Brevet FR3133694A1 — publié le 20230922

Procédé d’analyse tomographique d’une pièce composite comprenant une matrice et des fibres noyées dans la matrice, le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition d’au moins une image tomographique de la pièce au moyen d’un dispositif de tomographie, l’image tomographique comprenant une pluralité de plans (P1, …, PN) parallèles les uns aux autres et alignés selon une première direction, - obtention de données comprenant, pour chaque plan (P1, …, PN) des positions de centres de sections des fibres dans ledit plan, - reconstitution de fibres s’étendant sensiblement selon la première direction par association, pour chaque fibre d’un centre pris dans chaque plan (P1, …, PN), - reconstitution d’un tissage par association des fibres reconstituées et formation d’une image tridimensionnelle du tissage, et - observation de l’image tridimensionnelle du tissage et évaluation du tissage. Figure à publier avec l’abrégé : 5 Procédé d’analyse tomographique Domaine technique de l’invention L’invention concerne un procédé d’analyse tomographique d’une pièce mécanique. La pièce fait par exemple partie d’un aéronef, et plus précisément d’une turbomachine, comme une partie d’un carter de soufflante, une aube de soufflante, ou une partie d’une structure d’aubages fixes. Etat de la technique antérieure Il est connu d’inspecter les pièces mécaniques structurelles par des méthodes de tomographie, par exemple radiographique ou acoustique, afin de détecter la présence d’éventuels défauts en surface et à l’intérieur de la pièce. Ces méthodes sont fiables, non-invasives et permettent d’inspecter l’intérieur des pièces, ce qui permet de statuer rapidement sur l’état de la pièce et décider de sa potentielle remise en fonctionnement ou son remplacement. Une mesure tomographique consiste en un balayage d’un objet observé, ici une pièce mécanique, au moyen d’un faisceaux d’ondes, et en une mesure du faisceau transmis dans toutes les directions afin de reconstituer une image tridimensionnelle de l’objet. La illustre un dispositif de tomographie 1 pendant l’inspection d’une pièce mécanique 20. Le dispositif de tomographie 1 comprend au moins un dispositif d’émission 3, configuré pour émettre un faisceau incident 5 d’impulsions d’ondes en direction de la pièce 20, par exemple des ondes radiofréquence, des rayons X ou encore des ondes acoustiques, et un moins un récepteur 7 aptes à capter un faisceau transmis 9 d’ondes, agencés de part et d’autre de la pièce 20. La pièce 20 est généralement montée sur un support 11 rotatif autour d’un axe A, afin d’être observée sous toutes les directions pendant la mesure tomographique. La pièce 20 observée par tomographie peut être constituée d’un matériau composite, tel que représenté en détail sur la , qui comprend plusieurs phases distinctes comprenant des matériaux différents. Un tel matériau composite comprend par exemple des fibres de trames 21 et des fibres de chaines 22 tissées les unes avec les autres sur un plan de tissage P, ou plusieurs plans de tissage P superposés selon une direction d’épaisseur Z. Un tel tissage est désigné comme bidimensionnel. Ces fibres 21, 22 sont également désignées par le terme de torons, et ces deux termes sont utilisés indifféremment par la suite. Les fibres du matériau composite peuvent, alternativement, suivre un tissage tridimensionnel, avec des fibres s’étendant selon trois directions distinctes. Les fibres 21 et 22 peuvent être des fibres de carbone, de verre, en polymère synthétique (par exemple de type kevlar), ou un mélange de plusieurs types de fibres. Elles sont noyées dans une matrice 23 comprenant par exemple un ou plusieurs polymères et/ou résines, qui se solidifient pour former la pièce 20 définitive. Les amplitudes des ondes transmises sous les différents angles d’observations sont traduites en niveaux de gris dans un dispositif de traitement 13, et une analyse numérique permet de reconstituer le volume de la pièce 20. Le dispositif de traitement 13 comprend un ordinateur. Les niveaux de gris obtenus dépendent entre autres de la densité des matériaux traversés, et varient donc entre les différentes phases du matériau composite. L’analyse par tomographie permet alors d’obtenir un visuel sur l’extérieur et l’intérieur de la pièce. Ce type de contrôle présente l’avantage majeur de permettre la visualisation dans l’épaisseur du matériau et de la pièce étudiée, tout en étant non-destructif et fiable. Un opérateur humain peut alors évaluer la qualité de la pièce, en identifiant les différentes phases de la pièce et en étudiant le schéma de tissage, afin de détecter la présence éventuelle d’une anomalie ou d’un dégât. En effet, beaucoup de propriétés mécaniques de la pièce définitive dépendent de la bonne tenue des fibres tissées, qui peut être évaluée par plusieurs indicateurs. On peut notamment citer le ratio chaine / trame et le taux volumique de fibre. Ces paramètres peuvent aussi varier au sein même du tissage avec des torons de tailles différentes ou autres. Dans ce qui suit, les termes « non-conformité », « anomalie », « dégât », « endommagement » ou équivalents sont utilisés indifféremment pour désigner une partie de la pièce où les propriétés maniques de la pièce sont localement dégradées par rapport à celles d’une pièce en bon état. Il peut également s’agir de la présence d’un corps étranger dans le matériau, comme un vide (porosité) ou un matériau arrivé par erreur dans la pièce lors de sa mise en forme. Une telle anomalie peut justifier un retrait et un remplacement de la pièce lorsque sa tenue mécanique est compromise, ou, selon les cas, peut ne pas s’opposer au bon fonctionnement de la pièce. Dans le cas d’un matériau composite, il peut également s’agir d’une zone où les fibres 21, 22 sont distendues ou rompues. Il est important de noter que l’analyse de l’image de tomographie est toujours laissée actuellement à l’opérateur humain, qui doit séparer les fibres et la matrice et étudier le tissage manuellement. Cette étape génère un délai important car l’image tomographique est complexe et étendue, ce qui rend son inspection fastidieuse. La reconstitution du schéma de tissage sur le volume de la pièce doit également être effectuée manuellement à partir des données fournies par l’analyse visuelle de différentes coupes de la tomographie, ce qui nécessite également un temps important pour un opérateur qualifié. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant une méthode d’analyse permettant la reconstitution du tissage du matériau de manière automatique et fiable. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’analyse tomographique d’une pièce composite comprenant une matrice et des fibres noyées dans la matrice, le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition d’au moins une image tomographique de la pièce au moyen d’un dispositif de tomographie, l’image tomographique comprenant une pluralité de plans parallèles les uns aux autres et alignés selon une première direction, - obtention de données comprenant, pour chaque plan des positions de centres de sections des fibres dans ledit plan, - reconstitution de fibres s’étendant sensiblement selon la première direction par association, pour chaque fibre d’un centre pris dans chaque plan, - reconstitution d’un tissage par association des fibres reconstituée et formation d’une image tridimensionnelle du tissage, et - observation de l’image tridimensionnelle du tissage et évaluation du tissage. Un tel procédé permet une reconstitution automatique des fibres et un affichage du tissage pour une évaluation simplifiée de sa qualité et des propriétés mécaniques conférées à la pièce. La première direction s’étend par exemple selon le sens de trame de la pièce composite. L’image tomographique peut comprendre une pluralité de deuxièmes plans parallèles les uns aux autres et alignés selon une deuxième direction, les données comprenant, pour chaque deuxième plan des positions de centres de sections des fibres dans ledit deuxième plan. Le procédé peut comprendre une étape de reconstitution de fibres s’étendant sensiblement selon la deuxième direction par association, pour chaque fibre d’un centre pris dans chaque deuxième plan. Ces caractéristiques permettent l’analyse des fibres s’étendant selon une deuxième direction caractéristique de la pièce, par exemple dans le sens de chaine de la pièce composite. Les données peuvent comprendre, pour chaque plan, des dimensions des sections des fibres dans ledit plan, des orientations des sections des fibres dans ledit plan, des taux de polymérisation des fibres dans ledit plan et/ou des taux d’imprégnations des fibres dans ledit plan. De telles données permettent de faciliter l’étape de reconstitution en fournissant des points de comparaison supplémentaires entre les sections des fibres dans les différents plans. Les données peuvent également comprendre, pour chaque deuxième plan, des dimensions des sections des fibres dans ledit deuxième plan, des orientations des sections des fibres dans ledit deuxième plan, des taux de polymérisation des fibres dans ledit deuxième plan et/ou des taux d’imprégnations des fibres dans ledit deuxième plan. L’étape de reconstitution des fibres peut être mise en œuvre plan par plan et fibre par fibre en associant à chaque centre d’un des plans le centre le plus proche dans le plan suivant. Une telle méthode permet une reconstitution rapide et efficace des fibres. L’étape de reconstitution peut aussi prendre en compte des données comprenant des dimensions des sections des fibres, des orientations des sections des fibres, des taux de polymérisation des fibres et/ou des taux d’imprégnations des fibres. L’étape de reconstitution des fibres peut être mise en œuvre globalement sur l’ensemble des fibres et l’ensemble des plans, et emploie un algorithme d’optimisation. Une telle caractéristique permet une approche globale dans la reconstitution des fibres et fournit des résultats plus fiables. L’algorithme d’optimisation peut être choisi parmi des algorithmes classiques comme un algorithme de Gauss-Newton, un algorithme de Levenberg-Marcquard ou encore une optimisation au sens des moindres carrés. Il peut également être choisi parmi des méthodes d’optimisations statistiques comme un recuit simulé, un algorithme génétique ou encore une optimisation topologique. Le procédé peut comprendre une étape d’affichage de valeurs locales d’au moins une propriété des fibres sur l’image tridimensionnelle du tissage, les valeurs locales étant tirées des données. Une telle caractéristique permet de fournir des éléments visuels pour l’évaluation du tissage, ce qui en facilite l’analyse. L’étape d’observation peut comprendre une comparaison de l’image tridimensionnelle avec au moins une image de référence tirée d’une base de données. Cette caractéristique permet d’affiner les résultats obtenus à partir de résultats précédents et d’accélérer la détection d’anomalies ou la confirmation de l’état sain de la pièce. La pièce peut être une pièce de carter de turbomachine, ou une aube de rotor de compresseur, de stator ou de soufflante d’une turbomachine. L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions permettant, lorsqu’il est exécuté sur un ordinateur, la mise en œuvre du procédé comme plus haut. Brève description des figures la est une vue schématique de côté d’un dispositif de tomographie au cours de la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention, la est une vue schématique de détail d’une pièce en matériau composite tissé, la est une vue schématique de plans d’obtention de données dans une image tomographique, la est une vue de face d’un des plans de la montrant les sections des fibres, la est une vue schématique d’une étape de reconstitution des fibres du procédé selon l’invention, et la est une vue schématique d’une étape d’affichage visuel d’un tissage reconstitué du procédé selon l’invention. Procédé d’analyse tomographique d’une pièce (20) composite comprenant une matrice (23) et des fibres (21, 22) noyées dans la matrice (23), le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition d’au moins une image tomographique (30) de la pièce (20) au moyen d’un dispositif de tomographie (1), l’image tomographique (30) comprenant une pluralité de plans (P1, …, PN) parallèles les uns aux autres et alignés selon une première direction (X), - obtention de données comprenant, pour chaque plan (P1, …, PN) des positions de centres de sections des fibres (21) dans ledit plan, - reconstitution de fibres (21) s’étendant sensiblement selon la première direction (X) par association, pour chaque fibre (21) d’un centre pris dans chaque plan (P1, …, PN), - reconstitution d’un tissage par association des fibres (21) reconstituées et formation d’une image tridimensionnelle (40) du tissage, et - observation de l’image tridimensionnelle (40) du tissage et évaluation du tissage. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’image tomographique (30) comprend une pluralité de deuxièmes plans parallèles les uns aux autres et alignés selon une deuxième direction (Y), les données comprenant, pour chaque deuxième plan des positions de centres de sections des fibres (22) dans ledit deuxième plan. Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape de reconstitution de fibres (22) s’étendant sensiblement selon la deuxième direction par association, pour chaque fibre d’un centre pris dans chaque deuxième plan. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les données comprennent, pour chaque plan (P1, …, PN), des dimensions des sections des fibres (21) dans ledit plan (P1, …, PN), des orientations des sections des fibres (21) dans ledit plan (P1, …, PN), des taux de polymérisation des fibres (21) dans ledit plan (P1, …, PN) et/ou des taux d’imprégnations des fibres (21) dans ledit plan (P1, …, PN). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape de reconstitution des fibres (21) est mise en œuvre plan (P1, …, PN) par plan (P1, …, PN) et fibre (21) par fibre (21) en associant à chaque centre d’un des plans (P1, …, PN) le centre le plus proche dans le plan (P1, …, PN) suivant. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape de reconstitution des fibres (21) est mise en œuvre globalement sur l’ensemble des fibres (21) et l’ensemble des plans (P1, …, PN), et emploie un algorithme d’optimisation. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le procédé comprend une étape d’affichage de valeurs locales d’au moins une propriété des fibres (21) sur l’image tridimensionnelle (40) du tissage, les valeurs locales étant tirées des données. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape d’observation comprend une comparaison de l’image tridimensionnelle (40) avec au moins une image de référence tirée d’une base de données. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce (20) est une pièce de carter de turbomachine, ou une aube de rotor de compresseur, de stator ou de soufflante d’une turbomachine. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions permettant, lorsqu’il est exécuté sur un ordinateur, la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications précédentes.