FR2861457A1 - Device for non-destructive testing of structures, particularly ship hulls, using number of non-destructive testing detectors and mobile robot to carry them - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un système de contrôle non destructif deThe present invention relates to a non-destructive testing system of
l'état des grandes structuresthe condition of large structures
industrielles telles que les navires, les pipe-lines, les cuves de stockage. such as ships, pipelines, storage tanks.
Le contrôle non destructif est traditionnellement effectué par un opérateur, qui applique manuellement sur ou à proximité de la surface de la structure à contrôler une sonde de mesure. Cette sonde émet des impulsions acoustiques ultrasonores ou électromagnétiques, qui se propagent dans la matière de la structure et y sont partiellement réfléchies par les fractures, les soudures, les chancres de corrosion, les parois, les inhomogénéités. La sonde reçoit ces signaux réfléchis et les convertit en signaux électriques qui sont affichés par un dispositif électronique. L'opérateur exploite ces affichages pour mesurer par exemple l'épaisseur de la matière au point où il a posé sa sonde. Non-destructive testing is traditionally performed by an operator, who manually applies to or near the surface of the structure to control a measurement probe. This probe emits ultrasonic or electromagnetic acoustic pulses, which propagate in the material of the structure and are partially reflected by fractures, welds, corrosion cankers, walls, inhomogeneities. The probe receives these reflected signals and converts them into electrical signals that are displayed by an electronic device. The operator uses these displays to measure, for example, the thickness of the material at the point where it has placed its probe.
Or, les moyens actuels sont inadaptés à l'exploration systématique des surfaces de plusieurs dizaines à plusieurs milliers de mètres carrés des grandes structures industrielles comme par exemple les coques des navires. However, the current means are unsuitable for the systematic exploration of surfaces from several tens to several thousand square meters of large industrial structures such as the hulls of ships.
En effet, l'opérateur fait aujourd'hui des mesures ponctuelles, au voisinage du point où il pose sa sonde, dont la surface est de quelques millimètres à quelques centimètres carrés. Pour réaliser le contrôle exhaustif de très grandes structures à un pas d'échantillonnage régulier de quelques centimètres par quelques centimètres, il lui faudrait déplacer la sonde plusieurs millions de fois, ce qui est impossible. Les contrôles actuels sont donc très lacunaires: de grandes surfaces restent inexplorées et l'on prend un risque statistique en faisant l'hypothèse qu'entre deux points de mesure espacés, la structure ne présente aucun défaut. In fact, the operator is now making spot measurements near the point where he places his probe, whose surface is a few millimeters to a few square centimeters. To achieve exhaustive control of very large structures at a regular sampling rate of a few centimeters by a few centimeters, he would have to move the probe several million times, which is impossible. The current controls are therefore very incomplete: large areas remain unexplored and a statistical risk is assumed by making the assumption that between two spaced measuring points, the structure presents no defect.
Par ailleurs le travail de l'opérateur est pénible parce qu'il doit souvent travailler en altitude sur un échafaudage, ou suspendu par des cordes en l'air, ou en plongée sous la coque d'un navire, et les appareils de mesure actuels ne lui facilitent pas ce travail: il lui faut maintenir en position la sonde tout en réglant et en surveillant l'afficheur de l'appareil. Cet effort doit être répété pour un grand nombre de points à mesurer. Les contrôles avec les moyens actuels sont donc longs et difficiles. Moreover, the work of the operator is painful because he often has to work at altitude on a scaffold, or suspended by ropes in the air, or diving under the hull of a ship, and the current measuring devices. do not facilitate this work: it must keep in position the probe while adjusting and monitoring the display of the device. This effort must be repeated for many points to be measured. Controls with current means are therefore long and difficult.
En outre, selon la technique actuelle les points de mesure sont mal repérés dans l'espace: les opérateurs marquent par exemple à la craie les points où ils appliquent la sonde et prennent une photographie des ces repères. Or, ces photographies ne suffisent pas pour tracer une carte de la structure: elles visualisent la position approximative des endroits où ont été réalisés les mesures mais ne permettent pas de quantifier leurs positions exactes dans l'espace. In addition, according to the current technique the measuring points are poorly marked in space: the operators mark for example with chalk the points where they apply the probe and take a photograph of these marks. However, these photographs are not enough to draw a map of the structure: they visualize the approximate position of the places where the measurements were made but do not make it possible to quantify their exact positions in the space.
Pour automatiser les contrôles, des appareils robotiques ont été imaginés, comportant un bras manipulateur déplaçant automatiquement la sonde de mesure. Mais ces systèmes se caractérisent par le fait qu'ils se guident sur des rails ou sur des points d'appuis. Lorsque le bras manipulateur a fini de déplacer la sonde sur tout l'espace qu'il peut mécaniquement atteindre, il est nécessaire de déplacer son rail de guidage ou son point d'appui pour pouvoir couvrir une autre zone. Ces dispositifs ne sont donc pas autonomes et le déplacement répété du point ou du rail d'appui représente une contrainte handicapante lorsque la surface à contrôler est très importante. To automate the controls, robotic devices have been devised, including a manipulator arm automatically moving the measuring probe. But these systems are characterized by the fact that they guide themselves on rails or on points of support. When the manipulator arm has finished moving the probe over all the space it can mechanically reach, it is necessary to move its guide rail or its fulcrum to cover another area. These devices are therefore not autonomous and the repeated displacement of the point or the support rail represents a disabling constraint when the surface to be controlled is very important.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de contrôle non destructif des grandes structures industrielles comme par exemple les navires, permettant d'en relever les mesures à un pas d'échantillonnage régulier centimétrique sur toutes ses surfaces même lorsque ces dernières sont très vastes: plusieurs dizaines à plusieurs milliers de mètres carrés. The purpose of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a non-destructive control device for large industrial structures such as ships, to measure the measures at a regular centimeter sampling rate on all its surfaces even when the latter are very large: several tens to several thousand square meters.
Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif de contrôle non destructif de structures composé d'une antenne comportant un ou plusieurs capteurs de contrôle non destructif, par exemple des sondes ultrasonores ou à courants de Foucault et d'un robot mobile pouvant déplacer cette antenne sur les parois desdites structures. L'antenne et le robot comportent des moyens d'adhérer à la structure, des moyens de glisser ou de rouler sur celle ci, des moyens d'être positionnés dans l'espace, des moyens électroniques de calcul et d'interface avec les capteurs de l'antenne capables de prendre des mesures sur la structure, des moyens de communication permettant de transmettre ces mesures et de recevoir des commandes d'un calculateur distant. For this purpose, the subject of the invention is a non-destructive structure control device composed of an antenna comprising one or more non-destructive inspection sensors, for example ultrasonic or eddy current probes and a mobile robot that can move this antenna on the walls of said structures. The antenna and the robot comprise means for adhering to the structure, means for sliding or rolling on the latter, means for being positioned in the space, electronic means for calculating and interfacing with the sensors. antenna capable of taking measurements on the structure, communication means for transmitting these measurements and receiving commands from a remote computer.
De préférence, l'antenne est composée d'un support en matériau léger et flexible pouvant épouser les formes de la structure, par exemple un tapis de mousse plastique ou un ensemble de lames souples, support sur lequel sont fixés les capteurs. Preferably, the antenna is composed of a support of light and flexible material that can match the shapes of the structure, for example a plastic foam mat or a set of flexible blades, support on which the sensors are fixed.
De préférence, cette antenne comprend des aimants ou roues aimantées qui la retiennent plaquée à la structure si celle-ci peut être attirée par un aimant comme l'acier des coques de navires, ou par une jupe périphérique et un dispositif de succion aspirant l'air entre l'antenne et la structure dans les autres cas. Preferably, this antenna comprises magnets or magnetized wheels which retain it clad to the structure if it can be attracted by a magnet such as the steel of the hulls of ships, or by a peripheral skirt and a suction device sucking the air between the antenna and the structure in other cases.
Dans le cas particulier de l'emploi de palpeurs de contrôle non destructif par ultrasons, par exemple des palpeurs d'épaisseur selon l'état de l'art, une disposition préférée des aimants consistera à fabriquer les boîtiers desdits palpeurs en matériau aimanté. In the particular case of the use of non-destructive ultrasonic testing probes, for example feelers of thickness according to the state of the art, a preferred arrangement of the magnets will consist in manufacturing the housings of said feelers of magnetic material.
Cette disposition présente l'avantage que ces palpeurs se plaquent spontanément par leur aimantation en appui sur la structure, la force magnétique remplaçant l'effort d'application de l'opérateur. This arrangement has the advantage that these feelers are spontaneously plating by their magnetization in support of the structure, the magnetic force replacing the application force of the operator.
De préférence, l'antenne est munie de patins lui permettant de glisser sur la surface de la structure. Preferably, the antenna is provided with pads allowing it to slide on the surface of the structure.
Dans le cas particulier de l'emploi de palpeurs de contrôle non destructif par ultrasons, par exemple des palpeurs d'épaisseur selon l'état de l'art, ces patins seront préférentiellement fixés sous le boîtier aimanté des palpeurs de manière à ce que lesdits boîtiers, tout en étant retenus à la structure par leur aimantation, puissent glisser sur leurs patins sur la surface de la structure à contrôler. Dans ce cas particulier de l'emploi de palpeurs de contrôle non destructif par ultrasons, lesdits patins comporteront un trou situé devant la face parlante du palpeur, dans lequel sera réalisée une injection d'eau, permettant aux ondes ultrasonores de se propager entre la face parlante du palpeur et la structure. Les patins seront alors avantageusement constitués d'une matière suffisamment souple, par exemple un feutre, pour être partiellement écrasés par la force magnétique plaquant le boîtier sur la structure à contrôler, et jouer ainsi un rôle de joint retenant l'eau injectée entre le palpeur et la surface de la structure à contrôler. In the particular case of the use of non-destructive ultrasonic testing probes, for example feelers of thickness according to the state of the art, these pads will preferably be fixed under the magnetic housing of the feelers so that said housings, while being retained in the structure by their magnetization, can slide on their pads on the surface of the structure to control. In this particular case of the use of ultrasonic non-destructive testing probes, said pads will comprise a hole located in front of the talking face of the probe, in which will be performed a water injection, allowing ultrasonic waves to propagate between the face talking about the feeler and the structure. The pads will then advantageously consist of a sufficiently flexible material, for example a felt, to be partially crushed by the magnetic force plating the housing on the structure to be controlled, and thus act as a seal retaining the water injected between the probe and the surface of the structure to be controlled.
De préférence, l'antenne est déplacée sur la surface de la structure au moyen d'un robot roulant ou marchant et capable d'adhérer à cette dernière au moyen d'aimants, de roues aimantées ou de ventouses pneumatiques. Dans une version simplifiée de l'invention, l'antenne pourra être déplacée sur la structure par la main de l'opérateur. Preferably, the antenna is moved on the surface of the structure by means of a walking or walking robot and able to adhere to the latter by means of magnets, magnet wheels or pneumatic suction cups. In a simplified version of the invention, the antenna can be moved on the structure by the hand of the operator.
L'antenne comprend préférentiellement un alignement 5 d'une dizaine à une centaine de capteurs espacés entre eux de 1 à 10 centimètres. The antenna preferably comprises an alignment of ten to a hundred sensors spaced apart from 1 to 10 centimeters.
Ces capteurs sont préférentiellement des palpeurs de contrôle non destructif par ultrasons selon l'état de l'art permettant la mesure de l'épaisseur de la matière ou le contrôle de soudures au voisinage du palpeur, ou des sondes à courants de Foucault. Dans le cas d'emploi de l'invention sur les coques de navires, ces palpeurs mesureront par exemple l'épaisseur des tôles constituant la coque du navire. These sensors are preferably ultrasonic non-destructive testing probes according to the state of the art for measuring the thickness of the material or the control of welds in the vicinity of the probe, or eddy current probes. In the case of use of the invention on the hulls of ships, these feelers will measure for example the thickness of the sheets constituting the hull of the ship.
L'antenne et le robot emportent l'électronique d'interface des capteurs et un calculateur de gestion du dispositif. Ce calculateur réalise les mesures et les transmet à un calculateur distant via des moyens de communication préférentiellement de type modem radio. Il reçoit de ce calculateur distant des ordres de contrôle et assure le positionnement et le pilotage de l'ensemble robot et antenne sur la surface de la structure. The antenna and the robot carry the interface electronics of the sensors and a management computer of the device. This calculator performs the measurements and transmits them to a remote computer via communication means preferably of the radio modem type. It receives from this remote computer control commands and ensures the positioning and control of the robot and antenna assembly on the surface of the structure.
La méthode de mesure employant le dispositif selon l'invention consiste à déplacer l'antenne sur toute la surface de la structure à contrôler au moyen du robot, dans la direction orthogonale à sa plus grande longueur, comme un balai. Pendant ce déplacement, en chaque position de l'antenne, les capteurs prennent chacun une mesure au point qu'ils survolent. L'espacement intercapteurs, la vitesse d'avance du robot et la cadence de prise de mesures sont fixés pour que la structure ainsi survolée par l'antenne soit contrôlée à un pas d'échantillonnage précis le long de sa trajectoire. The method of measurement employing the device according to the invention consists in moving the antenna over the entire surface of the structure to be controlled by means of the robot, in the direction orthogonal to its greatest length, as a broom. During this movement, in each position of the antenna, the sensors each take a measurement to the point that they fly over. The inter-sensor spacing, robot feed rate, and measurement rate are set so that the structure thus overflown by the antenna is controlled at a precise sampling rate along its path.
Ce dispositif présente l'avantage de décharger l'opérateur du travail de déplacement de l'appareil de mesure sur la structure, en montant sur un échafaudage ou en l'escaladant avec des cordes, ou en plongée sous marine. This device has the advantage of relieving the operator of the work of moving the measuring device on the structure, climbing on a scaffold or climbing with ropes, or scuba diving.
Un autre avantage vient de l'exhaustivité du contrôle obtenu par la finesse du pas d'échantillonnage spatial des mesures, préférentiellement de l'ordre du centimètre, et par la possibilité d'exploration systématique de la structure par la trajectoire du robot. Another advantage comes from the completeness of the control obtained by the fineness of the spatial sampling step of the measurements, preferably of the order of a centimeter, and by the possibility of systematic exploration of the structure by the trajectory of the robot.
De préférence, la position du robot dans l'espace à 3 dimensions est mesurée au moyen d'un appareil connu selon l'état de l'art et commercialisé par exemple chez le constructeur TRIMBLE dont l'adresse est 645 South Mary Avenue; Sunnyvale; CA,USA; 94088 - 3642 sous la désignation française de Station totale robotisée à cible active. Ce type de dispositif, traditionnellement utilisé en topographie, comporte un station de référence fixe posée par exemple sur le sol à une distance de l'ordre de 10 à 100 mètres de la structure à contrôler, et un émetteur optique appelé cible active' que l'on fixe sur le robot. Ladite station de référence se pointe automatiquement en permanence sur l'émetteur fixé sur le robot et en délivre la position géographique tridimensionnelle avec une précision centimétrique à une cadence de l'ordre de la seconde. La position du robot relevée par ces moyens de positionnement pendant ses déplacements sur la structure contrôlée est transmise par la station de référence vers le calculateur distant pour y être enregistrée en même temps que les mesures transmises par le robot, via des moyens de transmission préférentiellement de type modem radio. Le calculateur distant connaît ainsi la position tridimensionnelle du robot et peut donc élaborer et transmettre vers le robot des commandes de déplacement pour guider ce dernier le long d'une trajectoire sur la structure. Preferably, the position of the robot in the 3-dimensional space is measured by means of a known apparatus according to the state of the art and marketed for example at the manufacturer TRIMBLE whose address is 645 South Mary Avenue; Sunnyvale; CA, USA; 94088 - 3642 under the French designation of Active Target Robotic Total Station. This type of device, traditionally used in topography, comprises a fixed reference station placed for example on the ground at a distance of the order of 10 to 100 meters from the structure to be controlled, and an optical transmitter called active target 'that the it is fixed on the robot. Said reference station is automatically automatically pointed at the transmitter attached to the robot and delivers the three-dimensional geographic position with centimeter accuracy at a rate of the order of one second. The position of the robot raised by these positioning means during its movements on the controlled structure is transmitted by the reference station to the remote computer to be recorded at the same time as the measurements transmitted by the robot, via transmission means preferably of radio modem type. The remote computer thus knows the three-dimensional position of the robot and can therefore develop and transmit to the robot displacement commands to guide the latter along a path on the structure.
Dans une variante simplifiée de l'invention, l'antenne aimantée peut être glissée sur ses patins à la surface de la structure à contrôler directement par la main de l'opérateur; dans ce cas, les mesures d'épaisseur seront de préférence affichées directement sur l'antenne au moyen d'un indicateur visuel du type à diodes électroluminescentes ou écran à cristaux liquides. In a simplified variant of the invention, the magnetized antenna can be slid on its pads on the surface of the structure to be controlled directly by the hand of the operator; in this case, the thickness measurements will preferably be displayed directly on the antenna by means of a visual indicator of the light-emitting diode type or LCD screen.
Dans une variante de l'invention destinée à réaliser le contrôle de structures immergées sous l'eau, le robot et l'antenne ont les mêmes caractéristiques, et sont rendus étanches. Le système de positionnement décrit plus haut est dans ce cas remplacé par un système de positionnement acoustique à base longue, courte ou ultracourte et les moyen de communication radio sont remplacés par des moyens de communication filaires ou acoustiques connu selon l'état de l'art. L'injection d'eau décrite n'est pas nécessaire pour cette variante. In a variant of the invention intended to carry out the control of immersed structures under water, the robot and the antenna have the same characteristics, and are sealed. The positioning system described above is in this case replaced by a long, short or ultra-short base acoustic positioning system and the radio communication means are replaced by known wire or acoustic communication means according to the state of the art. . The water injection described is not necessary for this variant.
Le calculateur distant dispose par ces moyens en temps réel de toutes les mesures et des positions où ces dernières ont été relevées sur la structure. Il calcule et représente avantageusement ces données à l'opérateur sous formes de vues ergonomiques. Les types de représentations préférées sont de type A-scan ou réel ou C-scan. Un autre type de représentation préférée dessine la forme mesurée de la structure en 3 dimensions sur l'écran du calculateur, et plaque sur cette forme les mesures qui y sont relevées. Ces représentations peuvent contenir des tracés de lignes de contours isovaleurs, peuvent faire apparaître par un codage en pseudo couleurs les points de mesure anormaux, ou peuvent visualiser des différences constatées avec des relevés de mesure antérieurs. The remote computer has by these means in real time all the measurements and positions where the latter have been recorded on the structure. It computes and represents these data advantageously to the operator in the form of ergonomic views. The types of preferred representations are of A-scan or real or C-scan type. Another type of preferred representation draws the measured form of the 3-dimensional structure on the computer screen, and plots on this form the measurements that are recorded therein. These representations may contain traces of isovalue contour lines, may reveal pseudo-color coding abnormal measurement points, or may display differences found with previous measurement readings.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée, ci-dessous. Other features and advantages of the invention will become apparent from the detailed description below.
Cette description sera faite en regard des dessins 5 annexés illustrant à titre d'exemple non limitatif un dispositif selon l'invention. Ils décrivent un dispositif de contrôle non destructif plus spécifiquement conçu pour mesurer l'épaisseur de la coque d'un navire en acier en tous ses points. This description will be made with reference to the accompanying drawings illustrating by way of nonlimiting example a device according to the invention. They describe a non-destructive testing device specifically designed to measure the thickness of the hull of a steel ship at all points.
- la figure 1 montre une vue d'ensemble du dispositif comprenant une antenne de mesure (1) remorquée par un robot (2) roulant sur la coque du navire (3) et y adhérant au moyen de roues aimantées (4). Ce robot (2) porte un émetteur optique (5) dont la position est mesurée en permanence par une station de positionnement (6) fixée à terre. Le robot (2) transmet les mesures qu'il élabore au moyen des capteurs de l'antenne (1), de circuits d'interface et d'un calculateur embarqué vers un calculateur distant (7) par un modem radio (8). La station fixe de positionnement (6) émet vers le calculateur distant (7) la position mesurée du robot par un modem radio (9). Le calculateur distant (7) émet vers le robot (2) des commandes par le modem radio (8) qui lui permettent de suivre une trajectoire connue sur la coque du navire. - Figure 1 shows an overview of the device comprising a measuring antenna (1) towed by a robot (2) rolling on the hull of the ship (3) and adhering by means of magnet wheels (4). This robot (2) carries an optical transmitter (5) whose position is permanently measured by a positioning station (6) fixed on the ground. The robot (2) transmits the measurements that it elaborates by means of the antenna sensors (1), interface circuits and an on-board computer to a remote computer (7) by a radio modem (8). The fixed positioning station (6) transmits to the remote computer (7) the measured position of the robot by a radio modem (9). The remote computer (7) transmits commands to the robot (2) by the radio modem (8) which allow it to follow a known trajectory on the hull of the ship.
- la figure 2 représente une réalisation préférée de l'antenne (1), comprenant un ensemble de lames ressort allongées et souples (10) fixées à une de leurs extrémités au robot et à l'autre extrémité aux palpeurs ultrasonores d'épaisseur (11). L'élasticité des lames souples (10) leur permet de maintenir les palpeurs (11) tout en caressant les contours de la coque pendant le déplacement de l'antenne à sa surface, à la manière de doigts. Une variante de réalisation consiste à remplacer ces doigts souples par une pièce en plastique ou en tissu déformable pouvant glisser sur la coque du navire en en épousant les formes. L'aimantation des boîtiers des palpeurs assure leur adhérence et leur maintien en position à la surface de la structure à contrôler. Des patins (15) fixés sous ces palpeurs (11) leur permettent de glisser sur cette surface. Les palpeurs (11) sont reliés par des câbles électriques (12) aux circuits d'interface (33) du robot (2). FIG. 2 represents a preferred embodiment of the antenna (1), comprising a set of elongated and flexible spring blades (10) fixed at one of their ends to the robot and at the other end to ultrasonic feelers of thickness (11). ). The elasticity of the flexible blades (10) allows them to hold the probes (11) while caressing the contours of the shell during the movement of the antenna on its surface, in the manner of fingers. An alternative embodiment consists in replacing these flexible fingers by a plastic part or deformable fabric that can slide on the hull of the ship by marrying the shapes. The magnetization of the housings of the feelers ensures their adhesion and their maintenance in position on the surface of the structure to be controlled. Pads (15) fixed under these feelers (11) allow them to slide on this surface. The probes (11) are connected by electric cables (12) to the interface circuits (33) of the robot (2).
- la figure 3 représente une coupe d'une réalisation préférée d'un palpeur ultrasonore d'épaisseur (11). - Figure 3 shows a section of a preferred embodiment of an ultrasonic probe thickness (11).
De tels palpeurs sont traditionnellement fabriqués par de nombreux industriels dont par exemple la société IMASONIC S.A. ; 15, rue Alain Savary - 25000 Besançon - FRANCE. Dans une réalisation préférée de l'invention, leur type ne sera pas de type à réseau phasé et leur diamètre est choisi de l'ordre du centimètre. Des variantes pourront comporter des palpeurs ultrasonore de géométries rectangulaire ou circulaires et de dimensions comprises entre 0.5 centimètres et 10 centimètres selon la précision de mesure cherchée et le choix ou non d'utiliser des palpeurs à réseaux phasés. Le nombre des palpeurs est préférentiellement compris entre 8 et 64, ce qui donne à l'antenne une largeur préférentielle comprise entre 20 centimètres et 2 mètres. Un tuyau d'injection d'eau (20) amène un flux d'eau entre la face parlante du palpeur (21) et la surface de la structure à contrôler (3), permettant aux ondes ultrasonores de se propager dans l'espace (23) séparant la face parlante du palpeur (21) et la structure (3). Selon une caractéristique de l'invention, ce flux d'eau est maintenu sous l'antenne au moyen d'un patin de glissement en matière souple (15) assurant à la fois le rôle de joint d'étanchéité maintenant l'eau dans l'espace (23). Un trou (24) est ménagée dans ce patin devant la face parlante (21) du palpeur pour laisser passer les ondes ultrasonores et le flux d'eau entre la face parlante du palpeur (21) et la surface de la structure à contrôler (3). Selon une des caractéristiques de l'invention, le boîtier (25) du palpeur est construit en matériau aimanté, la force magnétique d'aimantation le retenant à la structure. Such feelers are traditionally manufactured by many manufacturers including for example the company IMASONIC S.A .; 15, rue Alain Savary - 25000 Besançon - FRANCE. In a preferred embodiment of the invention, their type will not be phased array type and their diameter is chosen of the order of one centimeter. Variants may include ultrasonic probes of rectangular or circular geometries and dimensions between 0.5 centimeters and 10 centimeters depending on the desired measurement accuracy and the choice or not to use phased array probes. The number of probes is preferably between 8 and 64, which gives the antenna a preferential width of between 20 centimeters and 2 meters. A water injection pipe (20) brings a flow of water between the talking face of the probe (21) and the surface of the structure to be controlled (3), allowing the ultrasonic waves to propagate in the space ( 23) separating the speaking face of the probe (21) and the structure (3). According to one characteristic of the invention, this stream of water is kept under the antenna by means of a sliding pad made of flexible material (15) ensuring both the role of seal keeping water in the water. space (23). A hole (24) is formed in this pad in front of the talking face (21) of the probe to let the ultrasonic waves and the flow of water between the talking face of the probe (21) and the surface of the structure to be controlled (3). ). According to one of the features of the invention, the housing (25) of the probe is constructed of magnetic material, the magnetization magnetic force retaining it to the structure.
Un trou taraudé (26) permet de fixer le palpeur à la lame souple (10) qui le maintient. Des variantes pourront comporter d'autres moyens de fixation. Les impulsions ultrasonores émises par les palpeurs (11) ont préférentiellement une fréquence centrale F de l'ordre de 5 MHz et une bande passante B de l'ordre de 3 MHz. Pour améliorer la précision de mesure, surtout dans le cas de structures métalliques, il sera dans une variante de l'invention possible d'augmenter cette fréquence centrale F jusqu'à 15 MHz. De même, pour effectuer des mesures dans les matériaux plus absorbants que l'acier comme les plastiques, les composites, le béton, il sera préférable dans une autre variante de l'invention de réduire la fréquence centrale F à des valeurs plus petites, typiquement entre 100 kHz et 1 MHz pour augmenter l'énergie émise et mieux pénétrer ces matériaux absorbants. La largeur de bande relative B/F préférée de l'invention est comprise entre 40% et 60%. A tapped hole (26) secures the probe to the flexible blade (10) which holds it. Variants may include other means of attachment. The ultrasonic pulses emitted by the probes (11) preferentially have a central frequency F of the order of 5 MHz and a bandwidth B of the order of 3 MHz. To improve the measurement accuracy, especially in the case of metal structures, it will be possible in one variant of the invention to increase this central frequency F up to 15 MHz. Similarly, to perform measurements in materials more absorbent than steel such as plastics, composites, concrete, it will be preferable in another variant of the invention to reduce the center frequency F to smaller values, typically between 100 kHz and 1 MHz to increase the energy emitted and better penetrate these absorbent materials. The preferred relative B / F bandwidth of the invention is between 40% and 60%.
la figure 4 montre le robot (2) composé d'un moteur de propulsion (30) de préférence électrique, relié à ses roues aimantées (4) par des moyens de transmission mécanique (32). Ces roues (4) comportent de préférence une partie centrale aimantée (31), créant la force magnétique de plaquage de la roue sur la coque (3), partie centrale sur laquelle est fixé un pneu (34) en matériau polymère souple empêchant le glissement de la roue sur la coque (3). Ce robot comporte préférentiellement des moyens (41) d'orienter ses roues et des étages de transmission différentiels (35) de manière à pouvoir modifier sa trajectoire à la manière d'une voiture automobile. FIG. 4 shows the robot (2) composed of a preferably electric propulsion motor (30) connected to its magnet wheels (4) by mechanical transmission means (32). These wheels (4) preferably comprise a magnetized central portion (31), creating the magnetic force for plating the wheel on the shell (3), a central portion to which is attached a tire (34) of flexible polymer material preventing slippage of the wheel on the hull (3). This robot preferably comprises means (41) for orienting its wheels and differential transmission stages (35) so as to be able to modify its trajectory in the manner of a motor car.
- La figure 5 représente un schéma fonctionnel de l'électronique. Le robot emporte des circuits électroniques d'interface (33) reliés aux capteurs de l'antenne par des câbles (12). Ces circuits d'interface (33), sont composés d'un générateur (34) d'impulsions électriques courtes d'amplitude préférentiellement supérieure à 200 Volts et de durée préférentiellement inférieure à 100 nanosecondes, d'un multiplexeur / démultiplexeur (35) commandé par un circuit d'adressage (36), lui- même commandé par le calculateur du robot (14), envoyant lesdites impulsions courtes séquentiellement vers tous les palpeurs (11) de l'antenne (1) à une vitesse de séquençage de l'ordre de 100 palpeurs par seconde. A un instant donné, un des palpeurs de l'antenne est sélectionné par le circuit d'adressage (36) et reçoit l'impulsion provenant du générateur (34) qui lui est acheminée par le multiplexeur / démultiplexeur (35) qu'il émet dans la structure. Les signaux acoustiques provenant en écho de la structure sont convertis en signaux électriques (40) par ce même palpeur pendant les quelques dizaines à quelques centaines de microsecondes suivant l'instant d'émission, et acheminés en retour par le multiplexeur / démultiplexeur (35) vers un amplificateur (37). Puis le circuit d'adressage (36) fait commuter le multiplexeur / démultiplexeur (35) vers le prochain palpeur de l'antenne. Les signaux (40) sont transformés en signaux numériques par un convertisseur analogique / digital (38) dont ils sortent sous forme d'une suite d'échantillons numériques codés de préférence sur plus de 10 bits et à une fréquence d'échantillonnage de préférence supérieure à 10 méga Hertz. Ces échantillons numériques sortant du convertisseur (38) sont préférentiellement traités numériquement par un circuit numérique dédié de type ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ou PLA (programmable Logic Array) ou DSP (Digital Signal Processor) (39) qui en extrait la valeur de l'épaisseur de la structure au point où était positionné le capteur à l'instant de l'émission. Une variante de l'invention consiste à stocker temporairement les échantillons numériques sortant du convertisseur (38) dans une mémoire (45) puis les faire traiter par le calculateur embarqué du robot (14). La valeur de l'épaisseur une fois calculée par le circuit dédié (39) ou le calculateur (14) est transmise par le calculateur (14) au moyen d'un modem radio (8) vers le calculateur distant (7). Le calculateur du robot (14) reçoit du calculateur distant (7) au moyen dudit modem radio (8) des ordres de pilotage qu'il exécute par exemple en agissant sur ses moyens de propulsion (30) et d'orientation (41). Le robot (2) peut être alimenté en énergie par un câble électrique (42), et en eau pressurisée par un tuyau (43) pour l'alimentation en eau des tuyaux d'injection d'eau (20) des palpeurs. - Figure 5 shows a block diagram of the electronics. The robot carries electronic interface circuits (33) connected to the antenna sensors by cables (12). These interface circuits (33) are composed of a generator (34) of short electric pulses of amplitude preferably greater than 200 volts and of duration preferably less than 100 nanoseconds, of a multiplexer / demultiplexer (35) controlled by an addressing circuit (36), itself controlled by the computer of the robot (14), sending said short pulses sequentially to all the probes (11) of the antenna (1) at a sequencing speed of the order of 100 probes per second. At a given moment, one of the probes of the antenna is selected by the addressing circuit (36) and receives the pulse from the generator (34) which is fed to it by the multiplexer / demultiplexer (35) that it emits in the structure. Acoustic signals echoing from the structure are converted into electrical signals (40) by the same probe for a few tens to a few hundred microseconds following the instant of emission, and sent back by the multiplexer / demultiplexer (35). to an amplifier (37). Then the addressing circuit (36) switches the multiplexer / demultiplexer (35) to the next probe of the antenna. The signals (40) are converted into digital signals by an analog / digital converter (38) from which they output as a series of digital samples preferably encoded over more than 10 bits and at a preferably higher sampling rate. at 10 mega Hertz. These digital samples coming out of the converter (38) are preferably digitally processed by a dedicated digital circuit of ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or PLA (Programmable Logic Array) or DSP (Digital Signal Processor) type (39) which extracts the value from the thickness of the structure at the point where the sensor was positioned at the moment of emission. A variant of the invention consists in temporarily storing the digital samples leaving the converter (38) in a memory (45) and then processing them by the robot's on-board computer (14). The value of the thickness once calculated by the dedicated circuit (39) or the computer (14) is transmitted by the computer (14) by means of a radio modem (8) to the remote computer (7). The computer of the robot (14) receives from the remote computer (7) by means of said radio modem (8) control commands that it executes for example by acting on its means of propulsion (30) and orientation (41). The robot (2) can be supplied with energy by an electric cable (42), and pressurized water by a pipe (43) for supplying water to the water injection pipes (20) of the feelers.
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