EP1886129A1 - Tete, systeme et procede de detection d'un defaut de conductivite - Google Patents

Tete, systeme et procede de detection d'un defaut de conductivite

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Publication number
EP1886129A1
EP1886129A1 EP06764727A EP06764727A EP1886129A1 EP 1886129 A1 EP1886129 A1 EP 1886129A1 EP 06764727 A EP06764727 A EP 06764727A EP 06764727 A EP06764727 A EP 06764727A EP 1886129 A1 EP1886129 A1 EP 1886129A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic field
head
sensor
axis
eddy currents
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06764727A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christophe Dolabdjian
Laurent Perez
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.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1886129A1 publication Critical patent/EP1886129A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01N27/9013—Arrangements for scanning
    • G01N27/902—Arrangements for scanning by moving the sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • 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
    • G01N27/9006—Details, e.g. in the structure or functioning of sensors

Definitions

  • the present invention relates to a head, a system and a method for detecting a conductivity fault.
  • Such detection heads make it possible to detect defects buried inside conductive or magnetic parts resulting in a modification of the electrical conductivity. These defects are, for example, emergent cracks or not.
  • These heads are further used to detect defects appearing at the periphery of plate stack assembly rods. For example, in the field of aeronautics, such heads are used to detect a defect on the periphery of a rivet of an aircraft wing.
  • these detection heads comprise: at least one induction coil capable of creating an excitation magnetic field having at least one periodic component whose field lines penetrate inside the part in order to induce eddy currents in this piece, - at least one concentrator (50; 170) of the flux of the excitation magnetic field arranged with respect to the (x) winding (s) so as to concentrate within it the field lines of the field excitation magnet created by the or each winding, said concentrator having at least a first end through which the field lines mainly exit before said lines sink into the part, and at least a second end by which mainly enter the field lines coming from the room, and
  • Eddy currents are also known as "eddy current”.
  • the aim of the invention is to satisfy this need by proposing a detection head making it possible to detect defects buried deeper.
  • the subject of the invention is therefore a head for detecting a conductivity fault in a conducting or magnetic part using eddy currents in which the sensor is placed outside the majority of the field lines concentrated by the magnetic flux concentrator for excitation. Since the sensor is placed outside the field lines concentrated by the concentrator, it is not blinded by the flux of the excitation magnetic field. As a result, small variations in the magnetic field created by the induced eddy currents become detectable since they are no longer concealed by variations in the excitation magnetic field. The sensor is therefore more sensitive to small variations in the useful magnetic field, which makes it possible, with the aid of a sensor identical to that of a known detection head, to also detect faults buried deeper into the room. with these known detection heads.
  • the embodiments of this detection head may comprise a. or more of the following:
  • this head comprises a mechanism able to move the concentrator about an axis of rotation of the magnetic field of excitation created by the or each induction coil, this axis being integral with the head;
  • the senor is rotatably mounted on the axis of rotation and has a preferred direction of measurement perpendicular to the axis of rotation, and the head comprises a mechanism capable of rotating the sensor itself to maintain a relationship predetermined spatial pattern the preferred direction of measurement and the excitation magnetic field created by the or each induction coil;
  • the sensor is mounted motionless on the axis of rotation and has a preferred direction of measurement parallel to the axis of rotation.
  • the head comprises a projector of a luminous pattern on a surface of the part, the luminous pattern being centered on the axis of rotation.
  • These embodiments of the sensing head furthermore have the following advantages: turning the first and second ends of the flux concentrator to the part in which the eddy currents are to be induced, reduces the excitation magnetic field losses, so that the depth within the workpiece to which eddy currents can be induced is increased and defects buried deeper then become detectable;
  • the sensor rotatably mounted on the axis of rotation of the excitation magnetic field makes it possible to simplify the mechanical structure of the head; -
  • the magnetic field sensor whose preferred direction of measurement is parallel to the axis of rotation of the excitation magnetic field makes it unnecessary the presence of any drive mechanism in rotation of the sensor, so that the mechanical structure of the head detection is simplified;
  • the projector of a luminous pattern centered on the axis of rotation of the magnetic field created makes it possible to assist a operator when positioning this head on the conductive or magnetic part.
  • the invention also relates to a system for detecting a conductivity fault in a conductive or magnetic part using eddy currents, this system comprising:
  • a sensor acquisition unit measured by the sensor, this unit being able to detect a defect in the room from both the amplitude and the phase of the acquired signals.
  • the use of the amplitude and phase of the signals measured by the magnetic field sensor increases the sensitivity of the system and also increases the robustness of the system with respect to errors in centering the head relative to the axis of an assembly rod.
  • the invention also relates to a method for detecting a conductivity fault in a conductive or magnetic part using eddy currents, this method comprising a step of creating a magnetic excitation field having at least a periodic component whose field lines penetrate inside the part in order to induce eddy currents in this part, using at least one induction coil and a flux concentrator the magnetic field of excitation arranged with respect to the (x) winding (s) so as to concentrate within it the field lines of the excitation magnetic field created by the or each induction coil, this concentrator comprising at least one first end through which the field lines mainly exit before these lines sink into the room and at least a second end where the field lines come from the room.
  • This method comprises a step of measuring the magnetic field created by the eddy currents induced by means of a magnetic field sensor placed outside the bulk of the excitation field lines concentrated by the flux concentrator. excitation.
  • Embodiments of this detection method may include one or more of the following features: the first and second ends are both facing the room to limit the evanescence of the field lines in the air;
  • FIG. 1 is a schematic sectional illustration of a system for detecting a conductivity fault in a conductive or magnetic part
  • FIG. 2 is a perspective illustration of an inductor used in the system of FIG. 1;
  • FIG. 3 is an electronic diagram of a magnetic field sensor that can be used in the system of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a fault detection method implemented in the system of FIG. 1;
  • Figures 5 and 6 are Lissajous diagrams in cases, respectively, where there is no defect and where there is a defect;
  • FIG. 7 is a diagrammatic sectional illustration of another embodiment of a defect detection system in a conductive or magnetic part; and FIG. 8 is a schematic perspective illustration of an inductor implemented in the system of FIG. 7.
  • FIG. 1 shows a system 2 for detecting a defect in a horizontal stack 4 of three plates 6 to 8 conductors.
  • the plates 6 to 8 are, for example aluminum type AL / 2024 T3 used in the field of aeronautics. By way of illustration, each of these plates is 3 mm thick.
  • the plates 6 to 8 are assembled one on the other with the aid of a rivet 10 made of titanium forming assembly rod.
  • the rivet 10 has an axis 12 of rotational symmetry.
  • the riveting and the mechanical stresses are at the origin of the appearance in the plate 8 of a crack 14 corresponding to a rupture of conductivity in this plate 8.
  • the crack 14 does, for example, 7 mm long.
  • System 2 comprises a portable sensing head connected via wire links to different power sources and remote control and acquisition units.
  • the head 20 is equipped with a frame 22 whose lower end is intended to bear on an upper surface of the stack 4.
  • the frame 22 Here an axis 24 of rotation symmetry coincides with the axis 12 in FIG.
  • a mechanism 26 integral with the frame 22 is mounted inside this frame to rotate a projector with a light pattern at the lower end of which is mounted a magnetic field sensor 28.
  • the projector of the light pattern is here formed of a light source 30 and a light guide 31 whose upper end is directly illuminated by the source 30.
  • the lower end of this guide 31 surrounds the sensor 28, so when the source 30 is lit, a ring of light centered on the axis 24 is projected onto the upper surface of the stack 4.
  • the sensor 28 is centered on the axis 24. This sensor 28 is able to measure a magnetic field B ext created by the eddy currents induced inside the stack 4.
  • the sensor 28 has a preferred direction of measurement or an axis of sensitivity perpendicular to the axis 24 and directed to the left as indicated by the arrow F in FIG. 1. This sensor 28 will be described in more detail with reference to FIG. .
  • the head 20 also comprises an inductor 32 also rotated about the axis 24 by the mechanism 26.
  • This inductor is adapted to create an excitation magnetic field B ind having at least one periodic component and whose field lines 'sink inside the stack 4 to induce eddy currents in this stack.
  • the field Bi n d is, for example, alternative. Since the inductor 32 rotates around the axis 24, the axis 24 is also an axis of rotation of the field B ind .
  • This inductor 32 will be described in more detail with reference to FIG. System 2 also includes:
  • a remote source 40 of energy for activating the mechanism 26 and the light source 30 a source 42 of alternating current adapted to supply the inductor 32 with a current whose frequency and / or amplitude is controllable; and
  • a unit 44 for controlling and acquiring the signals measured by the head 20 a unit 44 for controlling and acquiring the signals measured by the head 20.
  • the unit 44 is able to control the source 42 and to acquire the signals measured by the sensor 28.
  • FIG. 2 represents the inductor 32.
  • This inductor comprises a coil 48 wound around a "U" shaped magnetic flux concentrator 50. Winding 48 creates the field Bj .nd .
  • the concentrator 50 is made of ferromagnetic material with high permeability, that is to say that the relative magnetic permeability of this material is strictly greater than one, and preferably greater than one hundred, so that the concentrator 50 concentrates within it. the field lines of the Bi nd field.
  • the concentrator 50 is, for example, formed of a horizontal bar 52 and two vertical legs 54, 56.
  • the coil 48 is wound in the same direction around the legs 54, 56 and the bar 52.
  • the free ends 58, 60 respectively of the legs 54 and 56 are turned towards the surface of the stack 4, so as to reduce the length of the path in the air of the field lines of the Bi nd field.
  • a field line 62 of the Bi nd field is shown in dashed lines.
  • the distance between the ends 58 and 60 and the surface of the stack 4 is here denoted d.
  • the width L of the "U" is
  • the distance d is strictly less than 7.5 mm, that is to say L / 2.
  • the preferred direction of measurement of the sensor 28 is directed towards the space between the legs 54 and 56.
  • this spatial relationship between the preferred direction of measurement and the position of the inductor 32 is kept constant, since the sensor 28 is stationary relative to the inductor 22.
  • FIG. 3 represents the electronic diagram of the sensor 28.
  • This sensor 28 comprises:
  • a transducer 64 for transforming a magnetic field into an electrical quantity
  • an integrated linear amplifier 65 for amplifying the electrical quantity delivered by the transducer 64,
  • a main feedback loop 66 for fixing the bulk of the gain of the amplifier 65
  • a secondary feedback loop 67 for stabilizing the closed-loop transfer function of the amplifier 65
  • a feedback inductor 68 capable of generating a magnetic field B r designed to be superimposed in the opposite direction to the external magnetic field B ext created by the eddy currents.
  • the transducer 64 is here, for example, formed 'two GMR or giant magnetoresistors 70 and 72 arranged to form a half-Wheatstone bridge.
  • This Wheatstone half-bridge has a midpoint 74 connected to a non-inverting input 76 of the amplifier 65.
  • the ends of the magnetoresistors 70 and 72 not connected to the midpoint are respectively connected to a source 80 of positive voltage V cc and to a source 82 of negative voltage V dd .
  • These sources 80 and 82 are adjustable so as to reduce if necessary the noise generated by the magnetoresistances.
  • the amplifier 65 has an inverting input 86 connected to a voltage adder 88.
  • the adder 88 is connected to a control terminal 90 and to a reset terminal 92.
  • 70 and 72 is optimal in terms of signal ratio on this noise and in terms of field transfer.
  • the terminal 92 is intended to receive a reset voltage suitable for desaturating the amplifier 65.
  • the adder 88 is able to add the voltages received via the terminals 90 and 92 and to deliver the resulting voltage to the input 86.
  • the loop 66 has an end connected directly to an output 94 of the amplifier 65 and another end directly connected to an end 96 of the inductor 68.
  • the loop 66 has a resistor 98 feedback connected between its two ends.
  • the value of the resistor 98 and the inductor 68 fix the bulk of the gain of the transfer function of the sensor 28, that is, they contribute more than 90% and, preferably, more than 99%. %, to the value of this gain in the frequency range of the servo. This percentage is calculated with respect to the ideal case where the operational amplifier has an infinite gain.
  • the loop 67 has an end connected to the output 94 and another end connected to the input 86. This loop 66 comprises only a capacitor 102.
  • the sensor 28 comprises a control terminal 104 connected via a resistor 106 to the end 96 of the inductor 68.
  • the terminal 104 is intended to receive a known voltage V b for controlling the correct operation of the sensor. 28.
  • the senor 28 includes an output terminal 108.
  • This terminal 108 delivers a field value representative of the measured magnetic field.
  • This field value is, here, a voltage V s or a current i s .
  • a step 120 the system 2 is activated, so that the light source 30 is turned on.
  • the portable head 20 is disposed on the upper surface of the stack 4. Under these conditions, a ring of light is projected, during a step 122, onto the surface 4. In fact, the light emitted by the source 30 is received by the upper end of the guide 31 and guided to the lower end of this guide before being projected in the form of a ring of light on the surface of the stack 4. The operator then moves, in a step 124, the head 20 until the head of the rivet 10 is in the center of the ring of light projected on the surface of the stack 4. In these conditions, as illustrated on 1, the axis 12 of the rivet 10 and the axis 24 of the head 20 coincide and these two axes 12 and 24 are perpendicular to the upper surface of the stack 4. Then, the operator holds the head 20 in this position during the following steps.
  • a phase 126 for detecting a conductivity defect in the periphery of the rivet 10 is carried out.
  • the mechanism 26 rotates the headlamp of the light pattern, the sensor 28 and the inductor 32.
  • the sensor 28 rotates about itself about the axis 24 and the inductor 32 rotates around the periphery of the rivet head 10.
  • the preferred axis of measurement of the sensor 28 is constantly directed towards the space between the legs 54, 56 of the concentrator 50.
  • the coil 48 creates the field Bj .nd whose field lines are concentrated inside the concentrator 50 and substantially follow the circuit formed by the field line 62 of FIG.
  • This Bi nd field induces eddy currents inside the plates 6, 7 and 8 and these eddy currents themselves create the magnetic field B ext having a component parallel to the surface of the stack 4.
  • the sensor 28 measures this component of the magnetic field B ext and sends an electrical signal corresponding to the unit 44.
  • This electrical signal is acquired, in a step 136, by the unit 44.
  • the unit 44 also records the angular position of the sensor 28 around the axis 24.
  • the processing of the acquired signals begins during a step 140.
  • the unit 44 uses the amplitude and the phase of the acquired signals to detect the presence of a defect.
  • the phase of the acquired signals is measured with respect to the phase of the alternating current flowing in the winding 48 at the same time.
  • FIG. 5 represents such a Lissajous diagram for an angular position in which no fault is detected.
  • the drawn curve substantially draws a very elongated inclined oval.
  • FIG. 6 represents the Lissajous diagram obtained when the inductor is in line with the crack 14.
  • the curve draws a flattened eight.
  • the presence of this eight-shaped pattern is characteristic of the presence of a defect.
  • FIG. 7 shows a system 150 for detecting a conductivity fault in the periphery of the rivet 10 of the stack 4.
  • the elements already described next to Figure 1 have the same reference numbers.
  • the system 150 differs essentially from the system 2 in that no rotation of mechanical parts is necessary to scan the periphery of the rivet 10 in order to detect defects.
  • This system 150 includes a portable head 152 connected via wired links to remote power supply, control and acquisition units.
  • the head 152 comprises a frame 154 whose lower part is intended to rest on the upper surface of the plate 4. This frame 154 has an axis 156 of rotational symmetry.
  • the head 152 comprises a projector of a luminous pattern on the upper surface of the stack 4 identical to that of the figure of the system 2 except that this projector is rigidly fixed to the frame 154.
  • the projector is stationary relative to the chassis and is not rotated.
  • This sensor 158 is, for example identical to the sensor 28 except that it has a preferred direction of measurement G coincides with the axis 156.
  • the head 152 also has an inductor 160 centered on and surrounding the axis 156, to create the Bi nd field.
  • the inductor 160 will be described in more detail with reference to FIG. 8. This inductor 160 is suitable for creating the field Bi nd magnetic movable in rotation about the axis 156 without requiring the least mechanical movement of the inductor around this axis 156.
  • the inductor 160 is connected to a controllable source 162 of alternating current to deliver selectively to the winding of the inductor 160 a current whose frequency and / or amplitude can be modified.
  • system 150 comprises a control and acquisition unit 164, for example identical to the unit 44.
  • Figure 8 shows the inductor 160.
  • This inductor 160 comprises a concentrator 170 of magnetic flux made of ferromagnetic material with high permeability.
  • This concentrator 170 admits as axis of rotation symmetry the axis 156. More specifically, the concentrator 170 is formed of an upper circular ring 172 centered around the axis 156. Vertical legs 174 extend downwards from of this ring 172. These legs are uniformly distributed on the periphery of the ring 172.
  • each leg is turned towards the upper surface of the stack 4 and forms alternately, either an end through which the field lines enter inside the concentrator 170, or an end through which these lines come out. of field.
  • a winding 176 is wound around each leg 174.
  • a winding 178 is wound around the ring 172 in the intervals between the legs 174.
  • Each of the windings 176 and 178 is selectively supplied with current by the source 162 .
  • the operation of the system 150 results from the operation of the system 2 and will not be described in detail.
  • the source 162 feeds the windings 176 of a pair of spatially adjacent legs and the coil 178 placed in the gap between these two legs. At the same time, all other windings are not powered. This leads to the creation of the magnetic field B ind exiting through the end of one of the legs, sinking into the stack 4 and entering through the end of the other leg, so as to form a closed circuit.
  • a dashed line 180 represents the circuit of such a field line.
  • the unit 162 stops the supply of previously powered coils and feeds the coils of a next pair of legs. For example, the unit 162 feeds the windings of the pair of legs adjacent to the pair of previously fed legs. The feeding of the next pair of legs is carried out as for the previous one and leads to the creation of the new magnetic field B ind whose field lines are identical but offset angularly with respect to the previously created field lines.
  • An example of angularly shifted field lines is represented by the dashed line 182 in Figure 8. Note that there is one leg common to the pairs of legs used to create the field lines 180 and 182.
  • the component of the magnetic field B ex t measured by the sensor 158 is the component parallel to the axis 156, it is not necessary after each angular displacement of the magnetic field B ⁇ n to move correspondingly the sensor 158.
  • the head 152 makes it possible to scan the entire periphery of the rivet 10 without having to resort to elements mounted in rotation inside the head.
  • the system 2 or 150 it is possible to simultaneously create several rotating fields E> i nd angularly offset with respect to each other. For this purpose, it is possible, for example, to add an additional inductor to the system 2 offset angularly with respect to the inductor 32.
  • the unit 162 is adapted to simultaneously supply the coils of several pairs. of adjacent vertical legs.
  • the magnetic field sensor (s) eccentrically with respect to the axis of rotation of the field Bj . ⁇ d .
  • the sensor or sensors may be arranged between the legs of the concentrators
  • the sensors 28 and 158 have been described in the particular case where the transducer is a giant magnetoresistance (GMR). Alternatively, this transducer is replaced by a Hall effect sensor or a giant magnetoimpedance (GMI) or any other type of magnetic sensors.
  • GMR giant magnetoresistance
  • GMI giant magnetoimpedance
  • the detection head that has been described here, in the particular case where the Bi nd field sweeps around the axis of an assembly rod can be adapted to the case where the field Bj. Nd sweeps in translation a conductive part or magnetic.
  • the detection head is fixedly mounted above a piece moved in translation or is moved in translation over a fixed part.
  • the field B ind is immobile with respect to the chassis of the detection head.
  • the winding 48 and the horizontal bar 52 of the concentrator 50 are eliminated, so as to obtain a concentrator of the flux of the excitation magnetic field solely formed by the two vertical legs 54 and 56.

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Abstract

Cette tête de détection d'un défaut de conductivité dans une pièce conductrice ou magnétique comporte au moins un concentrateur (50) du flux du champ magnétique d'excitation présentant une première extrémité (58) par laquelle sortent principalement les lignes de champ (62) avant que ces lignes ne s'enfoncent dans la pièce (4), et au moins une seconde extrémité (60) par laquelle rentrent principalement les lignes de champ en provenance de la pièce. La première et la seconde extrémités sont toutes les deux tournées vers la pièce (4) pour limiter l'évanescence des lignes de champ dans l'air.

Description

TETE, SYSTEME ET PROCEDE DE DETECTION D'UN
DEFAUT DE CONDUCTIVITE
La présente invention concerne une tête, un système et un procédé de détection d'un défaut de conductivité .
De telles têtes de détection permettent de détecter des défauts enfouis à l'intérieur de pièces conductrices ou magnétiques se traduisant par une modification de la conductivité électrique. Ces défauts sont, par exemple, des fissures débouchantes ou non.
Ces têtes sont, en outre, utilisées pour détecter des défauts apparaissant à la périphérie de tiges d'assemblage d'empilement de plaques. Par exemple, dans le domaine de l'aéronautique, de telles têtes sont utilisées pour détecter un défaut à la périphérie d'un rivet d'une aile d' avion.
Un exemple de tête de détection est décrit dans le brevet US 5 648 721.
Typiquement, ces têtes de détection comportent : - au moins un bobinage d'induction propre à créer un champ magnétique d' excitation ayant au moins une composante périodique dont les lignes de champ s'enfoncent à l'intérieur de la pièce afin d'induire des courants de Foucault dans cette pièce, - au moins un concentrateur (50 ; 170) du flux du champ magnétique d'excitation disposé par rapport au(x) bobinage (s) de manière à concentrer en son sein les lignes de champ du champ magnétique d'excitation créé par le ou chaque bobinage, ce concentrateur comportant au moins une première extrémité par laquelle sortent principalement les lignes de champ avant que ces lignes ne s'enfoncent dans la pièce, et au moins une seconde extrémité par laquelle rentrent principalement les lignes de champ en provenance de la pièce, et
- au moins un capteur du champ magnétique créé par les courants de Foucault induit dans la pièce. Les courants de Foucault sont également connus sous le terme anglais de « eddy current ».
Les têtes connues fonctionnent correctement. Toutefois, il est aujourd'hui nécessaire de détecter des défauts de plus en plus profondément enfouis à l'intérieur de la pièce.
L' invention vise à satisfaire ce besoin en proposant une tête de détection permettant de détecter des défauts enfouis plus profondément.
L'invention a donc pour objet une tête de détection d'un défaut de conductivité dans une pièce conductrice ou magnétique à l'aide de courants de Foucault dans laquelle le capteur est placé en dehors de l'essentiel des lignes de champ concentrées par le concentrateur de flux magnétique d' excitation. Puisque le capteur est placé en dehors des lignes de champ concentrées par le concentrateur, celui-ci n'est pas aveuglé par le flux du champ magnétique d'excitation. Dès lors, de faibles variations du champ magnétique créées par les courants de Foucault induits deviennent détectables puisqu'elles ne sont plus dissimulées par des variations du champ magnétique d'excitation. Le capteur est donc plus sensible aux faibles variations de champ magnétique utile, ce qui permet, à l'aide d'un capteur identique à celui d'une tête de détection connue, en outre de détecter les défauts enfouis plus profondément dans la pièce qu' avec ces têtes de détection connues . Les modes de réalisation de cette tête de détection peuvent comporter une . ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la première et la seconde extrémités sont toutes les deux tournées vers la pièce pour limiter l' évanescence des lignes de champ dans l'air ; cette tête comporte un mécanisme apte à déplacer le concentrateur autour d'un axe de rotation du champ magnétique d' excitation créé par le ou chaque bobinage d'induction, cet axe .étant solidaire de la tête ;
- la tête comporte :
. plusieurs paires de première et de seconde extrémités réparties autour d'un axe de rotation du champ magnétique d'excitation créé par le ou chaque bobinage d'induction, cet axe étant solidaire de la tête, et plusieurs bobinages d' induction propres à être alimentés sélectivement pour créer chacun un champ magnétique d'excitation ayant principalement des lignes de champ entrant et sortant d'une paire respective de première et de seconde extrémités ;
- le capteur est monté à rotation sur l'axe de rotation et a une direction préférentielle de mesure perpendiculaire à l'axe de rotation, et la tête comporte un mécanisme propre à entraîner en rotation sur lui-même le capteur pour maintenir dans une relation spatiale prédéterminée la direction préférentielle de mesure et le champ magnétique d'excitation créé par le ou chaque bobinage d' induction ;
- le capteur est monté immobile sur l'axe de rotation et a une direction préférentielle de mesure parallèle à l'axe de rotation. la tête comporte un projecteur d'un motif lumineux sur une surface de la pièce, le motif lumineux étant centré sur l'axe de rotation.
Ces modes de réalisation de la tête de détection présentent en outre les avantages suivants : tourner les première et seconde extrémités du concentrateur de flux vers la pièce dans laquelle les courants de Foucault doivent être induits, réduit les pertes de champ magnétique d'excitation, de sorte que la profondeur à l'intérieur de la pièce à laquelle des courants de Foucault peuvent être induits est accrue et des défauts enfouis plus profondément deviennent alors détectables ;
- l'utilisation de plusieurs paires de première et seconde extrémités réparties autour de l'axe de rotation du champ magnétique d' excitation et de plusieurs bobinages activables sélectivement, permet de déplacer le champ magnétique d'excitation sans " déplacement mécanique correspondant des bobinages ou du concentrateur et simplifie donc la structure mécanique de la tête de détection ;
- le capteur monté à rotation sur l'axe de rotation du champ magnétique d' excitation, permet de simplifier la structure mécanique de la tête ; - le capteur de champ magnétique dont la direction préférentielle de mesure est parallèle à l'axe de rotation du champ magnétique d'excitation rend inutile la présence de tout mécanisme d'entraînement en rotation du capteur, de sorte que la structure mécanique de la tête de détection est simplifiée ; et
- le projecteur d'un motif lumineux centré sur l'axe de rotation du champ magnétique créé permet d'assister un opérateur lors du positionnement de cette tête sur la pièce conductrice ou magnétique.
L'invention a également pour objet un système de détection d'un défaut de conductivité dans une pièce conductrice ou magnétique à l'aide de courants de Foucault, ce système comportant :
- une tête de détection telle que décrite ci-dessus, et
- une unité d'acquisition de signaux mesurés par le capteur, cette unité étant apte à détecter un défaut dans la pièce à partir à la fois de l'amplitude et de la phase des signaux acquis .
L'utilisation de l'amplitude et de la phase des signaux mesurés par le capteur de champ magnétique accroît la sensibilité du système et accroît également la robustesse du système vis-à-vis d' erreurs de centrage de la tête par rapport à l'axe d'une tige d'assemblage.
L'invention a également pour objet un procédé de détection d' un défaut de conductivité dans une pièce conductrice ou magnétique à l'aide de courants de Foucault, ce procédé comportant une étape de création d'un champ magnétique d' excitation ayant au moins une composante périodique dont les lignes de champ s'enfoncent à l'intérieur de la pièce afin d'induire des courants de Foucault dans cette pièce, à l'aide d'au moins un bobinage d'induction et d'un concentrateur du flux du champ magnétique d'excitation disposé par rapport au(x) bobinage (s) de manière à concentrer en son sein les lignes de champ du champ magnétique d'excitation créé par le ou chaque bobinage d'induction, ce concentrateur comportant au moins une première extrémité par laquelle sortent principalement les lignes de champ avant que ces lignes ne s'enfoncent dans la pièce et au moins une seconde extrémité par laquelle rentrent principalement les lignes de champ en provenance de la pièce. Ce procédé comporte une étape de mesure du champ magnétique créé par les courants de Foucault induits à l'aide d'un capteur de champ magnétique placé en dehors de l'essentiel des lignes de champ d' excitation concentrées par le concentrateur de flux d' excitation.
Les modes de réalisation de ce procédé de détection peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : la première et la seconde extrémités sont toutes les deux tournées vers la pièce pour limiter l' évanescence des lignes de champ dans l'air ;
- une étape d' entraînement en rotation sur lui- même du capteur du champ magnétique créé par les courants de Foucault induits, ce capteur ayant au moins une direction préférentielle de mesure parallèle à la surface de l'empilement de plaques ;
- une étape de projection d'un motif lumineux sur la surface de l'empilement de plaques, le motif lumineux étant centré sur l'axe de rotation du capteur.
L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique en coupe d'un système de détection d'un défaut de conductivité dans une pièce conductrice ou magnétique ;
- la figure 2 est une illustration en perspective d'un inducteur utilisé dans le système de la figure 1 ; la figure 3 est un schéma électronique d' un capteur de champ magnétique utilisable dans le système de la figure 1 ; - la figure 4 est un procédé de détection de défauts mis en œuvre dans le système de la figure 1 ; les figures 5 et 6 sont des diagrammes de Lissajous dans les cas, respectivement, où il n'existe pas de défaut et où il existe un défaut ;
- la figure 7 est une illustration schématique en coupe d'un autre mode de réalisation d'un système de détection de défauts dans une pièce conductrice ou magnétique ; et - la figure 8 est une illustration schématique en perspective d'un inducteur mis en œuvre dans le système de la figure 7.
La figure 1 représente un système 2 de détection d' un défaut dans un empilement 4 horizontal de trois plaques 6 à 8 conductrices. Les plaques 6 à 8 sont, par exemple en aluminium du type AL/2024 T3 utilisé dans le domaine de l'aéronautique. A titre d'illustration, chacune de ces plaques fait 3 mm d'épaisseur.
Les plaques 6 à 8 sont assemblées les unes sur les autres à l'aide d'un rivet 10 en titane formant tige d'assemblage. Le rivet 10 présente un axe 12 de symétrie de rotation.
A titre d'illustration, on suppose ici que le rivetage et les contraintes mécaniques sont à l'origine de l'apparition dans la plaque 8 d'une fissure 14 correspondant à une rupture de conductivité dans cette plaque 8. La fissure 14 fait, par exemple, 7 mm de long.
Le système 2 comprend une tête de détection 20 portable raccordée par l'intermédiaire de liaisons filaires à différentes sources d'alimentation et unités de commande et d'acquisition distantes.
La tête 20 est équipée d'un châssis 22 dont une extrémité inférieure est destinée à venir en appui sur une surface supérieure de l'empilement 4. Le châssis 22 présente ici un axe 24 de symétrie de rotation confondu avec l'axe 12 sur la figure 1.
Un mécanisme 26 solidaire du châssis 22 est monté à l'intérieur de ce châssis pour entraîner en rotation un projecteur d'un motif lumineux à l'extrémité inférieure duquel est monté un capteur 28 de champ magnétique.
Le projecteur du motif lumineux est ici formé d'une source de lumière 30 et d'un guide 31 de lumière dont une extrémité supérieure est directement éclairée par la source 30. L'extrémité inférieure de ce guide 31 entoure le capteur 28, de sorte que lorsque la source 30 est allumée, un anneau de lumière centré sur l'axe 24 est projeté sur la surface supérieure de l'empilement 4.
Le capteur 28 est centré sur l'axe 24. Ce capteur 28 est apte à mesurer un champ magnétique Bext créé par les courants de Foucault induits à l'intérieur de l'empilement 4.
Le capteur 28 présente une direction préférentielle de mesure ou un axe de sensibilité perpendiculaire à l'axe 24 et dirigé vers la gauche comme indiqué par la flèche F sur la figure 1. Ce capteur 28 sera décrit plus en détail en regard de la figure 3.
La tête 20 comprend également un inducteur 32 également entraîné en rotation autour de l'axe 24 par le mécanisme 26. Cet inducteur est adapté pour créer un champ magnétique d' excitation Bind ayant au moins une composante périodique et dont les lignes de champ s'enfoncent à l'intérieur de l'empilement 4 afin d'induire des courants de Foucault dans cet empilement. Le champ Bind est, par exemple, alternatif. Puisque l'inducteur 32 tourne autour de l'axe 24, l'axe 24 est également un axe de rotation du champ Bind.
Cet inducteur 32 sera décrit plus en détail en regard de la figure 2. Le système 2 comprend également :
- une source distante 40 d'énergie pour activer le mécanisme 26 et la source de lumière 30 ; une source 42 de courant alternatif propre à alimenter l'inducteur 32 avec un courant dont la fréquence et/ou l'amplitude est commandable ; et
- une unité 44 de commande et d'acquisition des signaux mesurés par la tête 20.
Plus précisément, l'unité 44 est apte à commander la source 42 et à acquérir les signaux mesurés par le capteur 28.
La figure 2 représente l'inducteur 32. Cet inducteur comporte un bobinage 48 bobiné autour d'un concentrateur 50 de flux magnétique en forme de « U ». Le bobinage 48 crée le champ Bj.nd.
Le concentrateur 50 est réalisé en matériau ferromagnétique à haute perméabilité, c'est-à-dire que la perméabilité magnétique relative de ce matériau est strictement supérieure à un, et de préférence supérieure à cent, de sorte que ce concentrateur 50 concentre en son sein les lignes de champ du champ Bind.
Le concentrateur 50 est, par exemple, formé d'une barre horizontale 52 et de deux jambes verticales 54, 56. Le bobinage 48 s'enroule dans le même sens autour des jambes 54, 56 et de la barre 52.
Les extrémités libres 58, 60 respectivement des jambes 54 et 56 sont tournées vers la surface de l'empilement 4, de manière à réduire la longueur du trajet dans l'air des lignes de champ du champ Bind. Ici, une ligne de champ 62 du champ Bind est représentée en pointillés.
La distance entre les extrémités 58 et 60 et la surface de l'empilement 4 est, ici, notée d. A titre d'illustration, la largeur L du « U » est de
1,5 cm et la largeur D de l'espace entre les jambes 54 et
56 est de 5 mm. Dans ces conditions, la distance d est strictement inférieure à 7,5 mm, c'est-à-dire à L/2. On notera que la direction préférentielle de mesure du capteur 28 est dirigée vers l'espace entre les jambes 54 et 56. Ici, cette relation spatiale entre la direction préférentielle de mesure et la position de l' inducteur 32 est maintenue constante, puisque le capteur 28 est immobile par rapport à l'inducteur 22.
La figure 3 représente le schéma électronique du capteur 28.
Ce capteur 28 comporte :
- un transducteur 64 pour transformer un champ magnétique en une grandeur électrique,
- un amplificateur linéaire intégré 65 pour amplifier la grandeur électrique délivrée par le transducteur 64,
- une boucle principale 66 de contre réaction pour fixer l'essentiel du gain de l'amplificateur 65, - une boucle secondaire 67 de contre réaction pour stabiliser la fonction de transfert en boucle fermée de l'amplificateur 65,
- un inducteur 68 de réaction propre à générer un champ magnétique Br destiné à se superposer en sens inverse au champ magnétique extérieur Bext créé par les courants de Foucault .
Le transducteur 64 est ici, par exemple, formé ' de deux magnétorésistances géantes ou GMR 70 et 72 agencées pour former un demi-pont de Wheatstone. Ce demi-pont de Wheatstone présente un point milieu 74 raccordé à une entrée non inverseuse 76 de l'amplificateur 65. Les extrémités des magnétorésistances 70 et 72 non raccordées au point milieu, sont respectivement raccordées à une source 80 de tension positive Vcc et à une source 82 de tension négative Vdd. Ces sources 80 et 82 sont réglables de manière à réduire si nécessaire le bruit généré par les magnétorésistances .
L'amplificateur 65 comporte une entrée inverseuse 86 raccordée à un additionneur 88 de tension.
L'additionneur 88 est raccordé à une borne de commande 90 et à une borne de réinitialisation 92. La borne
90 est destinée à recevoir une consigne de fonctionnement pour fixer le point de fonctionnement du capteur 28 dans une zone où la fonction de transfert des magnétorésistances
70 et 72 est optimale en terme de rapport signal sur ce bruit et en terme de transfert en champ.
La borne 92 est destinée à recevoir une tension de réinitialisation propre à dessaturer l'amplificateur 65.
L'additionneur 88 est apte à additionner les tensions reçues par l'intermédiaire des bornes 90 et 92 et à délivrer la tension résultante à l'entrée 86.
La boucle 66 comporte une extrémité raccordée directement à une sortie 94 de l'amplificateur 65 et une autre extrémité raccordée directement à une extrémité 96 de l'inducteur 68. La boucle 66 comporte une résistance 98 de contre-réaction raccordée entre ses deux extrémités. La valeur de la résistance 98 et l'inducteur 68 fixent l'essentiel du gain de la fonction de transfert du capteur 28, c'est-à-dire qu'ils contribuent pour plus de 90% et, de préférence à plus de 99%, à la valeur de ce gain dans la gamme de fréquences de l'asservissement. Ce pourcentage est calculé par rapport au cas idéal où l'amplificateur opérationnel a un gain infini. La boucle 67 comporte une extrémité raccordée à la sortie 94 et une autre extrémité raccordée à l'entrée 86. Cette boucle 66 comporte uniquement un condensateur 102.
Le capteur 28 comporte une borne 104 de contrôle raccordée par l'intermédiaire d'une résistance 106 à l'extrémité 96 de l'inducteur 68. La borne 104 est destinée à recevoir une tension Vb connue permettant de contrôler le bon fonctionnement du capteur 28.
Enfin, le capteur 28 comporte une borne 108 de sortie. Cette borne 108 délivre une valeur de champ représentative du champ magnétique mesuré. Cette valeur de champ est, ici, une tension Vs ou un courant is .
Le fonctionnement du système 2 va maintenant être décrit à l'aide du procédé de la figure 4. Initialement, lors d'une étape 120, le système 2 est activé, de sorte que la source 30 de lumière est allumée.
La tête 20 portable par un opérateur est disposée sur la surface supérieure de l'empilement 4. Dans ces conditions, un anneau de lumière est projeté, lors d'une étape 122, sur la surface 4. En effet, la lumière émise par la source 30 est reçue par l'extrémité supérieure du guide 31 puis guidée jusqu'à l'extrémité inférieure de ce guide avant d'être projetée sous la forme d'un anneau de lumière sur la surface de l'empilement 4. L'opérateur déplace alors, lors d'une étape 124, la tête 20 jusqu'à ce que la tête du rivet 10 se trouve au centre de l'anneau de lumière projeté sur la surface de l'empilement 4. Dans ces conditions, comme illustré sur la figure 1, l'axe 12 du rivet 10 et l'axe 24 de la tête 20 sont confondus et ces deux axes 12 et 24 sont perpendiculaires à la surface supérieure de l'empilement 4. Ensuite, l'opérateur maintient la tête 20 dans cette position, lors des étapes suivantes.
Ensuite, il est procédé à une phase 126 de détection d'un défaut de conductivité dans la périphérie du rivet 10. Lors de cette phase 126, lors d'une étape 130, le mécanisme 26 entraîne en rotation le projecteur du motif lumineux, le capteur 28 et l'inducteur 32. Lors de cette étape 130, le capteur 28 tourne sur lui-même autour de l'axe 24 et l'inducteur 32 tourne autour de la périphérie de la tête du rivet 10. Ainsi, malgré la rotation du capteur 28 et de l'inducteur 32, l'axe préférentiel de mesure du capteur 28 est constamment dirigé vers l'espace entre les jambes 54, 56 du concentrateur 50.
En même temps, lors d'une étape 132, le bobinage 48 crée le champ Bj.nd dont les lignes de champ se concentrent à l'intérieur du concentrateur 50 et suivent sensiblement le circuit formé par la ligne de champ 62 de la figure 2. Ce champ Bind induit des courants de Foucault à l'intérieur des plaques 6, 7 et 8 et ces courants de Foucault créent eux- mêmes le champ magnétique Bext ayant une composante parallèle à la surface de l'empilement 4.
En parallèle, lors d'une étape 134, le capteur 28 mesure cette composante du champ magnétique Bext et envoie un signal électrique correspondant à l'unité 44. Ce signal électrique est acquis, lors d'une étape 136, par l'unité 44. En même temps que le signal électrique envoyé par le capteur 28 est acquis, l'unité 44 enregistre également la position angulaire du capteur 28 autour de l'axe 24.
Lorsque le capteur 28 et l'inducteur 32 ont, par exemple, au moins fait un tour complet, le traitement des signaux acquis, commence lors d'une étape 140. Lors de cette étape 140, pour chaque position angulaire du capteur 28, l'unité 44 utilise l'amplitude et la phase des signaux acquis pour détecter la -présence d'un défaut. La phase des signaux acquis est mesurée par rapport à la phase du courant alternatif circulant dans le bobinage 48 au même instant.
Par exemple, pour chaque position angulaire du capteur 28, il est possible de tracer un diagramme de Lissajous dans un repère orthonormé dont l'axe des abscisses représente la partie en phase du signal électrique acquis, tandis que l'axe des ordonnées représente la partie en quadrature.
A titre d' illustration, la figure 5 représente un tel diagramme de Lissajous pour une position angulaire dans laquelle aucun défaut n'est détecté. La courbe tracée dessine sensiblement un ovale incliné très allongé.
La figure 6, représente le diagramme de Lissajous obtenu lorsque l'inducteur est à l'aplomb de la fissure 14.
Dans ces conditions, la courbe dessine un huit aplati. La présence de ce motif en forme de huit est caractéristique de la présence d'un défaut.
Enfin, on notera, que l'unité 44 peut faire varier la fréquence du courant circulant dans le bobinage 48, ce qui permet de faire varier la profondeur à laquelle les courants de Foucault sont induits. Ainsi, en faisant varier la profondeur à laquelle sont induits les courants de Foucault lors de chaque tour du capteur 28, il est possible de déterminer en plus de la position angulaire du défaut, sa profondeur à l'intérieur de l'empilement 4. La figure 7 représente un système 150 de détection de défaut de conductivité dans la périphérie du rivet 10 de l'empilement 4. Sur cette figure, les éléments déjà décrits en regard de la figure 1 portent les mêmes références numériques .
Le système 150 se distingue essentiellement du système 2 par le fait qu'aucune rotation de pièces mécaniques n'est nécessaire pour balayer la périphérie du rivet 10 en vue de détecter des défauts.
Ce système 150 comprend une tête 152 portable raccordée par l'intermédiaire de liaisons filaires à des unités distantes d'alimentation, de commande et d'acquisition.
La tête 152 comprend un châssis 154 dont la partie inférieure est destinée à venir reposer sur la surface supérieure de la plaque 4. Ce châssis 154 présente un axe 156 de symétrie de rotation. La tête 152 comporte un projecteur d'un motif lumineux sur la surface supérieure de l'empilement 4 identique à celui de la figure du système 2 à l'exception que ce projecteur est rigidement fixé au châssis 154. Ainsi, dans ce mode de réalisation, le projecteur est immobile par rapport au châssis et n'est pas entraîné en rotation.
A l'extrémité inférieure du guide de lumière 31 tournée vers la surface supérieure de l'empilement 4, est fixé un capteur 158 du champ magnétique Bext créé par les courants de Foucault induits dans l'empilement 4. Ce capteur 158 est, par exemple identique au capteur 28 à l'exception du fait qu'il présente une direction G préférentielle de mesure confondue avec l'axe 156.
La tête 152 a également un inducteur 160 centré sur et entourant l'axe 156, pour créer le champ Bind.
L'inducteur 160 sera décrit plus en détail en regard de la figure 8. Cet inducteur 160 est propre à créer le champ magnétique Bind déplaçable en rotation autour de l'axe 156 sans pour autant nécessiter le moindre déplacement mécanique de cet inducteur autour de cet axe 156.
L'inducteur 160 est raccordé à une source commandable 162 de courant alternatif propre à délivrer sélectivement au bobinage de l'inducteur 160 un courant dont la fréquence et/ou l'amplitude peuvent être modifiées.
Enfin, le système 150 comporte une unité 164, de commande et d'acquisition, par exemple, identique à l'unité 44.
La figure 8 représente l'inducteur 160.
Cet inducteur 160 comprend un concentrateur 170 de flux magnétique réalisé en matériau ferromagnétique à haute perméabilité. Ce concentrateur 170 admet comme axe de symétrie de rotation l'axe 156. Plus précisément, le concentrateur 170 est formé d'un anneau circulaire supérieur 172 centré autour de l'axe 156. Des jambes verticales 174 s'étendent vers le bas à partir de cet anneau 172. Ces jambes sont uniformément réparties sur la périphérie de l'anneau 172.
L'extrémité libre de chaque jambe est tournée vers la surface supérieure de l'empilement 4 et forme en alternance, soit une extrémité par laquelle rentrent les lignes de champ à l'intérieur du concentrateur 170, soit une extrémité par laquelle sortent ces mêmes lignes de champ .
Un bobinage 176 est bobiné autour de chaque jambe 174. De plus, ici, un bobinage 178 est bobiné autour de l'anneau 172 dans les intervalles entre les jambes 174. Chacun des bobinages 176 et 178 est sélectivement alimenté en courant par la source 162. Le fonctionnement du système 150 découle du fonctionnement du système 2 et ne sera donc pas décrit en détail.
Ici, seul le fonctionnement de l'inducteur 160 permettant de déplacer le champ magnétique Bind en rotation autour de l'axe 156 sera décrit.
Initialement, la source 162 alimente les bobinages 176 d'une paire de jambes spatialement adjacentes ainsi que le bobinage 178 placé dans l'intervalle entre ces deux jambes. Dans le même temps, l'ensemble des autres bobinages n'est pas alimenté. Ceci conduit à la création du champ magnétique Bind sortant par l'extrémité de l'une des jambes, s' enfonçant dans l'empilement 4 et rentrant par l'extrémité de l'autre jambe, de manière à former un circuit fermé. Sur la figure 8, une ligne 180 en pointillés représente le circuit d'une telle ligne de champ.
Ensuite, pour déplacer le champ magnétique Bαnd créé autour de l'axe 156, l'unité 162 arrête l'alimentation des bobinages précédemment alimentés et alimente les bobinages d'une paire suivante de jambes. Par exemple, l'unité 162 alimente les bobinages de la paire de jambes adjacentes à la paire de jambes précédemment alimentées. L'alimentation de la paire de jambes suivante est réalisée comme pour la précédente et conduit à la création du nouveau champ magnétique Bind dont les lignes de champ sont identiques mais décalées angulairement par rapport aux lignes de champ précédemment créées. Un exemple de lignes de champ décalées angulairement est représenté par la ligne en pointillés 182 sur la figure 8. On remarque qu'il existe une jambe commune aux paires de jambes utilisées pour créer les lignes de champ 180 et 182.
Dès lors, on comprend qu'en alimentant sélectivement les bobinages 176 et 178, il est possible de déplacer angulairement le champ magnétique Bj.nd sans qu'il soit nécessaire de déplacer mécaniquement en rotation l'inducteur 160.
De plus, puisque ici la composante du champ magnétique Bext mesurée par le capteur 158 est la composante parallèle à l'axe 156, il n'est pas nécessaire après chaque déplacement angulaire du champ magnétique B±nà de déplacer de façon correspondante le capteur 158.
Dès lors, la tête 152 permet de balayer la totalité de la périphérie du rivet 10 sans pour autant avoir recours à des éléments montés en rotation à l'intérieur de la tête.
De nombreux autres modes de réalisation du système 2 ou 150 sont possibles. Par exemple, il est possible de créer simultanément plusieurs champs tournants E>ind décalés angulairement les uns par rapport aux autres. Pour cela, il est, par exemple, possible d'ajouter un inducteur supplémentaire au système 2 décalé angulairement par rapport à l'inducteur 32. Dans le cas du système 150, l'unité 162 est adaptée pour alimenter simultanément les bobinages de plusieurs paires de jambes verticales adjacentes . Dans ce mode de réalisation, pour distinguer les courants de Foucault induits par un premier champ magnétique Binai de ceux créés par un second champ magnétique Bind2 décalé angulairement par rapport au premier champ magnétique, il est possible d'utiliser des fréquences différentes pour les courants d'alimentation des bobinages créant les premier et second champs magnétiques Bindl et Bind2 • II est également possible d'utiliser plusieurs capteurs dont la position et l'orientation de la direction préférentielle de mesure font qu'ils sont plus sensibles au premier champ magnétique, qu'au second champ magnétique et vice versa. La variante dans laquelle plusieurs capteurs sont utilisés présente l'intérêt particulier qu'il devient alors possible d'effectuer des calculs différentiels ou de gradients entre les mesures de ces capteurs, ce qui accroît la sensibilité du système de détection.
Il est possible de disposer le ou les capteurs de champ magnétique de façon excentré par rapport à l'axe de rotation du champ Bj.πd. Par exemple, le ou les capteurs peuvent être disposés entre les jambes des concentrateurs
50 et 170. A l'inverse, il est également possible de disposer un capteur sur la périphérie du guide de lumière 31, par exemple, à l'opposé de l'inducteur 32.
Ici, il a été présenté deux modes de réalisation, l'un dans lequel le capteur et l'inducteur sont déplacés en rotation, et l'autre dans lequel le capteur et l'inducteur sont immobiles par rapport au rivet 10. Il est possible de combiner ces modes de réalisation de manière à obtenir une tête de détection dans laquelle le capteur est immobile tandis que l' inducteur est entraîné en rotation par un mécanisme ou l'inverse, c'est-à-dire un capteur entraîné en rotation et un inducteur immobile. Les jambes du concentrateur de flux magnétique et en particulier les surfaces de ces jambes formant les extrémités par lesquelles entrent ou sortent les lignes de champ peuvent être inclinées par rapport à la surface supérieure de l'empilement 4. Il a été constaté qu'une telle inclinaison ne modifie pas ou ne modifie que très peu l'orientation du champ magnétique créé par les courants de Foucault .
Il est également possible d' incliner de façon similaire le capteur de champ magnétique de façon à incliner la direction préférentielle de mesure par rapport à l'axe de rotation du champ Bj.nd- Ici, les capteurs 28 et 158 ont été décrits dans le cas particulier où le transducteur est une magnétorésistance géante (GMR) . En variante, ce transducteur est remplacé par un capteur à effets Hall ou par une magnétoimpédance géante (GMI) ou tout autre type de capteurs magnétiques.
Ce qui a été décrit ci-dessus dans le cas particulier de la détection de défauts de conductivité sur la périphérie d'un rivet s'applique à toutes tiges d'assemblage permettant de fixer des plaques conductrices ou magnétiques les unes aux autres, telles que, par exemple, des vis, des goupilles ou des boulons.
La tête de détection qui a été décrite ici, dans le cas particulier où le champ Bind balaye le pourtour de l'axe d'une tige d'assemblage peut être adaptée au cas où le champ Bj.nd balaye en translation une pièce conductrice ou magnétique. Par exemple, la tête de détection est montée fixe au-dessus d'une pièce déplacée en translation ou est déplacée en translation au-dessus d'une pièce fixe. Plus particulièrement, dans cette variante, le champ Bind est immobile par rapport au châssis de la tête de détection.
En variante, le bobinage 48 et la barre horizontale 52 du concentrateur 50 sont supprimés, de manière à obtenir un concentrateur du flux du champ magnétique d' excitation uniquement formé par les deux jambes verticales 54 et 56.
Les avantages liés à l'utilisation d'un concentrateur dont les extrémités sont tournées vers la surface de la pièce à balayer sont obtenus indépendamment du fait que le capteur soit placé en dehors des lignes du champ Bind ou du fait que la tête de sonde soit équipée d'un projecteur de motifs lumineux. Dès lors, cette caractéristique du concentrateur est indépendante des autres caractéristiques de la tête de sonde décrite ici. De même, les avantages procurés par le projecteur de motifs lumineux sont obtenus indépendamment de la géométrie du concentrateur ou de la position du capteur de champ magnétique, de sorte que ce projecteur peut être mis en œuvre dans d'autres têtes de sonde dépourvues d'une ou de plusieurs des caractéristiques décrites ici.

Claims

REVENDICATIONS
1. Tête de détection d'un défaut de conductivité dans une pièce conductrice ou magnétique à l'aide de courants de Foucault, cette tête comportant :
- au moins un bobinage (48) d'induction propre à créer un champ magnétique d' excitation ayant au moins une composante périodique dont les lignes de champ s'enfoncent à l'intérieur de la pièce afin d'induire des courants de Foucault dans cette pièce,
- au moins un concentrateur (50) du flux du champ magnétique d'excitation disposé par rapport au(x) bobinage (s) de manière à concentrer en son sein les lignes de champ du champ magnétique d'excitation créé par le ou chaque bobinage, ce concentrateur comportant au moins une première extrémité par laquelle sortent principalement les lignes de champ avant que ces lignes ne s'enfoncent dans la pièce, et au moins une seconde extrémité par laquelle rentrent principalement les lignes de champ en provenance de la pièce, et
- au moins un capteur du champ magnétique créé par les courants de Foucault induit dans la pièce, caractérisée en ce que la première et la seconde extrémités sont toutes les deux tournées vers la pièce pour limiter 1' évanescence des lignes de champ dans l'air, et en ce que cette tête comporte un mécanisme (26) apte à déplacer le concentrateur autour d'un axe (24) de rotation du champ magnétique d'excitation créé par le ou chaque bobinage d'induction, cet axe étant solidaire de la tête.
2. Tête de détection d'un défaut de conductivité dans une pièce conductrice ou magnétique à l'aide de courants de Foucault, cette tête comportant : au moins un bobinage (176 ; 178) d'induction propre à créer un champ magnétique d' excitation ayant au moins une composante périodique dont les lignes de champ s'enfoncent à l'intérieur de la pièce afin d'induire des courants de Foucault dans cette pièce,
- au moins un concentrateur (170) du flux du champ magnétique d'excitation disposé par rapport au(x) bobinage (s) de manière à concentrer en son sein les lignes de champ du champ magnétique d'excitation créé par le ou chaque bobinage, ce concentrateur comportant au moins une première extrémité par laquelle sortent principalement les lignes de champ avant que ces lignes ne s'enfoncent dans la pièce, et au moins une seconde extrémité par laquelle rentrent principalement les lignes de champ en provenance de la pièce, et
- au moins un capteur du champ magnétique créé par les courants de Foucault induit dans la pièce, caractérisée en ce que la tête comporte : plusieurs paires de première et de seconde extrémités réparties autour d'un axe (156) de rotation du champ magnétique d'excitation créé par le ou chaque bobinage d'induction, cet axe étant solidaire de la tête, et
- plusieurs bobinages (176, 178) d'induction propres à être alimentés sélectivement pour créer chacun un champ magnétique d' excitation ayant principalement des lignes de champ entrant et sortant d'une paire respective de première et de seconde extrémités.
3. Tête selon la revendication 2, caractérisée en ce que la première et la seconde extrémités sont toutes les deux tournées vers la pièce pour limiter l' évanescence des lignes de champ dans l'air.
4. Tête selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur est placé en dehors de l'essentiel des lignes de champ concentrées par le concentrateur du flux du champ magnétique d'excitation.
5. Tête selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que :
- le capteur est monté à rotation sur l'axe de rotation et a une direction préférentielle de mesure perpendiculaire à l'axe de rotation, et la tête comporte un mécanisme (26) propre à entraîner en rotation sur lui-même le capteur pour maintenir dans une relation spatiale prédéterminée la direction préférentielle de mesure et le champ magnétique d'excitation créé par le ou chaque bobinage d'induction.
6. Tête selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le capteur est monté immobile sur l'axe de rotation et a une direction préférentielle de mesure parallèle à l'axe de rotation.
7. Tête selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tête comporte un projecteur d'un motif lumineux sur une surface de la pièce, le motif lumineux étant centré sur l'axe de rotation.
8. Système de détection d' un défaut de conductivité dans une pièce conductrice ou magnétique à l'aide de courants de Foucault, caractérisé en ce que ce système comporte : - une tête (20 ; 152) de détection conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, cette tête étant équipée d'un capteur du champ magnétique créé par les courants de Foucault induits, et - une unité d'acquisition de signaux mesurés par ce capteur, cette unité étant apte à détecter un défaut dans la pièce à partir à la fois de l'amplitude et de la phase des signaux acquis.
9. Procédé de détection d'un défaut de conductivité dans une pièce conductrice ou magnétique à l'aide de courants de Foucault, caractérisé en ce que ce procédé comporte :
- une étape (132) de création d'un champ magnétique d' excitation ayant au moins une composante périodique dont les lignes de champ s'enfoncent à l'intérieur de la pièce afin d'induire des courants de Foucault dans cette pièce, à l'aide d'une tête de détection conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, et
- une étape (134) de mesure du champ magnétique créé par les courants de Foucault induits à l'aide du capteur de champ magnétique de la tête de détection.
10. Procédé selon la revendication 9, pour détecter un défaut de conductivité créé par une tige d'assemblage d'un empilement de plaques conductrices ou magnétiques, caractérisé en ce que ce procédé comporte une étape (130) d' entraînement en rotation sur lui-même du capteur du champ magnétique créé par les courants de Foucault induits, ce capteur ayant au moins une direction préférentielle de mesure parallèle à la surface de l'empilement de plaques.
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que ce procédé comporte une étape (122) de projection d'un motif lumineux sur la surface de l'empilement de plaques, le motif lumineux étant centré sur l'axe de rotation du capteur.
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