Comment mesurer la planéité : Un guide simple pour les professionnels

Qu’est-ce que la planéité ?

La planéité est une mesure de la forme d’une surface qui indique si tous les points de cette surface se trouvent dans le même plan. Symbolisée dans le tolérancement dimensionnel et géométrique (GD&T) par un parallélogramme, la planéité est particulièrement utile lorsque deux surfaces doivent être assemblées pour former un joint étanche.

La tolérance de planéité est déterminée pour garantir qu’une surface donnée est située dans deux plans imaginaires, parfaits et parallèles. En d’autres termes, la zone de tolérance se situe entre les points acceptables les plus hauts et les plus bas du plan de la surface à mesurer.

Comment mesurer la planéité

La mesure de la planéité consiste à analyser une surface pour trouver en quoi elle n’est pas parfaitement plane. Pour ce faire, la première étape consiste à acquérir des points sur la surface qui vous permettront de trouver une enveloppe de deux plans parallèles qui incluent tous ces points. L’étape suivante consiste à trouver le plus petit sandwich possible de plans, quelle que soit leur orientation (car ces plans peuvent se déplacer librement dans l’espace). La distance entre les deux points les plus éloignés correspond à la planéité. Par conséquent, plus l’espace entre ces deux plans est étroit, plus le plan est plat.

Quelles sont les différentes méthodes d’essai pour mesurer la planéité ?

La jauge d’épaisseur et la jauge de hauteur sont deux outils de mesure traditionnels ; ils présentent certes un avantage en termes de coût et de facilité d’utilisation, mais l’exactitude de leurs mesures dépend fortement des manipulations de l’utilisateur, de la configuration et de l’environnement dans lequel les mesures sont effectuées.

La première méthode pour tester la planéité d’une pièce consiste à poser la pièce sur un marbre de la MMT avec une planéité prédéfinie. Ensuite, à l’aide d’une jauge d’épaisseur, composée de bandes d’épaisseurs déjà caractérisées, nous essayons d’insérer des bandes d’épaisseurs différentes sous la pièce. Comme nous savons qu’une surface, une fois positionnée sur le marbre, reposera de manière isostatique sur ses trois points les plus hauts, nous avons alors la possibilité de trouver sa planéité.

La même méthode de mesure est possible avec une jauge de hauteur munie d’un support d’indicateur à cadran. Une fois la pièce posée sur le marbre, il est possible de déterminer sa planéité en déplaçant le rubis sur la surface, en déterminant les points maximum et minimum. Comme expliqué précédemment, cette enveloppe correspond à la planéité de la surface.

L’avantage de ces deux instruments est qu’ils ne coûtent presque rien au-delà du prix de l’outil traditionnel lui-même, qui est généralement très abordable. Cependant, l’inconvénient de cette approche est que les valeurs maximales et minimales trouvées dépendent de l’endroit où l’utilisateur a déplacé la jauge sur la surface ; si la jauge n’est pas passée par les points correspondant aux points les plus hauts et les plus bas réels de la pièce, la planéité trouvée sera erronée. De plus, ces deux méthodes ne peuvent mesurer la planéité que dans les zones accessibles. Par exemple, la mesure d’un plan de 4 pi x 8 pi sur un marbre de MMT à l’aide d’une jauge de remplissage ne serait possible que sur le contour du plan et non au centre, car il n’existe pas de jauge de remplissage suffisamment longue pour atteindre le milieu d’une surface aussi grande.

Parmi les autres instruments permettant de mesurer la planéité, on trouve les MMT traditionnelles, les MMT portables, et les scanners laser 3D, mais les palpeurs tactiles posent le même problème que les instruments traditionnels. En effet, si les valeurs maximales et minimales sont mal identifiées, l’analyse sera faussée. Un scanner laser 3D, en revanche, balaie la totalité de la surface et acquiert donc une densité de points bien plus élevée, d’où une chance infiniment plus grande de mesurer les points les plus hauts et les plus bas possibles.

Pourquoi la planéité est-elle si importante ?

Lorsque nous disposons d’un modèle nominal (une CAO) et d’un nuage de points acquis par numérisation 3D, il s’agit de corréler les deux en enregistrant les données de numérisation avec le modèle CAO. Pour ce faire, nous pouvons utiliser des points de référence, qui sont des entités de référence. En métrologie, le plan est une entité largement utilisée pour enregistrer les points de mesure avec la CAO. En effet, lorsqu’une pièce doit être analysée pour comprendre ce qui ne va pas par rapport à la CAO, la métrologie utilise le plus souvent un alignement composé de trois plans.

Ainsi, une fois l’alignement plan-plan-plan obtenu, il est possible d’effectuer une colorimétrie pour déterminer si les entités sont au bon endroit et si la géométrie est correcte. Si ce n’est pas le cas, le programme d’usinage doit être ajusté.

Cependant, si l’enregistrement des données avec le modèle CAO est basé sur des surfaces censées être planes mais qui ne le sont pas, on se retrouvera dans une situation où les entités sont bien usinées sauf pour les surfaces de référence. Dans ce cas, un message d’erreur indiquera que tous les aspects de la pièce sont faux puisque les erreurs causées par les surfaces de référence seraient projetées sur l’ensemble de la pièce. Cela pourrait laisser croire que la pièce est mal fabriquée et qu’elle doit être rejetée, alors que ce ne sont que les entités de référence et d’alignement qui sont mal usinées. Dans ce cas, retravailler une ou deux surfaces peut contribuer à sauver la pièce du rebut, ce qui peut se traduire par d’énormes économies d’argent.

Par conséquent, lorsque l’on choisit des plans comme points de référence, il est toujours préférable de vérifier d’abord leur planéité, car cela permet d’éviter des problèmes majeurs. Ceci est valable pour les points de référence primaires, secondaires et tertiaires, qui doivent tous présenter une bonne planéité et perpendicularité. Cela garantit également que, si des erreurs sont constatées sur la pièce, il s’agira d’erreurs d’usinage et non d’erreurs projetées sur les entités d’alignement.

En bref, si les plans sont, probablement, les entités géométriques les plus populaires dans tous les alignements métrologiques, s’ils ne sont pas usinés correctement et présentent une mauvaise planéité, toutes les autres entités géométriques seront également mal positionnées.

Quand faut-il mesurer la planéité ?

La mesure de la planéité peut être effectuée dans le cadre du contrôle de la qualité pour inspecter des entités géométriques définies ou des prototypes afin de comprendre ce qui ne va pas dans une pièce. Cependant, il est possible que, pendant les premières étapes du prototypage, il y ait des problèmes plus importants à résoudre que la planéité. Une surface de meilleur ajustement pour contrôler la forme et une première colorimétrie pour identifier les problèmes majeurs pourraient suffire pour contrôler le prototype. Après tout, à ce stade précoce du développement, nous examinons principalement la forme générale de la pièce et nous nous assurons que tout est globalement correct.

Ce n’est qu’une fois ces premières étapes de prototypage terminées que nous pouvons déterminer quelles surfaces d’appui deviendront un point de référence primaire. Cette étape sera suivie d’un alignement et d’une deuxième colorimétrie pour vérifier le positionnement des surfaces les unes par rapport aux autres. Les données collectées et analysées lors de la seconde colorimétrie seront également importantes lors du contrôle de la qualité, car elles fourniront aux ingénieurs des informations intéressantes pour savoir si la pièce est assemblée correctement avec les autres pièces.

Lorsque deux pièces sont assemblées, il est important de choisir les bonnes surfaces de référence. En général, on choisit des surfaces qui seront en contact physique via des points d’appui. Dans le cas spécifique des plans d’appui, il devient crucial de contrôler leur planéité car la répétabilité du processus de fabrication va dépendre de la planéité de ces plans d’appui. Ainsi, les irrégularités apparaissant sur la colorimétrie sont un signal d’alarme indiquant que des erreurs réelles doivent être corrigées – et non des erreurs projetées, comme détaillé ci-dessus. Changer l’outillage et refaire le programme d’usinage seront alors nécessaires et justifiés.

Le pire qui puisse arriver est de modifier une pièce d’outillage alors que le problème identifié n’était qu’une erreur d’alignement sur une entité qui n’était pas plane ; dans ce cas précis, nous regrettons de ne pas avoir mesuré la planéité. Il est donc important de mesurer correctement la planéité, car les décisions prises sur les entités d’alignement peuvent avoir des conséquences coûteuses.

Par conséquent, la mesure de la planéité est importante pour les surfaces de support qui jouent un rôle structurel majeur dans la pièce. En revanche, si la surface n’est qu’esthétique et sera cachée plus tard par un morceau de plastique, le calcul de la planéité est, dans ce contexte, moins pertinent. L’importance dépend de l’application, du caractère fonctionnel de chacune des surfaces et du rôle que la pièce jouera dans l’assemblage final.