CA2721255A1 - Traducteur ultrasonore de contact, a elements multiples, sabot flexible et profilometre - Google Patents
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Abstract
Traducteur ultrasonore de contact, à éléments multiples, sabot flexible et prof ilomètre. Ce traducteur s'applique notamment au contrôle non destructif d'un objet et comprend : un ensemble d'éléments (10) rigidement solidaires les uns des autres dont au moins une partie servent d'émetteurs d'ultrasons, un sabot (6) dont au moins la face avant est flexible pour être applicable contre la surface de l'objet (2) et dont la face arrière est rendue solidaire de l'ensemble des éléments, et un profilomètre (8) pour mesurer des variations de la surface et fournir des signaux représentatifs de celles-ci pour permettre aux émetteurs d'engendrer un faisceau ultrasonore focalisé (F) dont les caractéristiques sont maîtrisées par rapport à l'objet.
Description
TRADUCTEUR ULTRASONORE DE CONTACT, A ELEMENTS
MULTIPLES, SABOT FLEXIBLE ET PROFILOMETRE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un traducteur ultrasonore de contact à éléments multiples (en anglais, phased array ultrasonic contact transducer).
Ce traducteur est utilisable dans le domaine industriel pour effectuer des contrôles non destructifs, dans le domaine médical, et dans tout domaine nécessitant que le traducteur soit en contact avec la surface d'un objet à contrôler et soit suffisamment flexible pour épouser la forme de cette surface (les mots déformable , souple et flexible étant synonymes dans la présente description).
A titre d'exemples d'applications, on peut citer, dans le domaine industriel, le contrôle de bourrelets de soudure, de coudes et de piquages, et dans le domaine médical, le contrôle de l'os du talon ainsi que le contrôle du crâne.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les traducteurs ultrasonores de contact à
élément unique (en anglais, single element ultrasonic contact transducers) sont de plus en plus remplacés par des traducteurs à éléments multiples dans lesquels l'excitation électrique des éléments est pilotée à
l'aide de lois de retards (en anglais, delay laws) pour
MULTIPLES, SABOT FLEXIBLE ET PROFILOMETRE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un traducteur ultrasonore de contact à éléments multiples (en anglais, phased array ultrasonic contact transducer).
Ce traducteur est utilisable dans le domaine industriel pour effectuer des contrôles non destructifs, dans le domaine médical, et dans tout domaine nécessitant que le traducteur soit en contact avec la surface d'un objet à contrôler et soit suffisamment flexible pour épouser la forme de cette surface (les mots déformable , souple et flexible étant synonymes dans la présente description).
A titre d'exemples d'applications, on peut citer, dans le domaine industriel, le contrôle de bourrelets de soudure, de coudes et de piquages, et dans le domaine médical, le contrôle de l'os du talon ainsi que le contrôle du crâne.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les traducteurs ultrasonores de contact à
élément unique (en anglais, single element ultrasonic contact transducers) sont de plus en plus remplacés par des traducteurs à éléments multiples dans lesquels l'excitation électrique des éléments est pilotée à
l'aide de lois de retards (en anglais, delay laws) pour
2 focaliser l'énergie ultrasonore en différents points d'un objet à contrôler par synchronisation spatio-temporelle.
Ces opérations sont menées à l'aide de systèmes de commande qui sont capables de commander simultanément plusieurs centaines d'éléments et de lois de retards.
Ces techniques connues sont relativement bien adaptées au contrôle de pièces dont les surfaces sont planes ou dont la rugosité est faible par rapport à la longueur d'onde des ultrasons. Dans ces conditions, le couplage acoustique est assuré et l'énergie transmise dans de telles pièces est suffisante pour effectuer le contrôle.
En revanche, les performances de ces techniques qui utilisent un unique ou de multiples éléments standard sont rapidement limitées lors du contrôle de géométries ou de surfaces complexes. Pour résoudre ce problème, différentes voies sont actuellement explorées.
Une solution connue consiste à traiter les signaux, lors de leur émission ou de leur réception, à
l'aide d'algorithmes mathématiques très complexes. De telles méthodes utilisent des traducteurs placés au contact d'objets à contrôler ou à distance de ces derniers. Ces méthodes sont donc difficiles à mettre en oeuvre et sont assez rapidement limitées car les signaux sont fortement perturbés par l'interface complexe entre un traducteur et un objet à contrôler ou par la nécessité de connaître exactement les paramètres de l'acquisition, tels que les paramètres géométriques.
Ces opérations sont menées à l'aide de systèmes de commande qui sont capables de commander simultanément plusieurs centaines d'éléments et de lois de retards.
Ces techniques connues sont relativement bien adaptées au contrôle de pièces dont les surfaces sont planes ou dont la rugosité est faible par rapport à la longueur d'onde des ultrasons. Dans ces conditions, le couplage acoustique est assuré et l'énergie transmise dans de telles pièces est suffisante pour effectuer le contrôle.
En revanche, les performances de ces techniques qui utilisent un unique ou de multiples éléments standard sont rapidement limitées lors du contrôle de géométries ou de surfaces complexes. Pour résoudre ce problème, différentes voies sont actuellement explorées.
Une solution connue consiste à traiter les signaux, lors de leur émission ou de leur réception, à
l'aide d'algorithmes mathématiques très complexes. De telles méthodes utilisent des traducteurs placés au contact d'objets à contrôler ou à distance de ces derniers. Ces méthodes sont donc difficiles à mettre en oeuvre et sont assez rapidement limitées car les signaux sont fortement perturbés par l'interface complexe entre un traducteur et un objet à contrôler ou par la nécessité de connaître exactement les paramètres de l'acquisition, tels que les paramètres géométriques.
3 Le couplage acoustique peut être optimisé
en associant un traducteur à un dispositif qui assure une immersion locale (première solution) ou à un sabot (en anglais, wedge) souple en silicone (seconde solution).
La première solution peut être très difficile à mettre en oeuvre, voire impossible à
utiliser, puisqu'elle nécessite d'étanchéifier localement une tuyauterie. La seconde solution, bien qu'elle optimise le couplage acoustique, ne compense pas les aberrations subies par le faisceau ultrasonore au passage de l'interface entre le sabot et la pièce à
contrôler.
Par ailleurs, il existe des traducteurs flexibles qui compensent, dans une certaine mesure, les variations de géométrie pour optimiser le couplage acoustique et qui intègrent un profilomètre (en anglais, profilometer). Ce dernier permet de compenser, à l'aide de lois de retards, les aberrations que peut subir le faisceau ultrasonore lors de la traversée d'une interface complexe.
A ce propos, on peut citer les traducteurs flexibles de contact, tels que les traducteurs TCI, c'est-à-dire les traducteurs de contact intelligents (en anglais, smart flexible transducers) et les traducteurs conformables (en anglais, conformable transducers). Le fonctionnement de tels traducteurs est expliqué dans les documents suivants auxquels on se reportera [1] WO 00/33292, TRANSDUCTEUR ULTRASONORE
en associant un traducteur à un dispositif qui assure une immersion locale (première solution) ou à un sabot (en anglais, wedge) souple en silicone (seconde solution).
La première solution peut être très difficile à mettre en oeuvre, voire impossible à
utiliser, puisqu'elle nécessite d'étanchéifier localement une tuyauterie. La seconde solution, bien qu'elle optimise le couplage acoustique, ne compense pas les aberrations subies par le faisceau ultrasonore au passage de l'interface entre le sabot et la pièce à
contrôler.
Par ailleurs, il existe des traducteurs flexibles qui compensent, dans une certaine mesure, les variations de géométrie pour optimiser le couplage acoustique et qui intègrent un profilomètre (en anglais, profilometer). Ce dernier permet de compenser, à l'aide de lois de retards, les aberrations que peut subir le faisceau ultrasonore lors de la traversée d'une interface complexe.
A ce propos, on peut citer les traducteurs flexibles de contact, tels que les traducteurs TCI, c'est-à-dire les traducteurs de contact intelligents (en anglais, smart flexible transducers) et les traducteurs conformables (en anglais, conformable transducers). Le fonctionnement de tels traducteurs est expliqué dans les documents suivants auxquels on se reportera [1] WO 00/33292, TRANSDUCTEUR ULTRASONORE
4 DE CONTACT, A ELEMENTS MULTIPLES , ( MULTIELEMENT
ULTRASONIC CONTACT TRANSDUCER ), correspondant à US
6,424,597, [2] WO 2005/050617, TRANSDUCTEUR
ULTRASONORE DE CONTACT, A MULTIPLES ELEMENTS EMETTEURS
ET MOYENS DE PLAQUAGE DE CES ELEMENTS , ( ULTRASONIC
CONTACT TRANSDUCER COMPRISING MULTIPLE EMITTING
ELEMENTS AND MEANS FOR PRESSING SAID ELEMENTS ), correspondant à US 2007/0167800.
Cependant, un traducteur de ce type est mis directement en contact avec une pièce à contrôler, ce qui conduit à l'existence d'une zone morte de plusieurs millimètres sous la surface de la pièce, zone dans laquelle aucun contrôle ne peut être effectué.
Pour résoudre ce problème, il est connu d'associer une ligne à retard à chaque élément du traducteur dit TCI ou conformable mais cela se fait au détriment de la flexibilité de ce traducteur.
De plus, la proximité des éléments que comporte ce traducteur est un paramètre indissociable de la sensibilité de ce dernier. En effet, pour assurer la flexibilité du traducteur, les éléments sont séparés par des rotules ou par un corps mou qui nuit aux performances du traducteur et ces caractéristiques en font un traducteur spécifique.
Enfin, les limites technologiques de réalisation des éléments réduisent la directivité de tels traducteurs et ne permettent pas de faire des contrôles avec de grands angles d'inclinaison du faisceau ultrasonore.
EXPOSE DE L'INVENTION
ULTRASONIC CONTACT TRANSDUCER ), correspondant à US
6,424,597, [2] WO 2005/050617, TRANSDUCTEUR
ULTRASONORE DE CONTACT, A MULTIPLES ELEMENTS EMETTEURS
ET MOYENS DE PLAQUAGE DE CES ELEMENTS , ( ULTRASONIC
CONTACT TRANSDUCER COMPRISING MULTIPLE EMITTING
ELEMENTS AND MEANS FOR PRESSING SAID ELEMENTS ), correspondant à US 2007/0167800.
Cependant, un traducteur de ce type est mis directement en contact avec une pièce à contrôler, ce qui conduit à l'existence d'une zone morte de plusieurs millimètres sous la surface de la pièce, zone dans laquelle aucun contrôle ne peut être effectué.
Pour résoudre ce problème, il est connu d'associer une ligne à retard à chaque élément du traducteur dit TCI ou conformable mais cela se fait au détriment de la flexibilité de ce traducteur.
De plus, la proximité des éléments que comporte ce traducteur est un paramètre indissociable de la sensibilité de ce dernier. En effet, pour assurer la flexibilité du traducteur, les éléments sont séparés par des rotules ou par un corps mou qui nuit aux performances du traducteur et ces caractéristiques en font un traducteur spécifique.
Enfin, les limites technologiques de réalisation des éléments réduisent la directivité de tels traducteurs et ne permettent pas de faire des contrôles avec de grands angles d'inclinaison du faisceau ultrasonore.
EXPOSE DE L'INVENTION
5 La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents.
Dans l'invention, un traducteur rigide standard à éléments multiples est muni d'un sabot dont au moins la face avant est flexible. Le couplage acoustique entre l'ensemble des éléments et un objet à
contrôler est assuré par le sabot dont la face avant déformable est capable d'épouser la forme d'une surface complexe.
En outre, selon un autre aspect de l'invention, on utilise en temps réel l'information sur la déformation locale de cette face avant pour compenser les lois de retards lors de la focalisation des ondes ultrasonores.
Certes, il existe des techniques qui utilisent un traducteur à éléments multiples, monté sur un sabot flexible sans instrumentation, et dans lesquelles la surface de l'objet à contrôler est connue a priori. Des paramètres tels que les lois de retards sont alors appliqués en fonction de la position du traducteur.
Ces techniques sont intéressantes dans le cas d'une surface faiblement irrégulière mais leur intérêt devient très limité lorsque la surface est gauche, à cause des erreurs de positionnement du traducteur quant à son altitude, son inclinaison et son emplacement, et de la méconnaissance du profil de la
Dans l'invention, un traducteur rigide standard à éléments multiples est muni d'un sabot dont au moins la face avant est flexible. Le couplage acoustique entre l'ensemble des éléments et un objet à
contrôler est assuré par le sabot dont la face avant déformable est capable d'épouser la forme d'une surface complexe.
En outre, selon un autre aspect de l'invention, on utilise en temps réel l'information sur la déformation locale de cette face avant pour compenser les lois de retards lors de la focalisation des ondes ultrasonores.
Certes, il existe des techniques qui utilisent un traducteur à éléments multiples, monté sur un sabot flexible sans instrumentation, et dans lesquelles la surface de l'objet à contrôler est connue a priori. Des paramètres tels que les lois de retards sont alors appliqués en fonction de la position du traducteur.
Ces techniques sont intéressantes dans le cas d'une surface faiblement irrégulière mais leur intérêt devient très limité lorsque la surface est gauche, à cause des erreurs de positionnement du traducteur quant à son altitude, son inclinaison et son emplacement, et de la méconnaissance du profil de la
6 PCT/EP2009/054738 surface. Pour remédier à cela, de lourdes procédures d'étalonnage sont alors mises en oeuvre.
La présente invention est plus simple à
mettre en oeuvre ; elle utilise un traducteur classique, à éléments multiples, que l'on monte sur un sabot dont la face avant est flexible et que l'on équipe d'un profilomètre. Ce profilomètre permet à des moyens électroniques de commande de calculer la déformation de la face avant et les lois de retards adaptées.
L'application de ces lois de retards en temps réel par les moyens électroniques de commande permet de compenser les variations de surface lors de la formation du faisceau ultrasonore et de maintenir des caractéristiques optimisées pour ce dernier dans l'objet contrôlé.
Pour tenir compte des géométries complexes, il existe aussi des traducteurs ultrasonores de contact flexibles, à éléments multiples. Ces traducteurs permettent un bon couplage acoustique et sont pourvus d'une instrumentation (voir les documents [1] et [2]).
Mais les performances de ces traducteurs sont limitées lorsqu'il s'agit de focaliser des ondes ultrasonores avec de fortes inclinaisons ; de plus, ces traducteurs conduisent à une zone morte importante sous la surface de l'objet contrôlé.
La présente invention utilise, quant à
elle, la réfraction des ondes ultrasonores, ce qui est le meilleur moyen de focaliser ces ondes avec de fortes inclinaisons, sous la surface de l'objet contrôlé. De plus, le sabot joue le rôle de ligne à retard et permet de réduire la zone morte, ou zone d'écoute, sous cette
La présente invention est plus simple à
mettre en oeuvre ; elle utilise un traducteur classique, à éléments multiples, que l'on monte sur un sabot dont la face avant est flexible et que l'on équipe d'un profilomètre. Ce profilomètre permet à des moyens électroniques de commande de calculer la déformation de la face avant et les lois de retards adaptées.
L'application de ces lois de retards en temps réel par les moyens électroniques de commande permet de compenser les variations de surface lors de la formation du faisceau ultrasonore et de maintenir des caractéristiques optimisées pour ce dernier dans l'objet contrôlé.
Pour tenir compte des géométries complexes, il existe aussi des traducteurs ultrasonores de contact flexibles, à éléments multiples. Ces traducteurs permettent un bon couplage acoustique et sont pourvus d'une instrumentation (voir les documents [1] et [2]).
Mais les performances de ces traducteurs sont limitées lorsqu'il s'agit de focaliser des ondes ultrasonores avec de fortes inclinaisons ; de plus, ces traducteurs conduisent à une zone morte importante sous la surface de l'objet contrôlé.
La présente invention utilise, quant à
elle, la réfraction des ondes ultrasonores, ce qui est le meilleur moyen de focaliser ces ondes avec de fortes inclinaisons, sous la surface de l'objet contrôlé. De plus, le sabot joue le rôle de ligne à retard et permet de réduire la zone morte, ou zone d'écoute, sous cette
7 surface.
Par ailleurs, les techniques connues utilisent soit un sabot souple sans instrumentation, soit un traducteur flexible à éléments multiples, couplé à un profilomètre.
L'intérêt de la présente invention réside dans le maintien d'un couplage optimisé avec l'objet en utilisant un sabot, dont au moins la face avant est flexible, et un profilomètre qui est intégré au traducteur.
Ce profilomètre permet de fournir les variations de géométrie à un processeur dans lequel est implémenté un algorithme de calcul des lois de retards adaptées.
De façon précise, la présente invention a pour objet un traducteur ultrasonore à éléments multiples, ce traducteur comprenant :
- un ensemble d'éléments qui sont rigidement solidaires les uns des autres, au moins une partie des éléments servant d'émetteurs d'ultrasons, et - un sabot ayant une face avant, destinée à
être en contact avec la surface d'un objet à contrôler, et une face arrière qui est opposée à la face avant et dont l'ensemble des éléments est rendu solidaire, ce traducteur étant caractérisé en ce qu'au moins la face avant du sabot est flexible pour être applicable contre la surface de l'objet, et en ce que le traducteur comprend en outre un profilomètre pour mesurer des variations de la surface de l'objet et fournir des signaux représentatifs de ces variations, en vue de permettre aux émetteurs d'ultrasons
Par ailleurs, les techniques connues utilisent soit un sabot souple sans instrumentation, soit un traducteur flexible à éléments multiples, couplé à un profilomètre.
L'intérêt de la présente invention réside dans le maintien d'un couplage optimisé avec l'objet en utilisant un sabot, dont au moins la face avant est flexible, et un profilomètre qui est intégré au traducteur.
Ce profilomètre permet de fournir les variations de géométrie à un processeur dans lequel est implémenté un algorithme de calcul des lois de retards adaptées.
De façon précise, la présente invention a pour objet un traducteur ultrasonore à éléments multiples, ce traducteur comprenant :
- un ensemble d'éléments qui sont rigidement solidaires les uns des autres, au moins une partie des éléments servant d'émetteurs d'ultrasons, et - un sabot ayant une face avant, destinée à
être en contact avec la surface d'un objet à contrôler, et une face arrière qui est opposée à la face avant et dont l'ensemble des éléments est rendu solidaire, ce traducteur étant caractérisé en ce qu'au moins la face avant du sabot est flexible pour être applicable contre la surface de l'objet, et en ce que le traducteur comprend en outre un profilomètre pour mesurer des variations de la surface de l'objet et fournir des signaux représentatifs de ces variations, en vue de permettre aux émetteurs d'ultrasons
8 d'engendrer un faisceau ultrasonore focalisé, dont les caractéristiques sont maîtrisées par rapport à l'objet.
De préférence, la totalité du sabot est flexible.
Selon un mode de réalisation préféré du traducteur objet de l'invention, le sabot comprend une enveloppe déformable et un fluide qui est contenu dans l'enveloppe déformable.
De préférence, le traducteur objet de l'invention comprend en outre une partie rigide dont le profilomètre est rendu rigidement solidaire.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le profilomètre comprend :
- des éléments mécaniques, chaque élément mécanique comprenant une partie qui est mobile par rapport à la partie rigide du traducteur et comprend des première et deuxième extrémités, la première extrémité de la partie mobile étant apte à presser la face avant du sabot contre la surface de l'objet, et - des moyens de mesure pour mesurer la distance de la deuxième extrémité de chacune des parties mobiles par rapport à la partie rigide du traducteur, ces moyens de mesure étant aptes à fournir des signaux représentatifs des distances ainsi mesurées.
Selon un mode de réalisation particulier, les éléments mécaniques forment deux rangées parallèles de part et d'autre du sabot.
Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l'invention, la partie rigide du traducteur comporte des trous parallèles, dans lesquels
De préférence, la totalité du sabot est flexible.
Selon un mode de réalisation préféré du traducteur objet de l'invention, le sabot comprend une enveloppe déformable et un fluide qui est contenu dans l'enveloppe déformable.
De préférence, le traducteur objet de l'invention comprend en outre une partie rigide dont le profilomètre est rendu rigidement solidaire.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le profilomètre comprend :
- des éléments mécaniques, chaque élément mécanique comprenant une partie qui est mobile par rapport à la partie rigide du traducteur et comprend des première et deuxième extrémités, la première extrémité de la partie mobile étant apte à presser la face avant du sabot contre la surface de l'objet, et - des moyens de mesure pour mesurer la distance de la deuxième extrémité de chacune des parties mobiles par rapport à la partie rigide du traducteur, ces moyens de mesure étant aptes à fournir des signaux représentatifs des distances ainsi mesurées.
Selon un mode de réalisation particulier, les éléments mécaniques forment deux rangées parallèles de part et d'autre du sabot.
Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l'invention, la partie rigide du traducteur comporte des trous parallèles, dans lesquels
9 les parties mobiles sont respectivement aptes à
coulisser, et chaque élément mécanique comprend en outre des moyens élastiques qui sont aptes à éloigner, de la partie rigide, la première extrémité de la partie mobile correspondant à cet élément mécanique.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de mesure sont aptes à mesurer optiquement la distance de la deuxième extrémité de la partie mobile de chaque élément mécanique par rapport à
une zone de la partie rigide et comprennent :
- des moyens d'émission de lumière, fixés à
la partie rigide et aptes à émettre une lumière vers la deuxième extrémité, cette deuxième extrémité étant apte à réfléchir cette lumière, et - des moyens de réception de lumière, fixés à la partie rigide et aptes à recevoir la lumière ainsi réfléchie, ces moyens de réception de lumière étant aptes à fournir des signaux représentatifs de la distance de cette deuxième extrémité par rapport à la zone correspondante.
De préférence, le traducteur objet de l'invention comprend en outre des moyens de commande, aptes à :
- engendrer des impulsions d'excitation des émetteurs d'ultrasons, - établir, à partir des signaux fournis par le profilomètre, des lois de retards permettant aux émetteurs d'ultrasons d'engendrer le faisceau ultrasonore focalisé, et - appliquer ces lois de retards aux impulsions d'excitation de manière à engendrer le faisceau ultrasonore focalisé.
Selon un premier mode de réalisation 5 particulier de l'invention, le reste des éléments de l'ensemble d'éléments rigidement solidaires les uns des autres servent de récepteurs d'ultrasons, destinés à
fournir des signaux permettant la formation d'images relatives à l'objet.
coulisser, et chaque élément mécanique comprend en outre des moyens élastiques qui sont aptes à éloigner, de la partie rigide, la première extrémité de la partie mobile correspondant à cet élément mécanique.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de mesure sont aptes à mesurer optiquement la distance de la deuxième extrémité de la partie mobile de chaque élément mécanique par rapport à
une zone de la partie rigide et comprennent :
- des moyens d'émission de lumière, fixés à
la partie rigide et aptes à émettre une lumière vers la deuxième extrémité, cette deuxième extrémité étant apte à réfléchir cette lumière, et - des moyens de réception de lumière, fixés à la partie rigide et aptes à recevoir la lumière ainsi réfléchie, ces moyens de réception de lumière étant aptes à fournir des signaux représentatifs de la distance de cette deuxième extrémité par rapport à la zone correspondante.
De préférence, le traducteur objet de l'invention comprend en outre des moyens de commande, aptes à :
- engendrer des impulsions d'excitation des émetteurs d'ultrasons, - établir, à partir des signaux fournis par le profilomètre, des lois de retards permettant aux émetteurs d'ultrasons d'engendrer le faisceau ultrasonore focalisé, et - appliquer ces lois de retards aux impulsions d'excitation de manière à engendrer le faisceau ultrasonore focalisé.
Selon un premier mode de réalisation 5 particulier de l'invention, le reste des éléments de l'ensemble d'éléments rigidement solidaires les uns des autres servent de récepteurs d'ultrasons, destinés à
fournir des signaux permettant la formation d'images relatives à l'objet.
10 Selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention, tous les éléments de l'ensemble d'éléments rigidement solidaires les uns des autres servent à la fois d'émetteurs et de récepteurs d'ultrasons, les récepteurs d'ultrasons étant destinés à fournir des signaux permettant la formation d'images relatives à l'objet.
L'invention s'applique à tout contrôle bidimensionnel ou tridimensionnel nécessitant une compensation des lois de retards pour corriger une aberration surfacique.
Pour ce qui concerne les géométries à deux dimensions, l'invention permet par exemple de contrôler les tuyauteries de fort diamètre, notamment les bourrelets de soudure qui sont présents sur ces dernières.
Pour ce qui concerne les géométries à trois dimensions, l'invention permet par exemple de contrôler des piquages, des coudes et, plus généralement, toute pièce à géométrie tridimensionnelle.
Dans le domaine médical, l'invention
L'invention s'applique à tout contrôle bidimensionnel ou tridimensionnel nécessitant une compensation des lois de retards pour corriger une aberration surfacique.
Pour ce qui concerne les géométries à deux dimensions, l'invention permet par exemple de contrôler les tuyauteries de fort diamètre, notamment les bourrelets de soudure qui sont présents sur ces dernières.
Pour ce qui concerne les géométries à trois dimensions, l'invention permet par exemple de contrôler des piquages, des coudes et, plus généralement, toute pièce à géométrie tridimensionnelle.
Dans le domaine médical, l'invention
11 s'applique notamment aux échographies du calcanéum (os du talon), du crâne et des seins.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à
la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement le principe de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation particulier du traducteur, objet de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe schématique du traducteur de la figure 1, montrant le sabot flexible et les émetteurs-récepteurs d'ultrasons de ce traducteur, et - la figure 4 est une autre vue en coupe schématique du traducteur de la figure 1, montrant le profilomètre de ce traducteur.
EXPOSÉ DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Le traducteur ultrasonore 1 conforme à
l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, est destiné à contrôler un objet 2 et comprend essentiellement un traducteur ultrasonore rigide classique 4, un sabot 6 et un profilomètre 8.
Le traducteur classique 4 comprend un ensemble d'éléments piézoélectriques 10 qui sont
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à
la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement le principe de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation particulier du traducteur, objet de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe schématique du traducteur de la figure 1, montrant le sabot flexible et les émetteurs-récepteurs d'ultrasons de ce traducteur, et - la figure 4 est une autre vue en coupe schématique du traducteur de la figure 1, montrant le profilomètre de ce traducteur.
EXPOSÉ DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Le traducteur ultrasonore 1 conforme à
l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, est destiné à contrôler un objet 2 et comprend essentiellement un traducteur ultrasonore rigide classique 4, un sabot 6 et un profilomètre 8.
Le traducteur classique 4 comprend un ensemble d'éléments piézoélectriques 10 qui sont
12 rigidement solidaires les uns des autres et servent à
la fois d'émetteurs et de récepteurs d'ultrasons.
La face avant 11 du sabot 6 est destinée à
être en contact avec la surface de l'objet à contrôler 2 et sa face arrière 12, opposée à sa face avant, est fixée au traducteur classique 4 et en contact avec ce dernier. En outre, au moins la face avant du sabot 6 est flexible pour être applicable contre la surface de l'objet 2 mais, dans l'exemple, la totalité du sabot 6 est flexible pour simplifier la conception du traducteur 1 conforme à l'invention.
Le profilomètre 8 est destiné à mesurer des variations de la surface de l'objet 2 et à fournir des signaux électriques représentatifs de ces variations, en vue de permettre aux émetteurs d'ultrasons d'engendrer, dans l'objet 2, un faisceau ultrasonore focalisé F dont les caractéristiques sont maîtrisées par rapport à cet objet.
On précise que le traducteur ultrasonore classique 4 et le profilomètre 8 sont rendus rigidement solidaires d'une partie 9 du traducteur 1 conforme à
l'invention. Cette partie 9 est rigide et constitue le corps du traducteur 1.
Dans l'exemple de la figure 1, le traducteur 1 conforme à l'invention est muni de moyens de commande 13 qui sont électriquement reliés au traducteur classique 4 et au profilomètre 8 et sont aptes à :
- engendrer des impulsions électriques d'excitation des éléments 10 pour que ces derniers émettent des ultrasons,
la fois d'émetteurs et de récepteurs d'ultrasons.
La face avant 11 du sabot 6 est destinée à
être en contact avec la surface de l'objet à contrôler 2 et sa face arrière 12, opposée à sa face avant, est fixée au traducteur classique 4 et en contact avec ce dernier. En outre, au moins la face avant du sabot 6 est flexible pour être applicable contre la surface de l'objet 2 mais, dans l'exemple, la totalité du sabot 6 est flexible pour simplifier la conception du traducteur 1 conforme à l'invention.
Le profilomètre 8 est destiné à mesurer des variations de la surface de l'objet 2 et à fournir des signaux électriques représentatifs de ces variations, en vue de permettre aux émetteurs d'ultrasons d'engendrer, dans l'objet 2, un faisceau ultrasonore focalisé F dont les caractéristiques sont maîtrisées par rapport à cet objet.
On précise que le traducteur ultrasonore classique 4 et le profilomètre 8 sont rendus rigidement solidaires d'une partie 9 du traducteur 1 conforme à
l'invention. Cette partie 9 est rigide et constitue le corps du traducteur 1.
Dans l'exemple de la figure 1, le traducteur 1 conforme à l'invention est muni de moyens de commande 13 qui sont électriquement reliés au traducteur classique 4 et au profilomètre 8 et sont aptes à :
- engendrer des impulsions électriques d'excitation des éléments 10 pour que ces derniers émettent des ultrasons,
13 - établir, à partir des signaux fournis par le profilomètre 8 et grâce à un algorithme de calcul approprié, des lois de retards permettant aux éléments d'engendrer le faisceau ultrasonore focalisé F, et 5 - appliquer ces lois de retards aux impulsions d'excitation de manière à engendrer ce faisceau F.
En outre, dans l'exemple de la figure 1, les moyens de commande 13 sont aptes à traiter les 10 signaux électriques qu'ils reçoivent des éléments piézoélectriques, ces derniers servant alors de récepteurs d'ultrasons, afin de former des images relatives à l'objet. Ces images sont affichées sur un moniteur vidéo 14.
De plus, dans l'exemple de la figure 1, le traducteur 1 conforme à l'invention est fixé à un bras mécanique articulé 16. Ce bras articulé permet d'obtenir la position et l'orientation du transducteur dans le repère fixe de l'objet à contrôler 2. Des capteurs 18, dont est muni le bras 16, permettent de situer ce traducteur dans l'espace et de mesurer son orientation au cours de son déplacement par rapport à
l'objet 2, comme cela est indiqué dans les documents [1] et [2] auxquels on se reportera.
La position et l'orientation fournies par les capteurs 18 sont utilisées par les moyens de commande 13 pour déterminer les positions du traducteur par rapport à l'objet 2.
En outre, dans l'exemple de la figure 1, les moyens de commande 13 sont aptes à traiter les 10 signaux électriques qu'ils reçoivent des éléments piézoélectriques, ces derniers servant alors de récepteurs d'ultrasons, afin de former des images relatives à l'objet. Ces images sont affichées sur un moniteur vidéo 14.
De plus, dans l'exemple de la figure 1, le traducteur 1 conforme à l'invention est fixé à un bras mécanique articulé 16. Ce bras articulé permet d'obtenir la position et l'orientation du transducteur dans le repère fixe de l'objet à contrôler 2. Des capteurs 18, dont est muni le bras 16, permettent de situer ce traducteur dans l'espace et de mesurer son orientation au cours de son déplacement par rapport à
l'objet 2, comme cela est indiqué dans les documents [1] et [2] auxquels on se reportera.
La position et l'orientation fournies par les capteurs 18 sont utilisées par les moyens de commande 13 pour déterminer les positions du traducteur par rapport à l'objet 2.
14 Les figures 2 à 4 montrent schématiquement, mais de façon plus détaillée que la figure 1, le traducteur 1 conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective de ce traducteur 1 qui présente un plan de symétrie ; la figure 3 en est une vue en coupe suivant ce plan de symétrie, ce dernier coupant le sabot 6 ; et la figure 4 en est une autre vue en coupe suivant un autre plan qui est parallèle au plan de symétrie et coupe une rangée d'éléments mobiles que comporte le profilomètre 8.
Sur la figure 3, on voit donc le sabot 6.
Ce dernier comprend une enveloppe déformable 20 et un fluide 22 qui est contenu dans l'enveloppe déformable.
Par ailleurs, cette enveloppe comporte une extension latérale 24 au niveau de la face avant 11 du sabot, ce qui lui donne sensiblement la forme d'un chapeau. En outre, l'enveloppe 20 est fermée, à sa base (du côté de la face avant 11), par une feuille déformable 25.
Le profilomètre 8 comprend (figure 4) - des éléments mécaniques 26, chaque élément mécanique comprenant une partie 28 qui est mobile par rapport au corps 9 du traducteur 1 et comprend des première et deuxième extrémités 30 et 32, la première extrémité 30 de la partie mobile 28 étant apte à presser la face avant 11 du sabot 6 contre la surface de l'objet 2 (figure 1), et - des moyens de mesure 34 pour mesurer la distance de la deuxième extrémité 32 de chacune des parties mobiles 28 par rapport au corps 9 du traducteur 1, ces moyens de mesure 34 étant aptes à fournir des signaux représentatifs des distances ainsi mesurées.
Dans l'exemple représenté, les éléments mécaniques 26 forment deux rangées parallèles R1 et R2 5 (figure 2) de part et d'autre du sabot 6. On voit la rangée R1 plus en détails sur la figure 4. Cette configuration n'est nullement limitative ; il pourrait ainsi n'y avoir qu'une rangée R1, d'un côté ou de l'autre du sabot 6.
10 Le corps 9 du traducteur 1 comporte des trous parallèles 36, dans lesquels les parties mobiles 28, ou pistons, sont respectivement aptes à coulisser, et chaque élément mécanique 26 comprend en outre des moyens élastiques 38, des ressorts dans l'exemple, qui
La figure 2 est une vue en perspective de ce traducteur 1 qui présente un plan de symétrie ; la figure 3 en est une vue en coupe suivant ce plan de symétrie, ce dernier coupant le sabot 6 ; et la figure 4 en est une autre vue en coupe suivant un autre plan qui est parallèle au plan de symétrie et coupe une rangée d'éléments mobiles que comporte le profilomètre 8.
Sur la figure 3, on voit donc le sabot 6.
Ce dernier comprend une enveloppe déformable 20 et un fluide 22 qui est contenu dans l'enveloppe déformable.
Par ailleurs, cette enveloppe comporte une extension latérale 24 au niveau de la face avant 11 du sabot, ce qui lui donne sensiblement la forme d'un chapeau. En outre, l'enveloppe 20 est fermée, à sa base (du côté de la face avant 11), par une feuille déformable 25.
Le profilomètre 8 comprend (figure 4) - des éléments mécaniques 26, chaque élément mécanique comprenant une partie 28 qui est mobile par rapport au corps 9 du traducteur 1 et comprend des première et deuxième extrémités 30 et 32, la première extrémité 30 de la partie mobile 28 étant apte à presser la face avant 11 du sabot 6 contre la surface de l'objet 2 (figure 1), et - des moyens de mesure 34 pour mesurer la distance de la deuxième extrémité 32 de chacune des parties mobiles 28 par rapport au corps 9 du traducteur 1, ces moyens de mesure 34 étant aptes à fournir des signaux représentatifs des distances ainsi mesurées.
Dans l'exemple représenté, les éléments mécaniques 26 forment deux rangées parallèles R1 et R2 5 (figure 2) de part et d'autre du sabot 6. On voit la rangée R1 plus en détails sur la figure 4. Cette configuration n'est nullement limitative ; il pourrait ainsi n'y avoir qu'une rangée R1, d'un côté ou de l'autre du sabot 6.
10 Le corps 9 du traducteur 1 comporte des trous parallèles 36, dans lesquels les parties mobiles 28, ou pistons, sont respectivement aptes à coulisser, et chaque élément mécanique 26 comprend en outre des moyens élastiques 38, des ressorts dans l'exemple, qui
15 sont aptes à éloigner, du corps 9, la première extrémité 30 du piston 28 correspondant à cet élément mécanique 26.
Les moyens de mesure 34 sont aptes à
mesurer optiquement la distance de la deuxième extrémité 32 du piston de chaque élément mécanique 26 par rapport à une zone 40 du corps 9 et comprennent :
- des moyens d'émission de lumière 42, fixés au corps 9 et aptes à émettre une lumière vers la deuxième extrémité 32, cette deuxième extrémité étant apte à réfléchir cette lumière, et - des moyens de réception de lumière 44, fixés au corps 9 et aptes à recevoir la lumière ainsi réfléchie, ces moyens de réception de lumière 44 étant aptes à fournir des signaux représentatifs de la distance de cette deuxième extrémité 32 par rapport à
la zone correspondante 40.
Les moyens de mesure 34 sont aptes à
mesurer optiquement la distance de la deuxième extrémité 32 du piston de chaque élément mécanique 26 par rapport à une zone 40 du corps 9 et comprennent :
- des moyens d'émission de lumière 42, fixés au corps 9 et aptes à émettre une lumière vers la deuxième extrémité 32, cette deuxième extrémité étant apte à réfléchir cette lumière, et - des moyens de réception de lumière 44, fixés au corps 9 et aptes à recevoir la lumière ainsi réfléchie, ces moyens de réception de lumière 44 étant aptes à fournir des signaux représentatifs de la distance de cette deuxième extrémité 32 par rapport à
la zone correspondante 40.
16 PCT/EP2009/054738 On revient à présent, de façon plus détaillée, sur les divers composants du traducteur 1.
La déformation de la partie souple, c'est-à-dire le sabot 6, de ce traducteur 1 vaut par exemple 5 mm pour une force d'appui de 10 à 20 newtons. Cette partie souple est maintenue par le traducteur classique 4 qui est lui-même rigidement solidaire du corps 9. Ce dernier définit la référence géographique du traducteur 1 dans le repère de l'objet 2 à contrôler.
Le corps 9 est fixé au bras 16 (figure 1) qui est pourvu de moteurs (non représentés) pour permettre le déplacement du traducteur 1 afin de contrôler diverses zones de l'objet 2 (figure 1). Dans un autre mode de réalisation, le déplacement du traducteur 1 est manuel et il est rendu possible grâce à un encodeur et à un inclinomètre (non représentés).
En outre, des douilles à billes 46 sont logées dans le corps 9, comme on le voit sur la figure 4 - voir aussi le document [2] . Dans ces douilles à
billes 46 se déplacent les pistons 28 dont le diamètre vaut par exemple 3 mm.
Les extrémités 30 des pistons ont une forme hémisphérique (diamètre 5 mm par exemple) et sont en contact avec des clinquants 48 (figure 2) pour mieux se déplacer. Ces clinquants sont des feuilles métalliques qui sont fixées par l'intermédiaire de clips 49 sur les rebords (extension latérale 24) du sabot flexible 6, comme on le voit sur la figure 2, et sont présentes pour donner aux rebords une tenue transversale. Ces rebords du sabot flexible 6 sont également tenus par quatre glissières 50 qui sont rendues solidaires du
La déformation de la partie souple, c'est-à-dire le sabot 6, de ce traducteur 1 vaut par exemple 5 mm pour une force d'appui de 10 à 20 newtons. Cette partie souple est maintenue par le traducteur classique 4 qui est lui-même rigidement solidaire du corps 9. Ce dernier définit la référence géographique du traducteur 1 dans le repère de l'objet 2 à contrôler.
Le corps 9 est fixé au bras 16 (figure 1) qui est pourvu de moteurs (non représentés) pour permettre le déplacement du traducteur 1 afin de contrôler diverses zones de l'objet 2 (figure 1). Dans un autre mode de réalisation, le déplacement du traducteur 1 est manuel et il est rendu possible grâce à un encodeur et à un inclinomètre (non représentés).
En outre, des douilles à billes 46 sont logées dans le corps 9, comme on le voit sur la figure 4 - voir aussi le document [2] . Dans ces douilles à
billes 46 se déplacent les pistons 28 dont le diamètre vaut par exemple 3 mm.
Les extrémités 30 des pistons ont une forme hémisphérique (diamètre 5 mm par exemple) et sont en contact avec des clinquants 48 (figure 2) pour mieux se déplacer. Ces clinquants sont des feuilles métalliques qui sont fixées par l'intermédiaire de clips 49 sur les rebords (extension latérale 24) du sabot flexible 6, comme on le voit sur la figure 2, et sont présentes pour donner aux rebords une tenue transversale. Ces rebords du sabot flexible 6 sont également tenus par quatre glissières 50 qui sont rendues solidaires du
17 corps 9, comme on le voit sur la figure 2.
En accord avec les déformations autorisées, les courses des pistons 28 vont, dans l'exemple, de mm à 8 mm.
5 Le corps 9 est conçu de manière à faciliter l'installation du traducteur classique 4 et sa fixation sur des inserts 52, ou écrous, qui sont surmoulés dans le sabot 6, comme on le voit sur la figure 3, en tenant compte de l'encombrement du traducteur classique 4 et d'un toron de câbles coaxiaux 54 par lequel ce traducteur 4 est relié électriquement aux moyens de commande 13 (figure 1). Le traducteur classique 4 est pourvu de vis (non représentées) que l'on visse dans les inserts (depuis l'extérieur du sabot). Seuls deux des quatre inserts utilisés sont visibles sur la figure 3.
Sur cette dernière, les références X et Y
représentent respectivement une direction normale à la face avant 11 du sabot 6 et une direction normale à la face arrière 12 de ce sabot. Dans l'exemple, l'angle OG
entre les directions X et Y vaut 100.
Sur les figures 2 et 4, la référence 56 désigne un presse-étoupe qui est associé au toron de câbles 54 et la référence 58 désigne un organe qui est rendu rigidement solidaire du corps 9 et permet de fixer ce dernier au bras 16 (figure 1).
Au corps 9 est fixée une carte optoélectronique 60, ou circuit de mesure, qui porte les moyens de mesure 34 et sert donc à la mesure des hauteurs respectives des pistons. La carte 60 intègre un couple de moyens démission-réception 42, 44 par
En accord avec les déformations autorisées, les courses des pistons 28 vont, dans l'exemple, de mm à 8 mm.
5 Le corps 9 est conçu de manière à faciliter l'installation du traducteur classique 4 et sa fixation sur des inserts 52, ou écrous, qui sont surmoulés dans le sabot 6, comme on le voit sur la figure 3, en tenant compte de l'encombrement du traducteur classique 4 et d'un toron de câbles coaxiaux 54 par lequel ce traducteur 4 est relié électriquement aux moyens de commande 13 (figure 1). Le traducteur classique 4 est pourvu de vis (non représentées) que l'on visse dans les inserts (depuis l'extérieur du sabot). Seuls deux des quatre inserts utilisés sont visibles sur la figure 3.
Sur cette dernière, les références X et Y
représentent respectivement une direction normale à la face avant 11 du sabot 6 et une direction normale à la face arrière 12 de ce sabot. Dans l'exemple, l'angle OG
entre les directions X et Y vaut 100.
Sur les figures 2 et 4, la référence 56 désigne un presse-étoupe qui est associé au toron de câbles 54 et la référence 58 désigne un organe qui est rendu rigidement solidaire du corps 9 et permet de fixer ce dernier au bras 16 (figure 1).
Au corps 9 est fixée une carte optoélectronique 60, ou circuit de mesure, qui porte les moyens de mesure 34 et sert donc à la mesure des hauteurs respectives des pistons. La carte 60 intègre un couple de moyens démission-réception 42, 44 par
18 piston 28. Dans l'exemple, les moyens d'émission 42 sont des diodes électroluminescentes et les moyens de réception sont des photodétecteurs 44.
Chaque diode électroluminescente émet de la lumière en direction de l'extrémité 32 du piston correspondant, cette extrémité la réfléchit et le photodétecteur correspondant 44 détecte la lumière réfléchie. La mesure de l'éloignement de la tête du piston (extrémité 32) se fait par l'intermédiaire de la lumière réfléchie par la tête du piston et du courant engendré par le photodétecteur correspondant.
Les spécifications de la carte 60 sont identiques à celles des moyens d'émission-réception de lumière que comporte le traducteur ultrasonore de contact décrit dans le document [2] auquel on se reportera. Un câble 61 relie cette carte 60 aux moyens de commande 12 (figure 1) et intègre l'ensemble des liaisons électriques des diodes électroluminescentes et des photodétecteurs avec ces moyens de commande 12.
Les points de mesure sont donc situés dans le repère du traducteur 1 en des endroits particuliers (zones 40) qui sont définis par les positions des pistons 28. Les tensions fournies par les photodétecteurs 44 sont mesurées pour des altitudes particulières des têtes des pistons afin de créer une table de conversion.
Au cours d'une mesure et à l'aide de cette table de conversion, ou table d'étalonnage, les tensions sont converties en millimètres.
Les coordonnées des points de mesure sont représentatives de la surface de l'objet à contrôler et
Chaque diode électroluminescente émet de la lumière en direction de l'extrémité 32 du piston correspondant, cette extrémité la réfléchit et le photodétecteur correspondant 44 détecte la lumière réfléchie. La mesure de l'éloignement de la tête du piston (extrémité 32) se fait par l'intermédiaire de la lumière réfléchie par la tête du piston et du courant engendré par le photodétecteur correspondant.
Les spécifications de la carte 60 sont identiques à celles des moyens d'émission-réception de lumière que comporte le traducteur ultrasonore de contact décrit dans le document [2] auquel on se reportera. Un câble 61 relie cette carte 60 aux moyens de commande 12 (figure 1) et intègre l'ensemble des liaisons électriques des diodes électroluminescentes et des photodétecteurs avec ces moyens de commande 12.
Les points de mesure sont donc situés dans le repère du traducteur 1 en des endroits particuliers (zones 40) qui sont définis par les positions des pistons 28. Les tensions fournies par les photodétecteurs 44 sont mesurées pour des altitudes particulières des têtes des pistons afin de créer une table de conversion.
Au cours d'une mesure et à l'aide de cette table de conversion, ou table d'étalonnage, les tensions sont converties en millimètres.
Les coordonnées des points de mesure sont représentatives de la surface de l'objet à contrôler et
19 sont ensuite utilisées par un algorithme qui reconstruit cette surface à l'aide d'une fonction d'interpolation. Une deuxième fonction permet de recalculer les coordonnées des éléments 10 du traducteur classique 4 par rapport à la surface de l'objet, cette surface étant reconstruite dans le repère de l'objet ou du traducteur classique 4.
Un autre algorithme permet de calculer les trajets acoustiques séparant les éléments 10 du point focal du faisceau ultrasonore F (figure 1).
Ces trajets sont ensuite convertis en temps de vol puis en retards. Ces retards permettent d'obtenir des lois de retards optimisées pour compenser les variations de la surface de l'objet contrôlé. Ces mêmes lois sont ensuite utilisées par les moyens de commande 13 pour commander individuellement les éléments 10.
Comme on l'a déjà mentionné, le traducteur classique rigide 4 est fixé au sabot flexible 6. Ce dernier comporte une enveloppe déformable 20, par exemple en silicone, qui est remplie d'un fluide 22, par exemple le silicone ou même l'eau. L'enveloppe 20 est fine et déformable pour encaisser les variations de volume qui sont provoquées par les variations de la surface de l'objet.
La base du sabot 6 comporte une fine feuille de silicone qui constitue le prolongement latéral 24 mentionné plus haut. Comme on le voit sur les figures 2, 3 et 4, les pistons 28 appuient sur cette feuille et assurent ainsi le couplage acoustique par la détente des ressorts 38.
La feuille déformable 25 est par exemple aussi en silicone et elle est par exemple collée au prolongement latéral 24.
Comme on l'a vu plus haut, les pistons 28 5 associés aux ressorts 38 coulissent dans le corps 9 qui sert également de référence d'altitude à la carte de mesure 60 ; sur cette carte se trouvent les couples de diodes électroluminescentes 42 et de photodétecteurs 44 qui sont situés au droit de chaque piston 28 et dont 10 les fonctions sont respectivement d'émettre une onde lumineuse vers la tête 32 de chaque piston et de convertir en tension l'intensité optique réfléchie par cette tête ; ces tensions sont alors converties en altitudes pour reconstruire la surface de l'objet 15 contrôlé.
Sur les figures 2 et 3, on voit que le corps 9 est pourvu de deux autres pistons 62 qui sont placés de part et d'autre du sabot 6, entre les rangées de pistons R1 et R2, pour plaquer le prolongement
Un autre algorithme permet de calculer les trajets acoustiques séparant les éléments 10 du point focal du faisceau ultrasonore F (figure 1).
Ces trajets sont ensuite convertis en temps de vol puis en retards. Ces retards permettent d'obtenir des lois de retards optimisées pour compenser les variations de la surface de l'objet contrôlé. Ces mêmes lois sont ensuite utilisées par les moyens de commande 13 pour commander individuellement les éléments 10.
Comme on l'a déjà mentionné, le traducteur classique rigide 4 est fixé au sabot flexible 6. Ce dernier comporte une enveloppe déformable 20, par exemple en silicone, qui est remplie d'un fluide 22, par exemple le silicone ou même l'eau. L'enveloppe 20 est fine et déformable pour encaisser les variations de volume qui sont provoquées par les variations de la surface de l'objet.
La base du sabot 6 comporte une fine feuille de silicone qui constitue le prolongement latéral 24 mentionné plus haut. Comme on le voit sur les figures 2, 3 et 4, les pistons 28 appuient sur cette feuille et assurent ainsi le couplage acoustique par la détente des ressorts 38.
La feuille déformable 25 est par exemple aussi en silicone et elle est par exemple collée au prolongement latéral 24.
Comme on l'a vu plus haut, les pistons 28 5 associés aux ressorts 38 coulissent dans le corps 9 qui sert également de référence d'altitude à la carte de mesure 60 ; sur cette carte se trouvent les couples de diodes électroluminescentes 42 et de photodétecteurs 44 qui sont situés au droit de chaque piston 28 et dont 10 les fonctions sont respectivement d'émettre une onde lumineuse vers la tête 32 de chaque piston et de convertir en tension l'intensité optique réfléchie par cette tête ; ces tensions sont alors converties en altitudes pour reconstruire la surface de l'objet 15 contrôlé.
Sur les figures 2 et 3, on voit que le corps 9 est pourvu de deux autres pistons 62 qui sont placés de part et d'autre du sabot 6, entre les rangées de pistons R1 et R2, pour plaquer le prolongement
20 latéral 24 du sabot contre l'objet à contrôler. Ces pistons 62 coulissent dans des trous 64 prévus dans le corps 9. Des ressorts 66 sont prévus pour pousser les têtes hémisphériques 68 des pistons 62 vers le prolongement latéral 24 comme on le voit.
Des clinquants rectangulaires 70 sont encore fixés à ce prolongement latéral 24 par l'intermédiaire de clips 72 et les pistons 62 appuient sur le prolongement latéral 24 par l'intermédiaire des clinquants 70 comme on le voit. Sur les figures 2 à 4, les axes 74 servent à guider les ressorts de détente 76.
Des clinquants rectangulaires 70 sont encore fixés à ce prolongement latéral 24 par l'intermédiaire de clips 72 et les pistons 62 appuient sur le prolongement latéral 24 par l'intermédiaire des clinquants 70 comme on le voit. Sur les figures 2 à 4, les axes 74 servent à guider les ressorts de détente 76.
21 Les vis 78, 80, 82 des figures 2 et 4 servent à fixer divers éléments du corps 9 les uns aux autres.
Dans une variante de l'invention, on peut utiliser des capteurs inertiels pour obtenir la position et l'orientation du traducteur 1, comme on l'a mentionné dans le document [2].
On précise en outre que les diodes électroluminescentes 42 peuvent être commandées de façon à émettre des faisceaux lumineux continus ou, au contraire, discontinus, en particulier des impulsions lumineuses.
De plus, dans une variante du traducteur 1, au lieu d'utiliser les émetteurs-récepteurs de lumière 42-44, des fibres optiques sont alimentées par une unique source lumineuse, ou par plusieurs sources lumineuses à raison d'une source par fibre, et sont utilisées pour transmettre la lumière vers les deuxièmes extrémités respectives 32 des parties mobiles 28, et d'autres fibres optiques sont utilisées pour transmettre les lumières respectivement réfléchies par ces deuxièmes extrémités à des photodétecteurs. La ou les sources et les photodétecteurs peuvent être placés dans les moyens de commande 13 où sont traités les photocourants engendrés par les photodétecteurs lorsque ces derniers reçoivent les lumières réfléchies (voir document [ 2 ]) .
Dans les exemples de l'invention, que l'on vient de décrire, les moyens de mesure de distance, permettant de détecter des déplacements des pistons, sont des moyens optiques, permettant donc une détection
Dans une variante de l'invention, on peut utiliser des capteurs inertiels pour obtenir la position et l'orientation du traducteur 1, comme on l'a mentionné dans le document [2].
On précise en outre que les diodes électroluminescentes 42 peuvent être commandées de façon à émettre des faisceaux lumineux continus ou, au contraire, discontinus, en particulier des impulsions lumineuses.
De plus, dans une variante du traducteur 1, au lieu d'utiliser les émetteurs-récepteurs de lumière 42-44, des fibres optiques sont alimentées par une unique source lumineuse, ou par plusieurs sources lumineuses à raison d'une source par fibre, et sont utilisées pour transmettre la lumière vers les deuxièmes extrémités respectives 32 des parties mobiles 28, et d'autres fibres optiques sont utilisées pour transmettre les lumières respectivement réfléchies par ces deuxièmes extrémités à des photodétecteurs. La ou les sources et les photodétecteurs peuvent être placés dans les moyens de commande 13 où sont traités les photocourants engendrés par les photodétecteurs lorsque ces derniers reçoivent les lumières réfléchies (voir document [ 2 ]) .
Dans les exemples de l'invention, que l'on vient de décrire, les moyens de mesure de distance, permettant de détecter des déplacements des pistons, sont des moyens optiques, permettant donc une détection
22 optique de ces déplacements.
Cependant, ces moyens optiques peuvent être remplacés par des moyens magnétiques.
Dans un exemple non représenté, on remplace chaque ensemble diode 42-photodétecteur 44 de la figure 3 par un capteur à effet Hall et l'on fixe un aimant sur l'extrémité 32 de la partie mobile du piston correspondant. Le capteur à effet Hall est ainsi apte à
fournir un signal qui est fonction de la distance entre ce capteur et cet aimant. En utilisant des moyens appropriés de commande du capteur et de traitement des signaux fournis par celui-ci, on est encore capable de mesurer la distance recherchée (voir aussi le document [2]) En outre, les exemples de l'invention, que l'on a donnés, utilisent des éléments à la fois émetteurs et récepteurs d'ultrasons. L'homme du métier peut adapter ces exemples au cas de traducteurs comprenant des éléments seulement prévus pour émettre des ultrasons et d'autres éléments seulement prévus pour recevoir des ultrasons.
De plus, dans l'invention, on peut utiliser un traducteur comprenant une barrette linéaire d'éléments ultrasonores 10 mais l'invention n'est pas limitée à un tel traducteur. De même que dans les documents [1] et [2], on peut utiliser un traducteur matriciel, comprenant une matrice d'éléments ultrasonores 10.
Cependant, ces moyens optiques peuvent être remplacés par des moyens magnétiques.
Dans un exemple non représenté, on remplace chaque ensemble diode 42-photodétecteur 44 de la figure 3 par un capteur à effet Hall et l'on fixe un aimant sur l'extrémité 32 de la partie mobile du piston correspondant. Le capteur à effet Hall est ainsi apte à
fournir un signal qui est fonction de la distance entre ce capteur et cet aimant. En utilisant des moyens appropriés de commande du capteur et de traitement des signaux fournis par celui-ci, on est encore capable de mesurer la distance recherchée (voir aussi le document [2]) En outre, les exemples de l'invention, que l'on a donnés, utilisent des éléments à la fois émetteurs et récepteurs d'ultrasons. L'homme du métier peut adapter ces exemples au cas de traducteurs comprenant des éléments seulement prévus pour émettre des ultrasons et d'autres éléments seulement prévus pour recevoir des ultrasons.
De plus, dans l'invention, on peut utiliser un traducteur comprenant une barrette linéaire d'éléments ultrasonores 10 mais l'invention n'est pas limitée à un tel traducteur. De même que dans les documents [1] et [2], on peut utiliser un traducteur matriciel, comprenant une matrice d'éléments ultrasonores 10.
Claims (11)
1. Traducteur ultrasonore de contact, à
éléments multiples, ce traducteur comprenant :
- un ensemble d'éléments (10) qui sont rigidement solidaires les uns des autres, au moins une partie des éléments servent d'émetteurs d'ultrasons, et - un sabot (6) ayant une face avant (11), destinée à être en contact avec la surface d'un objet (2) à contrôler, et une face arrière (12) qui est opposée à la face avant et dont l'ensemble des éléments (10) est rendu solidaire, ce traducteur étant caractérisé en ce qu'au moins la face avant (11) du sabot est flexible pour être applicable contre la surface de l'objet (2), et en ce que le traducteur comprend en outre un profilomètre (8) pour mesurer des variations de la surface de l'objet et fournir des signaux représentatifs de ces variations, en vue de permettre aux émetteurs d'ultrasons d'engendrer un faisceau ultrasonore focalisé (F), dont les caractéristiques sont maîtrisées par rapport à l'objet.
éléments multiples, ce traducteur comprenant :
- un ensemble d'éléments (10) qui sont rigidement solidaires les uns des autres, au moins une partie des éléments servent d'émetteurs d'ultrasons, et - un sabot (6) ayant une face avant (11), destinée à être en contact avec la surface d'un objet (2) à contrôler, et une face arrière (12) qui est opposée à la face avant et dont l'ensemble des éléments (10) est rendu solidaire, ce traducteur étant caractérisé en ce qu'au moins la face avant (11) du sabot est flexible pour être applicable contre la surface de l'objet (2), et en ce que le traducteur comprend en outre un profilomètre (8) pour mesurer des variations de la surface de l'objet et fournir des signaux représentatifs de ces variations, en vue de permettre aux émetteurs d'ultrasons d'engendrer un faisceau ultrasonore focalisé (F), dont les caractéristiques sont maîtrisées par rapport à l'objet.
2. Traducteur selon la revendication 1, dans lequel la totalité du sabot (6) est flexible.
3. Traducteur selon la revendication 2, dans lequel le sabot (6) comprend une enveloppe déformable (20) et un fluide (22) qui est contenu dans l'enveloppe déformable.
4. Traducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre une partie rigide (9) dont le profilomètre (8) est rendu rigidement solidaire.
5. Traducteur selon la revendication 4, dans lequel le profilomètre (8) comprend :
- des éléments mécaniques (26), chaque élément mécanique comprenant une partie (28) qui est mobile par rapport à la partie rigide (9) du traducteur et comprend des première et deuxième extrémités (30, 32), la première extrémité (30) de la partie mobile étant apte à presser la face avant du sabot (11) contre la surface de l'objet (2), et - des moyens de mesure (34) pour mesurer la distance de la deuxième extrémité (32) de chacune des parties mobiles par rapport à la partie rigide (9) du traducteur, ces moyens de mesure étant aptes à fournir des signaux représentatifs des distances ainsi mesurées.
- des éléments mécaniques (26), chaque élément mécanique comprenant une partie (28) qui est mobile par rapport à la partie rigide (9) du traducteur et comprend des première et deuxième extrémités (30, 32), la première extrémité (30) de la partie mobile étant apte à presser la face avant du sabot (11) contre la surface de l'objet (2), et - des moyens de mesure (34) pour mesurer la distance de la deuxième extrémité (32) de chacune des parties mobiles par rapport à la partie rigide (9) du traducteur, ces moyens de mesure étant aptes à fournir des signaux représentatifs des distances ainsi mesurées.
6. Traducteur selon la revendication 5, dans lequel les éléments mécaniques (26) forment deux rangées parallèles (R1, R2) de part et d'autre du sabot (6).
7. Traducteur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, dans lequel la partie rigide (9) du traducteur comporte des trous parallèles (36), dans lesquels les parties mobiles (28) sont respectivement aptes à coulisser, et chaque élément mécanique (26) comprend en outre des moyens élastiques (38) qui sont aptes à éloigner, de la partie rigide, la première extrémité (30) de la partie mobile correspondant à cet élément mécanique.
8. Traducteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel les moyens de mesure (34) sont aptes à mesurer optiquement la distance de la deuxième extrémité (32) de la partie mobile (28) de chaque élément mécanique par rapport à une zone (40) de la partie rigide (9) et comprennent :
- des moyens d'émission de lumière (42), fixés à la partie rigide et aptes à émettre une lumière vers la deuxième extrémité (32), cette deuxième extrémité étant apte à réfléchir cette lumière, et - des moyens de réception de lumière (44), fixés à la partie rigide et aptes à recevoir la lumière ainsi réfléchie, ces moyens de réception de lumière étant aptes à fournir des signaux représentatifs de la distance de cette deuxième extrémité par rapport à la zone correspondante.
- des moyens d'émission de lumière (42), fixés à la partie rigide et aptes à émettre une lumière vers la deuxième extrémité (32), cette deuxième extrémité étant apte à réfléchir cette lumière, et - des moyens de réception de lumière (44), fixés à la partie rigide et aptes à recevoir la lumière ainsi réfléchie, ces moyens de réception de lumière étant aptes à fournir des signaux représentatifs de la distance de cette deuxième extrémité par rapport à la zone correspondante.
9. Traducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre des moyens de commande (13), aptes à :
engendrer des impulsions d'excitation des émetteurs d'ultrasons (10), - établir, à partir des signaux fournis par le profilomètre (8), des lois de retards permettant aux émetteurs d'ultrasons d'engendrer le faisceau ultrasonore focalisé (F), et - appliquer ces lois de retards aux impulsions d'excitation de manière à engendrer le faisceau ultrasonore focalisé (F).
engendrer des impulsions d'excitation des émetteurs d'ultrasons (10), - établir, à partir des signaux fournis par le profilomètre (8), des lois de retards permettant aux émetteurs d'ultrasons d'engendrer le faisceau ultrasonore focalisé (F), et - appliquer ces lois de retards aux impulsions d'excitation de manière à engendrer le faisceau ultrasonore focalisé (F).
10. Traducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le reste des éléments (10) de l'ensemble d'éléments rigidement solidaires les uns des autres servent de récepteurs d'ultrasons, destinés à fournir des signaux permettant la formation d'images relatives à l'objet (2).
11. Traducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel tous les éléments (10) de l'ensemble d'éléments rigidement solidaires les uns des autres servent à la fois d'émetteurs et de récepteurs d'ultrasons, les récepteurs d'ultrasons étant destinés à fournir des signaux permettant la formation d'images relatives à l'objet (2).
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