Brevet FR3107354A1 — publié le 20210820

Dispositif de maintien de pièces composites ou préformes fibreuses pour contrôle par tomographie aux rayons X Un dispositif de maintien (100) pour la tomographie aux rayons X d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse (20) comprenand : - une platine (110) définissant un plan de référence s’étendant suivant une direction horizontale (D H ), la platine comportant une face interne (111) destinée à coopérer avec un plateau mobile (10) d’un tomographe et une face externe (112), - un cadre de maintien en position (120) fixé à une position déterminée sur la surface externe (112) de la platine (110), le cadre s’étendant suivant une direction verticale (DV) à partir de la surface externe de la platine, ledit cadre délimitant une fenêtre d’acquisition (125), - des première et deuxième demi-coquilles en mousse rigide (130, 140) maintenues l’une contre l’autre par des moyens de fixation amovible (150) coopérant avec le cadre (120), les demi-coquilles comportant sur leur face en regard une empreinte (131, 141) correspondant à la géométrie d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse à contrôler, la ou les empreintes étant présentes dans la fenêtre d’acquisition (125) délimitée par le cadre. Figure pour l’abrégé: Fig. 1. Dispositif de maintien de pièces composites ou préformes fibreuses pour contrôle par tomographie aux rayons X L'invention concerne la caractérisation des pièces en matériau composite ou des préformes fibreuses utilisées pour former des renforts fibreux de pièces en matériau composite. La fabrication d’une pièce en matériau composite comprend la réalisation d’une texture fibreuse par exemple par tissage tridimensionnel, bidimensionnel, empilement de strates unidirectionnelles ou bidirectionnelle, enchevêtrement de fibres non tissées ou mélange de tissage, empilement et/ou enchevêtrement de fibres, etc. La texture fibreuse ainsi obtenue est compactée de manière à atteindre un taux volumique de fibres visé puis densifiée par une matrice, par exemple en injectant et en polymérisant/durcissant une résine dans la texture fibreuse. De telles pièces sont de plus en plus utilisées dans le domaine de l'aéronautique du fait de leur robustesse et de leur faible poids comparé à des pièces fabriquées avec d'autres matériaux. Ces pièces sont également faciles à fabriquer. Parmi les pièces concernées, les pièces de moteur sont particulièrement concernées, parmi lesquelles les aubes de turbine à gaz ou les carters. Afin de caractériser les propriétés thermomécaniques d’un matériau composite, on réalise des modélisations numériques du matériau en complément, voire en substitution, d’essais expérimentaux en raison de la qualité et la rapidité de réponse d’un modèle numérique. Un procédé de caractérisation d'une pièce en matériau composite est notamment divulgué dans le document US 9916 651. Un matériau composite étant constitué d’un renfort fibreux et d’une matrice, il est peut être intéressant de pouvoir caractériser ces éléments de façon indépendante, à savoir caractériser la pièce en matériau composite ou son renfort fibreux avant sa densification. La méthode consistant à extraire la morphologie interne d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse par le biais de la tomographie représente une voie plus réaliste que celle purement numérique car elle est basée sur de l’imagerie par rayon X qui donne des informations tridimensionnelles inaccessibles sinon. Cependant, afin d’assurer un contrôle fiable par tomographie aux rayons X, plusieurs exigences doivent être remplies, en particulier: a) la pièce ou la préforme doit être maintenue à la verticale ou dans une orientation similaire, b) le positionnement de la pièce et de la préforme doit être répétable dans le référentiel du tomographe afin de permettre l’automatisation du cycle de contrôle, c) la durée de préparation au contrôle par l’opérateur doit être réduit au maximum, d) dans le cas d’une préforme fibreuse sèche qui n’est pas autoporteuse, il est nécessaire d’assurer un maintien ferme en tout point afin de ne pas déformer la préforme et garantir une qualité constante de contrôle, e) les moyens de maintien de la pièce ou de la préforme ne doivent pas gêner le passage des rayons X dans la pièce ou la préforme à contrôle. Ilexiste, par conséquent, un besoin pour un dispositif de maintien permettant de répondre au moins aux exigences énoncées ci-avant. A cet effet, l’invention propose un dispositif de maintien pour la tomographie aux rayons X d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse, le dispositif de maintien comprenant: - une platine définissant un plan de référence s’étendant suivant une direction horizontale, la platine comportant une face interne destinée à coopérer avec un plateau mobile d’un tomographe et une face externe, - un cadre de maintien en position fixé à une position déterminée sur la surface externe de la platine, le cadre s’étendant suivant une direction verticale à partir de la surface externe de la platine, ledit cadre délimitant une fenêtre d’acquisition, - des première et deuxième demi-coquilles en mousse rigide maintenues l’une contre l’autre par des moyens de fixation amovibles coopérant avec le cadre, au moins une des demi-coquilles comportant sur sa face en regard de l’autre coquille une empreinte correspondant à la géométrie d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse à contrôler, la ou les empreintes étant présentes dans la fenêtre d’acquisition délimitée par le cadre. Le dispositif de maintien de l’invention permet de réaliser un contrôle non destructif par tomographie aux rayons X de manière fiable et répétable. En effet, le positionnement de la préforme fibreuse ou de la pièce en matériau composite par rapport à un référentiel du tomographe peut être contrôlé grâce à son maintien entre deux demi-coquilles comportant une empreinte correspondante et la fixation des deux demi-coquilles sur un cadre de maintien en position. En outre, le dispositif de l’invention permet de faciliter et de réduire le temps de préparation pour le contrôle de différentes préformes fibreuses ou pièces en matériau composite, et ce même lorsqu’elles présentent des géométries différentes. En effet, dans le dispositif de l’invention, la préforme ou la pièce est maintenue entre deux demi-coquilles montées de façon amovible sur le cadre de maintien en position. Les préformes ou pièces à contrôler sont donc facilement et rapidement interchangeables. Selon une caractéristique particulière du dispositif de maintien de l’invention, la face interne de la platine comporte des éléments de centrage de manière à contrôler le positionnement de la platine sur le plateau mobile du tomographe. On améliore ainsi encore la précision de positionnement du dispositif de maintien dans le tomographe. Selon une autre caractéristique particulière du dispositif de maintien de l’invention, le cadre de maintien en position comprend des première et deuxième barres de fixation s’étendant suivant la direction horizontale, les première et deuxième barres étant espacées l’une de l’autre suivant la direction verticale par des montants tubulaires. Les montants tubulaires peuvent être des tubes creux en carbone qui sont quasiment transparents aux rayons X et ne génèrent donc pas d’artéfact sur les volumes. Selon une autre caractéristique particulière du dispositif de maintien de l’invention, les première et deuxième barres de fixation comportent des orifices coopérant avec les moyens de fixation amovibles pour la fixation des première et deuxième demi-coquilles sur le cadre de maintien en position. Selon une autre caractéristique particulière du dispositif de maintien de l’invention, la mousse rigide des première et deuxième demi-coquilles présente une densité volumique inférieure ou égale à 100kg/m 3 . L’invention a également pour objet une utilisation du dispositif de maintien selon l’invention pour un contrôle non destructif par tomographie aux rayons X d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse. La figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée d’un dispositif de maintien conformément à un mode de réalisation de l’invention, La figure 2 est une vue schématique en perspective du dispositif de maintien de la figure 1 après montage des éléments formant un référentiel de positionnement pour les deux demi-coquilles du dispositif de maintien, La figure 3 est une vue schématique en perspective éclatée montrant l’installation d’une préforme fibreuse dans les deux demi-coquilles du dispositif de maintien de la figure 1, La figure 4 est une vue schématique en perspective du dispositif de maintien de la figure 1 après fixation des deux demi-coquilles sur le cadre de maintien en position, La figure 5 est une vue schématique de face du dispositif de maintien de la figure 4. L'invention s'applique au contrôle non destructif par tomographie aux rayons X de pièces en matériau composite, c’est-à-dire des pièces comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, ou de préformes fibreuses destinées à constituer le renfort fibreux de pièces en matériau composite. La figure 1 représente un dispositif de maintien 100 conformément à un mode de réalisation de l’invention. Le dispositif de maintien 100 comprend une platine 110, un cadre de maintien en position 120 et des première et deuxième demi-coquilles 130 et 140. Le dispositif comprend également des moyens de fixation amovible des demi-coquilles 130 et 140 sur le cadre 120 correspondant dans l’exemple décrit ici à des vis 150. Les moyens de fixation amovibles de l’invention ne sont pas limités à des vis. Tout autre type de moyen de fixation amovible adapté pour maintenir les première et deuxième demi-coquilles en position contre le cadre de maintien peut être utilisé avec le dispositif de l’invention. La platine 110 définit un plan de référence P REF suivant une direction horizontale D H qui est utilisé à la fois pour le contrôle du positionnement de la platine sur un plateau mobile 10 d’un tomographe (non représenté sur la figure 1) et du positionnement du cadre de maintien en position 120, le cadre 120 assurant quant à lui le contrôle du positionnement des deux demi-coquilles 130 et 140 et, par conséquent, de la pièce ou préforme à contrôler comme expliqué ci-après en détails. La platine 110 comporte une face interne 111 qui est destinée à coopérer avec le plateau mobile 10 d’un tomographe. Des éléments de centrage, ici des pions 113, sont présents sur la face interne 111 de la platine. Les pions 113 coopèrent avec des logements 11 présents sur la face supérieure 10a du plateau 10 afin d’assurer un contrôle du positionnement de la platine sur le plateau mobile du tomographe et permettre ainsi une répétabilité des acquisitions dans le référentiel du tomographe. Cela permet d’automatiser la chaîne de contrôle (acquisition, reconstruction et analyse). Le cadre de maintien 120 s’étend suivant une direction verticale D V à partir de la platine 110. Plus précisément, le cadre 120 comprend une première barre 121 qui est fixée sur la face externe 112 de la platine à une position de référence déterminée et une deuxième barre 122 maintenue espacée de la première barre suivant la direction verticale D V par deux montants tubulaires 123 et 124. Les montants tubulaires 123 et 124 sont de préférence des tubes en carbone car ils présentent une faible densité et une faible épaisseur et ne génèrent pas d’artéfact sur les volumes. Les première et deuxième barres 121 et 122 sont réalisées de préférence en résine, par exemple une résine polyuréthane. Ainsi, aucun élément métallique n’est présent dans le champ de projection de la pièce. Le cadre de maintien en position 120 définit une fenêtre d’acquisition 125 pour la pièce ou la préforme à contrôler. Les première et deuxième demi-coquilles130 et 140 sont réalisées en mousse rigide, au moins une des demi-coquilles comportant sur sa face en regard de l’autre coquille une empreinte correspondant à la géométrie d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse à contrôler. Dans l’exemple décrit ici, la première demi-coquille 130 comporte une empreinte 131 correspondant à la géométrie d’une partie de la pièce ou de la préforme à contrôler tandis que la deuxième demi-coquille 140 comporte une empreinte 141 correspondant à la géométrie de l’autre partie de la pièce ou de la préforme à contrôler. Les empreintes 131 et 141 sont usinées dans les demi-coquilles 130 et 140 à des positions déterminées de manière à être présentes dans la fenêtre d’acquisition 125 délimitée par le cadre 120 une fois les deux demi-coquilles montées sur le cadre 120. On décrit maintenant la préparation du dispositif de maintien 100 en vue d’un contrôle non destructif par tomographie aux rayons X. Dans l’exemple décrit ici, on cherche à réaliser un contrôle non destructif d’une préforme fibreuse 20 correspondant par exemple à une préforme fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel de fils de fibres de carbone et destinée à former le renfort fibreux d’une aube en matériau composite pour moteur aéronautique. Comme illustré sur la figure 2, on prépare le dispositif de maintien en fixant le cadre de maintien en position 120 à une position déterminée sur la platine 110 au moyen, par exemple, de vis de serrage traversant la barre 121 est coopérant avec des trous taraudés présents sur la platine 110 à des positions de référence (non représentés sur la figure 2). On installe ensuite la platine 110 sur le plateau mobile 10 d’un tomographe. Ces étapes consistent à former un référentiel de positionnement pour les deux demi-coquilles. En parallèle, la préforme fibreuse 20 est installée dans les empreintes 131 et 141 respectivement des deux demi-coquilles 130 et 140. Plus précisément, comme illustré sur la figure 3, la préforme fibreuse 20 est d’abord placée dans l’empreinte 141 de la deuxième demi-coquille 140 posée à plat puis la première demi-coquille 130 est alors placée en regard de la deuxième demi-coquille 140, l’empreinte 131 venant compléter la cavité ou le «sarcophage» de maintien de la préforme formé par la réunion des deux demi-coquilles 130 et 140. Les deux demi-coquilles 130 et 140 entre lesquelles la préforme 20 est maintenue sont alors positionnées contre le cadre 120 et fixées à ce dernier au moyen des vis 150 comme représentées sur la figure 4. La tige filetée 151 de chaque vis 150 traverse des passages 132 et 142 réalisés respectivement dans les demi-coquilles 130 et 140 (figure 1) avant d’être serrées dans des orifices taraudés 1210 et 1220 présents respectivement dans les barres 121 et 122 du cadre 120. Des éléments de centrage 114 et 115 peuvent en outre être présents sur la surface externe 112 de la platine afin de faciliter le positionnement des demi-coquilles 130 et 140 sur la platine 110 et contre le cadre 120. Une fois les vis 150 serrées, la préforme fibreuse 20 est maintenue en position dans la fenêtre d’acquisition 125 comme on peut le voir sur la figure 5. Un contrôle non destructif de la préforme 20 peut être alors réalisé de manière automatique. En effet, grâce au dispositif de maintien de l’invention, la position de la préforme sur celui-ci correspond à une position de référence pour le tomographe qui, en actionnant le plateau mobile 10, peut acquérir des images de la préforme dans différentes orientations et reconstruire ensuite son volume. La préparation du dispositif de maintien pour un contrôle non destructif par tomographie aux rayons X pour une pièce en matériau composite se déroule de la même façon que celle décrite ci-avant pour la préforme fibreuse 20. Les demi-coquilles sont réalisées avec une mousse rigide afin de pouvoir usiner les empreintes de la préforme fibreuse ou pièce en matériau composite à contrôler. L’utilisation d’une mousse rigide permet de maintenir la préforme ou la pièce dans un matériau de faible densité qui ne génère pas d’artéfact et reste quasiment invisible sur les volumes. Il n’est donc pas nécessaire d’extraire la préforme ou la pièce de son dispositif de maintien lors des analyses, ce qui facilite les analyses automatiques. La mousse rigide utilisée pour réaliser les demi-coquilles présente de prégérence une densité volumique inférieure ou égale à 100kg/m 3 . La mousse rigide peut être par exemple une mousse carbone ou une mousse polyuréthane . Un des avantages du dispositif de maintien de l’invention est qu’il est possible d’utiliser plusieurs jeux différents de demi-coquilles avec le même ensemble platine et cadre de maintien en position. Les dimensions externes des demi-coquilles de chaque jeu sont identiques, seule l’empreinte sur la ou les faces des demi-coquilles de chaque jeu étant différente pour s’adapter à la géométrie de la préforme ou de la pièce à contrôler. Le dispositif de l’invention réduit donc significativement le temps pour la préparation par un opérateur d’une pièce ou préforme à contrôler. Ce temps est encore réduit car le montage et le démontage des demi-coquilles sur le cadre de maintien en position est aisé (vissage ou dévissage des éléments de fixation amovible). Le dispositif de maintien selon l’invention est particulièrement adapté pour la réalisation de contrôles non destructifs par tomographie aux rayons X de préformes fibreuses destinées à former des renforts de pièces en matériau composite ou de pièces en matériau composite. Concernant les préformes fibreuses, elles peuvent être notamment réalisées avec des fibres de diverses natures, en particulier des fibres de carbone, de verre ou de céramique (par exemple carbure de silicium) ou de carbone. Les préformes fibreuses peuvent être de diverses natures et formes telles que notamment: - tissu bidimensionnel (2D), - tissu tridimensionnel (3D) obtenu par tissage 3D ou multicouches tel que notamment décrit dans le document WO 2010/061140, - tresse, - tricot, - feutre. Concernant les pièces en matériau composite, celles-ci peuvent notamment être réalisées avec un des matériaux composites suivants: - matériau composite à matrice organique (CMO), c’est-à-dire comportant un renfort fibreux (en fibres de carbone ou de verre) densifié par une matrice de nature organique (par exemple une résine époxyde). - matériau composite carbone/carbone (C/C) formés d'un renfort en fibres de carbone densifié par une matrice en carbone, - matériau composite à matrice céramique (CMC) formés d'un renfort en fibres réfractaires (carbone ou céramique) densifiés par une matrice au moins partiellement céramique. Dispositif de maintien (100) pour la tomographie aux rayons X d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse (20), le dispositif de maintien comprenant: - une platine (110) définissant un plan de référence s’étendant suivant une direction horizontale (D H ), la platine comportant une face interne (111) destinée à coopérer avec un plateau mobile (10) d’un tomographe et une face externe (112), - un cadre de maintien en position (120) fixé à une position déterminée sur la surface externe (112) de la platine (110), le cadre s’étendant suivant une direction verticale (D V ) à partir de la surface externe de la platine, ledit cadre délimitant une fenêtre d’acquisition (125), - des première et deuxième demi-coquilles en mousse rigide (130, 140) maintenues l’une contre l’autre par des moyens de fixation amovibles (150) coopérant avec le cadre (120), au moins une des demi-coquilles comportant sur sa face en regard de l’autre coquille une empreinte (131, 141) correspondant à la géométrie d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse à contrôler, la ou les empreintes étant présentes dans la fenêtre d’acquisition (125) délimitée par le cadre. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la face interne (111) de la platine (110) comporte des éléments de centrage (113) de manière à contrôler le positionnement de la platine sur le plateau mobile (10) du tomographe. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le cadre de maintien en position (120) comprend des première et deuxième barres de fixation (121, 122) s’étendant suivant la direction horizontale (D H ), les première et deuxième barres étant espacées l’une de l’autre suivant la direction verticale (D V ) par des montants tubulaires (123, 124). Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les montants tubulaires (123, 124) sont des tubes creux en carbone. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les première et deuxième barres de fixation (121, 122) comportent des orifices (1210, 1220) coopérant avec les moyens de fixation amovibles (150) pour la fixation des première et deuxième demi-coquilles (130, 140) sur le cadre de maintien en position (120). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la mousse rigide des première et deuxième demi-coquilles (130, 140) présente une densité volumique inférieure ou égale à 100kg/m 3 . Utilisation du dispositif de maintien (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 pour un contrôle non destructif par tomographie aux rayons X d’une pièce en matériau composite ou d’une préforme fibreuse (20).