Mesure de l’état de surface

Quand on parle de mesurer l’état d’une surface, la plupart du temps, on mesure la rugosité des surfaces.

Cette page vous donne un aperçu de l’assurance qualité des surfaces.
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Qu’est-ce que la rugosité de surface ?

La rugosité correspond aux irrégularités présentes sur une surface et causées par des différences de niveau.
Ces écarts de conception apparaissent sur la surface sous l’effet du tranchant d’un outil. Ils se présentent sous forme grossière et sous forme fine. Les formes grossières sont constituées d’écarts de forme et de position et les formes fines, d’ondulations et de rugosité :

  • Forme : Écarts sur de longues périodes ou écarts non cycliques
    Causes possibles : erreur dans le guidage de la machine-outil, mauvais serrage de la pièce, usure irrégulière.
  • Ondulations : Structure de la surface avec des intervalles d’irrégularités plus longs.
    Causes possibles : vibrations de la machine-outil, pièce, outils durant le processus de fabrication
  • Rugosité : Irrégularités avec intervalles courts
    Causes possibles : marques d’outils de coupe, granulométrie de la meule.

Chaque processus de production a un impact sur la qualité de la surface et entraîne ainsi l’apparition d’une rugosité. Cependant, afin de garantir la qualité des composants fabriqués, la qualité d’une surface est définie par ce que l’on appelle la valeur de rugosité. La rugosité effective d’un composant est établie en mesurant un profil de surface à l’aide d’un appareil de mesure de rugosité.
Il convient à ce propos de souligner que, d’après le processus de fabrication, seules certaines valeurs de rugosité peuvent être atteintes. C’est pourquoi celles-ci sont définies spécifiquement selon la fabrication. Cela signifie que les valeurs de rugosité sont définies selon le processus de fabrication. La rugosité moyenne arithmétique « Ra » est, par conséquent, indiquée en µm selon le processus de fabrication.

Les facteurs influant sur la qualité de la surface sont les suivants :

  • Traitement:
    • Conditions de coupe (profondeur de coupe ou vitesse de coupe)
    • Outils (angle de coupe, inclinaison, angle d’attaque)
    • Type d’usinage (rotation, meulage, fraisage)
  • Matériau (texture)
    • Stabilité de la pièce
    • Lubrifiant réfrigérant
    • Propriétés d’usinage des matériaux

Applications

Les propriétés des surfaces peuvent avoir un impact sur le comportement mécanique, électrique ou chimique de la pièce. La qualité des surfaces est largement tributaire de leur rugosité. Techniquement, il est important de déterminer la rugosité d’une surface. Le contrôle de la rugosité offre des possibilités d’optimisation. De nombreuses industries peuvent ainsi bénéficier du contrôle des surfaces au moyen d’instruments de mesure de la rugosité, par exemple :

  • Technologie médicale :
    En respectant une rugosité de surface spécifique, un implant dentaire prend, par exemple, rapidement racine sur la mâchoire. Il en est de même pour les endoprothèses. Comme une prothèse est en contact direct avec les tissus environnants, sa texture de surface revêt une importance particulière. C’est pourquoi les fabricants d’implants s’efforcent de préparer leurs produits de la manière la plus optimale possible à l’aide de traitements de surface appropriés à l’application.
  • Industrie automobile :
    Une faible rugosité de surface sur des groupes motopropulseurs réduit le frottement et peut ainsi minimiser au maximum la perte d’énergie causée par la friction. Avec des exigences élevées en termes d’efficacité, les exigences relatives aux surfaces des tourillons présents sur les vilebrequins augmentent également. Avec un système Start and Stop, qui coupe et rallume automatiquement le moteur, les surfaces des tourillons sont, par exemple, soumises à de fortes contraintes. Une faible rugosité de surface réduit ici l’usure. Pour les moteurs électriques, la rugosité de surface joue également un rôle dans la réduction du bruit. La planéité de surface la plus importante possible est ici requise. C’est pourquoi il convient de s’assurer de la qualité de la surface par la mesure de la rugosité. .
  • Électronique et semi-conducteurs :
    Les micropuces doivent être toujours plus petites, plus rapides et plus performantes. Ce défi requiert le respect des tolérances géométriques pour les différents composants, comme la coplanarité, la distance, la déformation et les volumes ainsi que les paramètres de rugosité qui exigent une très haute résolution à l’échelle nanométrique et sont donc généralement mesurés avec des systèmes de mesure de surface optiques.

Nous proposons des instruments de mesure de rugosité et de contours ainsi que des instruments combinant mesure de rugosité et de contours pour les applications les plus diverses. Avec notre moteur de recherche produit, vous trouverez facilement et rapidement l’instrument de mesure parfaitement adapté à vos besoins.
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Méthodes de mesure

Mesurer la rugosité permet d’évaluer la fonction d’une pièce, sa texture et son usure. Pour contrôler la texture de surface d’une pièce, différentes méthodes de mesure de la rugosité sont appliquées qui peuvent être réparties grossièrement en méthodes subjectives et objectives :

  • Les méthodes subjectives comprennent un contrôle visuel et tactile par palpation et observation de la pièce. Le contrôle visuel est également souvent la première étape avant d’utiliser un appareil de mesure de rugosité. Comme le contrôle visuel est principalement réalisé par des humains, il est se traduit ainsi par un mauvais rendement par rapport aux contrôles automatisés. Les raisons en sont par ex. une variation de la concentration, la pression de rendement, la fatigue, les conditions environnementales, etc.
  • Des appareils de mesure tactiles ou optiques sont principalement utilisés comme méthodes objectives pour mesurer la rugosité des surfaces.
    Les méthodes de mesure permettent une évaluation en 2D ou 3D (topographie) selon le système de mesure. Les données de mesure peuvent être enregistrées, sauvegardées et analysées et se prêtent à des évaluations statistiques.

La méthode du stylet sert à mesurer et à décrire la rugosité d’une surface. Pour la méthode du stylet, une pointe de palpeur est utilisée à une vitesse constante sur la surface d’une pièce. Avec une technique de mesure tactile, le capteur de l’appareil de mesure de rugosité balaie la surface point par point. Avec des valeurs allant du nanomètre au micromètre, la précision des systèmes de mesure tactiles mesurant la rugosité est très élevée. Ils sont pour la plupart faciles d’utilisation et délivrent des valeurs de mesure fiables. Cependant, ils ne sont pas adaptés aux surfaces molles et souples. En effet, il est impossible d’éviter une détérioration de la surface avec des instruments de mesure de rugosité tactiles. C’est pourquoi les procédés de mesures optiques, tridimensionnels qui mesurent les surfaces sans contact et ainsi sans détérioration sont de plus en plus courants.

Procédé de mesure pour rugosimètres

Le procédé exact pour mesurer la rugosité d’une surface avec un instrument de mesure de surface tactile est décrit dans la norme ISO 4288 : 1996. Pour effectuer la préparation des mesures de rugosité, nous vous conseillons de procéder comme suit :

  1. Nettoyez la pièce et positionnez-la de manière stable.
  2. Le système de mesure doit être calibré et le bon bras de palpage doit être installé.
  3. Placez la pièce de sorte à ce que la surface soit perpendiculaire à l’axe du palpeur et que les sillons de la structure de la surface soient perpendiculaires au sens de la mesure.
  4. Si le filtre profilé λc et la distance de mesure ne sont pas définis pour mesurer les paramètres de rugosité, vous pouvez sélectionner les paramètres en fonction du tableau.
  5. Définissez le filtre profilé requis (λc et λs pour la rugosité). (Il s’agit généralement du filtre gaussien)
  6. Sélectionnez les paramètres de surface requis.
  7. Déterminez les mesures et les valeurs de mesure.
  8. Comparez les résultats de mesure avec les valeurs numériques fiables indiquées dans la documentation technique.
Tableau : Identifier votre pointe de stylet pour mesurer de surface

Conformément à la norme DIN EN ISO 4288, le profil de rugosité doit être mesuré sur 5 sections de mesure individuelles. La plupart des caractéristiques de rugosité comme, par exemple, la valeur arithmétique de rugosité moyenne (Ra), la profondeur de rugosité moyenne (Rz) ou la profondeur de rugosité maximale (Rmax) sont calculées sur une section de mesure individuelle. Les valeurs caractéristiques comme la proportion de matériau (Rmr) ou la hauteur totale du profil de rugosité (Rt) sont prises en compte sur l’ensemble du profil de rugosité.

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Définition des sections de mesure

  • Section de mesure individuelle (lr) : la longueur d’une section de mesure individuelle est numériquement égale à la longueur d’onde limite supérieure (lr = λc, lw = λf).
  • Section de mesure (ln) : la section de mesure (ln) correspond à la somme des sections de mesure individuelles (l). Elle contient au moins une section de mesure individuelle, mais normalement elle en comporte cinq.
  • Section de balayage (lt) : section couverte tout au long du processus de mesure d’un système de balayage. Elle est constituée de la section de mesure pendant, avant et après le fonctionnement (section de vibrations et de temporisation du filtre), ce qui correspond à une section de mesure complète ou à la moitié d’une section de mesure individuelle. Avec des systèmes de mesure de très haute précision jusqu’à un tiers de la section de mesure individuelle.
Dessin technique mesure de surface : longueur d'echantillonnage et longueur d'evaluation

Paramètres des conditions de surface

Contrairement aux mesures dimensionnelles telles que les longueurs, la mesure de rugosité d’une surface n’est pas clairement définie. Il existe ainsi différentes valeurs de mesure de rugosité pour évaluer la qualité d’une surface, qui sont représentées sous forme d’abréviations sur les plans de conception. Les caractéristiques de rugosité ou les paramètres de rugosité les plus importants selon la norme internationale DIN EN ISO 4287 qui utilise la méthode du stylet classique sont :

  • Ra : ce paramètre de rugosité appliqué internationalement est défini comme valeur moyenne arithmétique des valeurs absolues des écarts du profil à l’intérieur de la section de référence.
  • Rmr(c) : la proportion de matériau (en pourcentage) du profil est déterminée par le quotient de la somme des longueurs de matière des éléments du profil à l’intérieur de la hauteur de coupe spécifiée c (en μm) et de la section de mesure ln.
  • RSm : la largeur du sillon indique la valeur moyenne de la largeur des éléments du profil Xs. Des seuils de comptage horizontaux et verticaux sont définis pour effectuer l’évaluation.
  • Rt : l’abréviation désigne la « hauteur globale du profil de rugosité » et correspond à la somme de la hauteur Zp de la plus grande pointe de profil et de la profondeur de la plus grande vallée du profil, Zv à l’intérieur de la section de mesure ln.
  • Rzi : le paramètre de rugosité désigne la hauteur maximale du profil de rugosité et correspond à la somme de la hauteur de la plus grande pointe de profil et de la profondeur de la plus grande vallée de profil, Zv à l’intérieur de la section de mesure individuelle lri.
  • Rz1max : il s’agit de la profondeur de rugosité maximale et ainsi de la plus grande des cinq valeurs Rzi sur les cinq sections de mesure individuelles lri à l’intérieur de la section de mesure.
  • Rz : la profondeur de rugosité moyenne est définie par la valeur moyenne des cinq valeurs Rzi sur les cinq sections de mesure individuelles lri à l’intérieur de la section de mesure.
Dessin technique mesure de surface : Profil par stylet et filtre gaussien

Pour choisir le bon paramètre, il faut tenir compte de nombreux aspects, que vous n’avez peut-être pas tous en tête. Notre affiche au format DIN A0 où sont notés les paramètres de surface fournit un aperçu pratique pour votre salle de métrologie. Vous pouvez commander cette affiche ici gratuitement.

Facteurs influant sur les résultats de mesure

Lorsque vous mesurez la rugosité d’une surface, plusieurs facteurs peuvent avoir un impact sur le résultat de mesure. Ils peuvent être résumés comme suit :

  • Environnement (facteurs environnementaux lors de la production) : les variations de température peuvent, par exemple, influer sur le résultat d’une mesure de rugosité. L’humidité de l’air peut également affecter le résultat d’une mesure.
  • Stratégie de mesure, comme par ex. choix de la méthode de mesure et du palpeur.
  • Facteur humain : l’expérience des techniciens de mesure a également des répercussions sur le résultat de mesure.
  • Objet de mesure : quel est le degré de propreté de la surface ?
  • Instrument de mesure : plus l’instrument de mesure de rugosité est facile à utiliser, moins les mesures seront sujettes à des erreurs. De plus, le choix de l’instrument de mesure de rugosité peut améliorer la précision comme, par exemple, pour la série SURFCCOM avec son entraînement linéaire qui réduit considérablement les vibrations et offre une très haute précision de positionnement.

Les différents facteurs influant sur les mesures de l’état de surface sont décrits plus en détail dans notre Guide de mesures de l’état de surface, que vous pouvez télécharger gratuitement.