Description de la chaine d’acquisition des mesures

c’est une opération rapide pouvant durer 200 ms. Les mesures nécessitent donc une fréquence d’échantillonnage importante pour qu’elles soient représentatives des phéno-

mènes physiques [Högman2004]. La chaine d’acquisition utilise des modules de chez National Instrument permettant d’avoir une fréquence d’acquisition des signaux de 5000 Hz (période d’échantillonnage de la chaine de mesure de 0,2 ms) comme suggéré par Högman [Högman2004]. La performance des mesures est le fruit de la rapidité de chaque élément dans chaque branche de la chaine d’acquisition. La conséquence d’une haute fréquence d’échantillonnage est le grand nombre de mesures à acquérir, enregistrer (plusieurs giga octets par essai) et à post-traiter (paragraphe 3.1.5.1.1).

Le tableau 3.1 regroupe les principales caractéristiques techniques des capteurs et des modules d’acquisition utilisés. Les commentaires du tableau3.1 seront discutés à travers les sous-sections 3.1.3.1et3.1.3.2. Ces capteurs permettent soit de mesurer des températures (par des pyromètres et des thermocouples), soit des grandeurs mécaniques (effort et déplacement de la traverse supérieure). Les mesures analogiques fournies par les pyromètres, le capteur d’effort et le capteur de déplacement sont converties en grandeurs numériques par le module NI 9201 d’une fréquence d’échantillonage de 475000 échantillons/s (tableau3.1). Pour les thermocouples, l’amplification du signal analogique et sa conversion sont assurées par le module NI 9211 d’une fréquence d’échantillonnage de 14 échantillons/s (tableau 3.1). Ces deux modules sont montés sur un boitier NI 9174 pour synchroniser les mesures.

Table 3.1 – Principales caractéristiques des capteurs utilisés et des convertisseurs analogiques/numériques

Equipement Référence Plage de mesure Résolution Répétabilité Temps de réponse Distance ou fréquence de mesure

Pyromètre bichromatique IMPAC 350◦_C-1800◦_{C <1}◦_{C 0,1 % de la mesure < 2 ms 87 mm-4500 mm}

IGA 5-LO en◦_C+1◦_C

Pyromètre monochromatique SOLONET 300◦_C-1300◦_{C <1 K 2 K 10 ms 250 mm-1000 mm}

SN21

Rondelle de charge Kistler 9061A 0 kN-200 kN 4,3 pC N−1 _{+/-0,05% FS < 15 µs}

+ amplificateur Kistler 5073

Capteur de déplacement KAMAN 0 mm-13 mm 1,3 µm < 1% FS 50 kHz 0 mm-13 mm KD-2306-8C

Module acquisition National Instrument 475000 échantillons/s

NI 9201

Module acquisition National Instrument 2◦_{C 14 échantillons/s}

NI 9211

Boitier de synchronisation National Instrument Dépendant des modules NI 9174

3.1.3.1 Mesures des températures de tôle et dans les lames

3.1.3.1.1 Mesures de la température de la tôle

Pour suivre l’évolution de la température de la tôle, deux pyromètres sont utilisés. Le premier pyromètre est bichromatique (IMPAC IGA 5-LO). Il est positionné au niveau du module de chauffe (figures 3.1 et 3.2) pour contrôler la température de la tôle lors de l’austénitisation. La température minimale du pyromètre bichromatique du module de chauffe est de 350◦C, ce qui signifie que la montée en température lors de la

phase d’austénitisation ne peut pas être suivie complètement. La température la plus haute enregistrée pour ce pyromètre est de 1100◦C.

Le second pyromètre est monochromatique (SOLONET SN21 ). Il est positionné sous le module de découpage et son rayon laser traverse le module via un perçage pour contrôler la température de la tôle lors de la découpe et de la trempe (figures 3.4.D et

3.5). Comme montré aux figures3.4.D et3.5, ce pyromètre est décalé par rapport au

La gamme de mesure de température du pyromètre du module de découpage est de 300◦C à 900◦C. En conséquence, la trempe de la tôle ne peut donc pas être suivie en

dessous de la valeur minimale.

La résolution des deux pyromètres est de 1◦C ce qui est acceptable par rapport à la plage

de mesure de température des essais (entre 400◦C et 1100◦C). Les temps de réponse

des pyromètres inférieurs à 10 ms sont aussi acceptables compte tenu des vitesses des phénomènes de chauffe et de refroidissement de l’ordre de 100◦C s−1 (refroidissement

de 1100◦C à la température ambiante en 11 s).

3.1.3.1.2 Mesure de la température dans les lames

La figure 3.6 présente le seul exemple de mesure de température dans une lame de découpage à chaud au cours d’un essai en cadence (47 cycles soit près de 24 min d’essai). Pour ce faire, un thermocouple K chemisé de 250 µm de diamètre est positionné au fond d’un perçage à 0,5 mm de la face d’attaque et à 1,5 mm de la face de dépouille (figure3.6.A). Cet exemple est réalisé avec une lame en X38CrMoV5 (47 HRC) avec un angle d’attaque de 2° pour un jeu de 150 µm et une température nominale de tôle de 850◦C. A chaque cycle de découpage correspond un pic de température (figure3.11.B).

Avec l’augmentation du nombre de cycles, les lames s’échauffent jusqu’à atteindre une température minimale presque stabilisée de 60◦C et une température maximale presque

stabilisée de 110◦C (figure3.11.B). La température de surface est supposée être plus

élevée. La mesure du thermocouple est acquise et amplifiée par une carte d’acquisition NI 9211 d’une fréquence d’acquisition de 14 échantillons/s.

0 25 50 75 100 125 0 200 400 600 800 1000 1200 T em p ér a tu re d e la l a m e (° C) Temps de l'essai (s) 2 ° 0 ,5 m m 1,5 mm A B 1 0 0 m m 5 0 m m 30 mm Vue en coupe Vue de dessus

Figure 3.6 – Evolution de la température dans une lame en X38CrMoV5 (angle de vague de 2°, jeu de 150 µm et une température initiale de tôle de 850◦

C). (A) Schéma du montage. (B) Evolution sur 47 cycles

3.1.3.2 Mesures des grandeurs mécaniques

3.1.3.2.1 Mesure de l’effort vertical de la presse

Une rondelle de charge (Kistler 9061A) positionnée entre la traverse supérieure de la table à colonnes et la chape (figures3.4.B et3.4.C) permet de mesurer l’effort vertical de la presse (coupe, serre-flans, frottement et réaction du système mécanique). La mesure peut s’effectuer sur une plage de 0 kN à 200 kN. Puisque la capacité de la machine est de 100 kN, l’effort généré par les essais sera compris dans la gamme d’effort du

capteur. Le temps de réponse de la rondelle de charge et de son amplificateur est de 15 µs (donnée du constructeur, tableau 3.1) ce qui est beaucoup plus faible que la période d’échantillonnage de la chaine de mesure de 0,2 ms. Ainsi tout le signal capté sera enregistré sans atténuation (capteur, amplificateur et module NI 9201 et NI 9174 ). 3.1.3.2.2 Mesure du déplacement de la traverse supérieure

Un capteur de déplacement inductif KAMAN KD-2306-8C est fixé sur un montant du portique et vise la traverse supérieure de la table à colonnes (figure3.4.C) afin de mesurer sa position au cours du temps. Il n’est donc pas centré par rapport aux outils (hors du plan de chargement mécanique et hors du plan de symétrie des lames). La longueur de déplacement suivie par le capteur correspond à toute sa gamme de mesure possible (13 mm, tableau 3.1) ce qui permet de suivre le déplacement de la traverse pendant tout le cycle de découpage de la phase d’approche des lames supérieures jusqu’à l’impact avec les butées mécaniques. En prenant en compte la flexion liée à la rigidité des éléments mécaniques assemblant les lames à la traverse, la mesure du déplacement de la traverse permet de connaitre le déplacement de la lame supérieure au cours du découpage. La résolution du capteur est inférieure à 2 µm ce qui est suffisamment précis par rapport aux hauteurs caractéristiques de la qualité du bord découpé [So2015]. La fréquence de réponse du capteur de 50 kHz (tableau 3.1) est largement supérieure à celle de l’acquisition 5000 Hz, en conséquence tout le signal capté sera enregistré sans atténuation par la chaine d’acquisition.