Le projet PanControl, réalisé par FCBA à l'initiative de l’UIPP/l'Ameublement français et de l’UIPC et financé par le CODIFAB, vise à définir une méthodologie de contrôle non destructive des panneaux en ligne de production.
L’objectif est de simplifier les procédures de contrôle et d’améliorer le tri et la fiabilité des panneaux produits.
La méthode développée doit s’adapter aux contraintes de lignes de production (vitesse, bruit, vibrations) tout en ayant une précision et une robustesse importante.
Un état de l’art des méthodes a permis de définir la technique la plus adaptée qui consiste à mesurer le temps de vibration des ondes mécaniques dans le bois pour pouvoir la raccorder aux paramètres mécaniques.
Dans le cadre de ce projet, la base de données des essais de certification du FCBA à été mise à jour, avec plus de 3000 différents panneaux testés.
Cela a permis de définir des relations de passage entre les propriétés élastiques et les résistances et donc de pouvoir estimer les ces dernières via les mesures non destructives.
Des essais complémentaires, notamment sur une chaîne de production, seront nécessaires pour fiabiliser la méthode.
Objectif et contexte
Le projet PanControl vise à identifier puis à fiabiliser un ou plusieurs procédés de contrôle non-destructif (CND) utilisables sur panneaux en bois en ligne de production. Ces procédés doivent permettre d’établir les propriétés élastiques et de rupture des panneaux sans avoir besoin de prélever des échantillons pour les tester mécaniquement. L’intérêt est double. D’une part, il deviendra possible de ne plus détruire une partie de chaque série lors du contrôle qualité. D’autre part, des mesures en chaine ouvriront la possibilité d’extraire les différents niveaux de qualité des produits. Ce projet pourrait mener à moyen ou à long terme à une évolution de la règlementation si la corrélation entre méthodes destructives et méthodes non destructive est scientifiquement établie.
L’étude des vibrations des structures est classique dans le domaine des méthodes non destructives. Il est relativement aisé de solliciter des matériaux et des structures avec des signaux vibratoires, et leurs réponses dynamiques nous renseignent sur leur masse ou raideur.Les vibrations sont déjà utilisées dans l’industrie des panneaux à base de bois par l’utilisation de peigne ultrasons pour détecter les défauts dans les panneaux.
L’objectif du projet est de définir une méthodologie de mesure non destructives permettant, au-delà de la détection de défauts, de quantifier les propriétés mécaniques des panneaux en ligne de production. Il s’agit alors de trouver une méthode précise et robuste capable de s’intégrer aux contraintes d’une chaîne de production (cadence, température, bruits). Un deuxième défi est de définir le lien entre les propriétés élastiques mesurables par CND et les propriétés de ruptures non mesurables directement. Pour cela, des relations de passage sont définies à partir des bases de données d’essais de certification du FCBA.
Principaux résultats
Méthodologie de mesure
La première étape du projet a consisté en un inventaire des différentes méthodes de CND utilisées dans l’industrie des panneaux ainsi que le recueil des contraintes des industriels. Sur la base de cet état de l’art, la méthode la plus pertinente nous a semblé être la mesure du temps de propagation des ondes de flexion dans le panneau, afin d’en déduire ces propriétés élastiques.
Lors d’une sollicitation, le panneau se déforme en formant des vagues de la même manière que les encyclies formées dans l’eau par la chute d’une pierre. La vitesse de ces ondes est d’autant plus importante que la raideur du panneau dans cette direction est grande.
Une formule théorique permet donc de déterminer les modules d’Young longitudinales et transversales pour peu que la vitesse des ondes de flexion à une fréquence données soit connu. La difficulté étant de mesurer cette vitesse avec précision. Une méthodologie a été mise en place avec l’utilisation d’un excitateur et de trois points de mesure par direction, afin d’améliorer la robustesse de la mesure avec des informations redondantes.
Les essais ont été réalisés avec les instruments de mesures disponibles au FCBA. Cependant des réflexions ont été menés pour pouvoir faire ces mesures avec des capteurs sans contacts bien adapté à des chaînes de production industriels.
Le domaine de validité de la méthode a été étudié, notamment avec le choix des fréquences d’excitation. La technique est adaptée aux panneaux de grandes dimensions (dont la plus petite dimension dépasse 1,2m). Des outils de traitement du signal (algorithme de détection, fenêtrage, analyse de phase) ont été utilisés pour calculer avec le plus de finesse la vitesse de propagation des ondes. A noter qu’il est aussi possible d’utiliser la méthode avec un simple coup de marteau instrumenté plutôt qu’un pot vibrant, néanmoins les résultats perdent en précision et robustesse.
La méthode n’a pour l’instant pas été testé sur un grand nombre de panneaux, ces mesures seront réalisées en 2024. Néanmoins les premiers résultats sont très encourageants, avec des différences maximales constatés entre mesures destructives et mesures non destructives de l’ordre de 7%.
Exploitation de la base de données
Depuis plusieurs dizaines d’années, FCBA réalise des essais de certification sur les différents types de panneaux suivant plusieurs normes. Dans le cadre du projet PanControl, l’objectif est de déterminer une relation directe entre les valeurs mesurables par CND (module d’Young longitudinal et transversal) et les différentes résistances.
Pour cela, nous nous appuyons sur des techniques statistiques pour identifier les corrélations entre les paramètres et créer des lois de correspondance. Globalement, pour tous les panneaux on observe une corrélation forte entre les propriétés élastiques (identifiés par CND) et les propriétés à la rupture. Les coefficients de corrélation sont tous supérieurs à 0,7. Il est donc possible de créer une formule de passage et d’estimer de façon relativement précise les propriétés à la rupture des panneaux sur la base de la méthodologie de contrôle proposée dans ce projet.
Points clés et valorisation
- Mise en place d’une méthodologie de contrôle non destructive des panneaux en chaîne de production
- Etablissement de formule de passage entre propriétés élastiques des panneaux et propriétés à la rupture à partir de la base de donnée d’essai du FCBA.
- Validation encouragente sur les premiers panneaux (moins de 7% de différence). Poursuite de la validation de la méthodologie en 2024.