Brevet FR3113468A1 — publié le 20220225

L’invention concerne un procédé de détection de fin de perçage par électroérosion d’un trou dans une pièce en matériau électro-conducteur, le procédé comprenant les étapes consistant en : le perçage (S100) par électroérosion d’au moins un trou dans la pièce, au cours du perçage par électroérosion, l’acquisition (S200), au moyen d’un capteur de vibrations, de mesures représentatives des vibrations émises lors du perçage par électroérosion, et le traitement (S300) des mesures acquises, et l’arrêt du perçage (S400) par électroérosion en fonction des mesures traitées. Figure pour l'abrégé : Figure 4 PROCÉDÉ DE DÉTECTION DE FIN DE PERÇAGE PAR ÉLECTROÉROSION D’UN TROU DANS UNE PIÈCE EN MATÉRIAU ÉLECTRO-CONDUCTEUR La présente invention concerne un procédé de détection de fin de perçage par électroérosion d’un trou dans une pièce en matériau électro-conducteur, en particulier pour une turbomachine d’aéronef. Le perçage par électroérosion ou perçage EDM (acronyme de l’expression anglaise « Electrical Discharge Machining ») est un procédé d'usinage qui consiste à enlever de la matière dans une pièce en utilisant des décharges électriques. On parle aussi d'usinage par étincelage. Cette technique se caractérise par son aptitude à usiner tous les matériaux électro-conducteurs (i.e. les matériaux conducteurs de l'électricité), quelle que soit leur dureté. Le procédé d'usinage consiste à faire passer un courant d’une électrode vers la pièce à travers un diélectrique, afin de générer une « bulle » de vapeur ou de vide qui s'ionise et se résorbe en implosant, entraînant la destruction de la matière de la pièce. Cette destruction (ou micro-implosion) provoque l'étincelle. Le courant de forte intensité ionise un canal à travers le diélectrique. Une décharge disruptive se produit alors entre l’électrode et la pièce à usiner, détériorant celle-ci très localement (sur quelques µm²). Ce procédé permet de percer des trous avec une très grande précision, et est adapté pour des matériaux très durs ou encore dans les cas où la complexité de la pièce l'exige, comme c’est le cas pour les pièces d’une turbomachine d’aéronef. Les aubes mobiles d’un distributeur de turbine d’une turbomachine d’aéronef comprennent par exemple des trous percés par un procédé EDM. Les aubes sont généralement obtenues par un procédé de moulage à la cire perdue. Comme représenté en figure 1, la fabrication d’une aube de turbine haute pression d’une turbomachine d’aéronef comporte une étape de moulage S10 de l’aube, puis une étape de fraisage S20 de l’aube. Ensuite, la fabrication peut comprendre une étape S30 de perçage de trous débouchant dans des cavités internes à l’aube, suivie d’une étape S40 d’application d’un revêtement antioxydant sur l’aube. En variante, la fabrication peut comprendre une étape S40 d’application d’un revêtement antioxydant, suivie d’une étape S30 de perçage de trous débouchant dans des cavités internes à l’aube. Ensuite, la fabrication comporte une étape S50 d’application d’un revêtement en céramique sur l’aube. Une aube est creuse et dispose donc de cavités internes, dans lesquelles un outil de perçage débouche après avoir créé un trou dans la paroi de l’aube. Les trous traversent donc la paroi de l’aube, pour assurer des passages d’air de ventilation entre la cavité interne de l’aube et la veine de la turbine. Une machine d’électroérosion comporte une tête qui est mobile vis-à-vis de la pièce à percer et qui porte l’électrode EDM. Cette électrode a une forme allongée et est destinée à être déplacée en translation le long de son axe d’allongement. Lors d’une avance de l’électrode vers la pièce, l’étincelle se crée et la destruction de la matière de la pièce entraine la formation d’un trou avec un diamètre prédéfini. L’électrode est alors reculée et sortie du trou afin de réaliser d’autres perçages. L’électrode est un consommable dans la mesure où elle s’use lors d’un perçage. L’usure de l’électrode se caractérise par une réduction de sa longueur. Une des problématiques du perçage EDM est qu’il est difficile de quantifier avec précision cette usure. Lors du perçage d’un trou, l’usure (i.e. la réduction de longueur) de l’électrode est en général supérieure à la profondeur du trou percé, mais n’est toutefois pas constante, car elle peut varier d’un trou à l’autre, d’autant que l’épaisseur de la paroi à percer peut également varier un peu d’un trou à l’autre. Toutefois, il est nécessaire à la fois de percer suffisamment la pièce pour réaliser un trou débouchant d’un seul coup (une seule avance d’électrode), et de ne pas trop avancer l’électrode, afin de ne pas risquer d’impacter et de percer la paroi opposée au trou. L’enjeu de la maîtrise du débouchage du trou est donc de ne pas impacter les parois internes de l’aube. Une manière d’arrêter le perçage est de définir une course maximum de l’outil de perçage prenant en compte à la fois l’épaisseur à percer et l’usure de l’outil de perçage. Néanmoins, cette méthode n’est pas applicable dans le cas du micro-perçage par électroérosion, étant donnée l’usure non répétable de l’électrode (estimée à 100 % ± 25 %), et les dimensions de la paroi à percer, de l’électrode et de la cavité interne à l’aube. Par exemple, comme représenté sur la figure 2, la paroi 10 de la pièce à percer a une épaisseur de 2 mm. L’épaisseur minimum de la cavité 14, avant d’impacter la paroi 16 est de 1 mm. Les épaisseurs des parois 10, 16 à percer sont cotées à ± 0,2 mm. L’électrode 12 doit déboucher d’au moins 0,3 mm dans la cavité 14 de l’aube. La zone A de l’électrode 12 représente la descente de l’électrode 12 (selon la flèche F) nécessaire pour percer la paroi 10. La zone A s’étend donc sur 2 mm ± 0,2 mm. La zone B de l’électrode 12 représente l’incertitude due à l’usure de l’électrode 12, c’est-à-dire ± 25 % de la longueur de l’électrode 12 à descendre. La zone C de l’électrode 12 représente la forme en cône de l’électrode. Il est nécessaire que l’électrode 12 sorte de 0,3 mm de la paroi 10, afin de garantir que le diamètre du trou 18 est calibrant. L’arrêt du perçage ne peut donc être déterminé par une course maximum de l’outil de perçage. En effet, comme représenté sur la figure 2, avec un arrêt du perçage défini de cette manière, il ne pourrait être garanti que l’électrode 12 n’atteigne pas la paroi 16 opposée au trou, et donc que la paroi 16 ne soit pas impactée. La détection du débouchage dans la cavité de l’aube peut également être réalisée en surveillant les signaux de courant et de vitesse de descente de l’électrode. Il suffit alors de détecter un front montant ou descendant d’un de ces signaux pour arrêter le perçage. Par exemple, lors de la sortie de l’électrode dans la cavité de l’aube, il y a un arc électrique qui se forme entre l’électrode et la pièce. Cet arc électrique est fortement dégradé, et l’intensité électrique chute. Il suffit donc de détecter le front descendant du courant délivré par le générateur EDM. Toutefois, la qualité du signal surveillé lors du débouchage de l’électrode est dépendante de la géométrie locale de la pièce. Si le débouchage est réalisé sous un angle ou dans un perturbateur (i.e. dans une zone à géométrie accidentée), alors le front montant ou descendant de ces signaux est dégradé. Ceci mène à une mauvaise détection du débouchage, et donc à des impacts de perçage dans les parois internes de l’aube. De plus, le débouchage est asservi sur une valeur (tension, courant ou vitesse de descente), qui est elle-même pilotée directement par la machine. Compte tenu de la présence d’impacts de perçage, cette solution ne permet donc pas d’atteindre le niveau de performance requis. L’invention a pour objectif de proposer une solution permettant de remédier à, au moins, certains de ces inconvénients. Notamment, l’invention permet de détecter le débouchage de l’électrode dans la cavité de l’aube, afin de stopper le perçage du trou avant que la paroi interne de l’aube ne soit impactée. À cet effet, l’invention concerne un procédé de détection de fin de perçage par électroérosion d’un trou dans une pièce en matériau électro-conducteur, le procédé comprenant les étapes consistant en : le perçage par électroérosion d’au moins un trou dans la pièce, au cours du perçage par électroérosion, l’acquisition, au moyen d’un capteur de vibrations, de mesures représentatives des vibrations émises lors du perçage par électroérosion, et le traitement des mesures acquises, et l’arrêt du perçage par électroérosion en fonction des mesures traitées. Selon l’invention, les vibrations émises lors du perçage par électroérosion sont des émissions acoustiques. L’invention permet de mesurer les émissions acoustiques générées par la destruction de matière lors de l’électroérosion. Avantageusement, l’invention permet une détection robuste de la fin du perçage, ce qui permet d’assurer la conformité dimensionnelle et métallurgique de la pièce finale (i.e. d’éviter les impacts de perçage). L’invention permet également de diminuer le taux de rebut des pièces lié à l’opération de perçage par électroérosion, l’opération de perçage par électroérosion étant réalisée en fin de procédé de fabrication de la pièce. La surveillance et le traitement des émissions acoustiques, en temps réel, permettent de donner un temps d’arrêt à la machine de perçage pour situer dans le temps le débouchage du trou, et donc de commander l’arrêt du perçage. L’invention permet avantageusement de s’affranchir des boucles d’asservissements de la machine EDM. En effet, le procédé s’appuie seulement sur le phénomène physique d’érosion de la matière, et s’affranchit de tous les paramètres d’érosion liés à la machine d’électroérosion, et sur lesquels l’utilisateur n’a pas la maîtrise. Les émissions acoustiques comportent des informations caractéristiques du perçage qui sont clés pour le pilotage de l’opération de perçage par électroérosion. Le traitement des mesures, au cours de l’étape de perçage, permet d’identifier ces informations caractéristiques en temps réel, et donc de piloter la fin du perçage de la machine. Selon l’invention, les étapes d’acquisition et de traitement des mesures sont réalisées en temps réel. Ainsi, la surveillance du perçage selon l’invention est active. L’étape de traitement des mesures peut comprendre une sous-étape consistant en la détection de motifs temporels dans les émissions acoustiques émises lors du perçage par électroérosion, de manière à séparer, dans lesdites mesures, les signaux transitoires des émissions acoustiques continues. Au cours des émissions acoustiques continues, les événements acoustiques, représentés par des motifs temporels, sont très proches dans le temps, voire se chevauchent contrairement aux émissions acoustiques par rafale au cours desquelles les événements acoustiques sont facilement individualisés. Dans le cas des émissions continues, il est difficile de séparer les événements acoustiques par les méthodes de traitement du signal usuelles. La séparation des événements est importante pour estimer l'évolution du perçage pilotée par les boucles d’asservissements de la machine EDM. La sous-étape de détection de motifs temporels relatifs aux événements acoustiques peut être réalisée par un débruitage par ondelettes de Daubechies avec seuillage des coefficients. L’étape de traitement des mesures peut comprendre une sous-étape consistant en la mise en correspondance des signaux transitoires avec différentes phases du perçage par électroérosion. La sous-étape de mise en correspondance peut être réalisée par couplage des émissions acoustiques émises lors du perçage par électroérosion avec une méthode de détermination a posteriori des différentes phases du perçage par électroérosion, par exemple au moyen d’une caméra ou d’un système de suivi de l’évolution au cours du temps de la vitesse du perçage par électroérosion, de l’intensité de la décharge d’électroérosion et/ou de la profondeur de perçage par électroérosion. La sous-étape de mise en correspondance peut être réalisée par couplage des émissions acoustiques émises lors du perçage par électroérosion avec des données représentatives du perçage par électroérosion. Les données représentatives du perçage par électroérosion peuvent comprendre l’intensité de la décharge d’électroérosion et/ou la vitesse du perçage par électroérosion. Ainsi, la détection du débouchage de l’électrode se base sur un paramètre physique, issu de l’analyse des émissions acoustiques émises lors du perçage, et couple la détection de motifs temporels dans le flux d’émissions acoustiques, par exemple par débruitage par ondelettes de Daubechies avec seuillage des coefficients, avec des évènements liés au perçage, afin de décider du signal d’arrêt du perçage. La pièce peut être disposée sur un support d’une machine d’électroérosion. Le procédé peut comprendre, préalablement à l’étape de perçage par électroérosion, l’étape consistant en la disposition dudit au moins un capteur de vibrations sur ledit support. L’étape de disposition dudit au moins un capteur de vibrations peut comprendre les sous-étapes consistant en : le vissage d’un guide d’onde sur le support de la pièce, et la fixation dudit capteur de vibrations sur ledit guide d’onde. Ceci permet avantageusement d’avoir des capteurs de vibrations le moins intrusif possible. Le procédé peut également comprendre l’étape consistant en la disposition d’une pluralité de capteurs de vibrations sur le support de la pièce, lesdits capteurs étant des capteurs de vibrations ayant des plages de fonctionnement en fréquence comprises entre 10 et 10 4 KHz. La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1, déjà décrite, est un organigramme d’un procédé de fabrication d’une aube de turbine haute pression d’une turbomachine d’aéronef, la figure 2, déjà décrite, représente schématiquement le perçage par électroérosion, lorsque l’arrêt du perçage est défini sur une course maximum de l’outil de perçage, la figure 3 représente schématiquement une machine d’électroérosion utilisée lors du procédé selon l’invention, et la figure 4 est un organigramme d’un procédé de détection de fin de perçage par électroérosion d’un trou dans une pièce en matériau électro-conducteur selon l’invention. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. La présente invention concerne un procédé de détection de fin de perçage par électroérosion, ou perçage EDM, d’un trou dans une pièce en matériau électro-conducteur. Ce procédé utilise une machine d’électroérosion, notamment représentée en figure 3. Plus précisément, la machine 100 est une machine de micro-perçage EDM. La machine 100 d’électroérosion comporte au moins une électrode 110 EDM, une tête 120 de support de cette électrode et un support 130 de la pièce 140 à percer. La tête 120 est mobile selon les axes X, Y et Z. L’électrode 110 a une forme allongée selon l’axe Z. L’électrode 110 est mobile le long de l’axe Z et peut ainsi être avancée ou reculée, une avance permettant par exemple de réaliser le perçage d’un trou dans la pièce 140, et un recul permettant de ressortir l’électrode 110 de ce trou. La pièce 140 à percer est positionnée sous l’électrode 110 et la surface de la pièce 140 sur laquelle le trou est réalisé peut être positionnée perpendiculairement à l’axe Z (selon l’axe Y) si un trou normal à la surface doit être réalisé, ou de manière inclinée par rapport à l’axe Y si un trou incliné par rapport à la surface doit être réalisé. Le reste de la machine n’est pas décrit ni représenté et fait partie des connaissances générales de l’homme du métier spécialisé dans le perçage EDM. La pièce 140 est par exemple réalisée en alliage métallique à base de nickel et de cobalt. En variante, la pièce peut être en matériau électro-conducteur composite, par exemple du type CMC. De préférence, la pièce 140 est réalisée en matériau monocristallin. De préférence, la pièce 140 est une aube de turbine. L’électrode 110 a une fonction de perçage par électroérosion. Les trous à percer ont par exemple un diamètre compris entre 0,2 mm et 2 mm. Les trous sont de préférence débouchants. Dans le cas où les trous sont orientés perpendiculairement à la surface de la pièce 140, la profondeur théorique des trous est égale à l’épaisseur de la paroi à percer de la pièce, et est par exemple comprise entre 1 mm et 10 mm, et de préférence entre 2 mm et 5 mm. L’électrode 10 est alimentée avec un courant de forte intensité pour que l’étincelle produite entre l’électrode 110 et la pièce 140 soit suffisante pour détruire le matériau de la pièce et former le trou. L’électrode 110 peut être alimentée avec une tension supérieure ou égale à 100 V et un courant supérieur à 1 A. L’électrode 110 peut être alimentée par des impulsions électriques dont le ratio du temps des impulsions sur le temps entre les impulsions est supérieur à 0,2 et de préférence compris entre 0,5 et 0,8. Par ailleurs, l’électrode peut être reliée à une borne positive ou négative. La machine d’électroérosion 100 comporte également au moins un capteur de vibrations 150, fixé à un guide d’onde 160, lui-même vissé sur le support 130. La machine d’électroérosion 100 peut comporter une pluralité de capteurs de vibrations, les capteurs étant des capteurs de vibrations ayant des plages de fonctionnement en fréquence variées, notamment comprises entre 10 et 10 4 KHz. La figure 4 représente les différentes étapes du procédé selon l’invention. Le procédé peut comprendre une étape S110 de disposition du ou des capteurs de vibrations 150 sur le support 130. Plus précisément, le procédé peut comprendre une sous-étape S120 de vissage du guide d’onde 160 sur le support 130, puis une sous-étape S130 de fixation du capteur de vibrations 150 sur le guide d’onde 160. Le procédé comprend ensuite une étape S100 de perçage par électroérosion d’au moins un trou dans la pièce 140. Au cours du perçage par électroérosion S100, le procédé comprend une étape S200 d’acquisition, au moyen du ou des capteurs de vibrations 150, de mesures représentatives des vibrations émises lors du perçage par électroérosion. Les vibrations sont des émissions acoustiques générées par la destruction de matière lors du perçage par électroérosion. Au cours du perçage par électroérosion S100, le procédé comprend une étape S300 de traitement des mesures représentatives des émissions acoustiques acquises à l’étape S200. Les étapes d’acquisition S200 et de traitement S300 des mesures sont réalisées en temps réel. L’étape de traitement S300 comporte deux phases. Dans sa première phase, l’étape S300 peut comprendre une sous-étape S310 consistant en la détection de motifs temporels dans le flux d’émissions acoustiques émises lors du perçage par électroérosion. Cette sous-étape S310 permet de séparer les signaux transitoires des émissions acoustiques continues. Cette sous-étape S310 peut être réalisée par un débruitage par ondelettes de Daubechies avec seuillage des coefficients. Cette méthode consiste à calculer les coefficients d'ondelettes à partir du signal électro-acoustique, en décomposant le flux des émissions acoustiques en portions d’environ un quart de seconde. Les discontinuités dans la distribution des coefficients qui interviennent dans le signal électro-acoustique permettent d’analyser les détails du flux des émissions acoustiques. Après seuillage des coefficients, une part des signaux électro-acoustiques non pertinents sont éliminés. En utilisant une base d’ondelettes adaptée au capteur de vibrations 150 utilisé et un niveau de décomposition élevé, afin de garantir la séparation des signaux transitoires d’intérêt dans les émissions acoustiques continues, il est possible d’identifier une grande partie des événements de perçage. Dans sa deuxième phase, l’étape S300 peut comprendre une sous-étape S320 consistant en la mise en correspondance des signaux transitoires d’intérêt avec les différentes phases du perçage par électroérosion, en utilisant des méthodes d’apprentissage soit supervisées, non supervisées ou partiellement supervisées par l’homme de métier. Les différentes phases du perçage sont : la phase d’attaque (lorsque l’électrode 110 commence à percer la pièce 140), la phase d’avancée de l’outil (lorsque l’électrode 110 est dans la paroi de la pièce 140 à percer), la phase d’approche du débouchage (lorsque l’électrode est proche du débouchage dans la cavité de la pièce 140), le phase de débouchage (lorsque l’électrode 110 débouche dans la cavité de la pièce 140) et la phase d’attaque de la face opposée de la cavité (lorsque l’électrode 110 commence à toucher la paroi interne de la pièce 140). La sous-étape S320 peut être réalisée par couplage des émissions acoustiques émises lors du perçage par électroérosion avec une méthode de détermination a posteriori des différentes phases du perçage par électroérosion. Autrement dit, l’émission acoustique émise lors du perçage est couplée avec une autre technique (destructive ou non) permettant de déterminer a posteriori l’apparition des différentes phases du perçage, et en particulier à partir de l’approche du débouchage. Ceci permet de créer un scénario dans l’évolution des émissions acoustiques émises lors du perçage, et de reconnaître les séquences temporelles liées aux différentes phases du perçage à partir des signaux transitoires d’intérêt. La sous-étape S320 peut être réalisée par couplage des émissions acoustiques émises lors du perçage par électroérosion avec des données représentatives du perçage par électroérosion. Les données représentatives du perçage par électroérosion peuvent comprendre l’intensité de la décharge d’électroérosion et/ou la vitesse du perçage par électroérosion. En couplant, par l’utilisation d’une méthode de fusion de données, l’émission acoustique émise lors du perçage avec d’autres mesures, telles que l’intensité de la décharge ou la vitesse de perçage, la génération du signal d’arrêt du perçage est avantageusement robuste et fiable. Ensuite, le procédé comprend une étape S400 d’arrêt du perçage par électroérosion en fonction des mesures représentatives des émissions acoustiques traitées. Une fois le signal d’arrêt du perçage émis, une boucle de rétroaction, par exemple, sur le contrôleur de la machine 100 permet d’arrêter l’action de perçage. Autrement dit, le procédé selon l’invention consiste à acquérir les signaux représentatifs des émissions acoustiques générées lors du perçage par électroérosion, puis à détecter et extraire de ces signaux, en temps réel, la signature caractéristique des phases transitoires représentatives du débouchage, puis à piloter l’arrêt du perçage par électroérosion. La signature du débouchage est caractérisée par flux de signaux transitoires significatifs, qui sont caractéristiques du débouchage. Dès lors que ce flux dépasse une valeur prédéfinie, le signal d’arrêt du perçage est déclenché. Procédé de détection de fin de perçage par électroérosion d’un trou dans une pièce (140) en matériau électro-conducteur, le procédé comprenant les étapes consistant en : le perçage (S100) par électroérosion d’au moins un trou dans la pièce, au cours du perçage par électroérosion, l’acquisition (S200), au moyen d’un capteur de vibrations (150), de mesures représentatives des vibrations émises lors du perçage par électroérosion, et le traitement (S300) des mesures acquises, et l’arrêt du perçage (S400) par électroérosion en fonction des mesures traitées. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes d’acquisition (S200) et de traitement (S300) desdites mesures sont réalisées en temps réel. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les vibrations émises lors du perçage par électroérosion sont des émissions acoustiques. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l’étape de traitement (S300) des mesures comprend une sous-étape (S310) consistant en la détection de motifs temporels dans les émissions acoustiques émises lors du perçage par électroérosion, de manière à séparer, dans lesdites mesures, les signaux transitoires des émissions acoustiques continues. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la sous-étape de détection (S310) de motifs temporels est réalisée par un débruitage par ondelettes de Daubechies avec seuillage des coefficients. Procédé selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel l’étape de traitement (S300) des mesures comprend une sous-étape (S320) consistant en la mise en correspondance des signaux transitoires avec différentes phases du perçage par électroérosion. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la sous-étape de mise en correspondance (S320) est réalisée par couplage des émissions acoustiques émises lors du perçage par électroérosion avec une méthode de détermination a posteriori des différentes phases du perçage par électroérosion. Procédé selon l’une des revendications 6 ou 7, dans lequel la sous-étape de mise en correspondance (S320) est réalisée par couplage des émissions acoustiques émises lors du perçage par électroérosion avec des données représentatives du perçage par électroérosion. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la pièce (140) est disposée sur un support (130) d’une machine d’électroérosion (100), le procédé comprenant, préalablement à l’étape de perçage (S100) par électroérosion, l’étape consistant en la disposition (S110) dudit au moins un capteur de vibrations (150) sur ledit support (130). Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’étape de disposition (S110) dudit au moins un capteur de vibrations (150) comprend les sous-étapes consistant en : le vissage (S120) d’un guide d’onde (160) sur le support (130) de la pièce (140), et la fixation (S130) dudit capteur de vibrations (150) sur ledit guide d’onde (160). Procédé selon l’une des revendications 9 ou 10, comprenant l’étape consistant en la disposition (S110) d’une pluralité de capteurs de vibrations (150) sur le support (130) de la pièce (140), lesdits capteurs étant des capteurs de vibrations (150) ayant des plages de fonctionnement en fréquence comprises entre 10 et 10 4 KHz.