Un Guide de l'utilisateur pour l'extensomètre vidéo

Les laboratoires d'essais des matériaux ont utilisé l'extensomètre depuis des années. En effet il y a plus de 130 ans, un dispositif pour mesurer les changements de longueur a été décrit pour la première dans le Journal of the Franklin Institute. Et, alors qu'il existe de nombreux types d'extensomètres, ils proviennent principalement de deux catégories : à contact et sans contact.

Les extensomètres à contact sont divisés en deux types : l'extensomètre clip-on et l'extensomètre automatique à contact.  Le type clip-on existe dans diverses tailles et est utilisé pour mesurer les différents niveaux de déviation de moins de 1 mm à plus de 100 mm.  Typiquement, les extensomètres clip-on sont utilisés pour des allongements allant de 1 mm à 10 mm. 

Les extensomètres clip-on présentent de nombreux avantages, y compris un faible coût, une facilité d'utilisation et une grande précision. Cependant, ils peuvent également servir pour un nombre important d'étapes fastidieuses et être soumis à une erreur de l'opérateur.  En outre, à cause du contact, ils peuvent également influer les résultats lors de l'essai d'échantillons petits et fragiles.

Cependant les dispositifs clip-on ont été largement supplantés par les extensomètres automatiques à contact plus avancés, qui ont été développés pour fournir des résultats d'essais de matériaux plus rapides, plus précis et plus fiables. En automatisant le processus, ces instruments augmentent considérablement le rendement, tout en réduisant les erreurs de l'opérateur.  Ils donnent de meilleurs résultats, plus précis et plus fiables. Beaucoup ont des résolutions de 0,3 µm ou mieux, et certains dispositifs sont capables de lire des valeurs aussi basse que 0,02 μm. Ils peuvent aussi rester sur l'échantillon jusqu'à la rupture et mesurer des allongements jusqu'à 1000 mm sans aucune perte de précision.

Les extensomètres sans contact
Au fil des ans, les fabricants des systèmes d'essai des matériaux ont beaucoup œuvré en développant des solutions innovantes pour la mesure de déformation d'essai de matériaux sans contact  Parmi les solutions envisagées certaines intègrent des scanners laser, qui s'avèrent particulièrement adaptés pour une gamme de matériaux qui incluent des matières plastiques, des films, du caoutchouc et des textiles. 

Les utilisateurs de l'extensomètre ont également besoin de plus d'informations, d'une plus grande flexibilité et d'une polyvalence accrue de leurs instruments.  Parmi les premiers dispositifs sans contact à apparaitre on trouve les extensomètres laser qui ont été utilisés avec des machines de traction.  Bien que ces instruments ont offert une bonne précision pour des mesures de grandes déformations, ils manquaient de flexibilité et étaient moins précis pour mesurer les déformations à des niveaux très bas.

Les extensomètres laser sont généralement utilisés pour les matériaux qui pourraient être endommagés ou affectés par un extensomètre clip-on traditionnel ou un extensomètre à contact.  Ils opèrent en illuminant la surface d'un échantillon avec un laser et en capturant les réflexions fournies par le laser en tant que force appliquée. Ces réflexions sont ensuite mesurées puis utilisent un logiciel d'imagerie de pointe incorporant des algorithmes complexes.

Les systèmes à laser, peuvent être utilisés avec une large gamme de matériaux et les essais peuvent être effectués sur des spécimens à des températures ambiantes ou élevées, adaptées aux échantillons détenus dans une armoire thermique ou une chambre d'essai environnementale.  L'extensomètre laser offre également une excellente précision et résolution et fourni un certain niveau de sécurité, en particulier lorsque les échantillons testés peuvent libérer de grandes quantités d'énergie en cas de rupture.

Extensomètre vidéo
Comme la technologie vidéo et les logiciels informatiques se perfectionnent, une nouvelle génération d'extensomètre sans contact a évolué : l'extensomètre vidéo. Les extensomètres vidéo présentent de nombreux avantages. Ils offrent à leurs utilisateurs une plus grande flexibilité ainsi que la meilleure précision disponible sur une large gamme d'applications. 

Cette solution sans contact est particulièrement bien adaptée pour les matériaux fragiles ou minces ainsi que pour les échantillons qui libèrent de l'énergie à la rupture ou s'il y a une impulsion à la rupture (tels que des câbles, des cordes, des ceintures, etc.) ainsi que des mesures dans une armoire thermique ou une chambre d'essais environnementale. 

La technologie fonctionne aussi bien pour des essais où l'allongement et la variation d'une section de mesure sont nécessaires et des essais où l'allongement transversal et les valeurs r & n sont nécessaires pour ISO 10113 et ISO 10275. En outre, l'instrument peut être utilisé pour tester les métaux avec la mesure des limites Rp 0,2 selon les normes EN 100002-1 et ASTM.

Avec les récentes améliorations de la technologie vidéo et des logiciels d'analyse d'images, les fabricants des systèmes d'essai des matériaux se sont focalisés sur l'extensomètre vidéo (EV) pour fournir une mesure précise pour un certain nombre d'applications spécifiques, en particulier celles où l'extensomètre à contact pourrait avoir un impact défavorable sur les résultats ou l'exactitude des essais. 

Les derniers instruments technologiques EV sont une substitution attrayante des extensomètres mécaniques, des systèmes à balayage laser et des jauges extensométriques.

Ils offrent de nombreux bénéfices et fournissent un certain nombre d'avantages par rapport aux dispositifs à contact traditionnels, notamment :

• Aucune influence sur l'échantillon d'essai  
• Aucun problème avec le dérapage d'un couteau  
• Aucune erreur due à l'inertie des pièces mobiles 
• Aucune erreur due à des pièces usées ou endommagées 
• Aucun dommage résultant de la libération d'énergie à la rupture 

Cependant, le plus grand avantage de la technologie EV est sa polyvalence. La technologie est simple et facile à utiliser. Une caméra peut être utilisée à la fois pour la mesure de la déformation longitudinale et transversale. Seul un réglage simple et un alignement par rapport à l'axe d'essais est nécessaire. La technologie permet de multiples champs de vision ainsi que de multiples déformations et d'essai des matériaux, la visualisation en temps réel et l'analyse.

Principe de fonctionnement
L'extensomètre vidéo intègre un appareil photo numérique haute résolution avec un traitement d'image en temps réel pour effectuer des mesures de contrainte de haute précision d'une variété de types d'échantillons.  La caméra vidéo capture l'image, qui est transférée via une interface IEEE 1394 (Firewire) à un ordinateur PC ou un ordinateur portable.

Une déformation longitudinale est déterminée en mesurant la variation de la distance entre deux marqueurs de ligne qui sont appliqués sur l'échantillon d'essai avec un marqueur, un autocollant ou une pince de couleur.  Une variété de stylos marqueurs optionnels et d'applicateurs de cibles sont disponibles.

L'extensomètre vidéo détermine la position des marqueurs par des changements de luminosité des bords lumineux/obscurs des marqueurs.  L'appareil numérise l'image, et des algorithmes pour l'analyse d'images mesurent le changement en niveaux de gris le long d'une ligne d'image sur la surface de l'échantillon.  Ces algorithmes permettent à l'instrument de mesurer les positions des bords avec une précision de l'ordre du sous pixel. 

La déformation transversale est calculée à partir du changement mesuré dans la largeur de l'échantillon. La longueur de référence est automatiquement mesurée au début de chaque essai et utilisée pour le calcul de la déformation, en éliminant les erreurs dues au marquage de l'échantillon inexacte.

Les valeurs mesurées sont transférées à partir de l'extensomètre vidéo à une machine d'essai de traction par l'intermédiaire d'une interface numérique ou analogique.

La machine d'essai de traction peut alors enregistrer et traiter ultérieurement chaque mesure de la même manière que d'autres capteurs de contrainte ou jauges extensométriques. Typiquement, le module E et le coefficient de Poisson sont calculés.

Gamme d'applications 
EV se prête à une large gamme d'applications. La technologie est particulièrement bien adaptée pour tester des matériaux rigides tels que les métaux et les composites. Cependant, une large gamme de matériaux se prête à une mesure de l'allongement par traction sans contact, y compris des matières plastiques, des textiles, du papier, des feuilles minces, et des fils.

La technologie est également appropriée pour mener une variété de procédures d'essai telles que la mesure des propriétés des matériaux, l'allongement réel contrôlé des essais de traction, l'exploration des fissures, l'enquête sur les comportements de déformation sur des essais de traction dynamiques, des essais dynamiques et à grande vitesse, des analyses de vibration et plus.

Caractéristiques et capacités
La génération actuelle d'équipements EV disposent d'interfaces utilisateur modernes, configurables et intuitives ainsi qu'un large éventail d'options pour la communication, la gestion et l'exportation des données.  Son multithread-analysis-kernel supporte des processeurs multi-cœur pour atteindre une faible charge du processeur.

Une variété de modèles est disponible pour différentes tâches de mesure. La connexion d'un extensomètre vidéo à une machine d'essai de traction permet également un fonctionnement entièrement automatique.

Les systèmes multi-caméras permettent la mesure simultanée des différents côtés de l'échantillon jusqu'à 360° avec des champs de vision petits et grands pour des modules-E et des courbes de contrainte-déformation complètes précises.

Selon le type de caméra (haute précision versus grande vitesse), EV est capable de fournir différentes précision et taux d'échantillonnage.  Avec une haute précision, caméra 2 méga pixels, la précision est de 0,002% de déformation (1 µm @ 100 mmFow) et le taux d'échantillonnage va jusqu'à 100 Hz. 

Véritable performance mondiale
Dans un exemple concret, un laboratoire de R&D effectue des essais de traction et de compression sur une large gamme de matériaux allant du métal et du bois aux élastomères et plastiques. En outre, il dispose de plusieurs machines de traction différentes avec différentes interfaces et plusieurs jauges qui utilisent différentes gammes et technologies.

Parmi toutes les solutions d'extensomètres disponibles, seul EV offre la polyvalence et l'adaptabilité pour répondre à tous les besoins du laboratoire.  Avec ce dispositif, le laboratoire peut effectuer des essais qui ne mesurent que quelques millimètres avec une précision de 0,1 µm à 100 millimètres avec seulement deux longueurs focales.  Avec ses interfaces numériques et analogiques, EV est compatible avec toutes les machines d'essai de traction du laboratoire.

EV résout également un grand nombre des problèmes qui peuvent survenir quand un spécimen a des bords relativement mous comme un thermoplastique ou qui peut se rompre ou se casser et causer des dommages à un extensomètre clip-on. Globalement, EV fournit aux utilisateurs une haute performance, une haute précision et une solution fiable pour une multitude d'applications de mesure et d'essai.

Conclusion
Après plus de 130 ans, les extensomètres continuent de jouer un rôle important dans les essais de matériaux. Les capacités de ces dispositifs se sont améliorées de façon significative, il y a donc maintenant une plus grande gamme de technologies disponibles.  La sélection de la bonne technologie dépend d'un certain nombre de facteurs, notamment le coût, la précision et la facilité d'utilisation ainsi que la nature spécifique de la matière et de l'essai effectué.

Le meilleur choix pour un matériau ou une application particulière peut ne pas être le choix idéal pour un autre.  Avec les améliorations récentes apportées à la fois au matériel et au logiciel, les utilisateurs de l'extensomètre doivent envisager sérieusement l'extensomètre vidéo en fonction de leur flexibilité, polyvalence, fiabilité et rapport qualité-prix pour une large gamme de matériaux et applications.