FR3116456A1 - METHOD FOR REPAIRING A TURBOMACHINE PART AND CORRESPONDING INSTALLATION - Google Patents
METHOD FOR REPAIRING A TURBOMACHINE PART AND CORRESPONDING INSTALLATION Download PDFInfo
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Abstract
TITRE : PROCEDE DE REPARATION D’UNE PIECE DE TURBOMACHINE ET INSTALLATION CORRESPONDANTE L’invention concerne un procédé de réparation d’une pièce, en particulier de turbomachine, la pièce ayant eu profil initial défini par un modèle initial théorique numérique et présentant au moins une zone endommagée (12), le procédé comprenant les étapes suivantes : acquisition de points de contrôle au moins d’une partie de la pièce avec la zone endommagée (12),fourniture du modèle initial théorique,détermination d’un décalage spatial à partir des points de contrôle, de manière à pouvoir usiner la matière restante de la pièce pour reproduire le profil initial,fourniture du décalage spatial à une machine de réparation,commande de la machine de réparation pour exécuter le modèle initial théorique en tenant compte du décalage, afin de réaliser le profil initial dans la matière restante de la pièce avec le décalage spatial fourni. Figure pour l’abrégé : Figure 3 TITLE: METHOD FOR REPAIR OF A TURBOMACHINE PART AND CORRESPONDING INSTALLATION The invention relates to a method for repairing a part, in particular a turbomachine, the part having had an initial profile defined by an initial theoretical digital model and presenting at least one damaged zone (12), the method comprising the following steps: acquisition of control points of at least part of the part with the damaged zone (12), provision of the theoretical initial model, determination of a spatial offset from the control points, so as to be able to machine the remaining material of the part to reproduce the initial profile, providing the spatial offset to a repair machine, controlling the repair machine to execute the theoretical initial model taking into account the offset, in order to achieve the initial profile in the remaining material of the part with the spatial offset provided. Figure for abstract: Figure 3
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne le domaine général de pièce de turbomachine. Elle concerne en particulier la réparation de pièce de turbomachine et une installation correspondante.The present invention relates to the general field of turbomachine parts. It relates in particular to the repair of a turbomachine part and a corresponding installation.
Arrière-plan techniqueTechnical background
Les turbomachines comportent différentes pièces, qui après utilisation, peuvent présenter des zones endommagées ou usées par un phénomène d’érosion induit par l’ingestion de particules qui sont entraînées par un ou plusieurs flux d’air traversant la turbomachine ou lors d’impacts de corps étrangers. Ces pièces défectueuses, endommagées ou usées ont leurs profils modifiés dégradant alors les performances de la pièce et celles de la turbomachine. Dans le pire des cas, ces pièces peuvent se rompre ce qui peut générer des dégâts importants dans la turbomachine. Dans le cas de petits dommages, il est intéressant de pouvoir réparer les pièces au lieu de les remplacer car elles sont onéreuses à fabriquer. Pour les pièces comprenant plusieurs organes, la réparation s’avère opportune car il n’est pas possible bien souvent d’extraire un seul organe endommagé pour le remplacer. C’est le cas des Disques Aubagés Monoblocs (DAM). Un DAM comprend un disque et plusieurs aubes s’étendant radialement depuis le disque, et forme une seule pièce. Le DAM peut être fabriqué d’un seul tenant ou peut résulter de l’assemblage de plusieurs organes.Turbomachines comprise various parts which, after use, may show areas damaged or worn by an erosion phenomenon induced by the ingestion of particles which are entrained by one or more air flows passing through the turbomachine or during impacts of foreign bodies. These defective, damaged or worn parts have their profiles modified, thus degrading the performance of the part and that of the turbomachine. In the worst case, these parts can break, which can cause significant damage to the turbomachine. In the case of small damages, it is interesting to be able to repair the parts instead of replacing them because they are expensive to manufacture. For parts comprising several organs, repair is appropriate because it is often not possible to extract a single damaged organ to replace it. This is the case of Monobloc Bladed Discs (DAM). A DAM comprises a disc and several blades extending radially from the disc, and forms a single piece. The DAM can be manufactured in one piece or can result from the assembly of several organs.
Pour réparer un DAM et en particulier le bord d’attaque d’une pale d’aube ayant une zone endommagée, il est connu après examens minutieux, généralement à l’œil nu et à l’aide d’un complément de référentiel aéronautique, d’usiner le bord d’attaque pour lui redonner un profil s’approchant du profil de la pièce neuve, avant utilisation. Cette réparation est réalisée par un opérateur qui utilise plusieurs outils différents, notamment des outils d’usinage, de ponçage et de mesure. L’opérateur doit se reprendre plusieurs fois avant d’obtenir le profil adéquat. La durée de telles opérations est comprise entre 50 heures (h) et 70h par pièce et celles-ci peuvent faire intervenir plusieurs opérateurs avec des diverses compétences. La réparation est alors longue, répétitive et fastidieuse, et peut engendrer des troubles musculo-squelettiques. Par ailleurs, lors de l’usinage, des particules ou poudres issues de l’usinage de la pièce se répandent dans l’air ambient et sont susceptibles d’être respirées ou ingérées par les opérateurs engendrant un risque de sécurité, santé et d’environnement (SSE).To repair a DAM and in particular the leading edge of a blade blade having a damaged zone, it is known after careful examinations, generally with the naked eye and with the help of an additional aeronautical reference, to machine the leading edge to give it a profile approaching the profile of the new part, before use. This repair is carried out by an operator who uses several different tools, including machining, sanding and measuring tools. The operator must repeat several times before obtaining the appropriate profile. The duration of such operations is between 50 hours (h) and 70 hours per part and these can involve several operators with various skills. The repair is then long, repetitive and tedious, and can cause musculoskeletal disorders. In addition, during machining, particles or powders resulting from the machining of the part are spread in the ambient air and are likely to be inhaled or ingested by the operators, creating a risk of safety, health and environment (ESS).
Le but de l’invention est fournir un procédé automatisé et auto-adaptatif permettant de réparer une pièce de turbomachine, notamment monobloc en enlevant la quantité de matière strictement nécessaire et de manière répétitive.The object of the invention is to provide an automated and self-adaptive process making it possible to repair a turbomachine part, in particular one-piece, by removing the quantity of material strictly necessary and in a repetitive manner.
Nous parvenons à cet objectif grâce à un procédé de réparation d’une pièce, en particulier de turbomachine, la pièce ayant eu profil initial défini par un modèle initial théorique numérique et présentant au moins une zone endommagée, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- acquisition de points de contrôle au moins d’une partie de la pièce avec la zone endommagée,
- fourniture du modèle initial théorique,
- détermination d’un décalage spatial à partir des points de contrôle de manière à pouvoir usiner la matière restante de la pièce pour reproduire le profil initial,
- fourniture du décalage spatial à une machine de réparation,
- commande de la machine de réparation pour exécuter le modèle initial théorique en tenant compte du décalage spatial, afin de réaliser le profil initial dans la matière restante de la pièce avec le décalage spatial fourni.We achieve this objective thanks to a process for repairing a part, in particular a turbomachine, the part having had an initial profile defined by an initial numerical theoretical model and having at least one damaged zone, the process comprising the following steps:
- acquisition of control points of at least part of the room with the damaged area,
- supply of the initial theoretical model,
- determination of a spatial offset from the control points so as to be able to machine the remaining material of the part to reproduce the initial profile,
- supply of the spatial offset to a repair machine,
- control of the repair machine to execute the initial theoretical model taking into account the spatial offset, in order to produce the initial profile in the remaining material of the part with the provided spatial offset.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, ce procédé permet de prendre en compte automatiquement tous les paramètres physiques de la pièce pour réaliser sa réparation par usinage de manière auto-adaptative. L’usinage de la pièce est maîtrisé par un fin contrôle de la zone qui est endommagée et qui doit être supprimée sans excès de matière pour approcher un profil le plus le proche de celui de la pièce neuve. Cela permet de respecter le cahier des charges, de réduire le temps de réparation jusqu’à cinq fois, de fiabiliser la répétabilité de l’opération et d’augmenter le nombre de pièces à réparer traitées. Par ailleurs, un tel procédé permet de minimiser l’enlèvement de matière au juste besoin pour ne pas dégrader les propriétés mécaniques de la pièce afin de pouvoir les réparer plusieurs fois et ainsi assurer une serviciabilité plus durable de celle-ci.Thus, this solution achieves the above objective. In particular, this process makes it possible to automatically take into account all the physical parameters of the part in order to carry out its repair by machining in an auto-adaptive manner. The machining of the part is controlled by a fine control of the zone which is damaged and which must be removed without excess material to approach a profile closest to that of the new part. This makes it possible to respect the specifications, to reduce the repair time up to five times, to make the repeatability of the operation more reliable and to increase the number of parts to be repaired treated. Moreover, such a process makes it possible to minimize the removal of material as needed so as not to degrade the mechanical properties of the part in order to be able to repair them several times and thus ensure a more lasting serviceability of it.
Le procédé comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises seules ou en combinaison :The method also includes one or more of the following features and/or steps, taken alone or in combination:
- l’étape de détermination tient compte d’une déformation géométrique de la pièce et/ou du degré d’usure de la pièce.- the determination step takes into account a geometric deformation of the part and/or the degree of wear of the part.
- l’étape de commande de la machine de réparation pour exécuter le modèle initial théorique en tenant compte du décalage spatial comprend plusieurs boucles d’itérations avec un usinage d’une quantité de matière prédéterminée et un contrôle de la matière restante usinée.- the step of controlling the repair machine to execute the initial theoretical model taking into account the spatial offset includes several loops of iterations with machining of a predetermined quantity of material and control of the remaining material machined.
- le procédé comprend une étape de réalisation d’au moins un profil usagé de la zone endommagée dans un modèle usagé théorique numérique à partir des premiers points et deuxième points de contrôle et une comparaison du modèle usagé théorique avec le modèle initial théorique dans un repère d’usinage de la machine de réparation.- the method comprises a step of producing at least one used profile of the damaged zone in a digital theoretical used model from the first points and second control points and a comparison of the theoretical used model with the initial theoretical model in a benchmark machining repair machine.
- le procédé comprend une première étape d’usinage de la zone endommagée pour créer une surface d’ébauche plane laquelle est réalisée par une découpe de la zone endommagée suivant un plan dans lequel est définie une profondeur maximale de la zone endommagée.- the method comprises a first step of machining the damaged zone to create a flat roughing surface which is produced by cutting the damaged zone along a plane in which a maximum depth of the damaged zone is defined.
- le procédé comprend une première étape de contrôle de la surface d’ébauche destinée à acquérir des troisièmes points de contrôle de la surface d’ébauche.- the method comprises a first step of controlling the roughing surface intended to acquire third control points of the roughing surface.
- la première étape de contrôle est réalisée par une étape d’acquisition de points de contrôle pour réaliser un profil d’ébauche dans un modèle d’ébauche théorique lequel est comparé avec le modèle initial théorique tenant compte du décalage.- the first control step is carried out by a control point acquisition step to produce a roughing profile in a theoretical roughing model which is compared with the initial theoretical model taking into account the offset.
- le procédé comprend une deuxième étape d’usinage de la surface d’ébauche dans laquelle celle-ci est découpée suivant plusieurs lignes de semi-finition définies chacune dans un plan de manière à créer des facettes et à se rapprocher du profil initial avec le décalage.- the method comprises a second step of machining the rough surface in which the latter is cut along several semi-finishing lines each defined in a plane so as to create facets and to approach the initial profile with the gap.
- le procédé comprend une deuxième étape de contrôle succédant à la deuxième étape d’usinage et destinée à acquérir des quatrièmes points de contrôle des facettes.- the method comprises a second control step following the second machining step and intended to acquire fourth control points of the facets.
- le procédé comprend une troisième étape d’usinage consistant à polir la surface de la pièce.- the process includes a third machining step consisting in polishing the surface of the part.
- l’étape d’usinage est réalisée avec un outil d’usinage amovible porté par un bras robotisé et amené vers la pièce par le bras robotisé.- the machining step is carried out with a removable machining tool carried by a robotic arm and brought to the part by the robotic arm.
- au moins une étape d’acquisition et/ou une étape de contrôle est réalisée au moyen d’un dispositif de contrôle comprenant un profilomètre laser.- at least one acquisition step and/or one control step is carried out by means of a control device comprising a laser profilometer.
- le dispositif de contrôle est amovible et est destiné à être couplé au bras robotisé.- the control device is removable and is intended to be coupled to the robotic arm.
- préalablement à l’étape acquisition, le procédé comprend une étape de rechargement de matière sur une portion de la pièce.- prior to the acquisition step, the process includes a step of reloading material on a portion of the part.
- la pièce est un disque aubagé monobloc comprenant un disque avec un axe A et une pluralité d’aubes s’étendant depuis le disque radialement par rapport à l’axe A.- the part is a one-piece bladed disc comprising a disc with an axis A and a plurality of vanes extending from the disc radially with respect to the axis A.
- le procédé comprend une troisième étape de contrôle succédant à la troisième étape d’usinage et destinée à acquérir des cinquièmes points de contrôle de la surface polie.- the method comprises a third control step following the third machining step and intended to acquire fifth control points of the polished surface.
- le procédé est mis en œuvre par ordinateur.- the method is implemented by computer.
- le procédé comprend une étape de réalisation d’au moins un profil usagé de la zone endommagée dans un modèle usagé théorique numérique à partir des points de contrôle.- the method comprises a step of producing at least one used profile of the damaged zone in a digital theoretical used model from the control points.
- le procédé comprend un alignement du modèle usagé théorique et du modèle initial théorique dans un repère d’usinage de la machine de réparation.- the method includes an alignment of the theoretical used model and the theoretical initial model in a machining reference of the repair machine.
- la valeur prédéterminée dépend de la valeur d’une corde mesurée entre un premier bord et un deuxième bord.- the predetermined value depends on the value of a chord measured between a first edge and a second edge.
- le procédé comprend une étape de détermination de la quantité de matière à usiner.- the method comprises a step of determining the quantity of material to be machined.
- chaque plan dans lequel est définie une ligne de semi-finition est au moins tangent au profil final avec le décalage.- each plane in which a semi-finishing line is defined is at least tangent to the final profile with the offset.
- le procédé comprend une étape de mise au rebut de la pièce en fonction de la quantité de matière à usiner.- the method comprises a step of scrapping the part according to the quantity of material to be machined.
- le bras robotisé est piloté par un module électronique de commande.- the robotic arm is controlled by an electronic control module.
- le dispositif de contrôle est destiné à être couplé de manière amovible au bras robotisé pour l’amener vers la pièce.- the control device is intended to be removably coupled to the robotic arm to bring it towards the part.
- la pièce est mise au rebut lorsque la quantité de matière de la zone endommagée est égale ou supérieure à une valeur prédéterminée.- the part is scrapped when the amount of material in the damaged area is equal to or greater than a predetermined value.
- la pièce est mise au rebut lorsque la corde théorique du profil usagé théorique après enlèvement de la valeur de la quantité de matière est inférieure ou égale à une valeur de corde minimale de la pièce.- the part is scrapped when the theoretical chord of the theoretical used profile after removing the value of the quantity of material is less than or equal to a minimum chord value of the part.
L’invention concerne également une installation pour la réparation d’une pièce, en particulier de turbomachine, la pièce comprenant un profil initial défini par un modèle théorique numérique et présentant une zone endommagée, l’installation comprenant :
- au moins un module électronique de commande,
- un dispositif de contrôle destiné à acquérir au moins des points de contrôle d’au moins une partie de la pièce avec la zone endommagée, le dispositif de contrôle étant relié au module électronique de commande, et
- une machine de réparation, avec un repère d’usinage, qui est reliée au module électronique de commande et qui est configurée de manière à exécuter le modèle initial théorique en tenant compte d’un décalage spatial qui est déterminé à partir des points de contrôle, afin de réaliser le profil initial dans la matière restante de la pièce avec le décalage spatial fourni.The invention also relates to an installation for repairing a part, in particular a turbomachine, the part comprising an initial profile defined by a numerical theoretical model and having a damaged zone, the installation comprising:
- at least one electronic control module,
- a control device intended to acquire at least control points of at least a part of the part with the damaged zone, the control device being connected to the electronic control module, and
- a repair machine, with a machining mark, which is connected to the electronic control module and which is configured in such a way as to execute the initial theoretical model taking into account a spatial offset which is determined from the control points , in order to realize the initial profile in the rest material of the part with the provided spatial offset.
L’installation comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :The installation includes one or more of the following features, taken alone or in combination:
- l’installation comprend un support destiné à maintenir la pièce, au moins un outil d’usinage et la machine de réparation comprend un bras robotisé qui est mobile et qui est couplé de manière amovible au dispositif de contrôle ou à l’outil d’usinage.- the installation comprises a support intended to hold the part, at least one machining tool and the repair machine comprises a robotic arm which is mobile and which is removably coupled to the control device or to the tool for machining.
- l’installation comprend des moyens de détection d’usure d’un paramètre physique de l’outil d’usinage.- the installation comprises means for detecting wear of a physical parameter of the machining tool.
- l’installation comprend un groupe de récupération de particules résultant de la quantité de matière usinée.- the installation includes a group for the recovery of particles resulting from the quantity of material machined.
Brève description des figuresBrief description of figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear during the reading of the detailed description which will follow for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which:
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
La
La
Bien entendu, l’invention peut s’appliquer à d’autres types de pièces de révolution ou encore des pièces individuelles telles qu’une aube de compresseur (basse ou haute pression) ou une aube de turbine (basse ou haute pression), une aube de distributeur ou encore une aube destinée à équiper un autre organe de la turbomachine. Chaque turbine ou compresseur comprend un ou plusieurs étages qui sont disposés successivement selon l’axe longitudinal de la turbomachine. Chaque étage de turbine ou de compresseur comprend une roue mobile à aubes formant un rotor et une roue fixe à aubes formant un stator. Les aubes de ce stator sont désignées par le terme d’aube de distributeur.Of course, the invention can be applied to other types of parts of revolution or even individual parts such as a compressor blade (low or high pressure) or a turbine blade (low or high pressure), a distributor blade or even a blade intended to equip another member of the turbomachine. Each turbine or compressor comprises one or more stages which are arranged successively along the longitudinal axis of the turbomachine. Each turbine or compressor stage comprises a moving bladed wheel forming a rotor and a fixed bladed wheel forming a stator. The blades of this stator are designated by the term distributor blade.
En référence aux figures 2 et 3, chaque aube 3 comprend une pale 5 qui s’étend radialement depuis le disque 2. La pale 5 comprend un bord d’attaque 6 et un bord de fuite 7 qui sont opposées, ici suivant l’axe A (ou axe longitudinal X). Chaque pale 5 est disposée dans un flux aérodynamique de la turbomachine de sorte que le bord d’attaque 6 est placé en amont du bord de fuite 6. Le bord d’attaque 6 et le bord de fuite 7 sont reliées par une surfaces intrados 8 et une surface extrados 9 qui sont opposées suivant un axe transversal T. L’axe transversal T est perpendiculaire à l’axe longitudinal A ainsi qu’à l’axe radial R constituant le repère de la pièce 1.Referring to Figures 2 and 3, each blade 3 comprises a blade 5 which extends radially from the disc 2. The blade 5 comprises a leading edge 6 and a trailing edge 7 which are opposite, here along the axis A (or longitudinal axis X). Each blade 5 is arranged in an aerodynamic flow of the turbomachine so that the leading edge 6 is placed upstream of the trailing edge 6. The leading edge 6 and the trailing edge 7 are connected by an intrados surface 8 and an extrados surface 9 which are opposite along a transverse axis T. The transverse axis T is perpendicular to the longitudinal axis A as well as to the radial axis R constituting the mark of the part 1.
Chaque pale 5 est constituée de plusieurs sections de pales qui sont empilées le long de sa hauteur et sensiblement suivant l’axe radial R. Chaque pale 5 présente une corde axiale Cx qui est mesurée entre le bord d’attaque 5 et le bord de fuite 6 sensiblement suivant l’axe longitudinal. De manière générale, la longueur axiale de la corde Cx est constante entre l’extrémité de pied 10 et l’extrémité de tête 11 de la pale.Each blade 5 consists of several sections of blades which are stacked along its height and substantially along the radial axis R. Each blade 5 has an axial chord Cx which is measured between the leading edge 5 and the trailing edge 6 substantially along the longitudinal axis. In general, the axial length of the chord Cx is constant between the root end 10 and the tip end 11 of the blade.
En référence à la
Il est souhaitable de pouvoir identifier rapidement si le bord d’attaque 6 de la pale 5 peut être réparé ou si la pièce (DAM) doit faire l’objet d’une mise au rebut. Nous allons décrire ci-après le procédé de réparation qui est réalisé au sein d’une installation de réparation 13 et notamment grâce à une machine de réparation 20.It is desirable to be able to quickly identify if the leading edge 6 of the blade 5 can be repaired or if the part (DAM) must be scrapped. We will describe below the repair process which is carried out within a repair installation 13 and in particular thanks to a repair machine 20.
Dans la suite de la description, la zone endommagée 12 est située au niveau du bord d’attaque 6, mais bien entendu, d’autres parties de la pale 5 peuvent être endommagées telles que l’extrémité de tête 11 ou l’extrémité de pied 10. Le procédé de réparation s’applique également à ces parties de la pale 5.In the rest of the description, the damaged zone 12 is located at the level of the leading edge 6, but of course, other parts of the blade 5 can be damaged, such as the tip end 11 or the tip end. foot 10. The repair process also applies to these parts of the blade 5.
Sur les figures 4a et 4b, l’installation 13 comprend un montant de support 14 s’étendant suivant un axe V (ici vertical) depuis le sol S par rapport à la
L’installation 13 comprend un dispositif de contrôle 19 permettant de réaliser une mesure tridimensionnelle d’une portion de la pièce et en l’occurrence du bord d’attaque 6 de la pale. Le dispositif de contrôle 19 est destiné à faire l’acquisition de points de contrôles, ici sans contact, à la surface de la pale et notamment du bord d’attaque. Le dispositif de contrôle 19 est relié (électriquement) à un module électronique de commande 21 de l’installation 13. Le module électronique de commande 21 comprend au moins un support d’enregistrement 22 dans lequel est mémorisé au moins un programme d’ordinateur contenant les cinématiques des effecteurs 28 embarqués décrits plus loin dans la description. Le programme permet d’exécuter les différentes étapes du procédé décrit ultérieurement dans la description. Dans le présent exemple, le dispositif de contrôle 19 tel qu’illustré sur la
En référence à la
Le bras robotisé 26 est configuré également pour s’accoupler avec au moins un effecteur 28 destiné à réaliser diverses opérations sur la pièce, telle que de la découpe, du polissage, etc. L’effecteur 28 est de préférence embarqué et est amovible. Dans le présent exemple, l’effecteur est relié à l’extrémité libre du bras robotise 26 grâce aux moyens d’accouplement. De la sorte, le dispositif de contrôle 19 ou l’effecteur 28 est déplacé suivant les différents axes et en particulier vers la pièce à réparer.The robotic arm 26 is also configured to couple with at least one effector 28 intended to perform various operations on the part, such as cutting, polishing, etc. The effector 28 is preferably onboard and is removable. In the present example, the effector is connected to the free end of the robotic arm 26 thanks to the coupling means. In this way, the control device 19 or the effector 28 is moved along the different axes and in particular towards the part to be repaired.
De manière avantageuse, il est prévu différents effecteurs 28 ayant chacun un outil d’usinage 29 destiné à réaliser un type d’usinage, tel que la découpe, le meulage, le ponçage et/ou le lissage. Sur les figures 4d à 4f, un premier effecteur 28a d’enlèvement de matière comprend une électrobroche. Cette dernière est pourvue d’un corps et d’une meule 30 en tant qu’outil d’usinage 29. La meule 30 est destinée à usiner et/ou couper une portion de matière dans la pièce. La meule 30 est montée à une extrémité du corps. Celle-ci est de préférence réalisée avec un matériau à base d’oxyde d’aluminium. Cet effecteur 28a est employé pour réaliser une opération qui est nommée l’ébauche de l’érosion. Un deuxième effecteur 28b embarqué comprend un moteur brushless et un porte outil 31. Divers moyens abrasifs 32 tels que celui de la
Les moyens abrasifs 32 tels que représentés sur la
L’installation 13 comprend en outre un magasin (non représenté) dans lequel est stocké les différents effecteurs 28, 28a, 28b et le dispositif de contrôle 19. Le magasin est situé à proximité de la machine de réparation 20 et les effecteurs 28 et le dispositif de contrôle 19 sont installés dans le magasin par un opérateur. Le magasin peut stocker également d’autres moyens abrasifs 32 ou outils d’usinages 29 pour équiper les effecteurs 28.The installation 13 further comprises a store (not shown) in which the various effectors 28, 28a, 28b and the control device 19 are stored. The store is located close to the repair machine 20 and the effectors 28 and the control device 19 are installed in the store by an operator. The magazine can also store other abrasive means 32 or machining tools 29 to equip the effectors 28.
Nous allons maintenant décrire le procédé 100 de réparation d’une pièce ayant au moins une zone endommagée 12, et en particulier la réparation du bord d’attaque 6 usé d’une pale d’un DAM. La pièce 1 a un profil initial qui est défini par un modèle initial théorique MIT ou numérique du logiciel de conception de la pièce « neuve » ou de référence qui a été réalisé lors de la conception de la pièce avant son utilisation.We will now describe the process 100 for repairing a part having at least one damaged zone 12, and in particular the repair of the worn leading edge 6 of a blade of a DAM. Part 1 has an initial profile which is defined by an initial theoretical MIT or numerical model of the “new” or reference part design software which was produced during the design of the part before its use.
Le procédé 100 est mis en œuvre par ordinateur, et plus particulièrement par le module électronique de commande 21.The method 100 is implemented by computer, and more particularly by the electronic control module 21.
Le procédé comprend tout d’abord une étape de positionnement du DAM sur le support 1 de manière que le repère de la pièce (A, R, T) coïncide avec le repère de support du plateau centreur (support 15). L’axe A du disque 2 du DAM coïncide au moins avec l’axe de rotation V du plateau centreur. De même, les bords d’attaque 6 sont orientés vers le haut en référence à la
Le procédé 100 comprend les étapes suivantes de :Method 100 includes the following steps:
- acquisition 110 de points de contrôle PC1, PC2 d’au moins une partie de la pièce (ici l’aube) avec la zone endommagée 12,
- fourniture 120 du modèle initial théorique MIT,
- détermination 130 d’un décalage spatial à partir des points de contrôle PC1, PC2 de manière à pouvoir usiner la matière restante de la pièce pour reproduire le profil initial,
- fourniture 140 du décalage spatial à la machine de réparation 20, et
- commande 150 de la machine de réparation 20 de manière à exécuter le modèle initial théorique en tenant compte du décalage spatial et à réaliser le profil initial dans la matière restante de la pièce avec le décalage spatial fourni.- acquisition 110 of control points PC1, PC2 of at least part of the part (here dawn) with the damaged zone 12,
- supply 120 of the initial theoretical MIT model,
- determination 130 of a spatial offset from the control points PC1, PC2 so as to be able to machine the remaining material of the part to reproduce the initial profile,
- supply 140 of the spatial offset to the repair machine 20, and
- control 150 of the repair machine 20 so as to execute the theoretical initial model taking into account the spatial offset and to produce the initial profile in the remaining material of the part with the provided spatial offset.
L’étape d’ d’acquisition 110 qui est illustrée sur la
L’étape d’acquisition 110 comprend également une deuxième étape d’obtention de deuxièmes points de contrôle PC2 pour réaliser un profil de la zone endommagée 12 du bord d’attaque 6. Pour cela le bras robotisé 26 balaye le bord d’attaque 6 de l’aube suivant toute sa hauteur. Le profil usagé de la zone endommagée permet de compléter le modèle usagé théorique MUT numérique du bord d’attaque usé, à partir de ce nuage de points PC2.The acquisition step 110 also includes a second step of obtaining second control points PC2 to produce a profile of the damaged zone 12 of the leading edge 6. For this the robotic arm 26 scans the leading edge 6 of dawn along its full height. The used profile of the damaged zone makes it possible to complete the used theoretical digital MUT model of the worn leading edge, from this point cloud PC2.
L’étape de détermination 130 du décalage spatial comprend une sous-étape de détermination de la déformation géométrique et/ou spatiale de la pale et/ou du degré d’usure du bord d’attaque. Avantageusement, la détermination du décalage spatial est opérée dans le repère d’usinage de la machine de réparation 20. En d’autres termes, le ou les outils d’usinage 29 ou le bras robotisé 26 sont/est recalé(s) sur la pièce usée en fonction de la déformation réelle de la pièce usagée et s’adapte(nt) à son usure. Le référentiel (pièce/outil d’usinage) est décalé par rapport au repère d’usinage et au modèle initial théorique.The step 130 for determining the spatial offset includes a sub-step for determining the geometric and/or spatial deformation of the blade and/or the degree of wear of the leading edge. Advantageously, the determination of the spatial shift is made in the machining reference of the repair machine 20. In other words, the machining tool(s) 29 or the robotic arm 26 are/is readjusted on the worn part according to the actual deformation of the used part and adapts(s) to its wear. The reference frame (workpiece/machining tool) is shifted with respect to the machining mark and the initial theoretical model.
En particulier, lors de l’étape de détermination 130 du décalage spatial, le procédé 100 réalise une sous-étape d’alignement ou de recalage du modèle usagé théorique MUT, obtenu grâce à l’acquisition de premiers et deuxièmes points de contrôle PC1, PC2 avec le modèle initial théorique MIT fourni à la machine (étape 120) de réparation. En effet, comme nous pouvons sur la
Le modèle initial théorique MIT et le modèle usagé théorique MUT son comparées de manière à caractériser la zone endommagée 12. En particulier, les données spatiales ou tridimensionnelles chaque premier et deuxième points théoriques PC1, PC2 et celles des points initiaux théoriques de contrôle PIT correspondants sont comparées afin de vérifier un décalage spatial et géométrique du profil usagé du bord d’attaque et ainsi définir le profil à fournir au bord d’attaque. Cette comparaison est effectuée avantageusement dans le module électronique de commande 21.The theoretical initial model MIT and the theoretical used model MUT are compared so as to characterize the damaged zone 12. In particular, the spatial or three-dimensional data for each first and second theoretical points PC1, PC2 and those of the corresponding initial theoretical control points PIT are compared in order to verify a spatial and geometric offset of the used profile of the leading edge and thus define the profile to be provided to the leading edge. This comparison is advantageously carried out in the electronic control module 21.
Suivant le procédé, une sous étape de détermination de la quantité ou volume de matière à usiner dans la matière restante est réalisée suite à cette sous-étape de comparaison. Cela est calculé avec le décalage spatial de manière automatique par le module électronique de commande 21. La quantité de matière est fonction de la zone endommagée caractérisée. Aussi en fonction de la quantité de matière à usiner il est procédé à la réparation de la pièce avec sa zone endommagée ou à sa mise au rebut.According to the method, a sub-step of determining the quantity or volume of material to be machined in the remaining material is carried out following this comparison sub-step. This is calculated with the spatial offset automatically by the electronic control module 21. The quantity of material depends on the damaged zone characterized. Also depending on the quantity of material to be machined, the part is repaired with its damaged area or scrapped.
La pièce 1 est mise au rebut ou réparée si la quantité de matière est égale ou supérieure à une valeur prédéterminée.Part 1 is scrapped or repaired if the amount of material is equal to or greater than a predetermined value.
La quantité de matière à usiner dépendra par exemple de la profondeur maximale de l’usure. Suivant l’exemple des usures représentées sur la
Une fois que la quantité de matière à enlever ou usinée est calculée, le procédé comprend une étape de construction ou réalisation d’un modèle final théorique réparé MFT (modèle initial théorique avec le décalage). A cet effet, le modèle initial théorique MIT est déformé grâce à une matrice de calcul.Once the quantity of material to be removed or machined is calculated, the process includes a stage of construction or production of a repaired final theoretical model MFT (initial theoretical model with offset). For this purpose, the initial theoretical MIT model is deformed using a calculation matrix.
Lorsque le décalage spatial est déterminé (étape 130) (pour réaliser le recalage) celui-ci est fourni à la machine de réparation (étape 140). De la sorte celle-ci peut entamer l’étape de réparation du bord d’attaque 6 en particulier. A cet effet, la machine de réparation 20 est commandée (étape 150) pour exécuter le modèle initial théorique MIT en tenant compte du décalage spatial (modèle final théorique réparé MFT) et pour réaliser le profil initial dans la matière restante de la pièce avec le décalage spatial fourni. Pour exécuter le modèle MFT dans la matière restante, l’étape de commande comprend au moins une boucle d’itération d’étapes d’usinage (découpe de matière et/ou ponçage) d’une quantité de matière prédéterminée et de contrôle de la matière restante usinée (après l’usinage). Dans le présent exemple, il y a plusieurs boucles d’itération, et ici trois.When the spatial offset is determined (step 130) (to perform the registration) this is supplied to the repair machine (step 140). In this way, it can begin the stage of repairing the leading edge 6 in particular. To this end, the repair machine 20 is controlled (step 150) to execute the theoretical initial model MIT taking into account the spatial shift (final theoretical repaired model MFT) and to produce the initial profile in the remaining material of the part with the spatial offset provided. To execute the MFT model in the remaining material, the control step comprises at least one iteration loop of machining steps (cutting of material and/or sanding) of a predetermined quantity of material and control of the remaining machined material (after machining). In this example, there are several iteration loops, and here three.
En référence aux figures 7 et 8, une première boucle d’itération I1 permet de réaliser une ébauche de la zone endommagée et un contrôle de celle-ci. Le procédé comprend une première étape d’usinage 151 d’une quantité de matière comprenant la zone endommagée 12 pour créer une surface d’ébauche 41 plane en fonction de la quantité de matière à usiner. Lors de cette étape, le module électronique de commande 21 émet un ordre de commande au bras robotisé 26 de manière à sélectionner le premier effecteur 28a avec son outil d’usinage 29 (la meule 30). L’outil d’usinage est déplacé par le bras robotisé 26 vers le bord d’attaque 6 de l’aube et réalise une découpe de la zone endommagée 12. La découpe de la quantité de matière est réalisée suivant une ligne de découpe 42 qui est visible sur la
Suite à cette première étape d’usinage 151, le module électronique de commande 21 émet un signal de commande à la machine de réparation 20 de façon à ce que celle-ci réalise une étape de contrôle 152 de la surface d’ébauche 41. Le machine de réparation saisit alors le profilomètre laser (dispositif de contrôle 19) et l’oriente de façon à balayer la surface d’ébauche 41. Des troisièmes points de contrôle PC3 sont acquis et permettent de réaliser un profil d’ébauche du bord d’attaque qui est défini dans un modèle d’ébauche théorique MET. Ce dernier est ensuite comparé avec le modèle final théorique réparé MFT (comprenant le décalage). Cela permet de vérifier que la zone endommagée 12 a bien été supprimée après la première étape d’usinage.Following this first machining step 151, the electronic control module 21 sends a control signal to the repair machine 20 so that the latter carries out a step 152 of checking the rough surface 41. The repair machine then grabs the laser profilometer (control device 19) and orients it so as to scan the roughing surface 41. Third control points PC3 are acquired and make it possible to produce a roughing profile of the edge of attack which is defined in a theoretical draft MET model. The latter is then compared with the final theoretical repaired MFT model (including the offset). This makes it possible to verify that the damaged zone 12 has indeed been removed after the first machining step.
Le procédé comprend une deuxième boucle d’itération I2 dans laquelle vont être réalisés une semi-finition de la surface d’ébauche et un contrôle de celle-ci. A cet effet, la machine de réparation 20 exécute une deuxième étape d’usinage 153 dans laquelle la surface d’ébauche 41 est découpée ou usinée suivant plusieurs lignes de semi finition 43 qui sont définies dans plans de manière à créer des facettes et à se rapprocher du profil initial avec le décalage. En particulier, le module électronique de commande 21 émet un ordre de commande à la machine de réparation 20 pour que le bras sélectionne un outil d’usinage 29 (en particulier le deuxième effecteur 28b avec son outil d’usinage 29) et que ce dernier usine la surface d’ébauche 41 suivant un paramétrage déterminé. Ce paramétrage est déterminé lors de l’étape de contrôle de la surface d’ébauche 41. L’outil d’usinage va réaliser plusieurs découpes suivant chacun une ligne de semi-finition 43 (dont une est visible sur la
Une deuxième étape de contrôle 154 est réalisée de manière à vérifier quelles sont les parties du bord d’attaque qui doivent être usinées à nouveau et/ou ajustées au profil final du bord d’attaque. A cet effet, le profilomètre laser balaye les facettes du bord d’attaque de manière à relever des quatrièmes points de contrôle PC4. Ces derniers permettent de réaliser un profil de facettes qui est défini dans un modèle semi-fini théorique MST qui est comparé avec le modèle final théorique réparé MFT (modèle initial théorique avec le décalage).A second control step 154 is carried out in order to verify which parts of the leading edge must be machined again and/or adjusted to the final profile of the leading edge. To this end, the laser profilometer scans the facets of the leading edge so as to identify fourth control points PC4. The latter make it possible to produce a profile of facets which is defined in a theoretical semi-finished model MST which is compared with the final repaired theoretical model MFT (theoretical initial model with the offset).
Le procédé comprend enfin une troisième boucle d’itération I3 comprenant une finition du bord d’attaque 6 de l’aube et un contrôle de la finition. Plus précisément, lors de la deuxième étape de contrôle 154, la machine va exécuter un usinage là où des écarts ont été identifiés entre le profil du modèle MST et le profil du modèle MFT. La finition consiste en une troisième étape d’usinage 155 pour polir la surface du bord d’attaque. La machine de réparation qui a été paramétrée sélectionne l’effecteur avec son outil d’usinage 29 pour réaliser un ajustement du bord d’attaque. L’outil d’usinage utilisé peut comporter des grains d’au moins 240 µm.The method finally comprises a third iteration loop I3 comprising a finish of the leading edge 6 of the blade and a check of the finish. More specifically, during the second control step 154, the machine will execute a machining where deviations have been identified between the profile of the MST model and the profile of the MFT model. Finishing consists of a third machining step 155 to polish the surface of the leading edge. The repair machine which has been parameterized selects the effector with its machining tool 29 to carry out an adjustment of the leading edge. The machining tool used can have grains of at least 240 µm.
Une troisième étape de contrôle 156 est réalisée de manière à vérifier que la surface usinée, et plus particulière polie, lors de l’étape 155 correspond au profil du modèle final théorique réparé MFT. Comme pour les contrôles précédents, le profilomètre laser balaye la surface finie du bord d’attaque de manière à relever des cinquièmes points de contrôle PC5. Ces points de contrôles sont comparés avec les points de contrôles du modèle MFT fin de confirmer le profil.A third control step 156 is carried out so as to verify that the surface machined, and more particularly polished, during step 155 corresponds to the profile of the final theoretical model repaired MFT. As with the previous checks, the laser profilometer scans the finished surface of the leading edge so as to detect fifth PC5 checkpoints. These control points are compared with the control points of the MFT model in order to confirm the profile.
Pendant les différentes opérations d’usinage et de contrôles, l’état des outils d’usinage est contrôlé afin de garantir l’optimisation du procédé de réparation. A l’état neuf (avec le revêtement ou surface abrasif(ve)), chaque outil d’usinage présente une dimension prédéterminée. A l’issue de l’usinage du bord d’attaque avec la zone endommagée 12, la dimension prédéterminée a diminué du fait de l’usure des grains. Cela implique le changement de celui-ci pour continuer l’usinage ou pour le prochain usinage d’une autre aube. A cet effet, l’installation 13 comprend également des moyens de détection de l’usure des outils d’usinage. Ces moyens non représentés, sont montés sur une station spécifique à l’intérieur de l’installation13. Les moyens de détection permettent de contrôler l’évolution d’un paramètre physique de l’outil d’usinage 29. Dans le présent exemple le paramètre physique est la dimension prédéterminée et dans le cas de la meule, son diamètre. Lorsque le diamètre de la meule 30 atteint une valeur de diamètre prédéterminée, le module électronique de commande 21 ordonne le changement de l’outil d’usinage. Dans ce cas, le bras 26 est orienté vers le magasin où sont stockés les différents effecteurs 28, outil d’usinage 29 et moyens abrasifs pour changer d’outil d’usinage.During the various machining and inspection operations, the condition of the machining tools is checked in order to guarantee the optimization of the repair process. When new (with the abrasive coating or surface), each machining tool has a predetermined dimension. After machining the leading edge with the damaged area 12, the predetermined dimension has decreased due to grain wear. This involves changing it to continue machining or for the next machining of another blade. For this purpose, the installation 13 also comprises means for detecting the wear of the machining tools. These means, not shown, are mounted on a specific station inside the installation13. The detection means make it possible to control the evolution of a physical parameter of the machining tool 29. In the present example the physical parameter is the predetermined dimension and in the case of the grinding wheel, its diameter. When the diameter of the wheel 30 reaches a predetermined diameter value, the electronic control module 21 orders the change of the machining tool. In this case, the arm 26 is oriented towards the magazine where the various effectors 28, machining tool 29 and abrasive means are stored for changing the machining tool.
L’installation 13 comprend également un groupe de récupération de particules résultants de l’usinage de la pièce, et ici du bord d’attaque 6. Cela permet de répondre à la problématique SSE vis-à-vis des opérateurs à proximité en évitant la propagation de ces particules dans l’air ambient.The installation 13 also includes a group for recovering particles resulting from the machining of the part, and here of the leading edge 6. This makes it possible to respond to the SSE problem with respect to nearby operators by avoiding the propagation of these particles in the ambient air.
Comme nous l’avons énoncé précédemment, le procédé de réparation 100 peut s’appliquer à d’autres parties de la pale 5 qui nécessitent une réparation. En l’occurrence, la
Lors de l’étape de détermination 130 du décalage spatial, le modèle initial théorique MIT et le modèle usagé théorique MUT son comparées de manière à caractériser la zone endommagée 12 et la quantité ou volume de matière à usiner dans la matière restante est réalisée suite à cette sous-étape de comparaison. En particulier, la hauteur de la pale et éventuellement la corde de la pale sont pris en compte pour déterminer la quantité de matière à usiner.During the step 130 of determining the spatial offset, the theoretical initial model MIT and the used theoretical model MUT are compared so as to characterize the damaged zone 12 and the quantity or volume of material to be machined in the remaining material is carried out following this comparison sub-step. In particular, the height of the blade and possibly the chord of the blade are taken into account to determine the quantity of material to be machined.
Lors de l’ébauche de l’extrémité de tête 11, la première étape d’usinage 151 peut utiliser une meule 30 dont les moyens abrasifs comprennent du carbure de silicium et un liant organique. Lors de l’étape de finition, les moyens abrasifs peuvent se présenter sous la forme d’une bande ou bouchon abrasif du type scotchbrite ® monté sur un effecteur 28.When roughing the head end 11, the first machining step 151 can use a grinding wheel 30 whose abrasive means comprise silicon carbide and an organic binder. During the finishing step, the abrasive means may take the form of an abrasive strip or plug of the Scotchbrite® type mounted on an effector 28.
Ainsi, le procédé 100 de réparation peut s’appliquer à tous types de pièces et à tous types de réparation suite à une portion usée qui doit faire l’objet d’une ablation ou suite à une portion usée dont une matière a été ajoutée, cette zone endommagée (surface avec des vallées et de creux ou la matière ajoutée) devant être usinée pour se conformer au profil initial dans la matière restante de la pièce avec le décalage spatial fourni.Thus, the repair method 100 can be applied to all types of parts and to all types of repair following a worn portion which must be removed or following a worn portion to which a material has been added, that damaged area (surface with valleys and dips or added material) to be machined to conform to the initial profile in the rest material of the part with the provided spatial offset.
Claims (17)
- acquisition (110) de points de contrôle (PC1, PC2) au moins d’une partie de la pièce avec la zone endommagée (12),
- fourniture (120) du modèle initial théorique (MIT),
- détermination (130) d’un décalage spatial à partir des points de contrôle (PC1, PC2), de manière à pouvoir usiner la matière restante de la pièce (1) pour reproduire le profil initial,
- fourniture (140) du décalage spatial à une machine de réparation (20),
- commande (150) de la machine de réparation (20) pour exécuter le modèle initial théorique (MIT) en tenant compte du décalage spatial, afin de réaliser le profil initial dans la matière restante de la pièce avec le décalage spatial fourni.
- acquisition (110) of control points (PC1, PC2) of at least part of the part with the damaged zone (12),
- supply (120) of the initial theoretical model (MIT),
- determination (130) of a spatial offset from the control points (PC1, PC2), so as to be able to machine the remaining material of the part (1) to reproduce the initial profile,
- providing (140) the spatial offset to a repair machine (20),
- control (150) of the repair machine (20) to execute the theoretical initial model (MIT) taking into account the spatial offset, in order to realize the initial profile in the rest material of the part with the provided spatial offset.
- au moins un module électronique de commande (21),
- un dispositif de contrôle (19) destiné à acquérir au moins des points de contrôle (PC1, PC2) d’au moins une partie de la pièce avec la zone endommagée (12), le dispositif de contrôle (19) étant relié au module électronique de commande (21), et
- une machine de réparation (20), avec un repère d’usinage, qui est reliée au module électronique de commande (21) et qui est configurée de manière à exécuter le modèle initial théorique (MIT) en tenant compte d’un décalage spatial qui est déterminé à partir des points de contrôle (PC1, PC2), afin de réaliser le profil initial dans la matière restante de la pièce avec le décalage spatial fourni.
- at least one electronic control module (21),
- a control device (19) intended to acquire at least control points (PC1, PC2) of at least a part of the part with the damaged zone (12), the control device (19) being connected to the electronic module control (21), and
- a repair machine (20), with a machining mark, which is connected to the electronic control module (21) and which is configured in such a way as to execute the theoretical initial model (MIT) taking into account a spatial offset which is determined from the control points (PC1, PC2), in order to achieve the initial profile in the rest material of the part with the provided spatial offset.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR2012001A FR3116456B1 (en) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | METHOD FOR REPAIRING A TURBOMACHINE PART AND CORRESPONDING INSTALLATION |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023174484A1 (en) * | 2022-03-14 | 2023-09-21 | HPL Technologies GmbH | Method for reprocessing a coated workpiece |
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| EP1129813A1 (en) * | 2000-03-02 | 2001-09-05 | General Electric Company | Nominal shift machining |
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| EP2070641A2 (en) * | 2007-12-11 | 2009-06-17 | General Electric Company | System and method for adaptive machining |
| EP3242177A1 (en) * | 2016-04-29 | 2017-11-08 | Rolls-Royce plc | Adaptive repair method for aerofoil blades |
-
2020
- 2020-11-23 FR FR2012001A patent/FR3116456B1/en active Active
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| WO2023174484A1 (en) * | 2022-03-14 | 2023-09-21 | HPL Technologies GmbH | Method for reprocessing a coated workpiece |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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