La cylindricité est la déviation d'une surface cylindrique mesurée par rapport à un cylindre circulaire parfait. En d'autres termes, la cylindricité exprime l'écart entre la surface réelle de l'objet et celle d'un cylindre idéalement droit, dont l'axe est perpendiculaire à chaque section circulaire de celui-ci. Les méthodes de mesure de la cylindricité reposent sur l'acquisition de coordonnées extraites de la surface mesurée, généralement sous la forme d'une représentation numérique des points de contact sur la surface. Cette représentation peut être exprimée sous forme de coordonnées r(θ, z), où la coordonnée z est la distance par rapport au plan de référence et θ est l'angle autour de la circonférence, selon une direction définie.

En pratique, la mesure de la cylindricité repose sur l'extraction de données à partir de points sur la surface, et la déviation cylindrique se calcule en fonction des différents types de cylindres de référence, tels que le cylindre des moindres carrés (LSCY), le cylindre minimum zone (MZCY), le cylindre circonscrit minimum (MCCY) et le cylindre inscrit maximum (MICY). Ces différentes méthodes sont régies par les normes ISO 12180-1:2011 et ISO 12180-2:2011. La déviation cylindrique, souvent notée ΔC ou CYL, indique la variation entre le profil réel de l'objet et le cylindre de référence choisi. Par exemple, CYLt(MZCY) = 8 µm signifie que la déviation totale de la cylindricité, mesurée par rapport au cylindre minimum zone, est de 8 micromètres.

De manière similaire à la mesure de la rondeur, la mesure de la cylindricité nécessite l'extraction d'informations concernant la surface de l'objet en question, que ce soit pour une section radiale de l'objet, considérée alors comme une mesure de rondeur, ou pour une surface parallèle à l'axe du cylindre, ce qui correspond à une mesure de rectitude. Dans ce dernier cas, l'extraction des coordonnées se fait le long de l'axe du cylindre pour obtenir une représentation complète de la forme cylindrique.

En ce qui concerne la mise en œuvre pratique des mesures cylindriques, il est souvent difficile d'obtenir une couverture complète de la surface cylindrique avec une densité suffisante de points. Dans ces cas, des stratégies d'extraction limitées sont utilisées, telles que l'extraction d'un profil de rondeur ou de rectitude, permettant ainsi de recueillir des informations spécifiques concernant la forme cylindrique. Une approche plus systématique et précise peut être obtenue grâce à l'utilisation de la tomographie à rayons X (XCT), qui permet de mesurer la forme cylindrique avec une plus grande couverture et une meilleure distribution des points.

Le terme « testeur de forme » désigne l'instrument utilisé pour mesurer les écarts de forme d'un objet. Les testeurs de rondeur, par exemple, sont souvent classés selon qu'ils utilisent une sonde fixe et une pièce rotative ou une sonde rotative et un objet fixe. La méthode la plus courante repose sur un travailleur rotatif, comme le montre la Figure 7.40. Le cœur de l'instrument est une table rotative capable de fonctionner avec une précision radiale et axiale inférieure à 0,1 µm, permettant une rotation lente de quelques tours par minute. La mesure des écarts de forme est réalisée à l'aide d'une sonde inductive. Dans ce type de système, il est essentiel que l'objet soit parfaitement centré et, dans le cas des mesures de rectitude ou de cylindricité, que l'objet soit également de niveau. Certains instruments de mesure permettent de centrer et de niveler automatiquement la pièce. En mode CNC, certains testeurs de forme peuvent effectuer des séquences de mesures programmées et fonctionner de manière autonome une fois la pièce positionnée et alignée.

Les instruments de mesure de la forme sont également utilisés pour l'évaluation de la texture de surface, qui est un aspect essentiel de l'analyse dimensionnelle. La topographie de la surface, qui représente l'ensemble des irrégularités géométriques d'une surface à une échelle donnée, doit être distinguée de la texture de surface proprement dite. La texture de surface ne comprend que les irrégularités géométriques qui ne contribuent pas à la forme globale de la pièce. Ces irrégularités sont divisées en différentes catégories selon leur longueur d'onde : la rugosité, les ondulations et la forme. Les filtres S et L sont utilisés pour éliminer respectivement les irrégularités de petite et de grande longueur d'onde, afin d'obtenir une évaluation précise de la texture de surface.

Pour mesurer ces irrégularités, des profils tels que le profil de rugosité (R) ou le profil d'ondulation (W) sont utilisés. Le profil de rugosité filtre les longueurs d'onde courtes et longues à l'aide des filtres S et L, tandis que le profil d'ondulation limite les irrégularités de courte longueur d'onde. Ces mesures permettent de déterminer les caractéristiques fines de la surface, qui peuvent avoir un impact direct sur les performances de la pièce en fonctionnement.

Il est important de souligner que la précision de ces instruments et des mesures qu'ils fournissent dépend largement de la mise en œuvre correcte de l'alignement et du centrage des pièces, ainsi que du choix des critères de référence appropriés pour chaque type de mesure. Ces paramètres sont cruciaux pour obtenir des résultats fiables et significatifs, en particulier dans des secteurs où la précision dimensionnelle est critique, comme dans l'aérospatiale, l'automobile ou la fabrication de précision.

Comment mesurer la texture de surface le long d’un profil : principes et instruments

La mesure de la texture de surface le long d’un profil est un domaine essentiel en métrologie dimensionnelle. Selon la norme ISO 25178-601:2025, plusieurs critères de conception et caractéristiques d’un instrument sont à prendre en compte, en particulier pour les systèmes utilisant une sonde de type LVDT (Dispositif à déplacement linéaire variable). Les caractéristiques clés d’une telle sonde sont les suivantes : un rayon nominal de la pointe de 2 µm, 5 µm ou 10 µm, un angle du cône γ de 60° ou 90°, et une force de mesure statique nominale de 0,75 mN. Cette combinaison de rayon de pointe et de force de mesure est choisie de manière à ce qu'aucune rayure significative ne soit produite sur des matériaux durs comme l’acier, bien que des traces puissent apparaître sur des matériaux plus tendres tels que l’aluminium.

L’unité de conduite de l’instrument contient généralement une échelle linéaire permettant d’enregistrer la position x et de fournir une référence pour un mouvement linéaire dans la direction x. La plage x peut varier de 20 mm pour des instruments portables à 200 mm pour des instruments de laboratoire. Cependant, la vitesse de mesure est limitée par la dynamique de la sonde : une vitesse trop élevée pourrait provoquer un phénomène de "vol de stylet", où la sonde perd contact avec la pièce à mesurer. Ainsi, une force plus grande peut être appliquée pour les stylets de 5 µm et 10 µm de rayon. La plage z peut être limitée à la région submillimétrique pour permettre une amplification suffisante du signal de la sonde LVDT, ce qui peut nécessiter un alignement précis de la surface de la pièce avec le mouvement x de l’unité de conduite. En conséquence, l’unité de conduite peut être tournée autour de l’axe y, ou le dispositif de fixation peut inclure un système d'inclinaison pour compenser ces ajustements.

Il existe également des alternatives à la sonde LVDT, comme des sondes équipées d’une échelle linéaire interne ou même d’un système d’interféromètre laser interne, qui peuvent étendre la plage de mesure. Ces instruments peuvent également combiner la mesure de la texture de surface avec des mesures de forme. En raison de la vitesse de mesure relativement lente (environ 1 mm/s), ces instruments sont rarement utilisés pour des mesures surfaciques. Cependant, si une table équipée d’un axe y est présente, des mesures surfaciques peuvent être effectuées en déplaçant cette table par petits incréments après chaque mesure de profil. Dans ce cas, la mesure surfacique consiste en une série de mesures de profil connectées par un cadre de mesure commun.

Un autre avantage d’une table à axe y est qu’elle permet d’évaluer différentes zones d’une pièce sans avoir besoin de toucher, déplacer ou réaligner la pièce. C’est une solution souvent utilisée dans des contextes industriels où la répétabilité et la précision sont essentielles. Ces instruments sont aussi courants dans les tests de rugosité manuels, qui peuvent être directement placés sur la pièce à mesurer et afficher les résultats sur un écran.

Les instruments de mesure optiques, utilisés pour des scannages latéraux, se distinguent des instruments mécaniques en ce que la surface de la pièce n'a pas besoin d'être physiquement touchée. Ils permettent d'obtenir des signaux à une vitesse beaucoup plus élevée. Les sondes optiques telles que la sonde chromatique confocale, ou le capteur de points confocaux, offrent ainsi un avantage notable en permettant une acquisition de données opto-électroniques. Cette méthode est très rapide et peut s’appliquer aussi bien aux mesures de profils qu’aux mesures surfaciques, comme le décrit l’ISO 25178-602:2025 et l’ISO 25178-605:2025.

L’utilisation d’un système optique est particulièrement utile lorsque l’on souhaite mesurer des surfaces sans contact, éliminant ainsi les risques de rayures et de dommages à la surface de la pièce. En outre, la rapidité des instruments optiques permet de réaliser des mesures plus efficaces, bien qu’ils présentent des défis techniques, tels que la gestion des pixels manquants ou des effets de diffraction. Des systèmes de mesure basés sur des microscopes à balayage vertical, combinant un objectif microscopique et des technologies d’interférométrie, permettent de réaliser des topographies de surface avec une grande précision. Les caractéristiques des objectifs microscopiques, comme la résolution latérale et la limite de période latérale, sont cruciales pour les applications de métrologie. La résolution, en particulier, est déterminée par l’aperture numérique de l’objectif et la longueur d’onde de la lumière utilisée, et ces paramètres influencent directement la capacité de l'instrument à discerner des détails fins sur la surface mesurée.

Les objectifs à interférences, comme ceux utilisés en microscopie confocale, sont capables de distinguer des détails sur de petites échelles, même lorsque des variations minimales de surface sont présentes. Cependant, il est important de prendre en compte les effets de diffraction et les valeurs de hauteur excessivement grandes qui peuvent apparaître sous forme de pics ou de vallées artificielles dans les données, causées par des signaux optiques trop forts ou trop faibles. Cela peut entraîner des erreurs dans l’interprétation des résultats, ce qui rend nécessaire un contrôle précis des conditions de mesure.

En somme, la technologie de mesure de la texture de surface continue de se développer grâce aux avancées dans les sondes mécaniques et optiques. Le choix de l’instrument dépendra des spécifications de la pièce à mesurer, de la résolution souhaitée, et de la vitesse de mesure nécessaire. Cependant, il est crucial de comprendre que chaque technologie présente des limites et que l’interprétation des données doit tenir compte des spécifications techniques de l’instrument utilisé, notamment la gestion des erreurs et des artefacts pouvant survenir lors des mesures optiques.

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