Décathlon à fond la norme avec NI LabVIEW !

Author(s):
Jean-Luc Descamps - Décathlon

Industry:
Machines/Mechanics, Electromechanics/ Electrotechnics

Products:
Data Acquisition, PXI/CompactPCI, LabVIEW

The Challenge:
Développer des bancs qui permettent d’effectuer rapidement les essais normatifs en accord avec la nouvelle norme européenne.

The Solution:
Construire des machines d’essais basées sur la technologie pneumatique proportionnelle, et piloter une baie de contrôle modulaire composée de cartes d’acquisition de données et de cartes de commande d’axes, pour gérer n’importe laquelle de ces machines d’essai.

Leader européen de la distribution et de la conception/production d’articles de sport, avec 35 000 collaborateurs répartis dans 25 pays, Décathlon se doit de tester ses produits avec rigueur, et d’être exemplaire en matière de conformité aux normes. En l’occurrence, une directive européenne impose aux pays membres de respecter, depuis le 1^er janvier 2007, non plus les normes nationales, mais de nouvelles normes européennes, plus draconiennes.

Si l’on reprend l’exemple typique des cycles, Décathlon assemble différentes pièces qui sont, pour certaines, achetées à l’extérieur, et pour d’autres, conçues et fabriquées par Décathlon, qui s’est lancé dans la conception et la fabrication en 1996. L’entreprise a donc besoin de moyens d’essais pour faire du test normatif (ou pour validation interne en l’absence de norme), mais aussi dans le cadre du développement de ses propres produits.

Des tests principalement mécaniques et climatiques

Les moyens d’essai de Décathlon sont réunis dans un laboratoire de 600 m², situé à Villeneuve d’Ascq, sur les lieux mêmes du plus grand magasin européen. C’est dans ce laboratoire que sont effectués les tests mécaniques et climatiques sur les composants et produits finis en situation d’usage, qu’il s’agisse de cycles, de fitness, de cannes à pêche, de skis, de casques, de systèmes électroniques, de matériels d'équitation, de matériels de golf, de tissus techniques, etc. Dans la plupart des cas, on y trouve des cartes d’acquisition de données de National Instruments et des applications développées avec NI LabVIEW. L'objet de cet article est de s’intéresser plus particulièrement à l’application des produits de NI dans le laboratoire d’essais mécaniques (dits "hardware").

Pour effectuer des essais mécaniques sur un type d’échantillon donné, comme un guidon de vélo, il s’agit de disposer d’une "machine d’essai", châssis adapté à la taille et à la forme du type d’échantillon à tester, équipé d’un certain nombre de vérins. Fixés aux endroits adéquats de l’échantillon, les extrémités de ces vérins vont suivre des cycles répétitifs pour reproduire les contraintes que les éléments sont susceptibles de subir en fonctionnement intensif. En fait, ce sont en général les normes qui définissent comment et à combien de cycles un échantillon doit être soumis.

Le pneumatique TOR remplacé par le proportionnel

Jusqu’en 2006, le laboratoire disposait de différentes machines équipées de vérins pneumatiques Tout-Ou-Rien (TOR), pilotés par de petits automates programmables. Cette configuration ne donnait pas entière satisfaction, notamment dans la perspective du respect des normes européennes. En effet, la technologie pneumatique TOR est limitée au niveau des cycles à des signaux carrés, alors qu’il convient d'imprimer des cycles sinusoïdaux. Par ailleurs, l’utilisation d’automates ne permettait pas d’enregistrer toutes les données des essais.

C’est pourquoi, début 2006, nous avons été amenés à changer de process, avec pour objectif d’être prêts au passage à la norme européenne, dès janvier 2007. Concernant les vérins, deux options s’offraient à nous : pneumatique proportionnelle ou hydraulique, avec toutes les contraintes que cette deuxième option impose en matière de distribution d’huile et aussi en termes de coût. Nous avons donc choisi la technologie pneumatique proportionnelle, encore peu exploitée dans ce domaine, dans laquelle la course ou la force du vérin peut être contrôlée en jouant sur la différence de pression d’air appliquée à chaque extrémité du vérin.

L’automate remplacé par le PC

Côté contrôle/commande, nous avons laissé tomber les automates au profit d’une baie informatique composée d’un PC équipé de cartes PCI d’acquisition de données et d’un rack de cartes de commande d'axes. Le choix de National Instruments pour les cartes d’acquisition de données et pour le logiciel s’est imposé de lui-même car il existait déjà chez nous depuis une dizaine d’années des systèmes basés PC avec des cartes NI, qui nous avaient donné entière satisfaction et qui nous avaient permis de juger des avantages de LabVIEW et de la programmation graphique.

En fonction des types d’échantillons à tester (manivelles de pédaliers, cadres de vélo, vélos entiers, etc.) et des nouvelles normes à respecter, nous avons donc conçu un certain nombre de machines permettant de s’adapter à une grande variété d’échantillons. Une fois fabriquées, nous les avons qualifiées sur un plan opérationnel mais aussi au niveau de la sécurité en fonction de la "directive machines" européenne.

Des baies de contrôle modulaires pour gérer chacune deux à quatre axes

Chacune de ces machines intègre un, deux, trois ou quatre vérins pneumatiques, ainsi que des capteurs de déplacement et des capteurs de force. Pour la baie de contrôle, il nous fallait donc un PC équipé de deux cartes d’acquisition de données multifonction (NI PCI-6221) et un rack accueillant un certain nombre de cartes de commande d’axes. Cette configuration permet à une baie de commander deux, trois ou quatre axes, c'est-à-dire de contrôler une ou deux machines. Hormis le nombre d’axes (donc de cartes de commande d’axes) pilotées, ces baies sont toutes identiques, y compris en ce qui concerne l’application logicielle LabVIEW qui permet de gérer toutes les configurations de machine.

Les mesures issues des capteurs de force sont récupérées à la fois par les cartes de commande d’axes pour tourner en boucle PID, et par les cartes d’acquisition de données. Les capteurs de déplacement permettent de savoir si l’échantillon est cassé et s’il faut donc arrêter l’essai. Dans l’interface utilisateur de l’application, l’opérateur fixe tous les paramètres de l’essai. Il peut calibrer les capteurs avec une procédure d’étalonnage. Il détermine le nombre de cycles et le signal à appliquer, ainsi que sa fréquence. Il peut aussi choisir de mettre deux axes en phase, ou déphasés de tant de degrés. Des graphes permettent une surveillance en continu des efforts et du fonctionnement des axes. Les consignes de force, sinusoïdales, sont envoyées par les cartes d’acquisition de données aux cartes de commande d’axes qui pilotent les servovalves. à chaque cycle, l’application enregistre les pics de force et génère un fichier txt.

Des essais plus rapides (jusqu’à 100 %)

Au bout du compte, notre nouveau processus s’est révélé avantageux à plus d’un titre. D’abord, les essais, plus faciles à mettre en œuvre, sont effectués 15 à 100 % plus rapidement qu’auparavant (avec la technologie TOR et les automates). Il y a en effet moins de manipulation, moins de réglages manuels et la période de stabilisation est plus courte. Par ailleurs, nous avons beaucoup gagné sur la propreté du signal. Tout se fait en douceur, il n’y a plus de saccades ni de vibrations (nuisibles aux essais), et nous sommes sûrs de produire les bons efforts sur les échantillons.

À noter qu’en complément de ces baies de contrôle, le laboratoire dispose de PC mobiles équipés de cartes d’acquisition de données (PCI-6040 et PCI-MOI-16E-4) et d’alimentations. Ces PC servent à faire des essais particuliers en s’adaptant à des besoins variables (analyse modale, pilotage d’un simple vérin, mesure de température…), par exemple sur un échantillon spécial.

D’autres applications avec les produits NI

Hormis dans les baies de contrôle de machines et dans les PC mobiles, nous utilisons des cartes d'acquisition de données NI pour une multitude d’autres applications comme des essais de freinage (cycles), le test de décharge de piles, le test d’amortissement et de vieillissement de chaussures, la mesure de hauteur de rebond pour les balles et ballons, des mesures de température et d’hygrométrie en chambres climatiques pour tester les tissus techniques, des essais de résistance aux chocs d'équipements de protection individuelle (avec un puits de chute de 5,50 m)…

Le développement de quelques-unes de ces applications a été sous-traité à des partenaires de National Instruments France, mais la plupart a été développée en interne, par deux ingénieurs en mécanique qui n'étaient pas des programmeurs à la base, mais qui ont rapidement atteint un niveau suffisant, en suivant quelques jours de formation à LabVIEW.

D’autres projets en perspective

Les moyens d’essais sont en perpétuel mouvement pour faire face à l’évolution des besoins. La prochaine étape concerne la mise en œuvre d’un gros dynamomètre pour les appareils de fitness. Cette application, qui sera développée en interne, intégrera à nouveau des cartes d’acquisition de données multifonctions pour effectuer des mesures de déplacement et de force, avec l’utilisation d’une sortie analogique pour commander un variateur de vitesse.

Octobre 2007

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Jean-Luc Descamps
Décathlon
4, boulevard de Mons – BP 299
Villeneuve d’Ascq Cedex 59665
France

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