Brevet FR2870341A1 — publié le 20051118

L'invention se rattache au secteur technique du contrôle du montage des sièges de soupape dans une culasse de moteur thermique notamment. On rappelle, pour une meilleure compréhension de la suite de la description, que les sièges de soupape sont généralement réalisés en acier fritté, sous une forme annulaire de section rectangulaire. Ces sièges sont emmanchés dans un logement préalablement usiné de la culasse. L'emmanchement du siège s'effectue par des moyens aptes à positionner ledit siège en butée dans le fond du logement. Le bon positionnement du siège dans son logement est important étant donné qu'il conditionne l'étanchéité des soupapes et par voie de conséquence la performance du moteur. Il a été constaté que, lorsque le siège est mal emmanché, ce dernier ne plaque pas dans le fond du logement. Il en résulte un défaut d'étanchéité entraînant une diminution des performances du moteur et son éventuelle destruction à court terme. Des solutions techniques ont été proposées pour tenter de contrôler les courses et les pressions d'emmanchement du siège de soupape dans son logement. Ces contrôles de course et de pression permettent de s'assurer de la présence du siège au moment de l'emmanchement, des efforts attendus et de la course d'emmanchement souhaitée. Compte tenu des caractéristiques dimensionnelles précises du siège et du logement correspondant, il est ainsi possible de définir les efforts attendus tout au long de la course d'emmanchement jusqu'à la position de butée en forme de logement. Il apparaît toutefois que les valeurs attendues sont affectées de tolérances compte tenu de la tolérance en diamètre du logement agissant sur l'effort d'emmanchement, la tolérance d'usinage du fond de siège et de l'épaisseur 2870341 2 du siège influant sur la course maximum. Il en résulte, à travers ces tolérances, des fenêtres de contrôle à l'intérieur desquelles l'emmanchement est considéré comme correct. Ces moyens de contrôle peuvent être considérés comme satisfaisants afin de s'assurer de la présence du siège lors de l'emmanchement ou encore pour détecter les défauts importants sur les diamètres de logement ou des sièges eux-mêmes. Ces moyens de contrôle ne sont toutefois pas adaptés pour contrôler le bon réglage du siège dans son logement, étant donné que les fenêtres de contrôle sont beaucoup trop importantes par rapport à l'ordre de grandeur d'un défaut de plaquage. Pour tenter d'obtenir un placage optimal de l'insert dans son logement, on a proposé de soumettre le siège de soupape (insert) à une opération de martelage qui a pour but de libérer les contraintes accumulées pendant la phase d'emmanchement. Cette opération de martelage ne constitue toutefois pas un contrôle en tant que tel du bon positionnement du siège dans le fond de son logement. Les moyens connus de contrôle du plaquage du siège ne sont pas satisfaisants et ne constituent pas un premier contrôle sûr et efficace. Généralement, ce contrôle est réalisé au moyen d'un clinquant métallique d'une épaisseur déterminée (3/10ème de millimètre) et qui, normalement, ne doit pas pouvoir être introduit entre le siège et le fond du logement et ce sur les 360 que présente l'appui du siège. Parmi les inconvénients résultant d'une telle technique, on peut noter: impossibilité de quantifier la valeur du défaut; - accepter des culasses de siège pouvant présenter un défaut inférieur à 30 micromètres; - contrainte d'utilisation si l'on considère la difficulté d'accessibilité et le nombre de sièges important par culasse; 2870341 3 - impossibilité de détecter la présence d'un copeau situé dans ou en périphérie du siège, au moment de l'emmanchement dudit siège. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de manière simple, sûre, efficace et rationnelle. Le problème que se propose de résoudre l'invention est de procéder à une vérification par un contrôle non destructif du bon plaquage des sièges de soupape dans une culasse de moteur thermique. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un procédé de contrôle du plaquage d'un siège de soupape dans le fond d'un logement d'une culasse du moteur thermique. Selon l'invention, après mise en place du siège: on éclaire le fond du logement constituant la zone d'appui annulaire du siège; - on effectue une acquisition de l'image; - on traite l'image; on mesure, à travers une analyse d'image, en utilisant au moins une variable donnée résultant d'un étalonnage, la valeur de l'écart entre le fond du logement et la face d'appui inférieure du siège; - on recommence les étapes précédentes sur les 360 que constitue l'appui annulaire du siège. Pour résoudre le problème posé de visualiser le bon plaquage ou non du siège dans le fond de son logement, on réalise une acquisition des images au travers d'une optique à fort grossissement et d'un prisme permettant de disposer d'une image représentant une surface déterminée d'une zone centrée sur l'interface siège/logement de siège. 2870341 4 Pour résoudre le problème posé de visualiser et de traiter les images en vue de détecter l'importance du défaut éventuel, - on fait la moyenne horizontale des niveaux de gris (ou de couleur) par ligne de pixels pour s'affranchir des défauts d'homogénéité de matériaux constituant le siège de soupape et le corps de la culasse; - on mesure une distance sur trame entre les pixels correspondant au fond du logement et à la face d'appui du siège. Avantageusement: - on génère une courbe correspondant au niveau moyen de gris (ou de couleur) avec une intégration faite sur la largeur de l'image correspondant à une valeur d'arc sur les 360 qui constituent l'appui annulaire du siège; on identifie sur la courbe, la largeur de la dépression à un niveau de gris (ou de couleur) considéré, pour mesurer l'épaisseur du défaut. Pour résoudre le problème posé de tenir compte de la forme et de la nature du siège, ainsi que de la nature du matériau de la culasse, susceptible de modifier la forme de la courbe de réflexion, on étalonne les mesures au moyen d'un outillage représentatif de l'ensemble siège/logement. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il a été conçu un dispositif qui comprend au moins une broche apte à être introduite manuellement ou automatiquement dans le logement équipé du siège de soupape, ladite broche étant équipée, au niveau dudit siège, d'un système optique et de moyens d'éclairement de la zone d'appui et, au niveau de son extrémité supérieure située en dehors de la culasse, de moyens d'acquisition et de communication avec une centrale de traitement de l'image. 2870341 5 Pour résoudre le problème posé de permettre, pour une mise en positionnement axial de la broche de mesure, ainsi qu'un positionnement longitudinal de celle-ci, la partie inférieure du corps de la broche présente un moyen de guidage et de positionnement. Pour résoudre le problème posé de l'acquisition du traitement des images, le système optique comprend un prisme à 45 positionné au niveau de l'interface entre le fond du logement et la face d'appui inférieure du siège, ledit prisme étant en communication avec un canal central en liaison avec les moyens d'acquisition et de traitement par l'intermédiaire d'un objectif à fort grossissement. Les moyens d'éclairement sont réglables en intensité en étant aptes à permettre un éclairement non normal de l'interface entre le fond du logement et la face d'appui inférieure du siège. Pour résoudre le problème posé d'assurer la protection et l'étanchéité de la broche, le corps de la broche est engagé dans un manchon avec capacité de déplacement télescopique étanche, ledit manchon étant apte à prendre appui contre la face de la culasse à partir de laquelle est formé le logement de la soupape. Pour résoudre le problème posé d'éviter la salissure de l'optique et du prisme, le corps de la broche est assujetti à des moyens aptes à assurer une pressurisation d'air parfaitement sec afin d'éviter la pénétration de brouillard ou autres particules en suspension, au niveau du prisme notamment. 2870341 6 Selon une autre caractéristique, la broche est assujettie à des moyens pour être déplacé en rotation par rapport au siège de soupape, d'une manière manuelle ou automatique. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus montrant un exemple de réalisation de culasse; - la figure 2 est, à une échelle plus importante, une vue en coupe considérée selon la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 montre une forme de réalisation du dispositif de mise en oeuvre du procédé pour la mesure à travers l'analyse d'images de la valeur de l'écart entre le fond du logement recevant le siège et la partie inférieure de celui-ci sur plusieurs secteurs de 360 qui constituent la l'appui annulaire du siège; - les figures 4A 4B et 5A 5B montrent le principe de mesure d'un défaut correspondant à un mauvais plaquage; les figures 4A et 5A montrant les images dans le cas de défaut de placage différent, tandis que les figures 4B et 5B montrent les courbes correspondantes; - la figure 6 montre un exemple d'algorithme de traitement. On rappelle que l'invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle de plaquage d'un siège de soupape (1) dans le fond d'un logement (2) d'une culasse (3) d'un moteur thermique. Selon le principe à la base de l'invention, on mesure, à travers une analyse d'images, la valeur de l'écart entre le fond du logement (2) du siège de soupape (1), et la face d'appui annulaire (la) dudit siège. La mesure est 2870341 7 effectuée sur plusieurs secteurs de 360 qui constituent l'appui annulaire du siège. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, il a été conçu et mis au point un dispositif qui comprend au moins une broche désignée dans son ensemble par (B) et apte à être engagée manuellement ou automatiquement dans le logement (2) équipé du siège de soupape (1). La broche (B) est constituée d'un corps (4), de forme générale tubulaire, dont l'extrémité, située au niveau du siège (1), est équipée d'un système optique et de moyens d'éclairement de la zone d'appui. Ce système optique comprend un prisme à 45 (5) situé au niveau de l'interface entre le fond (2a) du logement (2) et la face d'appui inférieure (la) du siège (1). Le prisme (5) est en communication avec un canal central (4a) du corps (4) pour être en alignement par l'intermédiaire d'un objectif à fort grossissement (8) avec des moyens d'acquisition et de communication (6), (7) avec une centrale de traitement de l'image. . Le prisme (5) est disposé angulairement à 45 par rapport à l'axe du canal (4a) et de la focale de l'objectif (8). L'extrémité du corps, au niveau du prisme (5), présente des moyens d'éclairement (9) de la zone d'appui. Ces moyens d'éclairement (9) peuvent par exemple être constitués par des fibres optiques disposées au niveau de la partie correspondante du corps (1). Ces moyens d'éclairement (9) sont réglables en intensité en étant aptes à permettre un éclairement de l'interface, entre le fond (2a) du logement (2) et la face d'appui inférieure (la) du siège (1). 2870341 8 Les moyens d'acquisition de l'image (6) et (7), et de communication en combinaison avec l'objectif (8), sont situés à l'autre extrémité du corps (4). Ces moyens sont, par exemple, constitués par une caméra CDD (6) assujettie à une carte électronique (8) en communication avec une centrale de traitement de l'image. (7). Ces moyens sont parfaitement positionnés de manière à restituer l'image horizontale du plan de joint du siège et du logement du siège. Dans ce but, l'extrémité du corps (4) introduite dans le logement (2), est équipé de moyens de guidage et de positionnement (10) coopérant avec le guide de soupape (11) de la culasse. Ces dispositions permettent à la fois une mise en référence axiale de l'ensemble de la broche et son positionnement longitudinal. Pour assurer le positionnement et le guidage du corps (9) par rapport au plan de culasse, ce dernier est engagé dans un manchon (12) avec capacité de déplacement télescopique étanche. Le manchon (12) prend appui contre la face de culasse (3b) à partir de laquelle est formé le logement (2) de la soupape. Par exemple, le manchon (12) est monté avec capacité de déplacement à l'encontre d'un ressort (13) en butée contre un épaulement (4b) du corps. On observe également que ce manchon (12) assure la protection du prisme (5) notamment, et l'étanchéité de la broche étant donné qu'en position de butée contre la face (3b) de la culasse, il obture le siège. Le corps de la broche (9) est assujetti à des moyens (14) aptes à assurer une pressurisation d'air parfaitement sec, afin d'éviter la pénétration 2870341 9 de brouillard ou autres particules en suspension au niveau du prisme notamment, évitant ainsi la salissure de l'optique et dudit prisme. D'une manière préférée, pour le réglage de l'optique au moment du positionnement de la broche, le corps (4), notamment le manchon (12), coopère avec un masque (15) positionné et indexé contre la face d'appui (3b) de la culasse. Ce masque présente des trous de profondeur déterminée pour permettre un positionnement précis en hauteur de la broche pour avoir une image très nette en tenant compte des différences qui existent entre les soupapes d'admission et d'échappement. Compte tenu de ces dispositions, après introduction de la broche dans le logement (2) équipé du siège de soupape (1), on éclaire par les moyens d'éclairement (9) le fond du logement constituant la zone annulaire du siège, on effectue une acquisition de l'image, on traite l'image, on mesure à travers une analyse d'image en utilisant au moins une variable donnée résultant d'un étalonnage, la valeur de l'écart entre le fond du logement et la face d'appui inférieure du siège. Ces différentes étapes sont répétées sur les 360 que constitue l'appui annulaire du siège. L'acquisition de l'image est faite au travers de l'optique (8) et du prisme (5) permettant de disposer d'une image représentant, par exemple, 2 à 3 mm2 d'une zone centrée sur l'interface siège/logement de siège (2). Pour le traitement des images, on fait la moyenne horizontale des niveaux de gris (ou couleur) par ligne de pixels pour s'affranchir des défauts d'homogénéité des matériaux constituant le siège de soupape et le corps de la culasse. On rappelle en effet que le siège de soupape est généralement réalisé en matériau fritté et que le corps de culasse est réalisé en aluminium. Ce traitement permet de générer une courbe correspondant au niveau moyen de 2870341 10 gris (ou couleur) moyen avec une intégration faite sur la largeur de l'image correspondant à une valeur d'arc sur les 360 constituant l'appui annulaire du siège. La courbe modélise les niveaux de gris visible à la surface. Les différences de matériaux entre la culasse (3), en aluminium, et le siège (1), en acier fritté, génèrent une différence de réflexion qui se traduit par une différence de niveaux de gris (ou couleur). En cas de défaut de placage, on observe une zone intermédiaire entre la culasse (3) et le siège (1) correspondant au défaut de placage. Pour déterminer, de la façon la plus précise possible, la largeur du défaut, on effectue une moyenne tenant compte de chaque colonne photographiée. On peut tracer la courbe en fonction de la somme des niveaux de gris et en fonction de la ligne considérée et la rapprocher de l'image du départ. On renvoie aux figures 4A 4B et 5A 5B selon lesquelles la figure 4A montre l'image de départ dans le cas d'un défaut (A) de 1001m, tandis que la figure 5A montre l'image de départ dans le cas d'un défaut (A) de 50 m, les figures 4B et 5B montrant la courbe correspondante. La forme et la nature du siège, ainsi que le type d'aluminium de la culasse sont de nature à modifier la forme de la courbe de réflexion. Il est donc nécessaire pour un processus donné où le siège et la culasse sont définis, d'étalonner le principe de mesure au moyen d'un outillage représentatif (ensemble siège/logement représentatif avec une rainure rectifiée sous le siège dont l'épaisseur est connue). 2870341 11 Le dispositif de contrôle selon l'invention peut être intégré à l'échelle industrielle, permettant d'envisager aussi bien des applications d'outillage manuel de contrôle en bord de ligne de production, que des moyens de contrôle intégrés au flux de production permettant un contrôle à 100% des sièges emmanchés. Le moyen de contrôle du plaquage du siège installé en bord de ligne, présente les avantages suivants: - quantifier la valeur des défauts identifiés, saisie possible sur centrale de traitement MSP (statistique), - système flexible si diversité produit - validation pour petites séries, - visualisation possible de l'interface de plaquage sur écran, - contrôle à 100 % des pièces sur ligne. Dans ce cas, une broche est introduite manuellement et libre en rotation (hormis les câbles s'y raccordant). La rotation de la broche est assurée manuellement et permet d'explorer la totalité des 360 que représente l'appui annulaire du siège sur son logement. Un micro contact permet, une fois la broche en place, de lancer l'acquisition du contrôle du plaquage dans la position angulaire où se trouve la broche, une mesure étant réalisée tous les 1/10 s (paramétrable) . Un écran de contrôle permet à l'opérateur de visualiser en dynamique la valeur mesurée à travers un bargraph, et d'indiquer la valeur maximum trouvée. 2870341 12 Charge à l'opérateur d'assurer au moins un tour (360 ) pour identifier le positionnement du siège sur toute sa portée. Dans le cas où le dispositif est totalement intégré dans le flux de production, le nombre de broches de contrôle peut être augmenté en fonction du nombre de soupapes, de la cadence, et de la diversité des soupapes apparaissant sur une même culasse. Chacune des broches est alors mise en place automatiquement par l'intermédiaire d'un actionneur et motorisée (moteur d'axe ou pas à pas et codeur). Chaque position d'arrêt fait l'objet d'une acquisition de la valeur de plaquage, renvoyé à une centrale de mesure. Un dialogue entre la centrale de mesure et l'automate du poste, permet la synchronisation du processus et l'identification, pièce bonne/mauvaise suivant un seuil programmable dans la centrale d'acquisition. Une interface assure la liaison entre l'ensemble logicielutilisateurautomate et permet: la création de plusieurs types de culasse personnalisés (nombre et type de soupapes, paramètres de contrôle et d'étalonnage...) ; - le chargement, la modification et la suppression des ces types; - le paramétrage du système vidéo (nombre et type de caméra(s) ou broche(s) utilisée(s), adresse mémoire, labellisations broches, pour un repérage plus aisé) ; - le paramétrage des modes d'exploitation et d'étalonnage (nombre de contrôles par soupape, emplacement et dimensions des soupapes étalon) : 2870341 13 le diagnostic des différentes entrées/sorties (éclairage, bouton poussoir, entrées vidéo, clavier, souris...) : la modification des variables algorithmiques, ainsi que des paramètres numériques des cartes d'acquisition vidéo (mot de passe de niveau 2). Des mots de passe assurent un accès sécurisé et adapté aux divers utilisateurs. Les avantages ressortent bien de la description. 14 REVENDICATIONS -1- Procédé de contrôle du plaquage d'un siège de soupape dans le fond d'un logement d'une culasse de moteur thermique, caractérisé en ce qu'après mise en place du siège: on éclaire le fond du logement constituant la zone d'appui annulaire du siège, - on effectue une acquisition de l'image; - on traite l'image; - on mesure, à travers une analyse d'image, en utilisant au moins une variable donnée résultant d'un étalonnage, la valeur de l'écart entre le fond du logement et la face d'appui inférieure du siège; on recommence les étapes précédentes sur les 360 que constitue l'appui annulaire du siège. - 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise une acquisition des images au travers d'une optique à fort grossissement et d'un prisme permettant de disposer d'une image représentant une surface déterminée d'une zone centrée sur l'interface siège/logement de siège. -3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour le traitement des images, - on fait la moyenne horizontale des niveaux de gris (ou de couleur) par ligne de pixels pour s'affranchir des défauts d'homogénéité de matériaux constituant le siège de soupape et le corps de la culasse; - on mesure une distance sur trame entre les pixels correspondants au fond du logement et à la face d'appui du siège; - 4Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que: 2870341 15 on génère une courbe correspondant au niveau de gris (ou de couleur) moyen avec une intégration faite sur la largeur de l'image correspondant à une valeur d'arc sur les 360 qui constituent l'appui annulaire du siège; on identifie sur la courbe, la largeur de la dépression à un niveau de gris (ou de couleur) considéré, pour mesurer l'épaisseur du défaut. - 5- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on étalonne les mesures au moyen d'un outillage représentatif de l'ensemble siège/logement. - 6- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une broche (B) apte à être introduite manuellement ou automatiquement dans le logement (2) équipé du siège de soupape (1), ladite broche (B) étant équipée au niveau dudit siège (1) d'un système optique (5) et de moyen d'éclairement (9) de la zone d'appui et, au niveau de son extrémité supérieure située en dehors de la culasse, de moyens d'acquisition et de communication (6), (7), (8) avec une centrale de traitement de l'image. - 7- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie inférieure du corps (4) de la broche présente un moyen de guidage et de positionnement (10) (11). -8- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système optique comprend un prisme à 45 (5) positionné au niveau de l'interface entre le fond du logement et la face d'appui inférieure du siège (1), ledit prisme (5) étant en communication avec un canal central (4a) en liaison 2870341 16 avec les moyens d'acquisition et de traitement par l'intermédiaire d'un objectif à fort grossissement (8). -9- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'éclairement (9) sont réglables en intensité en étant aptes à permettre un éclairement de l'interface entre le fond du logement et la face d'appui inférieure du siège. -10- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps (4) de la broche est engagé dans un manchon (12) avec capacité de déplacement télescopique étanche, ledit manchon (12) étant apte à prendre appui contre la face de la culasse (3) à partir de laquelle est formé le logement de la soupape. -11- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps (4) de la broche est assujetti à des moyens (14) aptes à assurer une pressurisation d'air parfaitement sec afin d'éviter la pénétration de brouillard ou autres particules en suspension, au niveau du prisme notamment. -12- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la broche est assujettie à des moyens pour être déplacée en rotation par rapport au siège de soupape, d'une manière manuelle ou automatique.