Brevet FR3164286A1 — publié le 20260109

L’invention concerne un système de traitement de signal de mesure relatif à des dents d’un mécanisme d’engrenage, le système de traitement comprenant des moyens pour : - sélectionner les données correspondant à la zone intermédiaire des dents ; - mettre les données dans une même base angulaire ; - pondérer les données ; - réaliser un fenêtrage des données ; - calculer une transformée de Fourier des données ; - identifier des ordres fantômes dans le spectre de données transformées. L’invention concerne également un procédé et un programme sur la base d’un tel système. Figure 4 SYSTEME DE TRAITEMENT DE SIGNAL DE DENTS D’ENGRENAGE PAR FENÊTRAGE ET TRANSFORMEE DE FOURIER, PROCEDE ET PROGRAMME SUR LA BASE D’UN TEL SYSTEME L'invention se rapporte au domaine des systèmes de la détection du bruit d’engrenage par la mesure physique des dents d’un engrenage. Dans les tests d’acceptation de boîtes de vitesse et de réducteurs, en termes de bruit et de vibration, des erreurs vibratoires ou de transmission, ou des mesures acoustiques, sont réalisées pour garantir la bonne qualité du produit final. Pour procéder à un test complet, il est nécessaire de faire des accélération et décélérations de toutes les roue à engrenages de la boîte de vitesse pour être sûr de détecter toute défaillance ou bruit afin de protéger l’utilisateur. Cette variation de vitesse implique de nombreuses fréquences émises difficiles à relier à un composant spécifique. Une solution consiste à calculer toutes les fréquences émises en ordre. L'ordre peut être défini comme un nombre d'événements par tour d'une pièce rotative. Pour comparer les résultats du banc d'essai à ce qui est mesuré sur l'engrenage, une philosophie similaire d'analyse d'ordre doit être appliquée sur la base d'une définition étendue de l’angle de roulis (ou « roll-angle » en langue anglaise). Traditionnellement, les engrenages sont mesurés sur une machine de mesure dédiée constituée d'une table rotative sur laquelle l'engrenage est serré et d'un axe transversal sur lequel est placée une sonde. La combinaison de la rotation et des translations permet à la sonde d'être en contact avec le flanc de l'engrenage et par conséquent de mesurer les défauts suivant un profil, une hélice, ou encore les erreurs de divisions ; ou toute autre caractéristique selon n'importe quelle norme de mesure d'engrenage. Habituellement, dans l'industrie automobile, les engrenages sont mesurés sur 4 à 6 dents espacées de manière égale. Certains développements dans l’analyse de la micro-géométrie des engrenages montrent que les critères normatifs de définition et de mesure des engrenages ne sont pas suffisants pour décrire le comportement en bruits des engrenages. Il existe une solution connue sous le nom de « mesure gravel ». Cette solution n’est pas satisfaisante car ses développements analytiques ne sont pas connus. Par ailleurs, elle ne permet pas dans certains cas de détecter des engrenages bruyants. La méthode de calcul du bruit correspondante semble basée sur une méthode d’interpolation de sinus selon le brevet US 10,753,730 B2, mais ce type de solution ne semble pas adaptée car elle ne permet pas d’avoir une analyse fine des paramètres relatifs aux mesures. Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution d’analyse du bruit de dents d’engrenage sur la base de paramètres précis permettant de détecter l’ensemble du contenu fréquentiel d’une micro-géométrie d’un engrenage. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un système de traitement d’un signal de mesure topographique de dents d’un mécanisme d’engrenage, les dents comprenant chacune une racine au niveau d’une base de la dent, une tête au niveau au d’un sommet de la dent à la suite de la racine, le signal comprenant une zone de racines correspondant aux racines, une zone de têtes correspondant aux têtes, et une zone intermédiaire entre la zone de racines et la zone de têtes, la zone intermédiaire comprenant des corrections de denture, le système de traitement comprenant : - un moyen de réception de données du signal de mesure ; - un moyen de sélection permettant de sélectionner les données correspondant à la zone intermédiaire de sorte à obtenir des données sélectionnées ; - de préférence un moyen de redressement permettant de retirer les corrections de dentures des données sélectionnées de sorte à obtenir des données redressées ; - un moyen de changement de base angulaire permettant de changer la base angulaire des données sélectionnées ou des données redressées de sorte à obtenir des données décalées ; - un moyen de pondération et fenêtrage permettant de pondérer les données décalées de sorte à obtenir des données pondérées ; - un moyen de calcul d’une transformée de Fourier des données pondérées de sorte à obtenir un spectre de données transformées ; - un moyen d’identification permettant d’identifier des ordres fantômes dans le spectre de données transformées. Avantageusement, l’invention propose une nouvelle méthode de calcul basée sur un fenêtrage et une pondération des mesures puis l’application d’une transformée de Fourier. Cela permet de détecter l’ensemble du contenu fréquentiel de la micro-géométrie d’un engrenage. De préférence, le moyen de redressement permet d’appliquer un polynôme d’ordre 2 aux données sélectionnées. Cela permet de retirer les signaux relatifs aux bombés de la dent au-dessus de la tête de la dent. Préférentiellement, le moyen de pondération et fenêtrage permet de mettre en œuvre une fenêtre de Hann sur les données décalées de sorte à obtenir les données pondérées. Cela permet d’obtenir une continuité du signal au niveau des chevauchements, et de reconstruire un signal continu. Davantage préférentiellement, le moyen de calcul permet d’appliquer une transformée de Fourier sur des données pondérées correspondant à un tour de roue d’engrenage de sorte à obtenir le spectre de données transformées. Cela permet d’obtenir un spectre à une dimension de l’erreur de transmission micro-géométrique. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de traitement d’un signal de mesure topographique de dents d’un mécanisme d’engrenage, au moyen d’un système de traitement selon l’invention, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - une étape de réception de données du signal de mesure ; - une étape de sélection dans laquelle on sélectionne les données correspondant à la zone intermédiaire de sorte à obtenir des données sélectionnées ; - de préférence une étape de redressement dans laquelle on retire les corrections de dentures des données sélectionnées de sorte à obtenir des données redressées ; - une étape de changement de base angulaire dans laquelle on change la base angulaire des données sélectionnées ou des données redressées de sorte à obtenir des données décalées ; - une étape de pondération et fenêtrage dans laquelle on pondère les données décalées de sorte à obtenir des données pondérées ; - une étape de calcul d’une transformée de Fourier sur les données pondérées, correspondant en particulier à un tour de roue d’engrenage, de sorte à obtenir un spectre de données transformées ; - une étape d’identification dans laquelle on identifie des ordres fantômes dans le spectre de données transformées. De préférence, dans l’étape de redressement, on applique un polynôme d’ordre 2 aux données sélectionnées. Préférentiellement, dans l’étape de pondération et fenêtrage, on met en œuvre une fenêtre de Hann sur les données décalées de sorte à obtenir les données pondérées. L’invention porte en outre sur un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de traitement selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées dans lesquelles : - FIG. 1 illustre schématiquement les indices des points mesurées issu des mesures brutes ; - FIG. 2 illustre schématiquement des indices selon la FIG. 1 sans les zones de racines et les zones de tête ; - FIG. 3 illustre schématiquement des indices selon la FIG. 1 sans les zones de racines, les zones de tête et les zones de bombé sur la pointe des dents ; - FIG. 4 illustre schématiquement des positions et amplitudes des données redressées dans la même base angulaire de toutes les dents; - FIG. 5 illustre schématiquement une vue rapprochée des courbes de la FIG. 4 ; - FIG. 6 illustre schématiquement une mise en œuvre de la pondération et du fenêtrage de Hann ; - FIG. 7 illustre schématiquement un spectre à une dimension de l’erreur de transmission micro-géométrique, sur la base de la déviation en fonction de la position angulaire ; - FIG. 8 illustre schématiquement un spectre comme celui de la FIG. 7 , sur la base de l’amplitude en fonction de la position angulaire ; et - FIG. 9 illustre schématiquement un spectre en ordre, sur la base de l’amplitude en fonction de l’ordre. L’invention propose un système et une méthode de traitement des données de mesure d’engrenage. Elle se base sur la mesure de l’ensemble des dents d’engrenage suivant un profil de dent ou une hélice de dent. Ces mesures sont ensuite placées dans une base angulaire commune et post-traitées pour appliquer une transformée de Fourier. L’invention propose de modifier le post-traitement des données de mesure ; et d’obtenir un spectre en ordre à l’aide d’une transformée de Fourier. Avec cette solution, l’utilisateur a le contrôle des paramètres de l’algorithme de calcul des spectres. Par ailleurs, les données de mesure n’étant pas interpolées, elles sont plus fidèles à la réalité physique de l’engrenage. Le signal comprend un actif de pied correspondant à une première partie de travail au niveau d’une base de la dent. On pourra parler de racine R. Le signal comprend en outre un actif de tête correspondant à une deuxième partie de travail au niveau d’un sommet de la dent. Le signal correspondant est en outre visible sur les indices bruts. L’algorithme est mis en œuvre sur la base des données de mesures brutes illustrées en FIG. 1 . Les abscisses de cette figure représentent un indice I, et les ordonnées représentent une déviation D en µm. La partie gauche de la figure correspond aux racines R des dents, et celle à droite correspond aux têtes T des dents. Dans le cadre de l’invention, on ne conserve que les données utiles lors de l’engrènement (zone intermédiaire E en FIG. 1 ), à savoir les données relatives aux mesures correspondant aux positions entre l’actif de pied et l’actif de tête des dents de l’engrenage. En effet, ces zones ne sont pas pertinentes pour l’identification des ordres fantômes. La FIG. 2 illustre les données brutes sans les têtes et les racines R ; et la FIG. 3 illustre les données brutes sans les têtes T, les racines R et le bombé au niveau du sommet de la dent. Ces données sont ensuite redressées avec un polynôme, de préférence un polynôme du second degré, dans l’optique de retirer les corrections de dentures (bombé de la dent). Les données redressées sont illustrées en FIG. 4 . Les abscisses de cette figure représentent une position angulaire P en radian, et les ordonnées représentent une amplitude A en µm. La FIG. 5 est un zoom de la FIG. 4 pour montrer les recouvrements. Alternativement, ces corrections de dentures (bombé) peuvent être conservées Les parties correspondant aux racines des dents sont supprimées. Les parties correspondant aux têtes des dents sont supprimées. Les données sont ensuite placées dans une même base angulaire. Les données sont ensuite post traitées par une pondération et un fenêtrage de Hann pour obtenir une continuité du signal. Cela permet de réaliser le traitement du recouvrement dû à l’hélicoïde de la dent. La FIG. 6 illustre le fenêtrage de Hann. H correspond à la courbe de Hann, B correspond aux données brutes, et W correspond au profil après pondération. Autrement, d’autre types de fenêtre peuvent dans certains cas être utilisées. La FIG. 7 illustre un spectre à une dimension de l’erreur de transmission micro-géométrique (ou « 1D Micro Geometry Transmission error » en langue anglaise – abrégé 1D MGTE), sur la base de la déviation D en fonction de la position angulaire P. La FIG. 8 illustre un spectre à une dimension de l’erreur de transmission micro-géométrique sur la base de l’amplitude A en fonction de la position angulaire P. Enfin, une transformée de Fourier du signal est calculée sur un tour de roue d’engrenage (2*pi). Cela permet d’obtenir un spectre en ordre en ne gardant que les modules et ainsi faire apparaitre les différents contenus harmoniques. La FIG. 9 illustre un spectre à une dimension de l’erreur de transmission micro-géométrique sur la base de l’amplitude A en fonction de l’ordre O. La référence G concerne un ordre fantôme identifié dans le cadre de l’invention. Cet ordre fantôme ne se retrouve pas périodiquement dans les mesures comme la FIG. 9 , et traduit un bruit fantôme ou des vibrations indésirables dans la roue à engrenage correspondante en utilisation. Une telle roue à engrenage ne doit donc pas être utilisée pour plus de confort des utilisateurs. L’invention concerne en outre un procédé et un programme de pré-contrôle mettant en œuvre les éléments et outils discutés ci-dessus. Le programme peut être chargé dans la mémoire d’un ordinateur. Système de traitement d’un signal de mesure topographique de dents d’un mécanisme d’engrenage, les dents comprenant chacune une racine au niveau d’une base de la dent, une tête au niveau au d’un sommet de la dent à la suite de la racine, le signal comprenant une zone de racines (R) correspondant aux racines (R), une zone de têtes (T) correspondant aux têtes, et une zone intermédiaire (E) entre la zone de racines (R) et la zone de têtes (T), la zone intermédiaire comprenant des corrections de denture, le système de traitement comprenant : - un moyen de réception de données du signal de mesure ; - un moyen de sélection permettant de sélectionner les données correspondant à la zone intermédiaire (E) de sorte à obtenir des données sélectionnées ; - de préférence un moyen de redressement permettant de retirer les corrections de dentures des données sélectionnées de sorte à obtenir des données redressées ; - un moyen de changement de base angulaire permettant de changer la base angulaire des données sélectionnées ou des données redressées de sorte à obtenir des données décalées ; - un moyen de pondération et fenêtrage permettant de pondérer les données décalées de sorte à obtenir des données pondérées ; - un moyen de calcul d’une transformée de Fourier des données pondérées de sorte à obtenir un spectre de données transformées ; - un moyen d’identification permettant d’identifier des ordres fantômes (G) dans le spectre de données transformées. Système de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de redressement permet d’appliquer un polynôme d’ordre 2 aux données sélectionnées. Système de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le moyen de pondération et fenêtrage permet de mettre en œuvre une fenêtre de Hann sur les données décalées de sorte à obtenir les données pondérées. Système de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de calcul permet d’appliquer une transformée de Fourier sur des données pondérées correspondant à un tour de roue d’engrenage de sorte à obtenir le spectre de données transformées. Procédé de traitement d’un signal de mesure topographique de dents d’un mécanisme d’engrenage, au moyen d’un système de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - une étape de réception de données du signal de mesure ; - une étape de sélection dans laquelle on sélectionne les données correspondant à la zone intermédiaire (E) de sorte à obtenir des données sélectionnées ; - de préférence une étape de redressement dans laquelle on retire les corrections de dentures des données sélectionnées de sorte à obtenir des données redressées ; - une étape de changement de base angulaire dans laquelle on change la base angulaire des données sélectionnées ou des données redressées de sorte à obtenir des données décalées ; - une étape de pondération et fenêtrage dans laquelle on pondère les données décalées de sorte à obtenir des données pondérées ; - une étape de calcul d’une transformée de Fourier sur les données pondérées, correspondant en particulier à un tour de roue d’engrenage, de sorte à obtenir un spectre de données transformées ; - une étape d’identification dans laquelle on identifie des ordres fantômes (G) dans le spectre de données transformées. Procédé de traitement selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans l’étape de redressement, on applique un polynôme d’ordre 2 aux données sélectionnées. Procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que dans l’étape de pondération et fenêtrage, on met en œuvre une fenêtre de Hann sur les données décalées de sorte à obtenir les données pondérées. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de traitement selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.