SON ASPCECT PAR DEUX CAMERAS

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de suivi en striction pour la gestion et l'analyse d'un essai en traction. Ce procédé comprend un enregistrement de plusieurs images représentant plusieurs états de déformation et une analyse numérique desdites images par reconnaissance d'un contour de la pièce, pour calculer la mesure d'au moins une dimension extérieure transversale de la pièce, identifier une zone de striction et mesurer la déformation longitudinale et transversale de cette zone de striction, voire dans les trois directions principales.

Elle concerne en outre un tel procédé et dispositif dans lequel la machine de traction est commandée par le dispositif de suivi.

Selon des particularités, les images et les données sont collectées et calculées en continu, de façon à réaliser un asservissement des appareils d'imagerie, et/ou un asservissement de la machine de traction en fonction du déroulement de l'essai y compris en déformations locales dans la zone de striction.

L'invention est applicable pour mesurer la déformation d'un matériau en striction, quel que soit son aspect et y compris pour des faibles épaisseurs

L'invention fournit ainsi un dispositif de vidéo in-situ en trois dimensions, prévu pour être couplé à un dispositif de traction, permettant ainsi l'observation du comportement de l'échantillon, notamment l'évolution des caractéristiques tridimensionnelles c'est à dire des contraintes et déformations locales volumiques, et permettant d'en contrôler les caractéristiques moléculaires pendant la déformation.

Etat de la technique

Un essai de traction est une expérience qui consiste à appliquer un effort de traction déterminé en deux endroits d'une pièce, dite échantillon, pour mesurer des caractéristiques d'un matériau, par exemple la résistance à la rupture et la déformation. Plus particulièrement on appelle striction le phénomène d'allongement plastique important avec rétrécissement transversal et baisse de la résistance qui apparaît dans une éprouvette soumise à l'essai de traction simple. La striction apparaît après une phase d'allongement élastique, puis plastique, et peu avant la rupture. Elle se produit en général de façon très localisée sur une partie de la longueur de l'échantillon soumise à l'effort de traction. L'étude de la striction permet par exemple d'évaluer la ductilité d'un matériau.

Typiquement, une éprouvette de géométrie parfaitement définie est encastrée à ses deux extrémités dans des mors ou des mâchoires. L'un de ces mors, fixe, est relié pour la mesure des efforts, à un système dynamométrique par une rotule, de telle sorte que l'axe des efforts appliqués soit confondu avec celui de l'éprouvette. L'autre mors, mobile, est relié à un système d'entraînement à vitesse de déplacement constante ou commandée, ou plus rarement de charge. Les mors sont par exemple à serrage direct par vis, pneumatiques ou autoserrants, ou à serrage sur empreinte.

Les déterminations dynamométriques, c'est-à-dire la mesure des efforts, se font typiquement à l'aide de capteurs électroniques, constitués en général d'un élément élastique (poutre, anneau, etc.) de haute rigidité, dont on mesure la faible déformation due à l'effort appliqué avec un système électrique (jauges de déformation, inductances variables, capacités, etc.). Ces dispositifs sont les plus précis dans la gamme de vitesses utilisées. La gamme d'efforts utilisable va en général de 1 N à 100 kN.

Une méthode classique consiste à mesurer la déformation de l'éprouvette entre les mors, ou mieux entre deux repères sur la partie calibrée de l'éprouvette. Dans les machines électromécaniques, le mors mobile est entraîné par une vis sans fin dont la rotation est assurée par un ensemble motoréducteur avec variateur électronique. Un renvoi monté sur la vis entraîne un tambour enregistreur par l'intermédiaire d'un système de réduction. On a ainsi la possibilité d'enregistrer l'allongement global de l'éprouvette entre mors avec des taux d'amplification différents. Il est cependant à noter que la grandeur fournie est la somme de l'allongement de la partie calibrée, de la déformation dans les mors et dans les congés, et des différents jeux du mécanisme. Une méthode plus précise consiste à mesurer la déformation sur l'éprouvette elle-même.

Une telle mesure sur l'éprouvette peut se faire par exemple en fixant à l'éprouvette des extensomètres électroniques ou jauges de déformation, qui pincent l'éprouvette au niveau de repères ou sont collés sur l'éprouvette. Cependant, ils ne mesurent qu'une seule dimension, définie entre deux repères déterminés. Ils présentent aussi, dans certains cas, des inconvénients dus à leur poids supporté par l'éprouvette et/ou au serrage des pinces qui entraînent des concentrations de contraintes locales, donc des amorces de rupture possibles. Par exemple pour ces raisons, ils ne conviennent pas aux essais sur des films. En outre, il faut veiller à choisir des adhésifs et des techniques de préparation de surface adaptés au matériau testé, avec les nombreuses contraintes et limites que cela comporte.

Une autre méthode de mesure sur l'éprouvette consiste à utiliser des moyens optiques par prises de vue numérique, par exemple à travers la vitre d'une enceinte thermostatée.

Ainsi, il existe actuellement des systèmes de suivi de la déformation de matériau en particulier de la striction, qui reposent sur la mesure de l'élongation des marquages présents sur un échantillon lors d'une déformation sous l'effet de la traction.

Un échantillon, généralement sous forme d'éprouvette, est marqué avec des tâches rondes. L'éprouvette est ensuite soumise à une traction pour engendrer un phénomène de déformation. La mesure de la striction du matériau s'effectue un système d'imagerie numérique qui enregistre différentes images dans différents états de déformation. Ces images sont analysées par reconnaissance et détermination des barycentres de ces tâches. Les variations de distance observées et mesurées entre les taches sont alors utilisées pour calculer les déformations de l'échantillon.

Ainsi, en FIGURE la et b est illustrée l'utilisation d'une éprouvette de traction selon un tel état de la technique.

Avant mise en charge, en FIGURE la, l'éprouvette plate 110 est préparée en réalisant sur sa surface un marquage à l'aide de motifs, typiquement des tâches rondes. La géométrie de ce motif avant déformation est mesurée et enregistrée, par exemple une longueur L10 entre les centres de deux tâches M l et M4, et une largeur W10 entre les centres de deux tâches M2 et M3.

En cours de traction par un effort 19, l'éprouvette 111 est allongée d'une façon qui est mesurée à travers l'évolution de ce motif. Les tâches se sont écartées sur l'axe longitudinal Y19 de traction sous l'effet de l'allongement de l'éprouvette. Cet éloignement est mesuré par la nouvelle longueur LU entre les barycentres des tâches M l et M4, qui est plus grande que la longueur d'origine L10. Elles se sont rapprochées sur l'axe transversal X19 à l'axe de traction Y19 et dans le plan de l'éprouvette sous l'effet de la striction. Ce rapprochement est mesuré par la nouvelle largeur Wl l entre les barycentres des tâches M2 et M3, qui est plus petite que la largeur d'origine W10.

Sous l'effet de l'allongement et de la striction, les tâches se sont aussi déformées, en commençant par une ovalisation. L'équivalent du centre initial des cercles initiaux est donc évalué en calculant le barycentre des tâches déformées.

Ces systèmes présentent plusieurs inconvénients. Par exemple lorsque la striction n'a pas lieu entre deux tâches mais sur une tâche, elle est difficile à évaluer. Le suivi de la striction est alors souvent perdu durant la déformation ce qui rend difficile voire impossible leur suivi précis dès que l'allongement devient important, car les tâches se déforment au point de ne plus permettre la détermination de leur localisation précise ni de leur barycentre. Même lorsque la striction a lieu entre deux tâches, sa position exacte est difficile à évaluer de façon précise.

De plus, la précision de mesure de la déformation transversale (sur la largeur de la pièce) est moins bonne, par exemple parce que son amplitude est moins grande et aussi lorsque la faible largeur de la pièce permet le dessin de moins de tâches moins nombreuses.

En outre, ce type de méthode ne permet pas de mesurer la déformation de la pièce en épaisseur pour des pièces minces, par exemple des tôles ou des films. Ces problèmes sont particulièrement marqués pour des matériaux qui présentent un allongement avant rupture important mais très localisé, par exemple de nombreux types de polymères.

Des problèmes de pollution peuvent également subsister à cause des marques, par exemple les solvants de la peinture risquent de modifier le comportement du polymère.

Enfin, des cycles de fatigue effectués sur l'échantillon sont plus difficiles à analyser ou piloter, par exemple car le marquage ne revient pas à une géométrie connue ou stable entre deux cycles, entre autre pour des raisons d'hystérésis.

D'autres méthodes par imagerie numérique utilisent directement les motifs intrinsèques du matériau pour effectuer une corrélation d'images entre plusieurs états de déformation différents.

Le système d'imagerie récolte la position des pixels formant l'image de l'échantillon. Puis une correspondance entre, d'une part, des pixels déterminés et, d'autre part, des zones déterminées du matériau observé est établie par un algorithme de reconnaissance de motifs pour chacune des différentes images récoltées. Cette correspondance est ensuite utilisée pour évaluer le déplacement de chaque zone entre deux images différentes, et donc entre deux états différents.

Par exemple, des systèmes de mesures optiques du mouvement sont proposés par la société allemande Limess. Il s'agit d'un dispositif de corrélation d'images capable de mesurer le déplacement et la déformation d'une pièce. Ce dispositif repose sur des caméras numériques, décalées pour donner une image stéréographique, qui enregistrent le processus de déformation de l'échantillon. Les images récoltées sont analysées avec un algorithme de corrélation d'images pour fournir un état des déformations locales dans les différentes zones à l'intérieur de la pièce.

Cependant, ce type de fonctionnement présente lui aussi la particularité d'utiliser les déplacements de motifs visuels présents sur la surface de la pièce, laquelle doit donc présenter obligatoirement un aspect irrégulier ou moucheté afin de pouvoir différencier un pixel d'un autre lors de la reconnaissance. Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'état de la technique. L'invention cherche en particulier à obtenir une meilleure précision et homogénéité des mesures, avec une préparation moindre, pour de nombreux types de matériaux et de formes d'éprouvette.

II est en outre intéressant de pouvoir réaliser de tels essais avec une plus grande souplesse, et un plus grand choix de déroulement d'essais, en particulier en dynamique et pour des modes de comportements difficiles à simuler ou tester, et pour déterminer des caractéristiques plus complètes et souvent inatteignables de façon classique.

Le phénomène de la striction pose ainsi des problèmes spécifiques lorsque l'on souhaite caractériser un matériau par des essais de traction,

Le schéma de la FIGURE le montre l'allure typique de la courbe de la contrainte nominale en fonction de la déformation nominale d'une éprouvette qui est étirée à vitesse d'allongement constante.

C'est à dire qu'il s'agit des valeurs calculées à partir de l'effort global appliqué et du déplacement extérieur observé, et en fonction des dimensions nominales (c'est à dire initiales) de l'échantillon. Le long de la courbe sont représentés schématiquement différents états de la forme de l'échantillon.

Comme on le voit, au niveau de la limite élastique, la courbe en valeurs nominales présente un pic qui représente le maximum de la contrainte nominale σ„ , juste avant qu'apparaisse la striction. Le

/ ^ύ 0

phénomène de striction apparaît au niveau d'un défaut géométrique, de tels défauts existent toujours dans les éprouvettes, et correspond à une déformation hétérogène de l'éprouvette.

C'est à dire que la déformation et la vitesse de déformation sont plus grandes dans la région où se produit la striction. La contrainte est également plus élevée dans la zone de striction en raison de la réduction de la section, et on peut montrer que le profil localement concave des contours induit une triaxialité dilatante avec des composantes radiales et circonférentielles positives.

Après ce pic, la courbe redescend brusquement lorsque la striction commence. Dans la partie plus à droite de cette descente, la courbe présente une pente très longue, qui illustre la grande amplitude de l'allongement pouvant être obtenu pour la zone de striction de ce type de matériau, tout en conservant une certaine résistance. Cet allongement important présente des difficultés particulières, et aussi des possibilités intéressantes, dans de nombreuses applications techniques et industrielles, il est donc important de pouvoir l'étudier.

Un but de l'invention est ainsi de permettre une étude plus fine du comportement détaillé d'un matériau à striction au cours d'un essai en traction, en vue de déterminer les différents paramètres de son comportement mécanique.

Exposé de l'invention

L'invention propose un procédé de gestion et d'analyse d'essai en traction, du type comprenant une application d'un effort de traction par une machine de traction selon une direction dite longitudinale sur une pièce en un matériau à tester, ledit procédé comprenant

- un suivi des déformations en striction par enregistrement de plusieurs images représentant plusieurs états de déformation et

- une analyse numérique desdites images pour calculer la mesure d'au moins une déformation de ladite pièce selon au moins une direction transversale à ladite direction de traction.

Selon l'invention, ce ledit procédé comprend :

- pour chaque état de déformation, un enregistrement d'au moins deux images dites frontale et latérale d'une même partie de ladite pièce prises selon deux directions différentes dites frontale et latérale, lesquelles sont sensiblement transversales à la direction de traction (ou au moins avec un angle de plus de 45° voire plus de 70°) et transversales entre elles (ou au moins avec un angle de plus de 45° voire plus de 70°) ;

- une analyse numérique desdites images frontale et latérale pour au moins deux états de déformation différents, par reconnaissance d'un contour de la pièce, et

- à partir de la position dudit contour dans ces deux états de déformations, un calcul d'au moins une déformation transversale par mesure de la variation d'au moins une dimension extérieure transversale de la pièce entre lesdits états pour chacune desdites directions de prise de vue, typiquement dans une pluralité d'emplacements de ladite pièce, et identification d'une zone de striction.

Typiquement, ces données sont utilisées par un système ou un centre de calcul et/ou de visualisation pour analyse de l'essai, par exemple par analyse du comportement de la pièce et/ou du matériau qui la compose.

Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif de suivi des déformations en striction d'une pièce en un matériau à tester soumise à un tel essai de traction, et comprenant des moyens agencés pour mettre en œuvre ce procédé.

Selon encore un autre aspect, l'invention propose aussi un système d'essai de traction comprenant un tel dispositif de suivi de striction connecté à, et communiquant avec, une telle machine de traction.

Ainsi, l'invention permet de d'effectuer les trois mesures en X, Y mais aussi en Z, en temps réel et de façon plus précise, et de façon plus homogène indépendamment des problèmes liés au marquage. Cela peut s'appliquer à de très nombreux matériaux, indépendamment de leur aspect visuel, même pour des matériaux de couleur uniforme comme des polymères, y compris pour des matériaux transparents.

Alternativement ou en combinaison avec la reconnaissance de contours, le procédé selon l'invention comprend une opération réalisant une identification de la zone de striction par reconnaissance d'une région dans laquelle les valeurs de pixels de l'image à l'intérieur du contour de l'échantillon diffèrent de celles du reste de l'échantillon d'au moins un seuil déterminé. Cette opération est réalisée en temps réel par un traitement des images obtenues, comprenant une analyse des valeurs de pixels, par exemple en niveaux de luminosité (par exemple niveaux de gris) et/ou en valeurs de teintes de couleurs de l'image à l'intérieur du contour de l'échantillon. Dans le cas des teintes de couleurs, ces valeurs de pixels sont par exemple évaluées selon un modèle de type RGB (pour "Red Green Blue"), ou YSL (pour "Yue Saturation Luminance").

Cette analyse est particulièrement adaptée aux matériaux à striction, qui ont tendance à changer d'aspect et/ou de teinte dans la zone de striction, et par exemple à blanchir dans la zone endommagée. Le système utilise un premier seuil de luminosité pour l'identification des contours, puis un deuxième seuil de luminosité possiblement différent pour l'identification de la zone endommagée, alternativement à la reconnaissance du contour de la zone de striction ou en combinaison avec elle.

Pour la détermination d'une loi constitutive d'un tel matériau par exemple un polymère), il est important d'avoir accès au comportement mécanique intrinsèque, indépendamment du type d'éprouvette choisi et de la position dans l'éprouvette. Compte tenu des hétérogénéités microstructurales et des instabilités plastiques, la solution de ce problème est difficile à trouver. L'éprouvette représente l'échelle macroscopique. C'est à ce niveau que se situent les principaux tests normalisés. Les mesures sont simples (longueur, force...) mais, le plus souvent, elles n'ont pas de signification intrinsèque réelle si la déformation et la structure sont hétérogènes. A l'autre extrême, les microstructures macromoléculaires et cristallines sont l'objet de processus de déformation microscopiques complexes. Il est donc utile de définir un milieu homogène équivalent à une échelle mésoscopique, suffisamment petite par rapport aux instabilités plastiques macroscopiques et suffisamment grande pour inclure un grand nombre de processus microscopiques.

Dans les essais mécaniques, il est donc utile de pouvoir définir la contrainte locale et la déformation locale à une telle échelle mésoscopique, par exemple entre 1mm et lOpm, et par exemple de l'ordre de lOOpm.

C'est ce que l'invention permet de faire de façon plus précise, et de façon plus souple à organiser et à ajuster.

Note sur l'état de la technique :

Il est noté ici que le document US 2003/0182069 propose un système d'essai de traction en vue de mesurer les caractéristiques de résistance un échantillon de matériau déformable, plus particulièrement un matériau biologique tel qu'un tendon bio-artificiel (cf. [0037]). Il peut être noté que les matériaux visés ne sont pas des matériaux présentant un phénomène de striction marqué, contrairement aux objectifs de l'invention. Ce document propose en outre de doter ce système de deux caméras qui observent l'échantillon selon deux directions transversales entre elles et à la direction de traction. Ces deux caméras communiquent avec le système de commande 28, ce qui permet à l'utilisateur d'observer et d'enregistrer les images de l'essai, afin de pouvoir ultérieurement déterminer ces caractéristiques, par exemple en mesurant sur les images la section transversale de l'échantillon.

Pour choisir l'effort à appliquer pendant l'essai, ce document propose en [0053] d'utiliser une mesure initiale de l'emplacement le plus étroit de l'échantillon, déterminée à partir de la première image enregistrée par les caméras.

Cependant, même si le système de commande communique avec le mécanisme de traction et est capable de mesurer le déplacement des mors, ce document ne propose pas d'asservir le fonctionnement de la machine en fonction du déroulement de l'essai. Il propose encore moins de réaliser un tel asservissement en fonction du déplacement ou de l'allongement global de l'échantillon, ni a fortiori en fonction d'une mesure d'un allongement local dans une zone de striction ou d'un calcul d'une déformation ou d'une contrainte locale, et encore moins volumique.

Au contraire, la seule allusion de ce document à une déformation dans une partie spécifique de l'échantillon consiste à envisager en [0038], et sans précision complémentaire, d'utiliser les images pour calculer la contrainte et la déformation à partir de marques dessinées sur la surface de l'échantillon, c'est-à-dire exactement selon l'état de la technique présenté ici.

Selon une autre particularité de l'invention, ce procédé comprend en outre :

- en fonction d'au moins une variation de dimension transversale constatée dans la zone de striction (ZS2) et/ou longitudinale (LS2) locale à la zone de striction (ZS2), un calcul d'au moins une donnée de commande représentant une action à appliquer à la pièce en essai ou un paramètre à appliquer à une telle action, et

- un envoi de ladite donnée de commande vers la machine de traction. Selon encore une autre particularité de l'invention, ce procédé comprend en outre, à partir de la position du contour de la pièce en essai dans deux états de déformations différents présentant (tous les deux) une zone de striction :

- à partir des déformations du contour, mesure de la variation de la longueur et/ou de la largeur de ladite zone de striction, et

- à partir des valeurs de déformation transversale et longitudinale dans la zone de striction, calcul d'une ou plusieurs valeurs de contrainte locale et/ou de déformation locale longitudinale ou transversale ou volumique, au sein de ladite zone de striction.

Le dispositif comprend des moyens de commande agencés pour communiquer avec la machine de traction et commander son fonctionnement.

En effet, les machines modernes actuelles disposent souvent de périphériques informatisés programmables pour :

- la réalisation de lois diverses de charge ou de déplacement (échelon, rampe, sinusoïde, etc.) ;

- l'enregistrement des grandeurs en fonction du temps ;

- le calcul et l'enregistrement direct des courbes contraintes- déformations

- l'intégration des courbes pour le calcul de l'énergie de rupture. Certaines options de machines de traction électromécaniques et hydrauliques permettent d'asservir le déplacement du mors mobile à des lois de charge ou de déformation de la partie calibrée (à vitesses constantes, sinusoïdales, etc.). Or il faut remarquer qu'en l'absence d'asservissement, une vitesse de déplacement constante appliquée entre mors n'engendre pas une vitesse constante de déformation de la partie calibrée. Connaissant l'importance du temps d'essai, de tels systèmes sont indispensables pour toute mesure précise.

L'invention permet ainsi de piloter la machine en fonction du déroulement de l'essai, par exemple de repiloter in-situ la vitesse de la machine en déformation longitudinale, c'est à dire y compris en déformation longitudinale locale à l'intérieur de la zone de striction . C'est-à-dire qu'il est possible grâce à l'invention de réaliser en temps réel de nombreux calculs complémentaires, par exemple donnant accès à des valeurs corrigées ou déduites. Ainsi, à chaque instant, il est possible d'utiliser les résultats de ces calculs pour définir les commandes à envoyer à la machine de traction et ainsi ajuster la suite de son comportement, et donc de choisir au fur et à mesure le scénario de l'essai y compris pour ce qui est de cette déformation longitudinale locale.

A titre d'exemple, ces valeurs résultats peuvent être par exemple un calcul de déformation "vraie", c'est-à-dire ramené au comportement du matériau en lui-même, indépendamment de l'effet de la forme de la pièce ou de l'hétérogénéité macroscopique due au phénomène de striction.

En effet, lors d'un essai de traction classique le comportement de l'éprouvette testée se traduit par une courbe reliant la contrainte nominale (force rapportée à la section initiale) à la déformation nominale ou allongement relatif (l-lo)/lo- Par exemple, lorsque l'objectif est de connaître le comportement réel du matériau et non de la structure d'essai qu'est l'éprouvette, il faut donc procéder à un traitement des données expérimentales pour aboutir à des courbes contraintes - déformations appelées courbes "vraies". Les courbes vraies sont obtenues à partir des deux grandeurs suivantes : la contrainte vraie, c'est-à-dire le rapport entre la force et la section à un instant donné (section minimale s'il y a striction), et la déformation vraie où cette section est mesurée.

Or les contraintes vraie et nominale d'une part, et les déformations vraie et nominale d'autre part, diffèrent grandement lorsque les déformations nominales sont supérieures à quelques dizaines de pour-cent. Un intérêt des courbes vraies réside non seulement dans le fait de relier les grandeurs contraintes et déformations caractéristiques de l'état de la matière, mais aussi de s'affranchir de l'hétérogénéité macroscopique de la déformation qu'entraîne le phénomène de striction pour laquelle la déformation se localise dans une partie seulement de l'éprouvette. Dans un tel cas, une courbe vraie peut donc être considérée comme représentative des propriétés intrinsèques de la matière, même si la déformation est mesurée localement dans la zone amincie de l'éprouvette (striction). Ce type de mesure est rendu possible par l'invention en permettant de piloter un essai de traction, par exemple à vitesse de déformation locale constante. Par exemple, grâce à l'invention, il est aussi possible, à partir des grandeurs mesurées de calculer la déformation volumique du matériau dans la zone étudiée, c'est-à-dire la déformation volumique locale dans la zone de striction, ce qui renseigne sur son endommagement au cours de l'essai.

Selon une particularité de l'invention, les moyens de commande de la machine de traction par le dispositif de suivi sont programmés pour calculer et envoyer en temps réel, au calculateur de la machine de traction ou à ses actionneurs, des données de commande de déplacement en position ou en vitesse, constituant un asservissement en fonction d'au moins une valeur calculée représenter une contrainte vraie, selon une ou deux ou trois dimensions. Il devient ainsi possible de réaliser un essai de fluage au sein de la zone de striction.

Selon une autre particularité, le procédé est appliqué à des essais en striction sur des matériaux thermoplastiques, par exemple le polyéthylène, des matériaux de type caoutchouc, naturel ou synthétique, élastomères, voire sur certains matériaux de grande étirabilité tels que du caoutchouc, naturel ou synthétique, ou des élastomères.

Selon une particularité de l'invention, les images frontales et latérales sont enregistrées en continu pour former une séquence animée représentant l'évolution des déformations de la pièce. Les étapes d'analyse numérique et de calcul de déformation sont alors effectuées au fur et à mesure et en temps réel à partir desdites images.

Avantageusement, les appareils de prise de vue sont des caméras d'un type permettant un enregistrement optique en continu pour former une séquence animée représentant l'évolution des déformations de la pièce, et en ce que les moyens d'analyse numérique et de calcul de déformation sont agencés pour traiter les images reçues au fur et à mesure et en temps réel.

Ainsi, l'invention permet de collecter les images des caméras et de fournir des données de mesures de façon continue et en temps réel. L'invention permet aussi d'asservir les caméras pour suivre la striction dans de meilleures conditions et avec plus de précision.

Le procédé peut alors comprendre en outre un calcul et un envoi d'une pluralité de données de commande de déplacement en position ou en vitesse, constituant pour la machine de traction un asservissement en fonction d'au moins une déformation transversale ou longitudinale constatée sur la pièce en essai, en particulier locale(s) c'est à dire dans la zone de striction.

L'invention permet ainsi de piloter la machine en temps réel en fonction du déroulement de l'essai, en particulier du déroulement de la striction, par exemple en fonction de règles d'asservissement ou de déroulement définies à l'avance. Ces règles peuvent comprendre un asservissement en fonction de la contrainte locale ou de la déformation locale, transversale(s) et/ou longitudinale.

Selon une particularité du dispositif de suivi de striction selon l'invention, les deux appareils de prise de vue sont agencés ou réglés avec des focales différentes l'un de l'autre, de façon à fournir une image incluant les contours longitudinaux de la pièce dans la zone observée :

- d'une part depuis une direction frontale de prise de vue faisant face à une face de la pièce présentant une dimension transversale dite largeur, avec un premier grandissement, et

- d'autre part dans une direction latérale de prise de vue faisant face à une face de la pièce présentant une dimension transversale dite épaisseur, valant par exemple moins de 10% voire 1% de ladite largeur, avec un deuxième grossissement plus important que ledit premier grossissement, permettant ainsi une meilleure précision dans l'observation des déformations de la pièce dans son épaisseur.

Selon une autre particularité de l'invention, le dispositif de suivi de striction comprend en outre un ou plusieurs supports mobiles motorisés, supportant un ou plusieurs des appareils de prise de vue qui réalisent les images frontales et latérales.

Il comprend des moyens de calculs agencés pour calculer et envoyer une pluralité de commandes de déplacement auxdits supports mobiles motorisés, de façon à déplacer et/ou agrandir ou rétrécir la zone couverte par lesdites images frontales ou latérales en fonction de la position et/ou de l'amplitude d'une déformation par striction survenant dans la pièce en essai.

Il est ainsi possible de conserver un cadrage sur la zone intéressante même lorsque certaines parties de l'éprouvette sortent du champ de la prise de vue du fait de l'amplitude de la déformation. Il est ainsi possible d'optimiser le niveau de zoom utilisé, voire de l'ajuster automatiquement.

On obtient ainsi une grande palette de possibilités de déroulement d'essais, et de nombreuses possibilités de tests, avec une très grande souplesse de programmation.

De plus, l'invention permet d'obtenir des caractéristiques de matériau difficiles ou impossibles à obtenir dans ce type d'essai, par exemple de contrôler les caractéristiques moléculaires de celui-ci. Par exemple, en utilisant les relevés des mesures de déformation dans la zone de striction pour calculer les variations volumétriques pendant l'essai, il devient possible de contrôler les caractéristiques macro moléculaires d'un matériau dont on connaît préalablement les caractéristiques portant sur la disposition des chaînes macro moléculaires suivant l'axe de traction. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles.

Liste des figures

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :

- les FIGURE la et FIGURE lb sont des schémas qui illustrent l'évolution d'une éprouvette de traction préparée avec un marquage par tâches rondes pour le suivi de l'essai selon un état de la technique ;

- la FIGURE le est une courbe de traction en contrainte nominale en fonction de la déformation nominale, assortie de différents schémas représentant l'évolution en traction d'une éprouvette en polyéthylène ;

- les FIGURE 2a à FIGURE 2e sont des schémas qui illustrent quatre stades différents du comportement d'une éprouvette lors d'un essai de traction jusqu'à rupture ;

- la FIGURE 3 illustre un système d'essai en traction avec suivi de la striction selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ;

- les FIGURE 4, FIGURE 5 et FIGURE 6 sont des photos représentant, dans un exemple de mode de réalisation de l'invention, l'écran d'un dispositif de suivi de la striction d'une éprouvette découpée dans une tôle ou une feuille, dans un exemple de mode de réalisation de l'invention affichant simultanément l'image frontale à gauche et l'image latérale sur la droite :

o en FIGURE 4 : au début de la striction,

o en FIGURE 5 : à un stade plus avancé de la striction, avec le même cadrage des caméras, et

o en FIGURE 6 : pendant la striction, après un zoom de la caméra latérale commandé automatiquement par la fonctionnalité de suivi de la zone de striction ;

- la FIGURE 7 est une photo illustrant un exemple de configuration du système d'essai des FIGURE 4 à FIGURE 6.

Description d'un exemple de mode de réalisation

En FIGURE 2a à FIGURE 2d sont illustrés quatre stades différents du comportement d'une éprouvette lors d'un essai de traction jusqu'à rupture.

En FIGURE 2a, une éprouvette 210 dans son état initial, sous la forme d'une plaque mince découpée pour présenter une zone de test ZT2 de largeur W20 et section S20 uniforme sur toute sa longueur L20.

Dans de nombreux cas, une telle éprouvette présente une forme mince, par exemple découpée dans une tôle ou une plaque ou une feuille, avec par exemple une épaisseur représentant moins de 1/5° de la largeur, voire moins de 1/10° ou moins de 1/20°. Il peut s'agir par exemple d'essais réalisés sur des produits au sein d'un processus de fabrication industriel, par exemple un film d'emballage ou une tôle à l'entrée d'une chaîne d'emboutissage.

En FIGURE 2b, sous un certain effort 291 de traction selon une direction dite longitudinale Y29, l'éprouvette 211 présente un allongement sensiblement réparti sur toute la longueur L21 de la zone de test. La largeur W21 et la section S21 ont diminué de façon faible et sensiblement uniforme sur toute la longueur L21 de la zone de test. Cet état est typiquement un allongement élastique, avec possiblement un début d'allongement plastique.

En FIGURE 2c, à partir de et au-delà du point de la résistance maximale de l'éprouvette 212, il se produit un allongement plus important dans une zone de déformation ZS2 localisée où la résistance à l'effort 292 diminue, et dont la position est difficile voire impossible à prévoir pour une éprouvette de largeur initiale W20 constante. Dans cette zone ZS2 où le matériau est étiré de façon importante, la largeur W22 et la section rétrécissent de façon importante. Ces variations peuvent aussi être très rapides, en particulier dans le cas d'un effort de traction maintenu constant ou constamment croissant, ce qui rend souvent l'étude du phénomène délicate.

En FIGURE 2d, une rupture R21 est apparue dans cette zone de déformation ZS2 et l'éprouvette 213 ne fournit plus aucune résistance à l'effort de traction.

En FIGURE 2e est représenté un exemple de courbe de traction d'une telle éprouvette, figurant en ordonnées les contraintes ou efforts et les déformations en abscisse. Sur cette figure, le point le plus haut M21 correspond à la résistance maximale fournie par l'éprouvette, et le point F21 le plus à droite correspond à l'allongement maximal avant rupture.

En FIGURE 3 est illustré schématiquement un système d'essai en traction avec suivi de la striction, selon un exemple de mode de réalisation de l'invention.

L'éprouvette 21 est fixée à ses deux extrémités aux deux parties opposées 321 et 322 d'une machine de traction 32, par des moyens de fixation comme des mors ou tout autre type de montage. Elle est mise en charge sous un effort de traction 39, par exemple par un ou des vérins inclus dans la machine 32.

Le dispositif de suivi 33 comprend une caméra numérique 34 dite frontale, disposée et orientée selon une direction dite frontale 349 pour enregistrer des images 341 de la face la plus large de l'éprouvette, dite face frontale 21F. Il comprend aussi une caméra numérique 35 dite latérale, disposée et orientée selon une direction dite latérale 359 pour enregistrer des images 351 de la tranche de l'éprouvette, dite face latérale 21L.

Chacune de ces images 341, 351 est envoyée à des moyens de calcul, par exemple un ordinateur 36, qui les mémorise et peut les afficher simultanément en temps réel sur un écran 361, comme illustré aux FIGURE 4, FIGURE 5 et FIGURE 6.

Cet ordinateur analyse chacune de ces images pour y reconnaître les pixels représentant le contour extérieur C34, C35 de l'éprouvette. Selon les conditions, ces images peuvent être obtenues avec un éclairage classique, ambiant ou éclairant l'échantillon. Cependant, il peut être particulièrement efficace d'utiliser un éclairage de l'arrière plan plus vif que celui de l'éprouvette, par exemple un panneau réfléchissant ou lumineux 340, 350 disposé derrière l'éprouvette 21 par rapport à chaque caméra 34, respectivement 35. On obtient ainsi une image fournissant par "effet d'ombre" un contraste très marqué et plus facile à analyser pour y reconnaître le contour.

Les FIGURE 4, FIGURE 5 et FIGURE 6 sont des photos représentant une partie de la fenêtre graphique pouvant être affichée sur l'écran 361 du dispositif de suivi 33 lors de la striction d'une éprouvette 21 découpée dans une tôle ou une feuille, par exemple de métal ou d'un matériau polymère.

Ainsi qu'on le voit sur la partie gauche de l'écran, différents contrôles logiciels sont affichés qui permettent de visualiser et/ou de modifier des paramètres ou des commandes impliqués dans les résultats de l'essai de traction et de commande du dispositif de suivi l'essai, et possiblement aussi dans la commande de la machine de traction.

Au cours de l'essai de traction, tel qu'illustré en FIGURE 2a à FIGURE 2d, un phénomène de striction apparaît dans une région ZS2 de l'éprouvette 212, le plus souvent une zone très localisée c'est-à-dire sur une longueur faible par rapport à la longueur de la zone de test ZT2.

Comme illustré en FIGURE 4, le dispositif de suivi 33 affiche sur l'écran 361 une fenêtre 400 comprenant deux sous fenêtres 401 et 402 dans lesquelles sont affichées les images frontale 341 et latérale 351 de l'éprouvette.

En FIGURE 4, on voit que l'image frontale et la l'image latérale collectées à ce stade constituent deux images 341 et 351 prises avec une focale similaire et sont centrées de façon similaire, permettant ainsi une surveillance et une analyse du comportement de l'ensemble de la zone test ZT2 de l'éprouvette 21.

Ces images sont affichées en deux images dans deux cadres l'un à côté de l'autre, en continu et en temps réel. Elles peuvent ainsi être surveillées aisément par l'opérateur.

En temps réel, ces deux images sont analysées pour y reconnaître les contours de la zone de test, C41 pour l'image frontale 341 et C51 pour l'image latérale 351.

Ces contours sont utilisés directement par l'ordinateur pour mesurer en temps réel sur les images différents résultats de suivi de l'essai. Sont mesurées en particulier et à titre d'exemple :

- la variation de la longueur L22, fournissant une valeur de la vitesse d'allongement ;

- la longueur LS2 de la zone de striction ZS2 qui commence à apparaître, fournissant ainsi une valeur de mesure en Y de cette zone de striction ; et

- la largeur WS2 de la zone de striction ZS2, fournissant ainsi une valeur de mesure en X de cette zone de striction.

Par exemple, les moyens de commande de la machine de traction 32 par le dispositif de suivi 33 sont programmés pour calculer et envoyer en temps réel, au calculateur de la machine de traction ou à ses actionneurs, des données de commande D32 de déplacement en position ou en vitesse, constituant un asservissement en fonction d'au moins une déformation transversale ou longitudinale constatée sur l'éprouvette 21 en essai, par exemple en fonction de la variation de la longueur L21 obtenue à partir des données D33 enregistrées par le dispositif de suivi et reçues par son ordinateur 36.

La FIGURE 5 représente l'affichage à l'écran des images frontale 342 et latérale 352 prises à un stade plus avancé de la striction, avec les mêmes cadrage et positionnement des caméras 34 et 35.

Ainsi qu'on le voit sur l'image latérale 352, la diminution de l'épaisseur E22 est peu visible à cette échelle et difficile à évaluer avec précision.

Selon une particularité de l'invention, le procédé comprend alors en outre un calcul et un envoi d'une pluralité de données D34 et D35 de commande de déplacement à un ou plusieurs supports mobiles motorisés 340 et 350 selon un ou plusieurs axes M34 et M35, et supportant un ou plusieurs des appareils de prise de vue 34 et 35 qui réalisent les images frontale 342 et latérale 352, par exemple de façon à déplacer et/ou agrandir ou rétrécir la zone couverte par lesdites images frontales ou latérales en fonction de la position et/ou de l'amplitude d'une déformation par striction ZS2 survenant dans la pièce en essai.

En FIGURE 6 par exemple, le dispositif de suivi 33 identifie et mémorise sur les images frontales 341 et 342 la position et les dimensions de la zone de striction ZS2. En fonction de cette dimension, il commande un changement de focale de la caméra latérale 35 pour lui faire faire un zoom sur cette zone ZS2. En fonction de la position, il commande au pied motorisé 350 de cette même caméra 35 un déplacement pour recentrer la nouvelle image latérale sur cette zone de striction, obtenant ainsi image latérale 353 agrandie et présentant donc une meilleure résolution à l'échelle de l'éprouvette 21.

On obtient ainsi une meilleure visibilité, mais aussi une meilleure résolution de l'image et donc une meilleure précision des calculs pour la reconnaissance et la mesure des déformations en épaisseur E22 de la zone de striction.

En FIGURE 7 est présentée une photo d'un exemple de réalisation du système d'essai des FIGURE 4 à FIGURE 6.

Les caméras vidéo numériques 34 et 35 sont montées chacune sur un support motorisé 340 et 350 formés chacun par un plateau monté sur un pantographe réglable en hauteur par une vis sans fin motorisées, lui-même monté sur un rail motorisé pour un réglage en position avant-arrière. Un luminaire 350 formant un panneau lumineux est disposé en face de la caméra latérale 35, lui permettant de conserver un contraste d'image suffisant même avec un grossissement important.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.