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La technologie NO-VAR pour la compensation de la dilatation thermique

La technologie NO-VAR (NO-VARiation) développée pour les micromètres laser AEROEL permet d'effectuer de parfaites mesures de diamètre, également en des conditions environnementales non contrôlées, quand la température ambiante s'écarte sensiblement de la température de référence (20 °C).
Grâce à cette nouvelle technologie, il est possible d'atteindre en atelier ou sur ligne les mêmes résultats obtenus dans une salle métrologique à température contrôlée, en mesurant tout type de matériel et également lorsque la température ambiante varie en maximum de quelques degrés par heure.
L'inquiétude de ré-étalonner continuellement l'instrument au changement de la température ambiante et de devoir tenir compte de la dilatation thermique des pièces est terminée !

Le problème de la dilatation thermique

train2Tout type de prise de mesure doit tenir compte de l'effet de la température ambiante qui influe autant sur l'instrument de mesure que sur la pièce à mesurer. Même si on avait un instrument parfait, pas du tout influencé par la température ambiante, on devrait quand même tenir compte de l'effet de la température sur la pièce. Il suffit de penser que, par exemple, une différence de 10 °C détermine sur une pièce en acier de 30 mm une variation de diamètre de 3,6 µm, étant donné que le coefficient de dilatation thermique d'un acier de construction est de l'ordre de 0,012 µm/mm °C. Dans la pratique à cet écart il faut ensuite ajouter l'erreur de mesure introduite par la jauge qui, en général, n'est ni connue ni parfaitement reproductible. Le résultat est que jusqu'à présent, personne n'était capable de connaître avec précision l'erreur totale de mesure à une température ambiante différente des 20 °C de référence. La seule façon de résoudre ce problème était celui de ré-étalonner fréquemment l'instrument de mesure avec un master du même matériel de la pièce à mesurer, toujours placé à proximité de la jauge et à la même température des pièces à mesurer.

Comment est née la technologie NO-VAR

Depuis de nombreuses années déjà, les jauges laser Aeroel ont été conçues et construites de façon à présenter un coefficient thermique de valeur proche à celle de l'acier mais avec un signe opposé (négatif), de manière à auto-compenser naturellement (by design) la dilatation thermique des pièces en acier. Cela a permis d'utiliser les jauges Aeroel en atelier pour mesurer avec une bonne précision des pièces en acier, sans devoir recourir à de fréquents ré-étalonnages de l'instrument. Cependant, jusqu'à présent l'effet d'autocompensation n'était pas parfait, autant parce que le coefficient thermique des différents types d'acier présente de remarquables variations d'alliage à alliage que parce que ces jauges mêmes ne garantissaient pas une parfaite reproductibilité et constance de leur coefficient thermique. De plus, dans le cas où l'on aurait mesuré des pièces en matériaux différents de l'acier (ex. aluminium), les valeurs des coefficients jauge et pièce, très différents entre eux, n'auraient pas permis d'obtenir une autocompensation efficace.
Aujourd'hui, grâce à la technologie NO-VAR, tous ces problèmes sont résolus et les jauges Aeroel sont parfaites pour l'utilisation en des milieux non contrôlés et pour mesurer avec une extrême précision tout type de matériel.

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Comment a-t-il été possible d'obtenir ce résultat

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Les éléments fondamentaux qui ont rendu possible ce résultat important sont :
La parfaite connaissance et la stabilité dans le temps du coefficient thermique de l'instrument de mesure, obtenu pour chaque jauge avec un cycle de test dans la chambre climatique, et mémorisé dans la mémoire de la jauge même.
Le relevé en temps réel de la température ambiante et de la température de la jauge, possible grâce aux capteurs de température insérés dans la jauge
La possibilité de connaître et de programmer le coefficient de dilatation thermique du matériel mesuré.
Un logiciel intelligent, installé dans la jauge, qui compense automatiquement et en temps réel la dilatation de la pièce et l'effet de la température sur la jauge même.
Bien entendu, pour obtenir des résultats efficaces, on suppose que la pièce à mesurer et la jauge même sont quasiment en équilibre thermique avec le milieu et que la variation de la température ambiante ne dépasse pas les quelques degrés/heure (typiquement inférieur à 3 °C/h).

La prise de mesure en ligne

Dans le cas où il y aurait une différence de température entre la pièce et le milieu, due par exemple au chauffage induit par le processus d'usinage, celle-ci doit être considérée à part, par exemple en modifiant la valeur mesurée avec un offset expérimental ou en changeant la valeur nominale de contrôle. En effet, même s'il était possible de mesurer la température extérieure de la pièce "à chaud" après le processus d'usinage, celle-ci serait peu significative. En effet, il ne serait pas possible d'en calculer l'effet sur la dilatation de la pièce, car celle-ci dépend aussi et surtout de la distribution de la température à l'intérieur de la pièce, impossible à connaître avec des mesures extérieures. Il est cependant raisonnable de supposer que l'effet du chauffage induit par le processus se traduise par une dilatation constante dans les mêmes conditions d'usinage (forme et masse de la pièce, vitesse d'enlèvement, température du réfrigérant, etc.) et puisse donc être compensé par un offset expérimental constant.
La détermination expérimentale de cette valeur d’offset est plutôt simple. On mesure la pièce à peine usinée (à chaud) et ensuite la même pièce quand elle a atteint l'équilibre thermique avec le milieu (à froid) : la différence entre ces deux mesures sera l'offset à programmer. Pour faire ces opérations, on n'a pas besoin d'une salle métrologique : les jauges Aeroel seront montées en ligne ou de toute façon dans le milieu de production grâce à la technologie NO-VAR qui permet de toute façon de compenser l'effet de la variation de la température ambiante ou de la température de la pièce avant l'usinage.

 


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