Essais & Simulations n°108

Essais

Essais et modélisation De manière à automatiser l’équipement, Pininfarina a fait appel à un système de contrôle réalisé à l’aide d’un automate de la séries 90-30 de GE Intelligent Platforms. Celui-ci régule la vitesse des hélices afin d’atteindre la vitesse désirée du vent. Pour assurer un contrôle à poursuite rapide, il est nécessaire de disposer d’un système matériel rapide et réactif, capable de gérer un fluide se déplaçant à 250 Km/h et, surtout, d’un logiciel flexible permettant d’effectuer efficacement et rapidement les réglages indispensables pour les différents tests. À l’intérieur du collecteur se trouve un dispositif unique au monde pour une soufflerie : le générateur de turbulence, ou TGS – Turbolence Generation System –, constitué de cinq couples d’ailes mobiles installées sur des élévateurs spéciaux disposés sous le niveau du sol. Ce dispositif permet d’effectuer, en plus des mesures standard dans des conditions de flux laminaire, de nouvelles mesures en présence de flux turbulents, en simulant les conditions du véhicule sur route à proximité d’autres véhicules et obstacles. Pour le contrôle du TGS et du T-Belt, Pininfarina a également fait confiance aux produits GE Intelligent Platforms. Le choix s’est porté sur le Motion Controller DSM324i et 6 servomoteurs brushless Beta IS (deux pour chaque tapis). Pour la conception et la réalisation du TGS, du T-belt et des équipements complémentaires, Pininfarina a fait appel à Sacimex, une société turinoise spécialisée dans la conception et la réalisation de machines et d’appareils pour souffleries. En salle de contrôle, les techniciens peuvent démarrer les simulations et vérifier les données recueillies par le réseau sophistiqué de capteurs positionnés dans le tunnel. L’application de contrôle est gérée par le logiciel Proficy HMI/Scada Cimplicity de GE Intelligent Platforms, avec une fonction unique de surveillance permettant au client d’examiner les résultats des tests en temps réel. De l’analyse vibratoire à distance par un capteur laser Dans le cadre d’un de ses contrats pour une entreprise de défense, le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) souhaitait analyser le comportement d’une antenne sous des vents allant jusqu’à 100 km/h. « La principale difficulté était de pouvoir analyser ce comportement à distance pour ne pas perturber la mesure, le tout en gardant une bonne précision et la vitesse de mesure », explique Olivier Flamand, chef de projet au sein du centre technique. « Notre choix s’est portée sur le capteur LK-G de Keyence pour une raison très simple : nous n’avons trouvé aucun autre équipement sur le marché répondant à nos spécifications ». Placé à 70 cm de la cible, le capteur permet de mesurer avec une précision inférieure à 0,1 mm et avec une fréquence de mesure très élevée, car il Un tapis rotatif long de 6,70 mètres Pininfarina a par ailleurs équipé sa soufflerie d’un tapis rotatif situé sous la voiture pour simuler l’effet de sol, avec des rouleaux pour le déplacement des roues. L’entreprise a ensuite apporté d’autres améliorations à cet équipement et introduit un système exclusif (T-Belt) breveté. Ce nouveau tapis long de 6,70 m s’étend jusqu’à l’arrière de la voiture. Il offre des avantages évidents en termes de précision de simulation et de calcul du coefficient aérodynamique. En fonctionnement normal, le tapis principal tend à se soulever en raison de l’effet de sol. Il est donc indispensable d’utiliser des aspirateurs positionnés sous les trois tapis pour empêcher ce phénomène, ainsi qu’un système de contrôle de traction pour éviter des mouvements latéraux indésirables. Principe de l’optique Ernostar s’agit ici d’analyser une vibration d’environ 100 Hz. « La programmation s’est révélée aisée grâce à l’applicatif mis au point par Keyence. Nous n’avons surveillé qu’un seul point. Le programmeur doit néanmoins être averti », ajoute Olivier Flamand. Le LK-G qui a permis ces performances est en effet un équipement unique sur le marché. Il est d’abord très rapide. Keyence a développé le Li-CCD (le CCD linéarisé) : il offre un échantillonnage bien plus rapide que les modèles classiques. Un processeur de forme d’onde spécial (processeur de signal numérique) effectue le traitement numérique haute vitesse du signal CCD et produit très rapidement des mesures ultra précises. Il est possible de mesurer de façon fiable les cibles en rotation, en déplacement ou vibrant à grande vitesse. La précision est aussi très élevée : Keyence a revu la conception de l’optique de façon à obtenir des mesures de haute précision. L’association d’une optique Ernostar et du Li-CCD résulte en une linéarité excellente. Le capteur LK-G existe dans plusieurs versions pour s’adapter à de nombreuses applications : modèles ultra précis à courte portée jusqu’aux modèles très longue portée avec une précision moindre et un faisceau très large. Plusieurs filtres permettent de s’adapter aux surfaces difficiles, transparentes ou réfléchissantes, aux différentes couleurs et aux surfaces irrégulières ● Olivier Guillon L’optique Ernostar est composée de quatre lentilles caractérisées par de très faibles aberrations. Le processeur, intégré à la tête de capteur, numérise tous les signaux envoyés au contrôleur, ce qui réduit fortement le bruit. Un boîtier moulé, d’une très grande rigidité, permet de réduire les écarts dus aux variations de température tandis que le bruit est réduit grâce au Li-CCD, dix fois plus sensible qu’un modèle classique. La conception originale de ce capteur a permis d’atteindre une précision vingt fois meilleure que celle des modèles classiques. E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OVEMBRE, D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 1 3

Essais et modélisation Interview Les jauges de contrainte toujours essentielles dans les opérations d’essais Spécialisé dans les axes de mesure, notamment pour le levage et les limitations de charges, ainsi que dans les capteurs étalons, Sensy met au point des capteurs à jauges de contraintes, pesage/force/couple et développe des services associés en matière de conditionnement du signal (électronique, numérisation, logiciel, interventions, étalonnage et études). Son directeur technique, Jean-Marie Gillet, nous explique comment les jauges de contraintes sont aujourd’hui en mesure de répondre à des problématiques de mesures de plus en plus fortes dans les essais mécaniques. Essais & Simulations : En matière d’essais mécaniques, quelles sont les problématiques de vos clients ? Jean-Marie Gillet : La première des demandes consiste à « objectiver » une mesure ; nos clients sont confrontés à des exigences de mesures de plus en plus précises pour une caractérisation objective des essais ou des phénomènes mécaniques. Ils doivent en outre répondre à des problématiques d’automatisation ou de contrôles à distance. Dans les essais en laboratoire, le cas le plus facile à comprendre est l’exemple du béton. Lorsque l’on construit un pont, il est essentiel de s’assurer que le béton que l’on va utiliser est assez résistant et répond aux caractéristiques définies dans le cahier des charges. Il faut donc en prélever des morceaux et les tester en laboratoire. On passe alors ces morceaux en machine d’essai munie d’un capteur de force afin de tester la résistance du béton. Mais ce n’est pas tout ; il faut également s’assurer que la machine elle-même est bien étalonnée. On doit alors la vérifier périodiquement à l’aide de « capteurs étalon de transfert», lesquels assurent le lien entre la machine d’essai et les étalons nationaux. Quel est le rôle des capteurs au niveau des essais mécaniques ? Concernant les essais sur machine ou sur site, les capteurs sont essentiels pour caractériser un effort. Un autre exemple est la gestion de la tension dans le réglage des haubans lors du montage de ponts et d’antennes, soit pour contrôler le montage, soit pour contrôler régulièrement la tension dans ces câbles. Ensuite intervient l’environnement qui implique de réaliser des mesures très particulières : précision sur une DR partie de l’étendue de mesure, mesure à température élevée (où il est impossible d’effectuer un étalonnage sur le site préalable à la campagne de mesure), absence de dérive à très long terme, mesure sur des câbles immergés, mesure précise des répartitions d’efforts dans des ensembles mécaniques hyperstatiques (ascenseur à bateaux, déploiement de panneaux de satellites) ou encore mesure des efforts dans le pilotage de fusée. Les jauges de contrainte suffisent-elles pour répondre aux différentes demandes ? La mesure à jauges de contrainte est une technologie en pleine maturité. Elle est toujours compétitive en raison de sa souplesse d’application et de ses grandes qualités métrologiques, sa précision de mesure et sa fiabilité à long terme (en dizaines d’années) dans ce monde du jetable. Les savoir-faire en matière de mesure bénéficient aussi de moyens qui ont considérablement évolué avec le développement des ordinateurs et de la numérisation. Existe-t-il de bonnes pratiques à adopter et des erreurs à ne pas commettre dans l’utilisation de ce type de capteurs ? Il faut bien distinguer la précision de la résolution, d’où l’importance de l’étalonnage non seulement chez le constructeur mais également sur Quelques mots sur Sensy site. Prenons l’exemple du tachymètre d’une voiture : on connaît les erreurs dont il est régulièrement entaché ; il dépend en sus directement de la dimension des pneus. Si vous changez de pneu ou si vous les remplacez par des tailles basses, cela remet tout votre étalonnage en cause. Avec les moyens modernes, on pourrait facilement afficher votre vitesse au mm/h près mais ce n’est que de la résolution. On l’oublie trop souvent lorsqu’on mesure des forces. D’où l’importance d’étalonner son système complet de mesure dans les conditions de l’utilisation et de remettre en cause son étalonnage s’il apparaît des modifications dans le montage mécanique. Enfin, si l’étalonnage n’est pas possible sur site, il faut faire appel à des designs spécifiques de capteurs dont l’étalonnage d’usine sera relativement insensible aux conditions réelles d’utilisation, lesquelles sont toujours différentes des conditions d’étalonnage en usine. À quelles nouveautés et innovations doiton s’attendre pour les années à venir ? De nouvelles techniques de substitution aux capteurs traditionnels vont apparaître, tout comme, par le passé, les techniques intégrées des capteurs d’accélération pour les airbags de voiture. On pourrait les réaliser avec nos jauges de contraintes traditionnelles. On assiste donc à une vulgarisation des capteurs : on le voit à travers la génération smartphone où quantité de fonctions se retrouvent intégrées dans des puces. Mais pour ce qui est de nos marchés spécifiques, hors pesage de série, nous ne voyons pas aujourd’hui encore de grands bouleversements, nos capteurs étant des pièces mécaniques spécifiques, souvent sur mesure et dont l’approche relève souvent d’un compromis entre les exigences et des techniques déjà largement éprouvées et fiables ● Propos recueillis par Olivier Guillon Sensy fabrique depuis vingt-six ans des capteurs à jauge de contrainte. La société comprend quarante collaborateurs. Elle est en outre composée d’un atelier mécanique qu’elle vient de racheter, situé à quelques kilomètres du site de Charleroi (Belgique) et complètement modernisé de manière ciblée pour son activité. Un nouveau bâtiment permettra, début 2012, de doubler les activités de Sensy. E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OV E M B R E , D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 1 4