Brevet FR3033885A1 — publié le 20160923

PROCÉDÉ DE CONTRÔLE DE LA CALIBRATION GÉOMÉTRIQUE D'UN ORGANE PROFILÉ, NOTAMMENT D'UN ORGANE DE TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR La présente invention est relative à la calibration géométrique de la forme d'un organe profilé. Elle trouve avantageusement application pour le contrôle de pièces profilées de turbomachines et notamment, mais non limitativement, pour le contrôle de la géométrie de bords d'attaque ou de bords de fuite 10 d'aubes de compresseur. Les performances aérodynamiques des organes profilés de turbomachines dépendent fortement du profil de leurs bords d'attaque et, dans une moindre mesure, du profil de leurs bords de fuite. C'est le cas notamment pour les bords d'attaque des aubes de 15 compresseur de turbomachines. Ces bords d'attaque constituent des zones d'une longueur relativement restreinte (3-5 mm), sur lesquelles des erreurs de profils peuvent avoir de fortes conséquences sur la poussée développée. Leurs formes (également appelées « biaisages ») font l'objet d'un ajustage en fin de réalisation. 20 Des contrôles de tolérances géométriques sont classiquement mis en oeuvre, mais l'évaluation de la qualité géométrique du profil d'un organe profilé en regard de la géométrie nominale spécifiée pour celui-ci dépend aujourd'hui fortement de l'appréciation personnelle des opérateurs. 25 Un tel contrôle peut se faire à l'aide d'un calibre de biaisage, d'un projecteur de profil ou encore à l'aide d'une machine à mesurer tridimensionnelle. Lors du contrôle géométrique de la pièce, le profil relevé pour celle-ci est comparé à deux profils extrêmes admissibles. 30 L'opérateur vérifie en outre visuellement si la forme qu'il a sous les yeux s'apparente plutôt à une forme de profil correcte (par exemple une forme de profil du type de celle de la figure 1) ou se rapproche d'une 3033885 2 forme de profil inacceptable (déport incorrect (figure 2a), forme trop épaisse et non déportée (figure 2b), inversion de courbure à l'attachement de la pale (figure 2c), forme trop pointue et mal rayonnée (figure 2d), absence de rayon (figure 2e), absence de rayon et de déport 5 (figure 2f), forme trop mince et trop émoussée (figure 2g), etc...) Cette façon de fonctionner s'avère toutefois insuffisante pour apprécier correctement la conformité des pièces. Elle pose notamment des problèmes en termes de répétabilité et de reproductibilité. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION Un but de l'invention est de fournir un procédé de contrôle qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de contrôle qui soit fiable, indépendant des moyens de mesure et qui permette une 15 appréciation quantitative, objective et complète de la conformité de la pièce. L'invention propose à cet effet un procédé de contrôle de la calibration géométrique de la forme d'un profil de bord d'attaque ou de bord de fuite d'un organe profilé dans lequel on effectue différentes 20 mesures géométriques sur le profil de bord d'attaque ou de bord de fuite, caractérisé en ce que, pour plusieurs sections du profil de bord d'attaque ou de fuite : - on acquiert les coordonnées de plusieurs points de ladite section dans un référentiel local préalablement défini pour ladite 25 section, - on calcule à partir des coordonnées de ces points différentes valeurs de paramètres caractéristiques du respect de critères de tolérances géométriques par ladite section, et en ce qu'on évalue la conformité du profil en fonction des 30 valeurs de paramètres ainsi calculées pour les différentes sections. La conformité de la forme du profil est ainsi caractérisée objectivement grâce à ces différentes valeurs de paramètres déterminées 3033885 3 sur différentes caractéristiques mesurables du profil que l'on cherche à évaluer. Dans un mode de mise en oeuvre, on calcule pour chaque section une valeur globale de section qui est une moyenne pondérée de valeurs 5 de paramètres déterminées pour ladite section. Ainsi, on caractérise par une valeur objective la conformité de chaque section. Dans un autre mode encore, on calcule une valeur de critère globale de conformité en fonction de valeurs de paramètres déterminées 10 pour différentes sections et on compare cette valeur de critère globale à un seuil d'acceptabilité pour le profil de bord d'attaque ou de fuite. Notamment, la valeur de critère globale de conformité est calculée comme étant une moyenne pondérée de valeurs globales déterminées pour les différentes sections. La valeur globale de conformité correspond par exemple à une évaluation globale de la pièce profilée, voire à une évaluation du moteur intégrant différentes pièces profilées, par exemples différentes aubes. Le procédé proposé peut en outre comprendre les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon toutes leurs 20 combinaisons techniquement envisageables : - une valeur de paramètre peut être représentative du fait que l'épaisseur du bord d'attaque ou de fuite est dans une tolérance prédéterminée par rapport à une valeur d'épaisseur nominale attendue ; - une valeur de paramètre peut être représentative de la longueur 25 du profil pour lequel le profil d'extrados est en dehors d'un couloir de tolérance prédéterminé par rapport à un couloir flottant centré sur le point d'épaisseur réel du bord d'attaque et défini par deux courbes extrêmes parallèles au profil nominal d'extrados attendu ; - une valeur de paramètre peut être représentative de l'écart de la 30 pente du profil d'extrados par rapport à un profil nominal d'extrados attendu ; - une valeur de paramètre peut être représentative du déport du bord d'attaque ou de fuite selon les directions d'intrados et/ou d'extrados ; 3033885 4 - une valeur de paramètre peut être représentative de l'écart du profil d'intrados par rapport à un profil d'intrados nominal attendu ; - le référentiel local peut être un référentiel cartésien dont l'axe d'abscisse est tangent au profil côté intrados et dont l'axe d'ordonnées 5 est perpendiculaire à l'axe d'abscisse, l'origine des axes se trouvant sur le côté intrados au droit du point d'épaisseur du bord d'attaque ou de fuite ; - l'organe profilé peut être une aube de compresseur de turbomachine. L'invention concerne également un programme formant un outil 10 d'aide à la décision pour le contrôle de la calibration géométrique de la forme d'un profil de bord d'attaque ou de bord de fuite d'un organe profilé, comportant un codage adapté pour mettre des étapes du procédé proposé lorsqu'il est lu par ordinateur. 15 PRÉSENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 et les figures 2a à 2g illustrent des exemples de formes générales utilisées dans l'art antérieur par les opérateurs pour apprécier visuellement la conformité ou l'absence de conformité d'un profil d'organe profilé ; - la figure 3 illustre un exemple de profil théorique d'une section de 25 définition d'un organe profilé, par exemple en l'occurrence une aube de compresseur ; - la figure 4 illustre un profil de section de bord d'attaque sur lequel on a rapporté un référentiel local ; - les figures 5a à 5e illustrent différents critères d'évaluation de 30 profil pour lesquels, dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, on détermine des valeurs de paramètres. 3033885 5 DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN OEUVRE ET DE RÉALISATION On a représenté sur la figure 3 un profil théorique de section d'un organe profilé de turbomachine. Cet organe profilé est en l'occurrence 5 une aube de compresseur. D'autres organes profilés peuvent bien entendu être envisagés. Le profil illustré sur la figure 3 est défini notamment par : - un point de bord d'attaque BA, - un point de bord de fuite BF, 10 - un rayon de bord d'attaque rBA ainsi qu'un rayon de bord de fuite rBF, - un angle al et un angle a2 définissant, par rapport à la perpendiculaire à la corde, les directions des tangentes au point BA et au point BF (droites Dl et D2), 15 - une valeur el et une valeur e2 de l'épaisseur de l'aube à une distance théorique prédéterminée des tangentes au bord d'attaque BA ou au bord de fuite BF, cette distance étant par exemple de l'ordre de 3 à 5 mm. Le contrôle de la calibration géométrique de la forme de l'organe 20 profilé met en oeuvre une détermination de différentes valeurs de paramètres pour différentes sections de bord d'attaque et/ou de bord de fuite de l'organe profilé. À cet effet, pour chaque section de bord d'attaque, on acquiert les coordonnées d'une pluralité de points dans un référentiel défini 25 localement pour cette section. Ce référentiel local est, par exemple, un repère cartésien défini ainsi dans le cas d'une section de bord d'attaque (figure 4) : - L'origine des axes 0 se trouve sur le côté intrados, à la distance de la droite Dl donné pour l'épaisseur el dans la définition 30 technique (3 mm dans l'exemple illustré sur la figure 4), 3033885 6 - L'axe d'abscisse (axe X) correspond à l'axe passant par ce point d'origine et qui est tangent au profil au niveau de ce point d'origine, - L'axe d'ordonnée (axe Y) est l'axe passant par ce point d'origine 5 et qui est perpendiculaire à cet axe d'abscisse. Un échantillonnage est ensuite réalisé sur la courbe d'intrados et la courbe d'extrados de la section pour obtenir les différents points d'échantillonnage : ceux-ci sont par exemple choisis comme étant les points d'intersection avec la courbe d'intrados et la courbe d'extrados de 10 différentes parallèles à la droite Dl, espacées les unes par rapport aux autres d'un pas d'échantillonnage donné (0,5 mm dans l'exemple illustré sur la figure 4). Les coordonnés de ces différents points peuvent être obtenues de différentes façons : palpage mécanique, mesure optique, etc. 15 L'échantillonnage dans un référentiel local qui vient d'être décrit dans le cas d'une section de bord d'attaque se transpose bien entendu aisément dans le cas d'une section de bord de fuite. Une fois les coordonnées des points d'échantillonnage déterminées dans le référentiel local, différents critères numériques peuvent être 20 évalués. Un premier critère évalue par exemple le fait que l'épaisseur du bord d'attaque (bord de fuite) est dans une tolérance prédéterminée par rapport à la valeur d'épaisseur nominale el attendue au point d'origine O. C'est ce qu'illustre la figure 5a (cas d'un bord d'attaque) sur laquelle on a reporté en traits pleins la courbe d'intrados et la courbe d'extrados mesurées, la courbe d'extrados nominale ayant été représentée en traits pointillés, tandis que les courbes de tolérances par rapport à la courbe d'extrados nominale ont été représentées en traits mixtes. 3033885 7 Le point d'échantillonnage de la courbe d'extrados correspondant à cette épaisseur el a été entouré. Il est désigné par PE (point d'épaisseur) dans la suite du texte. Selon que l'épaisseur el mesurée est ou non dans les tolérances 5 admises, une valeur de 100% ou de 0% est attribuée comme valeur d'évaluation de ce premier critère. Un deuxième critère évalue le fait que le profil d'extrados est dans une tolérance de forme restreinte. C'est ce qu'illustre la figure 5b sur laquelle on a représenté un 10 couloir flottant CF centré sur le point de l'extrados pour lequel l'épaisseur el est mesurée. Les courbes délimitant ce couloir (en traits pointillés) sont parallèles à la courbe nominale théoriquement attendue pour l'extrados. Dans le cas illustré sur la figure 5b, une partie substantielle de la 15 courbe d'extrados réelle se trouve en dehors de ce couloir. Le pourcentage de longueur en dehors du couloir est utilisé comme valeur d'évaluation pour ce deuxième critère. Un troisième critère encore évalue la conformité de la pente d'extrados. 20 Par exemple, ce critère consiste à déterminer un pourcentage représentatif de l'écart de la pente Aréel du profil d'extrados réel par rapport à la pente Anominal du profil d'extrados nominal. On rappelle ici qu'un écart de pente d'un profil d'extrados est la traduction du déport du profil. L'écart de pente positif est représentatif 25 d'un profil déporté vers l'extrados. A l'inverse, un écart de pente négatif est représentatif d'un profil trop biaisé. C'est ce qu'illustre la figure 5c sur laquelle on a représenté l'écart de la pente d'extrados réelle (en traits pleins) et l'écart de la pente du profil d'extrados nominal (en traits pointillés). 3033885 8 Un quatrième critère encore consiste à évaluer le déport du bord d'attaque vers l'intrados et vers l'extrados et à comparer ce déport à des seuils (figure 5d). Selon que le déport du bord d'attaque vers l'intrados et vers l'extrados est conforme ou non, un pourcentage de 100% ou 0% est 5 attribué à ce critère. Un cinquième critère encore est illustré sur la figure 5e. Ce critère consiste à comparer, au moins pour une zone de la courbe d'intrados à proximité du point BA, le déport des points d'intrados par rapport à une courbe théorique de seuil supérieur. Le pourcentage de points en dessous 10 de ce seuil dans ladite zone donnée est utilisé comme valeur pour ce cinquième critère. De nombreux autres critères de conformité sont bien entendu possibles. Ces critères sont en particulier choisis en fonction des besoins 15 aérodynamiques sur les organes profilés et en particulier en fonction de leur influence sur les performances moteurs, ainsi qu'en fonction des contraintes de fabrication et de contrôlabilité avec les moyens de mesure existants. Pour chaque section, une fois les valeurs numériques déterminées 20 pour chacun des critères, un critère global est calculé en appliquant une pondération à chaque critère. Clitèr lob. - val critère- roolds poids Les différentes pondérations sont fonction de la criticité des critères 25 et d'un éventuel recalage effectué à l'occasion des essais moteur. Un critère global est également calculé sur l'ensemble de la pièce profilée. Le calcul de ce critère met en oeuvre une pondération sur les différents critères globaux calculés pour les différentes sections. Cette 3033885 9 pondération prend en compte l'importance de chaque section dans la performance de l'aube. Un critère global pour un jeu complet d'aubes peut également être calculé. 5 Les valeurs calculées pour les différents paramètres, ainsi que les valeurs globales calculées pour chaque section, chaque aube et chaque moteur peuvent ensuite être comparées à des seuils d'acceptabilité. Ces seuils d'acceptabilité sont déterminés par la pratique en fonction des essais de performance moteur. 10 Les calculs des différentes valeurs de paramètres, comme des différentes valeurs globales, sont mis en oeuvre par un calculateur/ordinateur recevant en entrée les différentes valeurs mesurées pour les coordonnées des différents points échantillonnés et programmé pour mettre en oeuvre les différentes étapes du procédé qui 15 vient d'être décrit. De cette façon, on dispose d'un outil d'aide à la décision permettant de contrôler la calibration géométrique de la forme d'un profil en se basant sur des caractéristiques mesurables de celui-ci. Cet outil permet des contrôles répétables et reproductibles et est 20 donc parfaitement adapté à une production industrielle. Il peut en particulier être intégré à un processus de contrôle au moyen d'une machine de mesure tridimensionnelle. Comme on l'aura compris, le procédé et l'outil qui sont proposés ne sont pas limités au contrôle des bords d'attaque d'aubes de compresseurs 25 et peuvent être utilisés pour le contrôle de profil de tout organe profilé de turbomachine. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la calibration géométrique de la forme d'un profil de bord d'attaque ou de bord de fuite d'au moins un organe profilé dans lequel on effectue différentes mesures géométriques sur le profil de bord d'attaque ou de bord de fuite, caractérisé en ce que, pour plusieurs sections du profil de bord d'attaque ou de fuite : - on acquiert les coordonnées de plusieurs points de ladite section dans un référentiel local préalablement défini pour ladite section, - on calcule à partir des coordonnées de ces points différentes valeurs de paramètres caractéristiques du respect de critères de tolérances géométriques par ladite section, et en ce qu'on évalue la conformité du profil en fonction des valeurs de paramètres ainsi calculées pour les différentes sections. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, dans lequel on calcule pour chaque section une valeur globale de section qui est une moyenne pondérée de valeurs de paramètres déterminées pour ladite section. 3. Procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel on calcule une valeur de critère globale de conformité en fonction de valeurs de paramètres déterminées pour différentes sections et on compare cette valeur de critère globale à un seuil d'acceptabilité pour le profil de bord d'attaque ou de fuite. 4. Procédé selon la revendication 3 prise en combinaison avec la revendication 2, dans lequel la valeur de critère globale de conformité est calculée comme étant une moyenne pondérée de valeurs globales déterminées pour les différentes sections. 3033885 11 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une valeur de paramètre est représentative du fait que l'épaisseur du bord d'attaque ou de fuite est dans une tolérance prédéterminée par rapport à une valeur d'épaisseur nominale 5 attendue. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une valeur de paramètre est représentative de la longueur du profil pour lequel le profil d'extrados est en dehors d'un couloir de tolérance prédéterminé par rapport à un couloir flottant centré 10 sur le point d'épaisseur réel du bord d'attaque et défini par deux courbes extrêmes parallèles au profil nominal d'extrados attendu. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une valeur de paramètre est représentative de l'écart de la pente du profil d'extrados par rapport à un profil nominal d'extrados 15 attendu. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une valeur de paramètre est représentative du déport du bord d'attaque ou de fuite selon les directions d'intrados et/ou d'extrados. 20 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une valeur de paramètre est représentative de l'écart du profil d'intrados par rapport à un profil d'intrados nominal attendu. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le référentiel local est un référentiel cartésien dont l'axe 25 d'abscisse est tangent au profil côté intrados et dont l'axe d'ordonnées est perpendiculaire à l'axe d'abscisse, l'origine des axes se trouvant sur le côté intrados au droit du point d'épaisseur du bord d'attaque ou de fuite. 3033885 12 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'organe profilé est une aube de compresseur de turbomachine. 12. Programme formant un outil d'aide à la décision pour le contrôle de la calibration géométrique de la forme d'un profil de bord 5 d'attaque ou de bord de fuite d'un organe profilé, comportant un codage adapté pour mettre des étapes du procédé selon l'une des revendications précédentes lorsqu'il est lu par ordinateur.