Brevet FR2846744A1 — publié le 20040507

3,, 1t "Installation de caractérisation du rendu de toucher d'un matériau" La présente invention concerne une installation de caractérisation du rendu de toucher d'un matériau. Dans certains domaines, notamment dans l'automobile, le confort joue un rôle important lors de la décision de l'achat d'un produit tel qu'une voiture ou un véhicule utilitaire. Il est donc important d'identifier, de caractériser et de 10 quantifier de manière objective et reproductible les sensations qui sont perçues par l'utilisateur et qui sont liées au confort. Le confort intègre notamment la perception tactile qui se décompose en sensations élémentaires telles que le rendu de toucher d'un matériau, c'est à dire la sensation éprouvée par le 1 5 corps de l'utilisateur lors du contact de la peau, par exemple celle des mains, avec un matériau donné. Actuellement, le rendu de toucher d'un matériau donné est évalué par des experts qui quantifient par exemple la sensation de douceur ou de rugosité lors du contact entre l'extrémité de 20 leurs doigts et le matériau. Les matériaux sont ensuite classés en fonction des résultats obtenus. Les experts utilisent pour ce faire un protocole expérimental et des échantillons de référence. Cette façon de procéder, bien que donnant des résultats 25 satisfaisants, nécessite un personnel hautement qualifié et un nombre de mesures important, de façon à minimiser l'effet d'éventuelles erreurs de perception. La caractérisation du rendu de toucher d'un matériau est donc longue et onéreuse. Contrairement à certains domaines tels que l'évaluation 30 visuelle avec des dispositifs de spectrocolorimétrie, aucun dispositif de mesure n'est à ce jour capable de quantifier d'une manière représentative et reproductible la perception humaine des sensations liées au toucher. t 't Il n'existe notamment pas d'installation qui permette, avec répétitivité et fiabilité, de déterminer le rendu de toucher d'un matériau donné par rapport à la peau, et ceci de manière à caractériser la perception humaine d'au moins certaines sensations liées au toucher. Dans le but de résoudre ces problèmes, l'invention propose une installation de caractérisation du rendu de toucher d'un matériau, caractérisée en ce qu'elle comporte une plateforme formant support d'un organe tactile, tel qu'un doigt d'une main, 10 qui est montée mobile et guidée par rapport à un porte-échantillon du matériau de manière à amener en contact de toucher une partie de la peau de l'organe avec le matériau, et au moins un capteur d'effort associé au porte-échantillon fournissant un signal représentatif du contact dynamique entre la peau et l'échantillon 15 de matériau lors d'un parcours guidé de la surface de l'échantillon par l'organe. Grâce à l'installation selon l'invention, il est possible de caractériser le rendu de toucher d'un matériau lors d'un contact direct avec la peau. Avantageusement, l'installation permet de quantifier le rendu de toucher de manière objective et reproductible. De préférence, l'installation comporte des moyens de réglage des paramètres, tels que la force d'application, la vitesse, la distance ou le parcours guidé du déplacement, qui peuvent être 25 déterminés indépendamment les uns des autres pour chaque configuration selon le matériau à caractériser. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'installation comporte au moins deux capteurs d'effort fournissant chacun un signal représentatif de la force tangentielle 30 et de la force normale au plan de la surface de l'échantillon exercée par l'organe sur le matériau; - le rendu de toucher est caractérisé par le rapport entre la valeur de la force tangentielle et la valeur de la force normale, qui est représentatif du coefficient de frottement entre la surface du matériau et la peau; l'organe est un doigt artificiel dont la peau présente des caractéristiques analogues à celles de la peau humaine; - le doigt artificiel comporte des moyens de mesure du rendu thermique du matériau; l'installation est agencée dans une enceinte comportant notamment des moyens de régulation de la température à l'intérieur de l'enceinte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique en 15 perspective d'une installation selon l'invention avant mesure; - la figure 2 est une vue partielle de côté qui représente une installation selon la figure 1 en cours de mesure; - les figures 3 et 4 sont des courbes qui représentent l'évolution du signal représentatif du coefficient de frottement 20 entre la peau de l'organe tactile et le matériau, en fonction du temps. Dans la description et les revendications, pour en faciliter la compréhension, on utilisera à titre non limitatif les expressions avant et arrière, supérieur et inférieur, horizontal et latéral, ainsi 25 que les directions longitudinale, verticale et transversale en référence aux figures et définitions données dans la description et selon le trièdre (L, V, T) représenté à la figure 1. La figure 1 représente une installation 10 de caractérisation du rendu de toucher d'un matériau selon un mode 30 de réalisation préféré de l'invention. L'installation 10 comporte principalement un ensemble mobile 80 et un ensemble de mesure 30 montés sur un bâti 12 et qui vont être décrit en détails ci-après. -iî Le bâti 12 comporte essentiellement une première partie formant un socle horizontal 14 et une deuxième partie solidaire de la première, constituée par une paroi verticale 16 s'étendant globalement perpendiculairement à partir du socle 14. L'ensemble de mesure 30 comporte un porte-échantillon sur la face supérieure duquel est prévu un logement 42 destiné à recevoir l'échantillon 44 du matériau à caractériser. Avantageusement, le porte-échantillon 40 comporte des moyens d'immobilisation de l'échantillon (non représentés) pour 10 éviter tout mouvement relatif entre l'échantillon 44 et le porteéchantillon 40. L'installation 10 comporte au moins un capteur d'effort 60 produisant un signal permettant la caractérisation du rendu de toucher. Ici deux capteurs d'effort 60, 62 sont associés au porteéchantillon 40 et disposés entre le porte-échantillon 40 et le bâti 12, afin de produire un signal de mesure représentatif des composantes tangentielle et normale de tout effort exercé sur l'échantillon 44. Le porte-échantillon 40 est monté mobile sur des moyens tels que des moyens à roulement ou une glissière, de manière à pouvoir coulisser au moins selon la direction longitudinale. Le porte-échantillon 40 est monté sur deux glissières 46, 56 de manière à pouvoir se déplacer, avec le moins de 25 frottement possible, selon deux degrés de liberté, correspondant respectivement aux directions verticale et longitudinale. L'ensemble de mesure 30 comporte un élément de support , ayant globalement la forme d'un " L " couché ou d'une équerre, c'est à dire formé de deux parties s'étendant 30 respectivement longitudinalement et verticalement. Une première glissière 46 est agencée entre la face supérieure de la partie longitudinale 52 de l'élément de support 50 et la face inférieure du porte-échantillon 40, le porteéchantillon 40 étant ainsi monté mobile longitudinalement. De même, une deuxième glissière 56 est agencée entre la face avant de la partie verticale 54 de l'élément de support 50 et la face arrière de la paroi verticale 16 du bâti 12, de telle sorte que le porte-échantillon 40 est aussi monté mobile verticalement. 5 Grâce aux glissières 46, 56 le porte-échantillon est ainsi totalement découplé mécaniquement de l'élément de support 50 et du bâti 12, et il est libre de se déplacer longitudinalement et verticalement avec des frottements extrêmement réduits. Le premier capteur de mesure 60 de la force tangentielle 10 est disposé horizontalement entre la face arrière de la partie verticale 54 de l'élément de support 50 sur lequel il est fixé, et le bord transversal 48 avant du porte-échantillon 40 auquel il est lié en déplacement. Le second capteur de mesure 62 de la force normale est 15 disposé verticalement entre la face inférieure de la partie longitudinale 52 de l'élément de support 50 auquel il est lié en déplacement, et la face supérieure du socle 14 sur lequel il est fixé, globalement au droit du porte-échantillon 40. L'ensemble mobile 80 comporte une plateforme 82 20 formant support d'un organe tactile 100, qui est représenté en trait fantôme à la figure 1 et consiste ici en l'un 110 des doigts d'une main qui repose, ainsi que l'avant-bras, sur la plateforme support 82. La plateforme support 82 est adaptable en fonction du 25 type d'organe tactile 100 utilisé, notamment pour tenir compte la morphologie de l'organe. Elle est ici de forme globalement rectangulaire et s'étend en longueur selon la direction longitudinale. La plateforme 82 est montée mobile par rapport au bâti 30 12, et donc par rapport au porteéchantillon 40, et elle comporte avantageusement des moyens de réglage (non représentés) de sa position longitudinalement, transversalement et verticalement de manière à pouvoir ajuster avec précision la position relative de l'organe tactile 100 par rapport au porte-échantillon 40. eI X Avantageusement, la plateforme 82 peut aussi être inclinée d'un certain angle par rapport au plan horizontal dans lequel s'étend le porte-échantillon 40. Le déplacement de la plateforme 82 est obtenu à l'aide de 5 moyens moteur 90 tels qu'un vérin électrique associé à un moteur pas à pas, ces moyens 90 étant de préférence commandés par un automate programmable 96. La plateforme 82 est guidée et effectue un déplacement de type linéaire dans un plan sensiblement horizontal. Des moyens (non représentés) tels qu'un ordinateur comportant un logiciel d'exploitation sont associés à l'installation pour recueillir les résultats de mesure et les traiter en vue d'effectuer de manière automatique la caractérisation du matériau, et par exemple de fournir les résultats sous forme de 15 courbes ou de tableaux de valeurs. Le fonctionnement de l'installation 10 décrite ci-dessus et son mode opératoire pour effectuer la caractérisation d'un matériau seront mieux compris à la lecture de la description de la figure 2 qui va suivre. Comme visible à la figure 2, l'organe tactile 100 consiste ici en un doigt artificiel 120 dont la peau présente des caractéristiques analogues à celles de la peau humaine et qui est disposé à l'extrémité longitudinale avant de la plateforme 82. Le doigt artificiel 120 comporte à son extrémité avant une 25 partie de peau 102 qui est destinée à venir en contact de toucher avec la surface de l'échantillon 44 du matériau à caractériser. Pour procéder à la caractérisation d'un matériau donné, on fixe un échantillon 44 de ce matériau dans le logement 42 du porte-échantillon 40 prévu à cet effet. Lorsque le matériau est par exemple un tissu, le positionnement de l'échantillon 44 par rapport à l'organe tactile 100 tient compte de l'orientation de la trame et de la chaîne du tissu par rapport à la direction de " balayage ", c'est à dire que J -: - la caractérisation obtenue peut varier en fonction de l'orientation choisie. La plateforme support 82 est montée mobile et guidée, et elle se déplace longitudinalement vers l'avant dans la direction 5 du porteéchantillon 40 et selon un parcours linéaire de manière à amener une partie de la peau 102 de l'extrémité du doigt artificiel 120 en contact de toucher, analogue à une palpation, avec la surface de l'échantillon 44. En fonction du positionnement relatif de la plateforme 82 10 et du porteéchantillon 40, on peut influer sur différents paramètres comme la force avec laquelle la partie de la peau 102 va venir en contact avec la surface de l'échantillon 44, le contact pouvant être plus ou moins appuyé. Grâce aux moyens d'immobilisation, on évite tout 15 mouvement de l'échantillon 44 par rapport au porte-échantillon lors du contact entre la partie de la peau 102 et l'échantillon 44. En effet de tels mouvements auraient pour effet de perturber et de fausser les mesures d'efforts des capteurs 60, 20 62. De plus, lorsque l'installation comporte un automate programmable 96, il est possible de régler précisément d'autres paramètres comme la vitesse de déplacement de la plateforme 82 par rapport au porte-échantillon 40, la longueur du parcours 25 par la partie de la peau 102 de l'organe tactile 100 en contact avec l'échantillon 44. Lorsque la partie de la peau 102 vient au contact de la surface de l'échantillon 44, une plus ou moins grande résistance est opposée au déplacement de l'organe tactile 100, cette 30 résistance étant fonction de la nature du matériau. Le porte-échantillon 40 se déplace sous l'action du doigt et transmet la force de frottement exercée par la partie de la peau 102 de l'organe tactile 100 sur l'échantillon 44 à chacun des capteurs d'efforts 60, 62. Y s 7 Ainsi, les capteurs d'efforts 60, 62 fournissent chacun un signal représentatif du contact dynamique entre la partie de la peau 102 de l'organe tactile 100 et l'échantillon 44. Plus précisément, les premier et second capteurs 60, 62 5 fournissent chacun un signal respectivement représentatif de la force tangentielle et de la force normale au plan de la surface de l'échantillon 44 exercée par la partie de la peau 102 sur l'échantillon 44 de matériau. Les signaux ainsi obtenu sont enregistrés et analysés par 10 exemple au moyen d'un logiciel spécifique et d'un ordinateur. Le rendu de toucher est ici caractérisé par le rapport entre la valeur de la force tangentielle et la valeur de la force normale, ce rapport étant représentatif du coefficient de frottement entre le matériau et la peau. En variante, le déplacement effectué par la plateforme 82 est toujours dans un plan sensiblement horizontal mais est de type sinueux. Le déplacement peut aussi être continu ou discontinu dans le temps, on peut alors effectuer différents cycles de 20 mesure. En variante, l'organe tactile 100 est un doigt artificiel 120 comportant des moyens de mesure du rendu thermique du matériau. Un tel doigt est par exemple connu de la demande de brevet du titulaire: FR-0210749 déposée le 30.08.2002. Avantageusement, l'installation 10 est agencée dans une enceinte fermée et comportant notamment des moyens de régulation de la température et/ou du taux d'humidité de l'air à l'intérieur de l'enceinte. Les figures 3 et 4 sont des graphiques dont les courbes 30 représentent des exemples de mesures obtenues avec l'installation selon l'invention et selon le mode opératoire décrit en référence à la figure 2. Ces graphiques représentent l'évolution du signal représentatif du coefficient de frottement (F) entre la partie de la A- T, X peau 102 de l'organe tactile 100 et l'échantillon 44 de matériau, en fonction du temps (T), ici en secondes. Pour la figure 3, le matériau " A " caractérisé est du Polytétrafluoroéthylène ou PTFE, connu sous la dénomination commerciale " Téflon " et pour son pouvoir anti-adhérent. Pour la figure 4, le matériau " B " caractérisé est du papier abrasif dont les propriétés de glissement sont à l'opposé. -t REVENDICATIONS 1. Installation (10) de caractérisation du rendu de toucher d'un matériau, caractérisée en ce qu'elle comporte une plateforme 5 (82) formant support d'un organe tactile (100), qui est montée mobile et guidée par rapport à un porte-échantillon (40) du matériau de manière à amener en contact de toucher une partie de la peau (102) de l'organe (100) avec le matériau, et au moins un capteur d'effort (60, 62) associé au porte- échantillon (40) 1o fournissant un signal représentatif du contact dynamique entre la peau et l'échantillon (44) de matériau lors d'un parcours guidé de la surface de l'échantillon par l'organe (100). 2. Installation (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux capteurs d'effort (60, 62) is fournissant chacun un signal représentatif de la force tangentielle et de la force normale au plan de la surface de l'échantillon (44) exercée par l'organe tactile (100, 110, 120) sur le matériau. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rendu de toucher est caractérisé par le rapport entre la 20 valeur de la force tangentielle et la valeur de la force normale, qui est représentatif du coefficient de frottement entre la surface du matériau et la peau. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe (100) est un doigt 25 artificiel (120) dont la peau présente des caractéristiques analogues à celles de la peau humaine. 5. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le doigt artificiel (120) comporte des moyens de mesure du rendu thermique du matériau. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est agencée dans une enceinte comportant notamment des moyens de régulation de la température à l'intérieur de l'enceinte.