Banc mécanique

Nous avons récupéré un banc supposé fonctionnel de l’équipe précédente. Néanmoins, la prise en main des différents outils, en particulier de Labview, de l’électronique ainsi que du système pneumatique a pris plusieurs jours et nous avons démonté ce premier banc avant d’en avoir extrait la moindre courbe de mesure. Si nous l’avons démonté avant de l’avoir utilisé, c’est qu’il présentait quelques défauts importants, et que réorganiser le banc nous prenait déjà beaucoup de temps.

Le banc précédent était composé d’un vérin pneumatique, couplé à un vérin hydraulique chargé de ‘lisser’ le mouvement du piston, permettant aussi d’ajuster la vitesse de déplacement du piston. Le piston était ainsi fixé à une barre assez rigide fixée d’un côté à une glissière et suspendue de l’autre. De ce côté suspendu, le capteur était fixé, l’axe X (duquel part le câble) étant dans la direction de déplacement du bras. Schématiquement, dans le prolongement de l’axe Z (l’axe de symétrie cylindrique) se trouvait une petite barre d’1,5 mm de diamètre sur laquelle une molette pouvait être enfilé. Un poids était ajouté au dessus de la partie suspendue du bras, permettant par flexion de descendre la molette et de la mettre en contact avec une plaque de verre. L’ensemble se déplaçait donc à vitesse constante et le capteur enregistrait les contraintes auxquelles étaient soumises la molette en roulant sur une plaque de verre. Les signaux étaient ensuite récupérés et analysés par ordinateur.

Les principaux problèmes de ce dispositif étaient les suivants:

• En enfilant une molette sur un axe, cette dernière n’est pas tenue des deux côtés, ce qui est le cas dans son utilisation, industrielle ou manuelle. L’analyser sans la contraindre sur sa position doit fausser ou au moins nous faire perdre de l’information.
• Le câble qui relie le capteur à l’amplificateur est extrêmement sensible, il transmet des picoCoulombs et le moindre mouvement induit des variations importantes du signal. Dans ce dispositif, puisque le bras donc le capteur est en mouvement et que l’amplificateur de puissance est fixe, ce câble bouge alors même qu’une mesure est enregistré, ce qui devrait aussi déformer le signal, ou augmenter le bruit.

Pour pallier ces défauts, nous avons agencé le banc de manière différente. Pour résoudre le problème lié à la fixation de la molette, nous avons privilégié une tête industrielle que nous a procuré Adler, qui tient la molette des deux côtés. Evidemment, le chargement/déchargement de la molette est beaucoup plus long, mais beaucoup plus sûr. Pour empêcher le capteur de bouger par rapport à l’ampli, nous avons décidé qu’il serait fixe, et que ce serait désormais la plaque en verre qui se déplacerait sous la molette.

Nous avons donc créé un plateau en translation sur deux glissières et conduit par le système de vérins du banc précédent, ces derniers étant maintenant situés sous le plateau. Une arche en aluminium profilé permet de faire descendre la molette solidaire du capteur à la verticale. Le capteur étant plus performant en compression, nous avons choisi de prendre l’axe Z comme verticale, même si nous nous sommes par la suite rendus compte que les trois axes donnaient des courbes extrêmement similaires. Ainsi le câble reliant capteur et amplificateur n’est plus sollicité (excepté sur les quelques centimètres de descente, qui n’ont pas lieu durant la course de la molette). Une mousse entre le plateau et la table réduit les vibrations.

Explicitation du protocole d'analyse : La classification se fait à l'aide d'une forêt d'arbres décisionnels avec en entrée les résultats de la PCA à n dimensions. Ici, 4 donne des résultats optimaux. L'entrainement du classifieur se fait également sur une base existante. Il est possible à tout moment de remplacer ces spectres si l'on décide de drastiquement changer les conditions d'acquisition. A chaque exécution du programme d'analyse de nouveaux spectres, le classifieur se ré-entraine, assurant une modularité maximale au code.

• Ouvrir le fichier PrisedeMesure.vi dans Labview. L’ordinateur doit être connecté à National Instrument (cela peut se voir en haut à gauche de l’écran d’accueil de NI Max). Appuyer sur le bouton démarrer en haut à gauche pour lancer l’interface.
• Allumer et brancher le compresseur sur 4 bars.
• Mettre le banc dans la bonne position, c’est à dire que le plateau doit être le plus éloigné de l’utilisateur (la mesure ne se fait que dans un seul sens). S’il est proche de l’utilisateur, il faut faire un retour vérin (soulever la tête à la main puis presser le bouton “Retour Vérin”).
• Il faut installer la molette dans la tête détachable puis fixer cette tête à l’ensemble dans son logement.
• Installer la plaque de verre en veillant à ce que la molette ne croise pas un sillon d’un test précédent. La fixer à l’aide du serre-joint. Faire attention à ce que le serre joint ne tape pas les tuyaux lors de la mesure.
• Ajuster le papillon situé au dessus du ressort (sans poids) afin que la molette touche à peine la plaque de verre puis ajouter les masses sur l’axe.
• Dans l’interface Labview, choisir le chemin de sauvegarde du fichier de mesure. (Celui ci s'auto incrémente)
• Appuyer sur le bouton “Lancer la mesure” en prenant garde à ne pas toucher la table ou créer des vibrations durant la prise de mesure. Le capteur est très sensible. La mesure se lance après quelques secondes.

De notre travail sur le banc mécanique nous retenons que l’un des enjeux principaux pour la caractérisation des molettes est la précision de la mesure. Dès le début nous avons essayé d’augmenter la précision du banc, notamment par des améliorations mécaniques qui ont été décrites ci-dessus.

Cependant, l’acquisition de l’information sous forme d’un signal électrique est aussi essentielle. En ce sens, le capteur piézoélectrique ainsi que l’amplificateur choisis pour le projet sont très précis. Après discussion avec leur fabricant, Kistler, il est apparu que la prise en main de ces composants et la mise en place d’un protocole de mesure sont longues et peu évidentes, avec des contraintes à respecter. Malheureusement, le temps alloué au projet ne nous a pas permis de vérifier toutes les indications recommandées par Kistler.

Ainsi, l’aspect principal à développer pour améliorer le banc mécanique réside dans la validation de ces recommandations :

• calibrage du capteur piézoélectrique (renvoi chez Kistler en Suisse pendant 4 semaines)
• adaptation du montage pour que celui réponde à tous les critères énoncés par Kistler pour une bonne mesure et un bon calibrage
• réglage de l’amplificateur sur la bonne gamme de mesures
• amélioration de la qualité du câblage entre le capteur et l’amplificateur, et entre l’amplificateur et la carte d’acquisition
• meilleur compréhension et étude des paramètres extérieurs qui influencent le fonctionnement de l’amplificateur et du capteur piézoélectrique (température, humidité, prise 220V utilisée)

À ce stade, si nos mesures présentent des résultats encourageants celles-ci ne sont pas encore complètement répétables pour les raisons énoncées ci-dessus. De même, le capteur piézoélectrique renvoie un signal identique selon x,y,z preuve qu’un problème existe dans la mesure.

Dans un deuxième temps, des améliorations mécaniques pourraient être apportées pour augmenter l’isolation du banc aux vibrations extérieures. Cela pourrait passer par l'ajout d'un feutre entre le plateau et la plaque de verre ou bien par une mousse plus épaisse entre le banc et la table.