Brevet FR3018727A1 — publié le 20150925

Tête de pose de fibres L'invention concerne une tête de pose de fibres destinée à la pose d'un matériau à base de fibres pour la fabrication d'une pièce composite renforcée de fibres, le matériau à base de fibres amené à la tête de pose de fibres pouvant être sectionné à l'aide d'un dispositif de coupe au cours du processus de pose. L'invention concerne également un procédé pour sectionner un matériau à base de fibres lors de la fabrication d'une pièce composite renforcée de fibres. En raison de leurs propriétés avantageuses, de présenter une résistance et une rigidité élevées dans au moins une direction, pour un poids relativement faible, les matériaux composites renforcés de fibres sont à présent incontournables dans le domaine aéronautique et aérospatial. Mais les matériaux composites renforcés de fibres sont également de plus en plus utilisés dans le domaine automobile, pour réduire le poids des véhicules, à rigidité et résistance égales, ce qui le plus souvent entraîne une économie proportionnelle de carburant. Face à ces propriétés avantageuses les pièces composites renforcées de fibres ont l'inconvénient d'être très coûteuses à fabriquer, parce que les processus de fabrication ne peuvent, en partie, pas être automatisés, ou, dans les cas de processus automatisés, il est nécessaire de mettre davantage l'accent sur l'assurance qualité. En effet, les moindres écarts par rapport aux paramètres de processus suffisent à occasionner des sites défectueux à l'intérieur de la pièce, qui peuvent considérablement affecter la résistance et à la rigidité. Pour la fabrication de pièces de grande taille utilisant la technologie du placement de fibres ou la technologie de pose de rubans, on connaît déjà, par exemple d'après le document DE 10 2010 015 027 B1, une installation de pose de fibres dans laquelle l'étape de pose des fibres sur l'outillage peut en grande partie être automatisée. Des robots sont guidés sur un système de rails s'étendant autour de l'outillage. Les robots comportent en guise d'effecteurs terminaux des têtes de pose de fibres correspondantes permettant de poser le matériau à base de fibres sur l'outillage. Le matériau à base de fibres est amené à la tête de pose de fibres au moyen d'un dispositif d'alimentation, qui est en liaison avec un dispositif de fourniture de matériau à base de fibres ou une réserve de matériau à base de fibres. Le matériau à base de fibres est ici le plus souvent agencé sur une couche de support pour le transporter ainsi en direction de la tête de pose de fibres. Dans la tête de pose de fibres, le matériau à base de fibres est séparé du matériau de support, en vue de déposer sur l'outillage le matériau à base de fibres sans le matériau de support. Le matériau à base de fibres et le matériau de support forment ensemble une bande de matériau. Le matériau à base de fibres est posé sous forme de plusieurs bandes côte à côte sur l'outil, et réalise, dans l'ensemble de sa surface, une couche stratifiée (pli). Plusieurs couches stratifiées, en partie de forme géométrique différente et d'orientation différente, forment alors la pièce composite renforcée de fibres. En règle générale, le matériau à base de fibres doit être sectionné au plus tard à la fin d'une bande de fibres déposée, de manière que la tête de pose de fibres puisse se déplacer librement dans l'espace vers sa nouvelle position de pose. Pendant le sectionnement du matériau à base de fibres, qui se trouve encore sur le matériau de support de la bande de matériau ou tout au moins à grande proximité de celui-ci, il faut s'assurer que le matériau de support ne soit pas endommagé ou sectionné pendant le processus de coupe, faute de quoi le transport du matériau à base de fibres ne serait plus possible et l'ensemble du processus de pose devrait être stoppé. Ainsi, lors du sectionnement du matériau à base de fibres, notamment lorsque le matériau à base de fibres est encore agencé sur le matériau de support de la bande de matériau, il faut s'assurer que d'une part le matériau de support ne soit pas coupé et d'autre part que toutes les fibres du matériau à base de fibres soient sectionnées. Comme le matériau de support n'a qu'une épaisseur d'environ 0,1 mm, les moindres variations de la profondeur de coupe peuvent conduire à l'endommagement du matériau de support et à un déchirement. Dans la pratique, on utilise généralement pour couper les bandes, des couteaux à ultrasons, qui sont guidés sur une glissière linéaire agencée transversalement à la direction de transport de la bande de matériau, et sectionnent ainsi le matériau à base de fibres transversalement à la direction de transport. Pour s'assurer que le matériau à base de fibres a été sectionné de manière fiable, la profondeur de coupe du couteau est réglée à l'avance de façon que le matériau de support soit légèrement rayé, ce qui nécessite toutefois un réglage très précis du couteau à ultrasons. En fonction de l'orientation de la tête de pose de fibres, apparaissent, en raison de la gravitation et de la souplesse de l'ensemble du système, des imprécisions qui influent sur la position et l'orientation de l'unité de coupe dans la tête de pose. Comme le matériau de support n'a qu'une épaisseur d'environ 0,1 mm, des variations de position de 0,02 mm à 0,03 mm peuvent suffire à occasionner un processus de coupe très incertain. Une rigidification de la tête de pose conduit toutefois à un accroissement de masse et signifie en plus une mise en oeuvre de construction plus importante. L'incertitude lors du sectionnement ciblé du matériau à base de fibres et du non-sectionnement du matériau de support diminue certes, mais persiste. En outre, des têtes de pose de fibres rigidifiées entraînent une augmentation de poids, qui en définitive conduit à un processus de pose de fibres imprécis. Or notamment dans le cas de pièces critiques sur le plan de la sécurité, la position de pose du matériau à base de fibres est décisive pour la qualité de la pièce. Aussi, le but de la présente invention consiste à fournir une tête de pose de fibres améliorée, destinée à la pose d'un matériau à base de fibres, et qui permette, sans accroissement de masse, de réaliser de manière fiable le sectionnement du matériau à base de fibres et le non-sectionnement du matériau de support. Le but recherché est atteint conformément à l'invention, grâce à la tête de pose de fibres selon la revendication 1, ainsi qu'au procédé selon la revendication 7. Conformément à l'invention, il est par conséquent proposé une tête de pose de fibres destinée à la pose d'un matériau à base de fibres pour la fabrication d'une pièce composite renforcée de fibres. Une bande de matériau comportant le matériau à base de fibres agencé sur un matériau de support est amenée à la tête de pose de fibres dans une direction de transport, au moyen d'un dispositif d'alimentation. La tête de pose de fibres comprend un dispositif de coupe qui est conçu pour sectionner le matériau à base de fibres transversalement à la direction de transport. Le dispositif de coupe peut par exemple comporter une unité de coupe formée par un couteau déplaçable par coulissement linéaire, le couteau pouvant par exemple être un couteau à ultrasons. Conformément à l'invention, on prévoit à présent au moins deux capteurs de distance, conçus chacun pour mesurer sans contact une distance entre le dispositif de coupe d'une part et la bande de matériau d'autre part. Lesdits au moins deux capteurs de distance mesurent la distance au niveau de positions de mesure respectives prévues espacées l'une de l'autre, les positions de mesure étant prévues espacées transversalement à la direction de transport. Cela permet de déterminer au moins deux valeurs de mesure pour la distance entre le dispositif de coupe et la bande de matériau, de sorte qu'en-dehors de la distance d'espacement absolue, il est également possible de déterminer si le dispositif de coupe est éventuellement basculé par rapport à la bande de matériau. A l'aide d'une unité de traitement de données, on compare alors les distances réelles mesurées par les capteurs de distance respectifs à une distance de consigne prescrite, ce qui permet de déterminer des écarts du dispositif de coupe par rapport à la profondeur de coupe réglée du dispositif de coupe. Par ailleurs, il est prévu, conformément à l'invention, un dispositif de réglage conçu pour régler une distance entre le dispositif de coupe et la bande de matériau. Le dispositif de réglage peut ainsi, par exemple, être couplé mécaniquement au dispositif de coupe, ce qui permet de régler de manière adéquate une distance d'espacement, notamment au niveau des positions de mesure prédéterminées. Conformément à l'invention, l'unité de traitement de données est conçue pour commander le dispositif de réglage en fonction de la comparaison entre les distances réelles mesurées et la distance de consigne suivante, de manière à diminuer la différence entre les distances réelles et la présente distance de consigne. Grâce à la diminution de la différence entre les distances réelles mesurées et la distance de consigne suivante jusqu'à une compensation totale de la différence, les imprécisions lors de l'opération de coupe, en raison de la souplesse ou de la flexibilité de l'ensemble du système, peuvent être réduites, ce qui permet de diminuer le risque d'un sectionnement accidentel du matériau de support sur lequel se trouve encore le matériau à base de fibres à sectionner. Conformément à l'invention, on prévoit donc un genre de système actif additionnel, qui, pendant le sectionnement du matériau à base de fibres à l'aide du dispositif de coupe, régule la profondeur de coupe. En outre, la profondeur de coupe peut être corrigée pendant le sectionnement du matériau à base de fibres et le non-sectionnement du matériau de support, de sorte que soit toujours réglée la profondeur de coupe de consigne prescrite. Cela permet de réduire nettement le risque d'un sectionnement involontaire du matériau de support en raison de la souplesse ou de la flexibilité de l'ensemble du système. La présente tête de pose de fibres conforme à l'invention, rend ainsi possible une réalisation des têtes de pose avec nettement moins de matière en les rendant ainsi plus légères, de sorte que le processus de coupe devient certes moins précis, mais peut être compensé en raison de la régulation de la profondeur de coupe. Or une tête de pose de fibres plus légère conduit à l'avantage significatif d'un positionnement amélioré et plus précis pour la pose des fibres, ce qui améliore le processus de pose de fibres sur le plan qualitatif. Le sectionnement du matériau à base de fibres transversalement à la direction de transport, signifie ici notamment que le matériau à base de fibres est sectionné de manière orthogonale à la direction de transport ou la direction d'avance. Plus généralement, cela désigne ici toutefois tout angle quelconque transversalement à la direction de transport. La demande ne se limite pas à un angle de coupe orthogonal. Les capteurs de distance peuvent être réalisés de manière à mesurer la distance entre le dispositif de coupe et le matériau à base de fibres de la bande de matériau, ou entre le dispositif de coupe et le matériau de support de la bande de matériau. La distance au dispositif de coupe peut ici être un point de référence défini, d'où l'on peut conclure sur la profondeur de coupe sur la base des relations géométriques du dispositif de coupe. La mesure de distance peut également être effectuée entre le dispositif de coupe et l'élément de coupe conjugué (la surface sur laquelle repose le matériau). Avantageusement, le dispositif de réglage comprend un ou plusieurs actionneurs piézoélectriques pour régler la distance entre le dispositif de coupe et la bande de matériau, permettant d'obtenir des temps de réglage courts et d'appliquer des forces élevées. De plus, les actionneurs piézoélectriques présentent l'avantage de pouvoir effectuer de manière très précise des déplacements de réglage très courts, ce qui est avantageux en raison de la précision nécessaire dans ce domaine. D'après un autre mode de réalisation avantageux, les capteurs de distance sont configurés de manière que la distance réelle respective soit mesurée dans le plan de coupe. Le plan de coupe du dispositif de coupe est ici défini par l'agencement de l'unité de coupe par rapport au matériau à base de fibres d'une part, et par la direction de coupe à travers le matériau à base de fibres d'autre part. On définit ainsi un plan de coupe dans lequel le dispositif de coupe effectue le sectionnement du matériau à base de fibres. Si à présent la distance est mesurée dans ce plan de coupe, entre le dispositif de coupe et la bande de matériau, ladite distance mesurée est alignée avec le couteau de coupe et son mouvement à travers le matériau à base de fibres, ce qui permet de réguler et de corriger de manière très précise la profondeur de coupe du dispositif de coupe. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les capteurs de distance pour la mesure de la distance sont situés au niveau des zones de bordure de bande opposées respectives de la bande de matériau, et/ou les capteurs de distance pour la mesure de la distance sont situés à l'extérieur de la zone de coupe. Grâce à cela, la zone de coupe n'est pas rendue techniquement plus complexe par l'agencement de capteurs de distance, et permet malgré tout de mesurer à l'intérieur du plan de coupe. Si les capteurs de distance pour la mesure de ladite distance sont situés au niveau des zones de bordure de bande, il en résulte en outre l'avantage de pouvoir déceler de manière fiable, notamment un basculement à l'intérieur du plan de coupe. Il s'avère ainsi particulièrement avantageux que le dispositif de réglage soit configuré pour régler la distance par déplacement du dispositif de coupe par rapport à la bande de matériau dans le plan de coupe, par exemple avantageusement de manière que le dispositif de coupe soit déplacé par rapport à la bande de matériau dans le plan de coupe, par basculement et/ou par coulissement parallèle. En cas de basculement du dispositif de coupe dans le plan de coupe, on obtient une augmentation ou une diminution des distances au niveau des zones de bordure de bande, tandis qu'au niveau du centre de basculement aucune variation de distance ne serait observée. En cas de coulissement parallèle à l'intérieur du plan de coupe, l'ensemble du dispositif de coupe coulisse par rapport à la bande de matériau, ceci de manière telle que la variation de distance par rapport à la bande de matériau soit toujours la même quelle que soit la position de mesure par rapport au dispositif de coupe. Le but recherché est par ailleurs également atteint, conformément à l'invention, à l'aide du procédé selon la revendication 7. Des configurations avantageuses du procédé se trouvent dans les sous-revendications correspondantes. L'invention va être explicitée à titre d'exemple, en référence à la figure annexée. Elle montre : Figure 1 représentation schématique d'une partie d'une tête de 15 pose de fibres pour le sectionnement du matériau à base de fibres. 10 La figure 1 montre une tête de pose de fibres 1 avec vue sur la partie destinée au sectionnement d'un matériau à base de fibres. A la tête de pose 20 de fibres 1 est amenée une bande de matériau 2, qui comporte un matériau de support 3 sur lequel est agencé, sous forme de bande, un matériau à base de fibres 4. La direction de transport de la bande de matériau 2 pointe du plan du dessin vers l'observateur. 25 A l'aide d'un dispositif de coupe 5 il faut sectionner, le matériau à base de fibres 4 sans sectionner également le matériau de support 3. En effet, un sectionnement du matériau de support aurait pour conséquence l'arrêt de l'installation complète, ce qui est coûteux en temps et en argent et renchérit le processus de pose. Le dispositif de coupe 5 présente une unité de coupe 30 6, qui peut par exemple être réalisée sous la forme d'un couteau à ultrasons. Par l'intermédiaire d'un entraînement linéaire du dispositif de coupe 5, l'unité de coupe 6 peut être déplacée transversalement à la direction de transport, comme indiqué par la flèche au niveau de l'unité de coupe 6. Grâce au déplacement de l'unité de coupe 6 transversalement à la direction de transport et ainsi le plus souvent également transversalement à l'orientation du matériau à base de fibres 4, le matériau à base de fibres 4 est sectionné transversalement à la direction de transport. Au niveau des zones de bordure de bande, notamment les zones où s'arrête le matériau à base de fibres 4 et où dépasse le matériau de support 3, sont prévus au niveau de la zone de bordure de bande respective, des capteurs de distance 7a et 7b qui déterminent sans contact la distance entre le dispositif de coupe 5 et la bande de matériau 2. Cela peut par exemple s'effectuer à l'aide de rayons laser, d'ondes ultrasonores ou analogues. Les capteurs de distance 7a et 7b peuvent être agencés au même niveau que l'unité de coupe 6 de sorte qu'ils déterminent la distance à la bande de matériau 2 dans le plan de déplacement de l'unité de coupe 6, qui définit le plan de coupe du dispositif de coupe 5. Le plan de coupe est ainsi défini par la direction de coupe SR ainsi que par l'agencement de l'unité de coupe 6 par rapport au matériau à base de fibres 4, et indiqué par SE sur la figure 1. Les deux capteurs de distance 7a et 7b respectivement agencés à distance l'un de l'autre, sont en contact, en termes de transmission de signaux, avec une unité de traitement de données 8 qui assure la comparaison des distances réelles relevées avec une distance de consigne prévue à l'avance. En outre, l'unité de traitement de données 8 est reliée à un dispositif de réglage 9, qui est conçu pour déplacer et ainsi régler le dispositif de coupe 5 par rapport au matériau à base de fibres 4 ou à la bande de matériau 2. Le déplacement de réglage peut par exemple prendre la forme d'un coulissement parallèle P, ou d'un mouvement de basculement K autour d'un point de rotation. Dans le cas d'un coulissement parallèle P, l'ensemble du dispositif de coupe 5 est déplacé par rapport au matériau à base de fibres 4 de manière que la distance considérée varie de façon commune identique en toute position de mesure quelconque. Dans le cas d'un mouvement de basculement K dans le plan de coupe SE, les distances varient différemment au niveau des capteurs de distance 7a et 7b respectifs. L'unité de traitement de données 8 est conçue de manière à commander le dispositif de réglage 9 en fonction de la comparaison effectuée entre les distances réelles des capteurs de distance 7a et 7b et la distance de consigne prévue, de manière à diminuer ou compenser totalement (égaliser) une différence entre les distances réelles et la distance de consigne. Le processus se déroule de façon continue pendant l'opération de coupe, de sorte qu'il est possible d'adapter et de réguler la profondeur de coupe de manière exacte à la valeur de la position de consigne prescrite, pendant la totalité de l'opération de coupe. Par ailleurs, ceci permet également de surveiller le processus de coupe en tant que tel, ce qui est fondamental pour réussir le processus de pose.15 REVENDICATIONS1. Tête de pose de fibres (1) destinée à la pose d'un matériau à base de fibres (4) pour la fabrication d'une pièce composite renforcées de fibres, une bande de matériau (2) avec le matériau à base de fibres (4) agencé sur un matériau de support (3) étant amenée à la tête de pose de fibres (2) dans une direction de transport, au moyen d'un dispositif d'alimentation, la tête de pose de fibres comprenant, - un dispositif de coupe (5) conçu pour sectionner le matériau à base de fibres (4) transversalement à la direction de transport, caractérisée par au moins deux capteurs de distance (7a, 7b) configurés chacun pour mesurer sans contact une distance entre le dispositif de coupe (5) d'une part et la bande de matériau (2) d'autre part, en des positions de mesure prévues de manière espacée transversalement à la direction de transport, - une unité de traitement de données (8), conçue pour comparer les distances réelles mesurées par les capteurs de distances respectifs, à une distance de consigne prescrite, et un dispositif de réglage (9) pour régler une distance entre le dispositif de coupe et la bande de matériau, l'unité de traitement de données étant conçue pour commander le dispositif de réglage pour régler la distance du dispositif de coupe à la bande de matériau en fonction de la comparaison des distances réelles avec la distance de consigne, de manière à diminuer la différence entre les distances réelles et la distance de consigne prescrite. 2. Tête de pose de fibres (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de réglage comprend un ou plusieurs actionneurs piézoélectriques pour régler la distance entre le dispositif de coupe et la bande de matériau. 3. Tête de pose de fibres (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée ence que les capteurs de distance sont configurés de manière que la distance réelle respective soit mesurée dans le plan de coupe. 4. Tête de pose de fibres (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les capteurs de distance pour mesurer la distance sont situés au niveau des zones de bordure de bande respectivement opposées de la bande de matériau, et/ou les capteurs de distance pour mesurer la distance sont situés à l'extérieur de la zone de coupe. 5. Tête de pose de fibres (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de réglage est configuré pour régler la distance par déplacement du dispositif de coupe par rapport à la bande de matériau dans le plan de coupe. 6. Tête de pose de fibres (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif de réglage est configuré pour déplacer le dispositif de coupe par rapport à la bande de matériau par basculement du dispositif de coupe dans le plan de coupe et/ou par coulissement parallèle du dispositif de coupe dans le plan de coupe. 7. Procédé pour sectionner du matériau à base de fibres lors de la fabrication d'une pièce composite renforcée de fibres, une bande de matériau avec le matériau à base de fibres agencé sur un matériau de support étant amenée à une tête de pose de fibres dans une direction de transport, au moyen d'un dispositif d'alimentation, et le matériau à base de fibres étant sectionné transversalement à la direction de transport au moyen d'un dispositif de coupe lorsque le matériau à base de fibres est encore agencé sur le matériau de support, caractérisé par a) mesurer des distances entre le dispositif de coupe d'une part et la bande de matériau d'autre part, en au moins deux positions de mesure différentes, qui sont prévues de manière espacée transversalement à la direction de transport de la bande de matériau, au moyen d'au moins deux capteurs de distance, b) comparer les distances réelles mesurées avec une distance deconsigne prescrite, au moyen d'une unité de traitement de données, et c) commander un dispositif de réglage pour régler une distance entre le dispositif de coupe et la bande de matériau, en fonction de la comparaison des distances réelles avec la distance de consigne, de manière à diminuer la différence entre les distances réelles et la distance de consigne prescrite. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la distance réelle respective est mesurée dans le plan de coupe, au moyen des capteurs de distance. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les distances réelles sont mesurées au niveau des zones de bordure respectivement opposées de la bande de matériau, et/ou les distances réelles sont mesurées à l'extérieur de la zone de coupe. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le dispositif de réglage pour régler une distance entre le dispositif de coupe et la bande de matériau est commandé de manière que le dispositif de coupe soit déplacé dans le plan de coupe, pour régler ladite distance. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de réglage est par ailleurs commandé de manière en outre que le dispositif de coupe soit basculé et/ou déplacé par coulissement parallèle dans le plan de coupe, pour régler ladite distance.