BE1026410B1 - Cale étalon pour une validation d'un appareil de contrôle qualité - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une cale étalon (1) pour aider à réaliser une procédure de validation d’un appareil de contrôle qualité, la cale étalon comprenant des cavités (2) creuses internes calibrées, vides d’une matière (3) la composant, remplies d’un gaz et disposées à des positions prédéterminés.

Description

Cale étalon pour une validation d’un appareil de contrôle qualité
Domaine technique
L'invention concerne une cale étalon pour une validation d'un appareil de contrôle qualité de pièces.
Art antérieur
Lorsqu'une pièce d'une turbomachine d'aéronef est produite, des contrôles qualités sont normalement effectués. Dans certains cas, en particulier, pour une pièce faite en matériau composite, des contrôles qualités sont effectués parfois au moyen d'appareils de mesure par ultrasons. Auparavant, ces appareils sont validés en utilisant une ou plusieurs cales appelées parfois calles étalons afin d'assurer une détection de défauts d'une pièce avec une fiabilité suffisante.
Une telle cale étalon est généralement conçue à partir d'une matière au sein de laquelle sont insérés des éléments solides plats, par exemple, des inserts en téflon, calibrés afin de simuler des défauts à détecter par ultrasons. La conception d'une telle cale étalon comprend généralement une étape de collage de ces éléments au moyen de résine entre deux plis d'un drapage, et une étape de cuisson.
Un désavantage d'une validation de l'appareil au moyen d'une telle cale étalon réside dans une imprécision d'un positionnement de ces éléments. En effet, d'une part, le placement initial de ces éléments est complexe, et d'autre part, une fois ceux-ci placés, ils sont susceptibles de se déplacer lors de l'étape de cuisson ou d'une manipulation ultérieure.
Résumé de l’invention
Un objet de l'invention est de fournir une cale étalon pour une validation d'un appareil de contrôle qualité de pièces, la cale étalon comprenant des défauts calibrés positionnés de façon plus précise.
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- 2 À cet effet, l'invention propose une cale étalon pour aider à réaliser une procédure de validation d'un appareil de contrôle qualité, l'appareil de contrôle qualité pouvant être utilisé pour contrôler des pièces d'une turbomachine d'un aéronef, la cale étalon étant composée d'une matière et comprenant des cavités creuses internes calibrées, vides de ladite matière, remplies d'un gaz et disposées à des positions prédéterminés.
La cale étalon selon l'invention comprend des défauts (les cavités) calibrés à des positions prédéterminées très précises. Les cavités sont dites internes car se trouvant dans la matière constituant la cale étalon.
En effet, ces défauts sont réalisés par le gaz remplissant les cavités vides de la matière et non plus par des éléments physiques tels que des inserts en téflon. Les cavités ou défauts sont dits calibrés car les cavités ont des dimensions prédéterminées choisies et remplies par un gaz également choisi. En particulier, il n'y a aucun risque de déplacement de ces défauts lors de ou après la conception de la cale étalon. L'invention profite avantageusement des techniques actuelles de conceptions. En effet, selon un mode de réalisation, la cale étalon est fabriquée au moins partiellement par un procédé de fabrication additive, par exemple, un procédé d'impression tridimensionnelle. La cale étalon est construite autour des défauts prédéterminés et la problématique d'une insertion à des positions précises de défauts sous la forme d'éléments additionnels dans la matière disparaît.
Un avantage de l'invention est que le gaz compris dans chaque cavité constitue une simulation naturelle d'un défaut éventuel réel des pièces tel qu'une lame d'air prisonnière au sein d'un matériau composite les constituant.
Un autre avantage de l'invention est que l'usage des cavités ne limite pas la géométrie de la cale étalon, et ce contrairement à l'insertion
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- 3 d'éléments solides plats dans la matière. Dès lors, une validation d'un appareil est possible en vue d'un contrôle qualité de pièces dont la géométrie est complexe. Il s'ensuit une meilleure assurance de détection de défauts de ces pièces, en particulier dans des zones présentant une forte courbure et/ou des angles d'intersections de parallélépipèdes, ces zones étant particulièrement susceptibles de présenter au moins un défaut issu de leur conception.
Plus spécifiquement, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la cale étalon a une forme géométrique présentant au moins une zone de courbure différente de zéro, préférentiellement de forte courbure, au moins une partie des cavités étant comprises dans cette zone. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la cale étalon comprend deux portions non parallèles, étant préférentiellement essentiellement planes, et s'intersectant dans une zone de la cale étalon, au moins une partie des cavités étant comprises dans cette zone.
La cale étalon selon l'invention, et en particulier, selon ces modes de réalisation préférés, permet un placement des cavités en une zone prédéterminée arbitraire, et donc, en particulier en ladite zone, de telle façon à valider l'appareil par des mesures de cette zone et à assurer avec une certaine probabilité une détection d'un défaut des pièces qui serait situé dans une zone d'une géométrie localement semblable à celle de cette zone de la cale étalon.
Préférentiellement, le gaz consiste en de l'air.
Préférentiellement, la cale étalon compte au moins huit cavités.
Préférentiellement, la matière est un matériau composite.
Préférentiellement, les pièces consistent en des pièces d'un matériau composite.
Préférentiellement, l'appareil est un appareil de mesure par ultrasons.
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- 4 Préférentiellement, une extension des cavités est d'une longueur supérieure à cinq millimètres, préférentiellement à six millimètres. Cette extension peut être mesuré le long de l'importe quel segment de droite compris dans la cavité. Cette mesure est conforme à une taille de défaut recherché. Préférentiellement, l'extension est le plus long diamètre. Préférentiellement, l'extension est comprise entre cinq et huit millimètres.
Préférentiellement, les cavités sont parallélépipédiques. Il est ainsi plus aisé de concevoir de telle cavité par un procédé de fabrication additive de la cale étalon. Une cavité parallélépipédique modélise de façon avantageuse un défaut consistant en une lame d'air dans la matière. Un mode de réalisation particulier de cavité est présenté dans la description détaillée.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la matière surmonte une surface consistant en une face de la cale étalon, de façon à former essentiellement un volume étalé sur la surface d'une épaisseur ; un premier plan tangent à la surface en un premier point, et un deuxième plan tangent à la surface en un deuxième point, étant distincts et sécants ; une première courbe sur la surface reliant les premier et deuxième points étant d'une longueur inférieure à un centimètre ; une des cavités surmontant un point de la première courbe, à une distance de ce dernier inférieure à l'épaisseur.
Le terme « volume étalé sur une surface d'une épaisseur » désigne préférentiellement, pour une surface orientable, un volume de l'espace consistant en les points de la forme x + hv avec x un point de la surface, v un vecteur normal à la surface conformément à une orientation prédéterminée de la surface, et h un nombre réel positif compris entre 0 et l'épaisseur, préférentiellement un nombre sensiblement plus petit que des dimensions de la surface, par exemple, que deux diamètres orthogonaux de la surface. Par exemple, et de façon non limitative, un parallélépipède à base rectangulaire est un volume étalé sur une surface rectangulaire. En
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- 5 d'autres termes, un volume étalé sur une surface est une couche sur la surface. Préférentiellement, l'épaisseur est susceptible d'être légèrement variable au dessus d'un point de la surface. En particulier, l'étalement de la matière ne forme qu'approximativement ce volume. Proportionnellement à l'aire et/ou à une portion d'aire de la surface, l'épaisseur est petite dans le sens où le volume s'étend essentiellement sur la surface et non selon une direction normale aux points de la surface. Préférentiellement, l'épaisseur est plus petite qu'un centimètre, et l'aire de la surface est de plus de trente centimètres carrés.
Un avantage de ce mode de réalisation de l'invention réside en l'explicitation d'une position prédéterminée d'une cavité en une zone de la cale étalon potentiellement angulaire et/ou courbée, en ce que les plans tangents en des points, préférentiellement réguliers, de la surface sur laquelle est étalée le volume varient dans cette zone. En particulier, ces plans tangents varient entre deux points, les premier et deuxième points, séparés d'une distance de moins d'un centimètre, et une des cavités est nécessairement surmontée par un point d'une courbe d'une longueur de moins d'un centimètre reliant ces points. Comme la distance entre cette cavité et la surface est plus petite que l'épaisseur, la cavité est située dans la matière juste sous la surface, sans en être éloigné.
Dans le cadre de ce document, par « distance entre un premier et un deuxième objets », il est préférentiellement désigné une plus petite distance selon une métrique usuelle séparant un point du premier objet et un point du deuxième objet. Ces objets sont susceptibles de constituer en une cavité, une surface, une droite, et/ou un plan, ces exemples n'étant pas limitatifs.
Préférentiellement, dans le cadre de ce document, une cavité « surmontant » un point de la surface désigne une cavité intersectant la droite normale à la surface passant par ce point. Le verbe « surmonter »
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- 6 est à interpréter de façon comme faisant référence à une position dans la matière recouvrant la surface.
Préférentiellement, la surface consiste en une portion du premier plan et une portion du deuxième plan assemblées le long d'une droite, et chacune des cavités surmonte un point d'une deuxième courbe sur la surface, à une distance de ce dernier inférieure à l'épaisseur, la deuxième courbe s'étendant le long d'une direction essentiellement parallèle à la droite, et comprenant à la fois des points des premier et deuxième plans, chaque point de la deuxième courbe étant à une distance de la droite inférieure à l'épaisseur.
Ce cas préféré du mode de réalisation précédent propose une cale étalon d'une forme consistant essentiellement en la réunion de deux parallélépipèdes, des cavités étant positionnées dans la partie angulaire, formant une zone de jonction des deux parallélépipèdes. Un avantage de l'invention réside dans cette situation des cavités simulant les défauts tel qu'expliqué précédemment. La géométrie des frontières des portions des premier et deuxième plans n'est pas limitée à un rectangle, et peut être quelconque.
Préférentiellement, chaque paire de points consécutivement situés sur la deuxième courbe parmi l'ensemble des points de la deuxième courbe surmontant une des cavités sont essentiellement séparés par une même distance. Ainsi les cavités sont espacées de façon régulière le long de toute la zone de jonction. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté à une validation de l'appareil. Il permet un challenge de l'appareil de façon à s'assurer qu'il est apte à détecter correctement les défauts éventuels des pièces où que ceux-ci soient situés.
Plus généralement par rapport à ce mode de réalisation, mais avec des avantages et des réalisation préférentielles analogues à celles mentionnées ci-dessus, lorsque la cale étalon comprend deux portions non parallèles s'intersectant dans une zone de la cale étalon, et comprenant au
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- 7 moins une partie des cavités, la zone est préférentiellement allongée le long d'une droite, et chacune des cavités est à une distance inférieure à un centimètre de la droite.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la matière surmonte une surface de façon à former essentiellement un volume étalé sur la surface d'une épaisseur, et au moins deux des cavités sont à des distances de la surface distinctes d'au moins un dixième de l'épaisseur. De façon semblable et préférentielle, au moins deux des cavités sont disposées à des profondeurs différentes mesurées le long d'une épaisseur de la matière, les profondeurs étant distinctes d'au moins un dixième de l'épaisseur.
Ce mode de réalisation permet un positionnement d'au moins deux cavités à des niveaux différents dans l'épaisseur de matière, permet de s'assurer que l'appareil est apte à détecter correctement les défauts éventuels des pièces quelque soit la profondeur à laquelle ils sont situés.
Préférentiellement, la cale étalon compte au moins trois cavités situés à des distances distinctes de la surface, respectivement à un quart d'épaisseur de la surface, à deux quarts d'épaisseur de la surface, et à trois quarts d'épaisseur de la surface.
L'invention propose également une méthode de validation d'un appareil de contrôle qualité par ultrasons, la méthode comprenant les étapes suivantes :
(i) fournir une cale étalon selon l'invention ;
(ii) déterminer des conclusions de fonctionnement de l'appareil de contrôle qualité sur base de mesures effectuées avec la cale étalon.
Les avantages de la cale étalon selon l'invention s'étendent à la présente méthode. En particulier, la méthode selon l'invention permet une validation plus précise et adaptée à des géométries complexes de pièces soumises au contrôle qualité.
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- 8 La cale étalon fournie à l'étape (i) peut être choisie selon un quelconque des modes de réalisation préférés exposés ci-dessus. Les avantages de ces modes de réalisation préférés se transposent à la présente méthode selon l'invention.
L'invention propose également une méthode de fabrication d'une calle étalon selon l'invention comprenant les étapes suivantes :
(i) déterminer une représentation de la cale étalon ;
(ii) fournir un fichier informatique comprenant la représentation ;
(iii) produire la cale étalon à partir du fichier informatique.
Préférentiellement, l'étape (i) comprend une sous-étape de détermination des positions des cavités par rapport à une géométrie de la cale étalon. Préférentiellement, l'étape (iii) comprend une sous-étape d'une exécution d'un procédé de fabrication additive, plus préférentiellement un procédé de fabrication par impression tridimensionnelle.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 illustre une cale étalon selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 illustre une cavité d'une cale étalon selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 illustre une projection de six des cavités sur une section d'une cale étalon selon le mode de réalisation de l'invention illustré en figure 1 ;
- la figure 4 illustre une projection de cavités sur une section d'une cale étalon selon un mode de réalisation de l'invention.
Les dessins des figures ne sont pas à l'échelle. Généralement, des éléments semblables sont dénotés par des références semblables
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- 9 dans les figures. Dans le cadre du présent document, les éléments identiques ou analogues peuvent porter les mêmes références. En outre, la présence de numéros ou lettres de référence aux dessins ne peut être considérée comme limitative, y compris lorsque ces numéros ou lettres sont indiqués dans les revendications.
Description détaillée de modes de réalisation particuliers de l’invention
La présente invention est décrite avec des réalisations particulières et des références à des figures mais l’invention n'est pas limitée par celles-ci. Les dessins ou figures décrits ne sont que schématiques et ne sont pas limitants.
Les références indiquées sous la forme de numéros indiquent des éléments physiques concrets tels que de la matière et des cavités, alors que les références indiquées sous la forme de lettre indiquent des éléments abstraits tels que des droites et des plans utilisés comme un repère essentiellement virtuel dans la présente description.
La figure 1 illustre une cale étalon selon un mode de réalisation de l’invention. La cale étalon est composée d’une matière 3 et comprend des cavités 2 creuses internes calibrées, vides de la matière 3, remplies d’air et disposées à des positions prédéterminés.
C’est très avantageusement que cette cale étalon 1 permet une validation d’un appareil de mesure par ultrasons destiné à un contrôle qualité de pièces en matériau composite d’une turbomachine d’aéronef. En effet, la cale étalon 1 comprend des défauts de dimensions calibrées à des positions très précises étant prédéterminées lors de la conception de la cale étalon 1. Ces défauts sont réalisés par des cavités 2 creuses, remplies d’air, et internes à la matière 3 composant la cale étalon. Ainsi, leur positionnement dans la matière 3 est stable dès l’établissement d’un plan de conception de la cale étalon 1, et ce durant toutes les manipulations ultérieures de la cale étalon 1 nécessaire une validation de l’appareil.
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- 10 La cale étalon 1 représentée comprend deux parallélépipèdes à bases P et Q rectangulaires emboîtés de façon à former un angle préférentiellement droit entre eux dans une zone 4 de la cale étalon 1. Les dimensions de chaque base P et Q est d'environ dix centimètres sur vingt centimètres. L'épaisseur E ou la hauteur de chaque parallélépipède, mesurée perpendiculairement à la base est d'environ un centimètre. La matière 3 formant la cale étalon 1 est étalée sur les bases P et Q. Ces dernières consistent en deux portions de plans assemblées le long d'une droite D, de façon à former une surface S consistant en la face arrière de la cale étalon. Une face avant de la cale étalon comprend ne comprend pas de coin en angle, mais plutôt en arrondi tel qu'il est illustré en figure 3, et ce par ajout de matière 3 dans la zone 4. L'épaisseur E dans la zone 4 est donc plus grande, de façon préférée au plus deux fois plus grande, dans la zone 4 que sur le reste de la cale étalon 1. Cette description précise de la cale étalon 1 n'est pas limitative d'autres dimensions ou d'une autre forme d'une cale étalon qui serait comprise dans le cadre de l'invention.
En particulier, la cale étalon 1 a une forme géométrique présentant un angle d'intersection de parallélépipèdes en la zone 4. Les plans tangents à la surface S sont distincts selon qu'ils sont considérés en un point de la base P ou en un point de la base Q.
Cette zone 4 est une zone critique dans la validation de l'appareil. En effet, des défauts sont particulièrement susceptibles d'apparaître pour des pièces en des zones de géométrie analogue à celle de la zone 4 de la cale étalon. Il est donc crucial de s'assurer que l'appareil est apte à détecter de tels défauts, et donc qu'il est étalonné adéquatement sur la zone 4. L'invention est particulièrement avantageuse à cet effet car les cavités réalisant ces défauts peuvent être positionnés précisément dans la zone 4, non seulement, dès la conception de la cale étalon 1, mais en outre sans subir de déplacement ultérieur, et ce quelque soit la complexité géométrique de la zone 4.
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- 11 Plus spécifiquement, dans la représentation de la figure 1, les cavités surmontent des points d'une courbe C, la courbe s'étendant de la base P à la base Q, en ligne essentiellement géodésique sur la surface S, dans une direction essentiellement parallèle à la droite D, en intersectant la droite D, chaque point de la courbe C étant à une distance inférieure à l'épaisseur E de la droite D, de telle façon que la courbe C soit située dans la zone 4 présentant l'angle d'intersection des parallélépipèdes. Les cavités 2 sont situées dans la matière 3, et consécutivement séparées par des distances équivalentes, de façon à surmonter des points de la courbe C, et donc à être réparties globalement sur toute la zone 4, le long de toute une dimension de la cale étalon 1, pour obtenir une validation adéquate de l'appareil sur celle-ci.
Une projection de six des cavités 2 de cette cale étalon 1 sur une section de celle-ci selon un plan perpendiculaire à la droite D est présenté en figure 3. Sur cette figure, les cavités 2 sont situées à un même niveau de profondeur dans la matière 3, proportionnellement à l'épaisseur E, c'est-à-dire essentiellement à une même distance de la surface S. Il apparaît sur la figure que des cavités 2 sont avantageusement présentes le long de toute la zone 4.
La figure 2 illustre une cavité parallélépipédique 2 au sein d'une matière 3 d'une cale étalon 1 selon un mode de réalisation de l'invention. Cette cavité a une forme de parallélépipède à base rectangulaire, un côté de la base étant de six millimètre de longueur. En particulier, une extension L parallèle à ce côté de la base est de six millimètres de façon à modéliser adéquatement un défaut éventuel d'une des pièces, tel qu'une lame d'air. De façon préférentielle, la base rectangulaire est une base carrée. La hauteur du parallélépipède mesurée perpendiculairement à sa base est préférentiellement comprise entre un dixième et trois millimètres.
La figure 4 illustre une projection de cavités sur une section d'une cale étalon selon un mode de réalisation de l'invention distinct du
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- 12 mode de réalisation illustré en figures 1 et 3, mais comprenant une cale étalon d'une forme géométrique semblable à celle de la cale étalon 1 illustrée en figure 1. Sur cette figure, les cavités 2 sont situées dans la matière 3, à des niveaux de profondeur différents proportionnellement à l'épaisseur E, et selon des orientations différentes, de façon à être dispersés dans l'entièreté de la zone 4, et à challenger de façon optimale l'appareil lors d'une validation compte tenu de la diversité des positions prédéterminées des défauts à détecter qui sont simulés par l'air compris dans ces cavités 2.
En résumé, la présente invention concerne une cale étalon 1 pour aider à réaliser une procédure de validation d'un appareil de contrôle qualité, la cale étalon comprenant des cavités 2 creuses internes calibrées, vides d'une matière 3 la composant, remplies d'un gaz et disposées à des positions prédéterminés.
La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D'une manière générale, il apparaîtra évident pour un homme du métier que la présente invention n'est pas limités aux exemples illustrés et/ou décrits ci-dessus. L'invention comprend chacune des caractéristiques nouvelles ainsi que toutes leurs combinaisons.
Dans la cadre du présent document, les termes « premier », « deuxième », « troisième » et « quatrième » servent uniquement à différencier les différents éléments et n'impliquent pas d'ordre entre ces éléments. L'usage des verbes « comprendre » , « inclure », « comporter », ou toute autre variante, ainsi que leurs conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d'éléments autres que ceux mentionnés. L'usage de l'article indéfini « un », « une », ou de l'article défini « le », « la » ou « l' », pour introduire un élément n'exclut pas la présence d'une pluralité de ces éléments.

Claims (12)

  1. Revendications
    1. Cale étalon (1) pour aider à réaliser une procédure de validation d'un appareil de contrôle qualité, ledit appareil de contrôle qualité pouvant être utilisé pour contrôler des pièces d'une turbomachine d'un aéronef, ladite cale étalon (1) étant composée d'une matière (3) et comprenant des cavités (2) creuses internes calibrées, vides de ladite matière (3), remplies d'un gaz et disposées à des positions prédéterminées.
  2. 2. Cale étalon (1) selon la revendication précédente caractérisée en ce qu'une extension (L) desdites cavités (2) est d'une longueur supérieure à cinq millimètres.
  3. 3. Cale étalon (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que lesdites cavités (2) sont parallélépipédiques.
  4. 4. Cale étalon (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'au moins deux desdites cavités (2) sont disposées à des profondeurs différentes mesurées le long d'une épaisseur (E) de ladite matière (3), lesdites profondeurs étant distinctes d'au moins un dixième de ladite épaisseur (E).
  5. 5. Cale étalon (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle a une forme géométrique présentant une zone (4) de courbure différente de zéro et en ce que au moins une cavité (2) est comprise dans ladite zone (4).
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  6. 6. Cale étalon (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend deux portions non parallèles s'intersectant dans une zone (4) de ladite cale étalon (1), et en ce que au moins une cavité (2) est comprise dans ladite zone (4).
  7. 7. Cale étalon (1) selon la revendication précédente caractérisée en ce que ladite zone (4) est allongée le long d'un segment de droite (D), et en ce que chacune desdites cavités (2) est à une distance inférieure à un centimètre dudit segment de droite (D).
  8. 8. Cale étalon (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit gaz consiste en de l'air.
    9. Cale étalon (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ladite matière (3) est un matériau composite. 10. Cale étalon (1) selon l'une quelconque des revendications
    précédentes caractérisée en ce que ledit appareil de contrôle qualité est un appareil de mesure par ultrasons.
  9. 11. Cale étalon (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que lesdites pièces consistent en des pièces d'un matériau composite.
  10. 12. Méthode de validation d'un appareil de contrôle qualité par ultrasons, ladite méthode comprenant les étapes suivantes :
    (i) fournir une cale étalon (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes ;
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    - 15 (ii) déterminer des conclusions de fonctionnement dudit appareil de contrôle qualité sur base de mesures effectuées avec ladite cale étalon (1).
    5
  11. 13. Méthode de fabrication d'une calle étalon (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes :
    (i) déterminer une représentation de la cale étalon (1) ;
    (ii) fournir un fichier informatique comprenant la représentation ;
    (iii) produire la cale étalon (1) à partir du fichier informatique.
  12. 14. Méthode selon la revendication précédente caractérisée en ce que l'étape (iii) comprend une sous-étape d'une exécution d'un procédé de fabrication additive.
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