Brevet FR3005042A1 — publié le 20141031

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la réalisation de carters de turbine à gaz en matériau composite, et plus particulièrement de carters de rétention pour soufflante de turbine à gaz pour moteurs aéronautiques. De façon courante, un carter de rétention de soufflante est formé par une paroi relativement mince définissant la veine d'entrée d'air dans le moteur et supportant un matériau abradable au droit de la trajectoire des sommets des aubes de soufflante et un revêtement de traitement acoustique éventuel, et par une structure de bouclier fixé sur cette paroi du côté extérieur, au niveau de la soufflante pour retenir les débris, tels que des objets ingérés ou des fragments d'aubes endommagées, projetés par la centrifugation, afin d'éviter qu'ils traversent le carter et atteignent d'autres parties de l'aéronef. La réalisation d'un carter de rétention de soufflante en matériau composite a déjà été proposée. On pourra par exemple se référer au document EP 1,961,923 qui décrit la fabrication d'un carter en matériau composite à épaisseur évolutive comprenant la formation d'un renfort fibreux par des couches superposées d'une texture fibreuse et la densification du renfort fibreux par une matrice. Plus précisément, ce document prévoit d'utiliser un mandrin d'appel pour le tissage tridimensionnel de la texture fibreuse, celle-ci étant ensuite enroulée en couches superposées sur un mandrin d'imprégnation dont le profil correspond à celui du carter à fabriquer. La préforme ainsi obtenue est maintenue sur le mandrin d'imprégnation et une imprégnation par résine est réalisée avant polymérisation. Il doit toutefois être noté que lors de l'opération d'enroulement, une partie de la préforme (plus précisément sa face inférieure) n'est pas visible par les opérateurs qui sont situés sur une plateforme de travail classiquement disposée au-dessus de la machine d'enroulement. Cette configuration ne permet donc pas la détection des différentes anomalies pouvant affecter la préforme comme des pollutions (scotch, fibres coupées, ...) ou des défauts de tissage sur cette partie de la préforme qui ne peut faire l'objet d'un contrôle visuel des opérateurs. Or, cette opération d'enroulement est l'ultime étape dans le process de fabrication où ces anomalies peuvent encore être détectées. Aussi, si elles ne sont pas identifiées lors de l'enroulement, elles sont occultées car recouvertes par la superposition des couches de la préforme. Il est important de noter que ces anomalies, situées sur la face cachée de la préforme lors de l'opération d'enroulement, ne sont pas non plus détectables lors de l'opération préalable de tissage, car elles sont également occultées lors du tissage sur un métier à tisser par exemple. Par conséquent, un besoin existe de disposer d'une machine d'enroulement ou d'une machine (ou métier) à tisser permettant de détecter à la fois les pollutions et les défauts de tissage sur la face cachée de la préforme avant tout enroulement. En effet, après enroulement, il est impossible de contrôler ces contaminations et défauts de la préforme et il est alors impossible de valider l'opération d'enroulement. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier un tel besoin en permettant une solution de réparation ou un rebut de la préforme avant la phase d'imprégnation. Un autre but de l'invention est de permettre des analyses statistiques des données sur la position, l'occurrence et le type d'anomalie pour le suivi qualité des opérations de tissage et/ou d'enroulement. Ces buts sont atteints en proposant une machine à tisser ou 25 enrouler une préforme fibreuse sur un mandrin ayant un axe de rotation sensiblement horizontal et destiné à la recevoir, comprenant : une pluralité de caméras dirigée sous la préforme fibreuse pour scruter la face cachée de la préforme fibreuse et acquérir des images de cette face cachée ; 30 un module d'analyse d'images pour traiter ces images de la face cachée de la préforme fibreuse, dans plusieurs fenêtres adjacentes de scrutation, en extraire des motifs de tissage et les comparer avec des motifs de tissage de référence préalablement enregistrés dans le module ; un moteur pour entraîner en rotation le mandrin autour de son 35 axe de rotation ; et une unité de commande pour arrêter la rotation du mandrin si le résultat de la comparaison fait apparaitre, dans au moins une fenêtre de scrutation, une différence d'aspect entre ces deux motifs de tissage caractéristique de la présence d'une anomalie résultant de pollutions et/ou défauts de tissage de la préforme fibreuse. Par l'analyse en temps réel des images de la préforme fibreuse au niveau de plusieurs fenêtres de scrutation, il est possible de contrôler toute pollution ou défaut dans le motif de tissage et de corriger voire d'invalider si besoin l'opération de tissage ou d'enroulement une fois réalisée. Il en résulte une machine parfaitement adaptée à la réalisation de carters de rétention de soufflante en matériau composite pour moteur aéronautique. En particulier, le fonctionnement de cette machine peut être entièrement automatisé, ce qui contribue à diminuer le temps de cycle de fabrication de ces carters. De préférence, la pluralité de caméras est montée dans une boite à lumière ajustée au profil dudit mandrin et placée au plus près de ladite préforme fibreuse et délivrant une lumière bleue de longueur d'onde comprise entre 446 et 500 nm ou une lumière rouge de longueur d'onde comprise entre 620 et 800 nm. Avantageusement, le nombre de fenêtres de scrutation correspond au plus au nombre de caméras dirigées vers la préforme fibreuse. L'invention concerne également un procédé de détermination d'anomalies de tissage dans une machine à tisser ou enrouler une préforme fibreuse sur un mandrin ayant un axe de rotation sensiblement horizontal et destiné à la recevoir, le mandrin étant entrainé autour de cet axe de rotation par un moteur actionné par une unité de commande ; procédé dans lequel plusieurs caméras dirigées sous la texture fibreuse scrutent la face cachée de la préforme fibreuse et acquièrent des images de cette face cachée et un module d'analyse d'images traite ces images de la face cachée de la préforme fibreuse dans plusieurs fenêtres adjacentes de scrutation pour en extraire des motifs de tissage et les comparer avec des motifs de tissage de référence préalablement enregistrés dans le module et l'unité de commande arrête la rotation du mandrin si le résultat de la comparaison fait apparaitre, dans au moins une fenêtre de scrutation, une différence d'aspect entre ces deux motifs de tissage caractéristique de la présence d'une anomalie résultant de pollutions et /ou défauts de tissage de la préforme fibreuse. De préférence, la taille, la position et le nombre des fenêtres de scrutation sont définies par l'opérateur directement à partir des images 5 issues des caméras. Avantageusement, ladite différence d'aspect résulte d'un examen de courbes de niveaux de gris des images issues des caméras. Selon le mode de réalisation envisagé, ledit examen est effectué dans chacune des fenêtres de scrutation le long d'au moins une ligne de 10 détection ou bien sur une surface prédéfinie de détection. Lorsqu'une anomalie est reconnue, sa position sur la préforme fibreuse et une désignation choisie par un opérateur parmi des types d'anomalies prédéterminés sont enregistrés avec une image de ladite anomalie. Lorsqu'une anomalie reconnue est réparée, une désignation 15 correspondante choisie par un opérateur parmi des types de réparation prédéterminés est enregistrée avec une image de ladite réparation. L'invention trouve application tant dans une machine à tisser dans laquelle ledit mandrin est un mandrin de traction que dans une machine d'enroulement dans laquelle ledit mandrin est un mandrin 20 d'imprégnation. Plus particulièrement, dans une machine d'enroulement, une fois l'enroulement de la préforme fibreuse achevé, les anomalies reconnues et les anomalies réparées peuvent être visualisées sur une représentation développée ou en trois dimensions de ladite préforme 25 fibreuse, accessible à l'opérateur au niveau de l'unité de commande. Brève description des dessins ,D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins 30 annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif et sur lesquels : - les figures 1A et 1B sont deux schémas illustrant respectivement un métier à tisser et une machine d'enroulement ; - la figure 2 est une vue montrant le principe de la surveillance 35 multizones d'une préforme selon l'invention ; - la figure 3 est une vue représentant une image affichée à l'écran de contrôle des dispositifs des figures 1A ou 1B ; - la figure 4 est une vue détaillée d'une anomalie ; - la figure 5 illustre les différentes étapes du procédé de l'invention ; et - les figures 6A et 6B montrent respectivement en perspective et en vue développée un exemple de répartition des défauts sur une aube de soufflante. Description détaillée de modes de réalisation L'invention sera décrite ci-après dans le cadre de son application à la fabrication d'un carter de rétention de soufflante de moteur aéronautique à turbine à gaz dont un exemple de mis en oeuvre est décrit dans le document EP 1,961,923 auquel on pourra se référer. Le carter est réalisé en matériau composite à renfort fibreux densifié par une matrice. Le renfort est en fibres par exemple de carbone, verre, aramide ou céramique et la matrice est en polymère, par exemple époxide, bismaléimide ou polyimide. Brièvement, le procédé de fabrication décrit dans ce document 20 consiste à réaliser tout d'abord une texture fibreuse par tissage tridimensionnel avec appel en chaîne sur un mandrin ayant un profil déterminé en fonction du profil du carter à fabriquer. La figure 1A illustre l'obtention d'une telle texture fibreuse par tissage sur un métier à tisser de type jacquard 10 alimenté par un centre 25 d'alimentation en fils de chaîne 12 et délivrant sur un mandrin de traction (pull mandrel 14) la texture fibreuse qui sera ensuite transportée vers la machine d'enroulement via différents autres mandrins supports comme un mandrin inverse (reverse rnandrel 16) ou un mandrin de prise (take-up rmandrel 18). Ce mandrin de prise peut constituer le mandrin d'appel de la 30 machine d'enroulement illustré à la figure 1B. En effet, une fois tissée, cette texture fibreuse ou préforme s'apparente à un tapis sec et est dévidée d'un mandrin d'appel pour être ensuite transférée et enroulée sur plusieurs tours (typiquement quatre plus une fraction de tour inférieur à 1/4 de tour) sur le mandrin d'un 35 moule d'injection de résine (appelé ci-après mandrin d'imprégnation) dont le profil extérieur correspond au profil interne du carter à fabriquer. La préforme étant maintenue sur le mandrin d'imprégnation, une imprégnation est alors réalisée par une résine. A cet effet, une enveloppe formée par la jonction de plusieurs pièces est appliquée sur la préforme et la résine est injectée dans le moule ainsi constitué. L'imprégnation peut être assistée par établissement d'une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du moule dans lequel se trouve la préforme. Après imprégnation, une étape de polymérisation de la résine est réalisée. La machine d'enroulement 20 permettant cette réalisation en assurant un contrôle en temps réel de l'alignement et d'un éventuel décadrage le préforme comprend un bâti 22 supportant notamment le mandrin d'appel 24 et le mandrin d'imprégnation 26. Le mandrin d'appel 24 qui reçoit la préforme 28 obtenue par tissage tridimensionnel est porté par un axe horizontal 30 dont une extrémité est montée de façon rotative sur le bâti 22 de la machine d'enroulement et l'autre extrémité est couplée à l'arbre de sortie d'un premier moteur 32. Le mandrin d'imprégnation 26 destiné à recevoir en couches superposées la préforme dévidée depuis le mandrin d'appel et qui présente une surface extérieure dont le profil correspond à celui de la surface interne du carter à réaliser est porté par un axe horizontal 34 qui est parallèle à l'axe de rotation 30 du mandrin d'appel et dont une extrémité est montée de façon rotative sur le bâti 22 et l'autre extrémité est couplée à l'arbre de sortie d'un second moteur 36. Des rouleaux de formage (forming rolls 38) peuvent être prévus entre le mandrin d'appel et celui d'imprégnation. Une unité de commande 40 est reliée aux moteurs 32, 36 pour commander et contrôler la vitesse de rotation de chaque mandrin. De manière plus générale, cette unité de commande organisée classiquement (voir la figure 2) autour d'une unité centrale de traitement 400, de modules mémoires 402 et de modules d'entrées/sorties 404 (pour l'interfaçage notamment avec un écran 406, un clavier 408, etc..) permet de piloter l'ensemble des paramètres de fonctionnement de la machine d'enroulement à la fois lors de la mise en place de la préforme (phase d'étalonnage) et puis au cours de son enroulement (phase de pilotage automatique). Selon l'invention, il est prévu de détecter automatiquement toute anomalie dès l'engagement et au cours de l'opération d'enroulement (comme durant l'opération préalable de tissage) de la préforme avant l'engagement de la phase d'imprégnation. La solution proposée consiste à mettre en place plusieurs caméras 42 associées à un module d'analyse d'images et positionnées sur la machine d'enroulement (ou le métier à 5 tisser) sous la préforme, de manière à pourvoir enregistrer des images de la face cachée de cette préforme en cours de défilement et détecter les éventuelles anomalies dont elle peut être affectée. Cet équipement sera en mesure de caractériser la surface d'une préforme et la comparer à des motifs de tissage de référence et donc connus comme étant des 10 références sans défaut. Afin de mettre en relief le motif de tissage de la préforme et s'affranchir de la lumière parasite produit par l'éclairage de l'atelier, ces caméras seront placées dans une boîte à lumière 44 qui sera de préférence placée au plus près de la préforme lors de l'enroulement, pour 15 isoler la surface de la préforme des éclairages ambiants ou parasites de l'atelier au-dessus de la machine. Sur les figures 1A et 1B, différents emplacements où la boite à lumière 44 peut être installée sont illustrés à titre d'exemple. On peut ainsi noter que lorsque la boite à lumière est disposée en regard d'un mandrin, 20 elle est de préférence ajustée au profil de ce mandrin. En outre, afin d'augmenter le contraste du motif de tissage de la préforme tissée en fibres de carbone et de favoriser la mise en évidence de l'identification des différents types d'anomalies, on utilisera avantageusement soit une lumière bleue (de longueur d'onde comprise 25 entre 446 et 500 nm) soit une lumière rouge (de longueur d'onde comprise entre 620 et 800 nm). Comme le montre la figure 2, le module d'analyse d'images qui sera avantageusement intégré à l'unité de commande 40 est quant à lui capable de surveiller simultanément plusieurs zones de la préforme à 30 partir des images fournies par les caméras, et de différencier les motifs de tissage de chacune d'entre elles en détectant une différence d'aspect de la préforme par rapport à des motifs de tissage de référence préalablement enregistrés dans le module et d'envoyer un signal à l'opérateur pour que celui-ci puisse intervenir en cas de discordances et notamment arrête le 35 défilement de la préforme si le résultat de la comparaison entre ces deux motifs de tissage fait apparaitre, dans au moins une des zones surveillées, cette différence d'aspect caractéristique de la présence d'une anomalie résultant de pollutions et/ou défauts de tissage de la préforme. La taille, la position et le nombre de ces zones surveillées sont définis par l'opérateur au moyen de fenêtres de scrutation du module d'analyse d'images, de sorte à couvrir entièrement une bande d'une largeur entière de la préforme. Avantageusement, afin d'obtenir des motifs de tissage homogènes, ces fenêtres de scrutation seront choisies de part et d'autre des fils traceurs tissées dans la préforme. Chaque caméra étant affectée à une zone déterminée de la préforme elle peut donc couvrir une ou plusieurs fenêtres de scrutation. Pour ce faire, et comme l'illustre la figure 2, l'opérateur crée dans une phase d'initialisation du système (lors du démarrage de du tissage ou de l'enroulement), ces fenêtres de scrutation directement sur l'image de la préforme avec un outil logiciel graphique spécifique au module d'analyse d'images. Ces fenêtres sont choisies de préférence dans une bande réputée saine de la préforme, c'est-à-dire dépourvue de pollutions et de défauts. Lorsque l'opérateur visualise sur l'écran de contrôle 406 la présence d'une zone de performe saine dans chaque fenêtre de scrutation, il valide une étape intitulée par exemple « Prise de référence » et le motif de tissage validé apparaissant dans cette zone est enregistré (la figure 3 montre pour une bande donnée de la préforme des exemples de zones saines 50 qui seront validées et non saines 52 qui ne pourront l'être). La différence de motifs est la conséquence des variations du tissage de chaque zone de la préforme. Les données enregistrées sont la cartographie des niveaux de gris de l'image. Le motif de tissage étant répétitif, on obtient avec cette mesure des niveaux de gris de l'image de la préforme, une courbe de niveaux de gris également répétitive. Lors de l'opération d'enroulement ou de tissage, toute variation dans l'allure de la courbe de niveaux de gris sera alors interprétée comme une anomalie. Un cas d'exemple de détection d'une pollution est illustrée à la figure 4, en l'occurrence un morceau de scotch 54 oublié par un opérateur lors de la mise en place de la préforme sur la machine d'enroulement. On y voit clairement par rapport au motif de tissage de référence pour la zone en question 56 une variation dans le motif de tissage de la préforme par l'analyse de la courbe des niveaux de gris 58. Ce type de détection permet de déceler les anomalies de type pollution (scotch®, fibre de kevlarC), fibres courtes,...) mais également la plupart des défauts de tissage comme un flotté en chaîne (Warp float), un flotté en trame (Weft float), un long flotté (Misweave), des boucles (Loops), un fil traceur cassé (Broken Tracer), un fil de chaîne cassé (Broken warp), un fil manquant (Missed pick), un double fil (Double pick), un fil manquant partiellement (Partial nriissed pick), un fil effiloché (Fuzzy),.... Le mode de détection est présenté, dans l'exemple illustré, suivant une ligne de détection (traits larges horizontaux 60, 62), mais le module est bien entendu capable de contrôler la variation du motif de tissage d'une surface de détection équivalent à la fenêtre de scrutation pour assurer si nécessaire un mode de détection plus sensible. Un seuil de détection en niveau de gris et en position axiale est également paramétrable afin de pourvoir intégrer les variations « normales » du motif de tissage. Les différentes étapes mises en oeuvre pour le traitement des anomalies et leur analyse statistique en vue du suivi qualité des opérations de tissage et/ou d'enroulement sont maintenant illustrées à la figure 5 avec l'exemple d'une machine d'enroulement. La phase d'initialisation achevée (étape 100), l'enroulement de la préforme est engagé et se poursuit jusqu'à ce qu'il est procédé par le module d'analyse d'images à la détection d'une anomalie (étape 102). A l'apparition de cette anomalie, l'opération d'enroulement est arrêtée avec figeage de l'écran de contrôle sur l'anomalie détectée. Il est affecté automatiquement un numéro d'ordre à cette anomalie et sa position est alors enregistrée avec une image de l'anomalie, de même que l'opérateur est invité à choisir une désignation pour cette anomalie parmi différents types d'anomalies préalablement enregistrés (étape 104). L'opérateur peut dès lors intervenir directement sur la préforme pour constater de visu cette anomalie (étape 106) et déterminer alors si une réparation est possible (test de l'étape 108). S'il est répondu oui à ce test, la réparation est alors effectuée (étape 110) et il est affecté automatiquement un numéro d'ordre à cette réparation qui est alors enregistré avec une image de la réparation effectuée, de même que l'opérateur est invité à choisir une désignation pour cette réparation parmi différents types de réparations préalablement enregistrés (étape 112). L'enroulement peut alors reprendre (retour à l'étape 102 de détection d'éventuelles nouvelles anomalies). S'il est répondu non au test de l'étape 108, il est alors fait appel à un expert (étape 114) qui va décider si cette anomalie est critique (test de l'étape 116), c'est-à-dire de nature à entraîner un arrêt de l'enroulement (étape 118) et donc un rebut de la préforme ou si au contraire l'anomalie est acceptable et donc que l'enroulement peut être repris (retour à l'étape 102). A la fin de l'opération d'enroulement, un rapport d'analyse peut être édité mentionnant les anomalies reconnues et celles réparées. Avantageusement ce rapport peut se présenter sous la forme d'une représentation du carter en trois dimensions telle qu'illustrée à la figure 6A ou sous une forme développée telle qu'illustrée à la figure 6B, les différences anomalies réparées ou non apparaissant dans leur position respectives avec leur numéro d'ordre. Cette représentation graphique permet une meilleure visibilité de la répartition des anomalies et de leur type. Il en résulte un gain de temps appréciable sur le cycle de traitement des dérogations en permettant une prise de décision plus rapide. La possibilité de comparer (superposer) la cartographie des anomalies (tissage et/ou enroulement) issue de l'invention avec une cartographie des défauts constatés par un contrôle par ultrasons est un avantage supplémentaire. REVENDICATIONS1. Machine à tisser (10) ou enrouler (20) une préforme fibreuse sur un mandrin (18, 22) ayant un axe de rotation sensiblement horizontal et destiné à la recevoir, comprenant : une pluralité de caméras (42) dirigée sous la préforme fibreuse pour scruter la face cachée de la préforme fibreuse et acquérir des images de cette face cachée ; un module d'analyse d'images (40) pour traiter ces images de la 10 face cachée de la préforme fibreuse, dans plusieurs fenêtres adjacentes de scrutation, en extraire des motifs de tissage et les comparer avec des motifs de tissage de référence préalablement enregistrés dans le module ; un moteur (34, 36) pour entraîner en rotation le mandrin autour de son axe de rotation ; et 15 une unité de commande (40) pour arrêter la rotation du mandrin si le résultat de la comparaison fait apparaitre, dans au moins une fenêtre de scrutation, une différence d'aspect entre ces deux motifs de tissage caractéristique de la présence d'une anomalie résultant de pollutions et/ou défauts de tissage de la préforme fibreuse. 20 2. Machine selon la revendication 1, dans laquelle la pluralité de caméras est montée dans une boite à lumière (44) ajustée au profil dudit mandrin et placée au plus près de ladite préforme fibreuse. 25 3. Machine selon la revendication 2, dans laquelle la boite à lumière délivre une lumière bleue de longueur d'onde comprise entre 446 et 500 nm ou une lumière rouge de longueur d'onde comprise entre 620 et 800 nnn. 30 4. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le nombre de fenêtres de scrutation (52, 52) correspond au plus au nombre de caméras dirigées vers la face cachée de la préforme fibreuse. 35 5. Procédé de détermination d'anomalies de tissage dans une machine à tisser ou enrouler une préforme fibreuse sur un mandrin ayantun axe de rotation sensiblement horizontal (30) et destiné à la recevoir, le mandrin étant entrainé autour de cet axe de rotation par un moteur (32) actionné par une unité de commande (40) ; procédé dans lequel plusieurs caméras (42) dirigées sous la texture fibreuse scrutent la face cachée de la préforme fibreuse et acquièrent des images de cette face cachée et un module d'analyse d'images (40) traite ces images de la face cachée de la préforme fibreuse dans plusieurs fenêtres adjacentes de scrutation pour en extraire des motifs de tissage et les comparer avec des motifs de tissage de référence préalablement enregistrés dans le module et l'unité de commande arrête la rotation du mandrin si le résultat de la comparaison fait apparaitre, dans au moins une fenêtre de scrutation, une différence d'aspect entre ces deux motifs de tissage caractéristique de la présence d'une anomalie résultant de pollutions et/ou défauts de tissage de la préforme fibreuse. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la taille, la position et le nombre des fenêtres de scrutation sont définies par l'opérateur directement à partir des images issues des caméras. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite différence d'aspect résulte d'un examen de courbes de niveaux de gris (56, 58) des images issues des caméras. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ledit examen 25 est effectué dans chacune des fenêtres de scrutation le long d'au moins une ligne de détection (60, 62). 9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ledit examen est effectué dans chacune des fenêtres de scrutation sur une surface 30 prédéfinie de détection. 10. Procédé selon la revendication 5, dans lequel lorsqu'une anomalie est reconnue, sa position sur la préforme fibreuse et une désignation choisie par un opérateur parmi des types d'anomalies 35 prédéterminés sont enregistrés avec une image de ladite anomalie. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel lorsqu'une anomalie reconnue est réparée, une désignation correspondante choisie par un opérateur parmi des types de réparation prédéterminés est enregistrée avec une image de ladite réparation. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ledit mandrin est un mandrin de traction (18) d'une machine à tisser. 13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ledit mandrin 10 est un mandrin d'imprégnation (24) d'une machine d'enroulement. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel une fois l'enroulement de la préforme fibreuse achevé, les anomalies reconnues et les anomalies réparées sont visualisées sur une représentation développée 15 ou en trois dimensions de ladite préforme fibreuse, accessible à l'opérateur au niveau de l'unité de commande (40).