Dans le sillage d’un accord de partenariat initial annoncé en 2016, Digital Surf et Bruker, leader mondial dans la métrologie de surface avancée, ont développé une solution d’analyse totalement intégrée basée sur la plateforme Mountains®, offrant un rendement sans précédent du contrôle qualité dans la fabrication de précision. Samuel Lesko, Directeur de la Technologie et des Applications chez Bruker, explique le processus et les avantages pour les utilisateurs dans cette branche.
Les défis de la fabrication avancée
L’industrie manufacturière et de fabrication a connu une évolution rapide ces dix dernières années, faisant face à des défis considérables, tant dans la quête de ressources pour l’exécution productive, que dans la demande de tolérances plus étroites pour les dimensions de motifs en 3D et l’état de surface.
Les tolérances strictes requises dans la fabrication avancée amplifient la nécessité d’intégrer des systèmes de métrologie répétables dans la chaîne de production. Souvent, un robot est utilisé pour changer des pièces entre l’outil de production et l’équipement de métrologie, donnant lieu à un processus entièrement automatisé qui élimine certains facteurs de variabilité observés chez des opérateurs humains.
Suivant le même chemin d’automatisation, les résultats d’un outil de métrologie sont transférés d’un serveur central qui garde une trace des tendances ou des anomalies (Statistical Process Control, SPC, contrôle statistique du processus, CSP). Cette évolution est souvent appelée Industrie 4.0, faisant référence à un haut degré d’automatisation et une intégration directe de la métrologie de surface.
Des fonctions pour le contrôle qualité
L’industrie d’ingénierie de précision avancée produit diverses pièces dans divers domaines, du médical (articulation du genou, cotyle de hanche orthopédique, etc.) à l’automobile (injecteur, cylindre, etc.). Dans toutes ces applications, la rugosité et la texture de surface, la planéité locale, ainsi que les défauts topographiques ou l’écart de motifs 3D jouent un rôle critique dans le respect des exigences de conformité de certification pour les dispositifs médicaux ou l’efficacité/fonctionnalité de pièces mécaniques.
L’Industrie 4.0 exige des outils de métrologie de surface qui mesurent, mais aussi génèrent et sauvegardent automatiquement des rapports avec un nommage dynamique, enregistrent les résultats dans une base de données avec un ID par lot et/ou un numéro de référence et appliquent un traitement avancé par jeu de données 3D pour répondre exactement aux paramètres requis.
Intégrer l’automatisation de la mesure et l’analyse logicielle
Pour répondre à ces exigences, Bruker et Digital Surf ont mis au point ensemble un logiciel de mesure totalement intégré permettant l’acquisition de données à partir d’un profilomètre optique à interférométrie à lumière blanche (WLI) avec le logiciel d’analyse Mountains®.
Les entrées du robot, telles que le numéro de série de la pièce ou les conditions de mesure (objectif, mode, etc.) sont transférées au logiciel de mesure Vision64 de Bruker, et les résultats tels que la variation de diamètre ou la classification des défauts sont obtenus par communication directe avec le logiciel d’analyse Vision64 Map (cf. figure ci-dessous).
Le logiciel de mesure communique directement avec les solutions avancées de surface et de contour de Digital Surf dans les deux sens. Grâce à cet échange de données bidirectionnel, le logiciel de mesure peut enregistrer et/ou imprimer automatiquement un rapport pour chaque pièce mesurée. Il peut également envoyer les résultats à un serveur SPC sous forme de fichier CSV (données séparées par des virgules).
Le profilomètre optique WLI de Bruker contribue à atteindre des exigences de rendement élevé avec des mesures topographiques surfaciques rapides et étendues combinant des résolutions verticales sous-nanométriques à des résolutions verticales sous-microniques. Couplé à l’analyse de particules, à la classification des défauts et aux capacités avancées de contour de Vision64 Map, il constitue une solution d’analyse extrêmement puissante, répondant avec brio aux exigences d’automatisation en métrologie.
Inspection d’un injecteur automobile
Un exemple de ce processus totalement intégré est l’analyse d’un injecteur automobile. Cette application nécessite le contrôle de nombreux aspects, tous autant essentiels pour la qualité de la pièce, sur la base d’une seule mesure.
Ci-dessus : Rapport d’inspection de l’injecteur automobile avec analyse des rayures et des creux sur la surface supérieure
Le diamètre et la circularité avec quantification des écarts sont évalués automatiquement à l’aide d’outils de contour avancés, tandis que les défauts verticaux et de planéité sont détectés à l’aide du tableau de paramètres et des fonctions d’analyse des particules. Un classement des défauts de la surface supérieure est ensuite établi via l’outil de classification, indiquant les rayures pouvant être à l’origine de fuites.
En fin de compte, le déplacement relatif entre le diamètre supérieur et inférieur est calculé automatiquement avec l’outil de contour avancé.
Ci-dessus : Écart-type versus diamètre désiré
Conclusion
La pleine intégration du système d’acquisition optique WLI de Bruker et des analyses logicielles de Mountains® permet un contrôle qualité exigeant dans les processus de fabrication avancée. La réussite de cette solution repose sur une combinaison unique d’outils d’analyse souples et puissants, tels que l’analyse de particules et de contour avancé, couplée à une métrologie haute performance. Ensemble, tous ces ingrédients permettent de concocter une solution durable et agile en mesure de relever les défis de l’Industrie 4.0.
En savoir plus
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