Un système de contrôle d’engrenages 3D en ligne permet la détection des défauts de production, permettant des ajustements immédiats.

En coopération avec diverses universités, la société française Mesure-Systems-3D (MS3D) a étudié un système de contrôle en ligne sans contact spécialement conçu pour les engrenages. Le système « GearInspection » peut, par exemple, réaliser la mesure en trois dimensions complète d’un engrenage de 23 dents en moins de 15 s. Le contrôle 3D en ligne permet au fabricant de constater les effets que peuvent avoir toutes modifications des paramètres de fabrication, et ce en temps réel, chose impossible avec des dispositifs de mesure par contact, qui demandent au moins 5 min. Le GearInspection permet ainsi de procéder à une optimisation des process en cours, ce qui est évidemment une source d’économies considérables.

On utilise actuellement pour le contrôle des engrenages deux procédés. L’un utilise des engrenages maîtres, le bruit de rotation généré étant comparé avec les valeurs nominales. Ce type de contrôle permet toutefois seulement de savoir si la pièce fabriquée est conforme ou pas, sans rien dire du type de défaut, et encore moins de la nature du défaut de fabrication. Le second type de contrôle de conformité de géométrie des engrenages utilise des dispositifs à palpage. Il faut à ce type de dispositif environ 5 min pour contrôler 4 dents au mieux. Il détermine 6 profils sur la longueur du côté et 3 profils sur la longueur du flanc, générant ainsi un total de 18 carrés, dont on déduit la développante. Étant donné qu’il ne doit normalement pas y avoir de courbure, le procédé permet de contrôler l’ondulation. Mais comme la durée de cycle normale pour la fabrication d’engrenages n’est que de 10 à 20 s, le procédé est beaucoup trop long pour être économique.

Le défi : l’élimination du bruit de mesure

Le nouveau procédé de contrôle de MS3D, lui, permet par exemple de mesurer et de contrôler un engrenage de 23 dents sur site en moins de 15 s, et ce dans sa totalité et en trois dimensions, tout en permettant de diagnostiquer les défauts affectant le process. Il permet le contrôle d’engrenages parallèles aussi bien qu’hélicoïdaux. On utilise pour cela de 2 à 4 capteurs, disposés en fonction du diamètre de l’engrenage. Pour que les scanners rapides ne s’éblouissent pas mutuellement, ils projettent une ligne sur une section bien définie de l’engrenage, et ce de directions différentes et sous des angles différents. Chacun des capteurs génère ainsi 70 points par six millième de seconde.

On génère ainsi par seconde des millions de points, données à partir desquelles s’effectue une modélisation en 3D. Ce nuage de points permet d’établir avec une précision micrométrique le profil des dents, l’angle de l’hélice, l’ondulation, le diamètre du flanc, l’épaisseur des dents ainsi que l’écartement entre les dents. Le défi à relever pour l’interprétation de cette masse de données par le logiciel était que les réflexions des lasers sur d’autres parties des pièces provoquent un bruit, et par conséquent des imprécisions qu’il faut surmonter au calcul. Cet obstacle ayant été vaincu, le procédé de contrôle de MS3D permet pour la première fois de donner une réponse correcte à la question « Est-ce qu’on a un bon profil bien positionné ? » Ce n’était pas possible avec les procédés existants, et certainement pas en trois dimensions. Grâce à l’optimisation que permettent les informations récoltées en temps réel, on peut réduire le nombre de cas de montage de pièces défectueuses ou bien dont on ne découvre le défaut qu’une fois le montage effectué. Cela permet non seulement de réduire les rebuts au stade de la fabrication, avec les économies qui s’ensuivent, cela permet aussi à ceux qui mettent les pièces en œuvre d’offrir une garantie de zéro défaut.

À venir : le contrôle en ligne d’axes d’engrenages

Étant donné que les engrenages peuvent être sollicités de manières très différentes selon les domaines d’utilisation, la machine est prévue surtout pour répondre aux besoins des constructeurs automobiles ainsi que leurs fournisseurs d’engrenages. Le diamètre des engrenages pour lequel GearInspection est conçu est actuellement de 30 à 90 mm. Cela ne permet pas de contrôler de tous petits engrenages, mais convient parfaitement à ceux mis en œuvre dans les machines-outils. Le logiciel de contrôle des engrenages a fait l’objet en septembre-octobre d’essais réussis auprès de clients de MS3D, ce qui fait que la machine sera disponible fin 2015-début 2016. Il est par ailleurs prévu une adaptation du dispositif au contrôle en ligne d’axes d’engrenages.

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