Brevet FR3005159A1 — publié le 20141031

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la réalisation de pièces annulaires de structure de turbomachine en matériau composite, et plus particulièrement de carters de rétention pour soufflante de turbine à gaz pour moteurs aéronautiques. Dans un moteur aéronautique à turbine à gaz, un carter de soufflante remplit plusieurs fonctions : il définit la veine d'entrée d'air dans le moteur, supporte un matériau abradable en regard du sommet des aubes de la soufflante, supporte une structure éventuelle d'absorption d'ondes sonores pour le traitement acoustique en entrée du moteur et incorpore ou supporte un bouclier de rétention. Ce dernier constitue un piège retenant 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. Le document WO 2012/140355 décrit un exemple de machine d'enroulement pouvant être utilisée pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de fabrication d'un carter de rétention de soufflante en matériau composite. Cette machine comprend notamment un mandrin d'appel sur lequel est stockée la texture fibreuse et un mandrin d'un moule d'injection (ci-après appelé mandrin d'imprégnation) sur lequel est destinée à être transférée la texture fibreuse stockée sur le mandrin d'appel, ce mandrin d'imprégnation ayant un profil extérieur qui correspond au profil interne du carter à fabriquer. Une telle machine d'enroulement comprend également une 35 unité de commande de moteurs d'entraînement en rotation des mandrins qui permet de contrôler la tension appliquée à la texture fibreuse lors de son enroulement sur le mandrin d'imprégnation. Par le contrôle de cette tension d'enroulement, et en fonction de la nature de la texture fibreuse, il est possible de déterminer et maîtriser le taux de fibres de la préforme obtenue. A l'issue de l'opération d'enroulement, des cales de compactage sont fixées sur le mandrin d'imprégnation pour contenir la préforme fibreuse dans une cavité. La préforme est ensuite imprégnée sous pression avec une résine pour obtenir, après polymérisation, la forme finale du carter de rétention de soufflante. Lors de la fermeture du moule d'injection par les cales, la préforme fibreuse est compactée. En effet, à cause du foisonnement des fibres, la préforme occupe plus de place à l'état libre que lorsqu'elle est confinée dans la cavité du moule d'injection. Il est apparu nécessaire de maîtriser le foisonnement de la préforme lors de l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation. En effet, en cas de foisonnement trop important, le risque est d'engendrer des plis lors de la fermeture du moule d'injection. A l'inverse, en cas de foisonnement trop faible, le taux de fibres de la préforme obtenue risque d'être trop élevé (cas de sur-compactage). Il est par ailleurs connu que le foisonnement de la préforme est directement lié à la connaissance de l'épaisseur de la texture fibreuse qui est enroulée sur le mandrin d'imprégnation. La maîtrise du foisonnement de la préforme passe donc par une connaissance de l'épaisseur de la texture fibreuse qui est enroulée sur le mandrin d'imprégnation. Or, à ce jour, les techniques connues pour mesurer l'épaisseur de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation ne sont pas satisfaisantes. En particulier, l'une des solutions connues consiste à mesurer manuellement à l'aide d'un pied à coulisse la préforme, par exemple tous les demi-tours pendant l'opération d'enroulement. Une telle solution présente de nombreux inconvénients. Cette mesure est notamment lente, fastidieuse, manque de précision et dépend d'un opérateur. En outre, cette solution de mesure nécessite des arrêts fréquents de l'opération d'enroulement qui peuvent représenter jusqu'à 40% du temps de cette opération d'enroulement.35 Objet et résumé de l'invention L'invention a donc pour but principal de proposer un procédé de mesure de l'épaisseur d'une texture fibreuse enroulée sur un mandrin d'imprégnation qui ne présente pas les inconvénients précités. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un procédé comprenant, préalablement à l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation, une étape d'acquisition d'une distance de référence entre une surface extérieure du mandrin d'imprégnation et un capteur de distance positionné en regard de ladite surface extérieure du mandrin d'imprégnation, au cours de l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation, une étape d'acquisition d'au moins une distance réelle entre le capteur de distance et la surface extérieure de la texture fibreuse enroulée sur le mandrin d'imprégnation, et une étape de calcul de l'épaisseur réelle de la texture fibreuse enroulée sur le mandrin d'imprégnation par soustraction entre la distance réelle et la distance de référence. Un tel procédé de mesure est remarquable en ce qu'il est automatique (c'est-à-dire qu'il ne nécessite pas l'intervention d'un opérateur) et ne nécessite pas l'arrêt de l'enroulement pour prendre des mesures. En outre, ce procédé peut être utilisé pour acquérir autant de mesures de l'épaisseur réelle de la texture fibreuse que nécessaire pour obtenir une connaissance en temps réel de l'épaisseur de la texture fibreuse qui est enroulée sur le mandrin d'imprégnation. Ainsi, si une limite est franchie (cas d'une épaisseur inférieure ou supérieure à un seuil prédéterminé) au cours de l'enroulement, il est possible d'intervenir sur le processus d'enroulement pour rectifier cette valeur (notamment en modifiant les paramètres d'enroulement tels que par exemple la tension appliquée dans la texture fibreuse, la vitesse d'enroulement ou l'alignement de la texture fibreuse). La distance de référence et la distance réelle peuvent être des moyennes calculées à partir de mesures réalisées par au moins trois capteurs de distance positionnés en regard de la surface extérieure du mandrin d'imprégnation et alignés selon un axe parallèle à un axe de rotation du mandrin d'imprégnation. Alternativement, la distance de référence et la distance réelle peuvent comprendre des valeurs indépendantes obtenues à partir de mesures réalisées par au moins trois capteurs de distance positionnés en regard de la surface extérieure du mandrin d'imprégnation et alignés selon un axe parallèle à un axe de rotation du mandrin d'imprégnation. Le recours à trois capteurs de distance alignés sur toute la largeur du mandrin d'imprégnation permet d'obtenir une mesure la plus précise possible. De préférence, l'étape d'acquisition d'au moins une distance réelle comprend l'acquisition de plusieurs distances réelles à différents instants de l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation. De la sorte, il est possible d'obtenir une connaissance en 10 temps réel de l'épaisseur de la texture fibreuse qui est enroulée sur le mandrin d'imprégnation. De préférence encore, la distance de référence est une moyenne calculée entre plusieurs valeurs de distances entre la surface extérieure du mandrin d'imprégnation et le capteur de distance qui ont été 15 acquises sur un tour complet du mandrin d'imprégnation. De la sorte, il est possible d'obtenir une mesure de la distance de référence la plus précise possible. L'épaisseur réelle de la texture fibreuse est avantageusement comparée à une valeur d'épaisseur théorique prédéterminée. Ainsi, il est 20 possible d'intervenir sur les paramètres du processus d'enroulement pour rectifier la valeur de l'épaisseur réelle de la texture fibreuse si celle-ci dévie de la valeur d'épaisseur théorique. L'invention a également pour objet une machine d'enroulement d'une texture fibreuse sur un mandrin d'imprégnation pour la fabrication 25 d'une pièce annulaire de turbomachine en matériau composite, comprenant un mandrin d'appel sur lequel est destinée à être stockée une texture fibreuse, le mandrin d'appel ayant un axe de rotation sensiblement horizontal, un mandrin d'imprégnation sur lequel est destinée à être enroulée en couches superposées la texture fibreuse stockée sur le 30 mandrin d'appel, le mandrin d'imprégnation ayant un axe de rotation sensiblement horizontal et parallèle à l'axe de rotation du mandrin d'appel, des moteurs électriques pour entraîner en rotation les mandrins autour de leur axe de rotation respectif, une unité de commande des moteurs électriques d'entraînement en rotation des mandrins, au moins un 35 capteur de distance positionné en regard d'une surface extérieure du 3005 1 5 9 mandrin d'imprégnation, et des moyens de mise en oeuvre du procédé tel que défini précédemment. De préférence, la machine comprend trois capteurs de distance positionnés en regard de la surface extérieure du mandrin d'imprégnation 5 et alignés selon un axe parallèle à l'axe de rotation du mandrin d'imprégnation. Le capteur de distance peut être fixé sur un bras escamotable monté sur un bâti pour permettre le chargement de l'outillage sur la machine. Le capteur de distance peut être un capteur laser. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - les figures 1 et 2 représentent schématiquement une machine d'enroulement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, respectivement en vue de côté et en vue de dessus ; - les figures 3A et 3B illustrent différentes étapes du procédé selon l'invention mises en oeuvre par la machine de la figure 1; et - la figure 4 est graphe montrant un exemple de contrôle de l'épaisseur d'une préforme mesurée à l'aide du procédé selon l'invention. Description détaillée de l'invention L'invention sera décrite ci-après dans le cadre de son application à la fabrication d'un carter de soufflante de moteur aéronautique à turbine à gaz. De manière plus générale, l'invention s'applique à la fabrication de toute pièce annulaire de structure de turbomachine. Un exemple de procédé de fabrication d'un tel carter de 30 soufflante 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 35 époxide, bismaléimide ou polyimide. 3005 1 5 9 6 Brièvement, le procédé de fabrication décrit dans ce document consiste à réaliser une texture fibreuse par tissage tridimensionnel avec appel en chaîne sur un tambour (appelé ci-après mandrin d'appel) ayant un profil déterminé en fonction du profil du carter à fabriquer. 5 La texture fibreuse ainsi réalisée est ensuite enroulée en plusieurs couches superposées sur le mandrin d'un moule dinjection (ci-après appelé mandrin d'imprégnation). La préforme étant maintenue sur le mandrin d'imprégnation, une imprégnation est alors réalisée par une résine. A cet effet, des cales de compactage sont appliquées sur la 10 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. 15 Les figures 1 et 2 représentent de façon schématique une machine d'enroulement 10 pouvant être utilisée pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de fabrication. Une telle machine est décrite en détails dans le document WO 2012/140355. En particulier, une telle machine d'enroulement a pour fonction 20 de permettre un transfert automatisé de la texture fibreuse stockée sur le mandrin d'appel vers le mandrin d'imprégnation du moule d'injection de résine. La machine d'enroulement 10 comprend un bâti 12 supportant notamment un mandrin d'appel 14 et un mandrin d'imprégnation 16. 25 Le mandrin d'appel 14 qui reçoit la texture fibreuse 18 est porté par un axe horizontal 20 dont une extrémité est montée de façon rotative sur le bâti 12 de la machine d'enroulement et l'autre extrémité est couplée à l'arbre de sortie d'un moteur électrique 22, par exemple un motoréducteur électrique à courant alternatif. Le mandrin d'imprégnation 16 est destiné à recevoir en couches superposées la texture fibreuse stockée sur le mandrin d'appel. Il présente une surface extérieure 24 dont le profil correspond à celui de la surface interne du carter à réaliser et deux flasques latéraux 26. Le mandrin d'imprégnation est porté par un axe horizontal 28 35 qui est parallèle à l'axe de rotation 20 du mandrin d'appel et dont l'une extrémité est montée de façon rotative sur le bâti 12 de la machine d'enroulement et l'autre extrémité est couplée à l'arbre de sortie d'un moteur électrique 30, par exemple un motoréducteur électrique à courant alternatif. Une unité de commande, par exemple une station de travail informatique 32, est reliée aux moteurs électriques 22, 30 des deux mandrins et permet notamment de commander et contrôler de la vitesse de rotation de ces derniers. De manière plus générale, cette unité de commande permet de piloter l'ensemble des paramètres de fonctionnement de la machine d'enroulement. L'enroulement de la texture fibreuse en couches superposées sur le mandrin d'imprégnation se fait en appliquant une tension d'enroulement adéquate sur la texture fibreuse. A cet effet, une tension de consigne est prédéflnie en fonction notamment de la nature de la structure fibreuse et est appliquée au mandrin qui offre le couple résistant à l'enroulement (généralement le mandrin d'appel) par l'intermédiaire de la station de travail informatique. Conformément à l'invention, la machine d'enroulement 10 comprend en outre au moins un capteur de distance 34 positionné en regard de la surface extérieure 24 du mandrin d'imprégnation 16 et relié à une unité de traitement de données, par exemple à la station de travail informatique 32. De préférence, comme représenté sur la figure 2, il est prévu au moins trois capteurs de distance alignés les uns à côtés des autres le long d'un axe 35 parallèle à l'axe de rotation 28 du mandrin d'imprégnation, à savoir un capteur central 34a visant une partie médiane de la surface extérieure du mandrin d'imprégnation, et deux capteurs latéraux 34b visant des bords de la surface extérieure du mandrin d'imprégnation. Les capteurs de distance 34 sont plus précisément positionnés 30 sur un bras horizontal 36 monté sur le bâti 12 de la machine d'enroulement, ce bras étant escamotable c'est-à-dire pouvant pivoter autour de l'une de ses extrémités pour s'écarter du mandrin d'imprégnation comme schématisé par la flèche F sur la figure 2. Dans sa position escamotée, les capteurs de distance ne gênent plus la mise en 35 place d'outillages autour du mandrin d'imprégnation. 3005 1 5 9 8 Les capteurs de distance 34 sont des capteurs sans contact pouvant mesurer une distance. Il s'agit par exemple de capteurs laser envoyant un faisceau laser sur la surface extérieure du mandrin d'imprégnation et captant en retour le faisceau réfléchi par cette même 5 surface. Ils sont reliés et commandés par la station de travail informatique. En liaison avec les figures 3A et 3B, on décrira maintenant les différentes étapes du procédé de mesure de l'épaisseur de la texture fibreuse 18 enroulée sur le mandrin d'imprégnation 16 de la machine 10 d'enroulement au moyen des capteurs de distance 34. Une première étape de ce procédé consiste à acquérir une distance de référence do entre la surface extérieure 24 du mandrin d'imprégnation et chaque capteur de distance 34 préalablement au début de l'opération d'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin 15 d'imprégnation (la surface extérieure du mandrin d'imprégnation n'est pas encore recouverte par la texture fibreuse - figure 3A). Cette mesure peut être réalisée à une seule position angulaire du mandrin d'imprégnation ou de préférence sur un tour complet de celui-ci de façon à obtenir une distance de référence do la plus précise possible. 20 Dans ce cas, la mesure peut être effectuée de façon continue sur le tour complet du mandrin d'imprégnation ou de façon ponctuelle avec plusieurs prises de mesure sur l'ensemble du tour complet du mandrin d'imprégnation, la distance de référence do étant alors une moyenne des valeurs acquises sur ce tour. 25 Dans le cas d'un recours à plusieurs capteurs de distance 34a, 34b comme représenté sur les figures, la distance de référence do peut être la moyenne des valeurs acquises pour chaque capteur de distance. Alternativement, il peut être acquis une distance de référence pour chaque capteur de distance (la distance de référence comprend donc ici trois valeurs indépendantes de distances). La distance de référence do est transmise à la station de travail informatique 32 et stockée dans une mémoire de celle-ci. Une fois la distance de référence do acquise, l'opération d'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation peut 35 débuter. Au cours de cette opération, chaque capteur de distance 34 prend une ou plusieurs mesures (ou une mesure continue) de la distance réelle d(t) séparant à un instant t de l'opération d'enroulement ledit capteur de distance de la surface extérieure de la texture fibreuse 18 enroulée sur le mandrin d'imprégnation (figure 3B). Comme pour l'étape d'acquisition d'une distance de référence, dans le cas d'un recours à plusieurs capteurs de distance 34a, 34b, la distance réelle d(t) mesurée à l'instant t peut être la moyenne des valeurs acquises pour chaque capteur de distance à cet instant. Alternativement, il peut être acquis autant de distances réelles qu'il y a de capteurs de distance (la distance réelle comprend donc ici trois valeurs indépendantes de distances). Ces distances réelles d(t) sont transmises à la station de travail informatique 32 où l'épaisseur réelle E(t) de la texture fibreuse enroulée à l'instant t est calculée à l'aide de la fonction suivante : E(t) = do - d(t) Lorsqu'il est acquis autant de distances de référence qu'il y a de capteurs de distances, l'épaisseur réelle est calculée pour chaque capteur de distance à l'aide de la même formule. De préférence, l'acquisition de distances réelles d(t) s'effectue à différents instants de l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation au cours de toute l'opération d'enroulement (du début à la fin). De la sorte, il est possible d'obtenir une connaissance en temps réel et au cours de toute l'opération d'enroulement de l'épaisseur E(t) de la texture fibreuse qui est enroulée sur le mandrin d'imprégnation. De préférence également, l'épaisseur réelle E(t) de la texture fibreuse est comparée à une valeur d'épaisseur théorique prédéterminée. Ainsi, en cas de constatation d'un écart trop important entre l'épaisseur réelle E(t) calculée pour un instant t et la valeur théorique prédéterminée pour ce même instant t, il est possible d'intervenir sur les paramètres de fonctionnement de la machine d'enroulement au moyen de la station de travail informatique 32 (tels que par exemple la tension appliquée dans la texture fibreuse, la vitesse d'enroulement ou l'alignement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation) pour rectifier cette valeur. De la sorte, le procédé de mesure selon l'invention permet de suivre en temps réel l'évolution de l'épaisseur de la texture fibreuse qui est enroulée sur le mandrin d'imprégnation et de vérifier si celle-ci reste dans une zone de tolérance admissible. 3005 1 5 9 10 La figure 4 montre un exemple d'un tel suivi. Sur cette figure, les courbes 100 et 200 représentent des valeurs théoriques prédéterminées d'épaisseur maximale (courbe 100) et d'épaisseur minimale (courbe 200) en fonction du nombre de tours du mandrin 5 d'imprégnation. La zone 300 délimitée entre ces deux courbes 100, 200 constitue donc la tolérance admissible pour l'épaisseur de la texture fibreuse qui est enroulée sur le mandrin d'imprégnation : si l'épaisseur calculée à un instant t sort de cette zone, il est nécessaire d'intervenir sur 10 les paramètres de fonctionnement de la machine d'enroulement pour rectifier si possible cette valeur. On notera que toute valeur située au-dessus de la zone 300 correspond à un foisonnement trop important de la texture fibreuse qui conduira à une épaisseur trop importante de la préforme et toute valeur 15 située en-dessous de cette zone correspond à un compactage trop important de la texture fibreuse qui conduira à une préforme en sous épaisseur. REVENDICATIONS1. Procédé de mesure de l'épaisseur d'une texture fibreuse (18) enroulée sur un mandrin d'imprégnation (16) pour la fabrication d'une 5 pièce annulaire de structure de turbomachine en matériau composite, comprenant : préalablement à l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation, une étape d'acquisition d'une distance de référence (do) entre une surface extérieure (24) du mandrin 10 d'imprégnation et un capteur de distance (34) positionné en regard de ladite surface extérieure du mandrin d'imprégnation ; au cours de l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation, une étape d'acquisition d'au moins une distance réelle (d(0) entre le capteur de distance et la surface extérieure de la texture 15 fibreuse enroulée sur le mandrin d'imprégnation ; et une étape de calcul de l'épaisseur réelle (E(t)) de la texture fibreuse enroulée sur le mandrin d'imprégnation par soustraction entre la distance réelle et la distance de référence. 20 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la distance de référence et la distance réelle sont des moyennes calculées à partir de mesures réalisées par au moins trois capteurs de distance (34a, 34b) positionnés en regard de la surface extérieure du mandrin d'imprégnation et alignés selon un axe (35) parallèle à un axe de rotation (28) du 25 mandrin d'imprégnation. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la distance de référence et la distance réelle comprennent des valeurs indépendantes obtenues à partir de mesures réalisées par au moins trois capteurs de 30 distance (34a, 34b) positionnés en regard de la surface extérieure du mandrin d'imprégnation et alignés selon un axe (35) parallèle à un axe de rotation (28) du mandrin d'imprégnation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 35 dans lequel l'étape d'acquisition d'au moins une distance réelle comprend 3005 1 5 9 12 l'acquisition de plusieurs distances réelles à différents instants (t) de l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la distance de référence est une moyenne calculée entre plusieurs valeurs de distances entre la surface extérieure du mandrin d'imprégnation et le capteur de distance qui ont été acquises sur un tour complet du mandrin d'imprégnation. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'épaisseur réelle de la texture fibreuse est comparée à une valeur d'épaisseur théorique prédéterminée. 7. Machine d'enroulement (10) d'une texture fibreuse sur un mandrin d'imprégnation pour la fabrication d'une pièce annulaire de turbomachine en matériau composite, comprenant : un mandrin d'appel (14) sur lequel est destinée à être stockée une texture fibreuse (18), le mandrin d'appel ayant un axe de rotation (20) sensiblement horizontal ; un mandrin d'imprégnation (16) sur lequel est destinée à être enroulée en couches superposées la texture fibreuse stockée sur le mandrin d'appel, le mandrin d'imprégnation ayant un axe de rotation (28) sensiblement horizontal et parallèle à l'axe de rotation du mandrin d'appel ; des moteurs électriques (22, 30) pour entraîner en rotation les mandrins autour de leur axe de rotation respectif ; une unité de commande (32) des moteurs électriques d'entraînement en rotation des mandrins ; au moins un capteur de distance (34) positionné en regard 30 d'une surface extérieure (24) du mandrin d'imprégnation ; et des moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8. Machine selon la revendication 7, comprenant trois capteurs 35 de distance (34a, 34b) positionnés en regard de la surface extérieure dumandrin d'imprégnation et alignés selon un axe (35) parallèle à l'axe de rotation du mandrin d'imprégnation. 9. Machine selon l'une des revendications 7 et 8, dans laquelle 5 le capteur de distance est fixé sur un bras escamotable (36) monté sur un bâti (12). 10. Machine selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans laquelle le capteur de distance est un capteur laser. 10