La corrélation d’images numériques pour les structures automobiles

• Par Floriane Soulas, Ingénieure R&D chez EikoSim

Contexte

Dans le cadre du suivi de production à grande échelle des pièces automobiles, de nombreuses pièces sont soumises à des tests répétés afin de s’assurer de leur intégrité une fois mises en service. Dans ce cadre, l’essai que nous abordons dans cet article est dédié aux essais de tenue à la sollicitation dite « Coup de vent » d’une structure ouvrante (cf Figure 1).

Des essais de chargement sur une portière ont été réalisés avec un suivi par stéréo-corrélation d’images dans les locaux du Technocentre de Renault. Le but de ces essais est de réaliser un suivi en temps réel afin de quantifier les déplacements imposés sur la portière. On cherche ainsi à quantifier de façon globale le champ de déplacement sur l’ensemble de la structure, afin de s’assurer de la validité du modèle numérique correspondant et démontrer la puissance de la corrélation d’images automobiles. Pour ce faire, on amène la porte en butée et on applique un effort progressif par paliers sur son extrémité, reproduisant une ouverture par un utilisateur. On prolonge ce mouvement de corps rigide au-delà de la butée d’ouverture en fonctionnement de la portière. De plus, entre chaque palier de mise en charge, on effectue un retour à zéro de la portière qui retrouve sa position initiale.

Des capteurs de déplacement (type LVDT) sont disposés en plusieurs endroits de la portière. Un premier capteur à fil est placé à l’extrémité, au niveau du vérin permettant le déplacement. Un second capteur à fil est placé au bas de la portière près de l’axe des charnières. C’est ce second capteur qui sera confronté aux résultats de corrélation d’images.

Suivi de déplacement par mesure de champ en corrélation d’images

Suivant les indications de la Figure 1, une paire de caméras est donc positionnée en vis-à-vis de la portière en cours d’essai (cf Figure 2). La taille conséquente de la structure ne permet pas de visualiser l’ensemble de la portière et d’effectuer l’analyse sur toute la surface avec une précision suffisante. Une zone d’étude réduite (représentée en Figure 3) a donc été déterminée, c’est sur cette zone que l’analyse et la comparaison ont été effectuées lors de l’étude.

En dépit des larges mouvements de corps rigide de la pièce, les caméras sont en mesure de capter la totalité de la cinématique d’ouverture de la portière sur la zone d’étude, qui comprend la position du capteur à fil (point vert sur la Figure 3). Les résultats présentés dans la section suivante seront adimensionnés. Cependant, on note que la mesure est exprimée directement sur le maillage éléments finis de la pièce, ce qui permet une comparaison immédiate avec les champs de déplacements prévus par le calcul de dimensionnement pour la sollicitation considérée.

Résultats et perspectives

On projette ainsi les déplacements mesurés directement sur le modèle éléments finis fournis par Renault, comme le montre la Figure 4. Comme attendu, un mouvement d’ouverture de la porte vers l’extérieur et l’extrémité plus important que du côté interne est mesuré. On peut également retrouver ces résultats en se penchant plus particulièrement sur la comparaison avec le capteur à fil. Pour cela on dispose sur le maillage un capteur de déplacement virtuel (en vert sur la Figure 3), grâce à la fonction de création de capteurs de déplacements d’EikoTwin, positionné à l’emplacement réel du capteur physique. La Figure 5 montre la comparaison entre les deux capteurs pour les premiers paliers de mise en charge.

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On observe ici des valeurs cohérentes de déplacement entre le capteur à fil réel et la mesure par CIN. Un écart est cependant présent et se creuse au fur et à mesure que la portière s’ouvre. Cet écart est dû à la différence de normales entre le capteur à fil (normale glissante, qui se modifie avec l’angle d’ouverture de la portière) et celle des caméras qui elle est fixe. La mesure optique sur la maillage a donc ici un avantage supplémentaire pour les grands déplacements, puisqu’il n’est pas nécessaire de la recaler dans le repère du modèle.

Il convient également pour cet essai de s’intéresser au comportement de la portière lors des phases de relaxation. En effet, entre chaque palier de chargement, un retour à l’état initial est réalisé. On s’attend, ainsi que prédit par le modèle numérique, à ce que la portière retrouve sa position initiale entre chaque palier, ce qui correspond, dans la mesure, à un retour à zéro déplacement.

Comme le montre la Figure. 6, avec l’écart susmentionné entre les capteurs réel et virtuel, la portière ne revient pas à zéro entre deux phases de chargement, contrairement à ce qui avait été prédit par le modèle numérique. Par ailleurs, cet écart à la position initiale augmente en même temps que le déplacement imposé, ce qui constitue une information essentielle pour le futur recalage du modèle numérique.

En conclusion, la mesure réalisée a montré des champs de déplacement obtenus lors des paliers de montée en charge homogènes et cohérents avec l’effort de traction appliqué et le capteur à fil instrumenté pour cet essai. Un écart est cependant constaté, issu de la présence d’un angle variable entre la normale du capteur à fil et le mouvement de la portière selon un angle qui varie au cours du temps.

Cependant, l’essai a également permis de mettre en avant un comportement inattendu lors des paliers de relaxation et la présence de déplacement résiduels. Contrairement à ce qui avait été prédit par le modèle numérique, la portière ne revient pas à sa position d’origine entre chaque palier, ce que montre la corrélation d’images mais également le capteur à fil.

Des données d’essais ont été récoltées dans cette zone pour la première fois et met en lumière les nombreux avantages de la corrélation d’images automobiles. Ces essais sont encourageants et fournissent des résultats qualitatifs et quantitatifs dans des zones d’études préalablement jamais mesurées, permettant la mise à jour du modèle numérique associé.

Ces essais font suite à de premières études déjà menées avec Renault.