À propos des comparateurs optiques

L’illustration présentée ici est sans doute familière à toute personne qui a passé du temps dans un laboratoire d'assurance qualité ou un atelier. C’est l'image du comparateur classique. Nous commençons avec cette illustration pour démontrer un point important.

La source de cette illustration est le brevet n° 1 903 933, déposé le 21 mai 1925. Le fait qu’un comparateur moderne s'avère peu différent d’un modèle breveté il y a 85 ans peut donner lieu à plusieurs questions. On peut par exemple se demander pourquoi ces instruments sont toujours présents, toujours utilisés et si l’on n’a pas trouvé mieux depuis. Commençons par étudier la technologie.

La raison de la faible évolution des comparateurs en 85 ans est la simplicité ingénieuse de la technologie fondamentale de ces instruments optiques et l’efficacité du fonctionnement. Comme les lois physiques qui régissent l’optique n’ont pas changé, les seules améliorations possibles dans la technologie des comparateurs pourraient se rapporter à la qualité de l’optique elle-même et aux éléments ajoutés au comparateur pour rendre les mesures plus faciles pour l’utilisateur.
Principe de fonctionnement

Quel est le principe de fonctionnement d'un comparateur ? Une bonne analogie consiste à comparer le principe de fonctionnement du comparateur optique à celui d'un rétroprojecteur classique, c’est-à-dire la technologie qu’on avait l’habitude d’utiliser dans les classes et qui projetait des transparents clairs en plastique sur un écran). On peut en fait réaliser un comparateur rudimentaire avec un rétroprojecteur. 

Si votre entreprise dispose encore d'un tel équipement, vous pouvez faire l’expérience suivante. Placez d'abord une pièce bidimensionnelle sur le plateau d’un rétroprojecteur et projetez l’image sur un grand morceau de papier épinglée à un mur. Matérialisez l’ombre projetée sur le papier avec un stylo. Ce contour constitue la référence pour comparer tout objet placé consécutivement sur le plateau. Si les pièces ne concordent pas avec le tracé, elles ne sont pas identiques. Le tracé réalisé avec le stylo est l'équivalent d'un modèle de comparateur.
Sur le plan pratique, on ne peut pas vraiment utiliser un rétroprojecteur pour comparer des éléments. D’une part, les rétroprojecteurs sont rarement fixés dans une position immuable. Si la distance de projection change légèrement suite au déplacement du projecteur, la taille de l'image de référence sur le mur varie aussi et le tracé réalisé avec le stylo n’est plus exact.

Pour obtenir le concept de base d’un comparateur optique dans le cadre de l’assurance qualité, on peut prendre l’idée de rétroprojecteur et l’intégrer dans une boîte de façon que la distance optique entre la pièce et l’écran soit fixe, connue et puisse être calibrée. 

Le concept de base du comparateur est le suivant : une pièce est fixée sur un plateau, une source d'éclairage l’éclaire et l’ombre résultante de la pièce est grossie avec des lentilles et réfléchie à l’aide de miroirs pour être projetée sur le dos d'un écran, où elle apparaît de façon agrandie, comme nous l’avons montré dans l’exemple du rétroprojecteur.

Sur la base du grossissement connu des lentilles, on peut réaliser les mesures de la pièce directement à partir de l'écran, en utilisant (traditionnellement) un calque ou un réticule comme point de référence pour les points ou bords projetés. L'opérateur centre un point d’un intérêt particulier sur le réticule, enregistre un point, puis déplace l’image et enregistre un autre point. Le processus multipoint permet la construction mathématique d’objets comme des cercles, trous oblongs, rayons et bords. Cela se fait en général avec un écran numérique à base de microprocesseur.

La taille et le grossissement de l’image projetée sur un comparateur dépendent de l’optique et de la taille de l'écran du comparateur lui-même — en général, la taille de l’écran va de 12 à 36 pouces, mais certains écrans mesurent jusqu'à 60 pouces. Plus l’écran est grand, plus le bord l’est parce qu’une plus grande distance est nécessaire pour projeter l’image. Un comparateur doté d'un très grand écran est en principe une grande boîte presque vide pour inspecter de petites pièces.

L’avantage d'un comparateur réside dans sa facilité d’emploi pour des opérations simples. Son utilisation ne requiert que peu de formation. S'il utilise le comparateur le plus simple, un opérateur a juste besoin de fixer une pièce et de la déplacer avec des éléments de commande manuels, puis d'observer l’image sur l’écran. Les avancées technologiques, tels que les écrans informatiques qui réalisent les opérations mathématiques de façon automatique et mémorisent tous les points mesurés, les technologies de déclenchement automatiques et les améliorations accomplies en relation avec le mouvement du support ont contribué à la pérenniser le comparateur dans le laboratoire qualité.

Si la simplicité du principe de fonctionnement est une des raisons du succès persistant des comparateurs, c’est aussi une raison de leur déclin. Comme les pièces produites deviennent de plus en plus complexes, que l’inspection de leurs caractéristiques et entités s’effectue avec des tolérances de plus en plus étroites, avec des taux d'échantillonnage élevés, parfois en mode intégral, les avantages des comparateurs manuels classiques diminuent nettement. 

Optiv321 La généralisation des systèmes d’inspection par vision rend désuète la technologie des comparateurs manuels, même dotés de fonctionnalités modernes. C’est en particulier le cas lorsqu’il est nécessaire d’inspecter de grandes quantités de pièces en une seule fois, puisqu’un système de vision permet de placer plusieurs éléments sur le même support au même moment. À cela s'ajoutent les capacités d'automatisation d'un système de vision. Tous ces attributs rendent cet équipement plus séduisant en termes de vitesse et de flexibilité. Les supports coulissants automatiques, la capacité de programmation par CAO, l'aptitude à utiliser différentes techniques d'éclairage et les fonctionnalités d'inspection 3D dépassent largement les possibilités restreintes de la technologie classique des comparateurs. Imaginez que vous puissiez placer des dizaines de petites pièces sur le support et vaquer à d'autres occupations pendant que le programme s’exécute tout seul, en vous indiquant à la fin du cycle quelles pièces sont bonnes et lesquelles sont mauvaises. C’est l’avantage des systèmes de vision d'aujourd’hui.

Pourquoi dans cas continuer à choisir un comparateur ? Pour de nombreuses tâches simples, non répétitives, sur des pièces bidimensionnelles avec des bords bien définis, le comparateur optique reste un outil efficace. Comme pour toute technologie appliquée, il est essentiel de savoir quel outil utiliser et dans quelles conditions. 

Si vous êtes prêt à dépasser le stade du comparateur, découvrez les possibilités du système de vision Optiv Classic, qui combine des fonctions d’inspection automatisées avec le logiciel PC-DMIS CAD pour vision, permettant la programmation de la machine à partir du modèle CAO.