Brevet FR3133450A1 — publié le 20230915

Procédé de contrôle de qualité d’une pièce en composite tissé Un aspect de l’invention concerne un procédé de contrôle de qualité d’une pièce en composite tissé comprenant les étapes de : réception d’images (2) et le traitement numérique de chaque image (2) pour reconnaitre une entité de torons (25) et des éléments de fibres (24), le calcul de la longueur et l’orientation pour chaque élément de fibre (24), le calcul du diamètre équivalent, du périmètre et l’aire pour chaque entité de toron (25) le calcul de paramètres d’analyse en fonction des calculs précédents, comprenant : la déviation moyenne des éléments de fibres (24) la déviation individuelle d’un toron par rapport à son plan moyen ; la détermination et la transmission de la qualité à un moyen de visualisation pour un utilisateur ou/et d’un ou plusieurs potentiels défauts Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4 Procédé de contrôle de qualité d’une pièce en composite tissé et un système de détection DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui du contrôle de qualité des pièces en composite dont les fibres de toron sont visibles à la surface. La présente invention concerne un procédé de contrôle de qualité d’une pièce en composite tissé, notamment en 3D, et son dispositif et système de détection et en particulier pour une pièce en composite en fibre de carbone réalisée par un procédé de moulage par transfert de résine. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les pièces en matériaux composites sont constituées de deux phases non miscibles entre elles : les fibres, et la matrice, ici sous forme de résine. Les fibres forment le renfort permettant de supporter la charge mécanique appliquée à la pièce. De son côté, la matrice permet de maintenir le renfort en place et de transférer les charges mécaniques entre les fibres. La combinaison de ces deux phases permet ainsi de maximiser les propriétés spécifiques du matériau. Les pièces en composite tissé peuvent comprendre sur leur surface des motifs de tissage des torons de fibre, par exemple de carbone ou en verre, qui sont visibles à l’œil nu. Par exemple, les pièces en composite tissé 3D fabriqués par exemple par un processus d’injection de moulage par transfert de résine « RTM », implique la nécessité d’un moule pour définir la forme de l’objet. Ainsi, lorsque la pièce sort de son moule, le motif de tissage des torons de carbone est visible à l’œil nu sur toute la surface externe de la structure grâce à la résine d’une couleur différente de celle des fibres, par exemple de couleur blanche, utilisée dans l’injection. Il est connu de réaliser un contrôle dit de « qualité » consistant à chercher des imperfections du tissage des torons de carbone par un inspecteur de qualité qui peut être un ingénieur bureau d’études ou un opérateur d’inspection de pièce. Par exemple une imperfection peut être détectée par des motifs de tissage non conformes, par exemple l’imperfection peut être dû à un changement de distance entre les torons lors de la fabrication. L’inspecteur de qualité peut donc vérifier à l’œil nu le motif de tissage et repérer des anomalies qui impactent la pièce, par exemple : la présence d’un corps étranger ; l’absence locale des fibres ou des fibres en doublon ; des motifs de tissage dans des zones non conformes dû à un changement de distance entre les torons ; un état de vieillissement (dû au stockage usine de long terme) des matériaux dû à leur changement de couleur ; la présence des potentiels endommagements que la pièce pourrait avoir subie. Actuellement, toutes les vérifications listées précédemment doivent être obtenues et validées par l’œil humain de l’inspecteur de qualité qui regarde et vérifie chaque zone de la pièce à inspecter. Ainsi, ce travail est très fastidieux sur une pièce de grande taille (supérieure à une pièce pouvant être manipulée manuellement par un utilisateur) tels qu’un carter de soufflante d’une turbomachine. Ces pièces, telles qu’un carter de soufflante, peuvent donc avoir une taille entrainant une vérification par partie de la surface de la pièce, par exemple les parties du carter peuvent être des parties d’un sommet de chaque bride du carter et des parties d’un fût du carter entre les brides. Cette vérification par partie entraîne une vérification fastidieuse de toutes ces parties à l’œil nu. En outre, l’inspecteur de qualité doit regarder chaque ligne de torons et mesurer visuellement ou manuellement en cas de doute pour détecter certains défauts. Enfin cette technique de vérification ne donne pas des résultats dit « répétable » c’est-à-dire des résultats d’interprétation d’anomalies de façon homogène puisque les contrôles ne sont pas répétables de façon identique du fait des différents interprétations d’anomalies lors du contrôle selon la fatigue/concentration de l’inspecteur de qualité, qui peuvent en outre être réalisés par différents inspecteurs de qualité. Il existe donc un besoin d’obtenir ces vérifications plus rapidement, moins cher et de façon plus sûre. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant d’utiliser le traitement et la reconnaissance d’image selon une méthode de l’invention pour obtenir des informations de potentiel défaut permettant à l’inspecteur de qualité de prendre des décisions plus rapidement. Le facteur jugement (interprétation) humain sera donc réduit, ainsi que des questionnements sur la pertinence de certaines déclarions d’anomalies. L’invention permet en outre que le contrôle de qualité soit beaucoup plus rapide, avec moins d’erreurs, moins fatigant, moins cher et plus répétable. L’inspecteur de qualité, utilisera ces informations pour apporter une conclusion beaucoup plus précise et efficace sur la zone inspectée. Un aspect de l’invention concerne un procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé, comprenant les étapes de : réception d’images d’une pièce en composite tissé et l’emplacement de chaque image, chaque image comprenant des motifs d’éléments de fibre d’un toron de fibre sont représentés entourés d’une résine, reconnaitre et sélectionner au moins une entité de torons et des éléments de fibres dans l’image reçue, traitement numérique de chaque image pour reconnaitre au moins une entité de torons et des éléments de fibres comprenant une sous étape de : de transformation de l’image, en une image transformée dans une matrice des données comprenant une caractéristique par composant de la pièce en fonction des couleurs de chaque composant tel qu’une résine et des éléments de fibres visibles dans l’image, de définition d’une caractéristique parmi le contour, la longueur et l’orientation, des éléments de fibres à partir de la transformation de l’image transformée en image de définition, d’analyse un type de tissage à partir de l’ensemble des contours des éléments de fibre et de définition des entités de toron regroupant des éléments de fibre en fonction de l’analyse du type de tissage, calcul pour chaque élément de fibre pour chaque entité de toron les informations de : longueur de l’élément de fibre, orientation de l’élément de fibre et son excentricité calcul pour chaque entité de toron les informations de : diamètre équivalent, périmètre du toron, aire du toron, détermination et enregistrement de l’élément de fibre ayant la plus petite longueur comme longueur minimale et celle ayant la plus longue longueur comme la longueur maximale de chaque entité de toron, calcul de paramètres d’analyse en fonction des calculs précédents, du traitement numérique; les paramètres d’analyse comprenant : la déviation moyenne des éléments de fibres de chaque entité de toron, la déviation individuelle d’un toron par rapport à son plan moyen; détermination de la qualité ou/et d’un ou plusieurs potentiels défauts en fonction du traitement d’image précédent et des calculs précédents , un des défauts déterminés étant parmi: une présence d’un corps étranger ; un motif de tissage localisé non conformes dû à un changement de distance entre les torons, transmission d’un résultat selon l’étape précédente de détermination de la qualité ou/et d’un ou plusieurs potentiels défauts, comprenant une qualité certifiée ou/et des potentiels défauts déterminés avec une information de l’emplacement de l’image à un moyen de visualisation pour un utilisateur. Grâce à l’invention, l’identification numérique permet de repérer rapidement de façon répétable, des anomalies de fabrication qui perturbent le tissage, en particulier le repérage de motif de tissage comme « mouchetis » pour repérer des potentielles non-conformités. L’objectif de la présente invention est donc d’utiliser cet avantage inhérent au composite tissé issu du motif de tissage externe à la surface, afin de repérer des potentielles déviations du processus de fabrication et de pouvoir statuer plus rapidement et facilement sur la qualité du composite produit. Les étapes de traitement d’image et numérique du procédé peuvent être réalisées par un support d’un outil (appelé dans la suite dispositif) qui peut fournir à un moyen de visualisation pour l’utilisateur (l’inspecteur de qualité) un premier descriptif de la photo, basé sur des paramètres prédéfinis et robustes. Les informations calculées et déterminées peuvent être réalisées par un algorithme et peuvent aussi être transmises au moyen de visualisation pour l’utilisateur. Ainsi le procédé permet d’avoir un support efficace et répétable au travail humain sur l’analyse des images des zones concernées, par les algorithmes numériques. Le procédé permet l’amélioration de la robustesse de chaque analyse de la qualité de la pièce mais aussi un gain de temps dans l’opération d’analyse d’image (en cas de photo de la pièce étudiée par un bureau d’études), d’un gain de temps dans l’opération d’inspection des pièces (usine) et donc un gain de coût. Enfin cela permet une réduction d’erreurs, une réduction de la fatigue humaine dans l’opération d’analyse d’image, un gain en répétabilité des opérations d’analyse d’image et un contrôle automatique des certaines anomalies visuelles en surface des pièces produites. Notamment l’étape de transformation de l’image permet d’isoler des structures d’intérêts dans l’image (les torons), ensuite l’étape de définition d’une caractéristique parmi le contour, longueur et l’orientation, permet de caractériser les la forme de ces torons à l’aide d’une métrique basée sur ces caractéristiques, l’analyse permet ensuite de produire cette analyse de cette métrique. . Le procédé permet donc une transformation rapide et répétable des données sur la qualité visuelle d’une pièce en composite en données numériques facilement traitable et analysable par un inspecteur de qualité qui peut être un ingénieur bureau d’études. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : Selon un mode de réalisation, l’étape de calcul pour chaque entité de toron comprend la localisation de son centroïde. Cela permet de suivre une ligne moyenne du toron dans la pièce. En effet, à partir des différent centroïde calculé pour chaque entité de toron qui se suivent formant le toron on peut en déterminer la ligne moyenne du toron. Selon un mode de réalisation, la pièce est en composite 3D, soit un tissage dans les trois dimensions. Selon un autre mode de réalisation, la pièce comprend une partie en composite 2D soit des torons tissés dans un plan. Selon un autre mode de réalisation la pièce comprend une partie en composite 1D, soit des torons unidirectionnels. Dans chacun des trois modes de réalisation, le composite peut être par exemple une fibre de carbone ou de verre avec de la résine. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de détermination d’information des torons par reconnaissance, dans différentes images, les informations suivantes : une forme pour chaque entité de toron, une orientation pour chaque entité de toron, une couleur pour chaque entité de toron, une étape de calcul de taille d’entité de toron pour chaque entité de toron d’informations et en ce que chaque information calculée ou déterminée est ensuite comparée avec une référence afin de déterminer la qualité de la surface de la pièce. Selon un mode de réalisation, l’étape de transmission des potentiels défauts déterminés, comprend la transmission de l’image dans lequel un défaut a été déterminée. Par exemple, cette étape de transmission comprend l’emplacement de l’image analysée. Cela permet à l’utilisateur de pouvoir identifier rapidement l’emplacement du défaut déterminé pour le confirmer. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre dans ’étape de détermination de la qualité ou/et d’un ou plusieurs potentiels défaut : l’absence dans une zone de l’image, d’éléments de fibres ou une augmentation du nombre d’éléments de fibres dans une zone de l’image ; des motifs de tissage non conformes dû à un changement de distance entre les torons ; un état de vieillissement dû à un changement de couleur ; la présence des potentiels endommagements que la pièce pourrait avoir subie. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre avant l’étape de réception : une étape de positionnement d’un appareil de capture d’image en vis à vis d’une surface de la pièce en composite, comprenant des sous étapes de : de positionnement de l’appareil de capture selon une distance prédéterminée et un angle de capture prédéterminé par rapport à la surface de la pièce, de commande de l’éclairage de la zone entre le capteur d’imagerie et la surface de la pièce pour être dans une plage prédéterminée de luminosité, une étape de capture de l’image, selon une qualité de l’image prédéterminée. Selon un mode de réalisation, l’image est une photo d’une surface d’une pièce produite en fibre de carbone et réalisé par un procédé de fabrication moulage par transfert de résine. Selon un mode de réalisation, l’étape de positionnement comprend en outre une étape de variation de l’angle de prise de vue de l’image pour déterminer une mise au point, dont la prise de vue au niveau du centre de l’image est parallèle à un point, correspondant au centre, de la surface externe de la pièce. Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en composite tissé 3D en carbone comprenant un procédé de fabrication par moulage par transfert de résine comprenant : une première étape préformage comprenant la mise en forme du renfort sec une deuxième étape de placement dans une cavité d’un moule préalablement préparée, formant une préforme, une troisième étape de fermeture hermétique, entraînant la compaction de la préforme, une quatrième étape de chauffage à une température de cuisson prédéterminée, une cinquième étape d’injection de résine dans la cavité lorsque la température de cuisson prédéterminée est atteinte, en expulsant l’air de la cavité par un évent, jusqu’à ce que de la résine commence à s’écouler par l’évent. une sixième étape d’attente pendant un temps prédéterminé à la température de cuisson prédéterminée, une septième étape de démoulage de la pièce (1) après le temps prédéterminé, le procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé, décrit précédemment avec ou sans une combinaison des caractéristiques des différents modes de réalisation décrits précédemment, et une étape de mise en qualité certifiée si la transmission comprend une qualité certifiée. Un autre aspect de l’invention concerne un dispositif configuré pour la mise en œuvre du procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé décrit précédemment avec ou sans une combinaison des caractéristiques des différents modes de réalisation décrits précédemment, comprenant un module d’importation d’image, un module de traitement d’image, un module de calcul, un module de détermination et d’enregistrement, un module de calcul de paramètre d’analyse, un module de détermination de la qualité ou/et d’un ou plusieurs potentiels défaut et un module de transmission.. Un autre aspect de l’invention concerne un système de détection de défaut d’une pièce en composite, pour réaliser le procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé 3D décrit précédemment avec ou sans une combinaison des caractéristiques des différents modes de réalisation décrits précédemment, comprenant un support de la pièce, un robot comprenant un bras articulé, un dispositif de capture d’image sur l’arbre, un dispositif configuré pour détecter des défauts selon l’aspect de l’invention décrit précédemment, comprenant une unité de commande du robot pour déplacer le capteur d’image à différents emplacements prédéterminés, un moyen d’éclairage commandé par l’unité de commande pour éclairer la surface extérieure pour être dans la plage prédéterminée de luminosité. Le fait d’utiliser un tel robot, permet d’améliorer la précision de pour la prise d’image par le dispositif que ce soit par photographie ou vidéo. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. représente une partie d’une soufflante comprenant un carter de soufflante à analyser. représente des étapes d’un procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé 3D. représente schématiquement une image d’une surface externe d’un sommet de bride du carter de soufflante de la . représente un exemple d’une photo correspondant l’image schématique de la . représente schématiquement un traitement numérique d’image de l’image de la . représente des photos du traitement numérique correspondant à chaque image de la . représente schématiquement un traitement numérique d’image d’une image d’une surface externe d’un fût du carter de soufflante de la . représente des photos du traitement numérique correspondant à chaque image de la . représente trois exemples différents de tissage photographiés. Procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé, comprenant les étapes de : réception (E1) d’images (2, 3) d’une pièce (1) en composite tissé et l’emplacement de chaque image, chaque image (2, 3) comprenant des motifs d’éléments de fibre d’un toron de fibre sont représentés entourés d’une résine, traitement numérique (E2) de chaque image (2, 3) pour reconnaitre au moins une entité de torons (25, 25’, 25’’, 35 ) et des éléments de fibres ( 24, 34) comprenant une sous étape : de transformation de l’image (2, 3) comprenant une entité de toron, en une image transformée (21, 31) dans une matrice des données comprenant une caractéristique par composant de la pièce en fonction des couleurs de chaque composant tel qu’une résine et des éléments de fibres (24, 34) visibles dans l’image (2, 3), de définition d’une caractéristique parmi le contour, la longueur et l’orientation, des éléments de fibres (24, 34) à partir de la transformation de l’image transformée (21, 31) en image de définition (21, 32), d’analyse un type de tissage à partir de l’ensemble des contours des éléments de fibre (24, 34) et de définition des entités de toron (25, 25’, 25’, 35) regroupant des éléments de fibre (24, 34) en fonction de l’analyse du type de tissage, calcul (E3) pour chaque élément de fibre (24, 34) pour chaque entité de toron (25, 25’, 25’’, 35) les informations de , longueur de l’élément de fibre (24, 34), orientation de l’élément de fibre (24, 34) et son excentricité calcul (E4) pour chaque entité de toron (25, 25’, 25’’ 35) les informations de : diamètre équivalent, périmètre du toron, aire du toron, détermination et enregistrement (E5) de l’élément de fibre (24, 34) ayant la plus petite longueur comme longueur minimale et celle ayant la plus longue longueur comme la longueur maximale de chaque entité de toron (25, 25’, 25’’, 35), calcul de paramètres d’analyse en fonction des calculs précédents, du traitement numérique; les paramètres d’analyse comprenant : la déviation moyenne des éléments de fibres (24, 34) de chaque entité de toron (25, 25’, 25’’, 35) la déviation individuelle d’un toron par rapport à son plan moyen ; détermination de la qualité ou/et d’un ou plusieurs potentiels défauts (E7) en fonction du traitement d’image précédent et des calculs précédents , un des défauts déterminés étant parmi: une présence d’un corps étranger ; un motif de tissage localisé non conformes dû à un changement de distance entre les torons, transmission (E8) d’un résultat selon l’étape précédente de détermination de la qualité ou/et d’un ou plusieurs potentiels défauts (E7) comprenant une qualité certifiée ou/et des potentiels défauts déterminés avec une information de l’emplacement de l’image à un moyen de visualisation pour un utilisateur. Procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé selon la revendication précédente, dans lequel l’étape de calcul (E4) pour chaque entité de toron (25, 25’, 25’’, 35) comprend la localisation de son centroïde. Procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre : une étape de détermination d’information des torons (E20) par reconnaissance, dans différentes images, les informations suivantes : une forme pour chaque entité de toron, une orientation pour chaque entité de toron, une couleur pour chaque entité de toron, une étape de calcul de taille d’entité de toron (E21) pour chaque entité de toron d’informations et en ce que chaque information calculée ou déterminée est ensuite comparée avec une référence afin de déterminer la qualité de la surface de la pièce. Procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre dans l’étape de transmission (E8) des potentiels défauts déterminés, la transmission de l’image (2, 3) dans lequel un défaut a été déterminée. Procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé selon l’une des revendications précédentes comprenant dans l’étape de détermination de la qualité ou/et d’un ou plusieurs potentiels défaut (E7) : l’absence dans une zone de l’image, d’éléments de fibres (24, 34) ou une augmentation du nombre d’éléments de fibres (24, 34) dans une zone de l’image (2, 3); des motifs de tissage non conformes dû à un changement de distance entre les torons ; un état de vieillissement dû à un changement de couleur ; la présence des potentiels endommagements que la pièce pourrait avoir subie. Procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé selon l’une des revendications précédentes, comprenant avant l’étape de réception : une étape de positionnement d’un appareil de capture d’image en vis à vis d’une surface de la pièce en composite, comprenant des sous étapes de : de positionnement de l’appareil de capture selon une distance prédéterminée et un angle de capture prédéterminé par rapport à la surface de la pièce, de commande de l’éclairage de la zone entre le capteur d’imagerie et la surface de la pièce pour être dans une plage prédéterminée de luminosité, une étape de capture de l’image, selon une qualité de l’image prédéterminée. Procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’image est une photo d’une surface d’une pièce produite en fibre de carbone et réalisé par un procédé de fabrication moulage par transfert de résine. Procédé de fabrication d’une pièce en composite tissé 3D en carbone, comprenant : un procédé de fabrication par moulage par transfert de résine comprenant : une première étape préformage comprenant la mise en forme du renfort sec une deuxième étape de placement dans une cavité d’un moule préalablement préparée, formant une préforme, une troisième étape de fermeture hermétique, entraînant la compaction de la préforme, une quatrième étape de chauffage à une température de cuisson prédéterminée, une cinquième étape d’injection de résine dans la cavité lorsque la température de cuisson prédéterminée est atteinte, en expulsant l’air de la cavité par un évent, jusqu’à ce que de la résine commence à s’écouler par l’évent. une sixième étape d’attente pendant un temps prédéterminé à la température de cuisson prédéterminée, une septième étape de démoulage de la pièce (1) après le temps prédéterminé, le procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé selon l’une des revendications précédentes, et une étape de mise en en qualité certifiée si la transmission comprend une qualité certifiée. Dispositif configuré pour détecter des défauts selon le procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé selon l’une des revendications 1 à 7 comprenant un module d’importation d’image, un module de traitement d’image, un module de calcul, un module de détermination et d’enregistrement, un module de calcul de paramètre d’analyse, un module de détermination de la qualité ou/et d’un ou plusieurs potentiels défaut et un module de transmission. Système de détection de défaut d’une pièce en composite configuré pour réaliser le procédé de détection de défaut d’une pièce en composite tissé 3D selon la revendication 6 ou 7, comprenant un support de la pièce, un robot comprenant un bras articulé, un dispositif de capture d’image sur l’arbre, un dispositif configuré pour détecter des défauts selon la revendication précédente, comprenant une unité de commande du robot pour déplacer le capteur d’image à différents emplacements prédéterminés, un moyen d’éclairage commandé par l’unité de commande pour éclairer la surface extérieure pour être dans la plage prédéterminée de luminosité.