Tutoriale Métrologie – Roche sur Linote

le 24 Octobre 2008

C’est Prévoir !

Gérer …

n’est rien de plus que le temps que met la terre à faire le tour du soleil !

L’année, très souvent choisie pour définir la périodicité, …

Valeur maxi du calibre

Limite d’usure du calibre

X Valeur mesurée Calibre N°1

Durée de vie calibre N°1X

Durée de vie calibre N°2

Compte-tenu de la question :

Il aurait fallu que le « Bon Dieu » est une sacrée vision de l’avenir pour que « ça tombe juste » !

un étalonnage n’est ni un réglage, ni un ajustage ni une quelconque opération sur un instrument de mesure. Il ne s’agit que d’une comparaison à un étalon.

Ainsi, UN INSTRUMENT ETALONNE NE MESURE PAS JUSTE !!!

L’utilité de l’étalonnage réside dans la détermination des incertitudes de mesure lors de l’utilisation de l’instrument et dans la vérification de sa conformité à une

spécification.

Quelques remarques :

ISO 9001 [3], § 7.6 : Maîtrise des dispositifs de surveillance et de mesure…Lorsqu’il est nécessaire d’assurer des résultats valables, les équipements de mesure doivent être :• Étalonnés ou vérifiés à intervalle spécifié ou avant leur utilisation, par rapport à des étalons de mesure reliés à des étalons de mesure internationaux ou nationaux (lorsque ces étalons n’existent pas, la référence utilisée pour l’étalonnage doit faire l’objet d’un enregistrement ;•…• Identifiés afin de pouvoir déterminer la validité de l’étalonnage•…NOTE : pour des conseils se référer à l’ISO 10012

L’ISO 9001 ne fait pas état d’une périodicité particulière, ce qui signifie que la « traditionnelle » valeur de douze mois n’est en aucun

cas une exigence normative.

De plus, l’étalonnage n’est imposé que lorsque la « nécessité d’assurer des résultats valables » est demandée !

§ 7 Confirmation métrologique et mise en œuvre des processus de mesure§ 7.1 Confirmation métrologique§ 7.1.1 GénéralitésLa confirmation métrologique doit être conçue et mise en œuvre de manière à garantir que les caractéristiques métrologiques des équipements de mesure satisfont aux exigences métrologiques du processus de mesure. La confirmation métrologique inclut l’étalonnage et la vérification de l’équipement de mesure.…§ 7.1.2 Intervalles de confirmation métrologique… Les intervalles de confirmation métrologique doivent être revus et ajustés si nécessaire pour assurer la conformité permanente aux exigences métrologiques spécifiées.

L’intervalle de temps entre deux confirmations doit être déterminé notamment à l’aide de l’historique des étalonnages, de données statistiques… et ce afin

d’assurer la conformité aux besoins en terme de « performance métrologique ».

Norme ISO 10012 :

§ 7.2 Méthodes de surveillance des processus de mesure ou d’essai§ 7.2.1 Suivi des résultats d’étalonnages périodiquesL’étalonnage périodique fournit les informations qui permettent d’évaluer la dérive dans le temps …. L’exploitation de ce suivi sous forme d’un graphique est très utile pour apprécier le comportement de l’équipement et prédire quand ses spécifications dépasseront des limites prédéterminées.

§ 7.2.2 Suivi d’un objet connuLe suivi d’un objet connu est une méthode simple et efficace.Exemple 1 : Dans un laboratoire utilisant quotidiennement une balance de pesée pour préparer des échantillons de 100 g d’un produit, il suffit de placer très régulièrement une même masse d’environ 100 g… Le suivi d’une caractéristique majeure est très efficace et moins onéreux qu’un étalonnage annuel.

§ 7.2.3 Technique MSPUn autre suivi consiste à établir une carte de contrôle en utilisant les outils de la Maitrise Statistique des Processus (MSP)…

§ 7.2.4 Redondance… On utilise un autre équipement, similaire ou non, pour effectuer les mesures. … Un désaccord met en évidence un problème de mesure…

Fascicule FD X 07-007 :

§ 4.2 Implication de la fonction métrologie dans la fonction de production

Les métrologues ne doivent plus se considérer comme « les gardiens du temple », chargés uniquement d’étalonner ou de vérifier périodiquement des équipements de mesure dans leurs laboratoires climatisés.

…

La fonction métrologie… doit aussi s’investir dans la stratégie de l’entreprise, en maîtrisant au moindre coût les différents facteurs de risques qui peuvent générer des résultats de mesure incorrects et donc affecter la qualité de la production.

La métrologie doit changer.

Les notions de coût et de risque doivent devenir les principales préoccupations du métrologue.

Fascicule FD X 07-007 - Conclusion :

L’incertitude de mesure représente donc un encadrement de l’erreur de mesure, avec un niveau de confiance donné

Ces facteurs sont les suivants :• L’objet à mesurer• L’étalon auquel il doit être comparé• L’opérateur et la méthode de mesure• L’instrument de mesure• L’environnement dans lequel s’effectue la mesure

L’erreur de mesure provient de l’imperfection des facteurs constitutifs du processus de mesure, tels qu’ils se sont exprimés au moment précis de la mesure.

L’étalonnage ne garantit pas que l’instrument « mesure juste » et ne détermine pas l’incertitude du processus de mesure dans son ensemble.

Il donne une information sur l’instrument uniquement, sans tenir compte de tous les autres facteurs du processus

L’étalonnage consiste à comparer l’instrument avec des étalons (cf. définitions), permettant alors de déterminer la participation de l’instrument de mesure dans

l’incertitude globale.

Cette participation étant elle-même évaluée avec une certaine incertitude: l’incertitude d’étalonnage.

2

2

1

100instn

ii

uRper

u

• Définition du rapport de périodicité

0% 120

50% 12

100% 0

mois

mois

mois

Rper per

Rper per

Rper per

21,71510.Rper

per e

Pér

iod

icit

é (a

n)

Rper (%)0 20 40 60 80 100

0

2

4

6

8

10

• Détermination de la périodicité

Méthode adaptée aux instruments mesureurs dont on a évalué les incertitudes

Nom de la composante Limite de Variation (µm)

Facteur de distribution

ui (µm)

Micromètre – Erreur d’indication 3,0 0,6 1,80 Micromètre - Planéité 1 1,0 0,5 0,5 Micromètre – Planéité 2 1,0 0,5 0,5 Micromètre – Parallélisme 2,0 0,5 1,0 Répétabilité 1,2 Variation du point 0 1,0 Différence de température 2,8 0,7 1,96 Température 0,4 0,7 0,28 Erreur de forme de la pièce 3,0 0,6 1,8

1. Bilan des causes d’incertitude

2. Variance globale2 2

1

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

2

1,8 0,5 0,5 1,0 1,2 1,0 1,96 0,28 1,8

14,34

n

c ii

c

c

u u

u

u

3. Variance instrument2 2 2 2 2

2

1,8 0,5 0,5 1,0

4,74

inst

inst

u

u

4. Rapport de périodicité4,74

100 33,05%14,34

Rper

5. Périodicité

33,0510.exp 2,18 26

21,715 années soit moisper

Considérons le cas d’un micromètre d’extérieur.

Valeur maxi du calibre

Limite d’usure du calibre

X Valeur mesurée Calibre N°1

Durée de vie calibre N°1X

Durée de vie calibre N°2

L’estimation du temps minimal au bout duquel le calibre risque d’être arrivé à sa limite d’usure passe par l’étude des résultats antérieurs d’étalonnage. Sans ces données, il ne sera pas possible d’obtenir cette valeur.

Pour chaque moyen concerné, il est possible de modéliser, grâce aux résultats antérieurs, l’usure qu’ils ont subie

Pour une famille d’instruments donnée, l’observation de la dispersion des coefficients permet de déterminer, de façon statistique , le coefficient le plus grand que l’on risque de rencontrer

Le coefficient maximal est obtenu, à partir de la distribution précédente, par la formule :

Coeff Maximal = Coeff Moyen + k. DISTRIBUTION

A partir de la position mesurée du calibre par rapport à ses spécifications et de ce coefficient, il est possible de déterminer le temps minimal au bout duquel le calibre risque d’être arrivé à sa limite d’usure et de définir, ainsi, la périodicité optimale.

Il est alors possible de vérifier graphiquement la pertinence du calcul réalisé

T Mini

Considérons un parc composé de 50 bagues filetées « entre » ayant chacune été étalonnée au moins trois fois.L’étude des droites des moindres carrés de chacun des 50 bagues conduit à 50 équations, donc à 50 dérives individuelles (exprimées en µm / an)

1. Moyenne et écart type de la série de dérives 2,538

0,661

µm / an

µm / ans

2. Détermination de la dérive maximale (k = 3 99,865 %)

max 2,538 3 0,661 4,52 µm / an

3. Détermination des périodicités 3

9,0067 8,98464,89

4,52.10 annéesper

Dernier étalonnage flanc = 8,9846 mm. Limite d’usure 9,0067 mm

4. « Part de vie »

La périodicité retenue sera donc de : 0,5 x 4,89 x 12 = 29 mois

Analyse « terrain » des utilisations des instruments

Définitions des critères, base de notation et pondération

Notation des instruments

Calculs de périodicité

Validation

lissage des périodicités

Critère Descriptif Pondération

1 Statut de l’instrument, capabilité 2

2 Gravité d’une mesure erronée 3

3 Facteurs permettant de déceler des anomalies 2

4 Facteurs aggravants : conditions d’utilisation, dérive de l’instrument, robustesse de l’instrument

1

5 Contraintes opérationnelles sur l’étalonnage 1

6 Coût d’étalonnage 1

Exemple de notation pour le critère :

Intitulé Note

Nombreux et importants -2

Peu nombreux 0

Inexistants 2

Facteurs aggravants

Identification Note Identification Note Identification Note

MULTI 001 2 MULTI 011 0 MULTI 021 2

MULTI 002 1 MULTI 012 0 MULTI 022 2

MULTI 003 1 MULTI 013 1 MULTI 023 0

MULTI 004 2 MULTI 014 2 MULTI 024 0

MULTI 005 -2 MULTI 015 -2 MULTI 025 0

MULTI 006 -2 MULTI 016 -1 MULTI 026 -1

MULTI 007 1 MULTI 017 -1 MULTI 027 -2

MULTI 008 0 MULTI 018 1 MULTI 028 0

MULTI 009 0 MULTI 019 2 MULTI 029 -1

MULTI 010 1 MULTI 020 0 MULTI 030 -2

Pour un critère donné C1, les notes obtenues par chaque instrument de la famille étudiée permettent de déterminer l’écart normalisé, pour le critère considéré C1, de chaque instrument.

L’écart normalisé (EN) se définit comme le nombre d’écart-type qui sépare une valeur donnée de la moyenne des valeurs, pour le même critère.

EN = (xi – xmoy) / sOù :• xi représente la valeur étudiée• xmoy représente la moyenne des valeurs obtenues pour le critère par tous les instruments de la famille• s représente l’écart type des valeurs obtenues par tous les instruments de la famille Dans l’exemple précédent, l’écart normalisé, pour le critère étudié, de l’instrument identifié MULTI 001 est égal à :La moyenne des notes est égale à : 0,13L’écart type des notes est égal à : 1,36L’écart normalisé du critère C1 de l’instrument MULTI 001 est égal à :ENC1 = (2 – 0,13) / 1,36 = 1,37

1. Pour chaque instrument : Calcul de l’écart

normalisé des notes de chaque critère (ENij)

2. Multiplication des ENij par leur pondération (Pj)

3. Calcul de la note globale (NGi) de chaque

instrument (ENij.Pj)

4. Calcul des écarts normalisés des NGi

5. Détermination de Pact, Pmax et calcul de s et de Pmoy

6. Calcul de la périodicité de chaque instrument iNGP Pmoy EN s

max

5

P Pacts

2.Pmoy Pact s

L’optimisation des périodicité d’étalonnage recouvre plusieurs techniques qu’il convient de mettre en œuvre en fonction des cas. Sachant qu’elles peuvent être

également associées.

Une stratégie d’optimisation commence par une étude préalable de l’utilisation des moyens de mesure dans le but de minimiser le risque industriel. Pour ce faire il

convient d’associer aux calculs de périodicité des stratégies de surveillance et de contrôles croisés.

On notera enfin que la métrologie ne peut plus se réduire au « collage d’étiquettes » mais qu’elle est intimement liée à la notion de risque et ses outils sont les statistiques.

Les enseignements que l’on peut retenir de l’optimisation des périodicité d’étalonnage sont les suivants :• Une périodicité d’étalonnage unique n’est pas adaptée, elle doit être cohérente avec l’utilisation des moyens de mesure.• l’étalonnage ne constitue en aucun cas une garantie quant au bon fonctionnement dans le temps d’un instrument.• L’étalonnage sert à calculer les incertitudes de mesure et évaluer la conformité d’un moyen dans des conditions spécifiques.• l’ennemi numéro 1 de l’industriel est la dérive des instruments et pour s’en affranchir il est nécessaire de mettre en place des stratégies de surveillance et / ou de contrôles croisés.

Merci pour votre attention

Jean-Michel POU – Dirigeant Fondateur de la société Delta Mu

Email : jmpou@deltamu.fr