Brevet FR2943265A1 — publié le 20100924

Procédé de contreperçage d'au moins un trou non apparent et dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé L'invention concerne un procédé de contreperçage d'un trou non apparent en vue de l'assemblage de panneaux métalliques ou composites ou encore d'une pièce métallique telle qu'une tôle métallique et d'une pièce en matériau composite telle qu'un panneau à structure sandwich. L'invention trouve plus particulièrement des applications dans les domaines aéronautique, aérospatial, ferroviaire ou encore automobile. Il est connu de pratiquer des usinages sur des ensembles panneau composite/panneau composite ou encore panneau composite/tôle métallique pour réaliser des assemblages de ces ensembles par boulonnage ou rivetage par exemple. Or, l'usinage de tels ensembles implique l'usinage de matériaux différents, parfois en même temps pour les panneaux composites, la résine ou le plastique étant plutôt mous et les fibres souvent plus dures. Dans le cas des panneaux composites, l'opération d'usinage peut impliquer des endommagements aux abords de la zone usinée tels que l'arrachement de fibres, un délaminage apparent (arrachement de couche) ou interne (dissociation entre deux couches du matériau), une dégradation liée à un échauffement trop important, ... Il peut ainsi être nécessaire lors de l'usinage de soutenir la face arrière 20 du panneau composite sur un support lors du débouché de l'outil coupant afin d'éviter toute détérioration du panneau. Alternativement, on peut également contrepercer à partir de la face arrière du panneau à condition de pouvoir faire correspondre précisément l'axe de contreperçage avec celui du premier perçage non débouchant. Il est donc nécessaire non seulement de localiser le trou mais également son centre afin de pouvoir contrepercer correctement (perpendicularité et position). Or, on constate qu'il est très difficile de localiser avec précision un trou déjà percé lorsque ce trou est masqué par une deuxième paroi, c'est-à-dire lorsque ce trou est non apparent. A défaut de détecter précisément le trou non apparent, il pourrait être envisagé de détecter les bords de la paroi puisque la contrainte principale est de respecter une distance minimale entre le trou et le bord de la paroi pour assurer une bonne tenue en fatigue. Toutefois, là aussi, la localisation du bord de la pièce est difficile puisque ce bord est masqué par une deuxième paroi. Par ailleurs, certaines configurations des pièces à assembler peuvent rendre ces opérations d'assemblage encore plus délicates et coûteuses en temps. Cela peut être notamment le cas lorsqu'il existe un jeu entre les pièces à assembler après superposition de celles-ci. A titre purement illustratif, ce jeu peut découler d'une forme particulière de la pièce comportant l'avant-trou, celle-ci ayant une forme courbe alors que la pièce à contrepercer est sensiblement plane. Dans certains cas, lorsque la position des avant-trous est connue de façon théorique, le contreperçage peut alors se faire par la face non percée. Cependant, il existe toujours un risque de décalage entre la position réelle et théorique de ces trous. Ce décalage peut alors conduire à une reprise des pièces ainsi assemblées pour non-conformité, ce qui résulte en un surcroît de travail pour les opérateurs et des coûts supplémentaires. Ce décalage peut également être tel qu'il est nécessaire de mettre au rebut les ensembles défectueux. On connaît différents équipements de contrôle de produits tels que des installations de contrôle par thermographie infrarouge ou encore par détection d'un champ magnétique d'intensité variable au moyen d'un ensemble de capteurs à effet Hall mobile. Dans le cas de la thermographie infrarouge qui consiste à réaliser un relevé thermique de la structure inspectée à l'aide d'une caméra sensible aux radiations infrarouges, la précision de la détection dépend de l'exposition de la structure ainsi inspectée à une source de chaleur suffisante. Le temps de détection des trous et de leur axe peut en conséquence s'avérer plus ou moins long en fonction de leur nombre à relever. Or, pour être économiquement viable, il est nécessaire de pouvoir procéder à des mesures rapides dans une ambiance d'atelier ce qui rend cette technique peu adaptée. De plus, la subjectivité de l'opérateur peut engendrer un décalage entre l'interprétation donnée par celui-ci de la position de l'axe de chaque trou détecté et leur position réelle. Quant à la technique de détection d'un champ magnétique d'intensité variable au moyen d'un ensemble de capteurs à effet Hall mobile, connue sous le nom HALOSENSOR, marque déposée, cette dernière présente l'inconvénient majeur de requérir l'accès au trou caché pour y placer un aimant et créer ainsi un champ magnétique puissant qui sera détecté par la face extérieure de la structure à contrepercer. L'objectif de la présente invention est donc de proposer un procédé de contreperçage d'un trou non apparent, simple dans sa conception et dans son mode opératoire, rapide et précis, et permettant l'assemblage de panneaux ou de structures métalliques, de panneaux composites ou encore d'une pièce métallique telle qu'une tôle métallique et d'une pièce en matériau composite telle qu'un panneau à structure sandwich. Un autre objet de la présente invention est un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé de contreperçage simple pour réaliser des mesures rapides en atelier. A cet effet, l'invention concerne un procédé de contreperçage d'une structure complexe dans laquelle au moins deux panneaux sont en contact par une de leurs faces, un premier panneau étant plein dans la zone où doit être réalisé le perçage, un deuxième panneau comportant un trou dans la zone où doit être réalisé le perçage, dans lequel dit procédé on contreperce la structure depuis une face externe visible du premier panneau. Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes successives suivantes : - détermination de la position dudit trou du deuxième panneau par un procédé de visualisation magnéto-optique dans lequel on vient positionner à proximité de la surface externe de ce premier panneau des moyens pour générer au moins deux ondes excitatrices destinées à produire un champ magnétique excitateur dans une zone d'observation du premier panneau et des moyens pour mesurer le champ magnétique résultant dans ladite zone d'observation de ce premier panneau, cette étape de détermination comprenant au moins la détermination de la position du centre du trou par la mesure du champ magnétique résultant, et - perçage du premier panneau depuis la face externe du premier panneau le long d'un axe passant par le centre ainsi déterminé. Ce trou est par exemple un avant-trou. A titre purement illustratif, la structure complexe peut comporter un premier panneau plein, un deuxième panneau comportant au moins un trou et un troisième panneau plein, le deuxième panneau étant entouré par les premier et troisième panneaux. De préférence, cet axe est l'axe principal dudit trou de sorte que ledit axe est perpendiculaire à la surface externe de ce trou en son centre. Le champ magnétique résultant est le champ magnétique engendré par le matériau cible, c'est-à-dire le premier panneau, suite à la génération d'un champ magnétique excitateur dans le premier panneau. Ce procédé de visualisation magnéto-optique permet avantageusement de visualiser des trous masqués dans une structure métallique par des parois constituées par exemple de matériaux composite carbone epoxyde d'une épaisseur supérieure à 3 mm par exemple. Dans différents modes de réalisation particuliers de ce procédé de contreperçage d'un trou non apparent, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles: - on détermine la position du centre dudit trou suivant une première direction et suivant une deuxième direction non parallèles du premier panneau à percer, - on détermine la position du centre dudit trou dans un système de coordonnées défini par deux directions perpendiculaires du premier panneau à percer, - le procédé de visualisation magnéto-optique est un procédé d'imagerie à courant de Foucault, - on place à proximité de ladite surface externe du premier panneau un imageur permettant de mesurer un champ magnétique de surface sous la forme d'images, on génère un champ magnétique excitateur global sur la totalité d'une zone d'observation dudit premier panneau, on mesure en surface le champ magnétique résultant sous la forme d'images et on traite lesdites images pour déterminer l'emplacement dudit trou, - le champ magnétique excitateur global étant généré par un dispositif d'induction à courant de Foucault uni-axial, on détermine lesdites deux directions par rotation dudit imageur d'un angle égal à l'angle formé par lesdites deux directions, - lors de l'étape de traitement, on détecte automatiquement les valeurs extrêmes ou les passages à la valeur zéro de chaque image pour déterminer la position du centre dudit trou, - après détermination de la position du centre dudit trou dans le référentiel associé audit imageur, on détermine ladite position dans le référentiel lié à l'outil de perçage au moyen d'une unité de calcul, on envoie des signaux de positionnement et de commande de perçage pour percer ledit premier panneau au moyen d'un outil de perçage. L'invention concerne encore un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit précédemment en vue du contreperçage d'au moins un trou non apparent. Selon l'invention, ce dispositif comporte un ensemble de mesure et un ensemble de perçage qui sont adaptés pour être portés et déplacés par l'extrémité d'un robot, l'ensemble de mesure comprenant au moins un dispositif d'induction à courant de Foucault, un imageur magnéto-optique, une unité de calcul pour traiter les images acquises par ledit imageur, l'unité de calcul étant de plus reliée à un support d'enregistrement comprenant au moins un fichier d'informations préalablement enregistré sur ce support d'enregistrement pour définir une zone d'observation sur la surface externe dudit premier panneau masquant ledit au moins un trou à contrepercer. L'unité de calcul peut comporter un moyen d'enregistrement pour enregistrer au moins un ensemble d'informations relatives au sous-ensemble à usiner (c'est-à-dire, premier panneau et deuxième panneau comportant le ou les trous non apparents pour le perçage) dans un premier fichier sur le support d'enregistrement. Ces informations peuvent déterminer la nature de ce sous-ensemble, par exemple panneau composite/structure métallique, un positionnement approximatif du ou desdits trous non apparents pour le sous- ensemble considéré, le type et la vitesse de rotation du foret recommandés en fonction de la profondeur de perçage atteinte dans la paroi pleine pour le sous-ensemble considéré, ... Ce support d'enregistrement peut encore comporter un ensemble de fichiers préalablement enregistrés. De manière générale, le fonctionnement de l'ensemble de mesure repose sur la combinaison d'un dispositif d'induction à courant de Foucault avec un imageur magnéto-optique linéaire exploité en modulation de lumière pour imager la distribution du champ magnétique résultant à la surface du premier panneau inspecté, ce premier panneau étant plein dans la zone où doit être réalisé le perçage. Dans un mode de réalisation particulier, la zone d'observation de cet imageur magnéto-optique est de l'ordre de 60 mm de diamètre. Avantageusement, l'ensemble de mesure et l'ensemble de perçage sont montés sur une platine rotative placée à l'extrémité du robot en étant disposés symétriquement par rapport au centre de cette platine rotative. Ainsi une simple rotation de la platine de 180° permet de placer l'outil de perçage dans la position d'inspection de l'ensemble de mesure. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement de profil un dispositif pour contrepercer au moins un trou non apparent sur une pièce selon un mode de réalisation particulier de l'invention; - la figure 2 est une vue partielle et élargie de l'ensemble de mesure de la Figure 1; La Figure 1 montre schématiquement un dispositif de contreperçage d'au moins un trou non apparent selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Ce dispositif comporte un ensemble de mesure 1 et un ensemble de perçage (non représenté) qui sont adaptés pour être portés et déplacés par l'extrémité terminale d'un bras articulé 2. Ce bras articulé 2 comporte au moins un segment articulé 3 et de préférence, plusieurs segments articulés 3-5 les uns par rapport de sorte que les ensembles de mesure et de perçage peuvent être déplacés dans un espace à trois dimensions X, Y et Z et être orientés selon trois axes de rotation Rx, Ry et Rz. L'ensemble de perçage comprend un porte-outil, un barillet comprenant plusieurs outils et des moyens pour saisir un outil sur le barillet et le positionner sur le porte-outil. Ces outils comprennent, par exemple, différents forets. L'ensemble de mesure 1 comprend un dispositif d'induction à courant de Foucault alimenté par un générateur de courants alternatifs (non représenté), un imageur magnéto-optique synchronisé au dispositif d'induction et une unité de calcul 6 pour traiter les images acquises par cet imageur. Cette unité de calcul 6 comporte par exemple un microprocesseur. L'unité de calcul 6 est de plus reliée à un support d'enregistrement 7 comprenant au moins un fichier d'informations préalablement enregistré sur ce support d'enregistrement pour définir une zone d'observation 8 approximative sur la surface externe visible d'un premier panneau 9 d'une structure complexe, ce premier panneau 9 masquant ledit au moins un trou 10 à contrepercer qui est placé sur un deuxième panneau. Les premier et deuxième panneaux sont en contact par une de leurs faces respectives. Le chargement de ce fichier d'informations permet avantageusement au bras articulé de venir se positionner directement dans la zone du premier panneau 9 masquant le ou les trous 10 à contrepercer. La zone d'observation 8 de l'imageur magnéto-optique permet alors d'englober cette zone et de déterminer la position exacte de ce ou ces trous non apparents 10 avec une grande rapidité de mesure (inférieure typiquement à 10 secondes). Le dispositif d'induction comprend un circuit magnétique (non représenté) constitué d'un premier et d'un deuxième pôles magnétiques permettant de faire circuler un champ uniforme H orienté selon un axe parallèle à la surface externe du premier panneau 9. Ce dispositif d'induction qui a ici une forme de U inversé, fait circuler le champ uniforme H d'un pôle à l'autre grâce à la présence d'une première 11 et d'une deuxième 12 bobines de champ parcourues par des courants alternatifs I délivrés par le générateur de courants alternatifs. L'imageur est ici de type magnéto-optique linéaire et comprend dans le sens de déplacement le long du chemin optique, une tête optique 13, une lentille de focalisation 14, un matériau magnéto-optique 15, un analyseur 16 et des moyens photo-détecteurs 17, 18. La tête optique 13 comporte une source lumineuse, un diffuseur, un réseau de dispersion et un polariseur. La source lumineuse est ici constituée d'une matrice de diodes électroluminescentes. Le faisceau lumineux émis par cette tête optique 13 est sensiblement monochromatique. Le matériau magnéto-optique 15 est ici un grenat magnéto-optique linéaire qui est placé entre la lentille de focalisation 14 et l'analyseur 16 sur le chemin optique. Ce matériau magnéto-optique 15 est placé à proximité de la surface de la zone d'observation 8 du premier panneau 9. L'ensemble polariseur, matériau magnéto-optique 15 et analyseur 16 constitue un modulateur de lumière magnéto-optique. Les moyens photo-détecteurs comprennent un objectif 17 et une caméra CCD 18 numérique associée à une carte d'acquisition vidéo. Le champ magnétique excitateur global est par conséquent généré par un dispositif d'induction à courant de Foucault uni-axial fixe qui permet une grande précision de centrage selon un axe. A titre purement illustratif, la précision sur la mesure du centre du trou est de l'ordre de 0,1 mm, et encore mieux 0,05 mm. Le procédé de visualisation magnéto-optique requiert le positionnement de l'ensemble de mesure 1 par le bras articulé 2 dans la zone d'observation 8 de la surface externe du premier panneau 9. On génère au moyen du dispositif d'induction à courant de Foucault uni-axial un champ magnétique excitateur global H sur la totalité de la zone d'observation 8. Ce dispositif d'induction à courant de Foucault est apte à générer un ensemble d'au moins deux formes d'ondes de champ magnétique excitateur dans le premier panneau 9, chaque forme d'onde distincte étant déterminée par un spectre de fréquence à bande étroite et un angle d'orientation dans le premier panneau 9. On mesure ensuite en surface de la zone d'observation 8 de ce premier panneau 9 le champ magnétique résultant, sous la forme d'une image, chaque image étant associée à une grandeur et à une forme d'onde du champ magnétique excitateur, capté à proximité de plusieurs points de la zone d'observation 8. Afin de déterminer la position du trou non apparent 10, on détermine la position du centre de ce trou suivant une première direction et suivant une deuxième direction non parallèles du premier panneau 9 à percer. On traite donc l'ensemble des images ainsi obtenues par combinaison au moyen du calculateur 6 afin de déterminer la position du centre le long de la direction considérée. Dans un système de coordonnées cartésiennes (X, Y et Z), on détermine les deux directions par rotation de l'imageur magnéto-optique d'un angle égal à l'angle formé par ces deux directions, soit ici 90°.15 REVENDICATIONS1. Procédé de contreperçage d'une structure complexe dans laquelle au moins deux panneaux sont en contact par une de leurs faces, un premier panneau (9) étant plein dans la zone où doit être réalisé le perçage, un deuxième panneau comportant un trou (10) dans la zone où doit être réalisé le perçage, dans lequel dit procédé on contreperce ladite structure depuis une face externe visible dudit premier panneau (9), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - détermination de la position dudit trou (10) dudit deuxième panneau par un procédé de visualisation magnéto-optique dans lequel on vient positionner à proximité de la surface externe dudit premier panneau (9) des moyens pour générer au moins deux ondes excitatrices destinées à produire un champ magnétique excitateur dans une zone d'observation (8) du premier panneau (9) et des moyens pour mesurer le champ magnétique résultant dans ladite zone d'observation (8) dudit premier panneau (9), ladite étape de détermination comprenant au moins la détermination de la position du centre dudit trou (10) par la mesure dudit champ magnétique résultant, et - perçage dudit premier panneau (9) depuis ladite face externe dudit premier panneau (9) le long d'un axe passant par ledit centre ainsi déterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine la position du centre dudit trou (10) suivant une première direction et suivant une deuxième direction non parallèles dudit premier panneau (9). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on détermine la position du centre dudit trou (10) dans un système de coordonnées défini par deux directions perpendiculaires dudit premier panneau (9). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit procédé de visualisation magnéto-optique est un procédé d'imagerie à courant de Foucault. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on place à proximité de ladite surface externe dudit premier panneau (9) un imageur (13-18) permettant de mesurer un champ magnétique de surface sous la forme d'images, on génère un champ magnétique excitateur global sur la totalité d'une zone d'observation (8) dudit premier panneau (9), on mesure ensurface le champ magnétique résultant sous la forme d'images et on traite lesdites images pour déterminer l'emplacement dudit trou (10). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit champ magnétique excitateur global étant généré par un dispositif d'induction à courant de Foucault uni-axial, on détermine lesdites deux directions par rotation dudit imageur d'un angle égal à l'angle formé par lesdites deux directions. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lors de l'étape de traitement, on détecte automatiquement les valeurs extrêmes ou les passages à la valeur zéro de chaque image pour déterminer la position du centre dudit trou (10). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que après détermination de la position du centre dudit trou (10) dans le référentiel associé audit imageur (13-18), on détermine ladite position dans le référentiel lié à l'outil de perçage au moyen d'une unité de calcul (6), on envoie des signaux de positionnement et de commande de perçage pour percer ledit premier panneau (9) au moyen d'un outil de perçage. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en qu'il comporte un ensemble de mesure et un ensemble de perçage qui sont adaptés pour être portés et déplacés par l'extrémité d'un robot (2), ledit ensemble de mesure comprenant au moins un dispositif d'induction à courant de Foucault, un imageur magnéto-optique (13-18), une unité de calcul (6) pour traiter les images acquises par ledit imageur, ladite unité de calcul (6) étant de plus reliée à un support d'enregistrement (7) comprenant au moins un fichier d'informations préalablement enregistré sur ledit support d'enregistrement pour définir une zone d'observation (8) sur la surface externe dudit premier panneau (9) masquant ledit au moins un trou (10) à contrepercer. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit ensemble de mesure et ledit ensemble de perçage sont montés sur une platine rotative placée à l'extrémité dudit robot (2) en étant disposés symétriquement par rapport au centre de ladite platine rotative.