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Apprendre à l’étudiant les critères de précision de fabrication et d’assemblage

Apprendre à l’étudiant les critères de précision de fabrication et d’assemblage des pièces ; connaître et savoir choisir, dans différents cas, les méthodes et moyens de contrôle et de mesures des dimensions et des défauts de fabrication des pièces mécaniques. Polycopié de cours : Métrologie Dr. Ibrahim ZIDANE Objectifs Contenu 1. Généralités sur la métrologie 2. Système international de mesure SI 3. Mesures et contrôles 4. Estimation des incertitudes de mesures 2018/2019 الجمهـ ـــــــــــ ـوريـّـة الجـزائـريّـ ــ ة الـدّيمـقـراطيّـة الشّعبيّــة REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE ّوزارة الت عليـم العالـي والبحـث العلمي Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Hassiba Benbouali de Chlef جامعة حسيبة بن بوعلي الشلـف Faculté de Technologie ّكلي ـــــــــــــــــ ة التكنولــ ــــ ــوجيا Département de Génie Mécanique قس ــــــ م ال هندسة الميكانيكيـــــة Spécialité 2ème Année Licence Génie Mécanique Table des matières Chapitre 1. Généralités sur la métrologie .................................................................... 1 1.1. Définitions ................................................................................................................................ 1 1.2. Vocabulaires métrologiques ..................................................................................................... 1 1.3. Instituts de métrologie et de normalisation ............................................................................... 3 Chapitre 2. Système international de mesure SI .......................................................... 5 2.1. Introduction .............................................................................................................................. 5 2.2. Unités de bases du SI ................................................................................................................ 5 2.3. Unités dérivées ......................................................................................................................... 7 2.4. Unités supplémentaires ............................................................................................................. 7 2.5. Multiples et sous-multiples ....................................................................................................... 8 Chapitre 3. Mesures et contrôles ................................................................................ 10 3.1. Introduction ............................................................................................................................ 10 3.2. Interprétation des spécifications d’un dessin de définition en vue de contrôle ....................... 10 3.3. Méthodes de mesure et de contrôle ........................................................................................ 21 Chapitre 4. Caractérisation métrologique des appareils de mesure ........................... 40 4.1. Introduction ............................................................................................................................ 40 4.2. Erreurs de mesure et incertitudes ............................................................................................ 41 4.3. Quelques lois de probabilité ................................................................................................... 44 4.4. Méthodes d’évaluation d’une incertitude simple .................................................................... 46 4.5. Méthodes d’évaluation des incertitudes composées ............................................................... 50 4.6. Conformité des mesures ......................................................................................................... 51 Références bibliographiques ........................................................................................ 54 Généralités sur la métrologie 1 Chapitre 1. Généralités sur la métrologie 1.1. Définitions La métrologie est la science de la mesure. Elle s’intéresse traditionnellement à la détermination de caractéristiques (appelées grandeurs) qui peuvent être fondamentales comme par exemple une longueur, une masse, un temps ... ou dérivées des grandeurs fondamentales comme par exemple une surface, une vitesse ... Mesurer une grandeur physique consiste à lui attribuer une valeur quantitative en prenant pour référence une grandeur de même nature appelée unité. Dans le langage courant des « métrologues », on entend souvent dire mesurer c’est comparer ! [1]. La métrologie permet donc de déterminer la conformité des produits mais elle participe aussi l’amélioration de la qualité. En effet, on ne peut valider une action sur un procédé qu’en vérifiant le résultat de cette action par une mesure [2]. Les résultats des mesures servent à prendre des décisions [1] : − acceptation d’un produit (mesure de caractéristiques, de performances, conformité à une exigence), − réglage d’un instrument de mesure, validation d’un procédé, − réglage d’un paramètre dans le cadre d’un contrôle d’un procédé de fabrication, − validation d’une hypothèse (R&D), − définition des conditions de sécurité d’un produit ou d’un système, … L’ensemble de ces décisions concourt à la qualité des produits ou des services : on peut qualifier quantitativement la qualité d’un résultat de mesure grâce à son incertitude [1]. NB : Sans incertitude les résultats de mesure ne peuvent plus être comparés [1] : − soit entre eux ; − soit par rapport à des valeurs de référence spécifiées dans une norme ou une spécification (conformité d’un produit). 1.2. Vocabulaires métrologiques Si la gestion de la fonction métrologique dans les entreprises reste accessible, elle demande un minimum de connaissances relatives à son vocabulaire, sa terminologie et encore aux mathématiques. Il ne s’agit pas ici de revenir sur les concepts mathématiques, mais de définir les principales notions employées lorsque l’on évoque la fonction métrologique. L’un des prérequis pour appréhender la métrologie et ses concepts est de se familiariser avec le vocabulaire. Ce dernier et les notions employées ici suivent les préconisations du BIMP (Bureau International des Poids et Mesures) précisées dans des documents du VIM (Vocabulaire International de Métrologie) et GUM (Guide to the expression of Uncertainty in Measurement). Pour une éventuelle spécialisation en métrologie il faut étudier de manière approfondie ces deux documents et un cours de spécialiste en statistiques. Dans ce qui suit sont définies les principales notions métrologiques tirées du VIM [3, 4, 5]. Généralités sur la métrologie 2 1.2.1. Grandeur Caractéristique d’un phénomène, d’un corps ou d’une substance, qui est susceptible d’être distingué qualitativement et déterminé quantitativement. Sens général : longueur, temps, masse, etc. Sens appliqué : longueur d’une tige donnée, masse du corps A, durée d’un cycle donné, etc. Les symboles des grandeurs selon les normes ISO 80000 s’écrivent en italique : longueur « l », énergie « E ». 1.2.2. Unité Grandeur scalaire réelle, définie et adoptée par convention, à laquelle on peut comparer toute autre grandeur de même nature pour exprimer le rapport des grandeurs sous la forme d’un nombre. Exemple : mètre, ampère, kilogramme, etc. Les symboles des unités s’écrivent comme suit : mètre « m », ampère « A ». 1.2.3. Valeur d’une grandeur Expression quantitative d’une grandeur particulière, généralement sous la forme d’une unité de mesure multipliée par un nombre. Exemple 1 : Longueur d’une tige = 5,12 m, Masse du corps A = 14,58 kg. Cette expression peut aussi inclure la procédure de mesure. Exemple 2 : Dureté C de Rockwell d’un matériau donne 43,5 HRC. 1.2.4. Valeur vraie Valeur compatible avec la définition d’une grandeur particulière donnée. C’est la valeur que l’on obtiendrait par un mesurage parfait (sans incertitudes). Autant dire que la valeur vraie est imaginaire. C’est pourquoi le métrologue doit prendre du recul sur la mesure qu’il effectue. 1.2.5. Valeur conventionnellement vraie Valeur attribuée à une grandeur particulière et reconnue, parfois par convention, comme le représentant avec une incertitude appropriée pour un usage donné. Cette valeur est parfois appelée : Généralités sur la métrologie 3 − valeur assignée, − meilleure estimation, − valeur convenue, − et valeur de référence. Cette valeur est retranscrite dans le certificat d’étalonnage (le certificat d’étalonnage fait référence à des conditions particulières pour l’étalonnage). C’est cette valeur qui doit ensuite être prise en compte lors des mesures. Il convient de corriger la valeur vraie avec cette valeur conventionnellement vraie. 1.2.6. Mesurande Grandeur particulière soumise à mesurage. Dans une nouvelle définition, le mesurande est ce que l’on souhaite mesurer. Exemple : Masse du corps A soumis aux conditions du laboratoire X. 1.2.7. Mesurage Ensemble d’opérations ayant pour but de déterminer la valeur d’une grandeur. 1.2.8. Mode opératoire (de mesure) Ensemble des opérations, décrites d’une manière spécifique, mises en œuvre lors de l’exécution de mesurages particuliers selon une méthode donnée. 1.2.9. Grandeurs d’influence Grandeur qui n’est pas le mesurande mais qui a un effet sur le résultat du mesurage. Exemples : Température, humidité, pression atmosphérique. 1.3. Instituts de métrologie et de normalisation 1.3.1. Organismes internationaux de métrologie OIML BIPM Metrologia Organisation Internationale de Métrologie Légale - https://www.oiml.org/ Bureau International des Poids et Mesures - https://www.bipm.org/ Revue internationale sur les aspects scientifiques de la métrologie - http://iopscience.iop.org/journal/0026-1394 1.3.2. Instituts de normalisation ISO AFNOR International Organization for Standardization - https://www.iso.org/ Association française de normalisation - https://www.afnor.org/ Généralités sur la métrologie 4 CEN DIN NBN INAPI Comité Européen de Normalisation - https://www.cen.eu/ Deutsches Institut für Normung - https://www.din.de/ Bureau de Normalisation - est l'organisme belge responsable de la réalisation et publication des normes en Belgique - https://www.nbn.be/fr Institut National de la Propriété Industrielle (qui gère les normes en Algérie) - http://e-services.inapi.org/SITE/ 1.3.3. Organismes d’accréditation UKAS BELAC/BELTEST COFRAC DKD EA ILAC United Kingdom Accreditation Service - https://www.ukas.com Organisation Belge d'accréditation - http://belac.fgov.be Comité français d'accréditation - https://www.cofrac.fr/ Deutscher Kalibrierdienst - https://www.dkd.eu/ European co-operation for Accreditation - http://www.european- accreditation.org/ International Laboratory Accreditation Cooperation - https://ilac.org/ 1.3.4. Quelques instituts nationaux de métrologie Allemagne France Grande Bretagne PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt - https://www.ptb.de/cms/) LNE (Laboratoire National d'Essais et de Métrologie - https://www.lne.fr/) NPL (National Physical Laboratory - http://www.npl.co.uk/) Système international de mesure SI 5 Chapitre 2. Système international de mesure SI 2.1. Introduction Cette brochure a pour objet de présenter les informations nécessaires à la définition et à l’utilisation du Système International d’unités, universellement connu sous l’abréviation SI. Le système de grandeurs à utiliser avec le SI, y compris les équations reliant ces grandeurs entre elles, correspond en fait aux grandeurs et équations de la physique, bien connues de tous les scientifiques, techniciens et ingénieurs. Cependant, dans quelques domaines spécialisés, en particulier physique théorique, il peut exister des raisons sérieuses justifiant l’emploi d’autres systèmes ou d’autres unités. Quelles que soient ces unités, il est important de respecter les symboles et leur représentation conformes aux recommandations internationales en vigueur. Le système SI est un système cohérent d’unités qui comporte sept unités de base. 2.2. Unités de bases du SI Au nombre de sept, elles doivent être considérées comme indépendantes au point de vue dimensionnelle (Tableau 2-1). Grandeur de base Unité SI de base Nom de la grandeur de base Symbole Nom de l’unité SI de base Symbole Longueur l, x, r, etc. mètre m Masse M kilogramme kg temps, durée T seconde s courant uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-mtrologie-2lst.pdf