Mesurer de plus longues distances avec une grande précision

Je suis présentement impliqué dans la fabrication de structures en acier de l'ordre de 5 à 50 pieds de long. Actuellement, nous mesurons ces structures avec des rubans à mesurer commerciaux de jardin. La plupart du temps, nous travaillons avec une tolérance d'environ +/- 1/16 "et nous n'avons aucun problème. Récemment, nous essayons de fabriquer certains articles avec une tolérance très élevée (au moins +/- 1 / 32 ", approchant 1/64" ou .016 ") Cette tolérance est due à des critères visuels et non mécaniques, mais elle reste très importante pour notre management.

Ma question est, comment pouvons-nous mesurer de manière fiable ces sortes de distances avec ce niveau de précision? Je suis prêt à commander des rubans à mesurer traçables NIST, mais je ne sais pas s'ils vont vraiment améliorer la situation. Y a-t-il d'autres technologies ou techniques qui pourraient être appliquées dans un contexte de fabrication? Existe-t-il des outils d'arpentage suffisamment précis pour résoudre le problème? Le coût est évidemment un facteur, mais nous nous soucions plus de la répétabilité et de la robustesse que du prix.

Je me rends compte que cette tolérance semblera ridicule pour la plupart, mais j'imagine que certaines autres industries peuvent avoir à fonctionner de la même manière, peut-être de gros moteurs pour les navires ou les composants de centrales électriques.

— Ethan48
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Les emplacements des sondes spatiales à la périphérie du système solaire sont mesurés avec une précision de plusieurs cm ... cela dépend donc du montant que vous êtes prêt à investir et de la précision que vous souhaitez atteindre.

— SF.

Réponses:

Obtenir ce genre de précision sur cette échelle n'est pas anodin et ne sera probablement pas bon marché.

Pour une taille plus petite jusqu'à quelques mètres, une MMT portable serait une option ( voici un exemple ). Ceux-ci ont une précision de l'ordre de 10 m et sont utilisés pour des choses comme la fabrication de voitures haut de gamme / F1. $\mu$

Cependant, les instruments de type CMM ne seraient pas utiles pour quelque chose de plus de quelques mètres car ils sont limités par la longueur du bras et doivent être fixés en place lors de la mesure pour obtenir un résultat sensible. Pour les pièces plus grandes, l'option la plus performante serait une sorte de tracker laser ( exemple ). Celles-ci ont également une très bonne répétabilité (~ 20 m). $\mu$

Les versions que j'ai vues sont des interféromètres à décalage de phase, qui tirent un laser sur un rétro-réflecteur dans une boule métallique placée à la surface. Ils sont utilisés par des gens comme Boeing / Airbus pour vérifier les tolérances sur la fabrication des avions.

Ce ne sont pas bon marché, les trackers laser coûtent environ 80 000 $. Les télémètres laser d'arpentage conventionnels sont beaucoup moins chers, mais je ne suis pas sûr qu'ils auraient une précision appropriée.

— nivag
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Le MMT portable que vous avez indiqué est également limité par la longueur du bras. Vous pouvez le déplacer, mais il n'est utile que lorsque le bras est immobile. Vous commencez à le déplacer entre les mesures de la même pièce et vous allez avoir des lectures inutiles.

— Trevor Archibald

Merci Nivag, je pense que c'est peut-être le genre de chose que nous recherchons. @TrevorArchibald alors dites-vous que nous aurions besoin de mettre l'outil en position stationnaire, contre une sorte de surface de référence et de toujours prendre nos mesures à partir de là? Ce n'est pas idéal, mais cela pourrait être fait.

— Ethan48

@ Ethan48 Oui, c'est ainsi que fonctionne le bras Faro. Il est toujours assez portable, il n'a pas besoin d'être calibré à chaque fois que vous le déplacez, mais il fait tous ses calculs en référence à sa base, donc si la base bouge, vos mesures sont désactivées.

— Trevor Archibald

@TrevorArchibald Oui, c'était mon point. En le relisant, ce n'était pas très clair. Va éditer.

— nivag

Même le meilleur ruban à mesurer métallique est susceptible de subir une dilatation thermique importante sur de grandes distances.

Essayez plutôt un appareil de mesure laser («ruban à mesurer électronique»): http://www.engineersupply.com/Laser-Measurers.aspx

La mesure de distance au laser, des plaques plates fixées à l'objet et certaines cales d'épaisseur connue devraient être tout ce dont vous avez besoin pour localiser précisément quelque chose sur une grande distance.

— user2790167
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Merci! Nous utilisons certainement des bandes laser pour de très longues distances, mais pour autant que je sache, même un Leica ne promet que +/- 0,040, ce qui n'est pas beaucoup plus précis que ce que nous obtenons avec une bande. L'expansion thermique devient définitivement importante ici. Heureusement, la température est assez bien régulée dans notre boutique, donc elle pourrait être gérable. J'ai lu que le coefficient de dilatation thermique est de 6,7 x 10 ^ -6, ce qui signifie, je pense, 0,004 "par degré sur 50 '. Plus important encore, car le ruban et la structure sont en acier (et orientés dans la même direction) ne le feraient pas" t se développent-ils de la même façon? Est-ce une déclaration naïve?

— Ethan48

S'ils sont tous les deux des nuances d'acier similaires, ils devraient se développer en quantités très similaires. Je suis d'accord avec votre nombre de ~ 0,004 "/ degré F. Si les appareils laser ne sont pas assez précis, tout ce à quoi je peux penser est une sorte d'expérience folle de Fizeau faite à l'envers.

— user2790167

Oui, c'est le meilleur que j'ai trouvé jusqu'à présent, mais évidemment pas très pratique. D'après ce que je comprends, c'est ainsi qu'ils calibrent les bandes maîtres en premier lieu.

— Ethan48

Comment pouvez -vous savoir quelle est la précision / erreur de vos mesures?

— SF.

@SF, je ne le sais pas dans un sens traçable, mais nous avons vérifié une sélection de bandes par rapport à une norme de 15 "micromètre, et également les unes contre les autres sur de gros morceaux d'acier pour avoir une idée globale.

— Ethan48

Pour une grande précision sur de longues distances, il est typique d'utiliser des techniques d'arpentage générales. Vous utilisez une station totale ( comme celle-ci ) qui vous donnera une précision de 1,5 mm en un seul coup. Ce n'est pas un ruban à mesurer laser. Des réglages / lectures répétés avec quelques corrections statistiques devraient vous permettre de descendre facilement en dessous de 1 mm. Notez également que ceux-ci sont immunisés contre l'expansion thermique de toute bande, mais bien sûr le sujet le sera. Cela aussi peut être autorisé, bien qu'avec une compensation mathématique.

La bonne chose est que vous n'avez pas à acheter une station totale. Vous pouvez le louer pour quelques jours. Mieux encore (en fonction du budget), vous pouvez demander à un enquêteur de le faire pour vous. C'est peut-être la voie à suivre compte tenu de l'expérience requise pour utiliser ce type de kit. Il faudra un débutant par jour juste pour le tenir avec précision au-dessus d'une marque. Je pense que la précision que vous demandez peut être obtenue à un coût raisonnable.

— Paul Uszak
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OK, intéressant. Donc, l'instrument lui-même est bon à environ la tolérance de 1/16 "que j'essaie de battre, mais vous dites qu'avec plusieurs mesures, il existe des moyens d'obtenir plus de précision?

— Ethan48

@ Ethan48 Oui. C'est la même chose que de mesurer la longueur d'un cigare. Répétez la mesure 10 fois et faites la moyenne. Vous obtiendrez une meilleure précision que celle d'une seule mesure. Une fois, j'ai passé une journée entière sur une montagne à prendre 100 lectures avec quelque chose qui ressemble à ce kit.

— Paul Uszak

Votre problème sera la technique et l'expérience. La station totale est très compliquée et, selon toute vraisemblance, ne peut pas être configurée pendant la fabrication. Il devra être compensé. Cela conduit à un délestage de la géométrie et des techniques de dispersion des erreurs. Vous pourriez obtenir quelque chose comme une amélioration de la précision racine (n) où n est le nombre de lectures (tours). Il y a ensuite la possibilité de mouvements thermiques de la fabrication. Il vaudrait peut-être mieux faire venir un gars pour une journée.

— Paul Uszak

Ouais, je suis tout pour amener quelqu'un avec les connaissances. J'avais cru comprendre que les méthodes statistiques pouvaient accroître la confiance dans une mesure, mais pas réellement augmenter la précision, mais ce n'est pas vraiment un domaine que j'ai étudié.

— Ethan48