Contribution à l'étalonnage d'une machine à mesurer de très haute précision : mesure de rectitude et de planéité à un niveau d'incertitudes nanométriques

par Siriwan Boripatkosol

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Olivier Gibaru, Thierry Coorevits et de Stéphane Leleu.

Soutenue en 2010

à Paris, ENSAM .


  • Résumé

    L'objet de ce travail est de proposer une étude métrologique visant à la maîtrise d'incertitudes de l'ordre de ±10 nanomètres sur une rectitude de longueur 300mm mesurée avec un pas constant. Une extension permet d'appliquer cette méthode au cas de la planéité. Le plan ainsi étalonné est destiné à constituer la référence verticale d'une table croisée de haute exactitude développée par le Laboratoire National de Métrologie et d'Essais. Une instrumentation basée sur une matrice carrée de 16 capteurs capacitifs distants de 20mm et une paire de niveaux électroniques a été développée. Les acquisitions sont réalisées avec un pas égal à la distance entre les capteurs. La redondance des mesures permet de séparer les défauts de mise en position du porte-capteur, les écarts de forme de l'élément à étalonner et les inconnues correspondantes à la connaissance des positions relatives des capteurs. La méthodologie proposée correspond à un processus dit de mesure par propagation. L'utilisation de l'hypothèse des petits déplacements conduit à la résolution d'un système linéaire surdéterminé. Nous montrons que le choix des unités des mesures provenant soit des indications des capteurs exprimées en unité de longueur soit des niveaux exprimés en unité d'angle a l'effet d'une pondération. C'est pourquoi nous mettons en œuvre une résolution au sens des moindres carrés pondérés. Nous étudions particulièrement les solutions dites extrêmes selon que les incertitudes des capteurs sont négligeables devant celles des niveaux ou réciproquement. Nous réalisons une étude métrologique du processus de mesure incluant la phase d'étalonnage sur la base d'un raccordement à un laser interférométrique. Nous simulons les incertitudes par une méthode de Monte-Carlo. Nous en déduisons deux méthodes conduisant à proposer une pondération optimale du système. Nous montrons une reproductibilité sur 10 acquisitions contenue dans une bande de ±5 nanomètres par rapport à la moyenne des profils mesurés.

  • Titre traduit

    Contribution to the calibration of a measuring machine with very high accuracy: measure straightness and flatness at the nano-scale level of uncertainty


  • Résumé

    The aim of this work is to investigate and focuse on the measurement of straightness under uncertainty about ± 10 nanometers over a length of 300mm with a constant step. This study also has been extended to include the flatness study. The flat used for this study was designed and calibrated to utilize as the vertical reference for a high accuracy coordinate machine, which is developed by the Laboratoire National de Métrologie et d'Essais. The instrumentation has been developed into two main parts. The first part is a square matrix of 16 capacitive sensors 20mm apart. Moreover, the second part is a pair of electronic levels. The data acquisitions were examined by a step equal to the distance between the sensors. The redundancy of the measures specifically designed to separate the error motions of the scanning stage, the form deviation of the element was calibrated and the unknowns corresponding to the information of the relative sensors positions. The proposed methodology represents a process known as propagation by using the assumption of small displacement which leads to solving an overdetermined linear system. The measurements units have two mains categories: the indications of sensors given in length units and the levels given in angle radian have the effect of weighting units. Therefore the resolution in the sense of weighted least squares has been introduced. In addition, the extreme solutions have been considered according to the uncertainties of the sensors are negligible or that of levels. This metrological study of measurement process is including the traceability with a laser interferometer. The Monte-Carlo method has been introduced for uncertainty model in this research. There are utilize two methods propose for an optimal weighting system. The results shown a reproducibility of 10 acquisitions contained in ± 5 nanometers range compared to the average measured profiles.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. P. 153-159

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Arts et Métiers ParisTech. Centre d'enseignement et de recherche. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.