Uncertainty Estimation in Indirect Calibration of Five-Axis Machine Tools

La calibration de machine-outil est un processus critique qui vise à maintenir la précision de la machine et, par conséquent, la qualité d'usinage aux niveaux requis. Différentes méthodes de mesures et instruments sont utilisés pour acquérir l'information de la géométrie de la machine. Les résultats de calibration sont exploités pour corriger et compenser les erreurs de la machine. Ainsi, ils devraient être évalués par rapport à leur incertitude. Dans cette thèse, la méthode de calibration de l'artefact de l'échelle et des billes de référence (SAMBA) est estimée au travers de son incertitude. L'exécution de SAMBA nécessite de palper l'artefact non-calibré sous différentes indexations des axes de rotation de la machine et la barre d'échelle au moins une fois. Le calcul du centre des billes, introduit au sein du modèle cinématique de la machine, permet d'estimer les paramètres d'erreur géométrique de la machine (grandeur de sortie). La méthode proposée de l'estimation d'incertitude prend en compte que la calibration analysée a un modèle à entrées multiples et sorties multiples ainsi qu'une solution itérative. Ainsi, le Guide pour l'Expression de l'incertitude de mesure Supplément 2 (GUM S2) est suivi. L'incertitude du palpage (grandeur d'entrée) est évaluée au travers de mesures répétées, ce qui permet de calculer les incertitudes types, la covariance et la fonction de densité de probabilité (PDF). Cette incertitude inclue la machine (mesurandes), le palpeur et les incertitudes de l'artefact. De sorte à inclure la performance de la machine dans le bilan d'incertitude, les mesures répétées sont effectuées avec différentes conditions préalables de calibration (avec et sans cycle de réchauffement) sur 24 heures. À l'étape suivante de la recherche, les variations à court et moyen terme dans la mesurande sont analysées en exécutant des mesures répétées de SAMBA sur cinq jours. L'incertitude d'entrée est propagée aux paramètres géométriques de la machine grâce à la méthode de Monte Carlo (MCM). L'incertitude de sortie est estimée avec la structure d'incertitude complète (incertitudes types et covariance) et avec les incertitudes estimées étendues, et avec le facteur d'élargissement approprié pour un modèle à multiples sorties. Le cadre de travail général sur l'incertitude - une alternative au long processus de la MCM - est appliqué en utilisant le Jacobien et validé avec la MCM. Les recherches menées montrent que les résultats de calibration dépendent de la performance de la machine et de ses variations se produisant dans le temps et à cause de différentes conditions environnementales. Cet impact est montré par les différents types des incertitudes estimées.