Projet de Fin d’Etudes

Finalisation du logiciel d’acquisition de la

machine de sollicitation multiposte

Auteurs :

Mathieu BOITIERE

Caroline BORGHI

5A-DMS

Encadrants :

Matthieu LESCIEUX

Florian LACROIX

Octobre 2011

Mars 2012

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Résumé Ce projet a été réalisé dans le cadre du Projet de Fin d’Etudes que doivent réaliser en

dernière année les étudiants de Polytech’Tours, en partenariat avec une entreprise. La mission de

notre PFE est une demande du CERMEL (Centre d’ Etude et de Recherche sur les Matériaux

Elastomère) pour une machine multiposte. De nombreux projets ont déjà été effectués pour la

réalisation de cette machine. Notre rôle a été de reprendre le projet existant pour créer un programme

LabVIEW maintenable, extensible et lisible qui soit fonctionnel en fin de projet mais qui puisse être

modifiable et compréhensible si le CERMEL désirait ajouter des fonctionnalités par la suite.

Ce programme doit permettre de piloter et d’acquérir les données de la machine 10 postes. La

machine de base a été créée par INSTRON pour le test en fatigue d’une éprouvette d’un matériau

élastomère. Ce type de test pouvant durer plusieurs jours et devant être répétés pour être validés.

L’idée du CERMEL, en transformant cette machine en une machine 10 postes, est de pouvoir tester

10 éprouvettes en même temps au lieu d’une seule. Ceci permet un gain de temps : les campagnes

d’essai passent de plusieurs semaines à quelques jours et rendent les résultats plus justes. En effet,

les éprouvettes sont toutes testées dans les mêmes conditions puisqu’elles sont testées

simultanément.

Les parties mécanique et électrique ayant déjà été validées par les projets précédents, nous

avons uniquement eu à faire un état des lieux de ce qui fonctionnait et trouver une solution aux

éventuels disfonctionnements. La majorité de notre projet s’est donc axée sur la génération du code

LabVIEW et la création de l’IHM (Interface Homme Machine).

Finalement, la machine 10 postes fonctionne et nous avons réussi à remplir le cahier des

charges. Notre participation au projet a donc permit la clôture de 5 années de travail. De plus, le

logiciel est maintenant utilisable par le CERMEL.

Mots clés : LabVIEW, machine dix postes, CERMEL, Interface Homme/Machine.

Abstract We made this project because of our final year project (PFE). This project was realized in

partnership with a laboratory named CERMEL (Centre d’ Etude et de Recherche sur les Matériaux

Elastomère). When we arrived into this project, there were already 4 students who worked before us

on this machine. Our mission was to integrate the previous projects in order to create a LabVIEW

software which can be maintainable, extensible and readable. This software must works at the end of

our project but it has also to be able to be modified by someone if the CERMEL asks for more

functionality in the future.

First, this machine was originally built by INSTRON in order to test one sample and the

CERMEL’s idea was to transform this machine into a machine that can test ten samples in the same

time in order to earn time and to get better results. This software must be able to control and to

acquire data from the ten samples machine.

The mechanical and the electrical part were already done when we started the project. Our

work was especially to generate and finish the LabVIEW software with a good User Interface.

Finally, we can say that this ten samples machine works well and can be useful for the

CERMEL. Also the project that begins five years ago is now finished!

Keywords: LabVIEW, ten samples machine, CERMEL, User Interface.

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Remerciements

Nous tenons tout d’abord à remercier très chaleureusement Mr Matthieu Lescieux pour nous

avoir initiés à la programmation LabVIEW. Il a su non seulement nous transmettre ses connaissances

mais aussi un peu de sa passion et a ainsi rendu notre programme compréhensible par nos

successeurs.

Ensuite, nous voulons remercier Mr Florian Lacroix pour son accueil au CERMEL.

Nous voulons de plus remercier Agathe Chauvin pour nous avoir expliqué le montage et la

manipulation de la machine dix postes.

Nous remercions tous les étudiants qui ont participé avant nous à l’élaboration de ce projet et

ont permit son aboutissement.

Enfin, nous remercions toute l’équipe du CERMEL pour le bon accueil que nous avons reçu

lors de nos heures de travail dans le sous-sol du laboratoire.

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Table des matières Résumé ...................................................................................................................................... 3

Abstract ..................................................................................................................................... 3

Remerciements ......................................................................................................................... 4

Contexte .................................................................................................................................... 7

Introduction ............................................................................................................................. 7

Le Cermel ............................................................................................................................... 7

Enjeux de la machine multiposte et présentation du projet ................................................ 8

Les essais de fatigue .............................................................................................................. 8

Les éprouvettes tests ............................................................................................................. 8

La machine de test ................................................................................................................. 9

La machine multiposte ............................................................................................................ 9

Enjeux ................................................................................................................................. 9

Fonctionnement mécanique de la machine ...................................................................... 10

Fonctionnement électrique ............................................................................................... 11

Partie acquisition et traitement des données ................................................................... 11

Etat des lieux du projet .......................................................................................................... 12

Fonctionnement mécanique de la machine ...................................................................... 12

Fonctionnement électrique ............................................................................................... 12

Partie acquisition et traitement des données ................................................................... 12

Cahier des charges de notre participation au projet .......................................................... 13

Instrumentation mécanique et électrique ............................................................................. 13

Programme de commande ................................................................................................... 13

Traitement de l’acquisition des données .......................................................................... 13

Gestion de la casse des éprouvettes ............................................................................... 13

Gestion de la maintenance des douilles à billes .............................................................. 13

Gestion des menus d’exécution ....................................................................................... 14

Gestion de l’interface Utilisateur ....................................................................................... 14

Post traitement des données ............................................................................................ 14

Notice d’utilisation ................................................................................................................. 14

Planning prévisionnel ........................................................................................................... 14

Descriptif des réalisations ..................................................................................................... 16

Prise en main de Labview .................................................................................................... 16

Architecture du programme principal ............................................................................... 16

Programme de commande ................................................................................................... 18

Traitement de l’acquisition des données .......................................................................... 18

Gestion de la casse des éprouvettes ............................................................................... 20

Gestion de la maintenance des paliers ............................................................................ 21

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Gestion des menus d’exécution ....................................................................................... 21

Gestion de l’interface UI ................................................................................................... 22

Post traitement des données ............................................................................................ 24

Le post traitement des résultats se fait enfin par l’utilisateur à l’aide du logiciel Excel. ....... 24

Notice d’utilisation : Aide en ligne ......................................................................................... 25

Instrumentation mécanique et électrique ............................................................................. 26

Partie mécanique .............................................................................................................. 26

Partie électrique ................................................................................................................ 26

Bilan fonctionnel du projet .................................................................................................... 27

Avancées .............................................................................................................................. 27

Limites et perspectives ......................................................................................................... 27

Maintenance des douilles ................................................................................................. 27

Adaptation aux besoins de l’utilisateur ............................................................................. 27

Conclusion .............................................................................................................................. 28

Glossaire ................................................................................................................................. 29

Bibliographie ........................................................................................................................... 30

Annexes ................................................................................................................................... 31

Annexe N°1 : devis capteur de force .................................................................................... 32

Annexe N°2 : caractéristiques capteur de force ................................................................... 33

Annexe N°3 : Feuille caractéristique des douilles ................................................................ 34

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Contexte

Introduction Dans le cadre de notre formation d’ingénieur au sein de l’école Polytech’Tours, nous sommes

amenés à travailler sur un projet concret sur une durée de 6 mois : c’est le Projet de Fin d’Etudes. Il

permet, lors de la dernière année d’école, de travailler en autonomie sur un projet important en

collaboration avec une entreprise.

Notre PFE est une demande du Centre d’Etudes et de Recherches sur les Matériaux

Elastomères, un laboratoire partenaire de l’Université François Rabelais. Le sujet de notre PFE est la

mise au point d’une partie commande et exploitation pour une machine d’essai de fatigue en traction.

Cette machine permet de solliciter 10 éprouvettes de manière simultanée. Notre mission était donc de

développer un logiciel d’acquisition des données pour toutes les éprouvettes et d’assurer le lancement

et le suivi des essais de fatigue.

Le Cermel

Le Centre d’Etudes et de Recherches sur les Matériaux Elastomères, CERMEL est le fruit

d’une collaboration entre le Laboratoire de Mécanique et de Rhéologie de l’université de Tours et

l’entreprise Hutchinson Transmission, le leader mondial de la transformation du caoutchouc industriel.

Créé en 2007 pour étudier les comportements mécaniques des matériaux élastomères,

polymères, métaux, composites et produits finis, le CERMEL dispose d’un plateau technique propre

basé à Joué-lès-Tours, en face du site de son entreprise partenaire : Hutchinson.

Le CERMEL est membre et leader du pôle de compétitivité « Elastopôle » regroupant près de

quarante entreprises et quinze centres de recherches sur les régions Centre, Auvergne, Pays de la

Loire et Ile de France.

Outre ces appartenances, le CERMEL propose son expertise à des PME-PMI pour des

collaborations de recherche et une aide à l’obtention de financements. Cela permet aux entreprises

d’affiner leurs connaissances sur les matériaux qu’ils utilisent et donc de mieux prédire la durée de vie

de leurs produits industriels.

CERMEL

29 rue des Martyrs

37300 Joué-lèes-Tours

Tel : 02.47.36.12.00

Courriel : lacroix@univ-tours.fr

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Enjeux de la machine multiposte et présentation du projet

Les essais de fatigue Effectuer des essais mécaniques sur des matériaux permet de connaître ses propriétés et

caractéristiques mécaniques propres. Ainsi, au moment de la conception d’un produit, il est important

de connaître les propriétés du matériau utilisé afin de vérifier qu’il est conforme au cahier des charges

et d’optimiser la durée de vie.

L’essai de fatigue permet de caractériser le comportement d’un matériau soumis à des cycles

répétitifs de traction-compression. En effet, une pièce soumise à des cycles répétés subit une

modification des ses propriétés mécaniques locales.

Pour cela, on soumet des éprouvettes tests à divers paramètres donnés :

-une charge moyenne (ou précharge) et une amplitude de charge

-une fréquence et un nombre de cycles à effectuer (ou une durée de l’essai).

Généralement, il est nécessaire de faire plusieurs essais de fatigue à des charges variables

pour des éprouvettes identiques afin de qualifier entièrement le matériau. Les résultats de ce type

d’essai permettent de connaître les résistances du matériau à la fatigue c’est-à-dire le nombre de

cycles tenus par l’éprouvette avant sa rupture dans des conditions définies.

Les éprouvettes tests Pour caractériser un matériau, le CERMEL utilise des éprouvettes standards de type diabolo.

Ces éprouvettes sont faites de différents matériaux caoutchoucs, élastomères et polymères en

fonction de l’essai. Les essais de fatigue imposés à ces éprouvettes provoquent des fissures ou des

ruptures des éprouvettes.

Figure 1 : Dimensions d'une éprouvette diabolo, source : rapport PFE S. Lanneau 2009

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La machine de test

Pour effectuer ces essais de fatigue, le CERMEL dispose d’une machine de traction

INSTRON 8872 qui permet de réaliser des essais de traction simple, des essais cycliques de forme

sinusoïdale, triangulaire ou carré. La machine INSTRON est équipée d’un vérin servohydraulique situé

dans la traverse et d’un capteur de force monté sur le vérin. Elle est fournie avec une console de

commande et un logiciel de gestion des essais. Ce dernier permet de générer des essais simples ou

cycliques, d’effectuer des étalonnages de la voie d’acquisition,…

Figure 2 : Machine INSTRON 8872, source : http://www.instron.tm.fr/

La machine multiposte

Enjeux

Les essais de fatigue sont des essais de longue durée et peuvent s’étendre de quelques

minutes à plusieurs jours. En outre, pour avoir des résultats suffisamment fiables, il est intéressant

d’effectuer plusieurs essais identiques dans les mêmes conditions (même éprouvette, même

sollicitation, même environnement). En effet, cela permet de faire des statistiques sur les résultats

obtenus et de définir des valeurs moyennes plus proches de la réalité.

La machine dix postes a été imaginée pour répondre à ces problèmes. Elle permet de tester

dix éprouvettes identiques de manière simultanée afin de réduire le temps des essais et de fiabiliser

les résultats.

Initié en 2005, ce projet est repris d’année en année par des étudiants de Polytech’Tours dans

le cadre de PFE. Les parties mécanique puis électrique ont été développées et enfin, le logiciel

d’acquisition et de traitement des données de l’essai.

Notre mission cette année est de reprendre le projet à son stade d’avancement et de le

terminer afin que la machine soit utilisable.

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Figure 3 : Machine INSTRON équipée multiposte

Fonctionnement mécanique de la machine

Les projets précédents ont permis de développer l’environnement mécanique de la machine

multiposte.

Un plateau inférieur soutien les dix capteurs de force sur lesquels sont vissées les

éprouvettes. Ce plateau est solidaire au bâti de la machine initiale INSTRON. L’autre extrémité des

éprouvettes est elle aussi fixée au plateau supérieur à l’aide d’ailettes. La partie supérieure, quand à

elle, est solidaire au vérin hydraulique. Elle impose donc la sollicitation à toutes les éprouvettes de

manière simultanée.

Les deux plateaux sont soutenus par des axes verticaux montés sur des douilles à billes. Ces

axes ont pour but de maintenir le parallélisme des deux plateaux même en cas de rupture (non

symétrique) d’une partie des éprouvettes.

Figure 4 : Photographie du montage de la machine multiposte, source : rapport de PFE F. Daulay, 2010

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Fonctionnement électrique

La partie électrique du système est composée de la chaîne de mesure et de l’alimentation

électrique. La partie alimentation est composée d’un sectionneur, un disjoncteur et une alimentation

24V. La partie chaine de mesure compte les 10 capteurs de force associés à chaque éprouvette.

La carte d’acquisition située à l’intérieur de l’ordinateur permet de récupérer les signaux

amplifiés des 10 capteurs de force et du déplacement imposé par la machine INSTRON.

Figure 5 : Photographie de l'intérieur de l'armoire électrique

Partie acquisition et traitement des données

L’acquisition des 11 signaux (10 capteurs de force des éprouvettes + déplacement imposé

par la machine) permet de traiter ces signaux suivant un cahier des charges précis établi par le

CERMEL. La partie acquisition et traitement des données est gérée par un logiciel développé sous

LabVIEW.

LabVIEW est un environnement de développement de programmation graphique créé

principalement pour le contrôle, l’acquisition, l’analyse et le traitement de données. Dans le cadre de

notre projet, LabVIEW permet de récupérer l’ensemble des données de l’essai, de faire des calculs

spécifiques, et de présenter les résultats sur des interfaces utilisateurs actives. Il nous permet aussi

de sauvegarder des données sous format TDMS (transformable en Excel) et d’envoyer des mails

dans certains cas.

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Etat des lieux du projet Le projet ayant commencé en 2005, le cahier des charges est déjà clairement établi.

Fonctionnement mécanique de la machine

Lors des précédents PFE, la partie mécanique a été développée et conçue. Elle a par la suite

été testée à plusieurs reprises. Elle est donc validée et fiabilisée.

Fonctionnement électrique

La partie câblage, la chaine de mesure et l’alimentation ont aussi fait l’objet de PFE et sont

adéquates.

Partie acquisition et traitement des données

La partie acquisition a déjà en partie été développée par nos prédécesseurs et certaines

fonctionnalités avaient été vérifiées :

-Les signaux du déplacement, de la force et de la contrainte en fonction du temps, de la

contrainte max et min en fonction du nombre de cycles et la courbe d’hystérésis pouvaient être

visualisés en face avant,

-Les données pouvaient être enregistrées dans des fichiers TDMS,

-La communication avec la machine via le port GPIB a été développée et le pilotage de la

machine multiposte peut être fait directement depuis le logiciel (et non plus par l’intermédiaire de la

commande à distance INSTRON).

Cependant, la communication GPIB et le programme global d’acquisition n’étaient pas

parfaitement compatibles. Il a donc fallut redévelopper les fonctions et s’assurer de leur fiabilité. Mr.

Lescieux a réorganisé, modifié et mis en fonctionnement une part du programme. Notre mission a

consisté à compléter cette base afin de répondre au cahier des charges fournit par le CERMEL et de

procurer un logiciel fonctionnel à la fin de notre projet.

Figure 6 : face avant du programme créée par Frédéric DAULAY

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Cahier des charges de notre participation au projet

Notre cahier des charges a été défini par Mr Lescieux en fonction des demandes du CERMEL

(notamment Mr Lacroix) et de l’état d’avancée actuel du programme.

Instrumentation mécanique et électrique

La partie instrumentation de notre participation consiste principalement en l’apprentissage de

la mise en fonctionnement du banc d’essai et l’analyse de l’environnement. Plus précisément, il s’agit

de vérifier le bon fonctionnement de tous les capteurs, des câbles de transmission, … et de trouver

des solutions pour les points faibles (remplacement éventuel des capteurs…).

Programme de commande

Traitement de l’acquisition des données

- A partir des données brutes, extraire les informations utiles ou souhaitées (Contraintes min

et max/cycle/Eprouvette ; Energie dissipée/cycle/Eprouvette). Les données sont à calculer pour

chacune des 10 voies.

- Déterminer si l’enregistrement (fichier TDMS) est pertinent ou non. Il a été convenu qu’un

enregistrement est pertinent s’il n’a pas eu lieu depuis un certain nombre de cycle, ou bien parce que

l’on a détecté une variation significative des données calculées depuis le dernier enregistrement.

Remarque : Les paquets d’acquisition actuellement saisis correspondent à l’acquisition de 3

périodes * 11 voies * 60 points/périodes. Ces paramètres peuvent être modifiés si besoin.

Gestion de la casse des éprouvettes

A partir des données brutes, il faut déterminer si, parmi les éprouvettes non encore cassées, il

n’y a pas eu une (des) nouvelle(s) casse(s).

Si oui, alors:

- Enregistrement du numéro d’éprouvette cassée + horodatage de la casse + n° du cycle.

- Envoi d’un mail aux destinataires souhaités.

- Datalogging de l’information dans un tableau de synthèse.

- Arrêt du test de fatigue si le nombre total d’éprouvettes cassées est supérieur au seuil.

Gestion de la maintenance des douilles à billes

Il est nécessaire de changer périodiquement les pièces d’usure de la machine. Cette période

est fonction du nombre de cycles effectués, de la fréquence à laquelle ils ont été effectués, de

l’amplitude des sollicitations correspondantes, etc. Il y a un effet cumulatif et Il faut pouvoir informer

l’utilisateur du poste du taux d’usure actualisé. Il est nécessaire de stocker les informations requises

dans un fichier externe à chaque fin d’essai effectif et de pouvoir lire ce fichier depuis le programme

pour afficher le taux d’usure.

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Gestion des menus d’exécution

En mode RUN, il est nécessaire de changer le menu d’exécution pour limiter les possibilités

de l’utilisateur (pas d’étalonnage, pas d’exploitation des fichiers TDMS par exemple). Ces restrictions

peuvent être apportées en chargeant un menu d’exécution restreint.

Gestion de l’interface Utilisateur

A l’affichage, l’utilisateur pourra choisir en mode RUN l’éprouvette n°i i:1->10 ou toutes les

éprouvettes. Choix de la courbe: contrainte, effort, Densité spectrale en fonction du temps, du nombre

de cycle, de la fréquence etc. Le programme doit réagir à ces choix et actualiser son affichage en

conséquence.

Post traitement des données

Les données brutes et calculées enregistrées doivent pouvoir être lues et exploitées dès

qu’un test a pris fin. Il s’agit de lire les données enregistrées dans les fichiers TDMS et d’afficher les

courbes souhaitées correspondantes. On peut envisager que le programme puisse lire (en mode

STOP) les fichiers TDMS d’essais précédent pour exploitation.

Notice d’utilisation

Afin de rendre notre logiciel entièrement fonctionnel, il est nécessaire de fournir des notices

d’utilisation pour le montage/démontage de la machine et pour les essais de fatigue. Ces notices

devront être accessibles en ligne.

Planning prévisionnel Notre PFE s’est déroulé du 19 octobre 2011 au 5 mars 2012 suivant le planning présenté ci-

dessous :

Figure 7 : planning prévisionnel

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Figure 8: illustration du planning

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Descriptif des réalisations

Prise en main de Labview Nous avons refait les premiers TP réalisés lors du cours de Conduite des Systèmes avec

Matthieu LESCIEUX que nous n’avions pas pu suivre l’année dernière car nous étions en semestre

d’étude à l’étranger. Mr LESCIEUX nous a ensuite inculqué les règles de bases et les principales

logiques de programmation propres au langage LabVIEW et qui permettent aujourd’hui à notre

application d’être maintenable, extensible et lisible.

Les règles de base pour écrire un bon code LabVIEW sont :

-Comme pour la face-avant, limitez le diagramme de votre programme à la taille de l’écran.

-Si nécessaire, utilisez l’ascenseur dans une seule direction, horizontale ou verticale, pour

visualiser le diagramme tout entier.

Pour cela il faut encapsuler le code dans des sous VI (qui eux même sont régit par ces règles)

que le VI principal utilisera plus tard. Il faut utiliser des machines d’états, et pour permettre une lecture

plus claire du programme, utiliser des FGV.

Architecture du programme principal

Le programme consiste en une machine d’état à 3 étapes :

On entre d’abord dans une étape d’initialisation puis, une fois l’initialisation finie, on passe à la

fenêtre « idle » qui représente le mode « run » de notre programme. On quittera « idle » pour se

diriger vers l’étape « fermeture » uniquement lorsque l’utilisateur aura choisi de quitter le programme.

Quitter le

programme

Fermeture Initialisation Idle

Figure 9 : Vi principal étape : « initialisation »

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Fonctionnement de l’étape « idle »

L’étape Idle est divisée en 3 grandes parties qui communiquent entre elles et fonctionnent toutes en

même temps :

La boucle N°1 surveille tous les événements pouvant survenir sur la face avant. Elle gère donc

l’interface utilisateur et reçoit tous les évènements effectués par l’utilisateur. Dès réception, elle

transmet ces informations à la boucle esclave N°3. Cette dernière traite directement l’information si

elle est libre ou la met en file d’attente jusqu’à libération sinon. Certaines fonctionnalités des menus

d’utilisateur sont d’ordre spontané (affichage d’une fenêtre pop-up) et peuvent être traitées

directement dans la boucle N°1. D’autres sont beaucoup plus lourdes (communication avec la

machine Instron, affichage de paramètres de l’essai…) et doivent être traitées séparément dans les

autres boucles. De cette manière, à chaque fois que l’utilisateur « demande quelque chose », sa

demande est traitée immédiatement. En outre, les files d’attente suppriment les pertes de données

liées au temps d’attente de l’exécution d’un calcul annexe.

La boucle N°2 acquière les données lorsqu’un essai est en cours et s’occupe de les traiter. Il s’agit

de la partie principale de notre programme où sont effectués tous les calculs liés au traitement de

l’acquisition.

La boucle N°3 traite principalement de la communication GPIB assouvissant la machine aux

commandes de l’ordinateur.

Figure 10 : VI principal, étape : « idle » (mode run)

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Figure 11 : traitement des données « test de casse »

Programme de commande

Traitement de l’acquisition des données

Extraction des données

Les données de l’essai sont récupérées sous forme de « waveforme » sous LabVIEW. Les

onze waveforme que nous récupérons (déplacement + 10 éprouvettes) sont ensuite traitées par

différents sous-VI qui permettent de calculer les informations utiles (Contraintes min et

max/cycle/Eprouvette ; Energie dissipée/cycle/Eprouvette ; évolution de la Contrainte ou de la force en

fonction du temps ; Déplacement en fonction du temps). Ces calculs permettent de traiter les données

brutes et de les transcrire sur l’interface utilisateur à l’aide notamment de graphiques.

Le traitement des données s’effectue suivant la machine d’état ci-dessus. A chaque fois

qu’une nouvelle acquisition de Waveforme arrive, on test si l’éprouvette concernée est cassée puis on

affiche la courbe que l’utilisateur veut visualiser.

Figure 12 : traitement des données « affichage »

Arrivée d’une

nouvelle

Waveforme

Affichage Test de

casse

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Enregistrement

Nous avons réalisé un VI qui permet de dire si l’enregistrement est pertinent ou non : on

enregistre uniquement lorsque la variation de la contrainte en fonction du nombre de cycles est

significative ou si l’enregistrement n’a pas eu lieu depuis un certain nombre de cycles. Ces deux

paramètres définissent la fréquence d’enregistrement et peuvent être modifiés par l’opérateur.

Cette étape est très importante, elle permet de ne pas avoir des ficher TDMS (et donc Excel)

trop volumineux en enregistrant uniquement les endroits ou il y a une réelle variation du

comportement des matériaux. De plus, l’écriture dans les fichiers TDMS est assez lourde pour le

programme puisqu’il s’agit d’enregistrer physiquement sur le disque dur de l’ordinateur. Il est donc

préférable de ne pas effectuer d’enregistrements de manière continue pour alléger l’exécution du

programme d’acquisition.

Une fois l’enregistrement validé, on enregistre dans un TDMS la contrainte maximale, la

contrainte minimale et le rapport de charge (

) ainsi que le numéro de cycle corespondant.

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Gestion de la casse des éprouvettes

La casse des éprouvettes est détectée par le logiciel avant tout traitement de donnée. La

logique mise en place est la suivante :

Nous avons décidé de traiter les données sur 3 cycles consécutifs. De ce fait, la courbe de

contrainte en fonction du temps passe 6 fois par la valeur moyenne pour une éprouvette non cassée.

En revanche, lorsqu’une éprouvette casse, le capteur renvoie un signal variant beaucoup plus vite

autour de la valeur moyenne. Cette caractéristique nous permet d’attester d’une casse.

L’utilisateur est informé de la casse d’une nouvelle éprouvette par plusieurs voies :

E-mail : l’opérateur reçoit lors de chaque

nouvelle casse un E-mail attestant de l’heure de la casse,

du nombre de cycles tenus et du nombre d’éprouvettes

non cassée et donc encore testées.

En début d’acquisition, un message informe l’utilisateur si

l’ordinateur n’est pas relié à internet et donc qu’il sera

impossible de lui notifier par E-mail s’il y a eu une nouvelle

casse. Pour la bonne marche du programme, il est

important de cliquer sur OK sinon l’acquisition et l’essai ne

s’arrêtent pas avant la fermeture de cette boite de dialogue.

Une palette de contrôle en bas à gauche de la fenêtre

d’acquisition atteste de l’état des éprouvettes, en rouge les

éprouvettes cassés et en vert les éprouvettes non

cassées.

L’opérateur peut ensuite consulter le tableau de

l’historique des ruptures pour savoir quand et après

combien de cycles chacune des éprouvettes a cassé.

Les éprouvettes qui ne sont pas testées apparaissent en

rouge sur ce panneau mais ne sont pas dans le tableau de

l’historique des ruptures.

Figure 10 : Evolution de la contrainte en fonction du temps pour une éprouvette non cassée à gauche et cassée à droite

Figure 13 : Evolution de la contrainte en fonction du temps pour une éprouvette non cassée à gauche et cassée à droite

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Gestion de la maintenance des paliers

Nous disposons de douilles à billes standards de type 2540 A et B du fournisseur Axmo.

Cf Annexe N°3 : Feuille caractéristique des douilles

La durée de vie des douilles est déterminée à chaque fin de test grâce à la formule suivante :

L’utilisateur a la possibilité de consulter à tout instant le taux d’usure des douilles.

Il est aussi possible de remettre le taux d’usure des douilles à zéro lors du changement des

douilles ou de l’ajuster au niveau souhaité si les douilles ont déjà été utilisées avant leur installation.

Gestion des menus d’exécution

Il y a deux menus, un menu d’accueil et un menu d’exécution, plus restreint.

Les fonctionnalités non accessibles en mode marche sont les suivantes :

Programme qui permet de quitter l’application, il faudra d’abord arrêter l’essai en cours

pour pouvoir fermer le programme d’acquisition,

Etalonnage qui permet de calibrer les voies d’acquisition et l’équilibrage des charges à

vide n’est plus utile pendant l’essai,

Essai de fatigue qui permet de définir un essai et de lancer l’essai est remplacé par Essai

simple qui permet d’afficher les paramètres ou les résultats de l’essai et de stopper l’essai

en cours,

Les fonctions de l’onglet Maintenance sont elles aussi réduites pendant l’exécution du

programme. Il est ainsi impossible de modifier le taux d’usure des douilles pendant un

essai. Il est cependant possible de le consulter.

Ces restrictions de menu permettent à l’utilisateur de ne pas commettre d’erreur nuisible au

bon fonctionnement du programme et de ne pas stopper l’essai par inadvertance.

Figure 14: menu d'accueil Figure 15: menu en mode marche

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Gestion de l’interface UI

Le programme possède deux pages principales : la page d’accueil et la page d’acquisition

accessible en mode marche.

Figure 16: Page d’accueil en haut et interface de l’essai en bas

L’interface utilisateur est une partie très importante du programme. C’est celle que l’utilisateur

voit et doit savoir utiliser. Il faut donc penser à faire une interface attractive, pratique, simple et la plus

intuitive possible.

Nous avons voulu faire une page d’accueil chaleureuse et facile à prendre en main. C’est

dans cette optique que nous avons intégré de gros boutons reprenant les fonctionnalités principales

accessibles par le menu d’utilisation. De plus, chaque acteur du projet est représenté par son logo

comprenant un lien vers son descriptif.

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L’interface utilisateur au cours de l’essai se veut elle aussi pratique. Un voyant vert indique en

haut à gauche le nombre de cycles effectués et la durée de l’essai en cours. La barre d’avancement

bleue permet de visualiser l’état actuel de l’essai. Les boutons à gauche des graphiques permettent

d’afficher en temps réel toutes les courbes utiles à l’analyse des essais de fatigue pour chacune des

dix éprouvettes testées. Les graphes des éprouvettes déjà cassées ne sont pas acessibles.

Voici les courbes que peut obtenir l’utilisateur :

- La contrainte et la force en fonction du temps

Figure 17 : Contrainte= f(temps)

- L’Energie

Figure 18 : Hystérésis

- La contrainte en fonction du nombre de cycle.

Il est aussi possible d’afficher le déplacement en fonction du temps et l’historique des ruptures.

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On gère l’interface Homme/machine à l’aide d’une boucle événementielle placée dans la

partie N°1 de « idle » du programme. C’est cette boucle qui surveille tout ce qui se passe en face

avant et nous permet d’afficher ce que l’utilisateur veut voir.

Cette boucle événementielle permet de gérer tout ce que fait l’utilisateur sur la face avant ou

sur les menus. On peut par exemple savoir dans cette boucle si l’utilisateur clique sur le bouton

« open résultat » et ainsi prendre les mesures nécessaires pour qu’effectivement les résultats

s’ouvrent lors ce que l’on clique sur ce bouton.

Post traitement des données

A l’aide des fichiers TDMS détaillés précédemment, il nous est possible d’extraire les données

utiles de l’essai sous forme de tableur Excel.

Les données sont consultables à tout instant : que ce soient les données de l’essai actuel ou

de l’essai précédent, et que l’on soit en mode marche ou arrêt. Toutes les données sont

sauvegardées dans un même dossier accessible depuis le menu ou par des boutons. On donne aussi

un lien à l’utilisateur pour consulter les résultats lorsque l’essai est terminé.

Le post traitement des résultats se fait enfin par l’utilisateur à l’aide du logiciel Excel.

Figure 19 : on peut voir sur cette figure l'action réalisée quand l'utilisateur clique dans le menu sur lancer essai.

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Notice d’utilisation : Aide en ligne

Une notice d’aide en ligne est consultable gratuitement à l’adresse suivante :

http://auto.polytech.univ-tours.fr/multiposte/

Elle est directement accessible depuis le programme d’acquisition par l’intermédiaire du menu

Aide :

Cette aide en ligne s’articule autour de deux axes complémentaires qui permettent de prendre

entièrement en main la machine multiposte et son logiciel d’acquisition. Elle comprend :

-une notice d’aide au montage détaillant les étapes chronologiques de mise en place

mécanique et électrique de la machine.

-une notice d’aide pour l’utilisation du logiciel explicitant la marche à suivre pour programmer

un essai de fatigue, accéder aux données de l’essai et suivre l’évolution de la maintenance des

douilles.

S’ajoutent à ces parties principales une rubrique « trucs et astuces » rappelant certains points

importants lors de la préparation et l’utilisation de la machine et une rubrique « A propos » resituant le

cadre du projet, les remerciements et les méthodes utilisées pour créer le site internet.

Figure 20 : Exemple de page de notre site internet

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Instrumentation mécanique et électrique

Nous avons traité cette partie à une phase avancée de notre projet, lors des tests fonctionnels

au CERMEL.

Partie mécanique

Après essais, nous avons pu déterminer que quatre capteurs ne fonctionnaient plus depuis

une mauvaise manipulation qui a provoqué un écrasement. Pour que la machine soit efficacement

utilisable, il est nécessaire de racheter ces capteurs. Nous avons donc demandé un devis à

l’entreprise TME. Cependant, le prix unitaire est d’environ 700€ par capteur et les délais sont de 6

semaines. La commande sera donc effectuée après la fin de notre PFE et nous ne verrons pas la

machine fonctionner avec les dix éprouvettes. Il est toutefois possible d’effectuer des essais de 6

éprouvettes en attendant les nouveaux capteurs.

Cf Annexe N°1 : devis capteur de force

Partie électrique

Lors de nos essais, nous avons pu tester la netteté des signaux transmis par la chaîne

d’acquisition et l’état du câblage.

Le fort bruit constaté sur les signaux de déplacement ou sur les réponses en force transmises

par les capteurs nous a incités à vérifier les différents acteurs de la chaine d’acquisition.

Dans ce cadre, nous avons vérifié la pureté du signal fourni par la machine INSTRON à l’aide

d’un oscilloscope mais aussi le circuit de mise à la masse qui peut provoquer un fort bruitage sur les

signaux. Nous avons finalement découvert que la prise d’alimentation secteur de l’armoire électrique

était mal connectée. En effet, le câble de masse s’était enlevé de son emplacement. En le

rebranchant, les signaux se trouvaient moins bruités. Nous pouvons donc stipuler qu’il est important

de manipuler avec précaution tous les câblages.

Ainsi, cette manipulation nous a permit de voir que tout le câblage qui se trouve entre les

capteurs et la carte d’acquisition fonctionne correctement.

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Bilan fonctionnel du projet

Avancées

objectifs Réalisations des objectifs

Etat des lieux mécanique et électrique : Tout fonctionne, il manque quatre capteurs de force qui ont été endommagés lors d’une mauvaise manipulation, la commande est en cours….

Intégrer les nouvelles fonctionnalités :

Gérer les casses des éprouvettes

Les casses sont bien détectées, enregistrées et l’utilisateur en est informé par e-mail.

Gestion de la maintenance des douilles à billes

Il nous manque une donnée du calcul pour effectuer le calcul de maintenance : F, la charge radiale réelle. Cette valeur est à remplacer par la valeur défaut que nous avons mise (2000N).

Traitement de l’acquisition des données

Toutes les courbes demandées sont affichées sur l’écran en temps réel.

Gestion des menus d’exécution

Les menus tiennent compte de l’utilisation de la machine. Nous avons bien créé un menu restreint pour les essais en cours.

Post traitement des données

Les données souhaitées sont bien enregistrées, consultables et analysables en format .xls

Gestion de l’interface UI

L’interface Homme/Machine est intuitive et conviviale. Elle comprend de plus une page d’accueil.

Limites et perspectives

Maintenance des douilles : nous n’avons pas intégré de message alertant l’utilisateur lorsque le

taux d’usure des douilles est supérieur à un certain pourcentage. Il est donc nécessaire de surveiller

régulièrement cette donnée.

Adaptation aux besoins de l’utilisateur : certaines fonctions nouvelles pourraient faire l’objet

d’une demande du CERMEL. Ces fonctionnalités ne sont pas prédictibles aujourd’hui et dépendront

de l’utilisation de la machine multiposte et des besoins nouveaux des utilisateurs.

De plus, nous n’avons pas eu l’occasion de faire tester notre programme par les techniciens

et chercheurs du CERMEL. Leurs retours nous auraient permis d’apporter des améliorations quant à

l’interface graphique et/ou l’ajout de nouvelles fonctionnalités. Cependant, cette limite est surmontable

puisque notre programme LabVIEW a été conçu pour être maintenable et parfaitement lisible.

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Conclusion A la fin de notre projet, le CERMEL dispose d’un logiciel complet de gestion de la machine

multiposte. Ce logiciel permet de communiquer avec la machine d’essai INSTRON et donc de

programmer et lancer des essais mais aussi de récupérer et traiter tous les résultats de cet essai en

temps réel.

Le logiciel comprend une interface graphique intuitive qui permet une prise en main rapide et

une facilité d’utilisation. De plus, une aide en ligne détaillant la démarche à suivre pour monter la

machine INSTRON et lancer des essais est disponible.

Le programme LabVIEW est quant à lui respectueux des règles de base de la programmation.

Il est donc parfaitement maintenable et lisible et laisse la porte ouverte à des améliorations futures.

A la date de fin de projet, notre cahier des charges est entièrement respecté. Nous avons

réalisé un programme qui offre toutes les fonctionnalités demandées par l’utilisateur à l’heure actuelle.

Il pourra être intéressant par le futur d’avoir un retour d’utilisation pour penser à d’éventuelles

améliorations.

Du point de vue personnel, notre PFE nous a permis de prendre en main le langage LabVIEW

mais aussi de travailler en autonomie et de mener à bien un projet en suivant les contraintes d’un

cahier des charges.

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Glossaire

CERMEL : Centre d’ Etude et de Recherche sur les Matériaux Elastomère, Laboratoire client de la

machine multipostes.

Communication GPIB (General Purpose Interface Bus) : Langage de communication entre les

machines facilitant l’interconnexion entre les machines de tests et les ordinateurs.

FGV (Fonctionnal Global Variable) : les FGV permettent de mettre en mémoire n’importe quel type de

valeur (nombre, waveforme, tableaux…). L’avantage des FGV est que les variables sont ainsi définies

de manière unique pour tout le programme. En outre, les FGV permettent de mettre à jour et

récupérer ces variables de n’importe quel endroit du programme.

Fichier TDMS (Technical Document Management System) : Fichier enregistrable rapidement sur le

disque dur de l’ordinateur. Il permet d’enregistrer les données d’un essai et de les ouvrir via Excel.

Machine d’étât : C’est un comportement qui spécifie une séquence d’état qu’un objet traverse

pendant sa durée de vie, en réponse aux évènements et aux réponses qu’un objet donné donne à ces

évènements.

PFE : Projet de Fin d’Etudes effectué par les élèves ingénieurs de Polytech’Tours, en partenariat avec

une entreprise, au cours de leur dernière année d’étude.

Sous-VI : C’est exactement la même chose qu’un Vi (définit précédemment) mais il n’a aucun intérêt

à être exécuté seul, il effectue une mission précise -comme le calcul d’une aire- et il est utilisé par le

Vi principal lorsqu’il a besoin de faire appel à lui. Ceci permet de grandement clarifier le programme

principal et le rendre lisible.

UI : User Interface ou l’interface Homme/machine

VI : (Virtual instrument) : un Vi est un programme écrit sous LabVIEW. Il comporte deux parties : le

diagramme qui contient le code (en langage graphique LabVIEW) et la face avant qui affiche à

l’utilisateur les boutons, graphes, voyants de l’application...

Waveforme : Représentation d’un signal avec l’amplitude en abscisse et le temps en ordonnée.

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Bibliographie

(1) Rapport de PFE de Sylvain Lanneau, mars 2009 ;

(2) Rapport de PFE de Frédéric Daulay, Mars 2010 ;

(3) Manuel de montage multiposte d’auteur inconnu ;

(4) Site internet de National Instrument : http://www.ni.com/ (forums de développeurs et

tutoriels LabVIEW).

(5) Site internet de Axmo précision : http://www.axmo.fr/ (caractéristiques des douilles)

(6) Site internet d’INSTRON : http://www.instron.tm.fr/ (caractéristiques de la machine

multiposte)

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Annexes Annexe N°1 : devis capteur de force

Annexe N°2 : caractéristiques capteur de force

Annexe N°3 : Feuille caractéristique des douilles

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Annexe N°1 : devis capteur de force

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Annexe N°2 : caractéristiques capteur de force

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Annexe N°3 : Feuille caractéristique des douilles