Quatre regards sur la métrologie 4.0

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Au moment où l’industrie du futur prend son essor, l’univers de la métrologie est en plein bouillonnement. Les progrès technologiques des systèmes optiques de mesure sans contact, la connectivité croissante des équipements de l’usine et la diffusion des solutions big data rencontrent les nouveaux besoins des industriels, qui intègrent l’impression 3 D dans leurs process et veulent gagner en réactivité et en efficacité avec un contrôle intégré à la ligne de production. À la clé, de nouveaux défis à relever pour construire la métrologie 4.0. Quatre acteurs du secteur nous livrent leur analyse.

S’appuyer sur les robots

Un simple capteur tenant au bout d’un bras robotisé. Voilà le standard de demain, selon Cyril Aujard, le directeur de la division métrologie du fabricant allemand Zeiss. Les robots sont appelés à se multiplier dans l’usine. Alliés aux technologies de mesure optique, aisément embarquables, ils pourront remplacer les lourdes machines de mesure dimensionnelle par contact. Mais pour y parvenir, les robots doivent encore s’améliorer. « Aujourd’hui, un robot sait se positionner au centième près, mais pas au micron, la norme en métrologie », pointe Cyril Aujard. Cette imprécision des mouvements des robots nécessite d’être corrigée par la mesure de sa position, en attendant les avancées des roboticiens. Faciliter l’usage des robots de mesure est un autre défi. Zeiss y répond en utilisant la technologie de la pépite française Vecteo : un algorithme qui génère depuis le modèle CAO de la pièce la trajectoire de mesure du robot, et ce, en quelques minutes alors qu’un programmateur humain mettra huit heures à le faire pour une porte de voiture. Dès lors, le client n’a plus besoin de compétences en robotique et peut solliciter son robot de mesure pour davantage de pièces différentes. « Le robot représente pour notre métier une plate-forme évolutive qui devrait, à terme, pouvoir tout faire », fait valoir Cyril Aujard. Dans sa ligne de mire : un robot capable d’effectuer par rayon X un contrôle des dimensions d’une pièce et des matériaux qui la composent.

Passer à la « smart metrology »

Embarquer sur de nouvelles montures, s’adapter aux nouveaux procédés de fabrication, capter les données pour optimiser les process, ces évolutions ne sont-elles pas vaines si la mesure n’est pas juste ? Une objection portée par Jean-Michel Pou, l’ambassadeur de l’Alliance industrie du futur en région Auvergne Rhône-Alpes et président-fondateur de la société de logiciels de métrologie DeltaMu. « Aujourd’hui, pour garantir la fiabilité du contrôle, nous étalonnons les instruments de mesure, mais cela ne nous permet pas d’assurer que nos incertitudes sont conformes à la tolérance requise, puisque d’autres facteurs jouent, comme la rigueur de l’opérateur, la température…, explique-t-il. Cela nous oblige à faire de la sur-qualité, avec un surcoût pour l’industriel et pour ses clients. » Jean-Michel Pou plaide donc pour le développement de la smart metrology, ou métrologie intelligente. « Grâce à la connectivité et à l’intelligence artificielle, nous allons pouvoir créer des instruments de mesure intelligents, qui connaîtront l’environnement dans lequel ils prennent leurs mesures, la matière et les caractéristiques de la pièce afin d’adapter leur contrôle à la réalité », estime-t-il. Avec deux laboratoires de recherche et deux industriels, DeltaMu vient de lancer un projet de recherche pour développer « le GPS de l’instrument de mesure ». Et ainsi réduire au maximum les incertitudes de mesure.

S’adapter à la fabrication additive

Parce qu’elle permet de produire des pièces d’une complexité inédite mais aussi personnalisables, la fabrication additive est un défi pour la métrologie. « Pour vérifier des pièces imprimées en 3 D, le contrôle de surface ne suffit pas, il nous faut également des méthodes de contrôle volumique », souligne Anne-Françoise Obaton, ingénieur de recherche en métrologie pour la fabrication additive au Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE). Le procédé de référence existant, la tomographie par rayon X, a ses limites. « Cette méthode est longue, très coûteuse et génère des fichiers extrêmement lourds, relève Anne-Françoise Obaton. Les industriels nous demandent donc de développer des méthodes alternatives. » En réponse, le LNE planche sur une méthode recourant aux ondes térahertz avec le laboratoire IMS de Bordeaux. Autre enjeu : contrôler l’impression en temps réel. Aujourd’hui, seul le constructeur EOS propose un contrôle par imagerie du comportement de fusion. Mais les images ne montrent pas tout. Le LNE travaille donc avec le CEA-List sur un contrôle en ligne par ultrason laser. De la R & D qui ne les empêche pas de penser à l’étape d’après : permettre en direct l’autocorrection de l’imprimante.

Valoriser le flux de données

La métrologie crée toujours plus de données. D’un côté les nouvelles techniques optiques enregistrent des mesures non plus sur quelques points, mais sur toute la surface de la pièce ; de l’autre, les industriels tendent vers un contrôle exhaustif des pièces et multiplient les contrôles en ligne. De quoi transformer le rôle des métrologues, selon Mustapha El Bouchouafi, le directeur général d’Hexagon Manufacturing Intelligence France. « En donnant du sens à ces données, nous pouvons faire de la métrologie un pilier de l’usine 4.0. » Le fabricant suédois d’outils de mesure a racheté en 2015 un leader dans les solutions logicielles, Q-Das. « Avec Q-Das, nous sommes capables de fournir des caractéristiques sur les pièces, mais aussi sur les équipements de mesure et sur la performance de la chaîne de production », précise Mustapha El Bouchouafi. Et ainsi de dire à un client comment optimiser ses procédés d’usinage par exemple. Récemment, Hexagon a aussi mis la main sur MSC Software, un éditeur de logiciels de simulation 3 D. L’objectif : se servir des données réelles pour anticiper numériquement les améliorations possibles des procédés de production. Du contrôle, la métrologie peut évoluer vers l’aide à la décision…