Brevet FR2957144A1 — publié le 20110909

Le domaine de la présente invention est celui de la métrologie et en particulier celui de la mesure des dimensions et des directions principales des arêtes de pièces de forme complexe, telles qu'une aube de turbine. Les aubes de turbine des turbomachines sont constituées par une pale montée sur un pied, la pale étant destinée à être placée dans le flux des gaz pour produire un travail et le pied servant de moyen de retenue à l'aube au cours de la rotation de la turbomachine. Ces aubes sont réalisées en général en fonderie pour donner une forme très précise à la pale, le pied étant soit issu directement de fonderie soit, le plus souvent, usiné après coup pour lui donner la forme voulue. Comme le positionnement de la pale dans le flux de gaz doit respecter une orientation donnée il importe que le positionnement de cette pale par rapport au pied soit connu avec une grande précision, en particulier pour déterminer si une aube en sortie de la chaîne de production respecte les critères dimensionnels prédéfinis ou bien si elle doit être rebutée. Une des tâches à réaliser par le contrôle qualité de l'usine de production est donc de vérifier le positionnement relatif de la pale et du pied. Le pied ayant généralement une forme plus simple à appréhender, c'est son positionnement qui est mesuré par rapport à celui de la pale. Pour cela la pale est placée dans un outillage, formant un repère de référence, sur lequel sont définis six emplacements qui servent de points de support à six points de la pale judicieusement choisis et identifiés par des marques lors de la fonderie. Dans l'art antérieur la position et l'orientation du pied sont matérialisées lors du contrôle dimensionnel par deux tiges cylindriques rectilignes, dénommées piges, qui sont appuyées contre des parties saillantes du pied, comme cela est représenté sur la figure 1. Ces parties saillantes sont constituées par les flancs actifs du bulbe formant le pied, c'est-à-dire les surfaces qui prennent appui sur le disque de turbine pour retenir l'aube en fonctionnement, et par des becquets qui forment des points d'appui pour l'aube sur le disque de turbine lorsque celui-ci est à l'arrêt. Cette configuration permet, en mesurant la position de 8 points sur les piges, de connaître très précisément le positionnement du pied de l'aube par rapport aux six points de référence de la pale et donc de 2 déterminer si l'aube entre ou pas dans les tolérances de fabrication quant à la forme de son pied. Un des inconvénients rencontrés est que la mesure du positionnement repose sur l'appui des piges sur les parties saillantes du pied de l'aube et, en particulier, que la position des becquets n'est obtenue qu'avec une tolérance relativement large lors de la fabrication de l'aube. Cette tolérance entraîne ipso facto une incertitude sur la mesure de positionnement du pied, sans qu'elle corresponde à une incertitude réelle sur le positionnement du pied en position sur le disque de turbine et donc sans que cela corresponde à une incertitude sur le positionnement effectif de la pale de l'aube par rapport au flux des gaz dans la turbomachine. L'utilisation des piges, qui courent sur toute la longueur du pied, entraîne une seconde incertitude de positionnement qui est liée aux défauts de linéarité ou de planéité des flancs actifs. De plus les moyens actuellement utilisés, tels que les piges, ne permettent pas une reproduction fidèle des mesures lorsqu'on se déplace d'un laboratoire de métrologie à un autre, des essais comparatifs ayant montré des incertitudes complémentaires résultant de la différence des outils utilisés et des gammes de mesure entre deux laboratoires. Il ya donc un besoin d'améliorer la méthode et les moyens de mesure du positionnement du pied des aubes par rapport à leur pale. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un outillage pour la mesure du positionnement du pied d'une aube qui ne comporte pas au moins certains des inconvénients de l'art antérieur et, en particulier, qui ne soit pas sensible aux tolérances de fabrication sur les points saillants du pied et qui permette des mesures reproductibles dans divers lieux de mesure. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour le contrôle du positionnement du pied d'une aube d'une turbomachine par rapport à un référentiel de six points attachés à la pale de ladite aube, ledit pied comportant un bulbe doté de flancs actifs pour le maintien de l'aube sur un des disques de la turbomachine, ledit dispositif comportant au moins deux organes de référencement dudit positionnement aptes, chacun, à venir en appui contre un des flancs actifs du pied, l'un et l'autre étant situés de part et d'autre dudit pied, caractérisé en ce que lesdits organes de référencement sont rigidement liés à au moins deux moyens de fixation dudit dispositif sur le bulbe, lesdits moyens étant reliés l'un à l'autre par un moyen de liaison articulé comportant au moins trois degrés de liberté. La possibilité pour les deux moyens de fixation de disposer de trois degrés de liberté permet qu'ils soient en contact franc avec les deux flancs actifs du bulbe du pied, même si ceux-ci ne sont pas rigoureusement parallèles ou ne sont pas à la même hauteur par rapport à la table de mesure. Avantageusement chacun desdits deux moyens de fixation est constitué par deux zones de contact conformées de façon que leurs points d'appui sur le flanc actif du pied soient alignés le long d'une génératrice dudit pied. Le fait de n'établir un contact entre les moyens de fixation et les flancs actifs du bulbe qu'en deux zones permet de s'affranchir du cas où les flancs actifs ne sont pas parfaitement rectilignes. De façon préférentielle la courbure desdites zones de contact est la même que celle des surfaces du flanc actif avec lesquelles elles coopèrent. On obtient ainsi un ajustement parfait des moyens de fixation avec les flancs actifs et une plus grande précision dans le positionnement de l'outillage de contrôle sur le bulbe du pied. Il en résulte une meilleure précision dans la mesure du positionnement du pied. Préférentiellement deux des trois degrés de liberté sont des rotations autour respectivement d'un axe orienté, après fixation dudit dispositif, selon l'axe longitudinal du pied de l'aube et d'un axe orienté, après fixation dudit dispositif, selon l'axe longitudinal de l'aube. Ces deux rotations permettent un positionnement de l'outillage avec la même hauteur pour les deux moyens de fixation sur le bulbe, même si les flancs actifs ne sont pas parallèles. De façon plus préférentielle le troisième degré de liberté est une translation selon une direction orientée, après fixation dudit dispositif, perpendiculairement au plan médian du pied de l'aube. Dans un mode particulier de réalisation le moyen de liaison comporte une rotule reliée rigidement à un des moyens de fixation, le 4 second moyen de fixation étant relié rigidement à l'enveloppe de ladite rotule. Cette configuration du moyen de liaison donne toute latitude pour ajuster les zones de contact de l'outillage sur les flancs actifs du 5 bulbe. Avantageusement le dispositif comprend en outre un moyen d'éloignement en translation desdits moyens de fixation l'un de l'autre, porté par la rotule ou par l'enveloppe de celle-ci. De façon préférentielle le dispositif comprend en outre un 10 moyen de retenue longitudinale du pied de l'aube, conformé pour former, après fixation dudit dispositif, une butée orientée selon l'axe longitudinal du pied de l'aube. De façon encore plus préférentielle le dispositif comprend en outre un moyen de retenue verticale du pied de l'aube, conformé pour 15 former, après fixation dudit dispositif, une butée pour le plat frein du pied. Dans un mode particulier de réalisation lesdits organes de référencement sont des calibres cylindriques s'étendant desdits deux moyens de fixation selon une direction orientée, après fixation dudit 20 dispositif, selon l'axe longitudinal du pied de l'aube. L'invention porte également sur une aube d'une turbomachine sur laquelle est fixé un dispositif tel que décrit ci-dessus. L' invention sera mieux comprise, et d' autres buts, détails, 25 caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : 30 - la figure 1 est une vue en perspective d'un outillage de mesure du positionnement d'un pied d'aube, selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un outillage de mesure du positionnement d'un pied d'aube, selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un outillage de mesure du positionnement d'un pied d'aube, selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue en perspective, de face, d'un outillage 5 de mesure selon un mode de réalisation de l'invention, en position sur un pied d'aube ; - la figure 5 est une vue en perspective, de dos, d'un outillage de mesure selon un mode de réalisation de l'invention, en position sur un pied d'aube. 10 En se référant à la figure 1, on voit un outillage de mesure tel qu'il est utilisé dans l'art antérieur, en position sur le pied d'une aube de turbine 1. L'aube 1 comporte une pale 2 montée sur un pied 3, la pale 2 s'étendant entre un bord d'attaque 4 et un bord de fuite 5. Le pied 3 15 comporte, entre la pale 2 et le pied 3, une plateforme 6 sous laquelle s'étend longitudinalement un bulbe 7, orienté sensiblement parallèlement à la ligne allant du bord d'attaque 4 au bord de fuite 5. Deux becquets 8 s'étendent de la plateforme 6 en direction du bas, du côté extrados comme du côté intrados de l'aube, pour former un double point d'appui 20 pour l'aube sur le disque de turbine lorsque celle-ci est montée sur une turbomachine. Dans l'art antérieur le positionnement du pied 3 de l'aube est référencé par deux piges, une pige intrados 101 et une pige extrados 102 qui sont, chacune, appuyées contre, d'une part, les flancs actifs du bulbe 25 7 et, d'autre part, sur les deux becquets 8 placés respectivement du côté de l'intrados et de l'extrados de l'aube 1. La position du pied est alors déterminée par la position et la direction des deux piges, et étant, pour chacune, mesurée à l'aide de comparateurs, référencés 110 pour l'intrados et 120 pour l'extrados sur la figure 1. Un comparateur est un 30 appareil de mesure de longueur, utilisé couramment en métrologie, qui n'indique pas une mesure absolue mais une mesure relative par rapport à un point de référence. La position de chacune des piges est déterminée par quatre points de mesure, deux étant pris horizontalement, c'est-à-dire dans un plan sensiblement parallèle à la plateforme 6, et deux pris 35 verticalement, c'est-à-dire selon la direction principale de la pale 2. Les figures 2 et 3 montrent, en coupe médiane et en perspective, un outillage de mesure du positionnement d'un pied d'aube selon l'invention. Il est constitué de deux parties reliées par une articulation du type rotule. Un première partie, ou mors fixe, comprend un mors proprement dit 10, de forme sensiblement cubique duquel s'étendent deux dents 11 destinées à venir en contact avec le bulbe 7 d'une aube de turbine 1. Les deux dents s'étendent vers l'intérieur de l'outillage de mesure, et sont alignées selon une direction parallèle à celle du bulbe 7 du pied 3. A la différence de l'art antérieur les dents 11 et 12 ne prennent appui que par deux surfaces planes, de faible largeur, contre les faces latérales, ou plans actifs, du bulbe 7 alors que les piges 101 et 102 s'appuyaient sur toute la longueur de ce bulbe. On s'affranchit donc, d'une part, des becquets 8 et de leur positionnement incertain et, d'autre part, des irrégularités portant sur la linéarité des plans actifs du bulbe 7. A la partie inférieure du mors fixe 10 on voit un mât de support 12, qui porte le mors et s'appuie sur un tube cylindrique 13 porteur lui-même de l'enveloppe 15 d'une rotule 16. De façon préférentielle le tube cylindrique comporte une vis de serrage 14 qui permet de rendre solidaire le tube cylindrique 13 de l'enveloppe de la rotule. Symétrique du mors fixe 10 par rapport à un plan (qui sera, après montage, le plan médian de l'aube), on voit un mors mobile 20 comportant des éléments analogues, à savoir deux dents 21, un mât de support 22 et un tube cylindrique 23 qui porte la rotule 16. Le tube cylindrique 23 du mors mobile comporte lui aussi une vis de réglage 24 qui permet de rapprocher ou d'éloigner le mors mobile 20 de la rotule 16 et ainsi de régler l'écartement entre les dents fixes 11 et les dents mobiles 21 des deux mors. Ce réglage est, ici, utilisé lors du montage de l'outillage sur l'aube à contrôler, comme cela sera expliqué plus loin, le réglage de la vis de serrage 14 du mors fixe 10 n'étant pas modifiée au cours de ce contrôle. Sur l'enveloppe 15 de la rotule sont positionnés verticalement deux éléments, une butée basse 17, à la partie supérieure, qui est repoussée vers le haut par un ressort (non représenté) et, à la partie inférieure, une vis de blocage 18 qui a pour fonction de serrer la rotule pour l'immobiliser une fois que l'outillage est correctement positionné sur le pied de l'aube à contrôler. La butée basse 17 a la forme d'un piston 7 et coulisse dans un cylindre porté par l'enveloppe 15 de la rotule 16, contre le fond duquel le ressort s'appuie ; elle est bloquée en extension par une seconde butée (non représentée) qui l'empêche de sortir du cylindre lorsqu'elle n'est pas appuyée contre un pied d'aube. La butée basse 17 a pour fonction de venir en appui contre le plat frein de l'aube, c'est-à-dire contre la partie plane de l'aube 1 qui forme le dessous du bulbe 7, et ainsi, grâce à son ressort, de repousser l'aube 1 vers le haut ; ce faisant elle assure l'appui du bulbe 7 contre les dents 11 et 21 de l'outillage de contrôle. Les mors fixe 10 et mobile 20 sont porteur chacun d'un calibre, référencés respectivement 31 et 32, qui s'étendent transversalement par rapport aux cubes des mors et sensiblement parallèlement à l'alignement de leurs dents 11 et 12. Ces calibres, qui ne sont, en fait, que des piges montées à demeure sur l'outillage, ont la même fonction que les piges 101 et 102 de l'art antérieur. Ils sont par contre rigidement liés aux mors 10 et 20 de l'outillage et non pas mis en appui contre des parties saillantes du pied 3 de l'aube. Les mesures de positionnement faites par des comparateurs sont ainsi prises sur ces calibres, de la même façon que précédemment, les calibres reflétant la position du pied par l'intermédiaire de la position donnée à l'outillage de contrôle. Enfin le mors fixe 10 comporte une butée arrière 19 qui s'étend dans un plan perpendiculaire aux calibres 31 et 32 et qui a pour fonction de fournir une butée en translation au pied 3 de l'aube lors de la mise en place de l'outillage de contrôle. Cette butée arrière à la forme d'une palette plane qui est positionnée dans le prolongement de la face arrière du cube formant le mors fixe 10 et qui peut être entraînée en rotation contre le plan arrière du cube pour se retrouver en face du bulbe 7 du pied 3. Sur les figures 4 et 5 on voit, respectivement de face et de dos, un outillage de contrôle en position sur le pied 3 d'une aube 1. Le pied 3 est bloqué dans l'outillage de contrôle entre les dents 11 et 21 des mors fixe et mobile pour la partie supérieure du bulbe 7, par la butée basse 17 qui appuie sur son plat frein et par la butée arrière 19 qui coopère avec l'extrémité longitudinale du bulbe 7. L'outillage étant ainsi en contact avec six points du pied 3 de l'aube, sa position par rapport à celui-ci est parfaitement définie. Les mesures qui seront faites à l'aide des 8 comparateurs 110 et 120 sur les calibres 31 et 32 seront ainsi parfaitement représentatives de la position du pied par rapport à la référence qui est prise pour effectuer le contrôle de son positionnement, c'est-à-dire in fine par rapport à la pale. On va maintenant décrire la mise en place d'un outillage de contrôle selon l'invention sur le pied d'une aube de turbine, telle par exemple qu'une aube de turbine basse pression dont le pied ne comporte qu'un bulbe simple de forme convexe. Le montage serait analogue si le pied de l'aube comportait plusieurs arêtes, comme dans le cas d'un pied à profil en sapin. L'opérateur commence par prendre un outillage de contrôle adapté au type d'aube qu'il veut contrôler (turbine haute ou basse pression, premier ou second étage de la turbine ...), c'est-à-dire un outillage tel que le centre de la rotule 16 se trouvera, après son montage sur l'aube, sensiblement dans le plan de symétrie de l'outillage. Il installe alors les dents 11 du mors fixe contre un des plans actif du pied 3 de l'aube 1, en l'occurrence le côté intrados comme illustré sur les figures. On remarquera à cette occasion que les dents 11 et 12 des mors fixe et mobile présentent la forme d'un plan incliné par rapport aux faces du cube ou d'une génératrice orientée parallèlement à une de ses faces et que l'inclinaison de ce plan ou l'orientation de cette génératrice est sensiblement la même que celle que présente le plan actif du bulbe 7. On obtient ainsi une bonne coopération entre les appuis du mors et ceux du bulbe, ce qui génère un contact de bonne qualité tout en restant un contact glissant pour permettre la mise en place d'un contact franc au niveau des autres points de liaison entre le pied de l'aube 3 et l'outillage de contrôle. En second lieu l'opérateur déplace le pied 3 de l'aube par 30 rapport aux dents 11 jusqu'à ce que la face latérale du bulbe 7 vienne en appui contre la butée arrière 19 de l'outillage. La vis de blocage 18 de la rotule 16 étant dévissée, l'opérateur amène le mors mobile 20 au contact du plan actif restée libre du bulbe 7, c'est à dire ici du côté extrados. Il recherche alors, par tâtonnement en 35 jouant sur la vis de réglage mobile 24, la position de cette vis qui donne, à la fois, un contact franc sur les deux dents 21 du mors mobile et une 9 position dans l'espace du mors mobile 20 qui soit sensiblement symétrique de celle du mors fixe 10. Ce contact franc se vérifie au fait que les plans de chacune des dents 11 et 21 sont bien parallèles aux flancs actifs du bulbe 7. Une fois que cette configuration est obtenue, l'opérateur serre la vis de blocage 18 de la rotule 16, ce qui verrouille l'outillage de contrôle sur le pied 3 de l'aube 1. Une des améliorations apportée par rapport à l'art antérieur est ainsi que l'outillage de mesure ne s'appuie que sur les flancs actifs du bulbe 7, qui participent directement au positionnement de l'aube sur le disque de turbine en fonctionnement, alors qu'il est maintenant totalement indépendant des becquets 8, qui, eux, ne participent pas au positionnement de l'aube lors de son fonctionnement sur turbomachine. Le résultat des mesures effectuées est donc indépendant de la tolérance de fabrication des becquets. L'opérateur dépose alors l'ensemble constitué par l'aube et son outillage de contrôle sur un bâti de mesure, en alignant les six points de référence de l'aube avec les six points de référence du bâti. Il peut ensuite déterminer la position des calibres 31 et 32 en mesurant pour chacun d'eux et pour chacune de leurs extrémités, sa position latérale et sa hauteur, exprimées par rapport à une référence de la table de mesure. En comparant les diverses mesures effectuées il est possible de connaître la perpendicularité du bulbe 7 par rapport aux six points de référence de l'aube 1, la hauteur et la largeur de ce bulbe 7, la conicité des flancs actifs, et la position et l'orientation du plan de symétrie du bulbe 7. Toutes ces mesures sont obtenues, sans augmentation notable du temps nécessaire à effectuer la mesure et avec une précision plus grande que celle obtenue dans l'art antérieur, principalement du fait de l'affranchissement obtenu sur les tolérances existant quant à la position des becquets 8. On remarque que ce type d'outillage peut s'adapter à tout type d'aube, que ce soient des aubes de turbine haute ou basse pression, des aubes de compresseur et même des aubes de soufflante, puisqu'il ne nécessite que la présence de flancs actifs, ce qui est le cas très général pour des aubes des turbomachines. 10 Ce même outillage peut être également utilisé pour s'affranchir des défauts de planéité du plat frein lorsqu'on effectue des contrôles avec l'aube posée sur un support plan, par exemple pour un contrôle avec projection de profil. L'aube est alors équipée d'un outillage selon l'invention et c'est l'outillage qui est posé sur la table de contrôle, moyennant toutefois un support approprié pour reprendre le poids de l'aube équipée de son outillage sur les calibres 31 et 32. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.15 REVENDICATIONS1. Dispositif pour le contrôle du positionnement du pied (3) d'une aube (1) d'une turbomachine par rapport à un référentiel de six points attachés à la pale (2) de ladite aube, ledit pied comportant un bulbe (7) doté de flancs actifs pour le maintien de l'aube (1) sur un des disques de la turbomachine, ledit dispositif comportant au moins deux organes de référencement dudit positionnement aptes, chacun, à venir en appui contre un des flancs actifs du pied (3), l'un et l'autre étant situés de part et d'autre dudit pied, caractérisé en ce que lesdits organes de référencement (31, 32) sont rigidement liés à au moins deux moyens de fixation (11, 21) dudit dispositif sur le bulbe (7), lesdits moyens étant reliés l'un à l'autre par un moyen de liaison articulé (16) comportant au moins trois degrés de liberté. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel chacun desdits deux moyens de fixation (11, 21) est constitué par deux zones de contact conformées de façon que leur points d'appui sur le flanc actif du pied (3) soient alignés le long d'une génératrice dudit pied. 3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel la courbure desdites zones de contact est la même que celle des surfaces du flanc actif avec lesquelles elles coopèrent. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel deux des trois degrés de liberté sont des rotations autour respectivement d'un axe orienté, après fixation dudit dispositif, selon l'axe longitudinal du pied (3) de l'aube et d'un axe orienté, après fixation dudit dispositif, selon l'axe longitudinal de l'aube. 5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel le troisième degré de liberté est une translation selon une direction orientée, après fixation dudit dispositif, perpendiculairement au plan médian du pied (3) de l'aube. 6. Dispositif selon la revendication 4 dans laquelle le moyen de liaison comporte une rotule (16) reliée rigidement à un des moyens de fixation (21), le second moyen de fixation (11) étant relié rigidement à l'enveloppe (15) de ladite rotule. 12 7. Dispositif selon les revendications 5 et 6 en combinaison comprenant en outre un moyen d'éloignement en translation (24) desdits moyens de fixation (11, 21) l'un de l'autre, porté par la rotule (16) ou par l'enveloppe (15) de celle-ci. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7 comprenant en outre un moyen de retenue longitudinale (19) du pied (3) de l'aube (1), conformé pour former, après fixation dudit dispositif, une butée orientée selon l'axe longitudinal du pied (3) de l'aube. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8 comprenant en outre un moyen de retenue verticale (17) du pied (3) de l'aube (1), conformé pour former, après fixation dudit dispositif, une butée pour le plat frein du pied (3). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel lesdits organes de référencement sont des calibres cylindriques (31, 32) s'étendant desdits deux moyens de fixation (11, 21) selon une direction orientée, après fixation dudit dispositif, selon l'axe longitudinal du pied (3) de l'aube. 11. Aube d'une turbomachine sur laquelle est fixé un dispositif selon l'une des revendications 1 à 10.