Brevet FR3015658A1 — publié le 20150626

PROCEDE DE DETERMINATION DE L'EPAISSEUR DE PREFORMES TEXTILES SECHES Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine de la caractérisation de préformes fibreuses. 10 La présente invention s'applique plus particulièrement aux injections de type LRI (« Liquid Resin Infusion » en terminologie anglo-saxonne) ou RTM (« Resin Transfer Molding » en terminologie anglo-saxonne). La caractérisation s'effectue après ou pendant l'opération de préformage 15 de l'empilement textile. Cette opération de compactage est fondamentale puisqu'elle est dédiée à la transformation d'un demi-produit sans maintien mécanique (fibres, mèches ou couches juste jointives après l'opération de drapage) en une préforme manipulable. 20 La maîtrise des paramètres de compactage est l'élément le plus influent puisqu'il détermine le taux volumique de fibres futur de l'objet à injecter/polymériser en conformité avec les spécifications imposées. En outre, un taux de fibres trop élevé peut engendrer une saturation inhomogène donc un rebut potentiel. La finalité est de définir avec précision l'épaisseur de la 25 préforme et/ou donc le succès de l'opération de compactage par l'utilisation d'un dispositif sans couplage et sans contact dédié aux analyses non destructives (vocation « santé-matière ») au sein des produits d'environnement appliquées au procédé LRI-VAP (« Liquid Resin Infusion / Vacuum Assisted Processing » en terminologie anglo-saxonne). 30 Etat de la technique L'épaisseur des préformes constituées est le premier paramètre de la chronologie de fabrication pouvant altérer une structure injectée (LRI, RTM ou génériques). L'épaisseur d'une préforme conditionne sa faculté future d'être saturée par un liquide d'imprégnation pendant les phases d'injection et après polymérisation son taux de fibres donc ses caractéristiques mécaniques. Il convient donc d'optimiser le protocole de compactage après dépose des fibres sèches afin d'obtenir le taux de fibres visé et une homogénéité volumique après 10 imprégnation/polymérisation de la structure composite. La Figure 1 illustre les différents stades majeurs de l'élaboration d'une préforme. 15 Les préformes réalisées par dépose automatique sont constituées de mèches (fibres de carbone), le drapage est effectué en température afin de fusionner partiellement un film thermoplastique (PA V800 pour l'exemple) et d'assurer une cohésion suffisante de la couche sur le moule (dépose du premier pli) ou aux couches suivantes (constitution d'un empilage). L'objet 20 réalisé n'a aucune tenue mécanique. - En sortie de dépose (phase 1), la préforme est constituée de fibres, du film résiduel de thermoplastique et d'air. La répartition en épaisseur est aléatoire et non mesurable. La structure n'est pas défoisonnée. - En phase 2 et 3 démarre l'opération de compactage à chaud sous vide et 25 sous environnement spécifique, une caul plate est utilisée pour une calibration homogène (forme simple ou courbe). La température appliquée est en rapport avec la fusion partielle et diffusion du thermoplastique dans les couches de carbone. Il est observé une forte variation d'épaisseur en fonction de la température, des conditions de 30 dépression, de la durée ... Cette épaisseur détermine la compacité, la compacité déterminant le taux de fibres. - En phase finale, il est observé après retour à la température ambiante et à pression atmosphérique un retour élastique (déformabilité suivant « z »). L'objet est désormais manipulable vers le lieu ou moyen d'injection. On connaît dans l'état de la technique une norme de mesure d'épaisseur (ACI_EDSWCG_ME0820039_v1 Compaction Reforming Tests) dédiée aux applications aéronautiques. Celle-ci met en oeuvre de nombreuses mesures (palmer, comparateur, ...) successives avec corrections itératives des produits d'environnement comme du support (le moule). De par sa complexité, son application sur les structures composites de grandes dimensions simple ou double courbure semble compliquée à mettre en oeuvre. En outre, ceci n'est pas une mesure directe où les incertitudes sont difficilement quantifiables et le cycle de contrôle risque d'être rédhibitoire en production. Cette mesure n'est effectuée que sur une préforme compactée. Exposé de l'invention La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé permettant de déterminer l'épaisseur de préformes textiles sèches en mettant en oeuvre une inspection par courants de Foucault. A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles sèches, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de génération de courants de Foucault au sein d'une préforme textile sèche, une étape d'étalonnage d'un dispositif apte à réaliser des mesures, une étape d'acquisition desdits courants de Foucault au moyen de capteurs, et une étape consistant à déterminer l'épaisseur de ladite préforme textile. Selon un mode de réalisation, ladite étape d'étalonnage est réalisée au moyen d'une colonne de mesure micrométrique Selon une variante, ledit procédé comporte une étape de calibration par s butée mécanique en bordure de pièce. Selon un mode de mise en oeuvre particulier, ladite étape d'étalonnage est réalisée après mise sous dépression. 10 Selon un mode de réalisation, après ladite étape d'étalonnage, l'acquisition est multiplexée. Selon une variante, ladite étape d'étalonnage est réalisée en temps réel par un appareillage en nombre limité sur « caul plate ». 15 Selon une autre variante, ladite étape d'étalonnage est réalisée à la surface d'un moule. Selon une variante, le procédé selon la présente invention est appliqué 20 aux estimations au stade terminal de grandes préformes à température ambiante. Selon une autre variante, le procédé selon la présente invention est appliqué à la dépose de mèches sèches. 25 Brève description des dessins On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après 30 à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles : - la Figure 1 illustre les différents stades majeurs de l'élaboration d'une préforme ; - la Figure 2 illustre le procédé selon la présente invention de façon générale ; et - la Figure 3 représente la configuration d'acquisition ; - la Figure 4 illustre des résultats obtenus avec deux sondes de nature différente : l'une avec un échantillonnage fort, et l'autre avec un échantillonnage faible ; - la Figure 5 représente une comparaison entre « mesure vraie » à la colonne de mesure et estimation par courants de Foucault avec un étalonnage trente-six points et un étalonnage 10 cinq points ; et - la Figure 6 illustre une application du procédé selon la présente invention. 15 Description détaillée des modes de réalisation de l'invention Les courants de Foucault sont des courants induits dans les matériaux conducteurs placés dans un champ magnétique alternatif généré par un 20 effecteur ou sonde. Toutes variations affectant le matériau, dans le champ de la sonde, modifient l'intensité et/ou le parcours des courants de Foucault, ce qui induit des variations de champ et d'impédance. Il en découle, que dans le matériau massif, une induction résultante (ou un champ résultant) varie en module et en phase, en fonction de l'épaisseur traversée ou des hétérogénéités 25 rencontrées. La méthode d'inspection par courant de Foucault est fondée sur la mesure de ces variations. Outre la recherche de défauts de type « fissures ou criques», les courants de Foucault sont utilisés pour le tri des matériaux métalliques (effet des trempes, nuances métallurgiques, brûlures de rectification,...). En dehors de la détection de ruptures de mèches carbone de 30 peaux dédiées aux générateurs solaires de satellites, les courants de Foucault sont d'utilisation anecdotique sur composites. Le postulat de départ est que la conductivité d'une préforme textile sèche est directement proportionnée par le taux de contact inter fibres et inter couches. Ces contacts doivent favoriser le passage éventuel du courant. L'implantation d'un moyen de détection/mesure par courant de Foucault (méthode sans contact et sans couplage) possède trois vocations soient : - Déterminer de l'épaisseur de préforme au stade terminal via un étalonnage pratiqué avec la combinaison d'une colonne de mesure micrométrique et d'un appareillage courants de Foucault (application aux acquisitions manuelles de structures d'encombrement restreint) ; 10 - Détermination de l'épaisseur d'une préforme de grande dimension plane ou formée au stade terminal via un auto étalonnage d'un dispositif assurant la cohérence « mesure vraie » et acquisition courants de Foucault. intégré aux environnements de compactage sous caul plate, captation multipoints assurant un maillage de contrôle à température 15 ambiante et dans les conditions réelles d'injection (la structure est sous dépression en configuration réelle d'injection) ; - Suivre les évolutions du cycle de compactage (T°C, -p, durée,...) et son effet sur l'épaisseur de préforme finale. Cet aspect est directement lié au monitoring de cette opération. 20 La Figure 2 illustre le procédé selon la présente invention de façon générale. Dans un mode de réalisation, le procédé selon la présente invention combine « colonne de mesure micrométrique » et appareillage courants de Foucault sur préforme simple. Une sonde est solidaire de la colonne de 25 mesure TESA (affichage digital direct de l'épaisseur). Les modules mesurés sont retraduits manuellement pour chaque point de mesure. Un environnement minimaliste (sandwich A4000/préforme/Thermal imide) autorise une correction de l'épaisseur mesurée, le « 0 » lift-off étant réalisé à la surface du moule. 30 La Figure 3 représente la configuration d'acquisition On remarquera qu'une synchronisation des deux acquisitions est possible, RS232 sur colonne et programme Labview pour l'appareil smart courants de Foucault. On remarquera également que cette configuration d'environnement est également représentative d'une acquisition sous « caul plate ». La dépose automatique des fibres s'effectue sur un thermal-imide immobilisé sur le moule (en aluminium). En fin de séquence de drapage un pli protège la caul plate des éventuelles adhérences pendant l'opération de compactage à chaud. 10 Dans ce mode de réalisation, l'étalonnage est réalisé en combinant mesure micrométrique et acquisition du module courants de Foucault. La Figure 4 illustre des résultats obtenus avec deux sondes de nature 15 différente : l'une avec un échantillonnage fort, et l'autre avec un échantillonnage faible La droite de régression linéaire obtenue permet d'évaluer l'épaisseur de deux préformes réalisées à partir de deux cycles de compactage par l'utilisation 20 de la sonde seule à iso paramètre de sollicitation. On observe pour ce mode de réalisation : - Des différences d'épaisseur (effet attendu) après deux cycles de compactages distincts 25 - Du comparatif de la méthode de référence (colonne de mesure) par rapport aux résultats issus de la méthode inverse (même avec un étalonnage en cinq points) n'engendre qu'une erreur de 0.18mm et 0.09mm. - Pour cette gamme d'épaisseur, l'intervalle de tolérance pour la mesure 30 micrométrique est de l'ordre de 0.3 mm. La Figure 5 représente une comparaison entre « mesure vraie » à la colonne de mesure et estimation par courants de Foucault avec un étalonnage trente-six points et un étalonnage cinq points Dans un autre mode de réalisation, le procédé selon la présente invention est appliqué aux estimations au stade terminal de grandes préformes (à température ambiante). Puisqu'il est question de mesurer le module de l'impédance de la sonde à un éloignement donné (lift off), dans le cas, il est possible de dédier un nombre de capteurs à l'étalonnage à proximité immédiate d'un calage calibré (cette dimension est l'épaisseur théorique fixée pour un taux de fibres visé). Cette calibration par butée mécanique en bordure de pièce (les préformes constituées sont des ébauches à détourer aux cotes pièces avant injection) détermine un espacement ou lift-off constant et reproductible. L'étalonnage s'effectue après la mise sous dépression (élimination du retour élastique). Après étalonnage, l'acquisition est multiplexée et le traitement des informations liée à la préforme sont disponibles (épaisseur, taux volumique de fibres, épaisseur par pli,...) sous forme de nuage de point ou cartographie. A ce stade, une sanction acceptable ou non acceptable est délivrée en fin d'opération. Cette variante est dédiée aux contrôles industriels. Le nombre de capteurs à implanter est en fonction des dimensions de la structure et de la variabilité interne des empilages (section courante constituée de « n » plis et zones renforcées de « n+m » plis. Ce même principe peut être appliqué lors de l'élaboration de la fenêtre procédé d'un nouveau matériau (film thermoplastique de liage à point de fusion différent, compressibilité des mèches déposée supérieure ou inférieure, cas d'un tissu à fort embuvage,...). Cette variante est appliquée pendant le cycle de compactage, l'étalonnage est alors réalisé en temps réel par un appareillage en nombre limité implanté sur caul plate (LVDT contact, laser, autres). Puisque l'opération de compactage engendre un dé foisonnement de la préforme en fonction de T°C, -p, durée (perte d'épaisseur pour les raisons évoquées), la notion de cale de calibration demeure en fin de cycle. Ceci délivre : - Une indication de la compressivité de la préforme en température ; - Un constat quasi-immédiat de pertinence du cycle de préformage mis en oeuvre en conformité avec les spécifications Cette application est dédiée à la validation des conditions de mise en oeuvre. On remarquera qu'en fonction des plages de température visée une 10 correction de la réponse des sondes est impérative. Dans un autre mode de réalisation, le procédé selon la présente invention est appliqué à la dépose de mèches sèches. Cette dernière variante est applicable aux opérations de dépose de mèches 15 sur le moule. Les mèches ou couches ne sont pas défoisonnées, l'utilisation d'une sollicitation thermique associée à un roller d'application permet de générer une adhérence avec le moule ou les couches déjà déposées. Ces demi-produits ne sont pas compactés donc très fortement poreux, les courants de Foucault son insensibles à cette porosité mais sont fortement proportionnés 20 par le taux de contact. L'observation s'effectue en dynamique pendant la dépose de premier pli à la dernière couche, l'effecteur peut être monté directement sur la tête ou sur platine déportée (cas de la dépose de thermoplastique haute performance à 400°C). Ce dispositif permet de piéger toute dérive lors de la dépose (occasionnée par la variation thermique de 25 l'organe de dépose et les fuites thermiques entres couche de composite en place). L'étalonnage s'effectue à la surface du moule, une correction en température de la réponse des sondes est également requise. 30 Le procédé selon la présente invention trouve des applications pour toute vérification d'épaisseur de préformes textiles sèches RTM (« Resin Transfer Molding » en terminologie anglo-saxonne).et LRI (« Liquid Resin Infusion » en terminologie anglo-saxonne) : - Préformes conductrices telles que les structures en carbone (graphite) - Préformes non conductrices (verre, kevlar,...). Le procédé selon la présente invention s'applique dans les cas de dépose où l'épaisseur par pli est un paramètre important. 10 Le procédé selon la présente invention s'applique également aux drapages de thermoplastique de consolidation « one shot » (consolidation en pièce finie directement pendant l'opération de dépose). La Figure 6 illustre une application du procédé selon la présente 15 invention. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de 20 l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles sèches, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de génération de courants s de Foucault au sein d'une préforme (10) textile sèche, une étape d'étalonnage d'un dispositif (20) apte à réaliser des mesures, une étape d'acquisition desdits courants de Foucault au moyen de capteurs (30, 31), et une étape consistant à déterminer l'épaisseur de ladite préforme (10) textile. 10 2. Procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles sèches selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape d'étalonnage est réalisée au moyen d'une colonne de mesure micrométrique 3. Procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles 15 sèches selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calibration par butée mécanique en bordure de pièce. 4. Procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles sèches selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite étape 20 d'étalonnage est réalisée après mise sous dépression. 5. Procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles sèches selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après ladite étape d'étalonnage, l'acquisition est multiplexée. 25 6. Procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles sèches selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite étape d'étalonnage est réalisée en temps réel par un appareillage en nombre limité sur « caul plate ». 7. Procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles sèches selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite étape d'étalonnage est réalisée à la surface d'un moule. 8. Procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles sèches selon l'une au moins des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est appliqué aux estimations au stade terminal de grandes préformes à température ambiante. s 10 9. Procédé de détermination de l'épaisseur de préformes textiles sèches selon l'une au moins des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la dépose de mèches sèches.