Étalonnage d'un pied à coulisse : méthode, normes et fréquence

Ce que vérifie l'étalonnage d'un pied à coulisse

Un étalonnage compare le pied à coulisse à des étalons de référence dont les valeurs sont connues et traçables. Il consigne l'erreur à chaque point d'essai, avec l'incertitude du contrôle. La plupart des ateliers comparent ensuite ces erreurs à une erreur maximale tolérée (EMT) et notent un résultat conforme ou non conforme. Cette seconde étape est une vérification par rapport à une spécification, et un certificat peut porter les deux.

ISO 13385-1 décrit l'exactitude d'un pied à coulisse par deux caractéristiques. La première, E, est l'erreur de contact sur surface limitée. Elle concerne les mesures avec les becs d'extérieur lorsque seule une partie de chaque face de mesure touche l'étalon. La seconde, S, est l'erreur de décalage des autres faces : becs d'intérieur, becs-couteau de mesure d'intérieur, tige de profondeur et faces de marche. Les limites supposent que le zéro a été réglé becs d'extérieur fermés. Les autres faces peuvent donc présenter des erreurs plus grandes, et chacune demande son propre contrôle.

• Étalonnage ou vérification

Les normes : ISO 13385-1, ASME B89.1.14 et ISO 3650

ISO 13385-1:2019 est la norme internationale qui fixe les caractéristiques de conception et les caractéristiques métrologiques des pieds à coulisse à vernier, à cadran ou à affichage numérique. C'est la deuxième édition, et l'ISO l'a confirmée lors de son réexamen de 2025. Les valeurs d'EMT par défaut figurent dans l'annexe normative B, les lignes directrices d'étalonnage dans une annexe informative. L'annexe B donne aussi la règle de décision pour ces valeurs par défaut : acceptation simple lorsque l'incertitude d'essai est suffisamment faible. Pour les autres spécifications établies selon la norme, les règles par défaut d'ISO 14253-1 s'appliquent, sauf indication contraire.

ASME B89.1.14-2018, reconfirmée en 2023, est la norme américaine des pieds à coulisse à vernier, à cadran, numériques électroniques et spéciaux. Elle traite de leur spécification, de leur vérification et de leur étalonnage. L'ASME la présente comme un complément à ISO 13385-1, et non comme une contradiction.

Les étalons de référence habituels sont des cales étalons conformes à ISO 3650:1998. Cette norme fixe des écarts limites pour une classe d'étalonnage K et pour les classes 0, 1 et 2. Quelle que soit la classe, les cales ont besoin de leur propre certificat d'étalonnage, traçable aux étalons nationaux. Si vous utilisez la longueur certifiée de chaque cale au lieu de sa valeur nominale, c'est l'incertitude du certificat qui compte et la tolérance de classe sort du calcul.

Les longueurs sont spécifiées à 20 °C, la température normale de référence fixée par ISO 1:2022. ISO 13385-1 applique ses valeurs d'EMT à exactement 20 °C, sauf indication contraire. Les résultats d'essai sont corrigés à 20 °C, ou bien l'effet de l'absence de correction entre dans l'incertitude.

• La traçabilité métrologique expliquée
• Étalonnage des cales étalons

Matériel et conditions

L'étalonnage d'un pied à coulisse demande peu de matériel. Les conditions comptent autant que les étalons.

• Des cales étalons qui couvrent l'étendue de mesure, avec des certificats en cours de validité. ISO 13385-1 cite aussi les étalons à gradins et les bagues étalons comme étalons appropriés.
• Une bague étalon, ou un porte-cales muni de becs accessoires, pour les becs d'intérieur.
• Un marbre pour les contrôles de profondeur et de marche.
• Un plan optique pour vérifier la planéité des faces des becs.
• Une salle stable, proche de 20 °C. Laissez le pied à coulisse et les cales se stabiliser ensemble, et manipulez les cales avec des gants ou des pinces pour que vos mains ne les réchauffent pas.
• Des becs et des cales propres. Essuyez les faces de mesure avec un chiffon non pelucheux et cherchez les bavures et les dommages avant de commencer.

Becs d'extérieur : points d'essai sur toute l'étendue

Fermez les becs et contrôlez ou réglez le zéro. Mesurez ensuite des cales étalons en des points répartis sur toute l'étendue de mesure. Le guide NPL Measurement Good Practice Guide No. 40, Callipers and Micrometers, demande au moins cinq positions à peu près équidistantes couvrant l'étendue. L'erreur en chaque point est la lecture moins la longueur certifiée de la cale.

Choisissez les points en pensant au mécanisme. ISO 13385-1 demande des points d'essai qui couvrent l'étendue du vernier ou du cadran. Sur un pied à coulisse à cadran, elle demande des points qui placent l'aiguille à des angles différents sur le cadran. Ainsi, une erreur qui se répète à chaque tour du cadran, ou une erreur locale de l'échelle, a une chance d'apparaître.

Mesurez chaque cale près de l'extrémité des becs, puis près de la règle. Un écart entre les deux révèle des becs non parallèles ou un coulisseau qui bascule. Refaites une lecture avec le coulisseau bloqué, car le blocage ne doit pas la modifier.

Becs d'intérieur, tige de profondeur et faces de marche

Contrôlez les becs d'intérieur sur une dimension intérieure connue. Une bague étalon convient, tout comme une cale étalon serrée entre des becs accessoires dans un porte-cales. Lisez le pied à coulisse sur ses faces d'intérieur et retranchez la dimension connue. ISO 13385-1 attribue aux becs-couteau de mesure d'intérieur leur propre erreur de décalage, car l'épaisseur des arêtes et l'écart entre elles influent sur les petits alésages. Si votre pied à coulisse en possède, ajoutez une petite bague.

Pour la tige de profondeur, posez une cale étalon debout sur un marbre. Appuyez l'extrémité de la règle sur le dessus de la cale et descendez la tige jusqu'au marbre. Les faces de marche se contrôlent de la même façon, sur une cale posée debout sur le marbre. Dans les deux cas, la lecture doit correspondre à la longueur de la cale.

État des becs, planéité et parallélisme

Des becs usés ou abîmés faussent toutes les lectures prises près des extrémités. Fermez les becs et regardez-les devant une source lumineuse. Si la lumière passe entre les faces à un endroit quelconque de leur longueur, il y a usure ou déformation. Le NPL propose ce contrôle simple au quotidien, avec des plans optiques pour un examen plus précis dès qu'une usure est soupçonnée.

Lors de l'étalonnage proprement dit, vérifiez la planéité des faces d'extérieur avec un plan optique. Vérifiez leur parallélisme avec des cales étalons placées aux extrémités et près de la règle, en un point proche de zéro et en un point proche de la pleine étendue. Le NPL cite aussi un contrôle de l'équerrage de la face fixe par rapport à la règle avec une équerre à couteau.

Examinez aussi le reste du pied à coulisse. Le coulisseau doit glisser sans à-coups et sans jeu. Les traits de l'échelle et le cadran doivent être faciles à lire. Un affichage numérique doit donner une lecture stable et un zéro stable, et sa pile doit être en bon état. Un pied à coulisse qui échoue à ces contrôles peut nécessiter une réparation avant que ses lectures aient un sens.

Contrôles quotidiens et avant utilisation

Un étalonnage complet a lieu à intervalles réguliers. Un contrôle rapide avant utilisation repère le pied à coulisse tombé la veille. Le guide du NPL en fait une étape de la préparation : vérifier que l'étalonnage n'a pas expiré, inspecter et essuyer les faces et le coulisseau, et contrôler le zéro.

Les débutants peuvent s'exercer à lire le vernier avec l'outil de pratique de lecture du pied à coulisse, qui dessine un pied à coulisse dans une position au hasard et vérifie la lecture.

• Nettoyez les becs et fermez-les. La lecture doit revenir à zéro, et un pied à coulisse numérique doit se mettre à zéro au même point à chaque fois.
• Regardez les becs fermés devant une source lumineuse et cherchez un jour entre eux.
• Mesurez un étalon de contrôle, par exemple une cale étalon ou un vérificateur de pied à coulisse, et comparez la lecture à sa dimension. Utilisez le même étalon chaque jour pour pouvoir comparer les lectures dans le temps.
• Après une chute ou un choc, refaites ces contrôles avant que le pied à coulisse ne mesure une autre pièce.

• Gabarit de journal d'étalonnage
• Pratiquer la lecture d'un pied à coulisse
• Pratiquer la lecture d'un micromètre

Relevés avant ajustage et après ajustage

Relevez les lectures à chaque point d'essai avant tout ajustage, toute réparation ou toute remise à zéro. Ce sont les relevés avant ajustage. Ils montrent l'état du pied à coulisse pendant qu'il mesurait des pièces. Si vous l'ajustez ensuite, refaites les contrôles et consignez les relevés après ajustage. Un pied à coulisse qui n'a demandé aucun ajustage a les mêmes valeurs dans les deux cas.

Lorsqu'un relevé avant ajustage sort de la limite, la question est de savoir ce que le pied à coulisse a mesuré depuis son dernier étalonnage satisfaisant. L'article 7.1.5.2 d'ISO 9001 vous demande de déterminer si la validité des résultats antérieurs a été compromise et d'agir si nécessaire. En pratique, vous retrouvez les pièces et les lots qu'il a mesurés, vous jugez si l'erreur a pu faire accepter une pièce mauvaise et vous consignez la conclusion. Ensuite, réparez, ajustez ou réformez le pied à coulisse, et revoyez son intervalle.

• Relevés avant ajustage et après ajustage
• Feuille avant ajustage et après ajustage

À quelle fréquence étalonner un pied à coulisse

Aucune norme ne fixe un intervalle unique pour tous les pieds à coulisse. ISO 9001 demande un étalonnage ou une vérification à intervalles spécifiés, ou avant utilisation. Le guide commun ILAC-G24 et OIML D 10 (édition 2022) indique qu'il n'existe pas de meilleure pratique unique. Il énumère les facteurs à prendre en compte, parmi lesquels la tendance à l'usure et à la dérive, l'intensité et la sévérité d'utilisation de l'instrument, l'environnement, les résultats des vérifications intermédiaires et l'historique propre de l'instrument.

Pour les pieds à coulisse, le guide du NPL recommande une inspection périodique au moins une fois par an, l'intervalle exact dépendant de la fréquence d'utilisation. Un pied à coulisse utilisé toute la journée sur des pièces de fonderie s'use plus vite qu'un autre utilisé deux fois par semaine sur des pièces finies. Le liquide de coupe, les copeaux et les chutes raccourcissent l'intervalle. Un historique de relevés avant ajustage proches de la limite aussi.

Justifiez l'intervalle avec vos propres données. Partez d'un premier intervalle documenté, consignez le résultat avant ajustage à chaque étalonnage, puis adaptez l'intervalle. Si les pieds à coulisse reviennent toujours bien à l'intérieur de la limite, un intervalle plus long peut se justifier. Un échec avant ajustage est une raison de le raccourcir. ILAC-G24 conseille aussi d'étalonner plus souvent les équipements neufs au début, pour faire apparaître leur tendance.

• Comment fixer les intervalles d'étalonnage
• Calculateur d'intervalle d'étalonnage
• Calculateur d'intervalle par taux de dérive

TUR, règle du 10:1 et résolution

Deux règles empiriques reviennent souvent. La règle du 10:1, parfois appelée règle des dix, veut que la résolution d'un instrument divise la tolérance qu'il contrôle en au moins dix parts. Le TUR (test uncertainty ratio) porte, lui, sur l'étalonnage. Il compare la limite contrôlée à l'incertitude élargie du contrôle. Pour une limite symétrique de ±T et une incertitude élargie U correspondant à une couverture d'environ 95 %, TUR = T / U.

ANSI/NCSL Z540.3 admet un TUR d'au moins 4:1 lorsque la probabilité d'une acceptation à tort ne peut pas raisonnablement être estimée. ASME B89.1.14 retient comme règle de décision par défaut l'acceptation simple avec un TUR d'au moins 4:1. ISO 13385-1 fixe une règle semblable pour ses valeurs d'EMT par défaut, dans l'annexe B : acceptation simple, à condition que l'incertitude d'essai ne dépasse pas le quart de l'EMT. Pour les autres spécifications, elle renvoie aux règles par défaut d'ISO 14253-1. Demandez à votre laboratoire quelle règle suivent ses déclarations de conformité ou de non-conformité.

La résolution ajoute de l'incertitude à toute lecture, car l'échelle ou l'affichage arrondit à son dernier pas. Le GUM (JCGM 100:2008, F.2.2.1) traite cet arrondi comme une loi rectangulaire large d'un pas. Son incertitude-type vaut le pas divisé par √12, soit environ 0,29 fois le pas. Dans l'exemple chiffré du NPL, un pied à coulisse qui lit au 0,02 mm reçoit 0,02 / √12 ≈ 0,006 mm de la seule résolution.

Quand un pied à coulisse mesure des pièces, son incertitude comprend aussi les lectures répétées, la géométrie des faces et sa propre erreur tolérée. L'exemple du NPL pour un pied à coulisse utilisé sur des pièces combine la répétabilité, la résolution, la planéité et le parallélisme des faces et l'erreur maximale spécifiée de l'instrument. Dans un étalonnage par rapport à l'EMT, ASME B89.1.14 compte la résolution et la répétabilité propres au pied à coulisse dans les erreurs relevées, et non dans l'incertitude du contrôle.

• Calculateur TUR et TAR
• Calculateur d'incertitude de résolution
• Comment établir un budget d'incertitude de mesure
• Calculateur Gage R&R
• Le Gage R&R et la MSA expliqués

Ce que doivent montrer le certificat et l'enregistrement

Que le travail soit fait à l'interne ou par un laboratoire, l'enregistrement de chaque étalonnage doit permettre à quelqu'un d'autre de le vérifier plus tard.

• L'identifiant, le type, l'étendue de mesure et la résolution du pied à coulisse.
• Les étalons de référence utilisés, avec leurs numéros de certificat et leurs dates d'échéance, pour que la traçabilité puisse être suivie.
• La température pendant l'étalonnage.
• Chaque point d'essai sur chaque face, avec les relevés avant ajustage et après ajustage et les erreurs.
• L'incertitude de l'étalonnage, et la règle de décision sur laquelle repose toute déclaration de conformité ou de non-conformité.
• La date, la personne ou le laboratoire, et la prochaine échéance.

• Exigences d'un certificat d'étalonnage
• Modèle de certificat d'étalonnage
• Étalonnage à l'interne ou à l'externe

La place d'Axiospec

Axiospec est un logiciel de gestion des étalonnages. Pour chaque pied à coulisse, il enregistre les étalonnages, les relevés avant ajustage et après ajustage, les étalons de référence utilisés, les certificats et les échéances. Il n'étalonne pas le pied à coulisse et ne décide pas s'il est conforme. Ces décisions restent les vôtres ou celles de votre laboratoire.

• Logiciel de gestion des jauges