage complexe qu’il a pu produire et mettre sur le marché une aiguille en céramique, de grande précision, utilisée pour l’ablation de tissus par micro ondes afin d’enlever des tumeurs. Grâce à la miniaturisation, la douleur du patient, après l’opération, est nettement diminuée.

C’est l’extrême finesse de la matière, qui confère à la fois solidité et résistance, qui sont capitales pour cette application très exigeante. Ce matériau possédant un grain très fin, il est impossible d’analyser sa microstructure avec le microscope standard de l’entreprise, et son zoom 50x. Il a donc fallu recourir à la technique du MEB. Le Dr Tim Clipsham, Directeur Technique chez Morgan Advanced Materials, nous explique, ‘Le JCM-6000 a été l’élément essentiel pour permettre à nos scientifiques de développer un matériau possédant les propriétés de pointe convenant aux spécifications de ce client du monde médical.

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Le fait de pouvoir disposer, sur site, d’un MEB d’établi, de Nikon Metrology, nous a permis de mieux contrôler tout l’équipement ainsi que les résultats des analyses.

Dr Tim Clipsham, Directeur Technique chez Morgan Advanced Materials

On utilise l’aiguille en céramique pour les appareils d’ablation des tissus, par micro ondes, dans le cadre du traitement du cancer.

“Auparavant, quand nos appareils de microscopie optique n’arrivaient pas à satisfaire nos exigences en termes d’inspection, nous avions l’habitude de sous-traiter une analyse par MEB. Durant les dernières années, la demande pour cette analyse n’a cessé d’augmenter, ce qui a rendu incontournable, pour nos activités commerciales actuelles, son installation dans nos locaux.

Le fait de pouvoir disposer, sur site, d’un MEB d’établi, de Nikon Metrology, nous a permis de mieux contrôler tout l’équipement ainsi que les résultats des analyses. Nos scientifiques matière, avec leur haut niveau d’expertise de nos matériaux, sont à même d’optimiser et de centrer l’analyse de nos équipements, bien mieux que les personnes qui utilisaient un microscope, chez nos sous-traitants.

Résultat, nous avons gagné du temps grâce aux analyses par MEB, réalisées en interne. En effet, auparavant, il fallait parfois externaliser les analyses préliminaires, puis les soumettre à notre équipe technique afin qu’elle donne son avis, avant de pouvoir commencer une analyse complète et en profondeur de nos échantillons.”

Conséquence directe, nous avons pu optimiser l’assistance technique fournie à la production et à nos clients par les scientifiques et les ingénieurs matière de Morgan.

Avec le JCM-6000, la préparation de l’échantillon est minimale, si on la compare à celle nécessaire avec les MEB plus traditionnels ou même les microscopes optiques. Une des caractéristiques du MEB d’établi de Nikon Metrology est qu’il est possible d’analyser des matériaux

Aiguilles d’ablation de grande précision, produites chez Morgan Advanced Materials par la technique du moulage de la céramique par injection. Le matériau obtenu a un grain si fin qu’il ne peut pas être contrôlé de manière optique. C’est l’une des raisons pour lesquelles l’entreprise a investi dans un MEB d’établi, de Nikon Metrology.

possédant une résistance électrique sans avoir à appliquer une couche conductrice sur la surface, ce qui n’est pas le cas avec la plupart de MEB du marché. Il est donc possible de réaliser rapidement des tests non destructifs sur des pièces en céramique.

De plus, le champ de vision d’un MEB est bien plus grand que celui des appareils optiques, ce qui facilite l’analyse de la surface et également celle des entités en relief ou des creux des échantillons, ce qui permet à Morgan de glaner de très nombreuses informations.

Développement des matériaux de friction pour les pompes L’usine Morgan de Stourport est également un important fournisseur de pièces de grande précision pour les fabricants de pompes haut de gamme.

Un nouveau matériau de friction a récemment été développé pour des joints de pompes très résistantes, à destination d’environnements très sévères, dans les domaines industriel et pétrochimique. Le matériau est un composite. Il a permis aux scientifiques matière de Morgan de travailler sur les performances particulières de friction de ce matériau, en vue d‘une utilisation dans des conditions très difficiles.

Le JCM-6000, avec sa Spectroscopie à Dispersion d’Energie, a joué un rôle clé dans le développement de ce matériau. Il a permis à l’entreprise d’individualiser sa composition fondamentale et la structure du composite qui le forme, en utilisant à la fois le détecteur arrière à dispersion électronique du MEB et la fonction de cartographie fondamentale.

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Les joints en céramique sont utilisés sur des pompes, à destination d’environnements très sévères, dans les domaines industriel et pétrochimique.

Le Dr Clipsham continue son propos, ‘La cartographie fondamentale, à l’intérieur d’un échantillon, est analysée dans le MEB en mesurant la distribution de l’énergie et de l’intensité des signaux aux rayons X générés en envoyant un faisceau d’électrons sur la surface d’une pièce. On collecte ainsi toute une somme d’informations auxquelles, auparavant, nous n’avions tout simplement pas accès, avec l’inspection optique.”

D’autres applications pour le MEB Le JCM-6000 joue actuellement un rôle actif, que ce soit dans le développement des nouveaux matériaux en céramique, dans notre Plateforme Innovation, ou pour les projets d’amélioration en cours. Le logiciel associé à l’appareil est très convivial. Il a permis à Morgan d’élargir le champ d’utilisation de cet équipement d’analyse à une plus large palette de tâches.

Le Dr Clipsham précise, ‘Nos ingénieurs Qualité et Production ont trouvé de nouvelles utilisations pour utiliser en permanence cet appareil, et maintenant qu’il est en place, nous trouverions très difficile de nous en passer.’

De plus, et cela grâce au mode de réduction de charge du MEB et à sa grande enceinte, il est possible d’analyser des pièces en céramique oxydée en passant moins de temps à préparer l’échantillon qu’avec les systèmes MEB conçus pour la recherche. En effet, il n’est plus nécessaire d’appliquer une couche conductrice ou de tronçonner les pièces pour

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Nos ingénieurs Qualité et Production ont trouvé de nouvelles utilisations pour utiliser en permanence cet appareil, et maintenant qu’il est en place, nous trouverions très difficile de nous en passer.

Joints mécaniques en céramique fabriqués à partir du matériau de friction tout récemment développé par Morgan Advanced Materials.

obtenir des informations essentielles sur les entités à la surface des pièces ou sur la composition chimique.

Décision d’achat Le Dr Clipsham indique que Morgan a opté pour un MEB d’établi car cet appareil convenait bien à ses besoins commerciaux, du fait de la polyvalence de son microscope et de sa facilité d’utilisation. Les MEB spécifiquement conçus pour la recherche sont beaucoup plus limités, si on regarde leur installation, et, de plus, l’opérateur doit être un spécialiste. La short-list comportait quatre modèles pour établi. C’est le JCM-6000 de Nikon Metrology qui a été choisi en raison de sa qualité d’image supérieure et de la possibilité de fixer un Spectroscope à Dispersion d’Energie, pour les analyses chimiques.

En guise de conclusion, il ajoute, ‘On peut utiliser ce type d’appareil à température ambiante et son fonctionnement est aisé. Il suffit de quelques heures pour apprendre le maniement de toutes les fonctions du JCM-6000.

Le grossissement de 60000x couvre pratiquement toutes nos applications. Dans l’éventualité où nous aurions à aller au-delà, nous sous-traiterions l’analyse, mais le cas ne s’est pas encore produit depuis que nous avons installé le JMC-6000.’

Un grand pas en avant pour la stéréomicroscopie Le SMZ25 et le SMZ18 sont en train de révolutionner la stéréomicroscopie avec leur exceptionnelle plage de zooms, leur modularité, leur confort et leurs optiques à ultra haute performance. Ces nouveaux systèmes SMZ couvrent une large palette de fonctionnalités, allant des images stéréoscopiques de base, d’une qualité inégalée, à la plupart des observations sophistiquée.

Un système optique innovant, connu sous le nom d’“Optiques Perfect Zoom” autorise un rapport de zoom impressionnant, qui fait du SMZ25 le premier stéréomicroscope à offrir une plage de zooms de 25:1.

Même avec un objectif 1x, le SMZ25 capture la totalité d’une parabole de 35 mm et donne simultanément les détails microscopiques.

La gamme SMZ propose la plus grande plage de zooms et la meilleure résolution du monde

Images par fluorescence, lumineuses et contrastées

• Le premier et le seul microscope stéréo à offrir une plage de zooms 25:1 (SMZ25) • Ouverture numérique maximale sur les deux yeux jusqu’à 0.156, avec l’objectif SHR Plan Apo 1x et le corps de zoom SMZ25.

• La lentille fly-eye donne une luminosité uniforme sur tout le champ de vision, même aux faibles grossissements.

• Les avancées dans la recherche optique ont abouti à réduire considérablement le rapport signal/bruit et donnant des images claires et lumineuses aussi bien en fluorescence, qu’en techniques d’éclairage normales.

Automatisation et imagerie numérique

Facilité d’utilisation

• Zoom et mise au point motorisés sur le SMZ25.

• La suite logicielle d’imagerie NIS-Elements de Nikon offre de multiples modalités d’imagerie, de traitement et d’analyse, y compris la capture d’une série d’images sur Z, l’imagerie en accéléré et la génération d’images à Profondeur de Champ Etendue.

• Interface de commande à distance conviviale pour le SMZ25.

• Base DIASCOPIQUE à LED mince et facile d’emploi avec éclairage OCC (méthode d’éclairage oblique développée par Nikon) • Grande variété d’éclairages et d’accessoires permettant de s’adapter à une large gamme de méthodes d’observation.

Aiguille d’injection

Carte de circuit imprimé (fond clair)

Carte de circuit imprimé (fluorescence)

Montre

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Le scanning laser 3D facilite la production d’outillages pour les composants médicaux La MMT multi-capteurs réduit de 35% les coûts de re-fabrication des matrices de forge pour les implants Le scanning laser combiné avec le palpage tactile sur une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) Nikon Metrology s’adapte parfaitement à la fabrication additive par couche (impression 3D) mise en œuvre par la société française Applications Additives Avancées (3A), spécialisée dans la fabrication additive de série. Ce système de métrologie moderne est la clé pour réduire les délais ainsi que les coûts de fabrication des composants médicaux, aéronautiques ou mécaniques.

Située sur le Pôle Technologique de Haute Champagne à Nogent en France, la société 3A a été créée en Janvier 2011 pour produire en tant que sous-traitant, des pièces en alliage de titane et de cobalt-chrome avec la technologie de fusion par faisceau d’électrons (EBM). L’entreprise travaille principalement pour le secteur médical, qui représente actuellement 75 pour cent du chiffre d’affaires et pour laquelle elle produit entre autre des implants et prothèses standards ou adaptables au patient ainsi que de l’instrumentation. Toutefois, 3A travaille également avec le secteurs de l’aéronautique pour lequel l’EBM est idéal pour produire par exemples des aubes de turbines, ainsi que des assemblages complexes plus légers et en une seule et même pièce.

Pour garantir un haut niveau de qualité de ses activités, entre autre dans le cadre du référentiel ISO 13485 relatif aux dispositifs médicaux, 3A s’est équipé

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d’une machine à mesurer tridimensionnelle à portique Nikon Metrology (MMT) avec un volume d’inspection de 800 x 700 x 600mm. Un scanner laser LC15Dx Nikon Metrology a également été commandé avec la machine pour mesurer des formes 3D géométriques et/ou surfaciques (formes libres) avec une précision de moins de dix microns, un ordre de grandeur inférieur à la précision requise des pièces produites.

Pascale Marié, Manager des ventes et Marketing chez 3A, commente « Nous sommes très satisfaits du scanner, et nous pensons qu’il est le plus précis sur le marché. C’est la dernière version mise sur le marché par Nikon Metrology et le premier système à avoir été installé en France. » « Avant d’acheter cet équipement, nous étions conscients que le palpage tactile ne pouvait pas assurer un contrôle efficace des géométries très complexes, tels que les structures alvéolaires ou treillis que nous produisons avec la technologie Arcam EBM. C’est la raison pour laquelle nous avons choisi le scanner LC15Dx. « Pour les composants 3D moins complexes, nos ingénieurs utilisent la MMT pour mesurer les pièces par palpage, car cela peut être plus rapide et donc moins coûteux en terme de temps opérateur. »

Le Scanning laser permet de réduire les coûts de production des pièces forgées Mme Marié nous a également expliqué que dès la mise en service du scanner laser, celui-ci avait permis de traiter une grande quantité d’applications qui n’avaient pas été envisagées au départ. A titre d’exemple, un client fabriquant des implants médicaux a eu besoin de faire scanner toute une

Le nuage de points résultant d’un cycle d’acquisition par scanning laser

La surface virtuelle de l’électrode après maillage 3D.

L’électrode est automatiquement numérisée.

panoplie d‘outillages afin d’en générer les fichiers CAO. En effet, ces anciens outillages encore en service sont normalement fabriqués en électroérosion à l’aide d’électrodes de cuivre ou bien étaient produits par copiage avec un pantographe, car les acquisitions directes de données numériques n’existaient alors pas.

Désormais, ce client fournit à la société 3A soit les matrices de forgeage soit les électrodes ayant servi à leur réalisation. Les données de la rétroconception sont générées directement sur la MMT Nikon Metrology grâce au scanner laser LC15Dx couplé au logiciel Focus Scan. Le délai d’exécution du processus complet de rétro-conception est rapide, entre deux à trois jours.

La numérisation d’une pièce peut prendre entre 30min et 2.5 heures pour un moule en résine hautement complexe, grâce à la vitesse d’acquisition du scanning laser qui mesure 70.000 points par seconde à des intervalles de 22 microns. Il existe des centaines de matrices qui peuvent être numérisées afin que les fichiers CAO soient disponibles dès que les outils sont usés afin d’assurer la continuité de la production d’implants.

Les modèles CAO numériques permettent au client de préparer les cycles d’usinage afin que les matrices de forge puissent être fabriquées sur des machines modernes d’usinage grande vitesse. Cela contribue à réduire considérablement le cycle de production ainsi que les coûts de l’ordre de 35 pour cent par rapport au procédé d’électro érosion classique qui nécessite des électrodes coûteuses. L’avantage financier qui en résulte est significatif, car les coûts associés à la production des outillages de forge sont la variable la plus importante se répercutant sur le prix final des produits forgés.

Une deuxième application de la numérisation concerne la réparation d’ outillages existants. Une fois que les modèles CAO sont disponibles pour un ensemble de matrices, il est possible de numériser l’ancien outillage afin de le reconstruire avec précision en ajoutant de la matière dans les zones présentant une usure importante. Ces zones sont ensuite usinées et polies, le scanning laser permettra également de de comparer ce nouveau profil avec le modèle numérique. Toutes les zones souhaitées pourront ainsi être mises en évidence à travers une analyse de déviation automatique ou interactive avec une cartographie couleur et des rapports générés par le logiciel Focus Inspection de Nikon Metrology.

Programmation d’un cycle de rétro-conception sur une électrode de cuivre qui est couramment utilisée pour réaliser une matrice de forge destinée à la production d’un implant fémoral de hanche.

Un très faible niveau de « bruits parasites » pour des surfaces régulières de grande qualité Indépendamment du fait que le scanner soit utilisé pour la rétro-conception ou pour la comparaison de pièces par rapport aux modèles CAO dans le cadre du contrôle dimensionnel de composants produits en EBM ou bien de la capitalisation de l’usure des matrices, l’acquisition d’un nuage de points précis et de qualité est essentielle. C’est là que le LC15Dx fait la différence puisque la précision des résultats de mesure est comparable à ceux de l’inspection tactile.

Pascale Marié poursuit : «Les nuages de points issus du scanning 3D de l’ensemble des formes d’un composant sont filtrés et transformés en surfaces de type NURBS (Non-Uniform Rational Basis Spline) qui sont regroupées pour créer le modèle CAO. « La finesse et la précision des surfaces générées par la MMT, le scanner et le logiciel Nikon Metrology sont d’une telle qualité qu’elle permet de garantir facilement la tolérance de 0,1mm requise au final par notre client dans le cadre de la fabrication de ses matrices de forge.. Le contrôle de la qualité de nos propres pièces produites en fabrication additive est tout aussi fiable. » Les surfaces réfléchissantes sont courantes parmi les pièces traitées par 3A à Nogent, puisque les matrice de forge sont polies à la main afin d’obtenir une précision élevée et que les implants de genoux et de hanches sont également polis, pour optimiser le coefficient de frottement.

Les scanners laser ont généralement susceptibles de générer des erreurs lors de l’inspection de surfaces réfléchissantes, mais le LC15Dx grâce à sa lentille Nikon de très haute qualité s’adapte parfaitement à ces conditions.

Les réflexions indésirables sont neutralisées dès l’acquisition par un filtrage automatique (ESP) tandis que les variations de la lumière ambiante sont absorbées par un filtre optique spécifique. Malgré tout, lorsqu’il s’agit de pièces avec une finition de type « poli miroir », une intervention manuelle peut s’avérer nécessaire afin de « poudrer » la pièce avec un spray « matifiant » avant la numérisation.

Dans le cadre d’une relation de partenariat renforcé entre Nikon Metrology et 3A, cette dernière a accepté de servir de centre de démonstration dans l’Est de la France pour les solutions d’inspection du fournisseur.

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