Métrologie

Buts de la métrologie

La métrologie est employée principalement dans l’industrie et dans les travaux spéciaux tels que :

• l’alignement d’axes machines ;
• la planéité de pièces mécaniques ;
• le positionnement et l’orientation de supports d’appareils ;
• le réglage d’arbres ;
• l’alignement, l’emboitement de structures à faible tolérance ;
• le positionnement de machines-outils.

Techniquement, il s’agit de donner des résultats de mesures conformes aux précisions demandées et de pouvoir mettre en œuvre les moyens, méthodes et contrôles nécessaires pour y parvenir.

Le matériel

Les tachéomètres (stations totales) de précision tels que Leica TS50 sont des appareils dont les écarts-types sur les mesures (angles et distances) sont très faibles par rapport aux appareils courants.
La précision de chaque mesure d’angle d’une station TS50 est de 0,15 mgon, ce qui représenterait 0,1 millimètre à 50 m.
Et la précision de chaque mesure de distance d’une station TS50 est de 0,6 mm + 1 ppm.
Les niveaux électroniques de précision tels que le Leica DNA03 permettent quant à eux, de mesurer uniquement la composante verticale d’un point, avec une précision de mesure sur chaque visée de 0,1 mm.
Ces valeurs sont dites « valeurs constructeurs ». Elles doivent être connues notamment pour prévoir les modes opératoires qui tireront profit de ces valeurs pour maximiser la précision finale des points relevés.

Les modes opératoires

Les stations totales que nous utilisons pour les missions de haute précision donnent une meilleure précision en angle qu’en distance.
En fonction des objets à mesurer et des précisions à atteindre au final, il est judicieux d’organiser la mission sur site de manière à minimiser l’impact de la distance sur la mesure effectuée.
À savoir que les précisions transversales par rapport à l’axe de visée seront toujours meilleures que les précisions longitudinales, il est donc est nécessaire d’apporter le meilleur soin à la préparation de la mission. En amont de la partie purement « terrain », cela passera aussi par un dialogue avec l’utilisateur final des mesures. Objectif : savoir dans quel but la métrologie est effectuée.
Un autre point important et qui va conditionner la précision des mesures, sera leur répétition : une grandeur mesurée 10 fois verra sa précision améliorée d’un facteur √10 (hors systématisme). De ce fait, la répétition des mesures permet de donner des intervalles de confiance plus réduits aux valeurs mesurées.
Pour permettre la fiabilité des mesures effectuées, on se doit d’apporter de la redondance dans le réseau prévu. On parle d’ailleurs de redondance lorsque l’on effectue plus de mesures que celles strictement nécessaires au calcul de la figure géométrique. En métrologie la redondance est indispensable, la mesure doit être précise et fiable.
Un cas fréquent de métrologie que nous effectuons est la détermination des angles d’attitude (cap, roulis et tangage) entre 2 capteurs tels des gyroscopes, gyrocompas, ou encore des centrales inertielles sur des navires.

Les logiciels de calcul

Les paramètres de calcul doivent en quelque sorte modéliser parfaitement la méthodologie de mesure utilisée en plus des valeurs constructeurs des précisions des matériels employés. Cela permet de ne laisser aucun doute sur la validité des résultats obtenus. En effet, pour mener à bien des calculs aussi fins, il faut tenir compte de la précision relative des différentes mesures de manière à les pondérer ; on parle de modèle stochastique. Il est donc indispensable de connaître les écarts-types des instruments de mesure et de bien vérifier la conformité des échantillons de mesure.
Néanmoins, les cas de figure rencontrés en métrologie sont variés : détermination d’angles d’attitudes de centrales inertielles sur navire à quai, mesures des déformations de dalles de machines-outils ou encore réglage d’alignement d’appareils chaudronnés.
Le choix des logiciels de calcul est alors tout aussi important que les étapes de terrain. Dans certains cas, les logiciels de calculs topométriques du marché (LTOP de Swiss Topo, par exemple) répondront à la problématique, dans d’autres, seul le développement d’un logiciel en interne permettra de traiter les calculs. C’est la raison pour laquelle TPLM-3D a développé ses propres logiciels tels que TopTools.
Au vu des précisions attendues, des contrôles fins et poussés sont obligatoires tout au long du processus.