Brevet FR3127153A1 — publié le 20230324

L’invention concerne une installation d’appairage (1) d’un bouclier métallique (60) sur un bord d’attaque (51a) d’une préforme (51) en matériau composite pour la fabrication d’une aube (50) de turbomachine d’aéronef, l’installation (1) comprenant : - un support (10) configuré pour recevoir et maintenir le bouclier métallique (60), - un hexapode de mouvement (20) qui porte ledit support (10) et qui est apte à déplacer le support (10) le long et autour de trois axes d’un repère XYZ, - un automate (30) comportant des mors (31) configuré pour recevoir et maintenir la préforme (51), et - une unité informatique (49) de commande de l’hexapode (20) et de l’automate (30) en vue de réaliser l’appairage. L’invention concerne également un procédé d’appairage du bouclier métallique (60) sur le bord d’attaque (51a) de la préforme (51) en matériau composite pour la fabrication de l’aube (50) de turbomachine d’aéronef. Figure pour l'abrégé : Figure 1 INSTALLATION ET PROCÉDÉ D’APPAIRAGE D’UN BOUCLIER SUR UNE PRÉFORME POUR LA RÉALISATION D’UNE AUBE DE TURBOMACHINE D’AÉRONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne une installation et un procédé d’appairage d’un bouclier sur une préforme pour la réalisation d’une aube de turbomachine d’aéronef. Arrière-plan technique L’utilisation de matériaux composites est avantageuse dans l’industrie aéronautique notamment car ces matériaux ont des performances mécaniques intéressantes pour des masses relativement faibles. Un procédé de fabrication d’une pièce composite pour l’industrie aéronautique, qui est bien connu de l’homme du métier, est le procédé de moulage RTM dont les initiales font référence à l’acronyme anglo-saxon de Resin Transfer Molding . Il s’agit d’un procédé de réalisation d’une pièce en matériau composite à base de fibres tissées et de résine. Un tel procédé est par exemple utilisé pour fabriquer une aube de turbomachine. Une préforme fibreuse est réalisée puis placée dans un moule de thermocompression. Dans le cas où les fibres tissées ne sont pas préalablement imprégnées de résine, une résine est injectée dans ce moule. Cette préforme est ensuite chauffée pour que la résine polymérise et forme une préforme en matériau composite. Dans le cas de la fabrication d’une aube, la préforme en matériau composite comprend un intrados et un extrados qui s’étendent depuis un bord d’attaque jusqu’à un bord de fuite de la préforme en matériau composite. Le matériau composite est relativement fragile, et en particulier sensible aux chocs, et il est connu de le protéger au moyen d’un bouclier métallique, appelé également clinquant métallique, qui est rapporté et fixé sur le bord d’attaque de la préforme en matériau composite, dans le but de réaliser l’aube. Il permet de protéger le bord d’attaque de l’érosion mais également d’améliorer la solidité de l’aube face aux ingestions (grêle, gravillons, débris, oiseaux, etc.). Une façon de fixer un bouclier sur une préforme consiste à coller le bouclier sur la préforme en matériau composite à l’aide d’un adhésif, après polymérisation de la résine dans une opération dite d’appairage réalisée manuellement par un opérateur. L’appairage se faisant à la main, les paramètres d’appairage sont très difficilement contrôlables ou enregistrables. Seule compte la distance entre la position d’une tête du bouclier et la préforme. La mesure associée correspond au jeu entre le bouclier et la préforme au niveau de la tête du bouclier, ce jeu étant également appelé par son terme anglo-saxon « Tip Gap ». Ce jeu est mesuré par l’opérateur à l’aide d’un pied à coulisse. Si la valeur est dans la tolérance requise, l’assemblage est considéré comme bon et terminé, sinon l’opérateur poursuit la descente du bouclier jusqu’à atteindre la mesure du jeu requise. Seul le résultat final est contrôlé et validé via la mesure du jeu entre la tête du bouclier et la préforme. Ainsi, la méthode pour arriver au résultat n’est pas monitorée et reste très majoritairement dépendante de l’opérateur, c’est-à-dire du facteur humain, ce qui ne permet pas de garantir la robustesse du procédé d’assemblage. La variabilité de l’opération est par conséquence très importante. Le risque de non-qualité est ainsi élevé et nécessite, pour être maitrisé, un haut niveau de qualification des opérateurs. En outre, cette non-qualité étant détectée après collage du bouclier sur la préforme, tout défaut ne sera pas rattrapable et entrainera une mise au rebut de l’aube assemblée. Par ailleurs, la durée de l’opération manuelle est chronophage. La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités. L’invention propose à cet effet une installation d’appairage d’un bouclier métallique sur un bord d’attaque d’une préforme en matériau composite pour la fabrication d’une aube de turbomachine d’aéronef, cette installation comprenant : - un support configuré pour recevoir et maintenir le bouclier métallique, - un hexapode de mouvement qui porte ledit support et qui est apte à déplacer le support le long et autour de trois axes d’un repère XYZ, - un automate comportant des mors configuré pour recevoir et maintenir la préforme, et - une unité informatique de commande de l’hexapode et de l’automate en vue de réaliser l’appairage. L’invention propose ainsi une installation permettant d’assembler de manière automatisée le bouclier métallique avec la préforme. Plus précisément, l’installation de l’invention permet l’approche, la mise en position suivant l’exigence d’appairage et le maintien du bouclier métallique sur la préforme dans le but de former une aube. Cette solution utilise notamment un robot parallèle, appelé hexapode, capable notamment de suivre des trajectoires complexes avec une grande précision, de prendre en compte de grands efforts à l’assemblage et doté d’une grande rapidité de mouvement. Le bouclier à assembler est positionné et fixé sur le support, lui-même installé sur l’hexapode. La préforme, quant a elle, est positionnée dans des mors situés sur l’automate, et se place par exemple au-dessus de l’hexapode. Elle sera par exemple fixe durant l’assemblage, c’est-à-dire qu’uniquement l’hexapode comprenant le bouclier se déplace pour effectuer l’opération d’appairage. La trajectoire d’assemblage peut ainsi être dessinée numériquement, en particulier sur un logiciel informatique de l’unité informatique de commande et correspondre aux exigences jugées pertinentes pour l’opération d’appairage. Dans la présente demande, l’unité informatique est par exemple un ordinateur. L’installation permet également de piloter finement la position d’arrêt pour respecter parfaitement la mesure du jeu « tip gap » à atteindre. L’ensemble est notamment maintenu fixe grâce à l’automate qui maintien la préforme et l’hexapode qui maintient le bouclier. L’appairage automatique offert par l’installation selon l’invention permet notamment de diminuer considérablement les erreurs liées au facteur humain, de garantir une répétabilité et une reproductibilité qui confère un niveau de maîtrise plus élevé. De plus, l’automatisation permet de diminuer les délais du procédé d’appairage, de libérer l’opérateur, de réduire le coût de l’opération et de proposer une ergonomie de qualité. En outre, l’installation selon l’invention permet de monitorer et d’enregistrer les paramètres d’assemblage permettant notamment d’améliorer le contrôle et le pilotage de l’appairage. L’installation d’appairage selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres : l’hexapode de mouvement comprend une embase et un plateau situé à distance de l’embase et destiné à recevoir ledit support, le plateau et l’embase étant reliés l’un à l’autre par au moins trois paires de vérins, le plateau comportant au moins trois premiers points régulièrement répartis autour d’un axe X qui sont reliés à des premières extrémités des vérins, et l’embase comportant six seconds points autour de l’axe X qui sont reliés à des secondes extrémités des vérins ; l’embase est horizontale et le plateau est situé au-dessus de l’embase ; ledit support comprend une plateforme comportant une extrémité inférieure fixée sur l’hexapode et une extrémité supérieure comportant une empreinte de réception et de maintien du bouclier métallique ; l’installation comprend en outre au moins un élément de chauffage porté par l’automate, tel que par exemple une lampe IR ; l’automate comprend un portique ou une cabine au centre duquel est situé ledit hexapode de mouvement ; et l’installation comprend en outre un outil de mesure sans contact, et par exemple optique, d’une dimension d’un jeu laissé libre entre le bord d’attaque de la préforme et le bouclier après appairage. L’invention concerne également un procédé d’appairage d’un bouclier métallique sur un bord d’attaque d’une préforme en matériau composite pour la fabrication d’une aube de turbomachine d’aéronef, au moyen d’une installation telle que décrite précédemment, dans lequel il comprend les étapes consistant à : a) positionner le bouclier métallique sur le support, ce bouclier métallique ayant une forme générale de dièdre et comportant deux ailes reliées ensemble et définissant entre elles un espace, le bouclier étant maintenu sur le support de sorte que ledit espace soit orienté vers le haut, b) prise de la préforme par les mors de l’automate, et c) appairage du bouclier sur la préforme de façon à ce qu’un bord d’attaque de la préforme soit engagé dans ledit espace. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres : - comprend, entre les étapes a) et b), une étape consistant à : i) fixer une extrémité de la préforme à un bras solidaire du support, de façon à ce que la préforme s’étende à proximité du bouclier. - comprend, entre les étapes i) et b), une étape consistant à : j) positionner le support sur l’hexapode. - comprend, avant l’étape c), une étape consistant à : k) appliquer un adhésif sur le bord d’attaque de la préforme et/ou sur le bouclier. - comprend, après l’étape k), une étape consistant à : l) chauffer l’adhésif. - comprend, après l’étape c), une étape consistant à : d) vérifier l’appairage en mesurant, au niveau d’une extrémité de la préforme, une dimension d’un jeu laissé libre entre le bord d’attaque de la préforme et le bouclier. - l’étape d) est réalisée par une mesure sans contact et par exemple une mesure optique. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la est une représentation schématique en perspective d’une aube formée par l’appairage d’un bouclier métallique et d’une préforme selon l’invention ; la est une représentation schématique en coupe d’un bord d’attaque de la préforme et du bouclier inséré autour de la préforme ; la est une représentation schématique en perspective d’une installation d’appairage d’un bouclier métallique sur un bord d’attaque d’une préforme en matériau composite selon l’invention; la est une représentation schématique vue du dessus d’un hexapode de l’installation d’appairage selon l’invention ; la est une représentation schématique en perspective d’un bouclier métallique installé sur un support disposé sur l’hexapode ; la est une représentation schématique en perspective d’un dispositif de centrage et de serrage du support installé sur l’hexapode ; la est une représentation schématique en perspective d’un système de chauffage de l’installation d’appairage selon l’invention ; la est une représentation schématique en perspective du support et du bouclier ; les figures 9 et 10 sont des représentations schématiques en perspective du support et du bouclier ; la est une représentation schématique en perspective de la préforme ; la est une représentation schématique en perspective de l’installation d’appairage selon l’invention au moment d’un chargement du support, du bouclier et de la préforme ; les figures 13 et 14 sont des représentations schématiques en perspective de l’installation selon l’invention lors de l’appairage du bouclier avec la préforme ; la est une représentation schématique en perspective de l’installation d’appairage selon l’invention au moment d’un déchargement du support, du bouclier et de l’aube ; et la est un organigramme représentant les différentes étapes d’un procédé d’appairage selon l’invention. Installation d’appairage (1) d’un bouclier métallique (60) sur un bord d’attaque (51a) d’une préforme (51) en matériau composite pour la fabrication d’une aube (50) de turbomachine d’aéronef, cette installation (1) comprenant : - un support (10) configuré pour recevoir et maintenir le bouclier métallique (60), - un hexapode de mouvement (20) qui porte ledit support (10) et qui est apte à déplacer le support (10) le long et autour de trois axes d’un repère XYZ, - un automate (30) comportant des mors (31) configuré pour recevoir et maintenir la préforme (51), et - une unité informatique (49) de commande de l’hexapode (20) et de l’automate (30) en vue de réaliser l’appairage. Installation (1) selon la revendication 1, dans laquelle l’hexapode de mouvement (20) comprend une embase (22) et un plateau (21) situé à distance de l’embase (22) et destiné à recevoir ledit support (10), le plateau (21) et l’embase (22) étant reliés l’un à l’autre par au moins trois paires de vérins (40a’, 40a’’, 40b’, 40b’’, 40c’, 40c’’), le plateau (21) comportant au moins trois premiers points régulièrement répartis autour d’un axe (X) qui sont reliés à des premières extrémités (41a’, 41a’’, 41b’, 41b’’, 41c’, 41c’’ ) des vérins (40a’, 40a’’, 40b’, 40b’’, 40c’, 40c’’), et l’embase (22) comportant six seconds points autour de l’axe (X) qui sont reliés à des secondes extrémités (42a’, 42a’’, 42b’, 42b’’, 42c’, 42c’’) des vérins (40a’, 40a’’, 40b’, 40b’’, 40c’, 40c’’). Installation (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’embase (22) est horizontale et le plateau (21) est situé au-dessus de l’embase (22). Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit support (10) comprend une plateforme (11) comportant une extrémité inférieure fixée sur l’hexapode (20) et une extrémité supérieure (11a) comportant une empreinte (12) de réception et de maintien du bouclier métallique (60). Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle elle comprend en outre au moins un élément de chauffage (2) porté par l’automate (30), tel que par exemple une lampe IR. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’automate (30) comprend un portique (32) ou une cabine au centre duquel est situé ledit hexapode de mouvement (20). Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle elle comprend en outre un outil de mesure sans contact, et par exemple optique, d’une dimension d’un jeu (34) laissé libre entre le bord d’attaque (51a) de la préforme (51) et le bouclier (60) après appairage. Procédé d’appairage d’un bouclier métallique (60) sur un bord d’attaque (51a) d’une préforme (51) en matériau composite pour la fabrication d’une aube (50) de turbomachine d’aéronef, au moyen d’une installation (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend les étapes consistant à : a) positionner le bouclier métallique (60) sur le support (10), ce bouclier métallique (60) ayant une forme générale de dièdre et comportant deux ailes (60’, 60’’) reliées ensemble et définissant entre elles un espace, le bouclier (60) étant maintenu sur le support (10) de sorte que ledit espace soit orienté vers le haut, b) prise de la préforme (51) par les mors (31) de l’automate (30), et c) appairage du bouclier (60) sur la préforme (51) de façon à ce qu’un bord d’attaque (51a) de la préforme (51) soit engagé dans ledit espace. Procédé selon la revendication 8, comprenant, entre les étapes a) et b), une étape consistant à : i) fixer une extrémité de la préforme à un bras (56) solidaire du support (10), de façon à ce que la préforme (51) s’étende à proximité du bouclier (60). Procédé selon la revendication 9, comprenant, entre les étapes i) et b), une étape consistant à : j) positionner le support (10) sur l’hexapode (20). Procédé selon l’une des revendications 8 à 10, comprenant, avant l’étape c), une étape consistant à : k) appliquer un adhésif (55) sur le bord d’attaque (51a) de la préforme (51) et/ou sur le bouclier (60). Procédé selon la revendication 11, comprenant, après l’étape k), une étape consistant à : l) chauffer l’adhésif (55). Procédé selon l’une des revendications 8 à 12, comprenant, après l’étape c), une étape consistant à : d) vérifier l’appairage en mesurant, au niveau d’une extrémité de la préforme (51), une dimension d’un jeu (34) laissé libre entre le bord d’attaque (51a) de la préforme (51) et le bouclier (60). Procédé selon la revendication 13, dans lequel l’étape d) est réalisée par une mesure sans contact et par exemple une mesure optique.