FR3028785A1 - Procede de detection d'anomalie de tournage d'une piece - Google Patents

Abstract

Procédé de détection d'anomalie de tournage d'une pièce (30), comprenant : - l'obtention d'un signal représentatif d'un effort exercé par un outil de tournage sur la pièce (30) et/ou d'un déplacement de l'outil de tournage par rapport à l'axe de rotation de la pièce ; - la fourniture de morphologies de référence ; - la comparaison du signal obtenu avec les morphologies de référence ; - la détermination de la présence ou de l'absence d'une anomalie (104, 106) dans la pièce (30) en fonction de ladite comparaison.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne l'usinage des pièces, et plus particulièrement un procédé de détection d'anomalie de tournage d'une pièce.

ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Lors de l'usinage d'une pièce par un outil de coupe, l'outil de coupe s'use progressivement et peut induire des défauts métallurgiques dans la pièce usinée. La figure 1A montre un exemple d'outil de coupe 10 monté sur une machine d'usinage 20 pour usiner une pièce 30. En l'occurrence, il s'agit d'une opération de tournage : la pièce 30 est à symétrie de révolution et tourne autour de son axe tandis que la machine d'usinage se déplace selon un mouvement d'avance Dx dans la direction dudit axe pour parcourir l'ensemble de la pièce 30. La figure 1B montre une vue en perspective de la pièce 30 et de l'outil de coupe 10 selon la direction B de la figure 1A. La pièce 30 a donc, par rapport à l'outil de coupe 10, une trajectoire hélicoïdale caractérisée par une vitesse de coupe Vc et une avance par tour fx (pas de l'hélice). Un autre paramètre de l'usinage souvent employé est la profondeur de passe Ap (profondeur de matière retirée lors d'une passe de l'outil de coupe).

De manière générale, lors de l'usinage d'une pièce par un outil de coupe, l'enlèvement de matière est réalisé par la conjonction de mouvements relatifs entre la pièce et l'outil de coupe : le mouvement de coupe Dc, dans la direction c duquel s'exerce l'effort de coupe Fc, et le mouvement d'avance Dx, dans la direction x duquel s'exerce l'effort d'avance Fx. L'effort radial Fr s'exerce dans la direction r perpendiculaire à la direction de coupe c et la direction d'avance x. Ces mouvements et efforts sont représentés sur les figures 1A et 1B. Dans le cas d'un tournage, où la pièce à usiner est sensiblement à symétrie de révolution et en rotation sur elle-même, comme c'est le cas sur l'exemple des figures 1A et 1B, la direction de coupe c et la direction d'avance x correspondent 3028785 2 respectivement à une direction tangentielle et une direction axiale, et la direction r est une direction radiale. Sur l'exemple représenté, l'outil de coupe 10 comporte une arête de coupe 16, une face de coupe 14 et une face de dépouille 12. La face de 5 coupe 14 est la face le long de laquelle sont évacués des copeaux 32 issus de la coupe de la pièce 30. La face de dépouille 12 est la face située en regard de la surface fraîchement usinée de la pièce 30. L'arête de coupe 16 se situe à l'intersection de la face de coupe 14 et de la face de dépouille 12. L'introduction de l'arête de coupe 16 dans la pièce 30 crée 10 les copeaux 32. L'usinage d'une pièce introduit des contraintes thermomécaniques importantes dans la pièce. Ces contraintes peuvent affecter l'intégrité matière de la pièce, c'est-à-dire affecter la santé métallurgique de la surface et, éventuellement, de la sous-couche d'une pièce. Ces zones 15 peuvent être le siège de phénomènes physico-chimiques, mécaniques (notamment du fait de contraintes résiduelles) et topographiques importants diminuant les propriétés physiques, mécaniques et/ou chimiques de la pièce, notamment sa tenue en fatigue. Généralement, les endommagements générés à la surface de la 20 pièce par un procédé de fabrication peuvent être détectés par des contrôles non destructifs ou des analyses destructives localisées, n'affectant pas la tenue en fatigue des pièces en fonctionnement. Néanmoins, pour les endommagements plus profonds (dits « endommagements en sous-couche ») tels que les couches à grains 25 déformés ou les couches transformées métallurgiquement (par exemple les couches blanches), une découpe de la pièce est nécessaire pour s'assurer de leur présence et mesurer la profondeur de la couche affectée. Ce contrôle étant destructif, il ne peut être réalisé sur des pièces de production.

3028785 3 Il existe donc un besoin pour un procédé permettant de vérifier l'intégrité matière de manière non destructive, et plus particulièrement pour un nouveau type de procédé de détection d'une anomalie survenue lors du tournage de la pièce.

5 PRÉSENTATION DE L'INVENTION A cet effet, le présent exposé vise un procédé de détection d'anomalie de tournage d'une pièce, comprenant : - l'obtention d'un signal représentatif d'un effort exercé par un outil de tournage sur la pièce et/ou d'un déplacement de l'outil de 10 tournage par rapport à l'axe de rotation de la pièce ; - la fourniture de morphologies de référence ; - la comparaison du signal obtenu avec les morphologies de référence ; - la détermination de la présence ou de l'absence d'une anomalie 15 dans la pièce en fonction de ladite comparaison. Dans le cadre d'un procédé de tournage, l'anomalie recherchée est le plus souvent une couche affectée, parfois appelée zone affectée thermo-mécaniquement. La couche affectée, si elle existe, peut comprendre un unique type de défauts métallurgiques ou une 20 combinaison de défauts métallurgiques de différents types, par exemple une couche blanche et une couche à grains déformés, présents au sein de la sous-couche adjacente à la surface usinée. Dans toute la suite du présent exposé, sauf indication contraire, on emploiera le singulier générique « anomalie » pour désigner une anomalie ou une combinaison 25 d'anomalies. Un déplacement de l'outil de tournage par rapport à l'axe de rotation de la pièce représente la position relative entre l'outil et un point fixe dudit axe de rotation. L'axe de rotation étant lui-même fixe par rapport à un socle de machine portant l'outil et par rapport auquel l'outil 30 est mobile, ledit déplacement est égal, à des constantes près, à la position 3028785 4 relative entre l'outil et le socle de la machine. En pratique, il est souvent plus facile de mesurer la position relative de l'outil par rapport à une partie fixe de la machine. Dans la suite du présent exposé, sauf indication contraire, le terme de déplacement désignera une variation de la position 5 relative de l'outil. Les déplacements mesurés peuvent être inférieurs à 30 ou 40 pm. Un signal représentatif d'un effort ou d'un déplacement est un signal correspondant à une grandeur (grandeur représentative) dont l'évolution traduit ou suit l'évolution de l'effort ou du déplacement précité.

10 La grandeur représentative peut être l'effort ou le déplacement lui-même. Alternativement ou en complément, la grandeur représentative peut être obtenue par calcul à partir de l'effort ou du déplacement, par exemple par des opérations de dérivation ou d'intégration ou par l'application d'un filtre. Dans ce dernier cas, le filtrage peut avoir pour objectif de lisser la 15 grandeur, de supprimer le bruit, d'exacerber les variations de la grandeur, ou autre, notamment afin d'obtenir la variation globale de la grandeur. La grandeur représentative peut aussi être une grandeur corrélée à l'effort ou au déplacement, de manière implicite ou explicite. La grandeur représentative n'est pas n'importe quelle grandeur, elle n'est pas un 20 simple paramètre de l'environnement de l'usinage. La grandeur représentative est une grandeur qui donne une information sur l'évolution de l'usinage, c'est-à-dire une grandeur dont l'évolution est impactée par l'usinage. Ainsi, une grandeur représentative d'un effort ou d'un déplacement peut être, entre autres, une vitesse, une accélération, une 25 énergie, une puissance, un couple. De manière plus indirecte, une grandeur représentative d'un effort ou d'un déplacement peut être, entre autres, des vibrations, une température (notamment la température au voisinage de l'arête de coupe), un courant électrique (par exemple le courant de commande de l'outil de coupe), une tension, un signal de 30 mesure acoustique, etc. Selon un autre exemple, une grandeur 3028785 5 représentative d'un effort et/ou d'un déplacement peut être une grandeur issue d'au moins l'une des grandeurs précitées par le calcul. Notamment, une grandeur représentative d'un effort et d'un déplacement peut être un indicateur cumulant les informations issues de l'effort et du déplacement 5 pour davantage de fiabilité. L'étape d'obtention peut consister en une acquisition en temps réel du signal ou bien en une obtention a posteriori d'un signal qui a été précédemment enregistré. Acquérir un signal en temps réel signifie que l'acquisition du signal est effectuée sans attente, au fur et à mesure de 10 l'évolution de la grandeur au cours de l'usinage. La mesure en temps réel peut fournir une valeur de la grandeur mesurée à tout instant et dès que cette valeur est disponible. La grandeur peut être mesurée en continu ou non. Dans le cas où elle est mesurée de manière discrète, la fréquence de mesure est suffisamment élevée pour rendre compte fidèlement de 15 l'évolution de la grandeur. La variation globale d'un signal désigne une information traduisant les variations lentes de la grandeur, c'est-à-dire une information représentative ou fonction seulement de l'évolution de la valeur moyenne de la grandeur et éventuellement de l'évolution des harmoniques de plus 20 basses fréquences. Par exemple, cette information est calculée sur un intervalle de temps d'une amplitude suffisante pour faire apparaître les variations lentes du signal. La variation globale peut être une valeur lissée ou moyennée de la grandeur. La variation globale d'une grandeur, par opposition avec la grandeur elle-même, ne comprend pas de fluctuations 25 rapides, que ces fluctuations rapides soient un bruit de mesure ou qu'elles traduisent une vibration de l'outil de coupe et/ou de la pièce. En particulier, la variation globale est dépourvue des fluctuations rapides qui sont uniformes tout au long ou au cours d'une partie utile de la mesure de grandeur.

3028785 6 De manière surprenante, les inventeurs de la présente invention ont observé une corrélation entre l'existence d'une couche affectée dans une pièce et certains signaux représentatifs d'un effort et/ou d'un déplacement de l'outil de coupe par rapport à l'axe de rotation de la pièce. Le procédé 5 objet du présent exposé tire parti de cette corrélation pour déterminer la présence ou l'absence d'une anomalie dans la pièce tournée. Grâce à ce procédé, il est possible de savoir, sur la simple analyse en temps réel ou a posteriori de signaux enregistrés pendant le tournage, si la pièce usinée comprend ou non une anomalie. Ce procédé est donc une méthode de 10 contrôle non destructif de l'intégrité matière d'une pièce tournée. En particulier, ce procédé trouve une application privilégiée en contrôle de qualité post-fabrication. En analysant au moins un signal représentatif d'un effort et/ou d'un déplacement de l'outil de coupe par rapport à l'axe de rotation de la pièce, il est possible de détecter, en aval 15 du processus de production, la présence d'une anomalie sur la pièce. Selon une autre application, ce procédé peut être utilisé en cours même de fabrication. En effet, dans le cas où l'étape d'obtention et, plus généralement, tout le procédé est effectué en temps réel, c'est-à-dire au cours de l'usinage, l'usinage peut être arrêté dès la détection de la 20 présence d'une anomalie dans la pièce. Dans certains modes de réalisation, l'étape de comparaison comprend la détermination d'une morphologie du signal obtenu et la comparaison de la morphologie du signal obtenu avec les morphologies de référence. La morphologie du signal est la forme générale du signal en 25 fonction du temps, c'est-à-dire la forme de la variation globale du signal en fonction du temps. La morphologie du signal correspond à l'allure de la courbe représentative de la grandeur en fonction du temps. Dans certains modes de réalisation, la morphologie est caractérisée par les valeurs relatives de points remarquables de la courbe 30 représentative de la variation globale du signal en fonction du temps. Un 3028785 7 point remarquable est un point aisément détectable sur une courbe, par exemple un extremum, un point de rupture de pente, un point d'inflexion, une singularité, une discontinuité, etc. Les valeurs relatives des points remarquables peuvent se mesurer par exemple en fonction de leur 5 abscisse, c'est-à-dire en général en fonction de l'instant auquel ces points surviennent. Alternativement ou en complément, les valeurs relatives de des points remarquables peuvent se mesurer par exemple en fonction de leur ordonnée, c'est-à-dire en fonction des valeurs atteintes par le signal en ces points remarquables. La détection de points remarquables est une 10 opération qui peut généralement être automatisée, ce qui rend l'industrialisation du procédé plus aisée. Dans certains modes de réalisation, les points remarquables sont choisis parmi : la valeur de la variation globale dès que l'outil de tournage est complètement entré dans la pièce, la valeur de la variation globale dès 15 que l'outil de tournage commence à sortir de la pièce, la valeur de la variation globale à l'instant de la première rupture de pente pendant que l'outil de tournage est dans la pièce, et la valeur maximale ou minimale de la variation globale après l'instant de première rupture de pente, tant que l'outil est encore complètement dans la pièce. On rappelle qu'un point de 20 rupture de pente est un point séparant deux portions sensiblement affines (ou deux portions de variation globale sensiblement affine) d'une courbe, les deux portions ayant des coefficients directeurs (pentes) différents. Dans certains modes de réalisation, la présence potentielle d'une anomalie dans la pièce est déterminée lorsque l'instant de première 25 rupture de pente, pendant que l'outil de tournage est dans la pièce, survient avant que l'outil ne commence à sortir de la pièce. En d'autres termes, la variation globale du signal présente une rupture de pente pendant que l'outil de tournage est dans la pièce, l'instant de rupture de pente étant tel que l'outil de tournage est dans la pièce pour une durée 30 non nulle avant et après la rupture de pente. Dans ces modes de 3028785 8 réalisation, la présence potentielle d'une anomalie est donc caractérisée par un critère simple. La présence de l'anomalie est dite potentielle dans la mesure où le critère proposé est conservatif : la présence d'une anomalie implique que l'instant de première rupture de pente pendant que 5 l'outil est dans la pièce survient avant que l'outil ne commence à sortir de la pièce ; cependant, la réciproque n'est pas toujours vraie. Ce critère garantit donc que toutes les pièces possédant une anomalie seront identifiées grâce au procédé. Dans certains modes de réalisation, l'anomalie détectée comprend 10 une couche à grains déformés et/ou une couche blanche. La présence superficielle d'une couche blanche implique généralement la présence d'une couche à grains déformés, plus en profondeur. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre : - la mesure d'une grandeur représentative de l'effort radial exercé 15 par l'outil de tournage sur la pièce ; - l'évaluation de la profondeur de l'anomalie dans la pièce en fonction de ladite mesure, par une méthode non destructive pour la pièce. Ainsi, au-delà de la détection de la présence ou de l'absence d'une 20 anomalie dans la pièce, selon ces modes de réalisation, l'étape d'évaluation permet de quantifier, par exemple de manière numérique ou graphique, la profondeur d'une anomalie détectée. En fonction de ladite profondeur, la pièce peut être rebutée ou non, ou des mesures correctives adéquates peuvent être mises en oeuvre. Ainsi, il n'est plus nécessaire 25 d'effectuer des coupes micrographiques sur des échantillons des pièces. De cette façon, le procédé selon ces modes de réalisation propose une méthode de contrôle non destructif complète. Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape d'évaluation, la profondeur de l'anomalie, notamment la profondeur de la 30 couche affectée, est évaluée par calcul en fonction de ladite mesure.

3028785 9 Dans certains modes de réalisation, l'étape d'évaluation comprend : - l'usinage d'au moins deux échantillons, en tournage, dans des conditions identiques à celles du tournage de la pièce, pendant une durée suffisante pour créer des anomalies dans les échantillons; 5 - la mesure de la profondeur des anomalies des échantillons et de l'effort radial appliqué par l'outil de tournage sur les échantillons; - l'interpolation de la profondeur de l'anomalie en un point de la pièce à partir de l'effort radial exercé par l'outil sur la pièce en ce point.

10 Les échantillons peuvent être deux pièces ou deux parties d'une même pièce, ou encore une seule même pièce sur laquelle les mesures sont faites pour différentes longueurs de coupe (c'est-à-dire par exemple à différents instants du tournage). La mesure de la profondeur de l'anomalie peut être réalisée par coupe micrographique ou par tout moyen 15 connu de l'homme du métier. Dans le cas où les échantillons sont deux parties d'une même pièce, la longueur usinée par l'outil devra être suffisamment grande pour que l'outil génère des anomalies dont la profondeur varie en fonction de la longueur usinée. L'effort radial mesuré pour une anomalie donnée est l'effort radial 20 exercé par l'outil de tournage sur un échantillon à la longueur de coupe correspondant à ladite anomalie. En d'autres termes, c'est l'effort radial exercé par l'outil de tournage sur l'échantillon lorsque l'outil de tournage passe au point de ladite anomalie. Dans le cas d'une interpolation linéaire, il faut au moins deux 25 profondeurs d'anomalies et deux efforts radiaux correspondants pour définir une droite dans un repère de type profondeur en fonction de l'effort radial. Une telle droite sert de support à l'interpolation. Les grandeurs peuvent être remplacées par des grandeurs représentatives, auquel cas l'interpolation est adaptée (elle n'est plus nécessairement 30 linéaire). Si l'interpolation n'est pas linéaire, il faut davantage de mesures 3028785 10 de profondeurs d'anomalies et d'efforts radiaux d'échantillons. Les échantillons doivent présenter des anomalies différentes afin que l'interpolation soit possible. Il est possible d'usiner deux ou plusieurs échantillons avec des conditions de coupe identiques (vitesse de coupe, 5 profondeur de passe, avance par tour) pour définir ces interpolations. Dans ce cas, il sera nécessaire de faire varier des paramètres tels que la longueur d'usinage selon la direction de coupe ainsi que la longueur d'usinage selon la direction d'avance ou le temps de coupe à diamètre usinée équivalent .

10 Dans certains modes de réalisation, les différentes étapes du procédé de détection sont déterminées par des instructions de programme(s) d'ordinateur. En conséquence, l'invention vise aussi un programme sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en 15 oeuvre dans un dispositif de détection ou plus généralement dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions pour la mise en oeuvre des étapes d'un procédé de détection tel que décrit ci-dessus. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de 20 code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur ou par un microprocesseur, et comportant des instructions d'un 25 programme tel que mentionné ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire flash, une mémoire morte ou ROM (de l'anglais Read Only MemorA, par exemple un CD ROM 30 ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen 3028785 11 d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy disc) ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être 5 acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la 10 description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1A, déjà décrite, représente une machine de coupe en cours de tournage ; 15 - la figure 1B, déjà décrite, est une vue en perspective selon la direction B de la figure lA ; - la figure 2 est une vue en coupe micrographique d'une pièce tournée comportant une combinaison de défauts métallurgiques ; - les figures 3A, 3B, 3C, 3D présentent différentes morphologies 20 d'un signal représentant l'effort radial en fonction du temps ; - la figure 4 est un graphe montrant l'absence ou la présence d'une couche à grains déformés selon la vitesse de coupe et la vitesse d'avance ; - la figure 5 est un graphe montrant l'absence ou la présence d'une 25 couche blanche selon la vitesse de coupe et l'avance par tour ; - la figure 6 présente une corrélation expérimentale entre des morphologies de signal d'effort et la présence d'anomalies dans une pièce tournée ; 3028785 12 - la figure 7 présente une corrélation expérimentale entre des morphologies de signal de déplacement et la présence d'anomalies dans une pièce tournée ; - la figure 8 est un graphe présentant une corrélation expérimentale 5 quantitative entre la profondeur de la couche affectée et l'effort radial. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION La description qui suit se fonde sur l'exemple du tournage basse pression à l'huile soluble de l'alliage de titane TA6V (aussi appelé Ti-6AI-4V ou Ti64) avec un outil en carbure, rond, non revêtu pour une opération de 10 chariotage. La description qui suit peut cependant se généraliser quel que soit l'outil (géométrie, nuance de matériau, type de revêtement, etc.), le mode de lubrification (haute pression, huile entière, etc.) ou les conditions d'usinage au sens large (porte-outil, broche, stratégie d'usinage, etc.). La description qui suit pourrait également se généraliser à d'autres matériaux 15 usinés que le TA6V, notamment tous les alliages, notamment les alliages à base fer, nickel, aluminium, titane, etc. Le changement d'un paramètre de l'usinage, y compris le matériau usiné, a des impacts éventuellement quantitatifs mais non qualitatifs sur la description qui suit. Dans le cadre du tournage du TA6V, une anomalie sur une pièce 20 tournée telle que la pièce 30 peut prendre la forme d'une couche affectée. Une vue micrographique d'une telle couche affectée est représentée sur la figure 2, ici à un grossissement x 200. La direction de coupe est notée c, conformément à la figure 1A. La partie inférieure de la figure 2 illustre la structure métallurgique, ou microstructure, du matériau de base 102, 25 c'est-à-dire de la partie de la pièce 30 non affectée thermomécaniquement par l'usinage. Les grains y ont une orientation aléatoire. Au-dessus de cette partie non affectée 102 se trouve une couche .à grains déformés 104. Dans la couche à grains déformés 104, les grains présentent une orientation privilégiée, ici à 45° par rapport à la surface usinée 108 de la 30 pièce, signe que le matériau a été déformé plastiquement. Cet angle est 3028785 13 représentatif d'une importante sollicitation en cisaillement de la sous-couche du matériau lors de l'usinage, montrant ainsi que les sollicitations mécaniques ont été prépondérantes devant les sollicitations thermiques. Entre la couche à grains déformés 104 et la surface usinée 108 de la pièce 5 se trouve une couche blanche 106. La couche blanche 106 est l'anomalie la plus proche de la surface usinée. Du fait de sa proximité avec l'outil de coupe 10, la couche blanche 106 a subi des contraintes thermomécaniques plus importantes que la couche à grains déformés 104. Comme on peut le voir sur la figure 2, la microstructure du matériau 10 originel n'est plus visible au sein de la couche blanche 108 sur la vue micrographique. Ceci montre que des transformations métallurgiques conséquentes se sont déroulées au sein de cette couche lors de l'usinage comme des dissolutions de phases ou de la recristallisation dynamique. Enfin, la vue de la figure 2 fait apparaître un nickelage 110. Ce nickelage 15 110 correspond ici à une pellicule d'alliage de nickel déposée de façon électrolytique sur la pièce usinée lors de la préparation métallographique de l'échantillon après usinage afin d'éviter l'effondrement des bords de la pièce usinée lors du polissage. La couche à grains déformés 104 et la couche blanche 106 ont une 20 influence sur la tenue en fatigue de la pièce 30. En règle générale, une couche à grains déformés est générée pour des contraintes thermomécaniques induites dans le matériau moins importantes que pour une couche blanche. Aussi, une couche à grains déformés est toujours générée lorsqu'une couche blanche est formée. Selon les conditions de 25 coupe, une couche affectée peut comprendre une couche à grains déformés seule ou bien une couche blanche associée à une couche à grains déformés. Comme indiqué précédemment, le procédé selon un mode de réalisation comprend l'obtention d'un signal représentatif d'un effort 30 exercé par un outil de tournage sur la pièce et/ou d'un déplacement de 3028785 14 l'outil de tournage par rapport à l'axe de rotation de la pièce, la fourniture de morphologies de référence et la comparaison du signal obtenu avec les morphologies de référence. Des exemples de morphologies de référence, dans le cadre du tournage du TA6V, vont être donnés en référence à la 5 figure 3. Les figures 3A, 3B, 3C, 3D représentent chacune l'évolution de l'effort radial Fr en fonction du temps lors d'un tournage de la pièce 30. Comme indiqué sur chacune de ces quatre figures, l'effort radial Fr évolue en fonction du temps selon cinq régimes successifs. Un premier régime R1 10 est un régime de repos, où l'outil de coupe 10 n'est pas en contact avec la pièce 30. Dans ce premier régime R1, l'effort Fr exercé par l'outil de coupe sur la pièce est nul (aux éventuelles vibrations près). Lors d'un deuxième régime R2, qui est un régime transitoire, l'outil de coupe 10 pénètre dans la pièce 30 jusqu'à sa position de coupe. Le deuxième régime R2, 15 transitoire, peut avoir une durée plus ou moins longue selon la géométrie de l'outil, l'avance et la profondeur de passe. Dans un troisième régime R3, l'outil de coupe 10 effectue la coupe proprement dite. Dans un quatrième régime R4, l'outil de coupe 10 se dégage progressivement de la pièce 30 jusqu'à s'en dissocier complètement. Le quatrième régime R4, 20 transitoire, peut avoir une durée plus ou moins longue selon la géométrie de l'outil, l'avance et la profondeur de passe. L'outil de coupe 10 atteint ainsi un cinquième régime R5, qui est un régime de repos semblable au premier régime R1. Sur la figure 3, chaque graphe représente la mesure d'une grandeur pendant la succession de ces cinq régimes.

25 Après l'étape d'obtention précitée, le procédé peut inclure une étape optionnelle de filtrage ou de calcul à partir d'une ou plusieurs des mesures obtenues. Cette étape de filtrage ou de calcul peut être, en particulier, une étape de prétraitement visant à obtenir la variation globale de la grandeur, ou plus généralement à faciliter la détection d'un point 30 remarquable qui sera effectuée par la suite. Elle peut comprendre 3028785 15 l'application d'un filtre de réduction du bruit (filtre passe-bas) ou tout autre type de transformation. Sur les exemples des figures 3A à 3D, chaque morphologie est caractérisée par les valeurs relatives de points remarquables de la courbe 5 représentative de la variation globale du signal en fonction du temps. On prend ici quatre points remarquables notés 31, 32, 33, J4 (notation générique Ji). Chaque point Ji appartient à la courbe représentative du signal obtenu ; chaque point Ji a donc pour abscisse un instant ti et pour ordonnée un effort radial Fri. Les points Ji sont définis de la façon 10 suivante : - 31 est défini sur la base de son abscisse t1, qui est l'instant où l'outil de tournage finit d'entrer dans la pièce (instant de fin du régime R2) ; - J2 est défini sur la base de son abscisse t2, qui est l'instant où 15 l'outil de tournage commence à sortir de la pièce (instant de début du régime R4) ; - 33 est défini comme étant le premier point de rupture de pente pendant que l'outil est dans la pièce (c'est-à-dire pendant le régime R3) ; 20 34 est défini sur la base de son ordonnée Fr4, qui est l'extremum (maximum ou minimum) de la variation globale du signal après l'instant de première rupture de pente t3, tant que l'outil est dans la pièce ; en d'autres termes, t4 est postérieur à t3 et antérieur à t2.

25 Plus précisément, la figure 3A représente une première morphologie (morphologie A) dans laquelle le signal est globalement constant pendant le régime R3, comme le montre la droite horizontale en pointillés. Ainsi, les ordonnées respectives Fr1 et Fr2 des points 31 et 32 sont égales. De plus, puisque la première rupture de pente à survenir 30 pendant le régime R3 est la décroissance due au retrait de l'outil 3028785 16 (transition vers le régime R4), les instants t2 et t3 sont confondus. Par suite, l'instant t4, compris entre t2 et t3, est également confondu à t2 et t3. Les points 32, 33 et J4 sont donc confondus. La morphologie A est donc caractérisée par Fr1=Fr2 et 32=33=34.

5 La figure 3B représente une deuxième morphologie (morphologie B) dans laquelle le signal est globalement croissant pendant le régime R3, comme le montre la droite croissante en pointillés. Ainsi, l'ordonnée Fr1 du point 31 est strictement inférieure à l'ordonnée Fr2 du point J2. De plus, puisque la première rupture de pente à survenir pendant le régime R3 est 10 la décroissance due au retrait de l'outil (transition vers le régime R4), les instants t2 et t3 sont confondus. Par suite, l'instant t4, compris entre t2 et t3, est également confondu à t2 et t3. Les points J2, 33 et 34 sont donc confondus. La morphologie B est donc caractérisée par Frl*Fr2 (ici Frl<Fr2) et 32=33=34.

15 La figure 3C représente une troisième morphologie (morphologie C) dans laquelle le signal est globalement croissant pendant le régime R3. Ainsi, dans l'exemple, l'ordonnée Fr1 du point J1 est strictement inférieure à l'ordonnée Fr2 du point 32. Cependant, dans certains autres cas, il peut arriver que l'ordonnée Fr1 du point J1 soit strictement supérieure à 20 l'ordonnée Fr2 du point 32. De plus, sur la figure 3C, ainsi que le montrent les droites dl, d2 en pointillés, la courbe représentant l'évolution de l'effort radial Fr au cours du régime R3 suit, globalement, une première droite dl jusqu'à un temps t3 puis une deuxième droite d2 à partir du temps t3 et jusqu'au temps t4. Le temps t4 est l'abscisse d'un extremum 25 de l'effort radial Fr (abscisse du point 34), en l'occurrence d'un maximum. Le temps t3 est l'abscisse du point d'intersection des droites dl et d2 et définit l'instant de première rupture de pente, donc l'abscisse du point 33. Les droites dl et d2 traduisent la variation globale de l'effort radial Fr au cours du régime R3. La morphologie C est donc caractérisée par Frl*Fr2 30 (ici Frl<Fr2), t3<t4<t2 et Fr3<Fr4.

3028785 17 La figure 3D représente une quatrième morphologie (morphologie D) dans laquelle le signal est globalement croissant puis décroissant pendant le régime R3. Ainsi, l'ordonnée Fr1 du point 31 est différente de l'ordonnée Fr2 du point 32. De plus, ainsi que le montrent les droites dl, 5 d2 en pointillés, la courbe représentant l'évolution de l'effort radial Fr au cours du régime R3 suit, globalement, une première droite dl jusqu'à un temps t3 puis une deuxième droite d2 à partir du temps t3 et jusqu'au temps t4. Le temps t4 est l'abscisse d'un extremum de l'effort radial Fr (abscisse du point 34), en l'occurrence d'un minimum. Le temps t3 est 10 l'abscisse du point d'intersection des droites dl et d2 et définit l'instant de première rupture de pente, donc l'abscisse du point 33. Le point 33 est ici un maximum du signal. Les droites dl et d2 traduisent la variation globale de l'effort radial Fr au cours du régime R3. Le signal est globalement constant entre les points 34 et 32 ; on a donc Fr2 = Fr4 bien que t4 soit 15 strictement inférieur à t2. La morphologie D est donc caractérisée par Frl*Fr2 (ici Fr1>Fr2), t3<t4<t2 et Fr3>Fr4. L'établissement des droites dl et d2 peut être réalisé par tous les moyens à la disposition de l'homme du métier, par exemple par des régressions linéaires. D'autres caractérisations de la variation globale de 20 l'effort radial sont possibles ; dans le cas présent, des droites obtenues par régression linéaires sont particulièrement propices à la détection d'un point de rupture de pente. En résumé, les morphologies A et B se distinguent des morphologies C et D par la position relative de J2 et J3. Si les points 32 et 25 J3 sont confondus, la morphologie est de type A ou B. Si les points 32 et J3 sont distincts, la morphologie est de type C ou D. Les signaux de déplacement suivent les mêmes types de morphologies que les signaux d'efforts. Toutefois, contrairement aux efforts, les déplacements sont déterminés par une convention 30 d'orientation : en d'autres termes, les positions relatives peuvent être 3028785 18 positives ou négatives selon l'orientation choisie, tandis que les efforts sont uniquement positifs. Dans la mesure où la morphologie C se distingue de la morphologie D par le fait que Fr3<Fr4 en morphologie C et Fr3>Fr4 en morphologie D, on constate qu'analytiquement, une morphologie de 5 type C peut devenir une morphologie de type D par inversion du signe des déplacements. Cependant, comme on peut le voir sur les figures 3C et 3D, la morphologie C est monotone dans le régime R3, ce qui n'est pas le cas de la morphologie D. Ainsi, par exception à la caractérisation présentée précédemment, l'homme du métier reconnaîtra, par exemple par le critère 10 de monotonie, qu'une morphologie est plutôt du type C du point de vue des phénomènes physiques, même si une caractérisation analytique conduirait à la classer dans le type D, et réciproquement. Parallèlement à cette caractérisation des morphologies, des tests ont été menés sur des échantillons en TA6V pour établir une corrélation 15 entre certains paramètres de coupe et la présence ou l'absence d'une anomalie dans l'échantillon. Par exemple, on fait varier l'avance par tour fx (mm/tr) et la vitesse de coupe Vc (m/min), tous les autres paramètres et conditions de tournage (notamment le type d'échantillons, le temps de coupe, l'usure initiale de l'outil de coupe, etc.) étant inchangés par 20 ailleurs ; puis on effectue une coupe micrographique de l'échantillon et on regarde la présence d'une couche à grains déformés et/ou d'une couche blanche. Les résultats sont illustrés sur les figures 4 et 5, qui sont des graphes indiquant l'absence ou la présence respectivement d'une couche à grains déformés et d'une couche blanche, en fonction de l'avance fx et de 25 la vitesse de coupe Vc. Compte tenu du fait que ces résultats ont été obtenus pour des conditions particulières de tournage, ces graphes ne sont pas prédictifs (sauf à se replacer exactement, dans les mêmes conditions de tournage). Sur les figures 4 et 5, chaque point correspond à un échantillon 30 testé selon le protocole expliqué ci-dessus. Deux points ayant la même 3028785 19 position sur les figures 4 et 5 correspondent à un unique échantillon. Sur la figure 4 (respectivement figure 5), un petit carré indique l'absence d'une couche à grains déformés (respectivement couche blanche), tandis qu'un rond indique la présence d'une couche à grains déformés 5 (respectivement couche blanche). Comme on peut le voir en superposant les figures 4 et 5, l'expérience confirme que la présence d'une couche blanche implique la présence, en sous-couche, d'une couche à grains déformés. On constate en outre que sur chacune des figures 4 et 5, les carrés et les ronds sont regroupés de sorte qu'il est possible de tracer une 10 frontière entre l'ensemble des carrés et l'ensemble des ronds, c'est-à-dire une frontière dont le passage traduit l'apparition d'une anomalie. De telles frontières ont été reportées sur la figure 6 et permettent de définir trois zones. Une première frontière, issue de la figure 4 et tracée en pointillés sur la figure 6, délimite une zone 40 dans laquelle les 15 échantillons n'ont pas de couche à grains déformés, d'une zone 45 dans laquelle les échantillons ont une couche à grains déformés. Une deuxième frontière, issue de la figure 5 et tracée en trait plein sur la figure 6, délimite à l'intérieur de la zone 45 une zone 50 dans laquelle les échantillons ont, en plus d'une couche à grains déformés, une couche 20 blanche. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 6, il existe une très forte corrélation entre les morphologies de type C du signal d'effort radial et la génération d'une anomalie (couche affectée). Cette corrélation existe également, dans une moindre mesure, entre les morphologies de type C 25 du signal d'effort axial ou d'effort de coupe et la génération d'une anomalie. Comme représenté sur la figure 7, on trouve également une très forte corrélation entre les morphologies de type C. ou D du signal de déplacement selon les directions de coupe et/ou d'avance et la génération d'une anomalie. Pour des raisons pratiques, les déplacements mesurés 30 dans ces exemples sont les déplacements selon des directions 3028785 20 remarquables, à savoir les directions de coupe et d'avance. Toutefois, les déplacements pourraient être mesurés selon d'autres directions, quitte éventuellement à en dériver les déplacements selon les directions de coupe et/ou d'avance au moyen de formules géométriques de base (par 5 exemple par une multiplication ou division par un facteur de type cosinus). Comme indiqué au début de la présente description détaillée, ces corrélations sont généralisables à d'autres matériaux et à d'autres conditions de tournage que les conditions précises dans lesquelles elles ont été établies. En particulier, l'apparition d'une couche blanche est 10 toujours indiquée par l'enregistrement d'une morphologie de type C ou D, selon la grandeur que représente le signal. L'inverse n'est pas toujours vrai, mais la méthode est conservative et évite donc la non-détection d'une couche blanche. Ainsi, sur la base d'un signal enregistré pendant le tournage, il suffit de déterminer si les points 32 et 33 sont confondus afin 15 de pouvoir en déduire la présence potentielle d'une anomalie matière dans la pièce. De manière contraposée, tant que le signal obtenu présente une morphologie de type A ou B, ayant les points J2 et 33 confondus, il est certain que la pièce ne présente pas de couche blanche et hautement probable qu'elle ne présente pas de couche à grains déformés.

20 Après ces corrélations qualitatives, les inventeurs ont procédé à la mesure des profondeurs affectées sur les échantillons issus du protocole précité et ayant conduit aux résultats des figures 4 à 7. La profondeur affectée est la profondeur de la couche affectée, c'est-à-dire la profondeur maximale à laquelle une couche à grains déformés est visible. La 25 profondeur se mesure radialement (direction r sur la figure 1A) de la surface usinée vers l'intérieur de la pièce. La profondeur affectée traduit donc la profondeur cumulée de la couche blanche, lorsqu'elle existe, et de la couche à grains déformés. La figure 8 présente la profondeur affectée PA en fonction de 30 l'effort radial Fr. Les efforts radiaux retenus sont ceux déterminés pour 3028785 21 des longueurs usinées auxquelles des profondeurs affectées ont été mesurées sur des coupes micrographiques pour un même échantillon ayant été usiné avec une condition de coupe donnée. Les points 60 de la figure 8 correspondent aux résultats expérimentaux et la droite 65 est 5 obtenue par régression linéaire sur ces résultats. Comme on peut le constater, il existe une forte corrélation linéaire entre l'effort radial Fr et la profondeur affectée PA. Dans le cas du tournage du TA6V ici décrit, la régression linéaire fournit l'équation suivante : PA = 0,28xFr-43,2 (PA en micromètres pm, Fr en Newtons N). En-dessous de 20 pm, il devient 10 difficile de mesurer la profondeur affectée, notamment dans le cadre du tournage du TA6V, c'est pourquoi le modèle n'a pas été vérifié entre 0 et 20 pm. Le modèle 65 est ici linéaire parce que les variables choisies, à savoir la profondeur affectée et l'effort radial, sont linéairement corrélées.

15 En cas de choix d'autres variables, notamment de variables dérivées ou intégrées à partir des précédentes, le modèle 65 pourra bien entendu prendre une autre forme. Bien que l'équation fournie dépende des conditions de coupe, en revanche le principe d'une corrélation linéaire entre la profondeur affectée 20 et les efforts, notamment l'effort radial Fr, peut être généralisé. Ainsi, comme indiqué précédemment, il est possible de détecter une anomalie et d'évaluer la profondeur de la couche affectée selon les étapes suivantes : - l'usinage d'au moins deux échantillons, en tournage, dans des conditions identiques à celles du tournage de la pièce, pendant une 25 durée suffisante pour créer des anomalies dans les échantillons ; - la mesure de la profondeur des anomalies des échantillons et de l'effort radial appliqué par l'outil de tournage sur les échantillons ; - l'interpolation de la profondeur de l'anomalie en un point de la pièce à partir de l'effort radial exercé par l'outil sur la pièce en ce 30 point.

3028785 22 Par suite, lors de l'usinage ou après l'usinage, l'obtention de l'effort radial permet de calculer, par interpolation, la profondeur de la couche affectée. Ainsi, il est possible de maîtriser l'évolution de la profondeur affectée en cours d'usinage et/ou de vérifier, après usinage, l'importance 5 d'une anomalie dans la pièce. Ensuite, il est possible d'envisager des mesures correctives en fonction de la profondeur estimée de la couche affectée, par exemple un usinage complémentaire pour enlever tout ou partie de la couche affectée ou d'envisager de rebuter la pièce si la profondeur de la couche affectée est trop importante même après reprise 10 complémentaire en usinage. En outre, l'équation de détermination de la profondeur affectée PA peut être biaisée de façon à être conservative et/ou à intégrer des marges d'acceptation des pièces. Le procédé selon l'invention est particulièrement adapté pour être automatisé. En effet, l'obtention d'un signal, voire l'acquisition d'un signal, 15 la détermination de points remarquables définis mathématiquement, la comparaison de valeurs et le calcul d'une profondeur affectée selon une équation donnée sont des étapes pouvant être aisément réalisées par un robot ou un ordinateur. En outre, il est évident que les cas d'égalité présentés dans le 20 présent exposé peuvent être assortis de marges. Par exemple, on pourra considérer que deux valeurs sont égales si leur différence est inférieure à une petite quantité prédéterminée en fonction de la précision des systèmes mis en jeu et des approximations numériques susceptibles de se produire.

25 Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, des modifications peuvent être apportées à ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés 30 peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par 3028785 23 conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'anomalie de tournage d'une pièce (30), comprenant : - l'obtention d'un signal représentatif d'un effort (Fr, Fc, Fx) exercé par un outil de tournage (10) sur la pièce (30) et/ou d'un déplacement (Dx, Dc) de l'outil de tournage par rapport à l'axe de rotation de la pièce ; - la fourniture de morphologies de référence (A, B, C, D) ; - la comparaison du signal obtenu avec les morphologies de référence (A, B, C, D) ; - la détermination de la présence ou de l'absence d'une anomalie (104, 106) dans la pièce (30) en fonction de ladite comparaison.
2. 2. Procédé de détection selon la revendication 1, dans lequel la 15 morphologie est caractérisée par les valeurs relatives de points remarquables (31, 32, J3, 34) de la courbe représentative de la variation globale du signal en fonction du temps.
3. 3. Procédé de détection selon la revendication 2, dans lequel les 20 points remarquables sont choisis parmi : la valeur de la variation globale dès que l'outil de tournage est complètement entré dans la pièce (31), la valeur de la variation globale dès que l'outil de tournage commence à sortir de la pièce (32), la valeur de la variation globale à l'instant de la première rupture de pente pendant que l'outil de tournage est dans la 25 pièce (33), et la valeur maximale ou minimale de la variation globale après l'instant de première rupture de pente, tant que l'outil est dans la pièce (34).
4. 4. Procédé de détection selon la revendication 3, dans lequel la 30 présence potentielle d'une anomalie (104, 106) dans la pièce (30) est 3028785 25 déterminée lorsque l'instant de première rupture de pente, pendant que l'outil de tournage est dans la pièce (t3), survient avant que l'outil ne commence à sortir de la pièce (t2). 5
5. 5. Procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'anomalie détectée comprend une couche à grains déformés (104) et/ou une couche blanche (106).
6. 6. Procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 5, comprenant en outre : - la mesure d'une grandeur représentative de l'effort radial (Fr) exercé par l'outil de tournage (10) sur la pièce (30) ; - l'évaluation de la profondeur de l'anomalie (PA) dans la pièce (30) en fonction de ladite mesure, par une méthode non destructive pour la pièce. 15
7. 7. Procédé de détection selon la revendication 6, l'étape d'évaluation comprenant : - l'usinage d'au moins deux échantillons, en tournage, dans des conditions identiques à celles du tournage de la pièce (30), pendant une durée 20 suffisante pour créer des anomalies dans les échantillons ; - la mesure (60) de la profondeur des anomalies (PA) des échantillons et de l'effort radial (Fr) appliqué par l'outil de tournage (10) sur les échantillons ; - l'interpolation (65) de la profondeur de l'anomalie (PA) en un point de la 25 pièce (30) à partir de l'effort radial (Fr) exercé par l'outil sur la pièce en ce point.
8. 8. Procédé de détection selon la revendication 7, dans laquelle l'interpolation (65) est linéaire. 30 3028785 26
9. 9. Programme comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur ou par un microprocesseur.
10. 10. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.