Étalonnage des machines-outils à cinq axes : configuration optimisée des artefacts et de la séquence de mesure de la méthode SAMBA en vue d'une estimation efficace des erreurs géométriques

Les machines-outils à commande numérique (MOCN) sont assujetties à plusieurs sources d'erreurs, entre autres géométriques, thermiques et dynamiques qui peuvent contribuer à la dégradation de leurs performances. Une attention particulière est prêtée à l'usinage multi axes où le mouvement simultané des axes prismatiques et rotatifs engendre une erreur de positionnement et d'orientation de l'outil par rapport au point à usiner sur la pièce. Des moyens d'évaluations de ces erreurs et de leurs causes, à des fins de maintenance et de compensation, sont alors à développer en tenant compte des aspects économiques, techniques et humains. Il s'agit en particulier de minimiser les temps de mesures qui résultent en des arrêts de production et par conséquent des coûts indirects à éviter à l'entreprise. Le but de la présente thèse est d'améliorer la précision d'une machine-outil à cinq axes à travers l'optimisation d'une technique d'étalonnage existante. En vue de prédire au mieux le comportement de la machine, l'élaboration d'une routine d'inspection adéquate est nécessaire. Ceci comprend un positionnement optimal des éléments du dispositif de mesure, sous forme de billes de référence, ainsi qu'une planification judicieuse des poses de palpage dans l'espace de travail. Une approche analytique basée sur un algorithme d'échange pour la conception d'un plan D-optimal est adoptée pour générer des scénarios d'étalonnage en fonction des écarts géométriques à estimer, modélisés sous forme de polynôme, et du nombre d'inconnues définissant le modèle de la machine. L'évaluation de la pertinence des tests est effectuée à partir d'une étude comparative de critères appelés communément en robotique, indices d'observabilité, issus de l'analyse de la matrice jacobienne d'identification. La qualité prédictive des séquences de mesures générées par simulation est validée en deux étapes : la première consiste en des expériences de répétabilité des tests optimisés imbriqués, la deuxième est une analyse de l'incertitude sur les tests et les paramètres d'erreurs identifiés. Une validation par mesure directe d'une cale calibrée, montée sur la table de la machine, permet de confirmer les résultats qualitatifs fournis par l'indice d'observabilité et ceux quantitatifs déduits de l'estimation de l'incertitude. Les résultats montrent que les routines de vérification proposées sont capables de donner une description complète de la géométrie imparfaite de la machine en incluant les écarts de membrures et les écarts cinématiques. Une amélioration de 55.7% de la valeur de l'indice d'observabilité est constatée par rapport à celle de la stratégie de mesure utilisée présentement dans le laboratoire.