Intégrer la stéréo-corrélation d’images numériques multi-caméras chez MBDA

Contexte
Dans le cadre de sa montée en compétence sur les techniques de mesures d’avant-garde, MBDA a lancé un processus de test et d’audit interne des moyens de mesure par stéréo-corrélation d’images numériques. Après avoir testé ces moyens de mesure sur des campagnes d’essais de type coupons, une nouvelle étape a été enclenchée avec la mise à l’épreuve de cette technologie sur un essai de compression multi-caméras. 

Des essais de chargement en compression ont été réalisés sur une pièce nommé Capot, fabriquée en matériau composite. Pour cet essai, deux zones d’intérêt distinctes ont été déterminées par MBDA. La première se situe sur la languette du capot et la seconde sur la face extérieure des bras, respectivement appelées, zone 1 et zone 2 (cf Fig. 1). Le capot est maintenu en position par un outillage spécial qui vient le contraindre dans une position précise.

Image
Fig. 1 : Présentation des deux zones d’intérêt sur lesquelles seront réalisées les mesures par corrélation d’images numériques

Le but de cet essai est de valider l’utilisation de la stéréo-corrélation d’images numériques sur un essai de compression, avec un système multi-caméras pour monitorer plusieurs zones d’intérêt et de comparer les résultats obtenus avec les simulations numériques réalisées en amont. Un second intérêt de cet essai est l’étude du déploiement de la technique de mesure dans un environnement d’essai encombré. Cet essai a aussi été l’occasion de former les équipes MBDA aux bonnes pratiques d’essais liées à la corrélation d’images numériques et à l’utilisation du logiciel EikoTwin DIC. Dans cette étude, tous les dépouillements sur EikoTwin DIC ont été réalisé par les équipes MBDA avec le support d’EikoSim.

Suivi de déplacement par mesure de champ en stéréo-corrélation multi-caméras

Pre étude

La machine d’essai sur laquelle est testé le capot se trouvant dans un laboratoire relativement encombré, et le capot étant lui-même encastré dans un outillage spécial, la marge de manœuvre pour déposer des capteurs physiques (LVDT, extensomètres, jauges) s’en trouve restreinte lord de l’essai de compression. Ces restrictions viennent aussi réduire le champ de vision disponible pour les caméras, ainsi que l’espace pour les disposer autour de la pièce. Afin de pallier ce problème, EikoSim a réalisé une pré-étude virtuelle de l’essai, avec l’outil EikoTwin VIRTUAL. Cet outil permet une virtualisation de la scène d’essai afin de prévoir la position des caméras en amont de l’essai pour les différentes zones d’intérêt (Fig. 2).

Screenshot 2023 04 17 Alle 16.33.51
Fig. 2 : Position des systèmes de caméra grâce à EikoTwin VIRTUAL

Grace à EikoTwin VIRTUAL, il est ainsi possible de prévoir le positionnement des caméras, ainsi que de déterminer la taille de mouchetis adéquate relative à l’essai (en prenant en compte les caractéristiques des caméras, la distance entre les caméras et le capot ainsi que le raffinement du maillage). Le logiciel fournit en sortie des images virtuelles au plus proche de celles qui seront prises pour l’essai réel (Fig. 3).

Image
Fig. 3 : images virtuelles réalisées lors de la pré-étude

 Cette virtualisation permet ensuite, grâce aux images virtuelles de l’essai, de déterminer l’incertitude minimale attendue pour la mesure des déplacements dans cette configuration. Il s’agit du bruit de mesure de l’essai calculé dans des conditions idéales et en dessous duquel on ne pourra pas mesurer de déplacement. L’incertitude de mesure minimale attendue pour cet essai, pour les deux zones d’intérêt, est présentée dans le tableau 1. Ces données sont intéressantes car elles permettent de borner de manière précise la qualité de la mesure à venir mais aussi de prédire si la précision de mesure attendue pour un essai donné est compatible avec la réalité de l’expérimentation. En effet, la quantification des incertitudes de mesures en CIN est très différente de celle des capteurs traditionnels.

MesureIncertitude (µm)
Moyenne selon X5.8
Moyenne selon Y9
Moyenne selon Z9.8
Tableau 1 : incertitude moyenne obtenue par la pré-étude

Réalisation de l’essai en stéréo-corrélation d’images numeriques multi-caméras

Suivant la configuration d’essai définie lors de la pré-étude, nous avons donc positionné deux paires de caméras statique (une image/seconde, 4112×3008 pixels) en vis-à-vis du capot, observant respectivement les zones 1 & 2).

corrélation d’images numériques multi-caméras
Fig. 4 : montage de l’essai avec deux systèmes de caméras

Grace à l’utilisation du logiciel d’acquisition d’images EikoTwin VISION, des images prise en stéréo-corrélation d’images numériques des deux zones d’intérêt ont été réalisées en simultanée du système multi-caméras lors de l’essai de compression du capot (cf Fig. 5). Plusieurs types de chargement en pression ont été réalisés par MBDA sur le capot.

stéréo-corrélation d’images numériques
Fig. 5 : Images prises lors de l’essai, pour les deux zones d’intérêt

Résultats et perspectives

Le modèle éléments finis de la structure étant extrêmement complexe et raffiné, seuls les zones d’intérêt sont sélectionnées pour réaliser la mesure. Ce sont sur ces deux zones uniquement (en vert sur la Fig. 6) que les déplacements seront mesurés et que la comparaison essai/calcul sera effectuée.

corrélation d’images numériques multi-caméras
Fig. 6 : définition des zones d’intérêt directement sur le maillage éléments finis

A partir des images d’essai, le logiciel EikoTwin DIC mesure les déplacements directement aux nœuds du modèle éléments finis fournis par MBDA, pour les deux zones d‘intérêt. On peut ainsi comparer directement sur le maillage de mesure, les résultats de corrélation d’images avec les prédictions du modèle éléments finis et les éventuels capteurs physiques présents lors de l’essai de compression. 

La Fig. 7 présente une comparaison des champs de déplacements (selon la normal à la surface) obtenus entre la corrélation d’images (à gauche) et le champ de simulation projeté sur la pièce pour la zone d’étude 1 à droite. On peut voir que les deux champs obtenus par stéréo-corrélation d’images numériques présentent des similarités fortes. Le champ mesuré par CIN semble plus symétrique au niveau de la répartition du déplacement autour du centre de la pièce, alors que la simulation prédisait des déplacements plus fort et plus étalé du centre vers la languette du capot.

stéréo-corrélation d’images numériques
Fig. 7 : champs de déplacement normal pour la corrélation d’images (à gauche) et la simulation numérique (à droite) pour la zone 1
corrélation d’images numériques multi-caméras
Fig. 8 : champs de déplacement en Z pour la zone 2

La Fig. 8, ci-dessus, présente pour la zone 2 et selon l’axe de sollicitation principal Z, le champ de déplacement mesuré. Avec EikoTwin DIC, il est également possible de comparer directement simulation et mesure grâce aux champs de différence, qui affichent l’écart entre le champ mesuré et le champ simulé sur la zone de mesure. 

Pour la zone 2, ce résultat est présenté dans la Fig. 9. Il est intéressant de noter que le champ de différences est ici très bruité, ce qui indique qu’il n’y a pas de différences significatives entre les deux champs, ou de tendance de déplacement que l’on retrouverait dans l’un des deux champs et non dans l’autre. Si des écarts ont été notés par MBDA entre les mesures des capteurs, de la stéréo-corrélation d’Images Numériques et de la simulation, ces derniers ne sont en aucun cas significatifs et les champs de Corrélation d’Images Numériques permettront un recalage efficace, précis et plus vaste des simulations que ne le permettaient les capteurs physiques.

stéréo-corrélation d’images numériques
Fig. 9 : champ de différence entre la mesure et la simulation, exprimé directement sur le maillage éléments finis

Conclusion

MBDA a investi dans l’acquisition de caméras pour généraliser l’utilisation de la corrélation d’images numériques dans son panel de moyen de mesures. Afin de faciliter l’intégration de la stéréo–corrélation d’Images Numériques dans leur processus, EikoSim est intervenu en tant qu’accompagnateur de la montée en compétence des services d’essais et du BE de MBDA. Pour ce faire, les outils de Corrélation d’Images Numériques (hardware et software) ont été testés sur différents essais de complexité croissante allant des échantillons et éprouvette jusqu’à la structure complète testée en multi-caméras lors d’un essai de compression. 

Une pré-étude a été menée afin de préparer en amont l’essai, le positionnement des caméras et la réalisation du mouchetis, grâce au logiciel EikoTwin VIRTUAL. Cette pré-étude a également permis de connaitre l’incertitude moyenne de la mesure. Des données d’essais ont été récoltées sur deux zones distinctes du capot, qui a servi de structure d’étude, au moyen de deux paires de caméras et du logiciel EikoTwin VISION. Les images obtenues ont été traitées en interne par MBDA via le logiciel de Corrélation d’Images Numériques, EikoTwin DIC, après formation des équipes par EikoSim. Ces essais sont encourageants et fournissent des résultats, qualitatifs et quantitatifs dans des zones d’études sur lesquelles n’étaient autrefois appliqués que quelques capteurs physiques ponctuels, permettant d’enrichir et d’optimiser leur modèle numérique. Aujourd’hui, la méthode de mesure par corrélation d’images numériques est implémentée chez MBDA et appliquée sur diverses campagnes d’essais menées en interne permettant de valider des caractérisations matériaux ou des essais en tenue de structures mécaniques.

image_pdfimage_print
Publié dans

Laissez un commentaire





Eikosim Logo

98-100 AVENUE ARISTIDE BRIAND

92120 MONTROUGE

FRANCE