Brevet FR3001032A1 — publié le 20140718

DISPOSITIF DE MESURE DE PROFIL INTERNE D'UN ARBRE CREUX DESCRIPTION Le sujet de l'invention présente est un dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux, qui permet de mesurer les irrégularités de rayon du creux de cet arbre sur des circonférences successives. De telles mesures sont effectuées sur des arbres de rotors de turbomachines, généralement concurremment à des mesures du profil extérieur, de manière à connaître notamment la concentricité des surfaces externe et interne de ces arbres. Certaines difficultés de ces mesures découlent de la nécessité de leur précision et de la grande longueur des arbres. Des capteurs sans contact avec la surface de l'aube sont généralement préférés, afin d'éviter des possibilités d'erreurs dues à des forces de contact et des déformations. L'arbre doit être à un état non déformé, de sorte qu'il est attaché verticalement à un châssis, et les mesures s'effectuent donc en enfonçant progressivement le capteur dans le creux, après l'avoir élevé au-dessus de l'extrémité supérieure de l'arbre. Dans la technique connue, le capteur est accroché à l'extrémité inférieure d'une canne tubulaire, pouvant être en carbone et qu'on fait coulisser dans le creux de l'arbre. II est toutefois difficile de garantir l'absence de déformations de la canne, et donc l'absence d'erreurs de mesure découlant d'une mauvaise position radiale du capteur. Un autre inconvénient qu'on rencontre est que la canne doit être au moins aussi longue que l'arbre et doit être élevée au-dessus de lui pour introduire le capteur, ce qui entraîne un encombrement vertical important de l'ensemble. Les difficultés sont plus considérables avec certains arbres fins et longs (2,5 m, par exemple), qu'on propose désormais dans certaines machines : l'encombrement vertical de l'ensemble est évidemment accru, et il devient vraiment difficile de concevoir une canne restant assez rigide, surtout à la finesse à laquelle elle est contrainte. C'est pour obvier à ces difficultés que l'invention a été conçue. Elle consiste à remplacer la canne de support et de guidage par un autre dispositif plus commode et moins massif et encombrant, mais paradoxalement plus rigide. Sous une forme générale, l'invention concerne un dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux, comprenant un châssis auquel l'arbre est attaché verticalement, une machine de mesure comprenant au moins un capteur et un support du capteur mobile verticalement dans le creux de l'arbre, caractérisé en ce qu'il comprend encore au moins un fil tendu verticalement à travers le creux de l'arbre, et le support du capteur consiste en un plateau pourvu d'au moins un perçage, chaque fil tendu étant enfilé dans un perçage respectif, le plateau étant suspendu à un fil de descente disposé sur un enrouleur. Les fils tendus peuvent avoir une longueur guère supérieure à celle de l'arbre et leur tension les garantit contre des déflexions qui pourraient être produites, par exemple, par des vibrations environnantes pouvant être engendrées par l'activité du dispositif. Les mouvements latéraux du plateau, qui seraient responsables d'erreurs des mesures, sont très limités. Les fils tendus peuvent être installés à partir de hauteurs peu supérieures à celle de l'arbre, ce qui nécessite un encombrement vertical réduit du dispositif. Une rigidité supplémentaire, ainsi qu'une précision encore plus grande de la position du capteur, sont obtenues si le dispositif comprend plusieurs de ces fils tendus, disposés parallèlement entre eux. On peut ainsi préconiser un dispositif à deux fils tendus, dont les perçages du plateau qu'ils traversent sont opposés sur ce plateau, ou encore un dispositif à trois fils tendus, dont les perçages qu'ils traversent sont répartis régulièrement autour du plateau. Une caractéristique intéressante pour l'insertion du ou des fils tendus dans le creux de l'arbre comprend un poids suspendu aux fils tendus et un dispositif de blocage de ce poids à une position basse, ce dispositif de blocage étant situé sur le châssis. Il suffit, en effet, de faire descendre le poids dans le creux de l'arbre pour entraîner les fils tendus, tout en les maintenant à la bonne position, dès que le dispositif de blocage est entré en action. Le poids peut être unique et connu à tous les fils. Ce dispositif peut être mécanique ou électromagnétique, par exemple constitué par un électro-aimant, le poids étant alors en matière magnétique. La bonne position des fils est alors garantie, si le dispositif de blocage comprend une empreinte de centrage recevant le poids. Il suffit de choisir un poids et une empreinte dont les formes respectives autorisent ce centrage. Le poids peut ainsi être une sphère, qui sera insérée dans une empreinte de forme sphérique ou conique, par exemple. Pour assurer la tension des fils, le dispositif peut encore comprendre un moyen de suspension et de mise sous tension du fil au châssis. Quand plusieurs fils sont présents, ils peuvent chacun être pourvus d'un tel moyen indépendant des autres, de manière à permettre de régler des tensions à des valeurs différentes pour chacun des fils tendus : cette disposition a l'avantage de diminuer les vibrations appliquées au plateau, grâce à la dissymétrie ainsi créée. Le dispositif de blocage peut être monté sur un plateau tournant du châssis, qui est un support de l'arbre, par un palier de rotation libre autour d'un axe vertical dudit dispositif de blocage. En effet, les mesures se font généralement en faisant tourner l'arbre devant le capteur. Le dispositif de blocage doit être désolidarisé de ce plateau, au centre duquel il se trouve. Chaque perçage de passage d'un fil tendu peut avantageusement être équipé d'une bague de glissement sans jeu sur ce fil, afin encore d'éviter des mouvements latéraux du plateau de support du capteur. On peut y parvenir avec des bagues fendues à section hémisphérique. Le PTFE est un matériau convenable pour réduire les frottements à des valeurs autorisant la descente du plateau de support le long des fils sous son propre poids. La machine de mesure peut être complétée par un dispositif de mesure de déroulement du fil de descente, qui indique donc la hauteur du capteur. On a jusqu'à présent considéré un seul capteur dans ce dispositif. Leur nombre peut en réalité être quelconque, et il y en aura même en général plusieurs, mais cela est indifférent pour la réalisation de l'invention. Les capteurs peuvent eux-mêmes être de genres variés. Des capteurs optiques dont les mesures sont exprimées par des gradients de couleurs peuvent ainsi être envisagés, mais d'autres genres de capteurs, électromagnétiques ou autres, sont envisageables. L'invention sera maintenant décrite plus en détail au moyen des figures suivantes, qui sont annexées à titre purement illustratif : - la figure 1 représente en général une première réalisation de l'invention. Un châssis 1 fixe comporte un plateau tournant 2, muni d'un support 3 élancé vers le haut, à une face de sommet 4 duquel un arbre 5 à mesurer est suspendu. L'arbre 5 est placé verticalement, de manière à ne pas fléchir sous son poids le plateau 2, le support 3 et l'arbre 5 tournent sous l'action d'un moteur 36; - les figures 1 et 2 représentent en général deux réalisations de dispositif conformes à l'invention ; - la figure 3 représente les éléments adjacents au capteur ; - les figures 4 et 5 représentent deux réalisations possibles du plateau porte-capteur ; - et la figure 6 illustre le bas du dispositif. Le châssis 1 comporte encore un arc 6 dressé au-dessus du support 3 et qui porte une machine de mesure tridimensionnelle (MMT) 7, destinée à mesurer l'arbre 5 et dont la plus grande partie est connue. Elle peut comporter, en plus du capteur de l'invention, un capteur de profil extérieur 8 pouvant consister en un laser pour mesurer le profil extérieur de l'arbre 5. L'invention porte plutôt sur un dispositif 9 de mesure de l'intérieur de l'arbre 5. Dans cette réalisation, le dispositif 9 est monté sur la MTT 7 par un bras en porte-à-faux, alors que dans la réalisation de la figure 2, il est accroché à une potence 10 appartenant au châssis 1, mais indépendante de l'arc 6, ce qui a l'avantage de ne pas charger la MTT 7. Le reste de la construction est inchangé. On passe maintenant à la description du dispositif 9 au moyen de la figure 3 principalement. Il comprend deux fils tendus 11 parallèles verticaux et s'étendant chacun de haut en bas depuis un enrouleur 12 respectif, jusqu'à un poids 13 commun (représenté à la figure 6), à travers tout le creux de l'arbre 5. Le poids 13 est une sphère magnétique posée dans une empreinte 14, également sphérique, de la carcasse d'un électro-aimant 15. L'électro-aimant 15 s'étend sur le plateau tournant 2, auquel il est uni par un roulement 16 permettant une rotation relative : quand le moteur 36 tourne et entraîne le plateau tournant 2, l'électro-aimant 15 peut rester immobile, ainsi que la sphère magnétique, quand les enroulements 17 de l'électro-aimant 15 sont excités pour la maintenir avec une force assez importante au fond de l'empreinte 14. La forme sphérique de l'empreinte 14 assure que le poids 13 reste concentrique à l'électro-aimant 15, au plateau tournant 2 et à l'arbre 5. Les enrouleurs 12 sont commandés par des moteurs 18 indépendants, de manière à tendre les fils 11, qui sont par ailleurs suspendus au châssis 1 (par l'intermédiaire de la potence 10 ou de la MTT 7 dans les réalisations des figures 2 et 1). La valeur de la tension peut être rendue assez importante sans risque, grâce à la force électromagnétique de maintien du poids 13. Les tensions peuvent être avantageusement différentes, afin que cette dissymétrie complique l'apparition de vibrations dans le dispositif 9. Les efforts appliqués par les moteurs 18 et qui sont responsables de la tension des fils 11, peuvent être réglés par l'intermédiaire d'embrayages non représentés, et dotés de limites de transmission de couple. Les fils tendus 11 peuvent consister en des cordes à piano en acier. Il existe un autre fil dans le dispositif 9, qui est un fil de descente 19 dépendant d'un autre enrouleur 20, lui aussi commandé par un moteur 21. Le fil de descente 19 soutient un plateau 22, porteur de capteurs 23, mesurant leur distance à la face interne de l'arbre 5. La figure 4 montre qu'on peut utiliser trois capteurs 23, espacés à 120°. Le nombre des capteurs 23 est quelconque, puisque les mesures sont de toute façon assurées par la rotation de l'arbre 5, dont les circonférences défilent devant chacun d'eux. Les fils tendus 11 passent par des perçages 24 respectifs traversant le plateau 22 et qui sont opposés sur ce plateau 22. Des bagues 25 de glissement sans jeu sont retenues dans les perçages 24 et frottent sur la surface des fils tendus 11. Leur section est hémisphérique avec l'arrondi dirigé vers le fil tendu 11, et elles sont fendues (leur circonférence est interrompue) de manière à pouvoir s'adapter à des variations de diamètre des fils tendus 11. Elles sont en PTFE. Quand le fil de descente 19 est déroulé, le frottement des bagues 25 sur le fil tendu 11 est assez faible pour que le glissement soit possible et que le plateau 22, porteur des capteurs 23, descende effectivement. Les mouvements des fils de descente 19 peuvent être suivis par un autre capteur 26, qui, par exemple, mesure le passage des graduations du fil de descente 19, et qui communique avec la MTT 7. La mesure s'effectue en descendant le plateau 22 au bas de l'arbre 5 et en le remontant progressivement, tout en mettant les capteurs 23 en marche et en faisant tourner l'arbre 5. Le choix d'une passe ascendante pour les mesures s'explique par ce que le mouvement de montée du plateau 22 est plus stable que celui de descente, ce qui produit moins de vibrations qui perturberaient les mesures. D'autres raisons pour lesquelles ces vibrations sont réduites sont la tension appliquée aux fils 11, ainsi que la suppression des jeux entre eux et le plateau 22, grâce aux bagues 25. Enfin, la pluralité des fils tendus 11 contribue encore à stabiliser la position du plateau 22 et des capteurs 23, même si un dispositif, qui comprendrait un fil tendu 11 unique, n'est pas exclu de l'invention. A ce sujet, la figure 5 illustre une autre réalisation favorable, qui comprendrait trois fils tendus 11, répartis à 120° autour du plateau 22 dans autant de perçages 24. REVENDICATIONS1) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre (5) creux, comprenant un châssis (1) auquel l'arbre (5) est attaché verticalement, une machine de mesure (7) comprenant au moins un capteur (23) et un support (22) du capteur mobile verticalement dans le creux de l'arbre, caractérisé en ce que le dispositif comprend encore au moins un fil tendu (11) verticalement à travers le creux de l'arbre, et le support du capteur consiste en un plateau pourvu d'au moins un perçage (24), chaque fil tendu (11) étant enfilé dans un perçage respectif, le plateau (22) étant suspendu à un fil de descente (19) disposé sur un enrouleur (12). 2) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux dits fils tendus (11), et les perçages (24) sont opposés sur le plateau (22). 3) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend trois dits fils tendus (11), et les perçages (24) sont répartis régulièrement autour du plateau (22). 4) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un poids (13) suspendu audit au moins un fil tendu (11), et le châssis (1) comprend un dispositif de blocage (15) du poids (13) à une position basse. 5) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de blocage est un électro-aimant (15), le poids (13) étant magnétique. 6) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le dispositif de blocage comporte une empreinte (14) de centrage recevant le poids (13). 7) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le poids est une sphère. 8) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de blocage (19) est monté sur un plateau tournant (2) du châssis (1), qui reçoit un support (3) de l'arbre (5), par un palier de rotation libre autour d'un axe vertical dudit dispositif de blocage. 9) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (12, 18) de suspension et de mise sous tension du fil au châssis. 10) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant la revendication 9, caractérisé en ce que, le dispositif comprenant plusieurs dits fils tendus, le moyen de suspension et de mise sous tension est indépendant pour chacun desdits fils tendus et permet d'appliquer des tensions différentes auxdits fils tendus. 11) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le perçage (24) est équipé d'une bague (25) de glissement sans jeu sur le fil tendu (11). 12) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la bague (25) est fendue et a une section hémisphérique. 13) Dispositif de mesure de profil interne d'un arbre creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (26) de mesure de déroulement du fil de descente.