Brevet FR2821632A1 — publié le 20020906

Domaine de l'invention La présente invention concerne la réalisation de structures textiles aiguilletées destinées à être utilisées dans la fabrication de pièces de protection utilisées aux températures élevées, de parties structurelles de moteurs-fusées ou bien encore de disques de freins à très hautes performances pour l'aviation ou les véhicules terrestres. Art antérieur On sait que les disques de freins doivent supporter des efforts de freinage créateurs de forces de cisaillement particulièrement importantes. Ce phénomène est accentué dans les aéronefs du fait des contraintes importantes appliquées aux disques de freins. Pour résister à ces forces de cisaillement génératrices d'un effet de délamination, les disques doivent être fabriqués de façon à minimiser les hétérogénéités de structure. En effet, un disque non uniforme comporte des zones locales de contrainte aux caractéristiques hétérogènes qui augmentent de façon considérable les risques de déchirement. Classiquement, les disques de freins sont élaborés à partir d'une structure textile de renfort, formée d'une pluralité de couches superposées et aiguilletées par un ensemble d'aiguilles à barbes pénétrant en direction z, c'est à dire transversalement par rapport aux couches. Après découpage, la structure textile est carbonisée, densifiée à l'aide d'un matériau formant une matrice puis est éventuellement soumise à un traitement thermique. Les couches sont superposées sur un support. Un mouvement de descente par pas est généralement imposé au support au fur et à mesure de la superposition et l'aiguilletage des différentes couches. Les caractéristiques mécanique du produit final ainsi obtenu dépendent fortement de la densité reelle d'aiguilletage retenue pour la structure textile de renfort. Par densité réelle d'aiguilletage, on entend une fonction du nombre de barbes d'aiguilles par cm3 vu par un volume élémentaire de la structure textile, ce qui inclut donc la densité d'aiguilletage par unité de surface, le taux de pénétration en z, le pas de déplacement en descente et les caractéristiques fonctionnelles des aiguilles. Or, les procédés d'aiguilletage actuels permettent difficilement d'obtenir cette parfaite uniformité recherchée bien que certains d'entre eux apportent des résultats intéressants, notamment en agissant sur le pas de descente. On peut citer le brevet US 4 790 052 qui propose d'accroître pour chaque couche superposée, la distance entre le support des couches et les aiguilles d'une distance égale à l'épaisseur d'une couche aiguilletée. On peut citer aussi le brevet EP 0 736 115 qui, pour assurer une épaisseur constante des différentes couches superposées, propose d'adopter un pas de déplacement du support de couches variable selon une loi de réduction prédéterminée. L'imperfection de ces procédés provient du fait que ce pas de déplacement en descente du support de couche est en général calculé préalablement de façon théorique, notamment en fonction du nombre de couches devant former la structure textile à obtenir, sans prendre en compte la profondeur de pénétration réelle des aiguilles. Or, la connaissance de ce paramètre est essentielle pour garantir une densité d'aiguilletage uniforme gage d'une parfaite uniformité de la structure textile finale. La demande de brevet EP 0 695 823 a cherché à améliorer la connaissance de la profondeur de pénétration des aiguilles au moyen de rouleaux palpeurs mesurant la position de la surface supérieure de la structure textile entre les opérations d'aiguilletage et disposés latéralement par rapport à la zone de travail des aiguilles. Toutefois, une telle solution n'apparaît pas satisfaisante car, sous l'action des forces d'aiguilletage, il se produit un écrasement de la structure textile que la mesure effectuée ne permet pas de mettre en évidence. Cette absence de prise en compte de la déformation de la structure textile interdit en fait une connaissance exacte de la pénétration réelle des aiguilles. Objekt et définition de l'invention La présente invention propose donc une machine d'aiguilletage et son procédé associé qui pallie cet inconvénient en permettant une mesure de la pénétration réelle des aiguilles dans la structure textile à aiguilleter prenant en compte sa déformation lors des opérations d'aiguilletage des différentes couches qui la composent. Ce but est atteint par une machine d'aiguilletage d'une structure textile formée d'une pluralité de couches superposées comportant une table d'aiguilletage mobile verticalement, une tête d'aiguilletage comportant un nombre déterminé d'aiguilles à barbes et disposée à l'aplomb de ladite table d'aiguilletage, et des moyens d'entraînement de la tête d'aiguilletage pour lui conférer un mouvement alternatif vertical définissant un point bas de pénétration maximale des aiguilles dans ladite structure textile, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de mesure, disposés au niveau de ladite tête d'aiguilletage, pour mesurer la position d'une surface supérieure de ladite structure textile audit point bas de pénétration maximale des aiguilles. Ainsi, avec cette intégration des moyens de mesure dans la planche à aiguilles permettant une prise en compte de l'écrasement de la structure textile sous l'effet des forces d'aiguilletage, il est possible de déterminer avec précision la profondeur de pénétration réelle des aiguilles. De préférence, ces moyens de mesure sont disposés dans un plan médian de ladite tête d'aiguilletage perpendiculaire à une direction d'avance de ladite structure textile. Selon un mode de réalisation préférentiel, ces moyens de mesure de la position de la surface supérieure de ladite structure textile comportent un ensemble optique de mesure sans contact. De préférence, il s'agit d'un émetteur/récepteur laser du type à faisceau large. Selon un mode de réalisation alternatif, ces moyens de mesure peuvent comporter un palpeur mécanique de mesure par contact. Avantageusement, il est prévu un capteur, de préférence de type inductif ou optique, pour déterminer ledit point bas de pénétration maximale des aiguilles et des moyens de traitement pour commander le déplacement vertical de ladite table d'aiguilletage en fonction de la mesure de la position de la surface supérieure de la structure textile effectuée audit point bas de pénétration maximale des aiguilles par lesdits moyens de mesure. L'invention concerne également le procédé mis en oeuvre dans la machine précitée ainsi que la structure textile obtenue par ce procédé. De préférence, la mesure de la position de la surface supérieure de la structure textile est effectuée en moyennant des mesures instantanées relevées en temps réel sur toute la longueur de la structure textile. Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'une machine pour l'aiguilletage de structures textiles conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un second mode de réalisation d'une machine pour l'aiguilletage de structures textiles conforme à l'invention, et - la figure 3 est une vue de côté de la machine de la figure 2, sa partie droite étant représentée dans une position d'enfoncement maximal des aiguilles. Description détaillée de modes de réalisation préférentiels Deux exemples de réalisation d'une machine permettant l'aiguilletage d'une structure textile plane sont représentés aux figures 1 et 2. Bien entendu, il doit être considéré que l'invention ne se limite pas à la seule fabrication de structures planes et que celle consistant à former une structure par enroulement d'une nappe fibreuse trouve aussi application avec la présente invention, qu'il s'agisse d'un enroulement annulaire d'une nappe ou tissu hélicoïdal en spires superposées à plat, ou d'un enroulement d'une nappe en spires superposées sur un mandrin. La machine comporte classiquement une table 10 dite d'aiguilletage destinée à supporter des couches 12 ou nappes de largeur et longueur déterminées en fonction de la structure finale à réaliser, et qui seront amenées l'une après l'autre pour être superposées en couches successives. La table est placée à l'aplomb d'une tête d'aiguilletage 14 comportant, monté sur une planche à aiguilles 16, un nombre déterminé d'aiguilles à barbes 18 de type connu, et qui peut être animée d'un mouvement alternatif vertical par un ou plusieurs ensembles biellemanivelle 20 motorisés par un moteur unique ou non. Un débourreur 22 fixé sur un bâti 24 de la machine est monté au dessus de la table d'aiguilletage pour empêcher que la structure textile ne soit entraînée lors de la remontée des aiguilles. Bien entendu, la table comme le débourreur sont percés respectivement de trous 26,28 pour le passage des aiguilles. La table est mobile verticalement au moyen d'un dispositif d'entraînement 30 constitué par exemple d'une vis sans fin motorisée. Plusieurs séries de rouleaux d'entraînement 32,34 (appelés aussi presses d'entrée/sortie) disposés en amont et en aval de la machine assurent un transport horizontal de la structure textile vers la tête d'aiguilletage. Selon l'invention, il est prévu des moyens 36 de mesure de la position d'une surface supérieure de la structure textile disposés au niveau de la tête d'aiguilletage 14 et destinés à déterminer la pénétration réelle des aiguilles dans cette structure textile, à un point bas de pénétration maximale des aiguilles. En effet, la course des aiguilles étant constante par rapport au bâti auquel elles sont reliées et la table d'aiguilletage étant positionnée à une distance connue par rapport à ce bâti, il est aisé de montrer que la distance de pénétration des aiguilles dans la matière textile dépend directement de l'épaisseur de matériau existant entre la table d'aiguilletage et la surface supérieure mesurée. A cet effet, Les moyens de mesure 36 sont fixés sur le bâti 24 et il est prévu que la planche à aiguilles 16 (et le débourreur 22) soit percée d'un orifice 38 (respectivement un orifice de passage 40) pour permettre une coopération de ces moyens de mesure avec la surface supérieure de la structure textile. Selon le mode de réalisation envisagé, cette coopération peut s'effectuer sans contact (avec une mesure à distance de la position de la surface supérieure de la structure textile) ou avec contact (par la descente d'un palpeur mécanique sur la surface supérieure de la structure textile). La figure 1 illustre un mode de réalisation préférentiel de l'invention dans lequel ces moyens de mesure sans contact sont constitués par un ensemble optique de mesure tel qu'un émetteur/récepteur laser 42. L'émetteur dirige un faisceau laser, au travers de la planche à aiguilles, vers la surface supérieure de la structure textile (après avoir traversé le débourreur) qui le réfléchit alors vers le récepteur. La distance émetteur/table d'aiguilletage étant supposée connue par une mesure préalable, ! a détermination de la distance émetteur/surface supérieure de la structure textile, par l'analyse du trajet aller/retour du faisceau laser, suffit alors pour évaluer avec précision l'épaisseur de la structure textile supportée par la table d'aiguilletage. En outre, pour s'affranchir des défauts de reliefs de la structure textile, cet ensemble laser est de préférence du type à faisceau large (car ce modèle de laser en permettant des mesures sur toute la longueur du faisceau assure un effet d'intégration). Bien entendu, le recours à un ensemble optique de mesure à infrarouges est tout à fait envisageable sans toutefois être privilégié. La figure 2 illustre un mode de réalisation alternatif dans lequel les moyens de mesure sont constitués par un palpeur mécanique formé d'un piston interne 44 fixé au bâti 24 et sur lequel peut coulisser un manchon externe 46 dont l'extrémité légèrement arrondie est destinée à venir en contact directement avec la structure textile (après avoir traversée la planche à aiguilles et le débourreur). Ce coulissement du manchon est assuré par l'injection commandée d'un fluide, de préférence de l'air comprimé, dans le piston depuis un module de commande 48 fixé sur le bâti 24. La pression du fluide est ajustée en fonction de la nature de la structure textile à aiguilleter (dureté, réaction au rebond) et réglée de façon à éviter tout rebond du manchon sur cette structure textile. Le manchon comporte par ailleurs à sa partie supérieure une collerette réfléchissante 50 destinée à coopérer avec un ensemble optique de mesure comme un émetteur/récepteur laser ou à infrarouges 52 fixé aussi sur le bâti. L'émetteur dirige son rayonnement vers la collerette du manchon qui le réfléchit alors vers le récepteur. La distance émetteur/récepteur, lorsque l'extrémité du palpeur est en contact de la table d'aiguilletage, étant supposée connue par une mesure préalable, la détermination de la distance émetteur/récepteur lorsque cette extrémité est en contact de la surface supérieure de la structure textile (par l'analyse du trajet aller/retour du faisceau rayonné) suffit là encore pour évaluer avec précision l'épaisseur de la structure textile supportée par la table d'aiguilletage. Dans les deux modes de réalisation précités, les moyens de mesure 36 sont disposés de préférence dans un plan médian de la tête d'aiguilletage 14 perpendiculaire à une direction d'avancée de la structure textile (il n'est bien sûr pas interdit de s'en écarter sensiblement). Ils peuvent être dédoublés, lorsque cette structure textile se présente sous la forme de deux plaques adjacentes avançant parallèlement l'une à l'autre sous la tête d'aiguilletage. Dans cette configuration illustrée à la figure 3, la tête d'aiguilletage comporte en général deux planches à aiguilles indépendantes disposées côte à côte, les moyens de mesure étant alors placés sensiblement au centre de chacune de ces planches. Pour en faciliter la compréhension, cette figure montre la machine, pour le mode de réalisation alternatif de la figure 2, dans deux positions distinctes, l'une (partie gauche de cette figure) correspondant à une position de repos, la tête d'aiguilletage étant en position relevée, et l'autre (partie droite) correspondant à une position de cette tête à un point bas de pénétration maximale des aiguilles. La détermination du point bas de pénétration maximale des aiguilles est effectuée en temps réel par un capteur 54, par exemple de type inductif ou optique, solidaire du bâti et coopérant par exemple avec un profil de came déterminé 56 de l'ensemble bielle-manivelle 20 de commande du mouvement alternatif vertical de la tête d'aiguilletage. Ce profil de came permet de définir une période de temps (et non seulement un instant de mesure unique et instantané) pendant la descente de la planche à aiguilles, de préférence au voisinage du point bas, pendant laquelle les moyens de mesure 36 seront actifs et pourront faire l'acquisition de plusieurs mesures à partir desquelles sera déterminée, au niveau d'un module de traitement 58 relié d'une part au capteur 54 et d'autre part aux moyens de mesure 36, une première valeur moyenne de l'épaisseur des couches aiguilletées. Ces mesures seront ensuite réitérées pour chaque pas d'avance horizontal de la structure textile, l'ensemble des valeurs obtenues à l'issue d'un passage donné permettant une détermination de la pénétration réelle moyenne des aiguilles à partir de laquelle le dispositif d'entraînement de la table d'aiguilletage 30 relié aux moyens de traitement 58 pourra commander de façon automatique le déplacement vertical de la table d'aiguilletage en vue du passage suivant, le pas de descente de cette table étant géré de façon que les aiguilles pénètrent d'une distance déterminée dans la structure textile. Ainsi, le procédé d'aiguilletage mis en oeuvre dans la machine de l'invention peut se résumer comme suit. Tout d'abord, superposer une seconde épaisseur de couche sur une première épaisseur de couche posée sur la table d'aiguilletage et lier par des aiguilles à barbes d'une tête d'aiguilletage, et selon des conditions prédéterminées, les épaisseurs des deux couches ainsi superposées, puis déplacer relativement la table d'aiguilletage par rapport à la tête d'aiguilletage d'un pas de déplacement déterminé fonction de la position d'une surface supérieure des deux couches superposées mesurée à un point bas de pénétration maximale des aiguilles par des moyens de mesure appropriée, et enfin superposer une troisième épaisseur de couche sur les deux précédentes et lier cette troisième épaisseur de couche sur les deux précédentes selon les mêmes conditions prédéterminées. Ces étapes seront ensuite répétées pour les couches suivantes jusqu'à obtenir l'épaisseur désirée pour la structure textile. Le procédé mis en oeuvre dans les machines décrites ci-dessus consiste à poser sur la table 10 tout d'abord une voire deux couches superposées qui sont alors liées par aiguilletage au moyen de la planche à aiguilles 16 tout en étant déplacées horizontalement sur toute la longueur de la structure textile par des rouleaux d'avance 32,34. La table est ensuite descendue d'un pas de déplacement déterminé pour pouvoir superposer une troisième couche qui est à son tour aiguilletée avec les deux autres et ainsi de suite jusqu'à obtenir l'épaisseur désirée. Conformément à l'invention, ce pas de déplacement déterminé est non pas fixe ou soumis à une loi de descente prédéfinie, mais il résulte de la pénétration réelle des aiguilles dans les couches précédentes de la structure textile mesurée au point bas de pénétration maximale des aiguilles afin d'obtenir la densité d'aiguilletage réelle souhaitée pour cette structure textile, densité constante ou évolutive dans l'épaisseur de la structure textile. Ainsi, on mesure au centre des aiguilles la position de la surface supérieure de cette structure textile pour gérer le pas de descente de la table d'aiguilletage, de façon que ces aiguilles pénètrent dans la structure textile d'une distance déterminée. REVENDICATIONS 1. Machine d'aiguilletage d'une structure textile formée d'une pluralité de couches superposées (12) comportant une table d'aiguilletage (10) mobile verticalement, une tête d'aiguilletage (14) comportant un nombre déterminé d'aiguilles à barbes (18) et disposée à l'aplomb de ladite table d'aiguilletage, et des moyens d'entraînement de ladite tête d'aiguilletage pour lui conférer un mouvement alternatif vertical définissant un point bas de pénétration maximale des aiguilles dans ladite structure textile, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de mesure (36), disposés au niveau de ladite tête d'aiguilletage, pour mesurer la position d'une surface supérieure de ladite structure textile audit point bas de pénétration maximale des aiguilles. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de mesure sont disposés dans un plan médian de ladite tête d'aiguilletage perpendiculaire à une direction d'avance de ladite structure textile. 3. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de mesure de la position de la surface supérieure de ladite structure textile comportent un ensemble optique (42) de mesure sans contact. 4. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ledit ensemble optique comporte un émetteur/récepteur laser. 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit émetteur/récepteur laser est du type à faisceau large. 6. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de mesure de la position de la surface supérieure de ladite structure textile comportent un palpeur mécanique (44-52) de mesure par contact. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un capteur (54), de préférence de type inductif ou optique, pour déterminer ledit point bas de pénétration maximale des aiguilles. 8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de traitement (58) pour commander le déplacement vertical de ladite table d'aiguilletage en fonction de la mesure de la position de la surface supérieure de la structure textile effectuée audit point bas de pénétration maximale des aiguilles par lesdits moyens de mesure. 9. Procédé de réalisation d'une structure textile formée d'une pluralité de couches superposées (12), comportant les étapes suivantes : a) superposer une seconde épaisseur de couche sur une première épaisseur de couche posée sur une table d'aiguilletage (10), b) lier par des aiguilles à barbes (16) d'une tête d'aiguilletage (14), et selon des conditions prédéterminées, les épaisseurs des deux couches ainsi superposées, c) déplacer relativement ladite table d'aiguilletage par rapport à ladite tête d'aiguilletage d'un pas de déplacement déterminé fonction de la position d'une surface supérieure des deux couches superposées mesurée, au niveau de la tête d'aiguilletage, à un point bas de pénétration maximale des aiguilles, d) superposer une nouvelle épaisseur de couche sur les précédentes, e) lier ladite nouvelle épaisseur de couche sur les précédentes selon lesdites conditions prédéterminées, et f) réitérer les étapes c), d) et e) pour des épaisseurs de couche suivantes, le déplacement de l'étape c) étant déterminé en fonction de la position de la surface supérieure de la structure textile en cours de réalisation, mesurée au niveau de la tête d'aiguilletage, à un point bas de pénétration maximale des aiguilles. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite mesure de la position de la surface supérieure de la structure textile est effectuée en moyennant des mesures instantanées relevées en temps réel sur toute la longueur de la structure textile. 11. Structure textile formée d'une pluralité de couches superposées obtenues selon le procédé de la revendication 9.