Une histoire de suspension : La numérisation 3D dévoile les données précises d’un vélo tout-terrain

Pinkbike, la première communauté mondiale et la plus grande référence du vélo tout-terrain a fait appel aux services de Creaform pour effectuer des analyses des suspensions à la destination des utilisateurs et des amateurs dans le monde. Leur dernière série de billets de blog « Behind the Numbers », alimentée par l’ingénieur et le cycliste Dan Roberts, est dédiée aux analyses en profondeur de diverses suspensions.

Parmi l’abondance d’informations techniques et de données produits, les contributeurs de blog recherchaient de nouvelles technologies pour analyser des VTT à liaisons courtes (tels que le Santa Cruz Megatower), plus efficacement et plus rapidement (p. Ex., mesurer les courbes des suspensions, l’angle de la potence, la hauteur de fourche inférieure, flèche, etc.). C’est alors que Dan Roberts, basé en Suisse, nous contacté notre entreprise, qui développe, produit et commercialise des instruments de métrologie, tels que des scanners 3D et des logiciels de rétro-ingénierie.

Bien que la distance géographique aurait pu être une raison suffisante pour mettre un terme à l’aventure entre Creaform et Pinkbike, pour Dan et sa nature geek, la décision était déjà prise. Le projet pouvait donc se poursuivre, pour le plus grand intérêt des passionnés de VTT ayant un goût pour la technique et les données précises.

Nous allons vous présenter ci-dessous le projet de métrologie qui a permis d’obtenir des mesures exactes et des données fiables pour tous les passionnés de cyclisme.

Puisque la liaison définit la position du centre à chaque instant, même les plus petits changements des points de pivots des vélos à géométrie à liaison courte peuvent avoir une grande influence sur le comportement du vélo. L’équipe résume cela ainsi : « Avant de mettre la main sur le Megatower, nous avions analysé des vélos avec des liaisons relativement importantes. Et notre degré d’exactitude lors des mesures était plus que suffisant pour ces configurations ».

Creaform était enthousiaste à l’idée de soutenir Dan Roberts dans son objectif de mettre à disposition des données et des chiffres riches et précis concernant les suspensions, pour tous les amateurs abordent le cyclisme avec le plus grand sérieux. Dans l’industrie de la métrologie, nous proposons des instruments de numérisation particulièrement rapides. Non seulement nos outils permettent une préparation et une numérisation rapides sans préparation de la surface, mais le temps nécessaire pour placer les cibles avant de pouvoir enfin manier le scanner est également très court.

Ainsi, l’équipe a cherché à se procurer un Santa Cruz Megatower pour réaliser des analyses. Le hasard faisant bien les choses, le magasin de vélo Mathieu Performance à Québec (à quelques kilomètres du siège de Creaform) avait ce modèle disponible dans ses stocks.

L’équipe de Creaform pouvait passer aux choses sérieuses : se rendre au magasin en question, mesurer les points de pivot, les axes et les tubes de la fourche et de l’assise, afin d’en extraire leurs géométries. Pour ce faire, la portabilité du scanner s’est révélée être un précieux atout. Creaform a donc été un partenaire particulièrement adapté pour cette mission.

L’utilisation des technologies de numérisation 3D pour ce projet a également permis de capturer avec précision le positionnement volumétrique et la solution a fourni une exactitude de 0,1 mm sur les distances d’une extrémité du vélo à l’autre. Nous étions alors loin d’imaginer que cette précision était plus que suffisante pour les analyses, avec même une finesse supérieure par rapport aux tolérances utilisées pour la fabrication dans l’industrie du cyclisme.

1-     Préparation rapide et création d’un cadre référentiel

L’installation de l’équipement pour ce projet, comme pour tout autre projet, n’a pas nécessité d’équipement rigide, fixe et/ou encombrant : le vélo a été placé devant une boîte en carton sur lequel l’équipe a appliqué les cibles de positionnement.

Les cibles de positionnement sont des autocollants réfléchissants utilisés pour créer un cadre référentiel pour permettre au scanner 3D de se position automatiquement dans l’espace. Ils peuvent être placés sur l’objet numérisé ou au sein de son environnement immédiat. Afin de garantir un suivi optimal, nous avons dû utiliser quelques cibles supplémentaires.
Afin de générer un maillage, le scanner devait détecter au moins trois cibles à chaque instant dans son champ de vision, mais étant donné que la géométrie et le volume de matière d’un vélo sont généralement irréguliers, nous avons dû placer une boîte en carton en arrière-plan du vélo pour placer davantage de cibles.

Le HandySCAN 3D est doté d’un champ de vision d’environ 30 par 35 cm, ce qui signifie que les cibles devaient avoir une distance d’environ 5 à 15 cm entre elles, placées aléatoirement. Dans le cas présent, elles étaient placées relativement proches les unes des autres, à la fois sur la boîte en carte et le vélo lui-même, puisque certains composants de l’objet numérisé étaient dotés de géométries complexes, de caractéristiques distinctes et de nombreuses textures.

Fondamentalement, quelle que soit la complexité globale de la tâche, les scanners 3D portables de Creaform permettent d’effectuer des mesures rapidement et facilement, sur des objets de petite comme de grande taille, dans l’atelier et même dans l’arrière-boutique d’un magasin de vélo !

2- Redéfinition de l’exactitude en matière numérisation des suspensions de VTT

Le HandySCAN 3D de Creaform, utilisé pour l’analyse des suspensions d’un VTT à liaison courte, a permis d’obtenir une exactitude locale de 0,025 mm. Cela signifie que la numérisation du vélo effectuée avec le HandySCAN 3D permettait de révéler les plus petites variations entre les tolérances du concept et les spécifications du constructeur, par rapport au vélo lui-même. Dans d’autres applications, telles que le contrôle de la qualité pendant la fabrication des vélos, un tel niveau d’exactitude est non seulement enviable, mais également souhaitable !

3- Maillage : Calcul, création, traitement

Le format de sortie des surfaces numérisées est connu sous le nom de maillage ou de fichier de maillage. Il prend le nom de ce qui ressemble virtuellement au rendu 3D d’un objet : une sorte de filet tissé ou maillage de fil composé de millions de petites surfaces triangulaires. Pour ce projet, nous avons utilisé une taille de triangles de 0,35 mm pour capturer les détails des caractéristiques que nous avions besoin d’extraire, mais avons décimé le maillage (c.-à-d. Que nous avons créé des triangles plus grands sur les zones plates et conservé les petits triangles sur les zones détaillées). Le HandySCAN 3D peut fournir une surface de maillage vierge avec des triangles de 0,1 mm au minimum, qui ont permis de créer les surfaces du vélo, quelle que soit leur complexité. Le fait de zoomer sur les composants peut être assez révélateur : le nombre de triangles qui forment le maillage varie en fonction du niveau de détails nécessaire et de la zone numérisée. Vous pouvez vous référer au visuel ci-dessous pour observer le niveau de détails capturé par le scanner.

Le maillage en direct est une fonctionnalité particulièrement pratique des solutions de Creaform. Tandis que l’utilisateur numérise l’objet réel, les données exactes capturées peuvent être observées dans l’interface du logiciel VXelements. Cela permet d’obtenir un fichier STL pour une utilisation simple dans les logiciels de CAO. Ainsi, l’utilisateur peut visualiser instantanément sur une surface ou une caractéristique n’apparaît pas pendant le processus de numérisation.

Assez logiquement, le fichier de numérisation peut s’avérer être assez lourd, il convient donc d’obtenir une version décimée pour accélérer le processus global. Dans ce cas, les principaux éléments à capturer étaient les points de pivot, les axes, les tubes de la fourche et la tige de selle. Au final, les données capturées à partir des points extraits allaient permettre d’afficher la géométrie et les cinématiques du vélo.

Cela peut sembler être beaucoup de travail pour obtenir une esquisse 2D du vélo,

mais il s’agit d’un processus très rapide et l’exactitude obtenue est si élevée

que nous pouvions examiner les tolérances des pièces individuelles du vélo.

 – pinkbike.com

4- Format de sortie et exportation vers le logiciel de CAO

Pour finaliser le processus de numérisation, les entités géométriques, telles que le point de pivot, peuvent être importées directement vers le logiciel de CAO préféré de l’utilisation, grâce au module logiciel VXmodel, propriétaire à Creaform. Il s’intègre de manière transparente avec VXelements et permet ainsi de finaliser les données de numérisation 3D. Alors que le logiciel de CAO est doté de toutes les capacités de conception et de modélisation dont vous avez besoin, VXmodel fournit les outils nécessaires pour intégrer rapidement et de manière transparente un processus de conception basé sur la numérisation.

Caractéristiques et avantages : Précis, rapide, polyvalent, portable, pas de préparation de surface

La série de billets « Behind the numbers » ne serait pas aussi fiable si les chiffres présentés n’étaient pas aussi exacts. Creaform a fourni à Dan Robert les moyens (à l’autre bout du monde !) de mesurer précisément des données que l’équipe s’efforçait de décrire : les suspensions à liaison courte. Maintenant en possession de ces chiffres, Dan Robert a effectué des analyses de cinématique en profondeur des vélos à liaison courte, afin de déterminer les valeurs réelles concernant le taux de levier, l’anti-affaissement, anti-déraillement, le trajet de l’axe, etc.

La numérisation a demandé environ 15 minutes et le processus complet, de la préparation au modèle 3D final a pris moins d’une heure.

– pinkbike.com

Avec du recul, nous pouvons assurer que les lecteurs peuvent se fier à la série de billets « Behind The Numbers », puisque les contributeurs se sont efforcés de garantir l’exactitude de toutes les mesures pour tous les vélos et les configurations.

Au final, cette aventure commune a permis de fournir des données exactes concernant les suspensions à liaison courte, afin d’ouvrir la voie à des méthodes de positionnement des points de pivots, de manière plus fine que ce qui était prévu pendant l’étape de conception. Dans la réalité, ils ont à peine effleuré la surface de ce qu’il est possible de réaliser avec la numérisation 3D dans le cadre de l’industrie des VTT.

Les fabricants de tous secteurs, qui ne l’ont pas déjà essayé ou mis en œuvre, peuvent bénéficier des technologies de numérisation 3D pour valider des concepts, inspecter et comparer des composants, ainsi que créer des conceptions de produits intelligentes.

Pinkbike et Creaform souhaitent adresser leurs remerciements à Santa Cruz, pour leur ouverture à la discussion et leurs efforts dans leur quête d’exactitude et de cohérence. Nous souhaitons également remercier le magasin de vélo Mathieu Performance à Québec, qui nous a ouvert ses portes pour jouer avec leur Santa Cruz Megatower, dans le cadre de ce projet. Enfin, un grand merci à Dan Robert, l’instigateur de l’article Behind the Numbers, qui permet d’illustrer les technologies de numérisation 3D de Creaform. Ancien ingénieur sénior en vélo au sein de Scott Sports, Dan Robert a créé le projet Garage Bike, des services d’ingénierie pour l’industrie du vélo, basé à Champéry en Suisse.