EP1848989A1 - Procede realisation d'une tete de controle a courants de foucault de grande dynamique et de haute resolution spatiale - Google Patents

Procede realisation d'une tete de controle a courants de foucault de grande dynamique et de haute resolution spatiale

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Publication number
EP1848989A1
EP1848989A1 EP06709453A EP06709453A EP1848989A1 EP 1848989 A1 EP1848989 A1 EP 1848989A1 EP 06709453 A EP06709453 A EP 06709453A EP 06709453 A EP06709453 A EP 06709453A EP 1848989 A1 EP1848989 A1 EP 1848989A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coils
distance
coil
δmax
δmin
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06709453A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Marc Decitre
Thierry Sollier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR0550346A external-priority patent/FR2881826A1/fr
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1848989A1 publication Critical patent/EP1848989A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9073—Recording measured data
    • G01N27/9086—Calibrating of recording device

Definitions

  • the present invention relates to an eddy current control method with separate emission / reception functions, with a high dynamic range of operation. It also makes it possible to carry out checks with a set of coils of emission and reception very compact. Therefore, it is particularly advantageous for the detection of small defects, in particular for the non-destructive testing (NDT) of conductive mechanical parts.
  • NDT non-destructive testing
  • fem abbreviated electromotive force
  • a defect can significantly alter the mechanical strength of a thin part, even if it is small.
  • the principle of defect detection by Eddy currents in a conductive part consists in emitting in the vicinity of this part, using a transmitting coil, an electromagnetic field of frequency adapted to the conductivity of this material and to the depth of the desired defects.
  • an electromotive force is measured at the terminals of the receiver coil due to the direct coupling of the magnetic field lines between the transmitting coil and the receiver coil in the presence of the conductive part and, secondly, a small electromotive force variation. which is superimposed on it when there is a defect in the material.
  • the invention is limited to processes using at least one coil assigned to the emission of the electromagnetic signal capable of generating eddy currents in the material to be tested, and at least one coil assigned to the reception of the signals induced by the eddy currents (configuration called with separate functions).
  • the electromotive force V R induced at the terminals of each receiving coil is obviously at the same frequency as the current I E sent into the associated transmitting coil, and requires demodulation to obtain the wanted signal.
  • this induced electromotive force V R varies very strongly when approaching a faultless part at the working distance. In the presence of a fault, the complex induced electromotive force V R becomes V R ⁇ ⁇ V R , and only the variation ⁇ V R , very small in front of V R , carries information.
  • determines the quality of the measurement and the sensitivity of the process.
  • the detection electronics must therefore have a very great dynamic of operation. Given the technological possibilities, this constraint very strongly limits, in the prior art, the possibility of detecting defects of small dimensions, especially when they are badly oriented. Any defects in the material to be tested are all the easier to detect as they further modify the flow of eddy currents. These circulate in the thickness of the test material along a path comparable to the current lines of the inductor coil, but in the opposite direction. It is easier to detect the defects extending in the plane formed by the axes of the transmitting coil and the receiver coil, and placed between them (type I defects). Conversely, it is difficult to detect defects extending in the mediating plane to the plane formed by the axes of the two coils (so-called type II defects).
  • Foucault leads to the detection of very small complex variations ⁇ V R of V R , around the much larger value of V R , which varies in large proportions with the distance from the coils to the part to be controlled, as well as their relative orientation; it also varies, to a lesser extent, with the conductivity of this part, a high conductivity being more favorable. This difficulty, aggravated by the small size of the defects to be detected, is also due to their orientation.
  • small-size fault detection is the small size of the transducer coils (small patterns), which leads to detected signals of very low amplitude.
  • Eddy current probe arrays a device using matrices or eddy-current sensor arrays, whose coils are made on flexible support to remain as close as possible to the defects when the test piece is of curved geometry, and are further spatially correlated.
  • the inductors consist of two rectangular coils very elongated in the direction orthogonal to the scan. Faced with these two inductors, two rows of receiver coils are arranged staggered vis-à-vis the first row of coils.
  • any fault located between two receiving coils of the first row is located above the coils of the second row in the preferred direction of scanning, and vice versa. Nevertheless, despite the cost and heaviness of such a device, the defects difficult to detect because of their orientation relative to the first row of coils keep this same orientation, and therefore this same difficulty of detection, compared to the second row of receiver coils. Finally this document specifies several embodiments of the coils and the methods of adding a shield. The receiver coils all receive on their entire surface the field lines immediately emerging from the corresponding transmitter coil (large mutual inductance).
  • Apparatus for near surface nondestructive eddy current scanning of a conductive part using a multi-layer eddy current probe array discloses a device, similar to the previous one, but implemented in a multiplexed manner.
  • the current state of the eddy current control methods and devices does not make it possible to be certain of the detection of dimensional defects detrimental to the strength of certain mechanical parts, in particular when the size of the defects or their orientation. is unfavorable to their detection.
  • the invention relates to a method of producing an assembly of at least one transmitting coil and a receiving coil for an eddy current control, the receiving coil receiving in the absence of defect a complex amplitude signal V R , subjected to a variation ⁇ V R in the presence of a standard defect to be detected, characterized in that one chooses the distance ⁇ ER between the axes of the coils of emission and reception of to maximize the ratio
  • Each coil is composed of turns, generally of several dimensions.
  • the widest turn describes a loop which is called R the greatest distance from its center of gravity.
  • R R M along the axis of maximum dimension
  • R m R M along the minimum dimension axis.
  • the method according to the invention aims to perform the eddy current control by placing and maintaining between the respective axes Ai and A 2 of two transmitting flat coils Bi and B 2 receiver, a distance comparable or equal to ⁇ ERO which optimizes the ratio
  • the process according to the invention is involved in the design and the realization of the transducer head, after the characteristics of the material to be controlled, the value of the air gaps e and e 'between this piece and each of the coils, made it possible to determine the working frequency, the shape and the size of the coils whose largest radius is R.
  • the greatest distance between the center of gravity of the largest dimension coil and the point farthest from the largest turn of this coil is called R, the following steps: a- determining a value of the frequency of the excitation current flowing through the transmission coil, this frequency being determined in a conventional manner; b- determining a standard defect to be detected, characterized by its size and average depth relative to the surface of the part to be controlled; c- from the values obtained in steps a and b to determine, either by modeling or experimentally, the following three variables: i) the complex V R emf induced in the receiver coil when the distance ⁇ E R between the coil axes of transmission and reception varies at least in the interval ⁇ 0; 3R ⁇ , ii) change .DELTA.V R, the complex V R emf induced in a receiver coil for the same change in distance ⁇ E R in the range of at least ⁇ 0; 3R ⁇ , iii) the variation
  • the distance between the respective axes of each pair of transmit / receive coils is fixed and the frequency of the excitation current is adjusted according to the minimum dimension and the mean depth of the standard defects to be detected.
  • the excitation electronics it is necessary for the excitation electronics to be capable of modifying the working frequency of the electronic means associated with the coils, for example whenever the size of the standard defects to be detected is modified, or else if changes the material of the part to be controlled.
  • electronic associated with the coils is meant electronic means for supplying current to the transmission coil (s), for demodulating and processing the signals of the reception coil (s), and possibly for adding, subtracting or multiplex signals from several coils.
  • the excitation frequency is constant, and the method according to the invention makes it possible to determine, as a function of the minimum dimension and the mean depth of the standard defects to be detected, an optimum value (step d). or suboptimal (step e) of the distance e ⁇ R between the respective axes of each pair of transmitting and receiving coils.
  • the distance ⁇ E R between the respective axes Al and A2 of the two coils Bi respectively transmitting and receiving B 2 varies in the range ⁇ 0; 3R ⁇ .
  • This first variant is particularly advantageous for the detection of small defects.
  • the distance ⁇ ER between the respective axes Ai and A 2 of two coils respectively transmitting Bi and B 2 receiver varies in a range greater than ⁇ 0; 3R ⁇ , and preferably equal to ⁇ 0; 9R ⁇ . In this case, there is generally, for abscissa greater than 3R, a second maximum of the ratio
  • the distance ⁇ ER between the respective axes Ai and A 2 of two coils respectively transmitting Bi and B 2 receiver is carried out in step g adjustably.
  • the transmitting coils are on a first support, for example a first printed circuit
  • the receiving coils are on a second support, for example a second printed circuit
  • the two supports can move relative to each other. the other through sliding means.
  • These means allow not only an adjustable sliding of the relative position of the two supports, but also its maintenance during the measurement phases, once the control head is made. They can be passive of the mechanical type (for example with screw and / or slide), or active comprising at least one micro-actuator (for example piezoelectric).
  • the coils have an axial section of elongate shape, the widest turn having a large radius R M and a small radius Rm, it is possible to apply to each of the embodiments described above the variant below.
  • the application of the invention makes it possible to define a first optimum distance ( ⁇ E Ro) Ma ⁇ and an associated range of values ⁇ min; ⁇ Max ⁇ Ma ⁇ / whereas in the plane comprising the axis of the coil and the small radius R m .
  • the invention makes it possible to define a second optimal distance ( ⁇ ER0 ) associated min and a second range of values ⁇ min; ⁇ Max ⁇ min ..
  • the existence of several optimal distances along several axes thus makes it possible to produce patterns where the coils are not necessarily at the vertices of squares or lozenges. Such a variant will be further illustrated by FIGS. 7b, 7c and 8b.
  • Step c of the process can be determined either by modeling or experimentally using a device similar to that described below by way of example.
  • the two flat coils Bi for the emission and B 2 for the reception are each made on a thin kapton printed circuit, of identical dimensions: 6 spiral plane spirals, the widest of which has a radius R of 0.5 mm and the smaller one has the diameter of the central metallized hole used to pass the connection. They can slide against each other.
  • the respective axes A 1 and A 2 of Bi and B 2 can thus have a variable distance ⁇ ER between them.
  • a standard defect is fixed corresponding to either the type of defect the smallest that one wishes to detect, or to a defect considered representative.
  • a parallelepipedal defect elongated in a main direction we choose a parallelepipedal defect elongated in a main direction, and measuring in this direction 0.4 mm, and in other directions 0.1 mm wide (parallel to the surface) and 0.2 mm deep . It is flush with the surface of the room to be controlled.
  • the orientation used for the modelizations or the experiments is that which maximizes the probability of detection: the length of 0.4 mm is centered on the axis connecting the centers of the coils.
  • the part to be tested has a conductivity ⁇ of 1 MS / m and a thickness of 3 mm.
  • the working frequency is chosen equal to 2 MHz.
  • the pair of transmitting / receiving coils is then placed in front of the part to be inspected, at a distance e from the nearest coil (for example the receiving coil) and e 'of the other coil, the distance e. e being the sum of the axial length of the nearest coil and the thickness of the support.
  • This distance e is chosen with the help of the usual practice of eddy current checks.
  • the transmitter coil is excited by a current I E at a frequency adequate to induce eddy currents.
  • the receiver coil is then the seat of an electromotive force V R induced at its terminals.
  • the phase ⁇ that presents V R with respect to I E changes between the position where the axes Ai and A 2 are almost identical, and the position where these axes are separated by about two times R or slightly more. Between these two positions, there is an intermediate position where the phase ⁇ varies very suddenly and where the module of
  • the modulus of the electromotive force increases again without reaching a value as high as that of the first maximum, then decreases, but with a phase which varies more slowly.
  • Figure la shows the module
  • the phase variation is less abrupt, according to a profile depending on the values of ⁇ and e, and the modulus of the complex amplitude of V R passes through a minimum which is no longer equal to zero, and whose position and value depend in particular on the values of ⁇ , gaps e and frequency.
  • the modulus of the complex amplitude of V R passes through a minimum which is no longer equal to zero, and whose position and value depend in particular on the values of ⁇ , gaps e and frequency.
  • it is the appearance of an imaginary component, not canceling for the same abscissa as the real component, which has the effect of shifting the position of this minimum and making its non-zero value.
  • the method according to the invention for producing a set of transducer coils allows numerous variants and combinations, provided that for each pair of transmission coils / reception, their axes Ai and A 2 are separated by a distance ⁇ ER within the range of distances ⁇ min, ⁇ Max ⁇ .
  • the coils are flat, that is to say that their axial length is more weak than the largest radius of their largest turn.
  • Figures 3a, 3b and 3c are similar to Figures Ic Ic, but the main length of the defect here is 2 mm; and Figures 4a, 4b and 4c are similar to the previous ones with a main defect length of 3 mm.
  • the method inherently allows each pair of transmit / receive coils a virtual cancellation of the electromotive force V R induced at the terminals of the receiving coil, it is possible to choose to use, according to a first variant, a transmission coil and two reception coils located symmetrically and connected in opposition, or two emission coils located symmetrically with respect to the same receiving coil and connected in opposition. This produces a differential device, but free from the main defect of the differential devices not implement the process.
  • the electromotive force V R induced at the terminals of each receiver coil is intrinsically very close to zero and the slope of the curve representing
  • the steps c, d and e of the method can be written in an equivalent manner: - c'- from the values obtained in steps a and b to determine, either by modeling or experimentally, the variation ⁇ V R , of the a complex emf V R induced in a receiver coil when the distance ⁇ ER between the axes of the transmitting and receiving coils varies at least in the interval ⁇ 0; 3R ⁇
  • -e'- optionally, determine a range of distances ⁇ min; ⁇ Max ⁇ on both sides of ⁇ ER0 , for which the ratio
  • a preferred application of this variant is to determine as previously the optimal value ⁇ ER0 of ⁇ ER or a suboptimal value in the range ⁇ min; ⁇ Max ⁇ and vary when certain use conditions such as the nature of the part to be inspected or the size of defects, using the present embodiment for adjusting the distance ⁇ E R. More elaborate combinations will be discussed later in the detailed description.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c are similar to FIGS. 1a, 1b and 1c, but for a defect of 1 mm in length
  • FIGS. 3a, 3b and 3c are similar to FIGS. 1a, 1b and 1c, but for a defect 2 mm long
  • FIGS. 4a, 4b and 4c are similar to FIGS. 1a, 1b and 1c, but for a defect 3mm long
  • FIG. 5a and 5b show schematically the two coils of a basic system for measuring eddy currents according to the invention
  • FIG. 6 shows the variations required for the excitation frequency to keep the same optimum distance ⁇ ER o when the main dimension of the defect varies
  • FIGS. 7a, 7b and 7c schematize the three coils of an alternative embodiment of an eddy current measuring system according to the invention
  • FIGS. 8a and 8b schematize the five coils of an alternative embodiment of an eddy current measuring system according to the invention
  • FIG. 9 schematizes a variant of the system presented in FIG. 5a including the addition of a ferromagnetic strip which channels the magnetic field lines between the transmitter and the receiver.
  • FIGS. 10a and 10b schematize two embodiments in which the distance ⁇ ER between the coils is adjustable mechanically (FIG. 10a) or by piezoelectric micro-actuator (FIG. 10b)
  • FIG. 11 schematizes an example of matrix association according to the method of the invention of several couples of transmit / receive coils.
  • the main parameters are those exposed in the explanation of step c.
  • the part to be tested has a conductivity ⁇ of 1 MS / m and a thickness of 3 mm.
  • the coils are on air, directly etched on both sides of the same kapton flexible printed circuit 50 ⁇ m thick.
  • a 100 ⁇ m thick Teflon protective film is applied to the kapton face in contact with the target, providing electrical insulation and mechanical protection.
  • the same pattern is chosen for the transmit and receive coils, composed of a planar spiral whose largest diameter is 1 mm, and comprising 6 turns etched in copper of thickness 5 ⁇ m, the smallest turn having the diameter of the metallized hole providing the electrical connection, ie approximately 0.25 mm.
  • the corresponding working frequency is around 2 MHz.
  • Is considered in the transmitter coil an inductor current I E taken equal to 20mA; the module
  • Modeling in the first variant of the second preferred embodiment leads to the drawn curves, Ib and Ic for a distance ⁇ R E between the axes of the transmitting and receiving coils varying in the range ⁇ 0; 3R ⁇ , i.e. ⁇ 0; 1.5 mm ⁇ .
  • the transmitter coil B1 is shown at the top, and the receiver coil B2 is shown at the bottom, but the invention would not be changed by inverting them.
  • the insulating support 1 is a soft kapton film 50 ⁇ m thick.
  • the coil connections 4 use metallized holes whenever necessary to pass from one side to the other of the dielectric support. Thus all the connections are brought to a single face of the printed circuit.
  • the working frequency can be adjusted when the characteristics of the defects or the nature of the piece to be controlled vary.
  • the initial frequency of 2 MHz must increase to approximately 2.45 MHz to maintain the same optimum distance ⁇ ER0 .
  • the operating frequency is fixed, and the optimum ⁇ ER0 distance ⁇ R E between the axes of the transmitter and receiver coils is determined as described above in the case of the first variant in which the distance ⁇ E R between the respective axes Al and A2 of the two coils Bi respectively transmitting and receiving B 2 varies in the range ⁇ 0; 3R ⁇ .
  • the distance between the respective axes of each pair of transmit / receive coils is fixed and the frequency of the excitation current is adjusted according to the dimension. minimum and the average depth of the standard defects to be detected.
  • the part to be tested has a conductivity ⁇ of 1 MS / m and a thickness of 3 mm
  • the coils are on air, directly etched on both sides of the same flexible kapton circuit of 50 ⁇ m. thickness.
  • the most frequent defects being generally very long elongated in a main direction, they are classified into different types according to the inclination of their largest axis with the plane formed by the axes Al and A2 of a pair of coils of transmission / reception.
  • they are said to be of type I, when their largest axis is in the plane defined by the axes Al and A2, or at the parallel rigor and situated at a short distance in front of the radius R.
  • a receiver coil arranged at a location such that the electromagnetic field produced by the two transmitting coils is canceled at this receiver coil, the distance between the receiver coil and each transmitting coils being around the range of distances ⁇ min; ⁇ Max ⁇ located around ⁇ ERO -
  • this configuration makes it difficult to detect so-called type II defects.
  • FIG. 7a represents an implementation variant, mainly intended to overcome the edge effects of the parts to be controlled, and possibly to improve slightly the detection of type II defects. It comprises a pattern of three coils, a priori a central transmitting coil B1 and two receiving coils B2 and B3 situated on either side and distant from that of transmitting a value lying in the range ⁇ ⁇ min; ⁇ Max ⁇ . But we would not change the performance by assigning a reception function to the central coil, and a transmission function to the two side coils. We thus obtain a basic pattern consisting of three coils, one of reception located in the center and two of emission, located on both sides, and distant from that of emission of a value included in the range ⁇ min; ⁇ Max ⁇ . The windings are in the same direction.
  • the scanning direction is orthogonal to a direction passing through the axes A2 and A3, and the asymmetry of the mutual introduced by the edge of the part does not affect in the same manner the two receiving coils B2 and B3.
  • it is important to correct it by introducing, for example at the level of the demodulation means of the signals coming from the coils B2 and B3, an offset (offset) of amplitude and / or phase.
  • offset offset of amplitude and / or phase
  • FIG. 7b represents another variant, similar to that of FIG. 7a, but in the particular case where the coils have an axial section of elongate shape, the widest turn having a large radius R M and a small radius R m .
  • the application of the invention allows to define a first maximum distance ( ⁇ E Ro) mm and a range of values associated ⁇ min; ⁇ Max ⁇ min .
  • the plane comprising the axis of the coil and the large radius R M / the invention makes it possible to define a second optimum distance ( ⁇ E Ro) ma ⁇ associated and a second range of values ⁇ min; ⁇ Max ⁇ max .
  • the operation is equivalent by choosing the receiver coil B1 and the two emitter coils B2 and B3.
  • the proximity of a coin edge inducing a mutual difference between the pairs of coils B1 / B2 and B1 / B3 can be compensated at the supply means of the coils B2 and B3 in alternating current, in generating signals of different amplitudes and / or phases, able to compensate for this asymmetry.
  • a lack of symmetry between these coils (systematic error) can also be corrected in this way.
  • This second embodiment with a pattern with three coils makes it possible to increase the density of the patterns when scanning in a direction orthogonal to the plane containing the three axes, and thus improves the detection of type I defects. On the other hand, it does not improve the detection of the defects of type II.
  • the plane comprising the three axes of the coils is placed parallel to the edge of the part. It is then possible to wire the two receiving coils in differential mode, which makes it possible to eliminate the disturbance induced by the proximity of the edge of the part. More generally, such a differential configuration minimizes the effects of distance variation between the transmitting coil and the receiver, which allows less sensitivity to distance differences when producing coils.
  • the detection of Type II defects is improved by a refinement of the pattern comprising a receiving central coil B1 and the two coils B2 and B3 emitting on either side.
  • This improvement is characterized in that two additional receiver coils B4 and B5 (FIG. 8a) associated respectively with each transmitting coil B2 and B3 are added at a distance in the range of distances ⁇ min; ⁇ Max ⁇ located around ⁇ ERO / and in a direction substantially perpendicular to the plane passing through the axes of these transmitting coils.
  • These second and third receiver coils make it possible to detect elongated defects in this perpendicular direction (of type II), the distance between each transmitting coil and the receiver coil being optimized for the detection of these defects in this direction.
  • FIG. 8a which represents a third embodiment.
  • the coils B2 (20) and B3 (30) of axes A2 and A3, located on a first face of a printed circuit, are emitter coils, receiving electronic excitation means 34 an alternating current at the frequency of chosen excitation.
  • the detection is ensured by a set of three receiving coils B1 (10), B4 (40) and B5 (50) of axes A1, A4 and A5, situated on the second face of the printed circuit and connected to preamplification and detection means 35.
  • the axes A2, A3, Al, A4, A5 are parallel to each other.
  • the coil B1 has its axis Al located preferentially in the plane defined by A2 and A3 and necessarily equidistant from these two axes by a distance d belonging to the range of distances ⁇ d.
  • the signal it delivers is applied to the input of a first measurement channel.
  • the coil B4 has its axis A4 located at a distance d, belonging to the range of distances ⁇ d, of A2 and defining with A2 a plane orthogonal to the plane defined by A2 and A3.
  • the coil B5 has its axis A5 located at a distance d from A3, d belonging to the range of distances ⁇ d, and defining with A3 a plane orthogonal to the plane defined by A2 and A3.
  • the two coils B4 and B5 are connected in series or in opposition, to form the same signal source, applied to a second measurement channel of an amplifier 40.
  • FIG. 8b shows a variant of the coils of FIG. 8a in the particular case where the coils have an axial section of elongate shape, the widest turn having a large radius R M and a small radius Rm.
  • the application of the invention makes it possible to define a first optimum distance ( ⁇ E Ro) Ma ⁇ and an associated range of values ⁇ min; ⁇ Max ⁇ Ma ⁇ / whereas in the plane comprising the axis of the coil and the small radius R m .
  • the invention allows defining a second maximum distance ( ⁇ E Ro) mm and associated a second range of values ⁇ min; ⁇ Max ⁇ min ..
  • this variant which can be cumulated with all the preceding and following embodiments, is characterized in that the emission and reception coils have an elongate axial section, the widest coil having on the one hand a small radius Rm, determining in its orientation a range of distance ⁇ min; ⁇ Max ⁇ equal to ⁇ min; ⁇ Max ⁇ min in which is chosen the distance between the axes of turns in this orientation, and secondly a large radius R M determining a range of distance ⁇ min; ⁇ Max ⁇ equal to ⁇ min; ⁇ Max ⁇ Ma ⁇ - in which is chosen the distance between the axes of the turns according to this orientation.
  • the preamplification and detection means (35) comprise a first preamplifier receiving the signals from the measuring channel coming from the coil B1, a first preamplifier receiving the signals from the measuring channel coming from the coils B4 and B5, and electronic means of demodulation and processing. They are designed to determine the difference between the peak values of the emf. existing between the two measurement channels.
  • the resulting information possibly improved by corrections or filtering known to those skilled in the art, provides good detection of all defects, regardless of their orientation. If the test area is close to the edge of the test piece, playing on the intensity of the currents and their phase eliminates the mutual for each line of movement along the edge of the room.
  • Providing two transmitting coils B2 and B3 also makes it possible to compensate, by a control electronics, the symmetry defects between the coils B2 and B3. For this purpose, this compensation is performed by phase and / or amplitude variations.
  • the magnetic field lines are channeled and improves the signal-to-noise ratio of the device by implanting, in the vicinity of the coils and on the side opposite the part to be controlled, a soft magnetic material (weak hysteresis), for example ferromagnetic.
  • a soft magnetic material weak hysteresis
  • the magnetic material may for example consist of ferrite plates.
  • Figure 9 shows a variant of the system shown in Figure 5a including the addition of a ferromagnetic tape (9) as described above. It channels the magnetic field lines between the transmitter and the receiver.
  • a ferromagnetic tape 9 as described above. It channels the magnetic field lines between the transmitter and the receiver.
  • an insulating layer 8 is inserted between the ribbon and the printed circuit engraved on the kapton 1.
  • FIGS. IQa and IQb schematically a variant combinable with all other variants.
  • the transmission coils are located on a first insulating support 1
  • the receiver coils (not shown) are located on a second insulating support 11 in contact with the first, and at least one device to change the distance ⁇ E between R coils or pairs of transmitting / receiving coils.
  • this device is mechanical.
  • the ends of the first insulating support 1 are glued to an end support 2 having two threaded holes, while the ends of the second insulating support 11 are glued to an end support 12 having two holes of diameter greater than the threads of the support 2.
  • between the parts 2 and 12 are interposed elastic strips 13 made of elastomer, more or less compressed by the screw 14 so as to change the distance ⁇ R E between the axes of each pair of transmitting / receiving coils.
  • the device for changing the distance ⁇ E R between the pairs of coils transmitting / receiving comprises at least one active mechanical device (micro actuator) that allows to change the distance ⁇ E between R coils of at least one transmitting torque.
  • FIG. 10b is therefore identical to FIG. 10a, except the elastic bands 13 which are here replaced by piezoelectric micro-actuators 14 fed by electrical conductors 15.
  • the invention can be combined with the known technique of associating a plurality of transmit and receive coils into a matrix of transducer coils.
  • Each of the above embodiments, or a combination of these modes may thus be reproduced a plurality of times in one or two dimensions, each representing a step of measurement.
  • the two receiver coils mounted to detect the second type of fault are arranged in series or in opposition.
  • the method according to the invention is implemented by coils on air, etched on a flexible double-sided printed circuit, one of which the faces carrying the transmitting coils, and the other the receiving coils.
  • a spatial resolution of the defects substantially greater than the resolution obtained with the devices operating in separate functions as they exist according to the prior state of the art is obtained.
  • the gain is noticeable on the parameter
  • a printed circuit technology for producing the coils is advantageous for the implementation of the invention.
  • This printed circuit is advantageously flexible, like those that can be achieved with kapton, for certain types of parts to control, given the importance of maintaining a constant very small air gap.
  • the present invention may be advantageously combined with a matrix structure for the transmitting and / or receiving coils.
  • the eddy current measuring device comprises a pattern of at least two flat coils Bi, B 2 according to the invention, this pattern being repeated a plurality of times so as to constitute a detection matrix
  • the associated electronics include means for multiplexing the transmitting coils and demultiplexing the receiver coils.
  • FIG. 11 An embodiment of this type (matrix or bar configuration) is shown schematically in FIG. 11. The succession of transmission / reception coil pairs is organized on two lines, orthogonal to the direction of displacement, and offset laterally. half a step to improve the probability of detection.
  • the electronic processing means of the signals from the receiver coils can be constituted by any type of circuit for measuring the fem of a coil at its terminals.
  • This circuit optionally includes one (or more) amplification stage (s) followed by a demodulation stage intended to suppress the excitation frequency of the inductor coil or coils.
  • the invention is compatible with all existing electronic supply of the transmitting coils and signal processing from the receiving coils. It is simply necessary to ensure, if one wishes to invert the transmission and reception functions of certain coils, that the used electronics accept coils of the same impedance for these two functions.

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Abstract

L'invention est relative à un procédé de réalisation d'un ensemble d'au moins une bobine d'émission (B<SUB>1</SUB>) et une bobine de réception (B<SUB>2</SUB>) pour contrôle à courants de Foucault, la bobine de réception recevant en l'absence de défaut un signal d'amplitude complexe V<SUB>R</SUB>, soumise à une variation dV<SUB>R</SUB> en présence d'un défaut type à détecter. On choisit la distance ?<SUB>ER</SUB> entre les axes des bobines d'émission et de réception de manière à maximiser le rapport | dV<SUB>R</SUB> /V<SUB>R</SUB>| .

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UNE TETE DE CONTROLE A
COURANTS DE FOUCAULT DE GRANDE DYNAMIQUE ET DE
HAUTE RESOLUTION SPATIALE
La présente invention se rapporte à un procédé de contrôle à courants de Foucault à fonctions émission/réception séparées, à grande dynamique de fonctionnement. Il permet également d'effectuer des contrôles avec un ensemble de bobines d'émission et de réception très compact. De ce fait, il est particulièrement avantageux pour la détection de défauts de petite taille, notamment pour le contrôle non destructif (CND) de pièces mécaniques conductrices.
Définition : conformément à un usage répandu, lorsque les bobines d'émission ou de réception sont réalisées sur circuit imprimé leur forme géométrique est appelée dans ce qui suit « motif » ; ce terme est aussi utilisé pour désigner des associations de quelques bobines conçues pour fonctionner ensemble (ex : une émettrice et deux réceptrices situées de part et d'autre).
Par ailleurs, on utilisera le terme fém (abrégé de force électromotrice) pour désigner une tension induite dans une bobine par une variation du champ électromagnétique la traversant.
On sait qu'un défaut peut altérer significativement la résistance mécanique d'une pièce de faible épaisseur, même s'il est de faibles dimensions. On rappelle que le principe de la détection de défauts par courants de Foucault dans une pièce conductrice consiste à émettre au voisinage de cette pièce, à l'aide d'une bobine émettrice, un champ électromagnétique de fréquence adaptée à la conductivité de ce matériau et à la profondeur des défauts recherchés. On mesure d'une part une force électromotrice aux bornes de la bobine de réception due au couplage direct des lignes de champ magnétique entre la bobine émettrice et la bobine réceptrice en présence de la pièce conductrice et d'autre part une petite variation de force électromotrice qui s'y superpose lors de la présence d'un défaut dans le matériau. L'invention se limite aux procédés utilisant au moins une bobine affectée à rémission du signal électromagnétique apte à générer des courants de Foucault dans le matériau à contrôler, et au moins une bobine affectée à la réception des signaux induits par les courants de Foucault (configuration dite à fonctions séparées). La force électromotrice VR induite aux bornes de chaque bobine de réception est évidemment à la même fréquence que le courant IE envoyé dans la bobine d'émission associée, et nécessite une démodulation pour obtenir le signal utile. En outre, cette force électromotrice induite VR varie très fortement lorsqu'on approche une pièce sans défaut à la distance de travail. En présence d'un défaut, la force électromotrice induite complexe VR devient VR ± δVR, et seule la variation δVR , très faible devant VR , est porteuse d'information. En pratique, le rapport |δVR / VR| détermine la qualité de la mesure et la sensibilité du procédé. L'électronique de détection doit donc présenter une très grande dynamique de fonctionnement. Compte tenu des possibilités technologiques, cette contrainte limite très fortement, dans l'art antérieur, la possibilité de détection des défauts de faibles dimensions, surtout lorsqu'ils sont mal orientés. Les éventuels défauts dans le matériau à tester sont d'autant plus faciles à détecter qu'ils modifient davantage la circulation des courants de Foucault. Ces derniers circulent dans l'épaisseur du matériau à tester suivant un trajet comparable aux lignes de courant de la bobine inductrice, mais en sens contraire. Il est plus aisé de détecter les défauts s'étendant dans le plan formé par les axes de la bobine émettrice et de la bobine réceptrice, et placés entre celles-ci ( défauts dits de type I ). Inversement, il est difficile de détecter les défauts s'étendant dans le plan médiateur au plan formé par les axes des deux bobines ( défauts dits de type II ).
Pour limiter cette incidence de l'orientation aléatoire des défauts sur leur détection, de nombreux procédés et dispositifs ont été réalisés, soit en effectuant plusieurs mesures successives par des balayages de la sonde de mesure selon des directions orthogonales, soit en multiplexant plusieurs transducteurs. Il s'agit généralement de matrices d'émetteurs et de récepteurs assemblés sur une même tête de mesures, de manière à ce qu'un même défaut voit dans une première direction les lignes de champ allant d'un premier émetteur à un premier récepteur, et dans une seconde direction, différente de la première, les lignes de champ allant du même émetteur à un second récepteur ou encore d'un second émetteur à un second récepteur. Dans ce dernier cas toutefois, l'amélioration de la détection est généralement obtenue par l'accumulation d'un grand nombre de bobines sur une petite surface, mais cette disposition crée des problèmes de diaphonie. On a alors recours à un espacement relativement grand des motifs entre eux ( ce qui limite la densité des motifs ) ou bien à un multiplexage des émetteurs et récepteurs des motifs ( ce qui conduit à une densité maximale de motifs mais à un ralentissement de la mesure ). La résolution reste de toute façon limitée par la distance entre les bobines d'un même motif, elle-même limitée par leur rayon extérieur. Pour résumer, le principe même des contrôles à courants de
Foucault conduit à la détection de très petites variations complexes δVR de VR, autour de la valeur beaucoup plus importante de VR , celle-ci variant dans de grandes proportions avec la distance des bobines à la pièce à contrôler, ainsi qu'à leur orientation relative ; elle varie également, dans une moindre mesure, avec la conductivité de cette pièce, une conductivité élevée étant plus favorable. Cette difficulté, aggravée par la faible dimension des défauts à détecter, l'est aussi par leur orientation.
Une autre caractéristique de la détection de défauts de faibles dimensions est la faible dimension des bobines transductrices (petits motifs), qui conduit à des signaux détectés de très faible amplitude.
Pour remédier à ces difficultés, les dispositifs selon l'art antérieur jouent sur des associations d'un plus grand nombre de bobines. Ainsi, le brevet US 6 310 476 « Eddy current flaw detector » déposé par Mitsubishi divulgue un dispositif à un nombre pair de bobines de réception, disposées de manière symétrique par rapport à la bobine émettrice et connectées de manière différentielle. Outre la lourdeur et le coût de ce dispositif, il possède aussi les défauts des montages différentiels : les signaux indésirables ne sont éliminés que s'ils apparaissent au même instant sur les deux bobines connectées en opposition, avec la même amplitude et la même phase. En outre, il faut impérativement que ces deux bobines, et leurs voies de mesures respectives, aient des caractéristiques identiques. Pour s'adapter à des pièces de géométrie courbe, et balayer une grande surface sans laisser passer des défauts d'une certaine taille, General Electric divulgue dans son brevet EP 0 512 796 A2 « Eddy current probe arrays », un dispositif utilisant des matrices ou des barrettes de capteurs à courants de Foucault, dont les bobines sont réalisées sur support souple pour rester le plus près possible des défauts lorsque la pièce à tester est de géométrie courbe, et sont en outre corrélées spatialement. Les inducteurs sont constitués par deux bobines rectangulaires très allongées dans le sens orthogonal au balayage. Face à ces deux inducteurs, deux rangées de bobines réceptrices sont disposées en quinconce vis-à-vis des bobines de la première rangée. Tout défaut situé entre deux bobines réceptrices de la première rangée se trouve à l'aplomb des bobines de la seconde rangée selon le sens préférentiel de balayage, et vice versa. Néanmoins, en dépit du coût et de la lourdeur d'un tel dispositif, les défauts difficiles à détecter en raison de leur orientation par rapport à la première rangée de bobines gardent cette même orientation, et par conséquent cette même difficulté de détection, par rapport à la seconde rangée de bobines réceptrices. Enfin ce document précise plusieurs modes de réalisation des bobines et les modalités d'ajout d'un blindage. Les bobines réceptrices reçoivent toutes sur la totalité de leur surface les lignes de champ sortant immédiatement de la bobine émettrice correspondante (grande mutuelle inductance).
Un second brevet de General Electric USP 5 262 722
« Apparatus for near surface nondestructive eddy current scanning of a conductive part using a multi-layer eddy current probe array », divulgue un dispositif, analogue au précédent, mais mis en oeuvre de manière multiplexée.
En conclusion, l'état actuel des procédés et dispositifs de contrôle à courants de Foucault ne permet pas d'être certain de la détection de défauts de dimensions préjudiciables à la solidité de certaines pièces mécaniques, en particulier lorsque la taille des défauts ou leur orientation est défavorable à leur détection.
EXPOSÉ DE L'INVENTION : L'invention concerne un procédé de réalisation d'un ensemble d'au moins une bobine d'émission et une bobine de réception pour un contrôle à courants de Foucault, la bobine de réception recevant en l'absence de défaut un signal d'amplitude complexe VR, soumise à une variation δVR en présence d'un défaut type à détecter, caractérisé en ce que l'on choisit la distance ΔER entre les axes des bobines d'émission et de réception de manière à maximiser le rapport |δVR /VR| .
Chaque bobine, est composée de spires, généralement de plusieurs dimensions. La spire la plus large décrit une boucle dont on appelle R la plus grande distance par rapport à son barycentre. Pour les bobines dont la section axiale a une forme allongée, il est avantageux d'introduire deux valeurs de R : R= RM selon l'axe de dimension maximale, et Rm selon l'axe de dimension minimale.
Le procédé selon l'invention vise à effectuer le contrôle à courants de Foucault en plaçant et maintenant entre les axes respectifs Ai et A2 de deux bobines plates Bi émettrice et B2 réceptrice, une distance comparable ou égale à ΔERO qui optimise le rapport |δVR/ VR | caractérisant la qualité de la mesure. Cette optimisation est alors réalisée intrinsèquement pour chaque couple de bobines émettrice/réceptrice positionné conformément au procédé détaillé ci- après.
Le procédé selon l'invention intervient dans la conception et la réalisation de la tête transductrice, après que les caractéristiques du matériau à contrôler, la valeur des entrefers e et e' entre cette pièce et chacune des bobines, aient permis de déterminer la fréquence de travail, la forme et la dimension des bobines dont le plus grand rayon est R. Il comporte, selon un mode de réalisation préféré, dans lequel la plus grande distance entre le barycentre de la bobine de plus grande dimension et le point le plus éloigné de la plus grande spire de cette bobine est appelée R, les étapes suivantes : a- déterminer une valeur de la fréquence du courant d'excitation parcourant la bobine d'émission, cette fréquence étant déterminée de façon classique ; b- déterminer un défaut type à détecter, caractérisé par sa taille et sa profondeur moyenne par rapport à la surface de la pièce à contrôler ; c- à partir des valeurs obtenues aux étapes a et b déterminer, soit par modélisation soit expérimentalement, les trois grandeurs suivantes : i) la fém complexe VR induite dans la bobine réceptrice lorsque la distance ΔER entre les axes des bobines d'émission et de réception varie au moins dans l'intervalle {0 ; 3R}, ii) la variation δVR , de la fém complexe VR induite dans une bobine réceptrice pour la même variation de la distance ΔER dans l'intervalle d'au moins {0 ; 3R}, iii) la variation |δVR / VR| du module du rapport des deux grandeurs définies en ii) et i), pour la même variation de la distance ΔER dans l'intervalle d'au moins {0 ; 3R} d- tracer la courbe du rapport |δVR / VR| en fonction de la variation de la distance ΔER dans l'intervalle d'au moins {0 ; 3R}, puis déterminer l'ordonnée maximale |δVR / VR| 0/ et l'abscisse ΔER0 de ce maximum, cette valeur constituant le point de fonctionnement optimal ; e- de manière optionnelle et sous-optimale, déterminer une plage de distances {Δmin ; ΔMax} de part et d'autre de ΔER0, pour laquelle le rapport |δVR / VR| vaut le tiers de sa valeur maximale, cette plage correspondant à ce qui sera désigné ultérieurement par « distance comparable ou égale à ΔERO » ; f- si les valeurs de ΔER trouvées soit à l'étape d lorsqu'on recherche le critère optimal, soit à l'étape e lorsqu'on recherche le critère sous optimal, ne sont pas jugées acceptables, modifier les paramètres des étapes a et b ; g- réaliser les bobines ou les assemblages de bobines, de telle sorte que le point de fonctionnement de chaque bobine de réception vérifie soit le critère optimal de l'étape d soit le critère sous optimal de l'étape e.
Selon une première réalisation préférentielle, la distance entre les axes respectifs de chaque couple de bobines d'émission / réception est fixe et la fréquence du courant d'excitation est ajustée en fonction de la dimension minimale et de la profondeur moyenne des défauts type à détecter. Dans ce cas, il est nécessaire que l'électronique d'excitation soit capable de modifier la fréquence de travail des moyens électroniques associés aux bobines, par exemple chaque fois que la dimension des défauts type à détecter est modifiée, ou encore si l'on change le matériau de la pièce à contrôler. Par électronique associée aux bobines, on entend des moyens électroniques pour alimenter en courant la ou les bobine(s) d'émission, pour démoduler et traiter les signaux de la ou des bobine(s) de réception, et éventuellement pour additionner, soustraire ou multiplexer des signaux de plusieurs bobines. Selon une seconde réalisation préférentielle, la fréquence d'excitation est constante, et le procédé selon l'invention permet de déterminer, en fonction de la dimension minimale et de la profondeur moyenne des défauts type à détecter, une valeur soit optimale (étape d), soit sous optimale (étape e) de la distance ΔER entre les axes respectifs de chaque couple de bobines d'émission et de réception.
Selon une première variante de la première ou seconde réalisation préférentielle, la distance ΔER entre les axes respectifs Ai et A2 de deux bobines respectivement Bi émettrice et B2 réceptrice varie dans un intervalle {0 ; 3R}. Cette première variante est particulièrement avantageuse pour la détection de défauts de petite taille. Selon une seconde variante de la première ou seconde réalisation préférentielle, la distance ΔER entre les axes respectifs Ai et A2 de deux bobines respectivement Bi émettrice et B2 réceptrice varie dans un intervalle supérieur à {0 ; 3R}, et préférentiellement égal à {0 ; 9R}. Dans ce cas, il existe généralement, pour des abscisses supérieures à 3R, un second maximum du rapport |δVR / VR | lorsque ΔER varie. Ce second maximum est d'autant plus élevé que le défaut type à détecter est plus grand. A ce second maximum d'abscisse ΔERO2 et d'ordonnée |δVR / VR |2/ correspond une seconde plage de valeurs {Δmin ; ΔMax}2 de part et d'autre de ΔERO2/ pour laquelle le rapport |δVR / VR| vaut le tiers de sa valeur maximale |δVR / VR |2. Cette variante est avantageuse pour la recherche de défauts de grande taille tout en occultant les défauts de petite taille et en diminuant d'autant le risque d'artefacts. Selon une troisième variante de cette seconde réalisation préférentielle, la distance ΔER entre les axes respectifs Ai et A2 de deux bobines respectivement Bi émettrice et B2 réceptrice est réalisée à l'étape g de manière ajustable. Dans ce cas, les bobines émettrices sont sur un premier support, par exemple un premier circuit imprimé, et les bobines réceptrices sont sur un second support, par exemple un second circuit imprimé, et les deux supports peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre grâce à des moyens de glissement. Ces moyens permettent non seulement un glissement ajustable de la position relative des deux supports, mais aussi son maintien lors des phases de mesure, une fois la tête de contrôle réalisée. Ils peuvent être passifs de type mécanique (par exemple à vis et/ou à glissière), ou actifs comportant au moins un micro actionneur (par exemple piézoélectrique).
Lorsque les bobines ont une section axiale de forme allongée, la spire la plus large ayant un grand rayon RM et un petit rayon Rm, on peut appliquer à chacun des modes de réalisation précédemment décrits la variante ci-après. Dans le plan comprenant l'axe de la bobine et le grand rayon RM, l'application de l'invention permet de définir une première distance optimale (ΔERo)Maχ et une plage de valeurs associée {Δmin ; ΔMax}Maχ/ alors que dans le plan comprenant l'axe de la bobine et le petit rayon Rm. , l'invention permet de définir une seconde distance optimale (ΔER0)min associée et une seconde plage de valeurs {Δmin ; ΔMax}min.. L'existence de plusieurs distances optimales selon plusieurs axes permet ainsi de réaliser des motifs où les bobines ne sont pas nécessairement aux sommets de carrés ou de losanges. Une telle variante sera illustrée ultérieurement par les figures 7b, 7c et 8b.
L'étape c du procédé peut être déterminée soit par modélisation soit expérimentalement à l'aide d'un dispositif analogue à celui décrit ci-dessous à titre d'exemple. Les deux bobines plates Bi pour l'émission et B2 pour la réception sont réalisées chacune sur un circuit imprimé de faible épaisseur en kapton, de dimensions identiques : 6 spires en spirale plane, dont la plus large a un rayon R de 0,5 mm et la plus petite a le diamètre du trou métallisé central servant à passer la connexion. Elles peuvent ainsi glisser l'une contre l'autre. Les axes respectifs Ai et A2 de Bi et B2/ peuvent ainsi présenter entre eux une distance ΔER variable. On se fixe un défaut type correspondant soit au type de défaut le plus petit que l'on souhaite détecter, soit à un défaut jugé représentatif. Dans l'exemple, on choisit un défaut parallélépipédique allongé selon une direction principale, et mesurant selon cette direction 0,4 mm, et selon les autres directions 0,1 mm de largeur (parallèlement à la surface) et 0,2 mm de profondeur. Il affleure à la surface de la pièce à contrôler. L'orientation utilisée pour les modélisations ou les expérimentations est celle qui maximise la probabilité de détection : la longueur de 0,4 mm est centrée sur l'axe reliant les centres des bobines. La pièce à contrôler a une conductivité σ de 1 MS/m et une épaisseur de 3 mm. La fréquence de travail est choisie égale à 2 MHz.
Le couple de bobines d'émission/réception est alors placé devant la pièce à inspecter, à une distance e de la bobine la plus proche (par exemple la bobine de réception) et e' de l'autre bobine, la distance e'-e étant la somme de la longueur axiale de la bobine la plus proche et de l'épaisseur du support. Cette distance e est choisie en s'aidant de la pratique habituelle des contrôles à courants de Foucault. La bobine émettrice est excitée par un courant IE à une fréquence adéquate pour induire des courants de Foucault. La bobine réceptrice est alors le siège d'une force électromotrice VR induite à ses bornes.
La phase φ que présente VR par rapport à IE change entre la position où les axes Ai et A2 sont quasiment confondus, et la position où ces axes sont distants d'environ deux fois R ou légèrement plus. Entre ces deux positions, il existe une position intermédiaire où la phase φ varie très brutalement et où le module de |VR| passe par un minimum. Lorsque l'on augmente encore la distance entre les axes Ai et A2 , le module de la force électromotrice augmente à nouveau sans atteindre une valeur aussi élevée que celle du premier maximum, puis redescend, mais avec une phase qui varie plus lentement. La figure la montre le module |VR| de la valeur complexe de la force électromotrice VR induite aux bornes de la bobine réceptrice lorsque l'on fait varier la distance ΔER entre les axes des bobines émettrice et réceptrice. Elle est tracée pour ΔER variant dans l'intervalle {0 ; 3R}, la valeur de l'entrefer est e = 0,1 mm et e' = 0,15 mm, et la conductivité de la pièce est σ = lMS/m. Pour une distance ΔER nulle, les bobines ont le même axe et l'amplitude complexe VR de la force électromotrice recueillie aux bornes de la bobine réceptrice est évidemment maximale. Lorsque ΔER augmente, cette amplitude chute très rapidement pour passer par un premier minimum indiqué sur la figure par une flèche, et la phase varie très rapidement d'environ 180°. En l'absence de pièce conductrice devant les bobines transducteurs, la force électromotrice VR s'annule pour changer de sens, et la phase φ bascule quasi instantanément de 180°.
Devant une pièce de conductivité σ située à des distances e des bobines transductrices (qui sont dans des plans extrêmement proches l'un de l'autre), la variation de phase est moins brutale, selon un profil dépendant des valeurs de σ et e, et le module de l'amplitude complexe de VR passe par un minimum qui n'est plus égal à zéro, et dont la position et la valeur dépendent notamment des valeurs de σ, des entrefers e et de la fréquence. En présence d'une pièce à contrôler, c'est l'apparition d'une composante imaginaire, ne s'annulant pas pour la même abscisse que la composante réelle, qui a pour effet de décaler la position de ce minimum et de rendre sa valeur non nulle.
Ce minimum du module de l'amplitude complexe de VR rend beaucoup plus aisée la détection d'une petite variation δVR autour de VR. Toutefois ce n'est pas directement le minimum de VR qui détermine la qualité de la mesure et la dynamique, mais le rapport |δVR /VR| . C'est ce rapport qui doit être le plus grand possible, et qu'il importe de maximiser lorsque σ et e varient.
On choisit alors un défaut type allongé selon une direction principale où il mesure par exemple 0,4 mm, ses autres dimensions étant négligeables. Après la figure la, et pour les mêmes paramètres d'entrefer,et le même domaine de variation ΔER dans l'intervalle {0 ; 3R}, on relève expérimentalement la courbe Ib des variations de la force électromotrice δVR induite par le défaut type de 0,4 mm lorsque ΔER varie (ΔER étant en abscisses et δVR en ordonnées). La qualité de la mesure est alors représentée par une troisième courbe Ic représentant les variation du rapport | δVR /VR| (en ordonnées) en fonction des variations de ΔER (en abscisses). Sur cette courbe, on relève l'ordonnée |δVR /VR|0 du premier maximum, qui correspond au point de fonctionnement optimal présentant la plus grande dynamique de mesure possible. L'abscisse correspondante est alors la valeur optimale ΔER0 de la distance ΔER.
Il convient de remarquer que ce point de fonctionnement optimal ne correspond pas tout à fait à la valeur minimale de |VR| , qui elle-même ne correspond pas tout à fait à la valeur qui annule la mutuelle inductance en l'absence de pièce à contrôler en vis-à-vis des bobines transductrices.
De part et d'autre du point de fonctionnement optimal d'ordonnée | δVR /VR|0, on relève les points dont l'ordonnée vaut le tiers de | δVR /VR|0, le premier d'abscisse Δmin correspond à la distance minimale pour laquelle le fonctionnement est proche de l'optimum, et le second d'abscisse ΔMax correspond à la distance maximale pour laquelle le fonctionnement est proche de l'optimum. L'intervalle {Δmin, ΔMax} constitue la plage de distances pour laquelle le fonctionnement est soit optimal soit sous-optimal, proche de l'optimum. Le procédé selon l'invention pour la réalisation d'un ensemble de bobines transductrices, comportant au moins une bobine Bi émettrice et une bobine B2 réceptrice, permet de nombreuses variantes et combinaisons, dès lors que pour chaque couple de bobines d'émission/réception, leurs axes Ai et A2 sont séparés d'une distance ΔER comprise dans la plage de distances {Δmin, ΔMax}. De préférence, les bobines sont plates, c'est-à-dire que leur longueur axiale est plus faible que le plus grand rayon de leur plus grande spire.
Avec ce même dispositif, il est aisé de mettre en évidence la seconde variante de la seconde réalisation préférentielle, selon laquelle la plage de variation de ΔER est plus large que 3R. Comme le montrent les figures 2a, 2b et 2c, il existe pour des abscisses supérieures à 3R un second maximum de |δVR /VR| . Son amplitude augmente avec la taille des défauts que l'on cherche à détecter, comme le montre la succession des figures 2, 3 et 4
Les figures 2a, 2b et 2c sont analogues aux figures la, Ib et Ic, mais elles sont tracées pour ΔER variant dans l'intervalle {0 ; 10R}, la valeur de l'entrefer (e = 0,1 mm et e' = 0,15 mm) et la conductivité de la pièce (σ = lMS/m) restent les mêmes, mais la longueur principale du défaut est ici de 1 mm, contre 0,4 mm dans la figure 1. Les figures 3a, 3b et 3c sont analogues aux figures la à Ic, mais la longueur principale du défaut est ici de 2 mm ; et les figures 4a, 4b et 4c sont analogues aux précédentes avec une longueur principale du défaut de 3 mm. Ces trois figures montrent d'une part l'existence d'un second maximum dont l'amplitude augmente avec la taille du défaut type à détecter, et d'autre part qu'il n'est pas utile d'augmenter ΔER au- delà de 9R.
Outre ces précisions, on rappelle que pour d'autres caractéristiques comme la fréquence d'excitation des bobines émettrices, les dimensions des bobines et leur type (par exemple à fil, avec ou sans noyau, ou en technologie imprimée), les choix sont effectués en tenant compte du matériau à contrôler, de la taille et la profondeur des défauts recherchés, en recourrant à l'expérience connue des procédés de contrôle à courants de Foucault.
Bien que le procédé permette intrinsèquement à chaque couple de bobines d'émission/réception une quasi annulation de la force électromotrice VR induite aux bornes de la bobine de réception, on peut choisir d'utiliser selon une première variante soit une bobine d'émission et deux bobines de réception situées symétriquement et connectées en opposition, soit deux bobines d'émission situées symétriquement par rapport à une même bobine de réception et connectées en opposition. On réalise ainsi un dispositif différentiel, mais exempt du principal défaut des dispositifs différentiels ne mettant pas en œuvre le procédé.
En effet, ces défauts résultent de la nécessité d'une parfaite symétrie tant du point de vue des signaux à éliminer que du point de vue des moyens matériels correspondant aux deux voies connectées de manière différentielle. Selon l'invention, la force électromotrice VR induite aux bornes de chaque bobine réceptrice est intrinsèquement très proche de zéro et la pente de la courbe représentant |VR| en fonction de ΔER s'annule en ΔERO et est par conséquent très faible au voisinage de ce point optimal, ce qui réduit considérablement les effets d'une éventuelle dissymétrie des signaux à éliminer ou des caractéristiques des bobines et voies de mesure connectées en différentiel.
Selon une variante simplifiée du procédé de l'invention cumulable avec toutes les autres variantes, on considère que pour des distances ΔER proches de ΔERO les variations de |VR| en fonction de ΔER sont suffisamment faibles pour être négligées. Dans ce cas, le maximum du rapport |δVR / VR | lorsque ΔER varie peut être approximé par le maximum de |δVR| lorsque ΔER varie. Dans ce cas, les étapes c, d et e du procédé peuvent s'écrire de manière équivalente : - c'- à partir des valeurs obtenues aux étapes a et b déterminer, soit par modélisation soit expérimentalement, la variation δVR , de la fém complexe VR induite dans une bobine réceptrice lorsque la distance ΔER entre les axes des bobines d'émission et de réception varie au moins dans l'intervalle {0 ; 3R},
-d'- tracer la courbe de |δVR| en fonction de la variation de la distance ΔER dans l'intervalle d'au moins {0 ; 3R}, puis déterminer l'ordonnée maximale |δVR|0, et l'abscisse ΔER0 de ce maximum, cette valeur constituant le point de fonctionnement optimal ;
-e'- de manière optionnelle, déterminer une plage de distances {Δmin ; ΔMax} de part et d'autre de ΔER0, pour laquelle le rapport |δVR| vaut le tiers de sa valeur maximale. Une application privilégiée de cette variante consiste à déterminer comme précédemment la valeur optimale ΔER0 de ΔER ou une valeur sous optimale comprise dans l'intervalle {Δmin ; ΔMax}, puis lorsque varient certaines conditions d'utilisations comme la nature de la pièce à contrôler ou la dimension des défauts, on utilise la présente variante pour ajuster la distance ΔER . Des combinaisons plus élaborées seront exposées ultérieurement dans la description détaillée.
DESCRIPTION DES FIGURES :
- les figures la, Ib et Ic, montrent pour deux bobines plates Bi et B2 de même rayon qui se déplacent selon des plans parallèles de manière à faire croître leur entraxe ΔER , comment varie le module |VR| de la tension complexe induite aux bornes de la bobine réception (Fig la), le signal |δVR| induit par un défaut de longueur 0,4 mm (Fig Ib) et le rapport |δVR /VR| entre ces deux grandeurs, qui détermine la sensibilité du procédé.
- les figures 2a, 2b et 2c, sont analogues aux figures la, Ib et Ic, mais pour un défaut de lmm de long
- les figures 3a, 3b et 3c, sont analogues aux figures la, Ib et Ic, mais pour un défaut de 2mm de long - les figures 4a, 4b et 4c, sont analogues aux figures la, Ib et Ic, mais pour un défaut de 3mm de long
- les figures 5a et 5b schématisent les deux bobines d'un système élémentaire de mesure à courants de Foucault selon l'invention, - la figure 6 montre les variations requises pour la fréquence d'excitation afin de conserver une même distance optimale ΔERo lorsque la dimension principale du défaut varie,
- les figures 7a, 7b et 7c schématisent les trois bobines d'une variante de réalisation d'un système de mesure à courants de Foucault selon l'invention,
- les figures 8a et 8b schématisent les cinq bobines d'une variante de réalisation d'un système de mesure à courants de Foucault selon l'invention,
- la figure 9 schématise une variante du système présenté sur la figure 5a comportant l'ajout d'un ruban ferromagnétique qui canalise les lignes de champ magnétique entre l'émetteur et le récepteur.
- les figures 10a, et 10b schématisent deux modes de réalisation où la distance ΔER entre les bobines est ajustable mécaniquement (figure 10a) ou par micro actionneur piézoélectrique (figure 10b)
- la figure 11 schématise un exemple d'association en matrice selon le procédé de l'invention de plusieurs couples de bobines d'émission / réception
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERENTIELS :
Selon la réalisation préférentiellement mise en œuvre de l'invention, les principaux paramètres sont ceux exposés dans l'explication de l'étape c. La pièce à contrôler a une conductivité σ de 1 MS/m et une épaisseur de 3 mm. Les bobines sont sur air, directement gravées sur les deux faces d'un même circuit imprimé souple en kapton de 50 μm d'épaisseur. Un film de protection en téflon de 100 μm d'épaisseur est appliqué sur la face du kapton en contact avec la cible, assurant une isolation électrique et une protection mécanique. L'entrefer e est ainsi de 0,1 mm pour la bobine réceptrice, et e'=0,15 mm pour la bobine émettrice.
Afin d'assurer la détection de ces défauts, on choisit un même motif pour les bobines d'émission et de réception, composé d'une spirale plane dont le plus grand diamètre est 1 mm, et comportant 6 spires gravées dans du cuivre d'épaisseur 5 μm, la plus petite spire ayant le diamètre du trou métallisé assurant la connexion électrique, soit 0,25 mm environ.
La fréquence de travail correspondante se situe autour de 2 MHz.
On cherche à détecter un défaut type allongé selon une direction principale, et mesurant selon cette direction 0,4 mm (les autres dimensions du défaut étant 0,1 mm et 0,2 mm comme précédemment). Il affleure à la surface de la pièce à contrôler. Cette dernière a une conductivité σ de 1 MS/m et une épaisseur de 3 mm.
On considère dans la bobine émettrice un courant inducteur IE pris égal à 2OmA ; le module |VR| de la tension complexe induite dans la bobine réceptrice est alors de l'ordre du μV lorsque ΔER est dans l'intervalle {Δmin ; ΔMax}.
La modélisation selon la première variante de la seconde réalisation préférentielle conduit au tracé des courbes la, Ib et Ic pour une distance ΔER entre les axes des bobines d'émission et de réception variant dans l'intervalle {0 ; 3R}, c'est-à-dire {0 ; 1,5 mm}.
Par un simple quotient des valeurs selon les courbes la et Ib, on obtient la courbe de la figure Ic qui représente les variations du rapport I ÔVR/VR I lorsque ΔER varie dans l'intervalle {0 ; 1,5 mm}. On relève ainsi l'ordonnée |δVR /VR |0 du maximum égale à 0,19 (sans dimension), dont l'abscisse correspondante de 0,6 mm est appelée ΔERO/ cette valeur constituant le point de fonctionnement optimal de l'étape d. Si l'on vise le fonctionnement sous optimal de l'étape e, on cherche les points dont les ordonnées I ÔVR/VRI sont égales à 0,063 (le tiers du maximum |δVR /VR |0). Puis on relève les abscisses correspondantes Δmin= 0,53 mm, et ΔMax= 0,69 mm, ces valeurs étant situées de part et d'autre de ΔERO- En pratique, on choisit le fonctionnement optimal, qui conduit à fixer ΔER = ΔER0 = 0,6 mm, conformément à la réalisation représentée sur les figures 5a et 5b. où les bobines en forme de spirale plane dont la piste de cuivre a une largeur de 20 μm ont été schématisées par une succession de cercles concentriques pour les commodités du dessin. Les bobines ont toutes deux un diamètre extérieur de 1 mm, un diamètre intérieur de 0,5 mm et un nombre de spires de 6, et la fréquence de travail est de 2MHz.
La bobine émettrice Bl est représentée en haut, et la bobine réceptrice B2 est représentée en bas, mais on ne changerait pas l'invention en les intervertissant. Le support isolant 1 est un film kapton souple de 50 μm d'épaisseur. Les connections 4 des bobines utilisent des trous métallisés 5 chaque fois que nécessaire pour passer d'une face à l'autre du support diélectrique. Ainsi toutes les connexions sont ramenées sur une seule face du circuit imprimé. Selon la première variante préférentielle, la fréquence de travail peut être ajustée lorsque les caractéristiques des défauts ou la nature de la pièce à contrôler varient. Ainsi, lorsque la dimension principale du défaut type à détecter passe de 0,4 mm à 3 mm, la fréquence initiale de 2 MHz doit passer à 2,45 MHz environ pour conserver la même distance optimale ΔER0. Selon la seconde variante préférentielle, la fréquence de travail est fixe, et l'optimum ΔER0 de la distance ΔER entre les axes des bobines émettrice et réceptrice est déterminé comme exposé ci-dessus dans le cas de la première variante où la distance ΔER entre les axes respectifs Ai et A2 de deux bobines respectivement Bi émettrice et B2 réceptrice varie dans un intervalle {0 ; 3R}.
Dans le cas de la seconde variante où cette distance ΔER varie dans un intervalle {0 ; 9R}, on procède de manière analogue : la valeur supérieure Δmax est simplement repoussée de 1,5 mm à 4,5 mm, comme montré sur les figures 2, 3 et 4. L'intervalle choisi lors de l'étape e, dénommé {Δmin2 ; ΔMax2}, permet d'obtenir une valeur de I ÔVR/VRI double de ce qu'elle était sur l'intervalle {Δmin ; ΔMax} correspondant à la variante précédente.
A ce stade, il est plus aisé d'exposer la première réalisation préférentielle selon laquelle la distance entre les axes respectifs de chaque couple de bobines d'émission / réception est fixe et la fréquence du courant d'excitation est ajustée en fonction de la dimension minimale et de la profondeur moyenne des défauts type à détecter. Supposons comme précédemment que la pièce à contrôler ait une conductivité σ de 1 MS/m et une épaisseur de 3 mm, les bobines sont sur air, directement gravées sur les deux faces d'un même circuit imprimé souple en kapton de 50 μm d'épaisseur. L'entrefer e est ainsi de 0,1 mm pour la bobine réceptrice, et e'=0,15 mm pour la bobine émettrice. Par modélisation, on trace la figure 6 des variations de la fréquence que doit avoir l'excitation des bobines inductrices en fonction de la dimension principale du défaut, lorsque celui-ci varie de 0,4 mm (alors f = 2 MHz) à 1 mm, 2 mm puis 3mm (alors f = 2,45 MHz), pour conserver à la grandeur ΔER un optimum ΔER0 = 0,6 mm. Lorsque la longueur du défaut augmente, il est nécessaire d'augmenter légèrement la fréquence d'excitation. Un couple de bobines d'émission/réception ainsi défini améliore significativement la détection de défauts de type I. On rappelle que les défauts les plus fréquents étant généralement très fortement allongés selon une direction principale, on les classe en différents types selon l'inclinaison de leur plus grand axe avec le plan formé par les axes Al et A2 d'un couple de bobines d'émission/réception. Ainsi ils sont dits de type I, lorsque leur plus grand axe se trouve dans le plan défini par les axes Al et A2, ou à la rigueur parallèle et situé à faible distance devant le rayon R. Ils sont dits de type II, lorsque leur plus grand axe se trouve dans le plan orthogonal à celui défini par les axes Al et A2, tout en étant orthogonal au plan constitué par la surface à tester.
De préférence, pour la détection de défauts de type I, on prévoit une bobine réceptrice disposée en un emplacement tel que le champ électromagnétique produit par les deux bobines émettrices s'annule au niveau de cette bobine réceptrice, la distance entre la bobine réceptrice et chacune des bobines émettrices étant comprise autour de la plage de distances {Δmin ; ΔMax} située autour de ΔERO - En revanche, cette configuration rend difficile la détection des défauts dits de type II.
La figure 7a représente une variante de mise en oeuvre, principalement destinée à s'affranchir des effets de bord des pièces à contrôler, et éventuellement d'améliorer un peu la détection des défauts de type II. Elle comporte un motif de trois bobines, a priori une bobine centrale Bl d'émission et deux bobines B2 et B3 de réception, situées de part et d'autre, et distantes de celle d'émission d'une valeur comprise dans la plage {Δmin ; ΔMax}. Mais on ne changerait pas les performances en affectant une fonction de réception à la bobine centrale, et une fonction d'émission aux deux bobines latérales. On obtiendrait ainsi un motif élémentaire constitué de trois bobines, une de réception située au centre et deux d'émission, situées de part et d'autre, et distantes de celle d'émission d'une valeur comprise dans la plage {Δmin ; ΔMax}. Les enroulements sont dans le même sens. Pour la clarté du schéma, les connexions électriques n'ont pas été représentées. Le procédé s'effectue comme précédemment, et la valeur trouvée pour la distance entre les axes Al et A2 des bobines Bl émettrice et B2 réceptrice, est reportée à l'identique entre les axes Al et A3 des bobines Bl émettrice et B3 réceptrice. Avantageusement, les axes AI, A2 et A3 sont dans un même plan.
Toutefois ce motif ne permet de s'affranchir des effets de bord que dans le cas, préférentiel, où la direction du balayage s'effectue selon une direction passant par les axes A2 et A3. Dans ce cas en effet la dissymétrie introduite par le bord de la pièce affecte de la même manière les deux bobines réceptrices B2 et B3.
Néanmoins, selon une autre variante, la direction du balayage est orthogonale à une direction passant par les axes A2 et A3, et la dissymétrie de mutuelle introduite par le bord de la pièce n'affecte pas de la même manière les deux bobines réceptrices B2 et B3. Dans ce cas il importe de la corriger en introduisant, par exemple au niveau des moyens de démodulation des signaux issus des bobines B2 et B3, un offset (décalage) d'amplitude et/ou de phase. Un défaut de symétrie entre ces bobines (erreur systématique) peut également être corrigé de cette manière.
La figure 7b représente une autre variante, analogue à celle de la figure 7a, mais dans le cas particulier où les bobines ont une section axiale de forme allongée, la spire la plus large ayant un grand rayon RM et un petit rayon Rm. Dans le plan comprenant l'axe de la bobine et le petit rayon Rm, l'application de l'invention permet de définir une première distance optimale (ΔERo)mm et une plage de valeurs associée {Δmin ; ΔMax}min. Dans le cas de la figure 7c, le plan comprenant l'axe de la bobine et le grand rayon RM/ l'invention permet de définir une seconde distance optimale (ΔERo)maχ associée et une seconde plage de valeurs {Δmin ; ΔMax}max.
Les fonctions d'émission et de réception pouvant être inversées, le fonctionnement est équivalent en choisissant la bobine Bl réceptrice et les deux bobines B2 et B3 émettrices. Dans ce dernier cas, la proximité d'un bord de pièce induisant une différence de mutuelle entre les couples de bobines B1/B2 et B1/B3 peut être compensée au niveau des moyens d'alimentation des bobines B2 et B3 en courant alternatif, en générant des signaux d'amplitudes et/ou de phases différentes, aptes à compenser cette dissymétrie. Un défaut de symétrie entre ces bobines (erreur systématique) peut également être corrigé de cette manière.
Ce second mode de réalisation avec un motif à trois bobines permet d'augmenter la densité des motifs lorsqu'on effectue un balayage selon une direction orthogonale au plan contenant les trois axes, et de ce fait améliore la détection des défauts de type I. En revanche il n'améliore guère la détection des défauts de type II. Pour le contrôle au voisinage des bordures des pièces à inspecter, on place le plan comportant les trois axes des bobines parallèlement au bord de la pièce. Il est alors possible de câbler les deux bobines réceptrices en mode différentiel, ce qui permet d'éliminer la perturbation induite par la proximité du bord de la pièce, Plus généralement, une telle configuration différentielle minimise les effets de variation de distance entre bobine émettrice et réceptrice, ce qui permet une moins grande sensibilité aux écarts de distance lors de la réalisation des bobines.
La détection des défauts de type II est améliorée par un perfectionnement du motif comportant une bobine centrale Bl réceptrice et les deux bobines B2 et B3 émettrices de part et d'autre. Ce perfectionnement est caractérisé en ce qu'on on ajoute deux autres bobines réceptrices B4 et B5 (figure 8a), associées respectivement à chaque bobine émettrice B2 et B3, à une distance comprise dans la plage de distances {Δmin ; ΔMax} située autour de ΔERO/ et dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan passant par les axes de ces bobines émettrices. Ces seconde et troisièmes bobines réceptrices permettent de détecter des défauts allongés selon cette direction perpendiculaire (de type II), la distance entre chaque bobine émettrice et la bobine réceptrice étant optimisée pour la détection de ces défauts dans cette direction. De la sorte, on obtient une configuration à cinq bobines schématisée par la figure 8a qui représente un troisième mode de réalisation. Les bobines B2 (20) et B3 (30) d'axes A2 et A3, situées sur une première face d'un circuit imprimé, sont des bobines émettrices, recevant de moyens électroniques d'excitation 34 un courant alternatif à la fréquence d'excitation choisie. La détection, en revanche, est assurée par un ensemble de trois bobines réceptrices Bl (10), B4 (40) et B5 (50) d'axes Al, A4 et A5, situées sur la seconde face du circuit imprimé et reliée à des moyens de préamplification et détection 35. Les axes A2, A3, Al, A4, A5 sont parallèles entre eux. La bobine Bl, a son axe Al situé préférentiellement dans le plan défini par A2 et A3 et nécessairement équidistant de ces deux axes d'une distance d appartenant à la plage de distances Δd. Le signal qu'elle délivre est appliqué à l'entrée d'une première voie de mesure. La bobine B4 a son axe A4 situé à une distance d, appartenant à la plage de distances Δd, de A2 et définissant avec A2 un plan orthogonal au plan défini par A2 et A3. La bobine B5, a son axe A5 situé à une distance d de A3, d appartenant à la plage de distances Δd, et définissant avec A3 un plan orthogonal au plan défini par A2 et A3. Les deux bobines B4 et B5 sont connectées en série ou en opposition, pour constituer une même source de signal, appliquée à une seconde voie de mesure d'un amplificateur 40.
La figure 8b représente une variante des bobines de la figure 8a dans le cas particulier où les bobines ont une section axiale de forme allongée, la spire la plus large ayant un grand rayon RM et un petit rayon Rm. Dans le plan comprenant l'axe de la bobine et le grand rayon RM/ l'application de l'invention permet de définir une première distance optimale (ΔERo)Maχ et une plage de valeurs associée {Δmin ; ΔMax}Maχ/ alors que dans le plan comprenant l'axe de la bobine et le petit rayon Rm. , l'invention permet de définir une seconde distance optimale (ΔERo)mm associée et une seconde plage de valeurs {Δmin ; ΔMax}min..
Plus généralement, cette variante cumulable avec tous les modes de réalisation qui précèdent et qui suivent, est caractérisée en ce que les bobines d'émission et de réception ont une section axiale de forme allongée, la spire la plus large ayant d'une part un petit rayon Rm, déterminant selon son orientation une plage de distance {Δmin ; ΔMax} égale à {Δmin ; ΔMax}min dans laquelle est choisie la distance entre les axes des spires selon cette orientation, et d'autre part un grand rayon RM déterminant une plage de distance {Δmin ; ΔMax} égale à {Δmin ; ΔMax}Maχ- dans laquelle est choisie la distance entre les axes des spires selon cette orientation.
Les moyens de préamplification et détection (35) comprennent un premier préamplificateur recevant les signaux de la voie de mesure issue de la bobine Bl, un premier préamplificateur recevant les signaux de la voie de mesure issue des bobines B4 et B5, et des moyens électroniques de démodulation et de traitement. Ils sont conçus de manière à déterminer la différence entre les valeurs de crête des f.é.m. existant entre les deux voies de mesure. L'information résultante, éventuellement améliorée par des corrections ou des filtrages connus de l'homme de métier, fournit une bonne détection de tous les défauts, quelle que soit leur orientation. Si la zone de test se situe à proximité du bord de la pièce à tester, le fait de jouer sur l'intensité des courants et de leur phase permet d'éliminer la mutuelle pour chaque ligne de déplacement le long du bord de la pièce. Le fait de prévoir deux bobines émettrices B2 et B3 permet également de compenser, par une électronique de commande, les défauts de symétrie entre les bobines B2 et B3. A cet effet, on effectue cette compensation par des variations de phase et/ou d'amplitude.
Dans ces deux modes de réalisation associés aux figures 7 et 8, on obtient une grande dynamique du signal de perturbation dû au défaut, et en outre l'écartement optimum entre bobine émettrice et bobine réceptrice dépend peu de la dimension du défaut. Il est à noter que le point de fonctionnement optimum du dispositif peut être réglé en ajustant la fréquence d'alimentation de la bobine émettrice comme illustré figure 6.
Dans une variante, cumulable avec toutes les autres variantes, on canalise les lignes de champ magnétique et améliore le rapport signal à bruit du dispositif en implantant, au voisinage des bobines et du côté opposé à la pièce à contrôler, un matériau magnétique doux (faible hystérésis), par exemple ferromagnétique. De cette manière, la réluctance du circuit magnétique de chaque couple de bobines d'émission/réception se trouve significativement diminuée. Ainsi le couplage entre l'émetteur et le récepteur est plus important et la fém induite est plus grande (aussi bien la fém due au couplage direct des bobines que la variation de fém due au défaut). Le matériau magnétique peut par exemple être constitué de plaques en ferrite. Néanmoins, dans le cas d'un support isolant souple en kapton, on aura intérêt à privilégier un matériau magnétique souple. Il peut notamment utiliser des ferrites flexibles, des rubans ferromagnétiques en permalloy ou en matériaux nanocristallins (en prenant soin d'isoler électriquement ce ruban des spires des bobines si le ruban est conducteur). Il est également possible de déposer ce matériau magnétique doux par électrolyse.
La figure 9 schématise une variante du système présenté sur la figure 5a comportant l'ajout d'un ruban ferromagnétique (9) comme décrit ci-dessus. Il canalise les lignes de champ magnétique entre l'émetteur et le récepteur. Dans le cas où ce ruban est conducteur, on intercale entre celui-ci et le circuit imprimé gravé sur le kapton 1 une couche isolante 8.
Les figures IQa et IQb schématisent une variante combinable avec toutes les autres variantes. Les bobines d'émission sont implantées sur un premier support isolant 1, les bobines réceptrices (non montrées) sont implantées sur un second support isolant 11 en contact avec le premier, et au moins un dispositif permet de modifier la distance ΔER entre les bobines du ou des couples de bobines d'émission / réception.
Selon la variante de la figure 10a, ce dispositif est mécanique. Les extrémités du premier support isolant 1 sont collées à un support d'extrémité 2 comportant deux trous taraudés, alors que les extrémités du second support isolant 11 sont collées à un support d'extrémité 12 comportant deux trous de diamètre supérieur aux taraudages du support 2. Entre les pièces 2 et 12 sont intercalés des bandes élastiques 13 en élastomère, plus ou moins compressées par les vis 14 de manière à modifier la distance ΔER entre les axes de chaque couple de bobines d'émission/réception. Selon la variante de la figure 10b, le dispositif permettant de modifier la distance ΔER entre les couples de bobines d'émission / réception comporte au moins un dispositif mécanique actif (micro actionneur) qui permet de modifier la distance ΔER entre les bobines d'au moins un couple d'émission réception. La figure 10b est donc identique à la figure 10a, hormis les bandes élastiques 13 qui sont ici remplacées par des micro actionneurs piézoélectriques 14 alimentés par des conducteurs électriques 15.
Enfin, l'invention peut être combinée avec la technique connue consistant à associer une pluralité de bobines d'émission et de réception en une matrice de bobines transductrices. Chacun des modes de réalisation précédents, ou une combinaison de ces modes, peut ainsi être reproduit une pluralité de fois selon une ou deux dimensions, chacune représentant un pas de mesure. Pour ces associations en matrices, il est particulièrement avantageux de réaliser les bobines par gravure des deux faces d'un circuit imprimé. Ces réalisations constituant de simples transpositions des exemples décrits, il n'est pas nécessaire de les représenter par une figure spécifique.
Avantageusement, les deux bobines réceptrices montées pour détecter le second type de défaut, sont disposées en série ou en opposition. Selon un mode de réalisation préférentielle combinable avec touts les autres modes de réalisation sauf ceux des figures 5a et 5b, le procédé selon l'invention est mis en œuvre par des bobines sur air, gravées sur un circuit imprimé double face souple, l'une des faces portant les bobines émettrices, et l'autre les bobines réceptrices. Avec un tel procédé de mesure, on obtient une résolution spatiale des défauts sensiblement supérieure à la résolution obtenue avec les dispositifs fonctionnant en fonctions séparées tels qu'ils existent selon l'état antérieur de la technique. En outre, le gain est notable sur le paramètre |δVR /VR| , qui détermine la sensibilité de détection du procédé. Enfin, il existe une variante permettant de détecter les défauts plus aisément encore, tout en réduisant les défauts de taille inférieure à une taille critique prédéfinie, ainsi que les artefacts.
On précise seulement que le choix d'une technologie à circuit imprimé pour réaliser les bobines est avantageuse pour la mise en œuvre de l'invention. Ce circuit imprimé est avantageusement souple, comme ceux que l'on peut réaliser avec du kapton, pour certains types de pièces à contrôler, compte tenu de l'importance de maintenir constant un entrefer très petit. II est avantageux d'utiliser un circuit imprimé double face, l'une des faces portant les bobines affectées à l'émission, et l'autre face portant les bobines affectées à la réception. Si le nombre de spires de chaque bobine est trop élevé pour être gravé sur une seule face d'un circuit, il est avantageux d'utiliser des circuit imprimés multicouches, certaines couches portant les bobines affectées à rémission, et d'autres couches portant les bobines affectées à la réception.
Enfin, la présente invention peut être avantageusement combinée avec une structure en matrice pour les bobines émettrices et/ou réceptrices. Dans ce cas, le dispositif de mesure à courants de Foucault comporte un motif d'au moins deux bobines plates Bi, B2 selon l'invention, ce motif étant répété une pluralité de fois de manière à constituer une matrice de détection, et l'électronique associée comporte des moyens pour multiplexer les bobines émettrices et démultiplexer les bobines réceptrices. A titre d'exemple, une réalisation de ce type (configuration matricielle ou en barrette) est schématisée figure 11. La succession des couples de bobines d'émission / réception est organisée sur deux lignes, orthogonales à la direction de déplacement, et décalées latéralement d'un demi pas pour améliorer la probabilité de détection.
Les moyens électroniques de traitement des signaux issus des bobines réceptrices peuvent être constitués par tout type de circuit permettant de mesurer la fém d'une bobine à ses bornes. Ce circuit comporte éventuellement un (ou plusieurs) étage(s) d'amplification suivi d'un étage de démodulation destiné à supprimer la fréquence d'excitation de la ou des bobines inductrices.
Si l'électronique connectée à ces bobines le permet, on peut aussi inverser le rôle des bobines d'émission et de réception à chaque mesure. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans le cas d'une association de plusieurs bobines émettrices et réceptrices en matrices. L'inversion du rôle des bobines d'émission et de réception doit alors être gérée par le système de multiplexage/démultiplexage.
L'invention est compatible avec toutes les électroniques existantes d'alimentation des bobines émettrices et de traitement des signaux issus des bobines réceptrices. Il faut simplement veiller, si l'on souhaite inverser les fonctions d'émission et de réception de certaines bobines, à ce que l'électronique utilisée accepte des bobines de même impédance pour ces deux fonctions.

Claims

REVENDICATIONS
1 Procédé de réalisation d'un ensemble d'au moins une bobine d'émission et une bobine de réception pour contrôle à courants de Foucault, la bobine de réception recevant en l'absence de défaut un signal d'amplitude complexe VR/ soumise à une variation δVR en présence d'un défaut type à détecter, caractérisé en ce que l'on choisit la distance ΔER entre les axes des bobines d'émission et de réception de manière à maximiser le rapport |δVR /VR| .
2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel la plus grande distance entre le barycentre de la bobine de plus grande dimension et le point le plus éloigné de la plus grande spire de cette bobine est appelée R, ce procédé étant caractérisé par les étapes suivantes : a- détermination d'une valeur de la fréquence du courant d'excitation parcourant la bobine d'émission ; b- détermination d'un défaut type à détecter, caractérisé par sa taille et sa profondeur moyennes par rapport à la surface à contrôler ; c- à partir des valeurs déterminées aux étapes a et b, détermination, soit par modélisation soit expérimentalement, des trois grandeurs suivantes : i) la fém complexe VR induite dans la bobine réceptrice lorsque la distance ΔER entre les axes des bobines d'émission et de réception varie au moins dans l'intervalle {0 ; 3R}, ii) la variation δVR , de la fém complexe VR induite dans une bobine réceptrice pour la même variation de la distance ΔER dans l'intervalle d'au moins {0 ; 3R}, iii) la variation |δVR / VR| du module du rapport des valeurs obtenues en ii) et i), pour la même variation de la distance ΔER dans l'intervalle d'au moins {0 ; 3R} d- tracé de la courbe du rapport | δVR / VR| en fonction de la variation de la distance ΔER dans l'intervalle d'au moins {0 ; 3R}, puis détermination de l'ordonnée maximale | δVR / VR|0, et de l'abscisse ΔER0 de ce maximum, cette valeur constituant le point de fonctionnement optimal ; e- de manière optionnelle et sous-optimale, détermination d'une plage de distances {Δmin ; ΔMax} de part et d'autre de ΔERO/ pour laquelle le rapport |δVR / VR| vaut le tiers de sa valeur maximale ; f- si les valeurs de ΔER trouvées à l'étape optimale d ou à l'étape sous-optimale e ne sont pas jugées acceptables, modification des paramètres obtenus aux étapes a et b ; g- réalisation des bobines ou d'assemblages de bobines, de telle sorte que le point de fonctionnement de chaque bobine de réception vérifie soit le critère optimal de l'étape d soit le critère sous optimal de l'étape e.
3 Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la distance entre les axes respectifs de chaque couple de bobines d'émission / réception est fixe et la fréquence du courant d'excitation est ajustée en fonction de la dimension minimale et de la profondeur moyenne des défauts type à détecter.
4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence d'excitation est constante, et on détermine, en fonction de la dimension minimale et de la profondeur moyenne des défauts type à détecter, une valeur soit optimale (étape d), soit sous optimale (étape e) de la distance ΔER entre les axes respectifs de chaque couple de bobines d'émission et de réception. 5 Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la distance ΔER entre les axes respectifs (Al et A2) de deux bobines respectivement (Bl) émettrice et (B2) réceptrice varie dans un intervalle {0 ; 3R}.
6 Procédé selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que la distance ΔER entre les axes respectifs (Al et A2) de deux bobines respectivement (Bi) émettrice et (B2) réceptrice varie dans un intervalle supérieur à {0 ; 3R}, et préférentiellement égal à {0 ; 9R}, et en ce qu'on détermine pour des abscisses supérieures à 3R un second maximum du rapport |δVR / VR | obtenu à l'étape d, ce second maximum étant associé à une seconde plage de valeurs {Δmin ; ΔMax}2 de part et d'autre de ΔER02/ obtenu à l'étape e, pour laquelle le rapport |δVR / VR| vaut le tiers de sa valeur maximale |δVR / VR |2.
7 Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on ajuste la distance ΔER entre les axes respectifs (Al et A2) de deux bobines respectivement (Bl) émettrice et (B2) réceptrice.
8 Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'on ajuste la distance ΔER à l'aide de moyens mécaniques et passifs.
9 Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'on ajuste la distance ΔER à l'aide d'au moins un micro actionneur. 10 Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à
9, caractérisé en ce que les bobines ont une section axiale de forme allongée, la spire la plus large ayant un grand rayon RM et un petit rayon Rm, et en ce que dans le plan comprenant l'axe de la bobine et le grand rayon RM/ on définit une première distance optimale (ΔERo)Maχ et une plage de valeurs associée {Δmin ; ΔMax}Maχ/ alors que dans le plan comprenant l'axe de la bobine et le petit rayon Rm/ on définit une seconde distance optimale (ΔER0)min associée et une seconde plage de valeurs {Δmin ; ΔMax}min..
11 Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble d'au moins une bobine d'émission et une bobine de réception comporte un motif élémentaire constitué de trois bobines, une bobine (Bl) d'émission située au centre et deux bobines (B2) et (B3) de réception, situées de part et d'autre, et distantes de celle d'émission d'une valeur comprise dans la plage {Δmin ; ΔMax}.
12 Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à
10, caractérisé en ce que l'ensemble d'au moins une bobine d'émission et une bobine de réception comporte un motif élémentaire constitué de trois bobines, une bobine centrale (Bl) de réception et deux bobines (B2) et (B3) d'émission, situées de part et d'autre, et distantes de celle d'émission d'une valeur comprise dans la plage {Δmin ; ΔMax}.
13 Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble d'au moins une bobine d'émission et une bobine de réception comporte un motif élémentaire constitué de trois bobines, une bobine centrale (Bl) réceptrice et deux bobines (B2) et (B3) émettrices situées de part et d'autre. 14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le motif élémentaire comporte en outre deux autres bobines réceptrices (B4 et B5), associées respectivement à chaque bobine émettrice (B2 et B3), à une distance comprise dans la plage de distances {Δmin ; ΔMax} située autour de ΔERO/ et dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan passant par les axes de ces bobines émettrices.
15 Procédé selon l'une des revendications 2 à 9 et faisant appel à l'étape e, caractérisé en ce que les bobines d'émission et de réception, ont une section axiale de forme allongée, la spire la plus large ayant d'une part un petit rayon Rm, déterminant selon son orientation une plage de distance {Δmin ; ΔMax} égale à {Δmin ; ΔMax}min dans laquelle est choisie la distance entre les axes des spires selon cette orientation, et d'autre part un grand rayon RM déterminant une plage de distance {Δmin ; ΔMax} égale à {Δmin ; ΔMax}Max- dans laquelle est choisie la distance entre les axes des spires selon cette orientation.
16 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines d'émission et de réception constituent un motif répété une pluralité de fois de manière à former une matrice de détection, et les moyens électroniques associés d'excitation et de traitement des signaux comportant des moyens pour multiplexer les signaux aux bobines émettrices et démultiplexer les signaux des bobines réceptrices. 17 Procédé selon une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, au voisinage des bobines et du côté opposé à la pièce à contrôler, on dispose un matériau magnétique doux de manière à diminuer la réluctance du circuit magnétique de chaque couple de bobines d'émission/réception. 18 Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que après obtention d'une première valeur optimale ou sous optimale de la distance ΔER, on réajuste cette valeur à chaque petite variation d'un paramètre en remplaçant les étapes c, d et e respectivement par les étapes suivantes c', d' et e' : - c'- à partir des valeurs obtenues aux étapes a et b déterminer, soit par modélisation soit expérimentalement, la variation δVR , de la fém complexe VR induite dans une bobine réceptrice lorsque la distance ΔER entre les axes des bobines d'émission et de réception varie au moins dans l'intervalle {0 ; 3R} -d'- tracer la courbe des valeurs |δVR| en fonction de la variation de la distance ΔER dans l'intervalle d'au moins {0 ; 3R}, puis déterminer l'ordonnée maximale |δVR|0/ et l'abscisse ΔERO de ce maximum, cette valeur constituant le point de fonctionnement optimal ; -e'- de manière optionnelle, déterminer une plage de distances {Δmin ; ΔMax} de part et d'autre de ΔERO/ pour laquelle le rapport |δVR| vaut le tiers de sa valeur maximale.
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