Brevet FR2727207A1 — publié le 19960524

La présente invention concerne un procédé de contrôle de la qualité de trempe d'un arbre à cames et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. De façon classique, les arbres à cames sont fabriqués dans un métal comportant une fonte spéciale et sont soumis à différents traitements au cours de leur fabrication comprenant notamment une trempe. La qualité de trempe des arbres à cames doit être contrôlée régulièrement à la sortie des unités de production industrielles. On connaît déjà dans l'état de la technique des procédés destructifs de contrôle de la qualité de trempe des arbres à cames. De tels procédés sont appliqués à des arbres à cames prélevés en tant qu'échantillons à la sortie des unités de production. Selon ces procédés, une came d'un échantillon est tronçonnée de manière à pouvoir examiner la qualité de la structure graphitique du métal au niveau de la coupe. La structure graphitique est mise en évidence par exemple au moyen d'un produit tel que le NITAL. Selon que la structure graphitique est faiblement ou largement étendue dans la zone de coupe observée, on déduit que la trempe est de bonne ou de mauvaise qualité. De tels procédés de contrôle ont pour inconvénient que les échantillons prélevés sont détruits et que l'interprétation de la qualité de trempe peut varier notablement d'un observateur à l'autre. L'invention a notamment pour objet de proposer un procédé de contrôle de la qualité de trempe d'un arbre à cames qui soit non destructif, fiable et précis. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle de la qualité de trempe d'un arbre à cames caractérisé en ce qu'on envoie un faisceau d'ultrasons à travers au moins une came de l'arbre à cames, on déter mine la vitesse V de propagation des ultrasons dans la came ; et on détermine la qualité de trempe de la came à partir de cette vitesse V. Suivant d'autres caractéristiques de ce procédé: - on place l'arbre à cames dans un milieu apte à la propagation des ultrasons, entre un émetteur et un récepteur d'ultrasons, et, pour déterminer la vitesse V de propagation des ultrasons dans la came, préalablement à la mise en place de l'arbre à cames, on mesure le temps To de propagation des ultrasons dans le milieu de propagation, entre l'émetteur et le récepteur, et on détermine la distance D séparant l'émetteur et le récepteur ; après mise en place de l'arbre à cames, on mesure le temps T1 de propagation des ultrasons entre l'émetteur et le récepteur dans le milieu de propagation et dans la came, ainsi que le temps T2 d'aller et retour des ultrasons dans la came ; et on détermine la vitesse V de propagation des ultrasons dans l'arbre à cames en fonction de T,, T1, T2 et D, notamment par la relation suivante V = 2D(T0-T1+T2/2)/T0T2 - pour déterminer la distance D séparant l'émetteur et le récepteur, on place une pièce formant étalon dans le milieu apte à la propagation des ultrasons, entre l'émetteur et le récepteur d'ultrasons ; on envoie un faisceau d'ultrasons à travers l'étalon de manière que les ultrasons traversent une épaisseur connue e de l'étalon ; on mesure le temps t1 de propagation des ultrasons entre l'émetteur et le récepteur dans le milieu de propagation et dans l'étalon, ainsi que le temps t2 d'aller et retour des ultrasons dans l'étalon ; et on détermine la distance D séparant l'émetteur et le récepteur en fonction de T,, tl, t2 et e, notamment par la relation suivante D = eTO/(To-tl+t2/2) - le faisceau d'ultrasons est envoyé sensiblement perpendiculairement à l'axe de l'arbre à cames - on détermine la qualité de trempe de la came à partir de la vitesse V de propagation des ultrasons dans cette came au moyen d'une abaque de correspondance entre la qualité de trempe et cette vitesse V, cette abaque étant établie en mesurant la vitesse V de propagation des ultrasons dans différentes cames formant échantillons dont la qualité de trempe est déterminée par une méthode classique - la fréquence des ultrasons est comprise entre 1 et 7 MHz environ. L'invention a également pour objet une installation de contrôle de la qualité de trempe d'un arbre à cames pour la mise en oeuvre du procédé défini précédemment, caractérisée en ce qu'elle comprend un émetteur et un récepteur d'ultrasons placés en vis-à-vis, des moyens de positionnement de l'arbre à cames entre l'émetteur et le récepteur et des moyens de mesure du temps de propagation des ultrasons entre l'émetteur et le récepteur. Suivant d'autres caractéristiques de cette installation - l'émetteur et le récepteur d'ultrasons, ainsi que les moyens de positionnement de l'arbre à cames sont disposés dans une enceinte contenant un milieu de propagation des ultrasons formant milieu de couplage ultrasonique de l'émetteur et du récepteur - le milieu de couplage comprend un liquide non corrosif choisi parmi l'eau éventuellement additionnée d'un inhibiteur de corrosion, l'huile et les liquides de coupe d'usinage - les moyens de positionnement comprennent des moyens de support de l'arbre à cames, des moyens de positionnement angulaire de l'arbre à cames autour de son axe et des moyens de positionnement axial de cet arbre à cames - les moyens de support comprennent au moins un organe formant reposoir délimitant une surface sensiblement en forme de V sur laquelle le profil de la came contrôlée est destiné à être appuyé - les moyens de positionnement angulaire et les moyens de positionnement axial comprennent, respectivement, au moins une butée angulaire espacée angulairement des zones de contact de la came avec le reposoir, destinée à coopérer avec le profil de la came, et au moins une butée axiale destinée à coopérer avec une extrémité de l'arbre à cames - les émetteur et récepteur comprennent chacun un traducteur ultrasonore, et les moyens de mesure du temps de propagation des ultrasons entre les traducteurs comprennent un oscilloscope relié au traducteur récepteur, destiné à fournir un signal de visualisation des faisceaux d'ultrasons reçus par ce traducteur récepteur, L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, pour la compréhension de laquelle on se référera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue de face d'un arbre à cames auquel est appliqué le procédé de contrôle selon l'invention - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale par rapport à l'axe de l'arbre à cames, d'une installation de contrôle selon l'invention - la figure 3 est une vue schématique représentant un faisceau d'ultrasons émis de l'émetteur vers le récepteur ;; - la figure 4 est une vue schématique représentant un faisceau d'ultrasons émis de l'émetteur vers le récepteur, à travers un étalon - la figure 5 est une vue schématique du signal fourni par l'oscilloscope, visualisant les faisceaux d'ultrasons reçus par l'émetteur ; - la figure 6 est une vue schématique d'un faisceau d'ultrasons émis de l'émetteur vers le récepteur, à travers une came d'un arbre à cames à contrôler; - la figure 7 est un graphique représentant la vitesse de propagation des ultrasons (en ordonnées) dans différentes cames formant échantillons (en abscisses). On a représenté sur la figure 1 un arbre à cames 10 dont la qualité de trempe est destinée à être contrôlée par le procédé selon l'invention. L'arbre à cames 10 est destiné à être disposé dans une installation 12 selon l'invention, permettant de contrôler la qualité de trempe de l'arbre à cames, représentée schématiquement aux figures 1 et 2. L'installation 12 comporte deux traducteurs ultrasonores 14,16 disposés en vis à vis, formant l'un un émetteur d'ultrasons et l'autre un récepteur d'ultrasons. L'installation 12 comporte également des moyens 18 de positionnement de l'arbre à cames 10 entre les traducteurs 14,16, et des moyens 20 de mesure du temps de propagation entre ces traducteurs 14,16. Les traducteurs 14,16 ainsi que les moyens de positionnement 18 sont disposés dans une enceinte 22, de type connu, contenant un milieu 24 de propagation des ultrasons formant milieu de couplage ultrasonique entre les traducteurs 14,16. Ce milieu de couplage est de type connu et comprend de préférence un liquide non corrosif, choisi par exemple parmi l'eau éventuellement additionnée d'un inhibiteur de corrosion, l'huile et les liquides de coupe utilisés classiquement pour les travaux d'usinage de pièces métalliques. Les moyens de positionnement 18 comprennent des moyens de support de 1 'arbre à cames comportant de préférence au moins un organe 26 formant reposoir, délimitant une surface d'appui 28 sensiblement en forme de V sur laquelle le profil 30 d'une came à contrôler 32 est destiné à être appuyé. Dans l'exemple décrit, les moyens de support 18 comprennent également un autre organe 34 formant reposoir destiné à coopérer avec le contour de l'arbre à cames 10, à proximité d'une portée d'extrémité 36 de celui-ci. Les moyens de positionnement 18 comprennent également des moyens de positionnement angulaire de l'arbre à cames 10 autour de son axe et des moyens de positionnement axial de cet arbre à cames 10. Les moyens de positionnement angulaire comprennent de préférence une butée angulaire 38, schématisée aux figures 1 et 2, destinée à coopérer avec le profil 30 de la came 32 portée par le reposoir 26. Cette butée angulaire 38 est espacée angulairement des zones de contact de la came 32 avec le reposoir 26. Les moyens de positionnement axial comprennent au moins une butée axiale 40, représentée schématiquement à la figure 1, destinée à coopérer avec une extrémité de l'arbre à cames 10. Les moyens de mesure 20 comprennent de préférence un oscilloscope 42 ou un dispositif analogue relié de façon connue en soi au traducteur récepteur 16. L'oscilloscope 42 permet d'observer de façon classique un signal de visualisation des faisceaux d'ultrasons reçus par le récepteur 16, par exemple tel que celui représenté à la figure 5. L'arbre à cames est placé entre les traducteurs 14,16, de préférence de manière que les ultrasons émis par l'émetteur 14 se propagent vers le récepteur 16, à travers la came à contrôler 32, dans une direction et un sens sensiblement perpendiculaires à l'axe de l'arbre à cames 10, schématisés par une flèche sur la figure 2. On décrira ci-dessous un procédé selon l'invention de contrôle de la qualité de trempe de l'arbre à cames 10, plus particulièrement d'une came 32 de cet arbre à cames 10. Initialement, on mesure le temps To de propagation d'un faisceau d'ultrasons F dans le milieu de couplage, entre l'émetteur 14 et le récepteur 16, comme cela est représenté sur la figure 3. Ce temps To est mesuré de façon connue en soi au moyen de l'oscilloscope 42. Dans l'exemple décrit, la fréquence des ultrasons est comprise entre 1 et 7 MHz environ. Puis on détermine la distance D séparant les traducteurs 14,16. Cette distance est déterminée par exemple de la façon suivante. Tout d'abord, on place une pièce formant étalon 44 dans le milieu de couplage, entre les traducteurs 14,16, comme cela est représenté sur la figure 4. Ensuite, on envoie un faisceau d'ultrasons F à travers l'étalon 44, de manière que les ultrasons traversent une épaisseur connue e de l'étalon 44 entre deux faces parallèles de celui-ci. De façon classique, le faisceau d'ultrasons se décompose, après traversée d'une pièce quelconque, notamment de l'étalon 44, en un faisceau principal F1 transmis directement à travers la pièce et en différents faisceaux secondaires transmis après un ou plusieurs aller et retour dans la pièce. Sur la figure 4 on a représenté un seul faisceau transmis secondaire F2 qui, pour des raisons de clarté, est décalé fictivement transversalement par rapport au faisceau transmis principal F1. Les faisceaux principal F1 et secondaire F2 sont visualisés sur l'oscilloscope 42, comme cela est représenté sur le graphique de la figure 5. On observe sur l'écran de l'oscilloscope un signal d'amplitude A (ordonnées) variable en fonction du temps t (abscisses) comportant deux pics P1 et P2 correspondant l'un au faisceau principal F1 et l'autre au faisceau secondaire F2. Le premier pic P1 permet de mesurer le temps t de propagation des ultrasons entre les traducteurs 14,16 dans le milieu de couplage et dans l'étalon 44. La différence de temps At séparant les deux pics P1 et P2 correspond au temps t2 d'aller et retour des ultrasons dans l'étalon 44. On peut ainsi déterminer la distance D en fonction de T,, tl, t2 et e, notamment par la relation suivante: D = eT0/(To-tlt2/2) Après avoir mesuré la distance D, on met en place l'arbre à cames 10 entre les traducteurs 14,16, colis cela a été décrit précédemment en se référant aux figures 1 et 2, puis on envoie un faisceau d'ultrasons F à travers la came 32 afin de déterminer la vitesse V de propagation des ultrasons dans cette came. A cet effet, on mesure le temps T1 de propagation des ultrasons entre les traducteurs 14,16 dans le milieu de couplage et dans la came 32, ainsi que le temps T2 d'aller et retour des ultrasons dans la came 32, en considérant un signal visualisé sur l'oscilloscope 42 analogue à celui représenté sur la figure 5. Sur la figure 6, on a représenté le faisceau d'ultrasons F ainsi que les faisceaux principal F1 et secondaire F2 transmis, respectivement, directement à travers la came 32 et après un aller et retour à travers cette came 32. La vitesse de propagation des ultrasons dans la came 32 est déterminée en fonction de T,, T1, T2 et D, notamment par la relation suivante V = 2D(To-TlsT2/2)/ToT2 La qualité de trempe de la came 32 est déterminée à partir de la vitesse V de la façon suivante. Tout d'abord, on mesure la vitesse V de propagation des ultrasons dans différentes cames formant échantillons, puis on détermine la qualité de trempe de ces cames avec une méthode classique, par exemple du type destructif. La comparaison des différentes valeurs de V obtenues pour les différentes cames formant échantillons et des différentes qualités de trempe évaluées par la méthode classique permet d'établir une abaque de correspondance, telle que déduite par exemple du graphique de la figure 7. Ce graphique a été établi pour trente échantillons. Des valeurs V voisines de 6000 m/s correspondent à un taux de graphite faible et des valeurs V voisines de 5000 m/s, à un taux de graphite élevé. Le graphique représenté à la figure 7 permet d'établir des équivalences entre des plages de valeurs de la vitesse V et des niveaux de qualité de trempe numérotés par exemple de I à VI. On notera que sur ce graphique le niveau II n'est pas représenté. I1 est encore à noter que seuls certains niveaux de qualité seront considérés comme acceptables en fonction du taux de graphite désiré. L'abaque de correspondance entre la vitesse V de propagation des ultrasons à travers une came contrôlée et la qualité de trempe de cette came permet de déterminer très rapidement la qualité de trempe d'un arbre à cames, sans détruire celui-ci, à partir de mesures effectuées au moyen d'un oscilloscope. Le procédé de contrôle selon l'invention s'avère donc fiable, précis et indépendant de la subjectivité de l'opérateur effectuant le contrôle. Le procédé selon l'invention étant non destructif, il peut être effectué fréquemment en permettant ainsi d'optimiser le procédé de fabrication des arbres à cames. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit ci-dessus. En particulier, il peut être envisagé dans le cadre de l'invention d'effectuer le contrôle de la trempe d'un arbre à cames en mesurant simultanément ou non les vitesses de propagation des ultrasons à travers différentes cames d'un même arbre à cames. Par ailleurs, l'invention peut s'appliquer au contrôle de trempe des arbres à cames avant ou après usinage de ceux-ci. On notera encore que les moyens de support de l'arbre peuvent être différents de ceux décrits en référence aux figures 1 et 2. Par exemple, si la géométrie de l'arbre le permet, on pourra ne pas utiliser de support en forme de V placé au niveau d'une came, mais soutenir l'arbre à ses deux extrémités. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la qualité de trempe d'un arbre à cames (10), caractérisé en ce que - on envoie un faisceau d'ultrasons à travers au moins une came (32) de l'arbre à cames - on détermine la vitesse V de propagation des ultrasons dans la came (32) ; et - on détermine la qualité de trempe de la came (32) à partir de cette vitesse V. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on place l'arbre à cames (10) dans un milieu (24) apte à la propagation des ultrasons, entre un émetteur (14) et un récepteur (16) d'ultrasons, et en ce que, pour déterminer la vitesse V de propagation des ultrasons dans la came (32), - préalablement à la mise en place de l'arbre à cames (10), on mesure le temps To de propagation des ultrasons dans le milieu de propagation (24), entre l'émetteur (14) et le récepteur (16), et on détermine la distance D séparant l'émetteur (14) et le récepteur (16); - après mise en place de l'arbre à cames (10), on mesure le temps T1 de propagation des ultrasons entre l'émetteur (14) et le récepteur (16) dans le milieu de propagation (24) et dans la came (32), ainsi que le temps T2 d'aller et retour des ultrasons dans la came (32) ; et - on détermine la vitesse V de propagation des ultrasons dans l'arbre à cames (32) en fonction de T,, T1, T2 et D, notamment par la relation suivante V = 2D(To-Tl+T2/2)/ToT2 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour déterminer la distance D séparant l'émetteur (14) et le récepteur (16) - on place une pièce formant étalon (44) dans le milieu (24) apte à la propagation des ultrasons, entre l'émetteur (14) et le récepteur (16) d'ultrasons - on envoie un faisceau d'ultrasons à travers l'étalon (44) de manière que les ultrasons traversent une épaisseur connue e de l'étalon (44) - on mesure le temps t1 de propagation des ultrasons entre l'émetteur (14) et le récepteur (16) dans le milieu de propagation (24) et dans l'étalon (44), ainsi que le temps t2 d'aller et retour des ultrasons dans l'étalon (44) ; et - on détermine la distance D séparant l'émetteur (14) et le récepteur (16) en fonction de T,, t1, t2 et e, notamment par la relation suivante D = eT0/(To-tl+t2/2) 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau d'ultrasons est envoyé sensiblement perpendiculairement à l'axe de l'arbre à cames (10). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détermine la qualité de trempe de la came (32) à partir de la vitesse V de propagation des ultrasons dans cette came au moyen d'une abaque de correspondance entre la qualité de trempe et cette vitesse V, cette abaque étant établie en mesurant la vitesse V de propagation des ultrasons dans différentes cames formant échantillons dont la qualité de trempe est déterminée par une méthode classique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence des ultrasons est comprise entre 1 et 7 MHz environ. 7. Installation de contrôle de la qualité de trempe d'un arbre à cames (10), pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend - un émetteur (14) et un récepteur (16) d'ultrasons placés en vis-à-vis - des moyens (18) de positionnement de l'arbre à cames (10) entre l'émetteur (14) et le récepteur (16); et - des moyens (20) de mesure du temps de propagation des ultrasons entre l'émetteur (14) et le récepteur (16). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'émetteur (14) et le récepteur (16) d'ultrasons, ainsi que les moyens (18) de positionnement de 1 'arbre à cames (10) sont disposés dans une enceinte (22) contenant un milieu (24) de propagation des ultrasons formant milieu de couplage ultrasonique de l'émetteur (14) et du récepteur (16). 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le milieu de couplage (24) comprend un liquide non corrosif choisi parmi l'eau éventuellement additionnée d'un inhibiteur de corrosion, l'huile et les liquides de coupe d'usinage. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que les moyens de positionnement (18) comprennent des moyens (26,34) de support de l'arbre à cames (10), des moyens (38) de positionnement angulaire de l'arbre à cames (10) autour de son axe et des moyens (40) de positionnement axial de cet arbre à cames (10). 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens de support comprennent au moins un organe (26) formant reposoir délimitant une surface (28) sensiblement en forme de V sur laquelle le profil (30) de la came contrôlée (32) est destiné à être appuyé. 12. Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que les moyens de positionnement angulaire et les moyens de positionnement axial comprennent, respectivement, au moins une butée angulaire (38) espacée angulairement des zones de contact de la came (32) avec le reposoir (26), destinée à coopérer avec le profil (30) de la came (32), et au moins une butée axiale (40) destinée à coopérer avec une extrémité de l'arbre à cames (10). 13. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisée en ce que les émetteur et récepteur comprennent chacun un traducteur ultrasonore (14,16), et en ce que les moyens (20) de mesure du temps de propagation des ultrasons entre les traducteurs (14,16) comprennent un oscilloscope (42) relié au traducteur récepteur (16), destiné à fournir un signal de visualisation des faisceaux d'ultrasons reçus par ce traducteur récepteur.