2.3 MMT, rugosimètre et température de référence à 20 °C

Une machine à mesurer tridimensionnelle déplace un système de palpage selon trois axes, chacun muni d'une règle de mesure. À chaque contact, elle enregistre les coordonnées X, Y, Z du point. Elle ne mesure donc jamais directement un diamètre ou une distance : elle collecte des points, et c'est le logiciel qui en déduit des caractéristiques.

L'étape d'association est décisive : à partir des points d'un alésage, le logiciel calcule un cylindre selon un critère (moindres carrés, cylindre maximal inscrit, cylindre minimal circonscrit…). Des critères différents appliqués aux mêmes points donnent des diamètres différents, d'autant plus que la forme réelle s'écarte de la forme idéale.

Le référentiel (ou alignement) place ensuite un système d'axes lié à la pièce, construit sur les éléments de référence désignés par le plan. Toutes les positions et orientations sont exprimées dans ce repère. Un référentiel construit sur les mauvaises surfaces fausse toutes les cotes de position, même si chaque point est parfaitement mesuré.

C'est pourquoi la MMT est indissociable de la cotation GPS : le programme de mesure traduit la spécification du plan en opérations (quels éléments, quel critère d'association, quel référentiel). Ce chapitre ne remplace pas un cours de tolérancement ; la lecture des symboles et des références spécifiées est traitée dans la formation Lecture de plans, chapitre tolérances géométriques.

Le système de palpage le plus répandu est un palpeur à contact muni d'un stylet terminé par une bille. Le point enregistré n'est pas le point de contact : c'est le centre de la bille, que le logiciel décale de son rayon dans la direction de palpage. Il faut donc connaître précisément le diamètre effectif de la bille et la position du stylet.

C'est le rôle de la qualification du stylet : on palpe une sphère de référence, fixée sur le marbre de la machine, pour déterminer le diamètre effectif de la bille et sa position. Toute configuration de stylet (orientation, rallonge, stylet en étoile) se qualifie avant usage, et se requalifie après un choc ou un changement.

La série ISO 10360 définit des essais de réception (à la livraison) et de vérification périodique (au cours de la vie de la machine). Ces essais comparent les erreurs constatées aux erreurs maximales tolérées déclarées par le constructeur pour la configuration testée.

Une MMT en bon état et correctement vérifiée peut malgré tout produire un résultat faux. Les erreurs viennent rarement de la machine seule ; elles viennent de la façon dont on s'en sert.

La stratégie de palpage mérite une attention particulière. Trois points suffisent mathématiquement à définir un cercle, mais ils ne disent rien de sa forme : un alésage ovale palpé en trois points peut donner un diamètre conforme alors que l'arbre ne rentrera pas. Plus la tolérance de forme est serrée, plus la densité de points doit être grande, jusqu'au scanning.

Le programme de mesure est donc un document à valider comme un autre : on vérifie qu'il mesure ce que le plan spécifie, avec le bon référentiel et une stratégie cohérente, avant de l'utiliser pour déclarer des pièces conformes.

Les moyens sans contact ne touchent pas la pièce : ils l'observent. On y trouve les machines de mesure par vision (caméra et traitement d'image, pour les contours de pièces plates ou petites), les capteurs optiques de distance montés sur une MMT, et les scanners qui projettent une ligne laser ou une lumière structurée pour acquérir un nuage de points.

Ces moyens relèvent eux aussi de la série ISO 10360 quand ils équipent une machine de mesure : la partie 7 pour les systèmes à imagerie, la partie 8 pour les capteurs optiques de distance. Les essais de réception y sont adaptés à leur mode de mesure.

Le nuage de points séduit par sa densité, mais il ne dispense pas des mêmes questions qu'en palpage : quel élément associe-t-on, avec quel critère, dans quel référentiel, à quelle température ? Une carte de couleurs très lisible ne vaut pas une déclaration de conformité si ces étapes ne sont pas maîtrisées.

Le rugosimètre à palpeur déplace une pointe fine sur la surface, en ligne droite, et enregistre le profil. Ce profil mélange trois échelles de défauts : la forme (écart à la géométrie nominale), l'ondulation et la rugosité. Pour isoler la rugosité, on retire la forme puis on applique un filtre qui sépare les grandes longueurs d'onde (ondulation) des petites (rugosité).

La valeur de coupure du filtre, notée λc, fixe la frontière entre ondulation et rugosité. Elle détermine aussi la longueur de chaque tronçon d'analyse. Changer de filtre, c'est changer de mesurande : deux laboratoires qui n'ont pas retenu le même λc ne mesurent pas la même chose.

La mesure elle-même demande les précautions habituelles : direction de mesure perpendiculaire aux stries d'usinage (sauf indication contraire), surface propre, pièce stable, et vérification régulière du rugosimètre sur un étalon de rugosité. La longueur mesurée doit couvrir le nombre de tronçons requis, plus les longueurs d'approche nécessaires au filtre.

Fin 2021, la série ISO 21920 (parties 1, 2 et 3) a remplacé trois normes historiques de l'état de surface par profil : ISO 1302 (indication sur les dessins), ISO 4287 (termes, définitions et paramètres) et ISO 4288 (règles et procédures). Pour les mesures surfaciques, en trois dimensions, c'est la série ISO 25178 qui s'applique.

Plusieurs changements touchent directement la mesure. Le terme de « longueur de base » devient longueur de section. La plupart des paramètres sont désormais calculés une seule fois sur toute la longueur d'évaluation, alors que les anciennes normes les calculaient sur chaque longueur de base avant d'en faire la moyenne. Les paramètres de pics et de creux, dont Rz, restent évalués par section puis moyennés, pour éviter des résultats instables.

Les réglages par défaut (filtre, longueur de section, nombre de sections, longueur d'évaluation) sont eux aussi réorganisés. Un rugosimètre configuré selon l'ancienne norme et un autre selon ISO 21920 peuvent donc donner des valeurs différentes sur la même surface : certains paramètres y sont peu sensibles, d'autres beaucoup plus.

La norme ISO 1:2022 fixe à 20 °C la température normale de référence des spécifications géométriques des produits. Une cote de plan s'entend pour une pièce à 20 °C. Mesurer à une autre température n'est pas interdit, mais il faut alors corriger le résultat ou en tenir compte dans l'incertitude.

La dilatation linéaire suit la relation ΔL = L × α × Δt, avec α le coefficient de dilatation du matériau : environ 11,5 × 10⁻⁶ /°C pour un acier (entre 10 et 13 × 10⁻⁶ selon la nuance) et environ 23 × 10⁻⁶ /°C pour un aluminium.

Le temps de stabilisation est la condition pratique de tout cela. Une pièce qui sort d'usinage, d'un lavage ou d'un stockage extérieur n'est pas à la température de la salle. Il n'existe pas de durée universelle : elle dépend de la masse, du matériau, de l'écart de température et de la façon dont la pièce est posée. On la détermine par essai, par exemple en mesurant la même cote à intervalles réguliers jusqu'à ce qu'elle ne bouge plus, puis on l'inscrit dans le mode opératoire.

Les conditions d'une salle de mesure (température, gradients, hygrométrie, vibrations) sont détaillées dans l'article consacré à la salle de métrologie et ses conditions d'environnement. Pour le métier qui pilote ces moyens au quotidien, voir la fiche technicien en métrologie.