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Filotron 3000 - une réponse de Maker pour un problème récurrent

Introduction
Depuis des années, nous découpons de sections de câble de 10m à l'ancienne.
Nous avons un repère 0m et 10m au sol... a nous de parcourir les 10m avec le câble pour ensuite le couper.
Vu le succès de cette gamme, vous imaginez bien que l'on parcours des dizaines de kilomètres chaque année pour la préparation de ces sections de 10m.

Pour répondre à cette problématique, j'ai essayé d'apporter une réponse de Maker pour nous aider à mesurer des longueurs de 10m (en 0.75mm² -> 2.5mm²) sans devoir trotter...
Ainsi est né le filotron.

Malgré une apparente simplicité, mesurer des sections de 10m avec un Arduino n'est pas une opération triviale. Cela fait émerger des problèmes mécaniques, des problèmes de programmation, des problème d'erreur de mesure et plus surprenant encore, le facteur humain (qui induit également une erreur).
Le sujet est plus vaste qu'il n'y parait. Il sera donc décomposé en plusieurs articles.


Je vous souhaite une excellent lecture.

Le Filotron
Le filotron c'est avant tout une structure mécanique réalisée à l'aide de Profilés MakerBeam et quelques astuces pour guider le câble vers les deux roues au centre de l'image.


Le câble est ainsi pincé entre deux roues (grises).

La roue supérieur est "libre" (montée sur charnière) et la pression sur le câble est maintenu à l'aide de simples élastiques (visible en vert).

Lorsque le câble circule entre les cônes (les entonnoirs orange), il entraîne les roues grises par friction. C'est à l'aide de la roue grise du bas que nous allons mesurer

Dans le cas présent, le glissement (perte d'adhérence entre le câble et les roues grises) est pour ainsi dire "négligeable".

Ces roues grises sont de simples roulette en PVC dur pour meuble (ou autre).
Un usinage élémentaire permet d'enlever la partie bombée de la roue (elles ne sont généralement pas plane) tout en la rendant rugueuse (idéal dans le cas présent).

Truc & astuce: faite votre "usinage" en faisant tourner la roue... de sorte à obtenir un résultat uniforme.
Perso, j'ai employé le flan/côté d'un foret sur une foreuse. Cela permet de propulser la roue lorsque le forêt tourne. En faisant un angle de 45° à 60° (de gauche à droite, pas du haut vers le bas) par rapport à l'axe de la roue, le flan du forêt se montre abrasif, ce qui permet de rogner le PVC pour lui enlever son côté bombé.



Si nous regardons de l'autre côté, vous pouvez constaté que nous avons monté un senseur qui compte le nombre de tour de roue (la rouge grise du bas).

Nous avons également utilisé un Arduino Uno avec bouton de réinitialisation de comptage.

Un piezo buzzer est utilisé pour nous alerter lorsque nous avons atteint la longueur souhaitée (soit 10m). Une tonalité différente est utilisée pour nous prévenir lorsque nous arrivons près des 10m.


Comme précisé, la roue supérieure est montée sur charnière, cela permet d'ajuster la pressions sur le câble à l'aide d'élastiques.

Penchons nous maintenant sur le senseur:


La roue du bas est équipée d'un aimant... aimant qui tourne en même temps que la roue (elle même entraînée par le câble). En face de la roue se trouve un senseur à effet hall digital qui permet de détecter le passage de l'aimant.



Le pôle sud de l'aimant doit être orienté face au senseur.

Utiliser un aimant suffisamment puissant (rare earth), ce qui permet d'activer le senseur à quelques millimètres de distance.







Autre truc et astuce:
Les plus attentif aurons remarqué que la roue (entrainée par le câble) n'est pas monté sur roulement à bille.
Ces forces de frottement là sera notre pire ennemi, car si la roue freine sur son axe... alors le câble glissera sur la roue. Ce qui augmentera le glissement "glissement".

Pour l'instant, ce glissement est considéré à 0% (négligeable) car:
  1. La distance mesurée est courte (10m)
  2. Les deux roues maintiennent un pression suffisante sur le câble (grâce aux élastiques) pour assurer un bon entraînement.
Il convient donc de limiter le frottement sur l'axe de la roue, et pour cela, rien de tel que la vaseline comme le VT0160.
Attention de ne pas en mettre sur le dessus de la roue... sinon le glissement risque fort d'atteindre 100%!

Un peu de math
Le diamètre de la roue (relevé au pied à coulisse) fait très exactement 44.0mm.
Cela signifie qu'a chaque tour de roue (et activation du senseur à Effet Hall) le fil ayant entrainé la roue à parcouru une distance égale au périmètre de celle-ci.

Soit 2 * Pi * R (ou Pi * D), soit 3.1415 * 44 = 138.226mm

Pour 10m (10000mm) il nous faudra 72.34 tour (bon, 72 tours).
C'est un boulot idéal pour un Arduino et un Piezo Buzzer (interface machine-homme élémentaire).

Erreur de mesure
En fonction de la position de l'aimant au début de la mesure (soit juste passé le senseur, à mis chemin, et juste avant le senseur), il est possible d'avoir une erreur de mesure variant entre 0mm (idéal mais impossible à atteindre) et 138.22mm (un tour de roue complet).
Sur 10 mètre mesuré, cela représente au pire une erreur de 1.38% ( tout à fait acceptable ).

Truc & astuce pour diminuer l'erreur
Pour diminuer efficacement l'erreur (et la ramener à environ 10mm), il suffit de marquer  la roue de telle sorte qu'on puisse la positionner avec l'aimant juste derrière le senseur avant de débuter la mesure (environ 8 à 10mm).
Solution simple et efficace.

Une autre solution aurait été d'augmenter le nombre d'aimant sur la roue (par exemple 4).
J'ai cependant laissé cette option de côté pour d'autres raisons que nous aborderons dans un autre article.

Attention au cumul des erreurs
Comme précisé ci-avant, la plus grosse erreur de mesure représente 1.38% (soit environ 138mm).

Mais imaginons que nous débitions une bobine de 100m en section de 10m.
Si chaque section de 10m fait 10138mm (erreur favorable) cela signifie que la dernière section ne fait plus que 10000 - 9*138mm =  8758mm (au pire)... soit 8.8m (gloups!).

Il faut donc veillez à ne pas avoir d'erreur "favorable" systématique.



Le facteur humain
L'expérience à démontré qu'il y avait une fraction de seconde entre:
  1. l'émission du signal sonore par le Piezo Buzzer (indiquant les 72 tours... et donc les 10m)
  2. et l'arrêt du défilement du câble (défilement manuel par traction... assuré par un humain).
De ce fait, il y avait toujours une erreur positive "favorable"... et une dernière section de câble à environ 9m (voire moins).

En comptant un tour de moins (donc 71 tours au lieu de 72 calculés), il est possible de contre balancer cet "effet retard" provoqué par la réaction humain.
Ce temps de réaction (probablement de l'ordre de 1/10 - 1/20 sec) est suffisant pour tirer entre 1/2 à 1 tour de roue (soit entre 6cm et 13cm de câble).

De façon surprenante, en donnant l'ordre d'arrêt un tour plus tôt (compte=71), nous arrivons souvent souvent pile à la bonne longueur (à quelques cm près).

Du coup la dernière section à une longueur correcte.

L'erreur sur la fourniture
Dans le cadre de cet article, je parle de débiter une bobine de 100m.
Et bien, ces 100m sont également sujet à une erreur de mesure (de l'ordre de 1%).
J'ai personnellement constaté une erreur récurrente de 0.5m manquant (parfois plus).

Si vous avez prêté attention au différents éléments de l'article, vous arriverez aussi à la conclusion que cette erreur ne peut pas être "favorable". Sinon la dernière bobine de 100m pourrait ne faire que 90m.
Il faut mieux une petite erreur chez tout le monde qu'une monstrueuse erreur sur la dernière mesure/bobine.

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