Brevet FR3097328A1 — publié le 20201218

Description Titre de l'invention : Procédé, dispositif et programme de diagnostic de défauts de densification d'une pièce CMC [0001] L'invention concerne un procédé, un dispositif et un programme d'ordinateur de diagnostic de défauts de densification d'une pièce composite à matrice céramique. [0002] Un domaine d'application de l'invention concerne des pièces composites à matrice céramique de turbomachine. [0003] CMC est une abréviation de composite à matrice céramique. [0004] Dans le cadre de la conception de pièces de nouvelle génération, en composites à matrice céramique, la gamme de fabrication est constituée d'une multitude d'étapes. Les dernières étapes de fabrication, qui visent à finir de combler les porosités du matériau, échouent parfois, laissant ainsi des porosités diffuses dans la pièce. Cette porosité couvre parfois un très grand volume de la pièce, ou parfois une zone très localisée. [0005] Le contrôle actuellement utilisé est le contrôle par acquisition tomographique de l'ensemble du volume de la pièce, à une résolution limite permettant la visualisation des porosités (tout en maintenant le contrôle à un coût et un temps maîtrisés). [0006] La figure 1 est une vue d'une partie d'une image tomographique d'une pièce composite à matrice céramique, ayant des défauts. On notera que les défauts sont soit des porosités simples PS se manifestant par des vides visibles à la résolution de l'image, soit des porosités diffuses PD se manifestant par des affaiblissements locaux du niveau de gris, car la taille des vides de ces porosités diffuses PD est égale ou inférieure à la résolution de la tomographie, mais toutefois le nombre de porosités diffuses PD produit tout de même un affaissement visible du niveau de gris. Les porosités simples PD et les porosités diffuses PD sont difficiles à maîtriser lors de la fabrication des pièces composites à matrice céramique et sont assez fréquentes. [0007] On cherche à détecter à la fois les porosités simples PD et les porosités diffuses PD dans l'image tomographique d'une pièce composite à matrice céramique. [0008] Dans les premières phases du développement, la solution était de réaliser un contrôle qualitatif (présence d'un moins une sous-densification, ou non), dans plusieurs zones de la pièce. Ce contrôle, peu riche et long à réaliser, n'est pas compatible avec la cadence croissante des phases de recherche, de développement et de production. [0009] Notamment, en phase de recherche et de développement des pièces composites à matrice céramique, on cherche à caractériser l'étendue et l'importance de ces plages de porosité diffuse PD mal densifiées, afin de pouvoir mettre en regard les performances des pièces testées avec ces défauts, de sorte à caractériser convenablement le fonc- 2 tionnement du matériau d'une part et les tailles acceptables de ces défauts d'autre part. [0010] En phase de développement et de production, du fait du nombre de pièces produites, un contrôle par opérateur de chaque pièce composite à matrice céramique serait extrêmement onéreux. Il est souhaitable de disposer d'un procédé pour traiter automatiquement ou semi-automatiquement les mesures. De plus, un contrôle manuel présente l'inconvénient d'être plus subjectif et donc plus difficile à maîtriser en terme de répétabilité et reproductibilité. [0011] L'invention vise à obtenir un procédé, un dispositif et un programme d'ordinateur de diagnostic de défauts de densification d'une pièce composite à matrice céramique, qui satisfont aux exigences mentionnées ci-dessus. [0012] A cet effet, un premier objet de l'invention est un procédé de diagnostic de de défauts de densification d'une pièce composite à matrice céramique, dans lequel on acquiert par un dispositif d'imagerie tomographique appliqué à la pièce composite à matrice céramique au moins une image tomographique de la pièce composite à matrice céramique, [0013] caractérisé en ce que [0014] on détermine par au moins un calculateur, pour au moins une zone de l'image tomo- graphique, un histogramme, donnant des fréquences d'apparition de niveaux de gris de pixels ou voxcls de la zone de l'image tomographique en fonction des niveaux de gris, [0015] on calcule par le calculateur des paramètres définissant une densité de probabilité d'une loi prescrite de répartition des fréquences des niveaux de gris, qui approche l'histogramme, [0016] on calcule par le calculateur, la fréquence théorique de la loi, qui correspond à un niveau de gris prescrit de défaut de densification de la pièce composite à matrice céramique, lequel est inférieur à une moyenne ayant été calculée à partir de la densité de probabilité dans le cas où chaque niveau de gris est croissant avec une luminosité du pixel ou voxel ou est supérieur à la moyenne dans le cas où chaque niveau de gris est décroissant avec la luminosité du pixel ou voxel, [0017] on calcule par le calculateur la fréquence expérimentale de l'histogramme, qui correspond au niveau de gris de défaut de densification de la pièce composite à matrice céramique, [0018] on calcule par le calculateur à partir de la fréquence expérimentale et à partir de la fréquence théorique un facteur d'anormalité de densification de la zone de l'image tomographique de la pièce composite à matrice céramique, qui est une fonction croissant avec la fréquence expérimentale et décroissant avec la fréquence théorique. Grâce à l'invention, le facteur d'anormalité de densification de la zone de l'image tomographique de la pièce composite à matrice céramique est ainsi un diagnostic automatique et systématique des défauts de la zone de la pièce composite à matrice 3 céramique, et signale pour les grandes valeurs de ce facteur au moins les porosités diffuses. Grâce à la référence à ce facteur d'anormalité de densification, les comparaisons entre zones sont plus objectives, en pouvant être faites sur cc facteur calculé sans être biaisées par un jugement humain, et peuvent être systématisées sur calculateur ou ordinateur pour différentes zones de l'image et pour différentes images prises dans des plans différents, avec une très grande rapidité de calcul. [0019] Suivant un mode de réalisation de l'invention, la loi prescrite de répartition des fréquences des niveaux de gris est une loi normale de répartition des fréquences des niveaux de gris, les paramètres étant la moyenne de la loi normale de répartition des fréquences des niveaux de gris et l'écart-type de la loi normale de répartition des fréquences des niveaux de gris. [0020] Suivant un mode de réalisation de l'invention, l'on calcule par le calculateur les pa- ramètres en minimisant une fonction d'écart quadratique entre la densité de probabilité de la loi prescrite et l'histogramme. [0021] Suivant un mode de réalisation de l'invention, la fonction du facteur d'anormalité de densification croît avec le rapport de la fréquence expérimentale divisée par la fréquence théorique. [0022] Suivant un mode de réalisation de l'invention, le facteur A d'anormalité de densi- fication de la zone de l'image tomographique de la pièce composite à matrice céramique est égal à [0023] A = B.(fc/ftb) +D [0024] où fi. est la fréquence expérimentale, [0025] Lb est la fréquence théorique, [0026] où B est une première constante positive prescrite et non nulle, [0027] D est une deuxième constante positive prescrite. [0028] 4 Suivant un mode de réalisation de l'invention, pour chaque niveau de gris croissant avec une luminosité du pixel ou voxel, le niveau NGD de gris de défaut de densification de la pièce composite à matrice céramique est égal à [0029] NGD = [t - C.a, [0030] où [t est la moyenne de la loi, [0031] o est l'écart-type de la loi, [0032] C est un coefficient prescrit, positif et non nul, [0033] ou bien pour chaque niveau de gris décroissant avec une luminosité du pixel ou voxel, le niveau NGD de gris de défaut de densification de la pièce composite à matrice céramique est égal à [0034] NGD = [t + C.a. [0035] Suivant un mode de réalisation de l'invention, 1 60% en volume), correspondant à la matière apportée par les étapes précédentes de procédés. En tout point de l'image tomographique, on trouvera sur l'histogramme H un pic important MAX, indiquant cette matière. Les porosités (diffuses ou non) apparaissent comme un taux trop élevé des niveaux de gris NG les plus sombres. [0079] Suivant un mode de réalisation de l'invention, dans ce premier cas, le niveau NGD de gris de défaut de défaut PD de densification de la pièce composite à matrice céramique est égal à [0080] NGD = - C.a [0081] où C est un coefficient prescrit, positif et non nul. Suivant un mode de réalisation de l'invention, 1 REVENDICATIONSProcédé dc diagnostic dc défauts dc densification d'une pièce composite à matrice céramique, dans lequel on acquiert (El) ) par un dispositif d'imagerie tomographique appliqué à la pièce composite à matrice céramique au moins une image (I) tomographique dc la pièce composite à matrice céramique, caractérisé en ce que on détermine (E2) par au moins un calculateur, pour au moins une zone (Z) dc l'image tomographique, un histogramme (1-1), donnant des fréquences (f) d'apparition de niveaux (NO) de gris de pixels ou voxels de la zone (Z) de l'image tomographique (I) en fonction des niveaux (NG) de gris, on calcule (E3) par le calculateur des paramètres définissant une densité de probabilité d'une loi prescrite (LN) de répartition des fréquences (f) des niveaux (NG) de gris, qui approche l'histogramme (H), on calcule (E4) par le calculateur, la fréquence théorique (fil) de la loi (LN), qui correspond à un niveau (NGD) de pis prescrit de défaut de densification de la pièce composite à matrice céramique, lequel est inférieur à une moyenne (tt) ayant été calculée à partir de la densité de probabilité dans le cas où chaque niveau (NO) de gris est croissant avec une luminosité du pixel ou voxel ou est supérieur à la moyenne (il) dans le cas où chaque niveau (NO) de gris est décroissant avec la luminosité du pixel ou voxel, on calcule (E5) par le calculateur la fréquence expérimentale (t) de l'histogramme (H), qui correspond au niveau (NGD) de gris de défaut de densification de la pièce composite à matrice céramique, on calcule (E6) par le calculateur à partir de la fréquence expérimentale (t) et à partir de la fréquence théorique (fi) un facteur (A) d'anormalité de densification de la zone de l'image tomographique de la pièce composite à matrice céramique, qui est une fonction croissant avec la fréquence expérimentale (fa) et décroissant avec la fréquence théorique (LIJ- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la loi prescrite (LN) de répartition des fréquences (I) des niveaux (NO) de gris est une loi normale (LN) de répartition des fréquences (f) des niveaux (NO) de gris, les paramètres étant la moyenne ([1) de la loi normale (LN) de répartition des fréquences (I) des niveaux (NO) de gris et l'écart-type (a) 19 de la loi normale (LN) de répartition des fréquences (f) des niveaux (NO) de gris. [Revendication 3] Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que l'on calcule (E3) par le calculateur les paramètres en minimisant une fonction d'écart quadratique entre la densité de probabilité de la loi prescrite et l'histogramme (H). [Revendication 4] Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que la fonction du facteur (A) d'anormalité de densification croît avec le rapport de la fréquence expérimentale (t.) divisée par la fréquence théorique (f11). [Revendication 5] Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que le facteur A d'anormalité de densification de la zone de l'image tomographique de la pièce composite à matrice céramique est égal à A = +D où f, est la fréquence expérimentale, fi, est la fréquence théorique, où B est une première constante positive prescrite et non nulle, D est une deuxième constante positive prescrite. [Revendication 6] Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que pour chaque niveau (NG) de gris croissant avec une luminosité du pixel ou voxel, le niveau NGD de gris de défaut de densification de la pièce composite à matrice céramique est égal à NGD = kt. - C.o, où y, est la moyenne de la loi (LN), o est l'écart-type de la loi (LN), C est un coefficient prescrit, positif et non nul, ou bien pour chaque niveau (NO) de gris décroissant avec une luminosité du pixel ou voxel, le niveau NGD de gris de défaut de densification de la pièce composite à matrice céramique est égal à NGD = + C.o. [Revendication 7] Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que 1