Brevet FR2916041A1 — publié le 20081114

La présente invention concerne un procédé de suivi de déformation d'une pièce métallique. Corrélativement, elle concerne également un dispositif de suivi de déformation d'une pièce métallique adapté à mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention. De manière générale, la présente invention concerne le domaine du redressage ou du formage d'une pièce métallique. Plus particulièrement, elle s'applique au redressage de pièces d'aéronefs, et notamment les pièces de la structure d'un aéronef. En effet, du fait de contraintes résiduelles propres aux pièces métalliques, ces dernières ont tendance à se déformer lors de l'usinage, nécessitant alors une déformation inverse appelée opération de redressage. Les opérations de redressage font appel à la capacité de déformation plastique d'un matériau métallique. En effet, ces matériaux ont la propriété de se déformer de manière irréversible (déformation permanente) quand ils sont soumis à des contraintes mécaniques au delà d'un certain niveau de contrainte, appelé limite d'élasticité . Généralement, pour réaliser ces opérations de redressage sur des pièces usinées de grande dimension, on utilise une presse mettant en oeuvre une flexion dite à trois points . La pièce métallique à déformer est ainsi maintenue en place en deux points, une force de pression étant appliquée en un troisième point pour obtenir une déformation permanente de la pièce à redresser. Lorsque la force de pression est appliquée sur la pièce métallique, il est fréquent que la déformation réalisée aille au delà de la déformation souhaitée, ce qui oblige l'opérateur à effectuer une opération inverse de redressage. Il en résulte des temps de redressage importants, éventuellement des ruptures de pièces métalliques, et surtout l'introduction de contraintes résiduelles en excès susceptibles d'altérer la tenue en fatigue et la capacité d'adaptation des pièces métalliques lorsque celles-ci sont utilisées ultérieurement. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et de proposer un procédé et un dispositif de suivi de déformation d'une pièce métallique, permettant la maîtrise de la quantité de déformation appliquée à cette pièce métallique. À cet effet, la présente invention concerne selon un premier aspect un procédé de suivi de déformation d'une pièce métallique soumise à une force de pression, comprenant les étapes suivantes : - mesure du déplacement de la pièce métallique au niveau d'une zone de déformation ; - mesure de l'intensité de la force de pression exercée sur une zone d'application de la force de pression ; - calcul au cours d'une première période de l'opération de déformation du rapport constant entre l'intensité de la force de pression et le déplacement de la pièce métallique ; et - détermination au cours d'une seconde période de l'opération de déformation à partir dudit rapport constant et du déplacement mesuré pendant ladite seconde période de l'opération de déformation, d'une valeur de déplacement liée à une déformation élastique de la pièce métallique et d'une valeur de déplacement liée à une déformation plastique de la pièce métallique. Ainsi, grâce au suivi à la fois de l'intensité de la force de pression appliquée sur la pièce métallique et du déplacement de la pièce métallique suite à l'application de cette force, il est possible de suivre l'évolution relative de l'intensité de la force et du déplacement de la pièce métallique. A partir du rapport entre ces deux valeurs, au cours d'une première période, le comportement élastique de la pièce métallique soumise à la force de pression est identifié et le rapport constant, correspondant à une partie linéaire de la courbe de déplacement en fonction de la force de pression exercée, est calculé. Il est alors possible de séparer ensuite la part de déplacement liée à la déformation élastique de la pièce métallique et la part de déplacement liée à la déformation plastique de la pièce métallique au cours d'une seconde période. Selon une caractéristique pratique de l'invention, le procédé de suivi de déformation comprend une étape de détermination de la fin de la première période de l'opération de déformation lorsque le rapport calculé entre l'intensité de la force de pression et le déplacement de la pièce métallique n'est plus constant et une étape d'émission d'un signal d'alerte à destination d'un opérateur adapté à indiquer le début d'une déformation plastique de la pièce métallique. En effet, lorsque le rapport calculé varie, cela correspond à l'apparition d'une déformation plastique de la pièce. Ainsi, l'opérateur peut être informé du moment où la mise en charge de la pièce métallique provoque une déformation permanente de la pièce. En pratique, le procédé comprend une étape d'acquisition d'une valeur de consigne de déformation permanente de la pièce métallique, de comparaison de la valeur de déplacement liée à une déformation plastique de la pièce métallique avec la valeur de consigne de déformation permanente et d'arrêt de l'opération de déformation lorsque la valeur de déplacement liée à une déformation plastique de la pièce métallique est égale à la valeur de consigne de déformation permanente. II est ainsi possible de maîtriser la quantité de déformation permanente introduite dans la pièce métallique de manière fiable, et non plus de manière empirique comme dans les techniques de redressage antérieures. Par ailleurs, le procédé de suivi de déformation peut comporter en outre une étape d'acquisition d'une valeur limite de déformation de la pièce métallique, de comparaison du déplacement mesuré de la pièce métallique avec la valeur de limite et d'arrêt de l'opération de déformation lorsque le déplacement de la pièce métallique est égal à la valeur limite. Ainsi, l'opération de déformation de la pièce métallique est arrêtée 30 automatiquement avant que le risque de rupture de la pièce ne devienne trop important. Corrélativement, la présente invention concerne également un dispositif de suivi de déformation d'une pièce métallique comprenant : - des moyens de mesure du déplacement de la pièce métallique au niveau d'une zone de déformation ; - des moyens de mesure de l'intensité de la force de pression exercée sur une zone d'application de la force de pression ; des moyens de calcul au cours d'une première période de l'opération de déformation du rapport constant entre l'intensité de la force de pression et le déplacement de la pièce métallique ; et - des moyens de détermination au cours d'une seconde période de l'opération de déformation, à partir du rapport constant et du déplacement mesuré pendant la seconde période de l'opération de déformation, d'une valeur de déplacement liée à une déformation élastique de la pièce métallique et d'une valeur de déplacement liée à une déformation plastique de la pièce métallique. Le dispositif de suivi de déformation comprend en outre des moyens d'émission d'un signal d'alerte à destination d'un opérateur adapté à indiquer le début d'une déformation plastique de la pièce métallique. Ce dispositif de suivi de déformation présente des caractéristiques et avantages analogues à ceux décrits précédemment en relation avec le 20 procédé. Enfin, la présente invention concerne également un outil de redressage ou de formage d'une pièce métallique, comprenant un vérin adapté à exercer une force de pression sur une zone de la pièce métallique, cet outil de redressage ou de formage étant associé à un dispositif de suivi de 25 déformation conforme à l'invention. La présente invention vise aussi l'utilisation du procédé de suivi de déformation d'une pièce métallique conforme à l'invention pour le redressage ou le formage de cette pièce métallique. En particulier, le procédé de suivi de déformation d'une pièce 30 métallique conforme à l'invention est utilisé pour le redressage d'une pièce de la structure d'un aéronef. D'autre particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 est un schéma illustrant un outil de déformation d'une pièce métallique associé à un dispositif de suivi de déformation conforme à l'invention ; - la figure 2 est un schéma illustrant un exemple de courbe du déplacement d'une pièce métallique au niveau d'une zone de déformation en fonction de l'intensité de cette force de pression ; et - la figure 3 est un schéma illustrant l'utilisation de l'outil de la figure 1 pour le redressage d'une aile d'aéronef. On a illustré sur la figure 1 une réalisation de l'invention, comportant un outil de déformation 1 d'un élément métallique 4 et un dispositif de suivi de la déformation 10. L'outil de déformation 1 est typiquement un vérin 1 adapté à appliquer une force de pression sur un élément métallique 4. Le vérin 1 peut être par exemple de type hydraulique, pneumatique ou électrique et comporte une partie fixe ou corps du vérin 2 et une partie mobile ou coulisseau 3. L'exemple de la figure 1 illustre un vérin 1 exerçant une force de pression dans la direction verticale. Le dispositif de suivi de déformation 10 d'une pièce métallique 4 comprend des moyens de mesure 11, 12 et des moyens de calcul et de suivi de l'opération de déformation 13, mettant en oeuvre un procédé qui sera décrit plus loin dans ce document. En particulier, il comprend des moyens de mesure du déplacement 11 de la pièce métallique 4 au niveau d'une zone de déformation. Ici, cette zone de déformation coïncide avec la zone d'application de la force de pression. Ainsi, le déplacement (appelé d sur le la figure 1) de la pièce métallique 4 est mesuré par un premier capteur 11 qui mesure le déplacement du coulisseau 3 du vérin à l'aide d'un afficheur incrémentai (non représenté sur la figure). Le capteur peut être un capteur optique ou un codeur rotatif incrémental. A titre d'exemple, le codeur rotatif utilisé peut être un capteur de la série ERN de la société Heidenhain. L'afficheur incrémental affiche la valeur du déplacement du coulisseau 3 obtenue par le codeur rotatif et à titre d'exemple incrémente sa 5 valeur d'un point par 0.1 mm du déplacement du coulisseau 3. Le dispositif comprend également des moyens de mesure de l'intensité 12 de la force de pression (appelée F sur la figure 1) exercée au niveau de la zone d'application. L'intensité de la force de pression est mesurée par un second 10 capteur 12, par exemple un capteur transmetteur de pression de la société Danfoss. Ce capteur délivre par exemple un signal analogique correspondant à la pression hydraulique mesurée. A titre indicatif, le signal analogique peut présenter des valeurs de 4 15 à 20mA ou de 0 à 10 Volts. Le dispositif de suivi de déformation 10 comporte également des moyens de calcul 13 du rapport entre l'intensité de la force de pression F appliquée et le déplacement d de la pièce métallique 4, et des moyens de détermination 13 des différentes périodes de l'opération de déformation, 20 comme décrit ultérieurement. Le dispositif de suivi de déformation 10 comporte par exemple un micro-ordinateur 13 associé aux capteurs 11, 12 mesurant le déplacement d de la pièce métallique 4 et l'intensité de la force de pression F exercée par l'outil de déformation 1. 25 Le micro-ordinateur 13 comporte une interface de communication 14 reliée aux capteurs 11, 12, apte à transmettre des données à traiter ou inversement à transmettre des données traitées par le dispositif. Ainsi le dispositif de suivi de la déformation reçoit via l'interface de communication 14 et à l'aide des capteurs 11, 12 des données issues de l'outil 30 de déformation 1, telles que la valeur mesuré de l'intensité de la force de pression F et une valeur mesurée du déplacement d de la pièce métallique 4. Le dispositif comporte également un moyen de stockage tel que par exemple un disque dur 15, celui-ci pouvant contenir des données traitées selon l'invention ainsi que le ou les programmes mettant en oeuvre l'invention. Le programme permettant au dispositif de mettre en oeuvre l'invention, pourra être stocké en mémoire morte 16 (appelée ROM ou Read Only Memory sur la figure 1). Ce même dispositif possède un écran 17 pouvant permettre de visualiser l'évolution relative de l'intensité de la force de pression F et du déplacement d de la pièce métallique 4 et d'avoir ainsi connaissance de la période de l'opération de déformation dans laquelle on se situe. Le dispositif 10 comporte également un clavier 18 ou tout autre moyen de saisie de paramètres, permettant d'introduire par exemple une valeur de consigne de déformation de la pièce métallique 4 et une valeur limite de déformation de la pièce métallique 4. Le dispositif comporte également des moyens de reproduction de son, comme une carte audio 19, et des enceintes audio 20 afin d'émettre un signal d'alerte à destination d'un operateur, adapté par exemple à indiquer le début d'une déformation plastique de la pièce métallique. L'unité centrale 21 (appelé CPU sur la figure 1) exécute les instructions relatives à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, instructions stockées dans la mémoire morte ou dans les autres moyens de stockage. Lors de la mise sous tension, les programmes de traitement stockés dans une mémoire non volatile, par exemple la ROM, sont transférés dans la mémoire vive 22 RAM (ou Random Access Memory) qui contiendra alors le code exécutable de l'invention ainsi que les registres pour mémoriser les variables nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention. Ainsi, l'unité centrale 21 peut donner l'ordre d'arrêt automatique de l'opération de déformation lorsque la valeur de déplacement d est égale à des valeurs particulières qui seront détaillées par la suite. De manière plus générale, un moyen de stockage d'information, lisible par un ordinateur ou par un microprocesseur, intégré ou non au dispositif, éventuellement amovible, mémorise un programme mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Le bus de communication 23 permet la communication entre les différents éléments inclus dans le micro-ordinateur 13 ou reliés à lui. La représentation du bus 23 n'est pas limitative et notamment l'unité centrale 21 est susceptible de communiquer des instructions à tout élément du micro-ordinateur 13 directement ou par l'intermédiaire d'un autre élément du micro-ordinateur 13. On va décrire à présent en référence à la figure 2 le procédé de suivi de déformation d'une pièce métallique. La courbe représente le déplacement d de la pièce métallique 4 au niveau d'une zone de déformation coïncidant ici avec la zone d'application de la force de pression, en fonction de l'intensité de la force de pression exercée F. L'intensité de la force de pression exercée F sur la pièce métallique 4 est représentée sur l'axe vertical, et le déplacement d de la pièce métallique 4 au niveau de la zone d'application de la force de pression est représenté sur l'axe horizontal. Parallèle à l'axe horizontal, un axe T représentatif du temps est illustré. Le procédé de suivi de déformation d'une pièce métallique comporte globalement les étapes décrites ci-après. Le procédé commence par une étape de mesure du déplacement d de la pièce métallique et de l'intensité de la force de pression exercée F, suivi par une étape de calcul du rapport (appelé a sur la figure 2) entre l'intensité de la force de pression et le déplacement de la pièce métallique. Durant une première partie de l'opération de déformation, correspondant à la partie linaire de la courbe, ce rapport a est constant. Le rapport constant a est calculé par le rapport suivant : a = Fi d, La fin de la première période de l'opération de déformation est déterminée lorsque le rapport calculé entre l'intensité de la force de pression et le déplacement de la pièce métallique n'est plus constant. La fin de cette première période ou période dans lequel le déplacement correspond uniquement à une déformation élastique de la pièce, est représentée par le point de coordonnées (di, FI) et correspond à l'instant du temps t~. En pratique, on mesure périodiquement les valeurs F et d et le rapport a associé est calculé. La comparaison des rapports calculés a sur le temps permet de déterminer l'instant t1 à partir duquel ce rapport a devient variable. A cet instant un signal d'alerte adapté à indiquer le début d'une déformation plastique de la pièce métallique, est émis à destination d'un operateur. Typiquement, la fin de cette première période de l'opération de déformation correspond à une valeur de déplacement d de la pièce métallique de 15 mm, et à une valeur maximale d'intensité de la force de pression de 125T. A partir de cet instant de temps t1, une seconde période de l'opération de déformation commence au cours de laquelle une déformation plastique de la pièce apparaît. Cette partie de la courbe a une composante liée à la déformation élastique et une autre composante liée à la déformation plastique. Par exemple, l'intensité de la force de pression Fa supérieure à la valeur FI, produit un certain déplacement de la pièce métallique da, da étant composé du déplacement lié à la déformation élastique de de la pièce métallique 4 et du déplacement lié à la déformation plastique dp de la pièce métallique 4. Le déplacement mesuré à un instant de temps ta est alors définie par l'équation suivante : dQ =de+dp Or de=F a de=F +dp a La partie du déplacement dp liée à la déformation plastique peut alors être calculée selon la formule : d =d p nF a Le procédé comporte aussi une étape d'acquisition d'une valeur de 5 consigne de déformation permanente dp' de la pièce métallique et d'une valeur limite de déformation dmax de la pièce métallique 4. Au départ de l'opération de déformation, l'operateur peut saisir dans le dispositif de suivi de déformation 10, une valeur de consigne de déformation permanente dp' et une valeur limite de déformation dmax. Ces valeurs peuvent 10 varier en fonction des matériaux qui constituent la pièce et de la configuration de redressage ou de formage. La configuration de redressage ou formage comprend par exemple, le type de redressage ou formage (flexion "à trois points", dévrillage ...), les distances entre les points de maintien en place de la pièce métallique 4 et le point d'application de la force de pression, et les inerties 15 et épaisseurs dans la zone de redressage ou de formage. La valeur de déplacement liée à une déformation plastique dp de la pièce métallique 4 est comparée avec la valeur consigne de déformation permanente dp'. Suite à cette comparaison, l'opération de déformation est arrêtée lorsque la valeur de déplacement liée à une déformation plastique dp de 20 la pièce métallique est égale à la valeur de consigne de déformation permanente dp'. Par ailleurs, le déplacement mesuré d de la pièce métallique 4 est comparé avec la valeur limite de déformation dmax et l'opération de déformation est arrêtée lorsque le déplacement d de la pièce métallique 4 est égal à la 25 valeur limite dmax. A titre d'exemple illustratif, la valeur limite de déformation dmax est égale à 17 mm, ce qui correspond à une valeur limite de l'intensité de la force de pression exercée Fmax d'environ 125 tonnes dans cet exemple. Ces valeurs sont obtenues par expérience sur un té et une croix d'un 30 Airbus A380. On va décrire en référence à la figure 3, un exemple d'utilisation du dispositif et procédé de suivi de déformation selon l'invention La pièce métallique 4 à déformer ou redresser est une ferrure de jonction de voilure d'un Airbus A380. L'aile 4 est placée et fixée sur deux cales 5, les cales 5 étant situées à une distance L entre elles. Une valeur représentative de la distance L peut être de 300 mm. Un vérin 1 est situé au dessus de l'aile 4 de sorte qu'une force de pression F est appliquée dans la direction verticale et perpendiculaire à l'aile 4 sur une zone d'application pouvant être située sensiblement à mi-distance des cales 5. A titre d'exemple non limitatif le vérin est un vérin 1 parachute comportant un coulisseau 3 de 370 mm de diamètre. La déformation de l'aile 4 est mesurée par le déplacement d du coulisseau 3 du vérin 1. A titre d'exemple, lorsque le déplacement d a une valeur de 15,8 mm, 15 mm sont liés à la déformation élastique de et 0,8 mm sont liés à la déformation plastique dp pour une force de pression F appliquée d'intensité de 125 tonnes. A titre d'exemple, la force de pression d'intensité de 125 tonnes, représente en réalité 100 tonnes exerçant une force de pression F effective, les 20 25 tonnes restantes correspondant à une marge de sécurité. Evidemment, le vérin 1 peut être situé de sorte que la force de pression F est appliquée sur une zone d'application en dehors de la zone de l'aile 4 située entre les deux cales 5. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées 25 à l'exemple de réalisation décrit précédemment sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le dispositif et le procédé décrits de suivi de déformation d'une pièce métallique peuvent être utilisés pour des opérations de formage en plus des opérations de redressage. En outre, le dispositif de suivi de déformation peut être connecté à 30 plusieurs vérins. Les vérins peuvent être connectés en réseau ou peuvent être indépendants entre eux. REVENDICATIONS 1. Procédé de suivi de déformation d'une pièce métallique (4) soumise à une force de pression (F), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mesure du déplacement (d) de la pièce métallique (4) au niveau d'une zone de déformation ; - mesure de l'intensité de la force de pression exercée (F) sur une zone d'application de ladite force de pression (F) ; - calcul au cours d'une première période de l'opération de déformation du rapport constant (a) entre l'intensité de la force de pression (F) et le déplacement (d) de la pièce métallique (4) ; et -détermination au cours d'une seconde période de l'opération de déformation à partir dudit rapport constant (a) et du déplacement (d) mesuré pendant ladite seconde période de l'opération de déformation, d'une valeur de déplacement liée à une déformation élastique (de) de la pièce métallique (4) et d'une valeur de déplacement liée à une déformation plastique (dp) de la pièce métallique (4). 2. Procédé de suivi de déformation conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - détermination de la fin de ladite première période de l'opération de déformation lorsque le rapport (a) calculé entre l'intensité de la force de pression (F) et le déplacement (d) de la pièce métallique (4) n'est plus constant ;et -émission d'un signal d'alerte à destination d'un opérateur adapté à indiquer le début d'une déformation plastique de la pièce métallique. 3. Procédé de suivi de déformation conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes :-acquisition d'une valeur de consigne de déformation permanente (dp') de la pièce métallique (4) ; - comparaison de ladite valeur de déplacement liée à une déformation plastique (dp) de la pièce métallique (4) avec ladite valeur de 5 consigne de déformation permanente (dp') ; et - arrêt de l'opération de déformation lorsque ladite valeur de déplacement liée à une déformation plastique (dp) de la pièce métallique (4) est égale à ladite valeur de consigne de déformation permanente (dp'). 4. Procédé de suivi de déformation conforme à l'une des 10 revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : -acquisition d'une valeur limite de déformation (dmax) de la pièce métallique (4) ; - comparaison du déplacement (d) mesuré de la pièce métallique 15 (4) avec ladite valeur limite (dmax); et - arrêt de l'opération de déformation lorsque ledit déplacement (d) de la pièce métallique est égal à ladite valeur limite (dmax). 5. Dispositif de suivi de déformation (10) d'une pièce métallique (4) soumise à une force de pression (F), caractérisé en ce qu'il comprend : 20 - des moyens de mesure du déplacement (11) de la pièce métallique au niveau d'une zone de déformation ; - des moyens de mesure de l'intensité (12) de la force de pression (F) exercée sur une zone d'application de ladite force de pression (F) ; - des moyens de calcul (13) au cours d'une première période de 25 l'opération de déformation du rapport constant (a) entre l'intensité de la force de pression (F) et le déplacement (d) de la pièce métallique (4) ; et - des moyens de détermination (13) au cours d'une seconde période de l'opération de déformation, à partir dudit rapport constant (a) et du déplacement (d) mesuré pendant ladite seconde période de l'opération de 30 déformation, d'une valeur de déplacement liée à une déformation élastique (de) de la pièce métallique (4) et d'une valeur de déplacement liée à une déformation plastique (dp) de la pièce métallique (4). 6. Dispositif de suivi de déformation (10) conforme à la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'émission d'un signal d'alerte (19, 20) à destination d'un opérateur adapté à indiquer le début d'une déformation plastique de la pièce métallique (4). 7. Dispositif de suivi de déformation (10) conforme à l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'arrêt automatique de l'opération de déformation lorsque la valeur de déplacement liée à une déformation plastique (do) de la pièce métallique (4) est égale à une valeur de consigne de déformation permanente (dp') ou lorsque le déplacement (d) de la pièce métallique (4) est égal à une valeur limite(dmax)• 8. Outil de redressage ou de formage d'une pièce métallique (4), comprenant un vérin (1) adapté à exercer une force de pression (F) sur une zone de la pièce métallique, caractérisé en ce qu'il est associé à un dispositif de suivi de déformation (10) conforme à l'une des revendications 5 à 7. 9. Utilisation du procédé de suivi de déformation d'une pièce métallique conforme à l'une des revendications 1 à 4 pour le redressage ou le formage de ladite pièce métallique (4). 10. Utilisation du procédé de suivi de déformation conforme à l'une de revendications 1 à 4 pour le redressage d'une pièce métallique (4) de la structure d'un aéronef.