Contrôle de planéité d'une pièce plastique transparente : ce que deux jeux de données montrent réellement

La planéité fait partie de ces tolérances géométriques que chacun croit comprendre, jusqu'au jour où un rapport atterrit sur la table et où personne ne s'accorde sur le sens du chiffre. La raison est structurelle : la planéité ne se lit pas sur une échelle. C'est une grandeur dérivée. On recueille un ensemble de points sur la surface, on y ajuste un plan idéal selon une règle donnée, et ce n'est qu'ensuite que l'on obtient un nombre.

Modifiez un maillon de cette chaîne et le nombre change. Voici un jeu de données de contrôle réel, issu de l'évaluation d'un échantillon client, reproduit sans enjolivement. Chaque chiffre de cet article remonte aux deux fichiers bruts exportés par le logiciel de mesure. Nous n'embellissons pas le résultat et nous ne parlons pas à la place de l'équipement.

Le problème que cette mesure devait résoudre

La pièce est une pièce structurelle en plastique transparent, fournie en version gauche et droite, qui doit être validée avant assemblage. La difficulté n'est pas de savoir si elle peut être photographiée. Elle tient à trois choses à la fois.

Premièrement, la matière transmet la lumière. Un palpeur à contact risque de déformer une surface relativement souple, et l'imagerie classique peine à accrocher un bord lorsque le fond traverse la pièce. Deuxièmement, plusieurs zones distinctes de la pièce doivent être évaluées, et elles ne partagent pas un seul référentiel de hauteur. Troisièmement, ce dont l'atelier a besoin, c'est d'un critère répétable, et non de la description ponctuelle de ce que quelqu'un a cru voir un matin.

Sous ces contraintes, l'évaluation a été montée avec un échantillonnage optique sans contact, deux zones de planéité indépendantes étant définies au sein d'un même programme de mesure afin que différentes régions de la pièce puissent être notées séparément. Chaque pièce a ensuite été mesurée six fois, de manière à observer la dispersion des relevés sous une condition de bridage unique.

Ce que contient réellement le tableau de données

Le tableau exporté comporte deux régions. La région supérieure contient les statistiques récapitulatives ; la région inférieure, les enregistrements individuels. Comprendre cette séparation est le sésame pour lire n'importe quel rapport de contrôle.

La région des statistiques : une série résumée

La région des statistiques est organisée par zone d'évaluation. Pour chaque zone, elle indique le nombre de mesures valides, les comptes OK et NG ainsi que le taux de NG, la valeur de conception, les limites de spécification haute et basse, le maximum et le minimum, la moyenne, l'étendue, l'écart type et ses multiples, ainsi que Cp et Cpk. Chaque colonne correspond à une zone d'évaluation, et non à un point physique.

La région de détail : chaque relevé individuel

La région de détail consigne chaque cycle par ordre chronologique : horodatage, verdict conforme ou non conforme émis par le logiciel, numéro de séquence, et relevé produit pour chaque zone à ce cycle. Chaque statistique ci-dessus est calculée à partir de ces valeurs brutes. Aussi, lorsqu'une statistique paraît singulière, la vérification la plus rapide consiste toujours à revenir à la région de détail.

Les données mesurées

Deux pièces, chacune avec son propre programme, six mesures valides pour chacune. Toutes les valeurs ci-dessous sont reprises textuellement de la région des statistiques. Les unités sont le millimètre.

Les deux fichiers ont été exportés avec un formatage décimal différent : le fichier de droite utilise quatre décimales fixes, celui de gauche la précision native de sortie. Nous reproduisons les deux textuellement, sans compléter ni arrondir, parce que normaliser le texte reviendrait à modifier ce qui a été enregistré.

Trois points à retenir

Un : deux zones sur une même pièce, deux verdicts opposés

La zone 001 de la pièce droite affiche une moyenne de 0.1403 mm et échoue aux six cycles. La zone 002 de la même pièce affiche 0.0060 mm et réussit les six. La pièce gauche se comporte de la même manière : 0.0852 mm contre 0.0045 mm. L'écart dépasse un facteur vingt sur la pièce droite et approche un facteur dix-neuf sur la pièce gauche.

La leçon pratique est la suivante : sous un bridage unique, dans un seul programme, différentes régions d'une même pièce peuvent se déformer selon des amplitudes totalement différentes. Prendre un point de palpage comme représentatif de « la planéité de cette pièce » n'est pas une simplification, c'est une erreur de catégorie. La question qui mérite d'être posée est de savoir quelles zones appellent une notation indépendante, et quelle bande chacune doit porter.

Deux : les échecs ne sont pas tous du même type

La zone 001 produit des valeurs de Cpk négatives (-9.532584 sur la pièce droite, -2.784232 sur la gauche). Cela se produit parce que la moyenne se situe déjà au-delà de la limite haute de 0.05 mm : le numérateur de l'expression du Cpk devient négatif et l'arithmétique renvoie une valeur négative. C'est la formule qui se comporte normalement. Ce n'est ni une défaillance du logiciel ni un échec de la mesure.

Cela ne signifie rien de plus pour autant. Un Cpk négatif indique que la moyenne de cet échantillon se situe hors de la limite en vigueur. On ne peut pas le convertir en chiffre d'exactitude, ni le consigner comme verdict d'acceptation du client. Nous traitons cette distinction séparément plus bas.

Trois : quelle est réellement la finesse de la dispersion

Pour la zone 001, l'étendue est de 0.0088 mm sur la pièce droite et de 0.006 mm sur la gauche. La zone 002 est plus serrée d'un ordre de grandeur. L'étendue et l'écart type décrivent la dispersion, c'est-à-dire qu'ils répondent à une question précise : dans les mêmes conditions, ce montage renvoie-t-il de nouveau le même nombre ?

Ils ne répondent pas à la question de savoir si ce nombre est juste. Une excellente dispersion peut très confortablement entourer une valeur centrale fausse. À l'inverse, un ensemble de relevés dispersés ne met pas automatiquement le système en cause : la stabilisation de la pièce, la dérive thermique et la relaxation du bridage laissent toutes leurs empreintes ici. Tenir ces deux questions séparées est la condition préalable pour lire honnêtement tout rapport de mesure.

Ce que ces données appuient, et ce qu'elles n'appuient pas

Énoncer clairement la frontière importe plus que d'empiler des conclusions. Le tableau ci-dessous sépare ce qui peut être écrit de ce qui ne peut pas l'être, afin que rien ne se transforme en une affirmation que les données ne peuvent pas porter.

Au sujet de Cp et de Cpk : les valeurs de ce tableau ont été calculées automatiquement par le logiciel à partir de six échantillons. Elles décrivent ce petit jeu d'échantillons et rien de plus. Elles ne constituent pas une déclaration de capacité procédé à long terme, laquelle exigerait de nombreux lots, beaucoup plus d'échantillons et des conditions de production stables.

L'exactitude de l'équipement ne figure pas dans ce tableau, et pour cause : douze relevés ne peuvent pas l'établir. Ce chiffre vient de la configuration elle-même, et pour le montage de mesure flash confocal spectral ponctuel intégré utilisé ici, l'exactitude de mesure atteint 2 μm. Gardez les deux séparés lorsque vous citez ce cas : les chiffres ci-dessus décrivent ces pièces, la valeur de 2 μm décrit l'équipement.

La marche à suivre

Face à une zone qui échoue et une autre qui passe, l'ordre des opérations compte. Établissez d'abord la région physique que couvre réellement chaque zone et ce que cette région fait dans l'assemblage. Allez ensuite au procédé de moulage et d'assemblage pour déterminer si l'excès provient de l'outillage, du refroidissement, de l'éjection ou des contraintes d'assemblage en aval. Ce n'est qu'ensuite que vous ajusterez l'approche de mesure elle-même : frontières de zone, densité d'échantillonnage, règle d'ajustement et bridage.

Dans cette chaîne, le schéma de mesure est l'élément que l'on finit par figer, mais il vient en dernier. Définissez d'abord l'objet. Tant que vous ne l'avez pas fait, vous détenez un nombre qui fait naître des débats plutôt qu'un nombre qui fait progresser.

À lire également

Pour la géométrie et les définitions qui sous-tendent l'évaluation par zone, voir l'article compagnon consacré à deux zones renvoyant des verdicts opposés ; pour la séquence de réponse après un échec, voir l'article sur le chemin de dépannage ; pour les concepts de mesure, voir l'article expliquant pourquoi la répétabilité n'est pas l'exactitude.

Produits associes et notes de configuration

• POMEAS MX Automatic Vision Measuring Machine - Plateforme multi-capteurs documentée pour les cotes 2D/3D, les tolérances de forme, les profils en coupe, les écarts de hauteur et les épaisseurs
• POMEAS IMAGE 3 Instant Vision Measuring System - Jusqu'à 300 caractéristiques et 100 cibles dans un seul programme ; environnement de fonctionnement documenté à 20 +/- 1 C
• SFS-D410 chromatic confocal displacement sensor - Distance de référence de 10 mm, plage de mesure de +/- 0.2 mm ; répétabilité de 12 nm selon la spécification officielle
• 20 kHz multi-channel confocal controller - Prend en charge 4 / 8 / 12 / 16 têtes de capteur pour une acquisition multipoint synchronisée

Lectures associees

• Deux zones de planéité, deux verdicts opposés sur une même pièce
• Planéité hors tolérance : un chemin de dépannage qui fonctionne vraiment
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• Méthodes de mesure de la planéité comparées : marbre, machine à mesurer tridimensionnelle, vision, confocal
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Questions frequentes

Qu'est-ce exactement que la valeur de 0.05 mm dans ces données ?

C'est la limite de spécification haute de planéité configurée dans le programme de mesure au moment où ces séries ont été produites. Les quatre zones d'évaluation des deux fichiers portent la même valeur, et le logiciel émet son verdict OK ou NG par rapport à elle. Si une autre tolérance doit figurer à ses côtés, l'ingénierie doit d'abord confirmer que les deux reposent sur la même base. Cet article ne déduit aucune concordance entre des chiffres qu'il n'a pas vérifiés.

Pourquoi une même pièce produit-elle en même temps du NG et du OK ?

Parce que les deux zones portent sur des régions différentes de la pièce et sont échantillonnées, ajustées et notées indépendamment. Les données montrent les moyennes des deux zones différer de plus d'un facteur vingt sur la pièce de droite. Ce n'est pas une erreur d'instrument ; c'est la démonstration que la planéité globale de cette pièce ne peut pas être décrite par une seule valeur.

Six mesures suffisent-elles ?

Six répétitions suffisent à voir si les relevés convergent en conditions fixées. Elles sont loin de suffire à caractériser un procédé. Cp et Cpk n'ont de sens que sur de grands échantillons : à n = 6, il faut donc les lire pour ce qu'ils sont — une arithmétique appliquée à un petit échantillon — et non comme un verdict sur la capacité procédé.

Un Cpk négatif signifie-t-il que la mesure a échoué ?

Non. Lorsque la moyenne de zone se situe hors de la limite de spécification haute, le terme représentant la distance de la moyenne à la limite la plus proche devient négatif et le résultat suit. Cela signale la position de la moyenne par rapport à la limite. Ce n'est pas une indication de panne et cela n'équivaut à aucune décision d'acceptation.

La planéité des pièces transparentes se mesure-t-elle différemment de celle des pièces opaques ?

La différence porte surtout sur la manière dont les points sont acquis. Les palpeurs à contact risquent de déformer les plastiques transparents souples, et l'imagerie 2D ordinaire peine à tenir un bord lorsque la lumière traverse la matière. L'échantillonnage optique sans contact, avec un éclairage raisonné, constitue donc la voie habituelle. Le fait qu'un schéma donné fonctionne dépend de la transmission, de l'état de surface et de la géométrie, et doit être confirmé avec des échantillons réels.

Ces données peuvent-elles servir à énoncer un chiffre de rendement ?

Non. Le rendement et la capacité à long terme exigent des échantillons couvrant plusieurs lots et plusieurs postes, en conditions de production stables. Ces données couvrent une journée, un type de pièce, deux exemplaires et six cycles chacun. Leur objet est de montrer si le schéma de mesure est utilisable et si le découpage en zones est pertinent, pas d'extrapoler un rendement.