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WO2023214063A1 - Procédé et système de réparation d'un objet - Google Patents

Procédé et système de réparation d'un objet Download PDF

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Publication number
WO2023214063A1
WO2023214063A1 PCT/EP2023/062036 EP2023062036W WO2023214063A1 WO 2023214063 A1 WO2023214063 A1 WO 2023214063A1 EP 2023062036 W EP2023062036 W EP 2023062036W WO 2023214063 A1 WO2023214063 A1 WO 2023214063A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
defect
marker
volume
dimensions
repair
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2023/062036
Other languages
English (en)
Inventor
Stéphane TOUZÉ
Jean-Yves HASCOET
Matthieu RAUCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecole Centrale de Nantes
Original Assignee
Ecole Centrale de Nantes
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecole Centrale de Nantes filed Critical Ecole Centrale de Nantes
Publication of WO2023214063A1 publication Critical patent/WO2023214063A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G05B19/4099—Surface or curve machining, making 3D objects, e.g. desktop manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45104—Lasrobot, welding robot

Definitions

  • the present invention relates to a method of repairing an object having a surface defect. More specifically, the present invention relates to a method for repairing an object based on marking defect areas.
  • the present invention also relates to a system for repairing an object presenting a surface defect.
  • Certain factory parts such as foundry parts used in the aeronautical, naval or automobile industries, may have surface defects due to their manufacturing or their wear. These defects, of a geometric or metallurgical nature, must be corrected in order to restore the desired geometric and metallurgical properties for these parts.
  • the aim of the invention is to provide a method which allows the repair of surface defects in an automated, precise and/or rapid manner.
  • the present invention relates to a method of repairing an object presenting at least one surface defect, the method comprising the following steps: a. determination of the position of the defect on the object, said defect having an external surface, and geometric characteristics of the defect, said geometric characteristics comprising at least the two dimensions of the external surface of the defect and a geometric shape of the defect; b. selection of a three-dimensional marker comprising at least one base whose dimensions are greater than or equal to those of the surface of the defect, said marker being chosen from a set of pre-existing markers made of a machinable material; vs.
  • step e machining of the object by removing the volume to be machined determined in step d) machining of the object involving the machining of the marker positioned on the object; and F. reloading of the volume machined in step e) by adding material.
  • the user After having identified a defect on the surface of an object, the user selects a three-dimensional marker (or in three dimensions or 3D) from a pre-existing set of markers, ie from a library of markers bringing together markers of dimensions and of different shapes.
  • the user therefore has access to a wide variety of dimensions, namely surface dimensions (in the plane of the surface of the object), thickness (or depth, ie dimension extending to the normal of the plane of the surface of the object) and different shapes.
  • the dimensions and shape of the marker also make it possible to know the extent of the defect on the surface of the object and also serve as an indicator for generating the tool trajectories precisely during the machining steps (e). and reloading (f).
  • the use of markers therefore also makes it possible to automate the repair process by facilitating and automatic generation of the trajectory of the machining and reloading means.
  • a certain amount of information can be encoded depending on the shape, color and/or size of the marker.
  • the characteristics of the marker make it possible to encode the depth of machining, the shape of the defect, the type of machining, the type of resurfacing, the material to be used for resurfacing, thus making the method even more automated. .
  • markers made of a machinable material makes it possible to leave the markers in place after measuring the defect depth.
  • the marker is machined at the same time as the fault area, so as to automate the repair process as much as possible. This minimizes human intervention and therefore increases the speed and precision of the repair.
  • markers make it possible to repair the object more quickly when the latter has several defects.
  • several markers are positioned on the different surface defects for repair. simultaneous occurrence of said defects. Once the markers are positioned, the geometric characteristics (dimensions, shapes) and the position are directly known for each of the defects.
  • the method further comprises a step of determining a surface model of the defect zone.
  • the method further comprises a surface finishing step comprising the following steps: determination, by three-dimensional scan, of a surface of the defect zone after reloading the machined volume; comparison of said surface with the surface model of the defect zone; machining or resurfacing of the surface of the defect zone depending on the result of said comparison.
  • the method further comprises an additional post-treatment step comprising polishing the surface of the defect zone, heat treatment of the defect zone, and/or treatment by mechanical waves or acoustics of the fault zone.
  • the machining is carried out by milling, drilling and/or cutting.
  • the reloading is carried out by additive manufacturing.
  • the determination of the position of the defect on the object and the dimensions of the surface of the defect is carried out by non-contact measurement.
  • the contactless measurement is chosen from laser profilometry, laser scanning, three-dimensional scanning, instantaneous three-dimensional imaging, radiography and/or tomography.
  • the present invention also relates to a system for repairing an object presenting at least one surface defect, the system being configured to implement the repair method according to one of the above embodiments and comprising: a set of markers; and a repair machine comprising; o at least one material removal means; o at least one means of adding material; o a contactless measuring means configured to determine a position of the defect on the object and geometric characteristics of the defect, said geometric characteristics comprising at least the two dimensions of the surface of the defect; and o a controller comprising at least:
  • ⁇ a first processor configured to generate a volume to be machined and/or a volume to be recharged based on the data provided by the contactless measuring means and the position of the defect provided by the contactless measuring means;
  • ⁇ a second processor configured to generate trajectories of the material removal and/or addition means based on the volume generated by the first processor.
  • the repair system makes it possible to know the position of the different means of removing material, adding material and measuring without contact in a single coordinate frame of reference without requiring a change of frame of reference calculation.
  • it achieves better repair accuracy. This also saves time because no manipulation of the object is required between each step.
  • the contactless measuring means makes it possible, thanks to the determination of the position and the shape of the marker on the object, to position the marked object almost arbitrarily in the working space of the repair system, the position of the fault area in the workspace being determined by the position of the marker.
  • the system further comprises a module for generating a surface model of the object based on the data provided by the contactless measuring means.
  • the system further comprises a module for determining the position and dimensions of the positioned marker.
  • F at least one means of adding material is a device allowing reloading by additive manufacturing among material projection, laser deposition or electric arc deposition.
  • the contactless measuring means is chosen from laser profilometry, three-dimensional scanning, instantaneous three-dimensional imaging, radiography and/or tomography.
  • Basis of the marker concerns the surface of the marker intended to be brought into contact with the object and/or the surface defect.
  • “On the surface” or “surface” describes the positioning of defects at a shallow depth in the volume of the object.
  • shallow depth we mean a depth less than 10% of the dimension of the object containing the defect.
  • Marker concerns a three-dimensional element of previously known size and shape allowing, once placed on the object, to define (or mark) a defect zone.
  • Reloading concerns an addition of material with a view to filling a deficit volume.
  • “External surface of the defect” concerns the surface of the defect defined by projection of the three-dimensional shape of the defect onto the surface of the object.
  • Machining concerns the removal of material from an object.
  • the present invention relates to a method 100 for repairing an object 305 having at least one surface defect 303.
  • the steps of the method 100 are schematically represented in Figure 1.
  • Said method comprises the following steps: a. determination of the position of the defect 303 on the object 305, said defect 303 having an external surface, and geometric characteristics of the defect 303, said geometric characteristics comprising at least the two dimensions of the external surface of the defect 303 and a geometric shape defect 303; b. selection of a three-dimensional marker comprising at least one base whose dimensions are greater than or equal to those of the surface of the defect 303, said marker 200 being chosen from a set of pre-existing markers; vs. positioning of the selected marker 200 on the object 305 so that the base of the marker 200 covers at least the entire surface of the defect 303, the position and dimensions of the marker 200 defining a defect volume and a defect zone ; d.
  • step c determination of a volume to be machined 307 according to the defect volume defined in step c); e. machining of the object 305 by removing the volume to be machined 307 determined in step d); and F. reloading of the volume machined in step e) by adding material.
  • Object 305 can be any type of object.
  • object 305 is a foundry part used in industry, for example, the aeronautical, naval or automobile industry.
  • item 305 is a metal alloy casting.
  • the object 305 is characterized by a surface defining its volume in three dimensions. This surface is called the surface of the object. [0046] On the surface or close to the surface of the object to be repaired there is a defect 303 or a plurality of defects 303.
  • Each defect 303 can be associated with a local orthogonal three-dimensional axial system.
  • this local system two of the axes are defined substantially in the average plane of the surface of the object where the defect 303 is located.
  • the third axis is therefore substantially perpendicular (normal) to the surface of the object where the defect is located. default 303.
  • Each defect 303 has its own geometric characteristics. These geometric characteristics include the geometric shape of the defect 303 as well as its dimensions along each of the axes of the associated local system.
  • the dimensions along the first two axes of the local system make it possible to define the external surface of defect 303 and are hereinafter called surface dimensions.
  • the external surface of the defect 303 is defined as the projection of the three-dimensional shape of the defect 303 on the plane formed by these first two axes.
  • the third axis allows you to define the depth of defect 303.
  • the defects 303 repairable by the repair method of the present invention are surface defects 303 (or surface defects).
  • the notion of surface defect 303 is defined as a function of the dimension of the object 305 along the third axis of the local system, that is to say perpendicular to the surface of the object.
  • a surface defect 303 is a defect extending to a depth less than 10% of the dimension of the object 305 along this third axis.
  • a surface defect 303 is located at a depth of between 0 and 10 centimeters, preferably between 0.1 millimeter and 3 centimeters.
  • the defect 303 to be repaired may be a geometric defect (crack, hole, etc.) or a metallurgical defect (well, blowhole, etc.).
  • defect 303 is a manufacturing defect or a defect due to wear of object 305.
  • the first step 110 of the method is the determination of the position of the defect 303 on the object 305.
  • This first step 110 can be carried out manually by an operator by determining the coordinates of the defect(s) 303 on the object. 305.
  • this first step 110 can be carried out by automatic detection of defects, for example by a Non-Destructive Testing (NDT) method.
  • the NDT method can be radiography or tomography.
  • This alternative embodiment is preferably carried out when the object 305 is positioned at the location of the repair, for example, in a working space of a repair machine (a repair system comprising a repair machine of the invention is described below).
  • the second step 120 is the selection of a marker 200 from a pre-existing set of markers (also called physical library of markers).
  • a pre-existing set of markers also called physical library of markers.
  • An example of a set of markers is shown in Figure 2.
  • each of the markers 200 of the set of markers has at least one characteristic (dimension, shape, color, etc.) which is recorded in a database (also called digital marker library).
  • the database includes the digital three-dimensional representation file of each of the markers 200 (CAD file or “computer aided design” - CAD - in English).
  • a marker also called a beacon, template or indicator, is an element making it possible to identify (or mark) a defect 303 on the surface of the object 305.
  • each defect 303 to be repaired is marked (or marked) by a marker pen.
  • the marker 200 is a three-dimensional (3D) element having at least one base, as shown in Figure 2.
  • This base is configured to be in contact with the surface of the object 305.
  • this base may comprise an adhesive surface, such as a coating comprising an adhesive glue or a “modeling clay” type material, capable of attaching to the object 305.
  • the dimensions and shapes of the marker 200 have little constraints.
  • the size of the 200 marker can vary from a few millimeters to a few centimeters.
  • the shape of marker 200 can be arbitrary (“free form” in English) or correspond to a simple geometric shape (sphere, cube, etc.).
  • marker 200 may be a combination of simple geometric shapes.
  • the marker 200 is made of an easily machinable material in order to be able to leave the marker 200 in place on the object 305 during the entire repair process.
  • the use of polyether foam or polyurethane foam for the manufacture of the marker 200 makes it possible to manufacture a machinable marker 200 at low cost.
  • the marker 200 makes it possible to encode a certain amount of information used during the repair of the defect 303.
  • This information can be encoded as functions of the height, the color and/or the geometric shape of the marker pen.
  • the size of marker 200 is representative of the depth of defect 303 for which it is selected.
  • the geometric shape of the marker 200 is representative of the geometric shape of the defect 303.
  • the color of the marker 200 is representative of the type of machining to be carried out during the repair.
  • each of the geometric shapes can be representative of different machining information.
  • markers 200 of the set of markers it is advantageous for the markers 200 of the set of markers to have varied characteristics (size, shape and/or color) in order to be able to represent a large quantity of defects 303 having different characteristics on the surface of a large quantity of objects 305 with different characteristics.
  • these sizes, shapes and colors of markers 200 must be sufficiently unique (characteristics) not to be present elsewhere in the measurement area of the object 305.
  • the marker 200 is selected according to at least two criteria: the dimensions of its base must be greater than or equal to those of the external surface of the defect and its dimensions (shape and/or height) must be representative of the volume of the defect.
  • the dimensions of the base of the marker 200 are equal to the external surface of the defect and the height of the marker 200 is equal to the depth of the default.
  • the marker 200 can then be selected so that its shape and/or color characteristics represent other information related to the defect and/or the repair to be carried out. Indeed, as described above, this information can be encoded in the shape, height and/or color of the marker.
  • This second step 120 can be carried out manually by an operator by determining the dimensions of the defect 303 and/or the nature of the material constituting the object 305 at the location of the defect 303.
  • this second step 120 can be carried out by automatic determination of the dimensions of the defect 303, for example by a CND method.
  • This alternative embodiment is preferably carried out when the object 305 is positioned at the location of the repair, for example, in the working space of the repair machine.
  • the third step 125 is the positioning of the marker 200 selected on the object 305 so that the base of the marker 200 covers at least the entire surface of the defect 303 for which it was selected as shown. in Figure 3.
  • This third step 125 can be carried out manually by an operator or automatically, for example using a robotic arm included in the repair system.
  • the automatic embodiment is preferably carried out when the object 305 is positioned at the location of the repair, for example, in the working space of the repair machine.
  • the marker 200 is fixed to the surface of the object 305.
  • the fixing of the marker 200 is preferably a reversible fixing.
  • the fixing can be adhesive. Fixing can be done by applying an adhesive glue between the object 305 and the marker 200 or directly using the adhesive surface of the marker 200 if necessary.
  • the object 305 can then be scanned in step 130 in order to determine the position on the object 305 of F at least one defect 303 to be repaired as well as its geometric characteristics.
  • An embodiment of the scan of the object 305 is shown in Figure 3.
  • the determination of the position of the defect 303 on the object 305 and the dimensions of the surface of the defect 303 is carried out by a non-contact measurement.
  • the non-contact measurement is chosen from laser profilometry, laser scanning, three-dimensional scanning, instantaneous three-dimensional imaging, radiography and/or tomography.
  • the position of the defect 303 on the object 305 is determined by the recognition step 140 of the marker 200. Indeed, during the recognition step 140, the contactless measurement can make it possible to record data related to the position of the marker 200. This data is then analyzed by a controller to determine the position of the marker 200 in the common reference coordinate system of the repair machine.
  • the contactless measurement also makes it possible to determine, on the basis of the characteristics of the marker, the geometric characteristics of the defect 303 on which the marker 200 is positioned. Indeed, the marker 200 having been selected to represent the dimensions of the defect 303, the determination of the dimensions and/or the shape of the marker 200 makes it possible to determine the dimensions of the defect 303.
  • the data measured during the contactless measurement are analyzed by the controller in order to determine, in particular, the two dimensions of the external surface of the defect 303 as well as the depth of the defect 303.
  • This determination of position, dimensions, and/or shape of the marker 200 by the controller can be done using, for example, a point-set registration algorithm. » “point-cloud registration” or “scan matching” in English) like ICP (“Iterative Closest Point” in English). This determination makes it possible to associate the marker 200 belonging to the physical marker library with an entry in the database (digital marker library).
  • the dimensions or shape of the marker 200 define a defect volume for the marked defect 303.
  • the position of the marker 200 and the two dimensions of the external surface of the defect 303 define a defect zone for each defect 303 marked.
  • the defect zone is characterized by a surface approximately centered on the defect 303 and whose dimensions are slightly greater (from a few millimeters to a few centimeters) than those of the external surface of the defect 303.
  • contactless measurement can make it possible to determine the shape and/or color of the marker 200 in order to access the information which can be encoded in the marker, for example via the digital library of markers.
  • the recovery of information encoded in the marker 200 makes it possible to deduce the volume of the defect, a means of machining and/or material removal to be used in order to repair the object 305 optimally.
  • the fourth step 147 is the determination of a volume to be machined 307 as a function of the defect volume determined in the recognition step 140.
  • the volume to be machined 307 is preferably greater than or equal to the defect volume as is shown in Figure 3.
  • a first processor of the controller is configured to generate - that is to say determine - a volume to be machined 307 based on the data provided during the contactless measurement.
  • the fifth step 155 is the machining of the object 305 by removing the volume to be machined 307.
  • a second processor of the controller generates in step 150 trajectories of the material removal means based on the volume generated by the first processor. Once this machining step 155 is completed, the object 305 is described as machined or scoured.
  • the machining is carried out by milling, drilling and/or cutting the defect 303.
  • Machining the object (305) involves machining the marker (200) positioned on the object (305).
  • the sixth step 165 is the reloading of the volume machined in the previous step by adding material.
  • the second processor of the controller When this step 165 is carried out by the repair system described below, the second processor of the controller generates in step 160 trajectories of the means for adding material based on the volume machined.
  • the machined volume can be the volume calculated previously. Alternatively, the machined volume can be recalculated in step 163 as the intersection between the volume occupied by the machining means along its trajectory and the volume of the object 305 represented locally by its surface.
  • the reloading is carried out by additive manufacturing such as 3D printing such as material projection (“Material Jetting” in English) or a process from the “Deposition under concentrated energy” family (“Directed Energy Deposition” in English) such as the powder projection process with laser fusion ("Laser Metal Deposition” - LMD - in English) also called “laser deposition” or wire deposition by electric arc (“WAAM - Wire Arc Additive) Manufacturing” in English).
  • additive manufacturing such as 3D printing such as material projection (“Material Jetting” in English) or a process from the “Deposition under concentrated energy” family (“Directed Energy Deposition” in English) such as the powder projection process with laser fusion ("Laser Metal Deposition” - LMD - in English) also called “laser deposition” or wire deposition by electric arc (“WAAM - Wire Arc Additive) Manufacturing” in English).
  • laser deposition allows localized and rapid cooling of the reloading location. This type of deposit therefore makes it possible
  • cooling by laser deposition is faster than by electric arc deposition and much faster than in conventional foundry.
  • several powder reservoirs can be activated during reloading, which makes it possible to develop alloys adapted to the need and/or a gradient of materials in the case of a heterogeneous repair.
  • laser deposition allows coaxial or lateral projection.
  • the method 100 may include an optional step 145 of determining a surface model of the defect zone.
  • the surface model can be previously encoded in the form of the marker 200 associated with the defect 303.
  • the surface model is determined using the position three-dimensional, measured for example by three-dimensional scan, of at least three points on the surface of the object 305 around the defect 303.
  • the surface model is then determined by an adjustment (“fit” in English) of the model parameters in order to reproduce as faithfully as possible the position of all of said points on the surface of the object 305.
  • the adjustment is a robust adjustment, that is to say, not biased by artifacts of measurement or by the defect 303 itself.
  • the adjustment is of the RANSAC type (“RANdom SAmple Consensus” in English).
  • the surface can be modeled by a plane, a polynomial, or other.
  • the type of model can be determined in advance by the operator. This optional step can be carried out before or after machining.
  • the method may include an optional surface finishing step 180.
  • This step 180 includes a first sub-step 183 of determining a surface of the defect zone after reloading the machined volume. For example, the three-dimensional position, measured by three-dimensional scanning, of at least three points on the surface of the object 305 in the defect area is determined. The surface thus measured is compared in step 185 to the surface model of the corresponding defect zone. Thus, the deviation between the measured surface and the surface model at the points whose three-dimensional position has been determined is measured.
  • an additional machining step 187 is carried out in order to get closer to the surface model.
  • an additional reloading step 187 is carried out in order to get closer to the surface model.
  • the method may include an additional post-processing step 190 in order to restore the physical and/or chemical properties of the object 305 to the defect zone.
  • this post-processing step 190 allows also to restore the surface condition in the case of repairing an object 305 comprising a functional surface.
  • This post-processing step 190 includes polishing (mechanical or laser), heat treatment and/or wave treatment (mechanical or acoustic) of the defect zone.
  • each of the steps of the method can be carried out sequentially or iteratively for each of the defects 303. That is to say that all of the steps of the method can be carried out for a fault 303 before carrying out all the steps for the next fault 303 or that each step can be carried out on all the faults 303 before moving on to the next step.
  • a set of process steps can also, for example, be carried out sequentially before carrying out the rest of the steps iteratively.
  • several markers 200 from the set of pre-existing markers are selected, i.e. a marker 200 is selected for each surface defect 303, simultaneously or successively.
  • the present invention also relates to a system for repairing an object 305 presenting at least one surface defect 303.
  • Said system is configured to implement the repair method according to the invention and comprises: a set of markers as defined above; and a repair machine comprising; o at least one material removal means; o at least one means of adding material; o a contactless measuring means 301 configured to determine a position of the defect 303 on the object 305 and geometric characteristics of the defect 303, said geometric characteristics comprising at least the two dimensions of the surface of the defect 303; and o a controller comprising at least:
  • ⁇ a first processor configured to generate 147 a volume to be machined 307 and/or a volume to be reloaded based on the data provided by the contactless measuring means 301 and the position of the fault 303 provided by the contactless measuring means 301;
  • ⁇ a second processor configured to generate trajectories of the material removal and/or addition means based on the volume generated by the first processor.
  • the characteristics of the elements used in the method are those of the corresponding elements of the system.
  • the repair machine can also include a work space allowing, when the object 305 is positioned in this work space, to determine the coordinates of the object 305 in a reference coordinate system common with the different elements of the repair machine.
  • a common reference coordinate system is advantageous because it allows the marked object 305 to be positioned almost arbitrarily in the working space of the repair system (except that the defect zone is accessible and reasonably oriented for repair operations). contactless measurement 301, machining and reloading). This therefore avoids loss of time and precision when placing the object 305 in the workspace.
  • the at least one material removal means makes it possible to machine the defect 303 identified, that is to say to remove material from the surface (internal or external) of the defect 303.
  • the at least one material removal means can be a milling cutter, a drill and/or a cutting machine allowing respectively milling, drilling and/or cutting of the defect 303.
  • each of the material removal means can be different (for example a milling cutter and a drill) allowing the simultaneous use of several tools.
  • the at least one means of adding material makes it possible to refill the machined defect, that is to say to add material in order to fill the machined volume up to the surface of the object 305
  • the at least one means of adding material can allow the reloading by additive manufacturing (3D printing) such as Material Jetting or a process from the “Directed Energy Deposition” family such as the powder projection process with laser fusion (“Laser Metal Deposition” – LMD – in English) also called “laser deposition” or wire deposition by electric arc (“WAAM – Wire Arc Additive Manufacturing” in English).
  • additive manufacturing such as Material Jetting
  • a process from the “Directed Energy Deposition” family such as the powder projection process with laser fusion (“Laser Metal Deposition” – LMD – in English) also called “laser deposition” or wire deposition by electric arc (“WAAM – Wire Arc Additive Manufacturing” in English).
  • laser deposition allows localized and rapid cooling of the reloading location.
  • This type of deposit therefore makes it possible to obtain a particularly fine micro structure, thus providing superior mechanical properties and limiting thermal deformation of the object 305 to be repaired.
  • cooling by laser deposition is faster than by electric arc deposition and much faster than in conventional foundry.
  • several powder reservoirs can be activated during reloading, which makes it possible to develop alloys adapted to the need and/or a gradient of materials in the case of a heterogeneous repair.
  • laser deposition allows coaxial or lateral projection.
  • the contactless measuring means 301 is configured to record data related to the position of the different elements in the work space. These data make it possible, for example, to determine the position on the object 305 of F at least one defect 303 to be repaired and the geometric characteristics of the defects 303 identified.
  • the non-contact measuring means 301 can be chosen from the laser profilometer, the laser scanner, the three-dimensional scanner, the instantaneous three-dimensional imager, the radiographer and/or the tomograph. The choice of the non-contact measuring means 301 may imply a constraint on the material forming the marker(s). For example, when using the laser profilometer, reflective surfaces should be avoided.
  • the contactless measuring means 301 can be mounted (that is to say, fixed reversibly or not) on one of the means for adding material or one of the means for removing material.
  • a controller in the repair machine allows the repair of the object 305 using the CNC technique (numerical computer control) and/or the use of a robotic arm.
  • the controller makes it possible to analyze the data recorded by the contactless measuring means 301 and/or to control the at least one means of adding or removing material. To do this, the controller includes at least two processors.
  • the first processor is configured to generate a volume to be machined 307 and/or a volume to be recharged on the basis of the data provided by the contactless measuring means 301.
  • the second processor is configured to generate trajectories of the material removal and/or addition means based on the volume generated by the first processor.
  • the modules must be understood as functional entities rather than as physically distinct hardware components. They can therefore be materialized either as grouped in the same tangible and concrete component, or as distributed among several of these components. Likewise, each of these modules is possibly itself shared between at least two physical components. In addition, the modules are implemented in the form of hardware, software, firmware or any mixed form thereof. They are preferably incorporated in at least one processor of the system.
  • the system may further comprise a module for generating a surface model of the object 305 based on the data provided by the contactless measuring means 301 and/or a module for determining the position and dimensions of the object. marker 200 positioned. DESCRIPTION OF FIGURES
  • Figure 1 represents the method of repairing an object according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a sample of all the markers of an object repair system according to one embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows the positioning of a marker on a defect.

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Abstract

Procédé (100) de réparation d'un objet présentant au moins un défaut de surface, le procédé comprenant les étapes de détermination (110) de la position du défaut sur l'objet, sélection (120) d'un marqueur tridimensionnel, positionnement (125) du marqueur sélectionné sur l'objet, détermination (147) d'un volume à usiner, usinage (155) de l'objet et rechargement (165) du volume usiné.

Description

PROCÉDÉ ET SYSTÈME DE RÉPARATION D’UN OBJET
DOMAINE DE L’INVENTION
[0001] La présente invention concerne un procédé de réparation d’un objet présentant un défaut de surface. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de réparation d’un objet basé sur le marquage des zones de défaut.
[0002] La présente invention concerne aussi un système de réparation d’un objet présentant un défaut de surface.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
[0003] Certaines pièces d’usine, telle que des pièces de fonderie utilisées dans l’industrie aéronautique, navale ou automobile, peuvent présenter des défauts de surface dus à leur fabrication ou à leur usure. Ces défauts, de nature géométrique ou métallurgique, doivent être corrigés afin de rétablir les propriétés géométriques et métallurgiques désirées pour ces pièces.
[0004] Certaines méthodes de réparation de tels défauts sont basées sur une détermination manuelle de la position et de la taille des défauts. Cependant, ces méthodes ne sont pas satisfaisantes car elles sont lentes et peu précises.
[0005] D’autres méthodes connues déterminent automatiquement le volume des défauts, par exemple par scan tridimensionnel. Cependant, ces méthodes requièrent toujours un positionnement précis de l’objet sous l’appareil de mesure afin de déterminer les coordonnées de la zone de la surface dans laquelle se situe le défaut. Ces méthodes impliquent donc aussi une perte de temps et de précision lors de la réparation des défauts.
[0006] Le but de l’invention est de fournir un procédé qui permet la réparation de défauts de surface de manière automatisée, précise et/ou rapide. RÉSUMÉ
[0007] Dans ce but, la présente invention concerne un procédé de réparation d’un objet présentant au moins un défaut de surface, le procédé comprenant les étapes suivantes : a. détermination de la position du défaut sur l’objet, le dit défaut ayant une surface externe, et des caractéristiques géométriques du défaut, lesdites caractéristiques géométriques comprenant au moins les deux dimensions de la surface externe du défaut et une forme géométrique du défaut ; b. sélection d’un marqueur tridimensionnel comprenant au moins une base dont les dimensions sont supérieures ou égales à celles de la surface du défaut, ledit marqueur étant choisi dans un ensemble de marqueurs préexistant fabriqués en une matière usinable ; c. positionnement du marqueur sélectionné sur l’objet de manière à ce que la base du marqueur recouvre au moins la totalité de la surface du défaut, ledit marqueur restant en place sur l’objet pendant tout le procédé de réparation, la position, les dimensions, et/ou la forme du marqueur, déterminé par le scan de l’objet, définissant un volume de défaut et une zone de défaut ; d. détermination d’un volume à usiner selon le volume de défaut défini à l’étape c) ; e. usinage de l’objet par retrait du volume à usiner déterminé à l’étape d) l’usinage de l’objet impliquant l’usinage du marqueur positionné sur l’objet ; et f. rechargement du volume usiné à l’étape e) par ajout de matière.
[0008] Après avoir repéré un défaut à la surface d’un objet, l’utilisateur sélectionne un marqueur tridimensionnel (ou en trois dimensions ou 3D) parmi un ensemble de marqueurs préexistant, i.e. parmi une bibliothèque de marqueurs rassemblant des marqueurs de dimensions et de formes différentes. L’utilisateur a donc accès à une grande variété de dimensions, à savoir dimensions de surface (dans le plan de la surface de l’objet), d’épaisseur (ou profondeur, i.e. dimension s’étendant à la normale du plan de la surface de l’objet) et de formes différentes.
[0009] L’utilisation d’un marqueur permet de positionner quasi-arbitrairement l’objet marqué dans l’espace de travail du système de réparation. En effet, la position et la géométrie du défaut dans le repère du système sont déduites directement des caractéristiques du marqueur. Cela permet donc de définir précisément et de manière automatique la position du défaut à la surface de l’objet, évitant de multiples manipulations de la part de l’opérateur, une perte de temps et de précision lors du placement l’objet dans l’espace de travail.
[0010] Les dimensions et la forme du marqueur permettent par ailleurs de connaitre l’étendue du défaut à la surface de l’objet et servent aussi d’indicateur pour générer les trajectoires outil de façon précises lors des étapes d’usinage (e) et de rechargement (f). L’utilisation de marqueur permet donc aussi d’automatiser le processus de réparation par une génération facilitée et automatique de la trajectoire des moyens d’usinage et de rechargement.
[0011] De plus, un certain nombre d’informations peuvent être encodées en fonction de la forme, de la couleur et/ou de la taille du marqueur. Par exemple, les caractéristiques du marqueur permettent d’encoder la profondeur d’usinage, la forme du défaut, le type d’usinage, le type de rechargement, la matière à utiliser pour le rechargement, rendant ainsi la méthode d’autant plus automatisée.
[0012] En outre, l’utilisation de marqueurs fabriqués en une matière usinable permet de laisser les marqueurs en place après la mesure de profondeur de défaut. Dans ce cas, le marqueur usiné en même temps que la zone de défaut, de manière à automatiser au maximum le processus de réparation. Cela permet de minimiser l’intervention humaine et donc d’augmenter la rapidité et la précision de la réparation.
[0013] Einalement, l’utilisation de marqueurs permet de réparer l’objet plus rapidement lorsque ce dernier possède plusieurs défauts. Dans ce cas, plusieurs marqueurs sont positionnés sur les différents défauts de surface pour une réparation simultanée desdits défauts. Une fois les marqueurs positionnés, les caractéristiques géométriques (dimensions, formes) et la position sont directement connues pour chacun des défauts.
[0014] De plus, les étapes de détermination du volume du défaut ainsi que les étapes d’usinage et de rechargement des défauts sont entièrement automatisées de manière à pouvoir réparer plusieurs défauts sur un même objet sans intervention humaine.
[0015] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de détermination d’un modèle de surface de la zone de défaut.
[0016] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de finition de surface comprenant les étapes suivantes : détermination, par scan tridimensionnel, d’une surface de la zone de défaut après rechargement du volume usiné ; comparaison de ladite surface avec le modèle de surface de la zone de défaut ; usinage ou rechargement de la surface de la zone de défaut en fonction du résultat de ladite comparaison.
[0017] La mise en œuvre d’une étape de finition permet de recouvrer les propriétés géométriques désirées.
[0018] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape supplémentaire de post-traitement comprenant le polissage de la surface de la zone de défaut, le traitement thermique de la zone de défaut, et/ou le traitement par ondes mécaniques ou acoustiques de la zone de défaut.
[0019] La mise en œuvre d’une étape de post-traitement permet de recouvrer les propriétés métallurgiques désirées.
[0020] Selon un mode de réalisation, l’usinage est effectué par fraisage, perçage et/ou par découpe. [0021] Selon un mode de réalisation, le rechargement est effectué par fabrication additive.
[0022] Selon un mode de réalisation, la détermination de la position du défaut sur l’objet et les dimensions de la surface du défaut est effectuée par une mesure sans contact.
[0023] La détermination de la position du défaut sur l’objet et des dimensions de la surface du défaut par une mesure sans contact permet d’éviter d’abîmer ou de déformer l’objet lors de la mesure. Cela permet également d’éviter la contamination d’objets requérant une pollution de surface minimale. Finalement, cela permet aussi une détermination plus rapide comparée aux mesures par palpation par exemple.
[0024] Selon un mode de réalisation, la mesure sans contact est choisie parmi la profilométrie laser, le scan laser, le scan tridimensionnel, l’imagerie tridimensionnelle instantanée, la radiographie et/ou la tomographie.
[0025] L’utilisation d’un scan laser permet de collecter des positions point par point grâce à un balayage selon deux dimensions.
[0026] L’utilisation d’un profilomètre laser permet de collecter des positions le long d’une ligne laser, par balayage sur une dimension le long de cette ligne, plutôt qu’en un point. Ainsi un seul capteur suffit pour effectuer une mesure tridimensionnelle.
[0027] L’utilisation d’un scan tridimensionnel permet d’effectuer une mesure instantanée (« snapshot » en anglais) de l’ensemble de la surface sans nécessiter de balayage.
[0028] La présente invention concerne aussi un système de réparation d’un objet présentant au moins un défaut de surface, le système étant configuré pour mettre en œuvre le procédé de réparation selon l’un des modes de réalisation ci-dessus et comprenant : un ensemble de marqueurs ; et une machine de réparation comprenant ; o au moins un moyen d’enlèvement de matière ; o au moins un moyen d’ajout de matière ; o un moyen de mesure sans contact configuré pour déterminer une position du défaut sur l’objet et des caractéristiques géométriques du défaut, lesdites caractéristiques géométriques comprenant au moins les deux dimensions de la surface du défaut ; et o un contrôleur comprenant au moins :
■ un premier processeur configuré pour générer un volume à usiner et/ou un volume à recharger sur base des données fournies par le moyen de mesure sans contact et de la position du défaut fournie par le moyen de mesure sans contact ; et
■ un deuxième processeur configuré pour générer des trajectoires des moyens d’enlèvement et/ou d’ajout de matière sur base du volume généré par le premier processeur.
[0029] Le système de réparation permet de connaître la position des différents moyens d’enlèvement de matière, d’ajout de matière et de mesure sans contact dans un seul référentiel de coordonnées sans nécessiter de calcul de changement de référentiel. Ainsi, en évitant la conversion de coordonnées et le repositionnement de l’objet à chaque étape, cela permet d’obtenir une meilleure précision de réparation. Cela représente aussi un gain de temps car aucune manipulation de l’objet n’est requise entre chaque étape.
[0030] Le moyen de mesure sans contact permet, grâce à la détermination de la position et de la forme du marqueur sur l’objet, de positionner quasi-arbitrairement l’objet marqué dans l’espace de travail du système de réparation, la position de la zone de défaut dans l’espace de travail étant déterminées par la position du marqueur.
[0031] Dans un mode de réalisation, le système comprend en outre un module de génération d’un modèle de surface de l’objet sur base des données fournies par le moyen de mesure sans contact.
[0032] Dans un mode de réalisation, le système comprend en outre un module de détermination de position et de dimensions du marqueur positionné. [0033] Dans un mode de réalisation, F au moins un moyen d’ajout de matière est un dispositif permettant un rechargement par fabrication additive parmi la projection de matière, le dépôt laser ou le dépôt par arc électrique.
[0034] Dans un mode de réalisation, le moyen de mesure sans contact est choisi parmi la profilométrie laser, le scan tridimensionnel, l’imagerie tridimensionnelle instantanée, la radiographie et/ou la tomographie.
DÉFINITIONS
[0035] Dans la présente invention, les termes ci-dessous sont définis de la manière suivante :
[0036] « Base du marqueur » concerne la surface du marqueur destinée à être mise en contact avec l’objet et/ou le défaut de surface.
[0037] « En surface » ou « de surface » qualifie le positionnement des défauts à une faible profondeur dans le volume de l’objet. Par faible profondeur, on entend une profondeur inférieure à 10% de la dimension de l’objet comprenant le défaut.
[0038] « Marqueur » concerne un élément tridimensionnel de taille et de forme connue préalablement permettant, une fois posé sur l’objet, de définir (ou marquer) une zone de défaut.
[0039] « Rechargement » concerne un ajout de matière en vue de remplir un volume déficitaire.
[0040] « Surface externe du défaut » concerne la surface du défaut définie par projection de la forme tridimensionnelle du défaut sur la surface de l’objet.
[0041] « Usinage » concerne un retrait de matière d’un objet.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0042] Dans ce but, la présente invention concerne un procédé 100 de réparation d’un objet 305 présentant au moins un défaut de surface 303. Les étapes du procédé 100 sont schématiquement représentées à la figure 1.
[0043] Ledit procédé comprend les étapes suivantes : a. détermination de la position du défaut 303 sur l’objet 305, le dit défaut 303 ayant une surface externe, et des caractéristiques géométriques du défaut 303, lesdites caractéristiques géométriques comprenant au moins les deux dimensions de la surface externe du défaut 303 et une forme géométrique du défaut 303 ; b. sélection d’un marqueur tridimensionnel comprenant au moins une base dont les dimensions sont supérieures ou égales à celles de la surface du défaut 303, ledit marqueur 200 étant choisi dans un ensemble de marqueurs préexistant ; c. positionnement du marqueur 200 sélectionné sur l’objet 305 de manière à ce que la base du marqueur 200 recouvre au moins la totalité de la surface du défaut 303, la position et les dimensions du marqueur 200 définissant un volume de défaut et une zone de défaut; d. détermination d’un volume à usiner 307 selon le volume de défaut défini à l’étape c) ; e. usinage de l’objet 305 par retrait du volume à usiner 307 déterminé à l’étape d) ; et f. rechargement du volume usiné à l’étape e) par ajout de matière.
[0044] L’objet 305 peut être n’importe quel type d’objet. De préférence, l’objet 305 est une pièce de fonderie utilisée dans l’industrie, par exemple, l’industrie aéronautique, navale ou automobile. Par exemple, l’objet 305 est une pièce de fonderie en alliage métallique.
[0045] L’objet 305 est caractérisé par une surface définissant son volume en trois dimensions. Cette surface est appelée surface de l’objet. [0046] Sur la surface ou proche de la surface de l’objet à réparer se trouve un défaut 303 ou une pluralité de défauts 303.
[0047] À chaque défaut 303 peut être associé un système axial tridimensionnel orthogonal local. Dans ce système local, deux des axes sont définis sensiblement dans le plan moyen de la surface de l’objet où est localisé le défaut 303. Le troisième axe est donc sensiblement perpendiculaire (normal) à la surface de l’objet où est localisé le défaut 303.
[0048] Chaque défaut 303 possède des caractéristiques géométriques qui lui sont propres. Ces caractéristiques géométriques comprennent la forme géométrique du défaut 303 ainsi que ses dimensions selon chacun des axes du système local associé. Les dimensions suivant les deux premiers axes du système local permettent de définir la surface externe du défaut 303 et sont nommées ci-après dimensions de surface. En effet, la surface externe du défaut 303 est définie comme la projection de la forme tridimensionnelle du défaut 303 sur le plan formé par ces deux premiers axes. Le troisième axe permet de définir la profondeur du défaut 303.
[0049] Les défauts 303 réparables par le procédé de réparation de la présente invention sont des défauts de surface 303 (ou défauts en surface). La notion défaut de surface 303 est définie en fonction de la dimension de l’objet 305 selon le troisième axe du système local, c’est-à-dire perpendiculaire à la surface de l’objet. Ainsi, un défaut de surface 303 est un défaut s’étendant jusqu’à une profondeur inférieure à 10% de la dimension de l’objet 305 selon ce troisième axe. Typiquement, un défaut de surface 303 est situé à une profondeur comprise entre 0 et 10 centimètres, de préférence entre 0.1 millimètre et 3 centimètres.
[0050] Le défaut 303 à réparer peut être un défaut géométrique (fissure, trou, ...) ou un défaut métallurgique (puit, soufflure, ...). Par exemple, le défaut 303 est un défaut de fabrication ou un défaut dû à l’usure de l’objet 305.
[0051] La première étape 110 du procédé est la détermination de la position du défaut 303 sur l’objet 305. Cette première étape 110 peut être effectuée manuellement par un opérateur en déterminant les coordonnées du ou des défauts 303 sur l’objet 305. Alternativement, cette première étape 110 peut être effectuée par détection automatique des défauts, par exemple par une méthode de Contrôle Non- Destructif (CND). La méthode de CND peut être la radiographie ou la tomographie. Ce mode de réalisation alternatif est préférentiellement effectué lorsque l’objet 305 est positionné à l’endroit de la réparation, par exemple, dans un espace de travail d’une machine de réparation (un système de réparation comprenant une machine de réparation de l’invention est décrit ci-après).
[0052] La deuxième étape 120 est la sélection d’un marqueur 200 parmi un ensemble de marqueurs préexistant (appelé aussi bibliothèque physique de marqueurs). Un exemple d’ensemble de marqueurs est représenté à la figure 2. Dans un mode de réalisation, chacun des marqueurs 200 de l’ensemble de marqueurs possède au moins une caractéristique (dimension, forme, couleur,...) qui est enregistrée dans une base de données (appelée aussi bibliothèque numérique de marqueurs). Par exemple, la base de données comprend le fichier numérique de représentation tridimensionnelle de chacun des marqueurs 200 (fichier CAO ou « computer aided design » - CAD - en anglais).
[0053] Un marqueur, aussi appelé balise, gabarit ou indicateur, est un élément permettant repérer (ou marquer) un défaut 303 à la surface de l’objet 305. Ainsi, chaque défaut 303 à réparer est marqué (ou repéré) par un marqueur.
[0054] Le marqueur 200 est un élément en trois dimensions (3D) possédant au moins une base, comme cela est représenté à la figure 2. Cette base est configurée pour être en contact avec la surface de l’objet 305. Optionnellement, cette base peut comprendre une surface adhésive, telle qu’un revêtement comprenant une colle adhésive ou un matériau de type « pâte à modeler », apte à se fixer sur l’objet 305. Les dimensions et les formes du marqueur 200 n’ont que peu de contraintes. Par exemple, la taille du marqueur 200 peut varier de quelques millimètres à quelques centimètres. La forme du marqueur 200 peut être arbitraire (« free form » en anglais) ou correspondre à une forme géométrique simple (sphère, cube,...). Dans un autre exemple, le marqueur 200 peut être une combinaison de formes géométriques simples. [0055] Le marqueur 200 est fabriqué dans une matière facilement usinable afin de pouvoir laisser le marqueur 200 en place sur l’objet 305 pendant tout le processus de réparation. De manière avantageuse, l’utilisation de mousse polyéther ou de mousse polyuréthane pour la fabrication du marqueur 200 permet de fabriquer un marqueur 200 usinable à faible coût.
[0056] Avantageusement, le marqueur 200 permet d’encoder un certain nombre d’informations utilisées lors de la réparation du défaut 303. Ces informations peuvent être encodées comme des fonctions de la hauteur, de la couleur et/ou de la forme géométrique du marqueur. Par exemple, la taille du marqueur 200 est représentative de la profondeur du défaut 303 pour lequel il est sélectionné. Dans un autre exemple, la forme géométrique du marqueur 200 est représentative de la forme géométrique du défaut 303. Dans un autre exemple encore, la couleur du marqueur 200 est représentative du type d’usinage à effectuer pendant la réparation. Dans le mode de réalisation dans lequel le marqueur 200 est une combinaison de formes géométriques simples, chacune des formes géométriques peut être représentative d’informations d’usinage différentes.
[0057] H est avantageux que les marqueurs 200 de l’ensemble de marqueurs possèdent des caractéristiques (taille, forme et/ou couleur) variées afin de pouvoir représenter une grande quantité de défauts 303 possédant des caractéristiques différentes à la surface d’une grande quantité d’objets 305 possédant des caractéristiques différentes. De plus, ces tailles, formes et couleurs de marqueurs 200 doivent être suffisamment uniques (caractéristiques) pour ne pas être présentes ailleurs dans la zone de mesure de l’objet 305.
[0058] Le marqueur 200 est sélectionné en fonction d’au moins deux critères : les dimensions de sa base doivent être supérieures ou égales à celles de la surface externe du défaut et ses dimensions (forme et/ou hauteur) doivent être représentatives du volume du défaut. Avantageusement, cela permet de générer des trajectoires d’outil d’usinage et de rechargement au plus près du réel. Par exemple, les dimensions de la base du marqueur 200 sont égales à la surface externe du défaut et la hauteur du marqueur 200 est égale à la profondeur du défaut. Le marqueur 200 peut ensuite être sélectionné afin que ses caractéristiques de forme et/ou de couleur représentent d’autres informations liées au défaut et/ou à la réparation à effectuer. En effet, comme décrit plus haut, ces informations peuvent être encodées dans la forme, la hauteur et/ou la couleur du marqueur.
[0059] Cette deuxième étape 120 peut être effectuée manuellement par un opérateur en déterminant les dimensions du défaut 303 et/ou la nature du matériau constituant l’objet 305 à l’endroit du défaut 303. Alternativement, cette deuxième étape 120 peut être effectuée par détermination automatique des dimensions du défaut 303, par exemple par une méthode de CND. Ce mode de réalisation alternatif est préférentiellement effectué lorsque l’objet 305 est positionné à l’endroit de la réparation, par exemple, dans l’espace de travail de la machine de réparation.
[0060] La troisième étape 125 est le positionnement du marqueur 200 sélectionné sur l’objet 305 de manière à ce que la base du marqueur 200 recouvre au moins la totalité de la surface du défaut 303 pour lequel il a été sélectionné comme cela est représenté à la figure 3. Cette troisième étape 125 peut être effectuée manuellement par un opérateur ou automatiquement, par exemple à l’aide d’un bras robotique compris dans le système de réparation. Le mode de réalisation automatique est préférentiellement effectué lorsque l’objet 305 est positionné à l’endroit de la réparation, par exemple, dans l’espace de travail de la machine de réparation.
[0061] Selon un mode de réalisation, le marqueur 200 est fixé à la surface de l’objet 305. La fixation du marqueur 200 est préférentiellement une fixation réversible. Par exemple, la fixation peut être adhésive. La fixation peut se faire par l’application d’une colle adhésive entre l’objet 305 et le marqueur 200 ou directement grâce à la surface adhésive du marqueur 200 le cas échéant.
[0062] L’objet 305 peut ensuite être scanné à l’étape 130 afin de déterminer la position sur l’objet 305 de F au moins un défaut 303 à réparer ainsi que ses caractéristiques géométriques. Un mode de réalisation du scan de l’objet 305 est représenté à la figure 3. [0063] Selon un mode de réalisation, la détermination de la position du défaut 303 sur l’objet 305 et des dimensions de la surface du défaut 303 est effectuée par une mesure sans contact. Dans une configuration spécifique de ce mode de réalisation, la mesure sans contact est choisie parmi la profilométrie laser, le scan laser, le scan tridimensionnel, l’imagerie tridimensionnelle instantanée, la radiographie et/ou la tomographie.
[0064] La détermination de la position du défaut 303 sur l’objet 305 se fait par l’étape de reconnaissance 140 du marqueur 200. En effet, durant l’étape de reconnaissance 140, la mesure sans contact peut permettre d’enregistrer des données liées à la position du marqueur 200. Ces données sont ensuite analysées par un contrôleur afin de déterminer la position du marqueur 200 dans le système de coordonnées de référence commun de la machine de réparation.
[0065] Durant l’étape de reconnaissance 140, la mesure sans contact permet aussi de déterminer, sur la base des caractéristiques du marqueur, les caractéristiques géométriques du défaut 303 sur lequel est positionné le marqueur 200. En effet, le marqueur 200 ayant été sélectionné pour représenter les dimensions du défaut 303, la détermination des dimensions et/ou de la forme du marqueur 200 permet de déterminer les dimensions du défaut 303. Les données mesurées durant la mesure sans contact sont analysées par le contrôleur afin de déterminer, notamment, les deux dimensions de la surface externe du défaut 303 ainsi que la profondeur du défaut 303.
[0066] Cette détermination de position, de dimensions, et/ou de forme du marqueur 200 par le contrôleur peut se faire à l’aide, par exemple, d’un algorithme d'enregistrement des nuages de points (« point-set registration », « point-cloud registration » ou « scan matching » en anglais) comme l’ICP (« Iterative Closest Point » en anglais). Cette détermination permet d’associer le marqueur 200 appartenant à la bibliothèque physique de marqueurs à une entrée dans la base de données (bibliothèque numérique de marqueurs). [0067] Les dimensions ou la forme du marqueur 200 définissent un volume de défaut pour le défaut 303 marqué.
[0068] La position du marqueur 200 et les deux dimensions de la surface externe du défaut 303 définissent une zone de défaut pour chaque défaut 303 marqué. La zone de défaut est caractérisée par une surface approximativement centrée sur le défaut 303 et dont les dimensions sont légèrement supérieures (de quelques millimètres à quelques centimètres) à celles de la surface externe du défaut 303.
[0069] De plus, la mesure sans contact peut permettre de déterminer la forme et/ou la couleur du marqueur 200 afin d’accéder aux informations qui peuvent être encodées dans le marqueur, par exemple via la bibliothèque numérique de marqueurs. Avantageusement, la récupération d’informations encodées dans le marqueur 200 permet de déduire le volume du défaut, un moyen d’usinage et/ou d’enlèvement de matière à utiliser afin de réparer l’objet 305 de manière optimale.
[0070] La quatrième étape 147 est la détermination d’un volume à usiner 307 en fonction du volume de défaut déterminé à l’étape de reconnaissance 140. Le volume à usiner 307 est de préférence supérieur ou égal au volume de défaut comme cela est représenté à la figure 3. Par exemple, un premier processeur du contrôleur est configuré pour générer - c’est-à-dire déterminer - un volume à usiner 307 sur base des données fournies durant la mesure sans contact.
[0071] La cinquième étape 155 est l’usinage de l’objet 305 par retrait du volume à usiner 307. Lorsque cette étape est effectuée par le système de réparation décrit plus bas, un deuxième processeur du contrôleur génère à l’étape 150 des trajectoires des moyens d’enlèvement de matière sur base du volume généré par le premier processeur. Une fois cette étape 155 d’usinage terminée, l’objet 305 est qualifié d’usiné ou d’affouillé.
[0072] Selon un mode de réalisation, l’usinage est effectué par fraisage, perçage et/ou par découpe du défaut 303. [0073] L’usinage de l’objet (305) implique l’usinage du marqueur (200) positionné sur l’objet (305).
[0074] La sixième étape 165 est le rechargement du volume usiné à l’étape précédente par ajout de matière. Lorsque cette étape 165 est effectuée par le système de réparation décrit plus bas, le deuxième processeur du contrôleur génère à l’étape 160 des trajectoires des moyens d’ajout de matière sur base du volume usiné. Le volume usiné peut être le volume calculé précédemment. Alternativement, le volume usiné peut être recalculé à l’étape 163 comme l’intersection entre le volume occupé par le moyen d’usinage le long de sa trajectoire et le volume de l’objet 305 représenté localement par sa surface.
[0075] Selon un mode de réalisation, le rechargement est effectué par fabrication additive telle que l’impression 3D comme la projection de matière (« Material Jetting » en anglais) ou un procédé de la famille « Dépôt sous énergie concentrée » (« Directed Energy Deposition » en anglais) tel que le procédé de projection de poudre avec fusion laser (« Laser Metal Deposition » - LMD - en anglais) aussi appelé « dépôt laser » ou le dépôt de fil par arc électrique (« WAAM - Wire Arc Additive Manufacturing » en anglais). De manière avantageuse, le dépôt laser permet un refroidissement localisé et rapide de l’endroit du rechargement. Ce type de dépôt permet donc d’obtenir une microstructure particulièrement fine fournissant ainsi des propriétés mécaniques supérieures et de limiter les déformations thermiques de l’objet 305 à réparer. En effet, le refroidissement par dépôt laser est plus rapide que par dépôt par arc électrique et largement plus rapide qu’en fonderie conventionnelle. De plus, plusieurs réservoirs de poudre peuvent être activés durant le rechargement, ce qui permet de développer des alliages adaptés au besoin et/ou un gradient de matériaux dans le cas d’une réparation hétérogène. Finalement, le dépôt laser permet une projection coaxiale ou latérale.
[0076] Le procédé 100 peut comprendre une étape optionnelle 145 de détermination d’un modèle de surface de la zone de défaut. Par exemple, le modèle de surface peut être préalablement encodé dans la forme du marqueur 200 associé au défaut 303. De manière alternative, le modèle de surface est déterminé à l’aide de la position tridimensionnelle, mesurée par exemple par scan tridimensionnel, d’au moins trois points à la surface de l’objet 305 aux alentours du défaut 303. Le modèle de surface est alors déterminé par un ajustement (« fit » en anglais) des paramètres du modèle afin de reproduire le plus fidèlement possible la position de l’ensemble desdits points de la surface de l’objet 305. De préférence, l’ajustement est un ajustement robuste, c’est-à-dire, non-biaisé par des artéfacts de mesure ou par le défaut 303 lui-même. Par exemple, l’ajustement est de type RANSAC (« RANdom SAmple Consensus » en anglais). La surface peut être modélisée par un plan, un polynôme, ou autre. Le type de modèle peut être déterminé préalablement par l’opérateur. Cette étape optionnelle peut être effectuée avant ou après usinage.
[0077] Lorsqu’un modèle de surface est déterminé à l’étape optionnelle 145, le procédé peut comprendre un une étape de finition de surface 180 optionnelle. Cette étape 180 comprend une première sous-étape 183 de détermination d’une surface de la zone de défaut après rechargement du volume usiné. Par exemple, la position tridimensionnelle, mesurée par scan tridimensionnel, d’au moins trois points à la surface de l’objet 305 dans la zone de défaut est déterminée. La surface ainsi mesurée est comparée à l’étape 185 au modèle de surface de la zone de défaut correspondant. Ainsi, la déviation entre la surface mesurée et le modèle de surface aux points dont la position tridimensionnelle a été déterminée est mesurée. Aux endroits où la surface mesurée est en excès par rapport au modèle (c’est-à-dire, lorsqu’un excès de matière a été déposé lors du rechargement), une étape supplémentaire 187 d’usinage est effectuée afin de se rapprocher du modèle de surface. Aux endroits où la surface mesurée est déficitaire par rapport au modèle (c’est-à-dire, lorsque trop peu de matière a été déposé lors du rechargement), une étape supplémentaire 187 de rechargement est effectuée afin de se rapprocher du modèle de surface.
[0078] Finalement, le procédé peut comprendre une étape supplémentaire 190 de posttraitement afin de rétablir les propriétés physiques et/ou chimiques de l’objet 305 à la zone de défaut. Avantageusement, cette étape 190 de post-traitement permet aussi de rétablir l’état de surface dans le cas de la réparation d’un objet 305 comprenant une surface fonctionnelle. Cette étape 190 de post-traitement comprend le polissage (mécanique ou laser), le traitement thermique et/ou le traitement par ondes (mécaniques ou acoustiques) de la zone de défaut.
[0079] Lorsque l’objet 305 comprend plusieurs défauts 303, chacune des étapes du procédé peut être effectuée séquentiellement ou itérativement pour chacun des défauts 303. C’est-à-dire que l’ensemble des étapes du procédé peut être effectué pour un défaut 303 avant d’effectuer l’ensemble des étapes pour le défaut 303 suivant ou que chaque étape peut être effectuée sur l’ensemble des défauts 303 avant de passer à l’étape suivante. Un ensemble d’étapes du procédé peut aussi, par exemple, être effectué séquentiellement avant d’effectuer le reste des étapes itérativement. Dans ce mode de réalisation, plusieurs marqueurs 200 parmi l’ensemble de marqueurs préexistant sont sélectionnés, i.e. un marqueur 200 est sélectionné pour chaque défaut de surface 303, de façon simultanée ou successive.
[0080] La présente invention concerne aussi un système de réparation d’un objet 305 présentant au moins un défaut de surface 303.
[0081] Ledit système est configuré pour mettre en œuvre le procédé de réparation selon l’invention et comprend : un ensemble de marqueurs tel que défini ci-dessus; et une machine de réparation comprenant ; o au moins un moyen d’enlèvement de matière ; o au moins un moyen d’ajout de matière ; o un moyen de mesure sans contact 301 configuré pour déterminer une position du défaut 303 sur l’objet 305 et des caractéristiques géométriques du défaut 303, lesdites caractéristiques géométriques comprenant au moins les deux dimensions de la surface du défaut 303 ; et o un contrôleur comprenant au moins :
■ un premier processeur configuré pour générer 147 un volume à usiner 307 et/ou un volume à recharger sur base des données fournies par le moyen de mesure sans contact 301 et de la position du défaut 303 fournie par le moyen de mesure sans contact 301 ; et
■ un deuxième processeur configuré pour générer des trajectoires des moyens d’enlèvement et/ou d’ajout de matière sur base du volume généré par le premier processeur.
[0082] Les caractéristiques des éléments utilisés dans le procédé sont celles des éléments correspondants du système.
[0083] La machine de réparation peut aussi comprendre un espace de travail permettant, lorsque l’objet 305 est positionné dans cet espace de travail, de déterminer les coordonnées de l’objet 305 dans un système de coordonnées de référence commun avec les différents éléments de la machine de réparation. Un système de coordonnées de référence commun est avantageux car cela permet de positionner quasi-arbitrairement l’objet 305 marqué dans l’espace de travail du système de réparation (à ceci près que la zone de défaut soit accessible et raisonnablement orientée pour les opérations de mesure sans contact 301, d’usinage et de rechargement). Cela évite donc des pertes de temps et de précision lors du placement de l’objet 305 dans l’espace de travail.
[0084] L’au moins un moyen d’enlèvement de matière permet d’usiner le défaut 303 repéré, c’est-à-dire d’enlever de la matière à la surface (interne ou externe) du défaut 303. L’au moins un moyen d’enlèvement de matière peut être une fraise, une perceuse et/ou une découpeuse permettant respectivement le fraisage, le perçage et/ou la découpe du défaut 303. Avantageusement, lorsque plusieurs moyens d’enlèvement de matière sont présents, chacun des moyens d’enlèvement de matière peut être différent (par exemple une fraise et une perceuse) permettant l’utilisation simultanée de plusieurs outils.
[0085] L’au moins un moyen d’ajout de matière permet de recharger le défaut usiné, c’est-à-dire d’ajouter de la matière afin de remplir le volume usiné jusqu’à la surface de l’objet 305. L’au moins un moyen d’ajout de matière peut permettre le rechargement par fabrication additive (impression 3D) comme la projection de matière (« Material Jetting » en anglais) ou un procédé de la famille « Dépôt sous énergie concentrée » (« Directed Energy Deposition » en anglais) tel que le procédé de projection de poudre avec fusion laser (« Laser Metal Deposition » - LMD - en anglais) aussi appelé « dépôt laser » ou le dépôt de fil par arc électrique (« WAAM - Wire Arc Additive Manufacturing » en anglais). De manière avantageuse, le dépôt laser permet un refroidissement localisé et rapide de l’endroit du rechargement. Ce type de dépôt permet donc d’obtenir une micro structure particulièrement fine fournissant ainsi des propriétés mécaniques supérieures et de limiter les déformations thermiques de l’objet 305 à réparer. En effet, le refroidissement par dépôt laser est plus rapide que par dépôt par arc électrique et largement plus rapide qu’en fonderie conventionnelle. De plus, plusieurs réservoirs de poudre peuvent être activés durant le rechargement, ce qui permet de développer des alliages adaptés au besoin et/ou un gradient de matériaux dans le cas d’une réparation hétérogène. Finalement, le dépôt laser permet une projection coaxiale ou latérale.
[0086] Le moyen de mesure sans contact 301 est configuré pour enregistrer des données liées à la position des différents éléments dans l’espace de travail. Ces données permettent, par exemple, de déterminer la position sur l’objet 305 de F au moins un défaut 303 à réparer et les caractéristiques géométriques des défauts 303 repérés. Le moyen de mesure sans contact 301 peut être choisi parmi le profilomètre laser, le scanner laser, le scanner tridimensionnel, l’imageur tridimensionnel instantané, le radiographe et/ou le tomographe. Le choix du moyen de mesure sans contact 301 peut impliquer une contrainte sur le matériau formant le ou les marqueur(s). Par exemple, lors de l’utilisation du profilomètre laser, il convient d’éviter les surfaces réfléchissantes.
[0087] Le moyen de mesure sans contact 301 peut être monté (c’est-à-dire, fixé de manière réversible ou non) sur un des moyens d’ajout de matière ou un des moyens d’enlèvement de matière. [0088] La présence d’un contrôleur dans la machine de réparation permet la réparation de l’objet 305 selon la technique CNC (commande numérique par calculateur) et/ou l’utilisation d’un bras robotique. Le contrôleur permet d’analyser les données enregistrées par le moyen de mesure sans contact 301 et/ou de contrôler l’au moins un moyen d’ajout ou d’enlèvement de matière. Pour ce faire, le contrôleur comprend au moins deux processeurs.
[0089] Le premier processeur est configuré pour générer un volume à usiner 307 et/ou un volume à recharger sur la base des données fournies par le moyen de mesure sans contact 301.
[0090] Le deuxième processeur est configuré pour générer des trajectoires des moyens d’enlèvement et/ou d’ajout de matière sur base du volume généré par le premier processeur.
[0091] Dans ce qui suit, les modules doivent être compris comme des entités fonctionnelles plutôt que comme des composants matériels, physiquement distincts. Ils peuvent donc être matérialisés soit comme regroupés dans un même composant tangible et concret, soit comme répartis dans plusieurs de ces composants. De même, chacun de ces modules est éventuellement lui-même partagé entre au moins deux composants physiques. En outre, les modules sont mis en œuvre sous forme de matériel (« hardware » en anglais), de logiciel (« software » en anglais), de microprogramme «firmware » en anglais) ou sous toute forme mixte de ceux-ci. Ils sont de préférence incorporés dans au moins un processeur du système.
[0092] Le système peut comprendre en outre un module de génération d’un modèle de surface de l’objet 305 sur base des données fournies par le moyen de mesure sans contact 301 et/ou un module de détermination de position et de dimensions du marqueur 200 positionné. DESCRIPTION DES FIGURES
[0093] 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. Sur les figures :
[0094] Figure 1 représente le procédé de réparation d’un objet selon un mode de réalisation de l’invention.
[0095] Figure 2 montre un échantillon de l’ensemble des marqueurs d’un système de réparation d’un objet selon un mode de réalisation de l’invention.
[0096] Figure 3 montre le positionnement d’un marqueur sur un défaut.
REFERENCES NUMERIQUES
100 - Méthode de réparation d’objet
110 - Détermination de la position du défaut sur l’objet,
120 - Sélection du marqueur
125 - Positionnement du marqueur
130 - Scan de l’objet
140 - Reconnaissance du marqueur
145 - Détermination d’un modèle de surface
147 - Détermination d’un volume à usiner
150 - Génération des trajectoires des moyens d’enlèvement de matière
155 - Usinage
160 - Génération des trajectoires des moyens d’ajout de matière
163 - Détermination du volume usiné
165 - Rechargement
180 - Finition
183 - Détermination de la surface de la zone de défaut
185 - Comparaison avec le modèle de surface
187 - Ajout ou enlèvement de matière
190 - Post-traitement 200 - Marqueur
301 - Moyen de mesure sans contact
303 - Défaut de surface
305 - Objet 307 - Volume à usiner

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (100) de réparation d’un objet (305) présentant au moins un défaut de surface (303), le procédé comprenant les étapes suivantes : a. détermination (110) de la position du défaut (303) sur l’objet (305), le dit défaut (303) ayant une surface externe, et des caractéristiques géométriques du défaut (303), lesdites caractéristiques géométriques comprenant au moins les deux dimensions de la surface externe du défaut (303) et une forme géométrique du défaut (303) ; b. sélection (120) d’un marqueur (200) tridimensionnel comprenant au moins une base dont les dimensions sont supérieures ou égales à celles de la surface du défaut (303), ledit marqueur (200) étant choisi dans un ensemble de marqueurs préexistant fabriqués en une matière usinable ; c. positionnement (125) du marqueur (200) sélectionné sur l’objet (305) de manière à ce que la base du marqueur (200) recouvre au moins la totalité de la surface du défaut (303), ledit marqueur (200) restant en place sur l’objet (305) pendant tout le procédé (100) de réparation, la position, les dimensions, et/ou la forme du marqueur (200), déterminé par le scan de l’objet (305), définissant un volume de défaut et une zone de défaut ; d. détermination (147) d’un volume à usiner (307) selon le volume de défaut défini à l’étape c) ; e. usinage (155) de l’objet (305) par retrait du volume à usiner (307) déterminé à l’étape d), l’usinage de l’objet (305) impliquant l’usinage du marqueur (200) positionné sur l’objet (305) ; et f. rechargement (165) du volume usiné à l’étape e) par ajout de matière. Procédé (100) de réparation selon la revendication 1, comprenant en outre une étape (145) de détermination d’un modèle de surface de la zone de défaut. Procédé (100) de réparation selon la revendication 2, comprenant en outre une étape (180) de finition de surface comprenant les étapes suivantes :
Détermination (183), par scan tridimensionnel, d’une surface de la zone de défaut après rechargement du volume usiné ;
Comparaison (185) de ladite surface avec le modèle de surface de la zone de défaut ; usinage ou rechargement (187) de la surface de la zone de défaut en fonction du résultat de ladite comparaison.
4. Procédé (100) de réparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre une étape supplémentaire de post-traitement (190) comprenant le polissage de la surface de la zone de défaut, le traitement thermique de la zone de défaut, et/ou le traitement par ondes mécaniques ou acoustiques de la zone de défaut.
5. Procédé (100) de réparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’usinage est effectué par fraisage, perçage et/ou par découpe.
6. Procédé (100) de réparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le rechargement est effectué par fabrication additive.
7. Procédé (100) de réparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la détermination (110) de la position du défaut (303) sur l’objet (305) et des dimensions de la surface du défaut (303) est effectuée par une mesure sans contact.
8. Procédé (100) de réparation selon la revendication 7, dans lequel la mesure sans contact est choisie parmi la profilométrie laser, le scan laser, le scan tridimensionnel, l’imagerie tridimensionnelle instantanée, la radiographie et/ou la tomographie.
9. Système de réparation d’un objet (305) présentant au moins un défaut de surface (303), le système étant configuré pour mettre en œuvre le procédé (100) de réparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 et comprenant : un ensemble de marqueurs ; et une machine de réparation comprenant ; o au moins un moyen d’enlèvement de matière ; o au moins un moyen d’ajout de matière ; o un moyen de mesure sans contact (301) configuré pour déterminer une position du défaut (303) sur l’objet (305) et des caractéristiques géométriques du défaut (303), lesdites caractéristiques géométriques comprenant au moins les deux dimensions de la surface du défaut (303) ; et o un contrôleur comprenant au moins :
■ un premier processeur configuré pour générer un volume à usiner (307) et/ou un volume à recharger sur base des données fournies par le moyen de mesure sans contact et de la position du défaut (303) fournie par le moyen de mesure sans contact ; et
■ un deuxième processeur configuré pour générer (160) des trajectoires des moyens d’enlèvement et/ou d’ajout de matière sur la base du volume généré par le premier processeur.
10. Système, selon la revendication 9, comprenant en outre un module de génération d’un modèle de surface de l’objet sur base des données fournies par le moyen de mesure sans contact.
11. Système, selon la revendication 9 ou 10, comprenant en outre un module de détermination de position et de dimensions du marqueur positionné.
12. Système, selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel l’au moins un moyen d’ajout de matière est un dispositif permettant un rechargement par fabrication additive parmi la projection de matière, le dépôt laser ou le dépôt par arc électrique.
13. Système, selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel le moyen de mesure sans contact est choisi parmi la profilométrie laser, le scan tridimensionnel, l’imagerie tridimensionnelle instantanée, la radiographie et/ou la tomographie.
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