FR3133395A1 - Procédé de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage - Google Patents

Procédé de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage Download PDF

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Procédé de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage Procédé (100) de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage pour la réalisation d’une préforme textile par aiguilletage d’une bande textile sur un outillage de support, comprenant au moins : - la détermination (110) d’un ensemble de triplets de coordonnées (x, y, z) des points de passage de la tête d’aiguilletage en fonction des positions des fibres dans la préforme textile à réaliser, de sa géométrie locale et d’une distance minimale prédéterminée à respecter entre la tête d’aiguilletage et l’outillage de support ou la préforme permettant d’éviter une collision avec cette dernière, et - la détermination (120) de l’orientation angulaire (α, β, γ) de la tête d’aiguilletage pour chaque point de passage en fonction de l’orientation angulaire de la bande textile et des fibres dans la préforme textile à réaliser. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage
La présente invention concerne la fabrication de préformes textiles par aiguilletage et plus particulièrement la détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage pour la fabrication d’une préforme textile.
Les préformes textiles forment le renfort de matériaux composites à matrice organique ou céramique. Elles forment une armature au matériau reprenant l’essentiel des efforts mécaniques, qui est renforcée et protégée par la matrice organique ou céramique du matériau composite.
La réalisation de préformes textiles par aiguilletage consiste à superposer des plis textiles et à lier ces plis entre eux par aiguilletage. En particulier, l’aiguilletage consiste à lier entre eux les plis en transférant des fibres d’un pli à l’autre dans la direction Z, c’est-à-dire long de l’épaisseur de la préforme, créant ainsi des liaisons mécaniques entre les plis dans cette direction.
Les moyens actuels d’aiguilletage sont programmés pour suivre une certaine trajectoire de manière à aiguilleter la préforme selon certains critères, comme par exemple la densité de fibres en Z. Les programmes actuels sont propres à la machine utilisée, et ne sont pas utilisables sur une autre. De plus, ils peuvent suivre un profil axisymétrique basé sur un mode adaptatif, qui permet de corriger la position de la machine en fonction des surépaisseurs rencontrées lors de l’aiguilletage.
Néanmoins, certaines préformes, comme les préformes de protection thermique de rentrée atmosphérique, peuvent avoir une forme de calotte sphérique, une géométrie débouchante ou non-débouchante et/ou une géométrie non-axisymétrique. Les moyens actuels d’aiguilletage, en particulier leurs programmes ne sont donc pas adaptés à ces géométries complexes.
Il est donc souhaitable de disposer d’une nouvelle solution de programmation des moyens d’aiguilletage permettant d’être utilisée sur plusieurs machines d’aiguilletage et de s’adapter à tout type de géométrie de préforme, y compris les géométries non-axisymétriques et non-débouchantes.
La présente invention concerne un procédé de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage pour la réalisation d’une préforme textile par aiguilletage d’une bande textile sur un outillage de support, comprenant au moins :
  • la détermination d’un ensemble de triplets de coordonnées (x, y, z) des points de passage de la tête d’aiguilletage en fonction des positions des fibres dans la préforme textile à réaliser, de sa géométrie locale et d’une distance minimale prédéterminée à respecter entre la tête d’aiguilletage et l’outillage de support ou la préforme permettant d’éviter une collision avec cette dernière, et
  • la détermination de l’orientation angulaire de la tête d’aiguilletage (α, β, γ) pour chaque point de passage en fonction de l’orientation angulaire de la bande textile et des fibres dans la préforme textile à réaliser.
Grâce au procédé de l’invention, les points de passage et l’orientation de la tête d’aiguilletage sont déterminés avant de commencer l’aiguilletage en tenant compte de la complexité de la géométrie de la préforme à réaliser, de la densité et de l’orientation des fibres en Z tout en veillant que l’outillage de support et la préforme ne rentrent pas en collision avec la tête d’aiguilletage. Ce programme n’est donc pas lié à une machine particulière et peut s’adapter à toutes les machines et formes de préforme souhaitée. Il permet ainsi de fabriquer de manière versatile des préformes textiles par aiguilletage selon les besoins et les propriétés thermostructurales souhaités, comme par exemple la densité de fibres en Z et l’orientation des fibres en Z.
De plus, comme il est tenu compte de la complexité de la géométrie de la préforme à réaliser, le nombre de points de passage est adapté pour alléger les temps de calcul et le programme en lui-même. Par exemple, si une zone a un rayon de courbure local faible, le nombre de points de passage sera plus important dans cette zone qu’une autre zone ayant un rayon de courbure plus important.
La détermination des triplets de coordonnées des points de passage de la tête d’aiguilletage et de l’orientation angulaire de la tête peut résulter d’un ou de plusieurs calculs, ou certains paramètres (coordonnée ou angle) peuvent être prédéfinis par avance.
La détermination des triplets de coordonnées des points de passage de la tête d’aiguilletage peut être réalisée également en fonction de la largeur de la bande textile et de son éventuel recouvrement.
La détermination de l’orientation angulaire de la tête d’aiguilletage peut être réalisée par rapport à la normale à la géométrie locale.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, l’outillage de support est en rotation autour d’un axe de rotation et le procédé comprend une projection mathématique des points de passage déterminés sur un plan de référence fixe par rapport à l’outillage de support et comprenant l’axe de rotation de l’outillage de support.
Cela permet de convertir les triplets de coordonnées (x, y, z) en coordonnées polaires (r, θ, z) et donc d’implémenter plus facilement les coordonnées des points de passage de la tête d’aiguilletage dans la machine d’aiguilletage.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le procédé comprend en outre la détermination d’une vitesse de déplacement locale de la tête d’aiguilletage en fonction du taux de fibres en Z dans la zone associée de la préforme à réaliser et d’une rotation de l’outillage de support.
Cela permet de pouvoir adapter la densité d’aiguilletage en fonction de la géométrie de la préforme, et ainsi augmenter, diminuer ou garder constante cette densité selon les caractéristiques géométriques locales de la préforme.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le procédé comprend en outre la réalisation d’un maillage de la géométrie de la préforme textile à réaliser, la détermination de l’ensemble des triplets de coordonnées (x, y, z) étant effectuée sur ce maillage.
Le maillage permet une utilisation mathématique plus précise de la géométrie de la préforme pour pouvoir ensuite appliquer l’ensemble des opérations de détermination des points de passage et de l’orientation angulaire de la tête, mais également de discrétiser le nombre de points de passage en fonction de la complexité géométrique de la préforme à réaliser.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’outillage de support a une forme non-axisymétrique et/ou non-débouchante.
Cela permet de pouvoir réaliser une préforme textile de géométrie complexe.
Un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une préforme textile par aiguilletage comprenant la détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage selon l’invention et la fabrication par aiguilletage de la préforme textile sur un outillage de support, dont la forme correspond à celle de la préforme textile à réaliser, à l’aide d’une tête d’aiguilletage programmée selon le programme déterminé.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.
La représente, de manière schématique et partielle, un ordinogramme du procédé de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage selon un mode de réalisation de l’invention.
La représente, de manière schématique et partielle, l’étape 109 du procédé décrit en .
La représente, de manière schématique et partielle, l’étape 110 du procédé décrit en .
La représente, de manière schématique et partielle, l’étape 120 du procédé décrit en .
La représente, de manière schématique et partielle, l’étape 121 du procédé décrit en .
La représente, de manière schématique et partielle, un ordinogramme du procédé de fabrication d’une préforme textile par aiguilletage selon un mode de réalisation de l’invention.
La représente un ordinogramme du procédé 100 de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage selon un mode de réalisation de l’invention, et les figures 2A, 2B, 2C et 2D représentent les différentes étapes de ce même procédé. Le procédé est ainsi décrit en référence aux figures 1, 2A, 2B, 2C et 2D.
Le procédé 100 est un procédé de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage 230 pour la réalisation d’une préforme textile 200 par aiguilletage d’une bande textile sur un outillage de support 205. Ce procédé 100 comprend la détermination 110 d’un ensemble de triplets de coordonnées (x, y, z), (x1, y1, z1), (x2, y2, z2), (x3, y3, z3) des points de passage 220, 221, 222, 223 de la tête d’aiguilletage 230. Pour des raisons de clarté, seuls quelques points sont visibles sur les figures, néanmoins le nombre de points de passage n’est pas limité à ces quatre points. De plus, la position de ces points visibles sur la ne signifie pas que l’on détermine d’abord le point 220 (ou le point 222) avant le point 221 (ou le point 223). Généralement, l’ordre de détermination des différents points de passage de la tête suit le déroulement et l’aiguilletage de la bande textile sur l’outillage de support.
Les points de passage 221, 222, 223 sont déterminés en fonction des positions des fibres selon les axes X, Y, Z, en particulier selon l’axe Z dans la préforme textile à réaliser 200, de la géométrie locale de la préforme 200, par exemple de son rayon de courbure local, et de la distance minimale dmin. Cette distance minimale dminest une distance permettant d’éviter une collision entre la tête d’aiguilletage 230 et la préforme 200 en cours de réalisation ou l’outillage de support 205. La distance minimale dminest prédéterminée par l’utilisateur. Cette étape 110 est représentée sur la .
Le nombre de points de passage 220, 221, 222, 223 peut dépendre de la complexité de la préforme à réaliser 200. Par exemple, si la préforme est de forme complexe (par exemple, une forme non-axisymétrique), le nombre de points de passage sera généralement plus important qu’une préforme de forme simple (par exemple, une forme axisymétrique).
Puis le procédé 100 comprend la détermination 120 de l’orientation angulaire de la tête d’aiguilletage 230 pour chaque point de passage 220, 221, 222, 223 déterminés dans l’étape 110 en fonction de l’orientation angulaire des fibres en Z dans la préforme textile à réaliser 200. Cette étape 120 est représentée sur la . Dans cette étape 120, on détermine, par exemple, l’angle α formé entre la tête d’aiguilletage 230 et l’axe Z pour le point de passage 220 et/ou l’angle β formé entre la tête d’aiguilletage 230 et l’axe X pour le point de passage 220. Plus particulièrement, dans l’exemple de la détermination de l’angle α, l’angle α est formé entre l’axe Z et l’orientation de la tête, qui correspond à l’orientation 260 des fibres en Z pour ce point de passage 220.
Le procédé 100 peut également comprendre une étape 109 de réalisation d’un maillage 210 de la géométrie de la préforme textile à réaliser 200. La détermination 110 de l’ensemble des triplets de coordonnées (x, y, z) des points de passage est ainsi effectuée sur ce maillage 210. Cette étape 109 est représentée sur la . Cela permet de simplifier la géométrie de la préforme 200 et de déterminer plus facilement les points de passage 220.
Quand l’outillage de support 205 tourne autour d’un axe de rotation 280, le procédé 100 peut encore comprendre une étape 121 de projection des points de passage 220 déterminés dans l’étape 110 dans un plan de référence 240 fixe par rapport à l’outillage de support 205 et comprenant l’axe de rotation 280 de l’outillage de support 205. Le plan de référence 240 peut par exemple être le plan (YZ) ou le plan (XY) ou encore le plan (λ). Cela permet de déterminer les coordonnées polaires (r, θ, z) des points de passage 220. Cette étape 121 est représentée sur la .
Le procédé 100 peut encore comprendre la détermination d’une vitesse de déplacement locale de la tête d’aiguilletage 230 en fonction du taux de fibres en Z dans la zone associée de la préforme à réaliser 200 en fonction d’un éventuel déplacement de l’outillage de support 205. Par exemple, si l’outillage de support 205 est en rotation durant l’aiguilletage, selon le rayon de courbure de la géométrie de la préforme à réaliser 200, il peut être intéressant de faire varier la vitesse de déplacement de la tête d’aiguilletage 230 entre les points de passage 220 le long de ce rayon de courbure pour adapter au mieux le taux de fibres de Z.
La représente un ordinogramme du procédé 300 de fabrication d’une préforme textile par aiguilletage selon un mode de réalisation de l’invention.
Le procédé 300 comprend d’abord la détermination 310 d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage selon l’invention, donc par exemple selon le procédé décrit précédemment, puis la fabrication 320 par aiguilletage de la préforme textile sur un outillage de support. L’outillage de support a la même forme que la surface interne de la préforme à réaliser. L’aiguilletage est réalisé à l’aide d’une tête d’aiguilletage programmée selon le programme déterminé dans l’étape 301.
Un système d’aiguilletage utilisé pour la fabrication est par exemple un système comprenant :
  • une tête d’aiguilletage programmée selon le programme déterminé ;
  • un bras robotisé mobile selon plusieurs degrés de liberté, portant la tête d’aiguilletage et configuré de manière à déplacer la tête d’aiguilletage suivant des trajectoires et des orientations prédéterminées dans le programme de déplacement et d’orientation ;
  • un dispositif d’alimentation d’une bande textile monté sur la tête d’aiguilletage et configuré pour déposer la bande textile sur un outillage de support et procéder à sa découpe, et
  • une unité de contrôle configurée pour commander le bras robotisé, l’actionnement de la tête d’aiguilletage et le dépôt de la bande textile selon le programme de déplacement et d’orientation de la tête.
L’outillage de support utilisé pour déterminer le programme de déplacement et d’orientation de la tête d’aiguilletage et pour la fabrication de la préforme textile peut avoir une forme non-axisymétrique et/ou non-débouchante. Cela permet de réaliser une préforme de forme non-axisymétrique et/ou non-débouchante, qui pourra, par exemple, ainsi former une préforme de protection thermique de rentrée atmosphérique.
L’outillage de support peut également tourner lors de l’aiguilletage autour d’un axe de rotation, afin de faciliter les déplacements du bras robotisé. L’unité de contrôle peut, dans ce cas, la rotation de l’outillage de support. Par exemple, elle peut commander l’axe de rotation et/ou la vitesse de rotation de l’outillage de support.

Claims (6)

  1. Procédé (100) de détermination d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage (230) pour la réalisation d’une préforme textile (200) par aiguilletage d’une bande textile sur un outillage de support (205), comprenant au moins :
    • la détermination (110) d’un ensemble de triplets de coordonnées (x, y, z), (x1, y1, z1), (x2, y2, z2), (x3, y3, z3) des points de passage (220, 221, 222, 223) de la tête d’aiguilletage (230) en fonction des positions des fibres dans la préforme textile à réaliser (200), de sa géométrie locale et d’une distance minimale (dmin) prédéterminée à respecter entre la tête d’aiguilletage et l’outillage de support (205) ou la préforme permettant d’éviter une collision avec cette dernière, et
    • la détermination (120) de l’orientation angulaire (α, β, γ) de la tête d’aiguilletage pour chaque point de passage en fonction de l’orientation angulaire de la bande textile et des fibres dans la préforme textile à réaliser.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’outillage de support est en rotation autour d’un axe de rotation (280) et le procédé comprend une projection mathématique (121) des points de passage déterminés dans un plan de référence (240, λ) fixe par rapport à l’outillage de support et comprenant l’axe de rotation.
  3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant en outre la détermination d’une vitesse de déplacement locale de la tête d’aiguilletage en fonction du taux de fibres en Z dans la zone associée de la préforme textile à réaliser et d’une rotation de l’outillage de support.
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre la réalisation (109) d’un maillage (210) de la géométrie de la préforme textile à réaliser, la détermination de l’ensemble des triplets de coordonnées (x, y, z) étant effectuée sur ce maillage.
  5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’outillage de support a une forme non-axisymétrique et/ou non-débouchante.
  6. Procédé de fabrication (300) d’une préforme textile par aiguilletage comprenant la détermination (310) d’un programme de déplacement et d’orientation d’une tête d’aiguilletage selon l’une des revendications 1 à 5 et la fabrication par aiguilletage (320) de la préforme textile sur un outillage de support, dont la forme correspond à celle de la préforme textile à réaliser, à l’aide d’une tête d’aiguilletage programmée selon le programme déterminé.
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