INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
la représente une vue en perspective d’un premier exemple d’un module détecteur du capteur à courant de Foucault selon l’invention.
Les zones de brulures sont généralement caractérisées postérieurement à l’usinage. Il en résulte que, les pièces présentant des zones de brulures qui ne vérifient pas les seuils de spécifications techniques sont inexploitables car la détérioration de la robustesse mécanique par brulures dans la pièce usinée est irréversible.
Dans les matériaux électriquement conducteurs, les zones de brulures présentent une variation de la valeur de conductivité électrique σ du matériau par rapport aux zones non brulées. La variation de la valeur de conductivité électrique σ est liée au matériau de la pièce usinée et dégrée de brulure. En effet, la variation de la conductivité présente une courbe croissante pour des faibles brulures, et une variation décroissante pour des brulures extrêmement fortes. (référence la thèse de doctorat intitulée « Développement de capteurs flexibles à courant de Foucault : applications à la caractérisation des propriétés électromagnétiques des matériaux et à la détection de défauts par imagerie statique» de «Benjamin Delabre »)
Plus particulièrement, dans les matériaux ferromagnétiques les zones de brulures présentent une variation de la valeur de conductivité électrique σ et une variation de la perméabilité magnétique µ du matériau par rapport aux zones non brulées. La variation de perméabilité magnétique μ et la variation de conductivité électrique σ dépendent du matériau de la pièce usinée et du dégrée de brulure (faible ou fort). A titre d’exemple, pour une pièce en acier de type 18NiCr5-4, la variation du signal pour les brulures légères et moyennes est dû à une variation croissante desdits paramètres électromagnétiques. Pour les brulures fortes et très fortes, le sens de variation desdits paramètres électromagnétiques s’inverse.
Cette variation des caractéristiques électromagnétiques permet de détecter les zones de brulures dans la pièce mécanique usinée en utilisant un capteur à courant de Foucault.
Dans ce contexte, un problème technique à résoudre est la détection, la localisation et la quantification des zones de brulures sur une pièce mécanique en temps réel pendant l’opération d’usinage. Un autre problème technique à résoudre est le contrôle des paramètres de commande de l’opération d’usinage de manière à minimiser l’évolution des zones de brulures et ainsi améliorer la robustesse mécanique de la pièce usinée.
Art antérieur/ Restrictions de l’état de l’art
La demande de brevet français FR3021115A1 décrit un procédé de fabrication d'une tête de contrôle d'un capteur de contrôle non destructif à courants de Foucault. La solution proposée par ce brevet ne propose pas un dispositif ou une méthode pour caractériser les zones de brulures en temps réel lors de l’usinage (la détection, la localisation et la quantification). De plus, la solution proposée par ce brevet ne propose pas un dispositif ou une méthode pour contrôler des paramètres de commande de l’opération d’usinage de manière à minimiser l’évolution des zones de brulures.
La thèse de doctorat intitulée « Développement de capteurs flexibles à courant de Foucault : applications à la caractérisation des propriétés électromagnétiques des matériaux et à la détection de défauts par imagerie statique» de «Benjamin Delabre » illustre un procédé d’optimisation de capteurs à courant de Foucault pour l’évaluation des paramètres électromagnétiques d’un matériau. Un inconvénient de la solution proposée par cette publication est qu’elle n’est pas compatible avec une caractérisation en temps réel lors de l’usinage.
Réponse au problème et apport solution
Pour pallier les limitations des solutions existantes en ce qui concerne la détection, la localisation et la quantification des zones de brulures sur une pièce mécanique en temps réel pendant l’opération d’usinage , l’invention propose plusieurs modes de réalisation d’un capteur à courant de Foucault et propose une implémentation spécifique dans un appareil d’usinage. Le dimensionnement du capteur selon l’invention permet une haute sensibilité de détection, la quantification des zones de brulures et la réalisation d’une cartographie des brulures sur la surface traitée avec précision. L’implémentation selon l’invention dans l’appareil d’usinage permet de réaliser une caractérisation en temps réel, in-situ des zones de brulures de manière à contrôler le procédé d’usinage en améliorant la qualité mécanique des pièces usinées. Cela permet d’améliorer la qualité de pièces obtenues, reduire de nombre de pièces rebutées pour brulures extrêmes après l’usinage et de supprimer le temps de contrôle post-usinage.
Résumé /Revendications
L’invention a pour objet un capteur pour la caractérisation des zones de brulures dans une pièce mécanique en un matériau électriquement conducteur au cours d’une opération d’usinage d’une surface de la pièce mécanique par un appareil d’usinage. Le capteur est destiné à être monté sur l’appareil d’usinage. Le capteur comprend : au moins un module détecteur à courant de Foucault sans contact, et comprenant : une bobine émettrice parcourue par un courant électrique alternatif pour générer un champ magnétique de référence ; une bobine réceptrice configurée pour capter un signal de mesure selon la variation des caractéristiques électromagnétiques dans la zone d’acquisition associée au cours de l’usinage ; une unité de traitement de données configurée pour générer au cours de l’usinage, une cartographie des zones de brulures dans la surface usinée à partir du signal de mesure de la bobine réceptrice.
Selon un aspect particulier de l’invention, la bobine émettrice et la bobine réceptrice sont cylindriques.
Selon un aspect particulier de l’invention, la bobine réceptrice est constituée d’un empilement d’une pluralité de bobines élémentaires cylindriques.
Selon un aspect particulier de l’invention, la bobine émettrice cylindrique est empilée avec la bobine réceptrice cylindrique tel que la surface latérale de la bobine émettrice cylindrique passe par l’axe central de la bobine réceptrice cylindrique.
Selon un aspect particulier de l’invention, le diamètre de la bobine émettrice cylindrique et de la bobine réceptrice cylindrique est compris entre 3mm et 10mm.
Du côté opposé aux troisièmes plots 124b, c'est-à-dire de l’autre côté du troisième plateau circulaire 124a, le troisième porte-satellites 124 est solidaire de l’arbre de sortie 160 qui est monté mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X à l’intérieur de la deuxième embase 108.
Le fût 110 présente une face intérieure et afin de compléter les différents trains épicycloïdaux, cette face intérieure présente des dents qui engrènent avec les différents satellites 114, 120 et 126. La face intérieure constitue ainsi, pour chaque train épicycloïdal, une couronne planétaire. Il y a ainsi des premières dents 130 qui engrènent avec les premiers satellites 114 et qui présentent ici une denture hélicoïdale, des deuxièmes dents 132 qui engrènent avec les deuxièmes satellites 120 et qui présentent ici une denture droite, et des troisièmes dents 134 qui engrènent avec les troisièmes satellites 126 et qui présentent ici une denture droite.
Le système réducteur 100 comporte ainsi un premier train épicycloïdal qui comporte le pignon planétaire d’entrée 105 solidaire du coupleur 104, le premier porte-satellites 112 sous la forme du premier plateau circulaire 112a sur lequel sont montés mobiles en rotation la pluralité de premiers satellites 114 et les premières dents 130 qui engrènent avec les premiers satellites 114 et qui sont disposées sur la face intérieure du fût 110 qui constitue une couronne planétaire.
Le système réducteur 100 comporte ainsi un deuxième train épicycloïdal comportant le pignon planétaire intermédiaire 116 solidaire du premier porte-satellites 112, le deuxième porte-satellites 118 sous la forme du deuxième plateau circulaire 118a sur lequel sont montés mobiles en rotation la pluralité de deuxièmes satellites 120, et les deuxièmes dents 132 qui engrènent avec les deuxièmes satellites 120 et qui sont disposées sur la face intérieure du fût 110 qui constitue une couronne planétaire.
Le système réducteur 100 comporte ainsi un troisième train épicycloïdal comportant le pignon planétaire de sortie 122 solidaire du deuxième porte-satellites 118, le troisième porte-satellites 124 sur lequel sont montés mobiles en rotation la pluralité de troisièmes satellites 126, et les troisièmes dents 134 qui engrènent avec les troisièmes satellites 126 et qui sont disposées sur la face intérieure du fût 110 qui constitue une couronne planétaire.
Ainsi, lorsque le moteur 154 tourne, l’arbre moteur 158 entraîne en rotation le coupleur 104, qui par cascade entraîne les différents trains épicycloïdaux jusqu’à l’arbre de sortie 160 qui entraîne le tube d’enroulement 504 en rotation.
Pour limiter les vibrations du premier porte-satellites 112 et donc limiter les bruits induits, le système réducteur 100 comporte une première bague dentée 140 qui est disposée autour du premier plateau circulaire 112a. À cette fin, la première bague dentée 140 présente un trou central 142 dans lequel s’emmanche le premier plateau circulaire 112a et comporte des dents 144 qui sont sur la périphérie extérieure de la première bague dentée 140 et qui coopèrent avec les deuxièmes dents 132 pour bloquer toute rotation de la première bague dentée 140.
Pour autoriser la rotation du premier plateau circulaire 112a par rapport à la première bague dentée 140 tout en limitant les vibrations dudit premier plateau circulaire 112a, le diamètre extérieur du premier plateau circulaire 112a et le diamètre du trou central 142 de la première bague dentée 140 présente un ajustement du type à jeu faible.
La mise en place de la première bague dentée 140 réduit de manière significative les bruits en stabilisant le premier plateau circulaire 112a qui est soumis à la rotation du moteur 154.
Le positionnement longitudinal le long de l’axe longitudinal X de la première bague dentée 140 est assuré ici, d’un côté, par sa mise en butée contre un épaulement créé entre les premières dents 130 et les deuxièmes dents 132, et de l’autre côté, par sa mise en butée contre les deuxièmes satellites 120. La première bague dentée 140 peut ainsi se déplacer entre ces deux butées.
Pour limiter les vibrations du deuxième porte-satellites 118 et donc limiter les bruits induits, le système réducteur 100 comporte une deuxième bague dentée 146 qui est disposée autour du deuxième plateau circulaire 118a. À cette fin, la deuxième bague dentée 146 présente un trou central 147 dans lequel s’emmanche le deuxième plateau circulaire 118a et comporte des dents 148 qui sont sur la périphérie extérieure de la deuxième bague dentée 146 et qui coopèrent avec les deuxièmes dents 132 ou les troisièmes dents 134 pour bloquer toute rotation de la deuxième bague dentée 146. Selon où s’arrêtera les deuxièmes dents 132 et les troisièmes dents 134 par rapport à la deuxième bague dentée 146, les dents 148 de la deuxième bague dentée 146 coopèreront avec les unes ou les autres.
Pour autoriser la rotation du deuxième plateau circulaire 118a par rapport à la deuxième bague dentée 146 tout en limitant les vibrations dudit deuxième plateau circulaire 118a, le diamètre extérieur du deuxième plateau circulaire 118a et le diamètre du trou central 147 de la deuxième bague dentée 146 présentent un ajustement du type à jeu faible.
La mise en place de la deuxième bague dentée 146 améliore la réduction des bruits en stabilisant le deuxième plateau circulaire 118a.
La mise en place des bagues dentées 140 et 146 permet de créer un guidage par friction entre la bague dentée 140, 146 et le plateau circulaire 112a, 118a associé. Chaque pignon des plateaux circulaires 112a et 118a est ainsi soumis à un couple de traînée qui met le pignon en contrainte et empêche les bruits parasites dus au flottement du pignon.
Le positionnement longitudinal le long de l’axe longitudinal X de la deuxième bague dentée 146 est assuré ici, d’un côté, par sa mise en butée contre les deuxièmes satellites 120, et de l’autre côté, par sa mise en butée contre les deuxièmes satellites 120 et les troisième satellites 126. La deuxième bague dentée 146 peut ainsi se déplacer entre ces deux butées.
Dans le deuxième mode de réalisation de l’invention représenté à la , le premier porte-satellites 112 comporte une cage 402 solidaire du premier plateau circulaire 112a. Dans ce mode de réalisation, chaque premier satellite 114 est solidaire de son plot 112b et cet ensemble est monté mobile en rotation par rapport au premier plateau circulaire 112a dans ladite cage 402 et est flottant. Un tel arrangement permet de corriger des éventuels problèmes de parallélisme entre le tube d’enroulement 504 et l’arbre moteur 158. Un pignon est flottant lorsqu’il peut se déplacer radialement par rapport à l’axe longitudinal X.
La est une vue en coupe et en perspective d’un système de réglage de l’outil de la selon un plan de coupe parallèle à l’axe d’une vis de ce système de réglage.
DESCRIPTION DETAILLEE Comme indiqué précédemment, l’invention concerne un outil de mise sous contrainte particulier, 300, qui comprend un anneau élastique fendu, 20, ainsi qu’un système de réglage mécanique 60 permettant de resserrer ou d’élargir l’anneau. Ainsi, l’anneau permet de contraindre une pièce sur sa circonférence de manière simple, peu couteuse, et tout en conservant un accès commode à la pièce (notamment pour réaliser des mesures). Cet outil permet en outre de contraindre des pièces de grandes dimensions. De manière remarquable, l’outil comprend aussi une semelle 10 permettant un guidage plan et/ou permettant d’exercer une contrainte supplémentaire, axiale, sur la partie de la pièce à tester contrainte par l’anneau 20.
Les différents éléments de l’outil seront décrits tout d’abord, l’un après l’autre, et un procédé de mise sous contrainte par cet outil sera décrit ensuite.
La représente un ensemble 400 comprenant : l’outil de mise sous contrainte, 300 ; une pièce 30, à tester, montée sur l’outil 300.
L’outil 300 comprend : l’anneau élastique fendu, 20, le système de réglage mécanique 60, et la semelle 10.
L’anneau 20 s’étend autour d’un axe A. Il est plus précisément centré sur cet axe. L’anneau est délimité notamment par : une surface radialement externe 24 ; et une surface radialement interne 25.
La surface radialement externe 24 de l’anneau correspond à la partie de l’anneau la plus éloignée (radialement) de son axe A, tandis que sa surface radialement interne 25 correspond à la partie de l’anneau la plus proche (radialement) de son axe A. La surface radialement externe 24 est inscrite ici sur une première surface cylindrique droite centrée sur l’axe A. Autrement formulé, ici, la majeure partie de la surface radialement externe 24 est cylindrique, d’axe A (même si certaines parties de cette surface sont en retrait par rapport à cette surface cylindrique, formant des évidements 241 sur le pourtour de l’anneau). De même, la surface radialement interne 25 s’inscrit ici sur une deuxième surface cylindrique droite, d’axe A.
L’anneau 20 comprend une fente 21 ouvrant l’anneau 20 sur toute une section de l’anneau 20 (l’anneau est en quelque sorte coupé entièrement, sur toute sa section, au niveau de cette fente). Cette fente sépare ainsi une première partie 71 de l’anneau d’une deuxième partie 72 de l’anneau, situées en vis-à-vis l’une de l’autre, de part et d’autre de la fente 21.
Au niveau de la fente 21, la première partie de l’anneau se prolonge, radialement vers l’axe A en formant une première portion saillante 23a. De même, au niveau de la fente 21, la deuxième partie de l’anneau se prolonge radialement vers l’axe A pour former une deuxième portion saillante 23b.
Le système de réglage mécanique 60, représenté , comprend une vis 22 qui relie entre elles les première et deuxième portions saillantes 23a et 23b, et permet ainsi d’élargir ou resserrer l’anneau 20 de manière réglable.
Un trou lisse 28 débouchant est ménagé dans la première portion saillante 23a. L’axe du trou lisse 28 est orthoradial par rapport à l’axe A de l’anneau. Un trou taraudé 29 est ménagé dans la deuxième portion saillante 23b, dans l’axe du trou lisse 28. La vis 22 traverse le trou lisse 28 et coopère avec le trou taraudé 29 par l’intermédiaire d’une partie filetée de la vis 22. Une bague 51 est montée sur la vis 22, en étant insérée dans une rainure circulaire ménagée sur le corps de la vis 22 (ce qui bloque la bague par rapport à la vis, d’un point de vue axial). La bague 51 est être fixée à la première portion saillante 23a à l’aide d’un moyen de fixation 52 tel qu’une une vis. La bague 51 s’appuie contre la première portion saillante 23a, du côté de la fente 21, tandis qu’une tête de la vis 22 vient s’appuyer sur la première portion saillante 23a, de l’autre côté de cette portion saillante (à l’opposé de la fente), empêchant ainsi un déplacement axial de la vis 22 dans le trou lisse 28, dans un sens comme dans l’autre. En actionnant la vis 22, on peut alors aussi bien élargir de la fente 21 (en écarter la première portion saillante 23a de la deuxième portion saillante 23b) que la rendre plus étroite (en rapprochant l’une de l’autre les première et deuxième portions saillantes).
Le serrage de la vis 22 peut se faire par exemple à l’aide d’une clé dynamométrique permettant d’appliquer un couple de serrage maitrisé sur la vis 22.
En variante, le système de réglage à vis pourrait être agencé différemment. Par exemple, on pourrait prévoir que deux trous lisses de même axe soient ménagées respectivement dans la première portion saillante et la deuxième portion saillante, une liaison boulonnée composée par exemple d’une vis et d’un écrou reliant alors la première portion saillante à la deuxième portion saillante.
En variante, le système de réglage à vis pourrait comprendre une vis de pression simple effet appuyant sur une empreinte ménagée sur l’anneau 20 et permettant ainsi de contraindre l’anneau 20 de sorte que la première partie 71 de l’anneau 20 s’éloigne de sa deuxième partie 72 (on notera qu’un tel système permet d’élargir l’anneau, mais ne permet pas de le resserrer en vue de sa mise en place sur la pièce à tester).
Comme on peut le voir sur la , l’anneau 20 présente une pluralité de trous 26 régulièrement répartis sur le périmètre de l’anneau 20. Chaque trou 26 traverse radialement l’anneau 20 depuis sa surface radialement interne 25 jusqu’à sa surface radialement externe 24. Comme illustrée , l’anneau 20 comprend douze trous 26. Les trous 26 sont régulièrement réparties angulairement, par couple de deux trous 26, sur six secteurs angulaires de l’anneau 20. Par couple de trou, on entend deux trous 26 positionnés côte à côte et proche l’un de l’autre (par exemple à moins de 20 degrés l’un de l’autre).
L’anneau 20 présente aussi au niveau de sa surface radialement externe 24, des cavités 241. Les cavités 241 sont situées au niveau des couples de trous 26 (chaque trou 26 débouche sur le fond de l’une de ces cavités). L’anneau 20 représenté sur les figures comportent donc six cavités 241. Les cavités 241 permettent de dégager de l’espace nécessaire à un instrument de mesure, au niveau de points de mesure, pour palper la pièce 30 ; Ces cavités permettent de visualiser la trajectoire ou l’emplacement du palpeur (par ailleurs, grâce à ces cavités, on est sûr que la surface à mesurer - ici, le bord libre d’une collerette 33 - est le seul élément avec lequel le palpeur est susceptible d’entrer en contact, dans cette zone).
Avantageusement, au moins un des portes-satellites comporte une cage, chaque satellite est solidaire d’un plot coaxial avec ledit satellite, et chaque satellite et son plot sont montés mobiles en rotation et flottant dans la cage.
L’invention propose également un ensemble motorisé comportant un moteur avec un arbre moteur et un système réducteur selon l'une des variantes précédentes, où l’arbre moteur est connecté au coupleur et l’entraîne en rotation.
L’invention propose également un système occultant comportant un tablier, un tube d’enroulement autour duquel le tablier s’enroule, un moteur tubulaire logé dans le tube d’enroulement et qui comprend un tube moteur et un ensemble motorisé selon la variante précédente logé dans le tube moteur, et où l’arbre de sortie entraîne le tube d’enroulement en rotation.
est une vue en perspective d’un système réducteur selon l’invention,
est une vue en perspective d’un système réducteur selon un premier mode de réalisation de l’invention sans le capotage,
est une vue en coupe par un plan axial du système réducteur de la ,
est une vue en perspective d’un système réducteur selon un premier mode de réalisation de l’invention sans le capotage, et
est une vue en perspective d’un système occultant comprenant un système réducteur selon l'invention.
La montre un système occultant 500 qui prend ici la forme d’un volet roulant.
Le système occultant 500 comprend un tablier 502, un tube d’enroulement 504 autour duquel le tablier 502 s’enroule, et un moteur tubulaire 150 logé dans le tube d’enroulement 504 et qui comprend un tube moteur 152, un moteur 154 et un système réducteur 100 selon l’invention.
Le moteur 154 et le système réducteur 100 sont logés fixes dans le tube moteur 152 qui est monté fixe par exemple sur la structure d’un bâtiment.
Le moteur 154 présente un arbre moteur 158.
Le système réducteur 100 comporte un arbre de sortie 160 qui constitue une prise de force prévue pour entraîner en rotation le tube d’enroulement 504. Le système réducteur 100 comporte un coupleur qui coopère avec l’arbre moteur 158 et qui est entraîné en rotation par ce dernier.
L’arbre moteur 158 et l’arbre de sortie 160 sont coaxiaux avec un axe longitudinal X atour duquel les différents éléments sont en rotation.
Un autre aspect de l’invention concerne un ensemble comprenant : un outil de mise sous contrainte tel que décrit ci-dessus; et une pièce à tester comprenant un corps principal pourvu d'une collerette circulaire qui s'étend en saillie, radialement, depuis le corps principal de la pièce jusqu'à un bord libre circulaire de la collerette, et dans lequel une face plane de la collerette s'appuie contre la surface d'appui plane de la semelle de l'outil tandis que la surface radialement externe ou radialement interne de l'anneau vient s'appuyer contre le bord libre circulaire de la collerette.
La collerette est par exemple une bride de fixation de la pièce à tester ; elle est par exemple située à une extrémité du corps principal de la pièce à tester.
Le corps principal de la pièce à tester peut être globalement annulaire ou tubulaire ; il s’agit par exemple d’un moyeu ou d’une portion de moyeu, d’un aube ou d’une portion d’aube, d’un carter ou portion de carter ou encore d’un autre élément de turbomachine, à symétrie de révolution.
Pour cet ensemble, on peut prévoir en particulier que : avant assemblage et en l'absence de contrainte exercée sur l'anneau (notamment, en l’absence de contrainte exercée par le système de réglage), la surface radialement interne ou la surface radialement externe de l'anneau, destinée à venir en contact avec le bord libre circulaire de ladite collerette, a un premier diamètre, avant assemblage, en l'absence de contrainte exercée sur la pièce à tester, le bord libre de la collerette de la pièce à tester a un deuxième diamètre, et que ledit premier diamètre soit égal au dit deuxième diamètre.
Par « égal », on entend par exemple égal à plus ou moins 0,2 mm, ou égal à plus ou moins un pour mille.