EP2909620A1 - Sonde à ultrasons de mesure par contact d'un objet et son procédé de fabrication - Google Patents

Sonde à ultrasons de mesure par contact d'un objet et son procédé de fabrication

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Publication number
EP2909620A1
EP2909620A1 EP13780342.5A EP13780342A EP2909620A1 EP 2909620 A1 EP2909620 A1 EP 2909620A1 EP 13780342 A EP13780342 A EP 13780342A EP 2909620 A1 EP2909620 A1 EP 2909620A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
probe
ultrasonic
sensors
substrate
coating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13780342.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Didier Simonet
Nicolas Colin
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.)
Airbus SAS
Original Assignee
European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
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
Application filed by European Aeronautic Defence and Space Company EADS France filed Critical European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
Publication of EP2909620A1 publication Critical patent/EP2909620A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/263—Surfaces
    • G01N2291/2638—Complex surfaces

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic probe for measuring the contact of an object and its method of manufacture.
  • This ultrasonic probe is particularly suitable for non-destructive testing of objects of complex geometry, such as certain mechanical parts for example.
  • the present invention applies in particular to the non-destructive testing of objects in the aeronautical, space, automobile, railway, ... Technological background
  • Ultrasonic measurement systems are thus known which have the advantage of allowing structural checks directly on manufacturing sites.
  • the present invention aims at overcoming these various drawbacks by proposing an ultrasonic measurement system for the non-destructive inspection of objects such as mechanical or structural parts, simple in its design and in its operating mode, allowing the measurement of at least a part of an object of complex geometry in a single scan.
  • Another object of the present invention is a particularly simple and flexible manufacturing method of such an ultrasonic measurement system.
  • the invention relates to an ultrasonic probe for measuring the contact of an object, said object having a non-regular surface.
  • this ultrasound probe comprises ultrasonic sensors integral with a first face of a substrate, the opposite face of this substrate determining a measuring surface, this measurement surface having a shape which is the imprint of the surface of the object to be measured so as to conform to it when the surface of the object is brought into contact with said measuring surface.
  • This ultrasonic probe thus operates in the field of ultrasonic reflection control where the same sensor acts as an ultrasonic wave emitter and receiver of ultrasonic waves reflected by the object to be analyzed, this sensor being coded in position.
  • surface of the non-regular object means that this surface of the object has at least one angle.
  • This surface of the object can thus have an L, V or U shape.
  • this surface of the object to be measured is not a strictly flat surface or the outer surface of a cylinder, the latter being regular.
  • the measurement surface of this ultrasound probe covers at least half of the total surface of the object to be measured, which makes it possible to measure in a single sweep the part of the object whose outer surface is in contact with the measuring surface of the probe.
  • the measuring surface has a shape which is the footprint of the surface of the object to be measured to within manufacturing tolerances, being understood that it has been defined with respect to theoretical ribs of the object to be measured. .
  • the substrate has a uniform thickness.
  • the present invention also relates to the following features which should be considered in isolation or in all their technically possible combinations:
  • said probe comprises a coupling element designed to provide acoustic impedance matching between said object and said probe, said coupling element comprising an envelope such as a membrane, defining an interior volume in which a liquid coupling medium is placed; .
  • this liquid coupling medium is water or a coupling gel.
  • this ultrasonic coupling gel is an aqueous gel comprising polyols such as that marketed by the company METALSCAN, rue Désiré Gilot, 71 1 00 Saint-Rémy under the name Couplant UT 5.
  • this envelope has an acoustic impedance substantially equal to that of water, the latter being 1, 5x1 0 6 Pa.s / m.
  • this envelope has an acoustic impedance which is equal to 1 5% close to that of water.
  • said coupling element has a thickness less than or equal to 3 mm.
  • said coupling element In addition to the acoustic impedance matching between the object to be measured and the ultrasonic probe, said coupling element also ensures the adjustment, or compliance, of the surface of the object to be measured with the measurement surface of the probe. ultrasonic, which allows to take into account possible deviations related in particular to the manufacturing tolerances of the object.
  • said ultrasonic sensors form a network of piezoelectric ceramic sensors integral with this substrate.
  • said substrate is a metal substrate, a polyimide substrate or a graphite / epoxy composite material.
  • the metal substrate is made of aluminum, steel, stainless steel, titanium, nickel, copper or the like.
  • this probe comprises an electronic means for processing the electrical signals supplied by the ultrasonic sensors when they receive ultrasound.
  • the invention also relates to a method for manufacturing an ultrasound probe for ultrasonic testing of an object by contact, in which at least the following steps are carried out:
  • steps b), c) and d) optionally repeating steps b), c) and d) to form a piezoelectric ceramic block comprising at least two ceramic coatings
  • step c) said coating containing said dispersion is deposited uniformly to obtain an equal ceramic coating thickness on said support.
  • the first coating containing said dispersion being deposited on the non-rough outer surface of the support the firing temperature of at least 100 ° C implemented in step d) for firing each ceramic coating ensures a final thickness of coating or uniform ceramic block.
  • said coating or said piezoelectric ceramic block thus formed is polarized. This polarization can be obtained by a corona discharge process.
  • the electrodes may be formed by a silver metallization paste.
  • the present invention also relates to the following features which should be considered in isolation or in all their technically possible combinations:
  • a coupling element intended to provide acoustic impedance matching between said object and said probe, said coupling element comprising an envelope defining an internal volume in which is placed a liquid coupling medium.
  • this liquid coupling medium is water or a coupling gel.
  • step f) several electrodes are produced on the surface of said coating or said piezoelectric ceramic block so as to form an array of piezoelectric sensors,
  • these sensors are spaced equidistantly.
  • said ceramic powder is maintained in a range of 30% to 50% by weight of said solution.
  • This ceramic powder is advantageously selected from the group comprising BIT (Bismuth titanium composite), silica, alumina, silicon carbide, etc.
  • the ceramic powder PZT marketed under the name Pz23 by Ferroperm Piezoceramics, DK-3490 Kvistgard, is particularly suitable for the present invention.
  • said thin film deposition method is a spray deposition method
  • each of said sensors is connected to an electronic means for processing the signals supplied by these sensors when they receive ultrasound, before step f), the thickness of said at least one ceramic coating is controlled so that the ceramic block thus obtained corresponds to the measurement frequencies of said probe,
  • said object having a non-regular surface
  • the inner surface of said support is conformed so that this internal surface is an imprint of the non-regular surface of the object to be measured.
  • the present invention further relates to an installation for the non-destructive testing of ultrasonic parts.
  • this installation comprises two ultrasonic measuring probes as described above, said probes being intended to fit at least one opposite face of this part, at least one of these probes being mobile so that these probes can be moved away. each other for positioning or removal of the piece to be measured and brought together to fully cover the surface of that piece for non-destructive testing in a single sweep, or in a single pass.
  • this installation comprises, consequently, a means for conveying the workpiece to be measured and / or gripping this workpiece for placing it on the measuring surface of one of said ultrasonic measuring probes as well as means for moving the other ultrasonic probe relative to this ultrasonic probe receiving the piece to be measured.
  • This non-destructive inspection facility can be part of a parts manufacturing line, ensuring simple and fast online control of these parts.
  • FIG. 1 schematically represents an exploded view of an ultrasonic contact measurement probe according to a particular embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows an embodiment of the present invention for non-destructive testing of a structural part of an aircraft, DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENT OF THE INVENTION
  • Figure 1 shows schematically an exploded view, for the sake of clarity, of the various constituent elements of an ultrasonic probe contact measurement according to a particular embodiment of the present invention.
  • This measurement probe comprises a substrate 10 made here of a metallic material such as aluminum, this substrate 10 having been shaped so that its inner surface 1 1 is the imprint, with manufacturing tolerances, of the outer surface of the substrate. part of a mechanical part to be measured.
  • this part of the mechanical part of complex geometry is placed in direct contact with the inner surface 1 1 of the substrate 10 thus shaped, its outer surface matches the inner surface 1 1 of the substrate 10 to manufacturing tolerances.
  • the conformation of the substrate 10 can be obtained by stamping.
  • piezoelectric ceramic block 13 comprising several layers of piezoelectric ceramic, which have been successively formed.
  • Each of these layers is obtained by a spraying method of a PZT sol / gel solution in which a piezoelectric ceramic powder (PZT) has been uniformly dispersed, the particles of which have a size typically between 1 and 80 ⁇ m, the coating thus uniformly deposited being fired at a temperature of at least 100 ° C by means of a source of hot air such as a heat gun.
  • a source of hot air such as a heat gun.
  • the sol / gel solution PZT acts as a binding agent for the ceramic powder to the corresponding surface on which the coating is deposited.
  • each ceramic coating of the block 13 is typically between 1 ⁇ and 20 ⁇ , the total thickness of this piezoelectric ceramic block, which is equal or substantially equal over the entirety of this block, being determined so that the Ultrasonic probe operates at a center frequency typically between 1 and 30 MHz (high frequency) or typically between 20 and 50 kHz (low frequency).
  • a center frequency typically between 1 and 30 MHz (high frequency) or typically between 20 and 50 kHz (low frequency).
  • On the outer surface of this piezoelectric ceramic block 13 is placed a set of electrodes 14, these electrodes 14 being spaced regularly or not.
  • the thickness of the ceramic block 13 between an electrode 14 and the substrate 10 defines an ultrasonic sensor.
  • Each sensor of this ultrasonic probe is connected by a cable 16 to a multi-channel electronic means 17 which takes care of the supply.
  • An analysis unit (not shown) connected to the multi-channel electronic means 17 analyzes the results measured by said ultrasonic sensors of the ultrasound probe.
  • Figure 2 shows an embodiment of the present invention for non-destructive testing of a structural part 18 of an aircraft.
  • This structural part 18 is curved so that it has a rounded portion 19 placed between two planar wings.
  • the ultrasonic contact measurement system 20 implemented to control the quality of this structural part 18 has a measurement surface which is the imprint of the outer surface of this structural part 18 so as to conform to it when this surface outer part of the piece is brought into contact with this measuring surface.
  • a coupling element 21 consisting of an envelope such as a membrane, delimiting an interior volume in which water is placed, is interposed between this outer surface and the measuring surface of the system 20.
  • This coupling element 21 is intended to provide acoustic impedance matching between the workpiece and the measuring system 20.

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Abstract

L'invention concerne une sonde à ultrasons de mesure par contact d'un objet et son procédé de fabrication. Selon l'invention, cette sonde à ultrasons comporte des capteurs ultrasonores solidaires d'une première face (12) d'un substrat (10), la face opposée (11) dudit substrat (10) déterminant une surface de mesure, ladite surface de mesure présentant une forme qui est l'empreinte de la surface de l'objet à mesurer de manière à épouser celle-ci lorsque la surface de l'objet est mise en contact avec ladite surface de mesure.

Description

Sonde à ultrasons de mesure par contact d'un objet
et son procédé de fabrication
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Domaine de l'invention
La présente invention concerne une sonde à ultrasons de mesure par contact d'un objet et son procédé de fabrication. Cette sonde de mesure à ultrasons est particulièrement adaptée au contrôle non destructif d'objets de géométrie complexe, tels que certaines pièces mécaniques par exemple.
La présente invention s'applique notamment au contrôle non destructif d'objets dans les domaines aéronautique, spatial, automobile, ferroviaire, ... Arrière-plan technologique
Il est connu de contrôler des structures notamment en matériaux composites, en vue de détecter de manière non destructive d'éventuels défauts de surface et/ou en profondeur dans ces structures.
On connaît ainsi des systèmes de mesure à ultrasons qui présentent l'avantage d'autoriser des contrôles de structures directement sur des sites de fabrication.
Toutefois, il est nécessaire de déplacer le système de mesure à ultrasons manuellement, typiquement par un personnel qualifié, ou automatiquement. Un guidage ainsi que des moyens de repérage sont alors mis en œuvre afin d'identifier la partie de structure en train d'être mesurée.
En outre, dans le cas de structures présentant une géométrie complexe, il est nécessaire d'effectuer plusieurs balayages avec éventuellement des fréquences de mesure ultrasonores différentes.
Ces opérations sont longues, fastidieuses pour les opérateurs et coûteuses. Par ailleurs, certaines structures notamment dans le domaine aéronautique, doivent pouvoir être contrôlées dans leur intégralité ce que ne permet pas toujours un procédé de contrôle ultrasonore par transmission. En effet, certaines zones de la structure peuvent être inaccessibles pour cette technique de contrôle.
La présente invention vise à pallier ces divers inconvénients en proposant un système de mesure par ultrasons pour le contrôle non destructif d'objets tels que des pièces mécaniques ou structurelles, simple dans sa conception et dans son mode opératoire, autorisant la mesure d'au moins une partie d'un objet de géométrie complexe en un seul balayage.
Un autre objet de la présente invention est un procédé de fabrication particulièrement simple et flexible d'un tel système de mesure par ultrasons.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention concerne une sonde à ultrasons de mesure par contact d'un objet, ledit objet présentant une surface non régulière.
Selon l'invention, cette sonde à ultrasons comporte des capteurs ultrasonores solidaires d'une première face d'un substrat, la face opposée de ce substrat déterminant une surface de mesure, cette surface de mesure présentant une forme qui est l'empreinte de la surface de l'objet à mesurer de manière à épouser celle-ci lorsque la surface de l'objet est mise en contact avec ladite surface de mesure.
Cette sonde à ultrasons opère ainsi dans le domaine du contrôle ultrasonore par réflexion où un même capteur agit en tant qu'émetteur d'ondes ultrasonores et récepteur des ondes ultrasonores réfléchies par l'objet à analyser, ce capteur étant codé en position.
On entend par "surface de l'objet non régulière" que cette surface de l'objet présente au moins un angle. Cette surface de l'objet peut ainsi avoir une forme en L, en V ou encore en U. A titre de contre-exemple, cette surface de l'objet à mesurer n'est pas une surface strictement plane ou la surface extérieure d'un cylindre, cette dernière étant régulière.
De manière avantageuse, la surface de mesure de cette sonde à ultrasons couvre au moins la moitié de la surface totale de l'objet à mesurer ce qui permet de mesurer en un seul balayage, la partie de l'objet dont la surface extérieure est mise en contact avec la surface de mesure de la sonde. Bien entendu, la surface de mesure présente une forme qui est l'empreinte de la surface de l'objet à mesurer aux tolérances de fabrication près, étant compris qu'elle a été définie par rapport à des côtes théoriques de l'objet à mesurer.
Avantageusement, le substrat présente une épaisseur uniforme.
Dans différents modes de réalisation de cette sonde à ultrasons, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles :
- cette sonde comprend un élément de couplage destiné à assurer une adaptation d'impédance acoustique entre ledit objet et ladite sonde, ledit élément de couplage comprenant une enveloppe telle qu'une membrane, définissant un volume intérieur dans lequel est placé un milieu de couplage liquide.
De préférence, ce milieu de couplage liquide est de l'eau ou un gel de couplage.
A titre purement illustratif, ce gel de couplage ultrasonore est un gel aqueux comprenant des polyols tel que celui commercialisé par la société METALSCAN, rue Désiré Gilot, 71 1 00 Saint-Rémy sous la dénomination Couplant UT 5.
De manière avantageuse, cette enveloppe présente une impédance acoustique sensiblement égale à de celle de l'eau, cette dernière étant de 1 ,5x1 06 Pa.s/m. A titre d'exemple non limitatif, cette enveloppe présente une impédance acoustique qui est égale à 1 5% près à celle de l'eau.
De préférence, ledit élément de couplage présente une épaisseur inférieure ou égale à 3 mm.
Outre l'adaptation d'impédance acoustique entre l'objet à mesurer et la sonde à ultrasons, ledit élément de couplage assure également l'ajustement, ou compliance, de la surface de l'objet à mesurer avec la surface de mesure de la sonde à ultrasons, ce qui permet de tenir compte des écarts éventuels liés notamment aux tolérances de fabrication de l'objet.
lesdits capteurs ultrasonores forment un réseau de capteurs céramique piézoélectriques solidaires de ce substrat.
De préférence, ledit substrat est un substrat métallique, un substrat en polyimide ou en matériau composite graphite/époxy. A titre purement illustratif, le substrat métallique est en aluminium, en acier, en acier inoxydable, en titane, en nickel, en cuivre ou autre.
cette sonde comprend un moyen électronique de traitement des signaux électriques fournis par les capteurs ultrasonores lorsqu'ils reçoivent des ultrasons.
L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'une sonde à ultrasons pour le contrôle ultrasonore d'un objet par contact, dans lequel on réalise au moins les étapes suivantes:
a) fournir un support présentant une surface interne définissant une surface de mesure de ladite sonde et une surface externe lisse, ledit support ayant été conformé de sorte que cette surface interne soit une empreinte de la surface de l'objet à mesurer de manière à épouser celle-ci lorsque l'objet est mis en contact avec cette surface interne,
b) mélanger une poudre céramique à une solution sol/gel de manière à former une dispersion uniforme,
c) déposer un revêtement contenant ladite dispersion uniforme à la surface externe dudit support par une méthode de dépôt de film mince,
d) cuire ledit revêtement ainsi formé à une température T supérieure ou égale à 100°C pendant un temps T pour former un revêtement céramique piézoélectrique à ladite surface externe,
e) répéter éventuellement les étapes b), c) et d) pour former un bloc céramique piézoélectrique comportant au moins deux revêtements céramique,
f) former au moins une électrode à la surface externe dudit revêtement ou dudit bloc céramique piézoélectrique pour définir un capteur.
Avantageusement, à l'étape c), ledit revêtement contenant ladite dispersion, est déposé de manière uniforme pour obtenir une épaisseur de revêtement céramique égale sur ledit support.
De plus, le premier revêtement contenant ladite dispersion étant déposé sur la surface externe non rugueuse du support, la température de cuisson d'au moins 100°C mise en œuvre à l'étape d) pour cuire chaque revêtement céramique assure une épaisseur finale du revêtement ou du bloc céramique uniforme. Avant l'étape f), on polarise ledit revêtement ou ledit bloc céramique piézoélectrique ainsi formé. Cette polarisation peut être obtenue par un procédé de décharge par effet corona.
A titre d'exemple, à l'étape f), les électrodes peuvent être formées par une pâte de métallisation d'argent.
Dans différents modes de réalisation de ce procédé de fabrication, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles :
- on place sur ladite surface de mesure définie par la surface interne du substrat, un élément de couplage destiné à assurer une adaptation d'impédance acoustique entre ledit objet et ladite sonde, ledit élément de couplage comprenant une enveloppe définissant un volume intérieur dans lequel est placé un milieu de couplage liquide.
De préférence, ce milieu de couplage liquide est de l'eau ou un gel de couplage.
à l'étape f), on réalise plusieurs électrodes à la surface dudit revêtement ou dudit bloc céramique piézoélectrique de manière à former un réseau de capteurs piézoélectriques,
De préférence, ces capteurs sont espacés de manière équidistante.
on maintient ladite poudre céramique dans une plage de 30% à 50% en poids de ladite solution.
Cette poudre céramique est avantageusement sélectionnée dans le groupe comprenant du BIT (Bismuth titane composite), de la silice, de l'alumine, du carbure de silicium, ...
La poudre céramique PZT commercialisée sous la dénomination Pz23 par la société FERROPERM PIEZOCERAMICS, DK-3490 Kvistgàrd, est particulièrement adaptée à la présente invention.
ladite méthode de dépôt de film mince est une méthode de dépôt par pulvérisation,
après l'étape f), on connecte chacun desdits capteurs à un moyen électronique de traitement des signaux fournis par ces capteurs lorsqu'ils reçoivent des ultrasons, avant l'étape f), on contrôle l'épaisseur dudit au moins un revêtement céramique de sorte que le bloc céramique ainsi obtenu corresponde aux fréquences de mesure de ladite sonde,
ledit objet ayant une surface non régulière, on conforme la surface interne dudit support de sorte que cette surface interne soit une empreinte de la surface non régulière de l'objet à mesurer.
La présente invention concerne encore une installation pour le contrôle non destructif de pièces par ultrasons.
Selon l'invention, cette installation comporte deux sondes de mesure à ultrasons telles que décrites précédemment, lesdites sondes étant destinées à épouser au moins une face opposée de cette pièce, au moins une de ces sondes étant mobile de sorte que ces sondes puissent être éloignées l'une de l'autre pour le positionnement ou le retrait de la pièce à mesurer et rapprochées en vue de couvrir intégralement la surface de cette pièce pour assurer son contrôle non destructif en un seul balayage, ou encore en une seule passe.
A titre d'exemple, cette installation comporte, en conséquence, un moyen d'acheminement de la pièce à mesurer et/ou de préhension de cette pièce pour la placer sur la surface de mesure d'une desdites sondes de mesure à ultrasons ainsi qu'un moyen pour déplacer l'autre sonde de mesure à ultrasons par rapport à cette sonde de mesure à ultrasons recevant la pièce à mesurer.
Cette installation de contrôle non destructif peut faire partie d'une chaîne de fabrication de pièces assurant ainsi un contrôle en ligne simple et rapide de ces pièces.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une vue éclatée d'une sonde à ultrasons de mesure par contact selon un mode de réalisation particulier de la présente invention,
- la Figure 2 montre un mode de mise en œuvre de la présente invention pour le contrôle non destructif d'une pièce structurale d'un aéronef, DESCRIPTION DETAILLEE DE MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
Tout d'abord, on note que les figures ne sont pas à l'échelle.
La Figure 1 montre de manière schématique, une vue éclatée, par souci de clarté, des différents éléments constitutifs d'une sonde à ultrasons de mesure par contact selon un mode de réalisation particulier de la présente invention.
Cette sonde de mesure comprend un substrat 10 réalisé ici dans un matériau métallique tel que l'Aluminium, ce substrat 10 ayant été conformé de sorte que sa surface interne 1 1 soit l'empreinte, aux tolérances de fabrication près, de la surface extérieure d'une partie d'une pièce mécanique à mesurer.
Ainsi lorsque cette partie de la pièce mécanique de géométrie complexe, est placée en contact directement avec la surface interne 1 1 du substrat 10 ainsi conformé, sa surface extérieure épouse la surface interne 1 1 du substrat 10 aux tolérances de fabrication près. A titre illustratif, la conformation du substrat 10 peut être obtenue par emboutissage.
A la surface externe 12 de ce substrat 10 est lié un bloc céramique 13 piézoélectrique comprenant plusieurs couches de céramique piézoélectrique, qui ont été successivement formées.
Chacune de ces couches est obtenue par une méthode de dépôt par pulvérisation d'une solution sol/gel PZT dans laquelle a été dispersée de manière uniforme une poudre céramique piézoélectrique (PZT) dont les particules ont une taille comprise typiquement entre 1 et 80 μιτι, le revêtement ainsi déposé de manière uniforme étant cuit à une température d'au moins 100° C au moyen d'une source d'air chaud telle qu'un pistolet thermique.
Avantageusement, la solution sol/gel PZT agit comme un agent liant la poudre céramique à la surface correspondante sur laquelle le revêtement est déposé.
L'épaisseur de chaque revêtement céramique du bloc 13 est typiquement comprise entre 1 μιτι et 20 μιτι, l'épaisseur totale de ce bloc céramique piézoélectrique, qui est égale ou sensiblement égale sur l'intégralité de ce bloc, étant déterminée de sorte que la sonde à ultrasons fonctionne à une fréquence centrale comprise typiquement entre 1 et 30 MHz (Haute fréquence) ou comprise typiquement entre 20 et 50 kHz (Basse Fréquence). A la surface externe de ce bloc céramique piézoélectrique 13 est placé un ensemble d'électrodes 14, ces électrodes 14 étant espacées régulièrement ou non. L'épaisseur du bloc céramique 13 entre une électrode 14 et le substrat 10 définit un capteur ultrasonore.
Chaque capteur de cette sonde à ultrasons est relié par un câble 16 à un moyen électronique multivoies 17 qui se charge de l'alimentation. Une centrale d'analyse (non représentée) reliée au moyen électronique multivoies 17 assure l'analyse des résultats mesurés par lesdits capteurs ultrasonores de la sonde à ultrasons.
La Figure 2 montre un mode de mise en œuvre de la présente invention pour le contrôle non destructif d'une pièce structurale 18 d'un aéronef.
Cette pièce structurale 18 est incurvée de sorte qu'elle présente une portion arrondie 19 placées entre deux ailes planes. Le système de mesure 20 par contact à ultrasons mis en œuvre pour contrôler la qualité de cette pièce structurale 18 présente une surface de mesure qui est l'empreinte de la surface extérieure de cette pièce structurale 18 de manière à épouser celle-ci lorsque cette surface extérieure de la pièce est mise en contact avec cette surface de mesure.
Un élément de couplage 21 constitué d'une enveloppe telle qu'une membrane, délimitant un volume intérieur dans lequel est placé de l'eau, est interposé entre cette surface extérieure et la surface de mesure du système 20. Cet élément de couplage 21 est destiné à assurer une adaptation d'impédance acoustique entre la pièce et le système de mesure 20.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Sonde à ultrasons de mesure par contact d'un objet, ledit objet présentant une surface non régulière, caractérisée en ce que ladite sonde à ultrasons comporte des capteurs ultrasonores solidaires d'une première face d'un substrat (1 0), la face opposée (1 1 ) dudit substrat (1 0) déterminant une surface de mesure, ladite surface de mesure (1 1 ) présentant une forme qui est l'empreinte de la surface de l'objet à mesurer de manière à épouser celle- ci lorsque la surface de l'objet est mise en contact avec ladite surface de mesure (1 1 ).
2. Sonde selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle comprend un élément de couplage (21 ) destiné à assurer une adaptation d'impédance acoustique entre ledit objet et ladite sonde, ledit élément de couplage (21 ) comprenant une enveloppe définissant un volume intérieur dans lequel est placé un milieu de couplage liquide.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits capteurs ultrasonores forment un réseau de capteurs céramique piézoélectriques solidaires dudit substrat (1 0).
4. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen électronique (1 7) de traitement des signaux électriques fournis par les capteurs ultrasonores lorsqu'ils reçoivent des ultrasons.
5. Procédé de fabrication d'une sonde à ultrasons pour le contrôle ultrasonore d'un objet par contact, dans lequel on réalise au moins les étapes suivantes:
a) fournir un support (1 0) présentant une surface interne (1 1 ) définissant une surface de mesure de ladite sonde et une surface externe lisse, ledit support (1 0) ayant été conformé de sorte que cette surface interne (1 1 ) soit une empreinte de la surface de l'objet à mesurer de manière à épouser celle-ci lorsque l'objet est mis en contact avec cette surface interne, b) mélanger une poudre céramique à une solution sol/gel de manière à former une dispersion uniforme,
c) déposer un revêtement contenant ladite dispersion uniforme à la surface externe (1 2) dudit support (1 0) par une méthode de dépôt de film mince, d) cuire ledit revêtement ainsi formé à une température T supérieure ou égale à 100°C pendant un temps T pour former un revêtement céramique piézoélectrique à ladite surface externe (12),
e) répéter éventuellement les étapes b), c) et d) pour former un bloc céramique piézoélectrique (13) comportant au moins deux revêtements céramique,
f) former au moins une électrode (14) à la surface externe dudit revêtement ou dudit bloc céramique piézoélectrique (13) pour définir un capteur.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on place sur ladite surface de mesure définie par la surface interne (1 1 ) du substrat, un élément de couplage (21 ) destiné à assurer une adaptation d'impédance acoustique entre ledit objet et ladite sonde, ledit élément de couplage (21 ) comprenant une enveloppe définissant un volume intérieur dans lequel est placé un milieu de couplage liquide.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit milieu de couplage liquide est de l'eau ou un gel de couplage.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'à l'étape f), on réalise plusieurs électrodes (14) à la surface dudit revêtement ou dudit bloc céramique piézoélectrique (13) de manière à former un réseau de capteurs piézoélectriques.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'on maintient ladite poudre céramique dans une plage de 30% à 50% en poids de ladite solution.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que ladite méthode de dépôt de film mince est une méthode de dépôt par pulvérisation.
1 1 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'après l'étape f), on connecte chacun desdits capteurs à un moyen électronique (17) de traitement des signaux fournis par ces capteurs lorsqu'ils reçoivent des ultrasons.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 1 1 , caractérisé en ce qu'avant l'étape f), on contrôle l'épaisseur dudit au moins un revêtement céramique de sorte que le bloc céramique (13) ainsi obtenu corresponde aux fréquences de mesure de ladite sonde.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que ledit objet ayant une surface non régulière, on conforme la surface interne (1 1 ) dudit support de sorte que cette surface interne (1 1 ) soit une empreinte de la surface non régulière de l'objet à mesurer.
14. Installation pour le contrôle non destructif de pièces par ultrasons, caractérisée en ce qu'elle comporte :
- deux sondes de mesure à ultrasons selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou obtenues par le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, lesdites sondes étant destinées à épouser une face opposée de cette pièce,
- au moins une de ces sondes étant mobile de sorte que ces sondes puissent être éloignées l'une de l'autre pour le positionnement ou le retrait de la pièce à mesurer et rapprochées en vue de couvrir intégralement la surface de cette pièce pour assurer son contrôle non destructif en une seule mesure.
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