FR2476318A1 - FOUCAULT CURRENT CONTROL APPARATUS FOR DETECTING SURFACE DEFECTS OF METAL PARTS - Google Patents
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Abstract
APPAREIL DE CONTROLE PAR COURANTS DE FOUCAULT, DESTINE A DETECTER LES DEFAUTS DE SURFACE DE PIECES METALLIQUES. APPAREIL DE CONTROLE COMPRENANT UN OSCILLATEUR A HAUTE FREQUENCE 1 ALIMENTANT UNE BOBINE DE CONTROLE 2 ET SUIVI D'UN AMPLIFICATEUR 4, D'UN DEMODULATEUR DE FREQUENCE 5, D'UN FILTRE PASSE-BANDE 6 ET D'UN AMPLIFICATEUR DE SIGNAUX 10 DONT LE FACTEUR D'AMPLIFICATION DE L'ECART BOBINE-PIECE. UN CIRCUIT 7, 8 REGULANT LA FREQUENCE DE CONTROLE EN FONCTION DE L'ECART BOBINE-PIECE EST MONTE ENTRE LE DEMODULATEUR 5 ET L'OSCILLATEUR 1. APPLICATION: NOTAMMENT AU CONTROLE DE PIECES DE REVOLUTION.EDD CURRENT CONTROL UNIT, INTENDED TO DETECT SURFACE FAULTS OF METAL PARTS. CONTROL UNIT INCLUDING A HIGH FREQUENCY OSCILLATOR 1 FEEDING A CONTROL COIL 2 AND FOLLOWED BY AN AMPLIFIER 4, A FREQUENCY DEMODULATOR 5, A BANDPASS FILTER 6 AND A SIGNAL AMPLIFIER 10 OF WHICH COIL-PIECE GAP AMPLIFICATION FACTOR. A CIRCUIT 7, 8 REGULATING THE CHECK FREQUENCY AS A FUNCTION OF THE COIL-PIECE GAP IS FITTED BETWEEN DEMODULATOR 5 AND OSCILLATOR 1. APPLICATION: ESPECIALLY TO CHECKING REVOLUTION PARTS.
Description
Appareil de contrôle par courants de Foucault,Eddy current tester,
destiné à détecter les défauts de surface de pièces métal- intended to detect surface defects of metal parts
liques. La présente invention concerne un appareil de contrôle par courants de Foucault, qui est destiné à détecter les défauts de surface sur des pièces métalliques et comprend un oscillateur à haute fréquence alimentant une bobine de contrôle et suivi d'un amplificateur, d'un démodulateur de fréquence4dun filtre passe-bande et d'un amplificateur de signaux, dont le facteur d'amplification est fonction de lic. The present invention relates to an eddy current tester for detecting surface defects on metal parts and comprises a high frequency oscillator supplying a control coil and followed by an amplifier, a demodulator frequency4a band-pass filter and a signal amplifier, whose amplification factor is a function of
l'écart entre la bobine de contrôle et la pièce. the gap between the control coil and the room.
On connait déjà un appareil de contrôle par courants de Foucault de ce type par les demandes de brevet DE 2 528 625 et 2 850 433. Outre la série d'éléments décrits ci-dessus, qui constitue le canal pour un signal de défaut à modulation de fréquence, l'appareil présente encore un second canal pour An eddy current tester of this type is already known from patent applications DE 2,528,625 and 2,850,433. In addition to the series of elements described above, which constitutes the channel for a modulation fault signal. frequency, the device still has a second channel for
l'interprétation des amplitudes. Dans le cas du mode de réa- the interpretation of the amplitudes. In the case of the mode of
lisation connu, les deux canaux sont nécessaires pour produire un signal proportionnel à l'écart entre la bobine de contrôle et la pièce et destiné à la compensation de cet écart. Les As is known, the two channels are necessary to produce a signal proportional to the difference between the control coil and the part and intended to compensate for this difference. The
circuits requis à cet effet sont très importants et nombreux. circuits required for this purpose are very important and numerous.
Avec le procédé de contrôle par courants de Foucault comportant l'interprétation de la variation de fréquence, la fréquence d'oscillation de l'oscillateur, due à l'action de la bobine With the eddy current control method including the interpretation of the frequency variation, oscillator oscillation frequency, due to the action of the coil
de contrôle, doit pouvoir varier. Cela a lieu par la modifi- control, must be able to vary. This is done by modifying
cation de la composante réactive de l'impédance de la bobine de contrôle, tant en présence de défauts dans le matériau de la pièce qu'en cas de modification de l'écart entre la bobine de contrôle et ladite pièce, et de modificatiorsdu matériau cation of the reactive component of the impedance of the control coil, both in the presence of defects in the material of the part and in case of modification of the gap between the control coil and said part, and changes in the material
proprement dit de celle-ci. Pour être dans la gamme de fonc- proper of it. To be in the range of functions
tionnement optimale du démodulateur de fréquence, il est donc indispensable, dans le cas de l'appareil de contrôle par courants de Foucault qui est déjà connu, de procéder, au début de chaque contrôle, la bobine d'essai étant mise en action, à l'étalonnage de la fréquence de l'oscillateur à of the frequency demodulator, it is therefore essential, in the case of the eddy current tester already known, to proceed, at the beginning of each check, with the test coil being actuated, calibrating the frequency of the oscillator to
haute fréquence au milieu de la caractéristique du démodu- high frequency in the middle of the characteristic of the
lateur de fréquence, ceci à l'aide d'éléments de réglage Frequency converter, this using adjustment elements
ajustables. Il serait aussi possible de prévoir une carac- adjustable. It would also be possible to foresee a
téristique relativement plate pour le démodulateur de fréquence, en vue d'obtenir un grand écart de fréquence, mais ceci serait aux dépens de la sensibilité de l'appareil. De plus, le mode de réalisation connu présente des inconvénients majeurs, notamment pour le contrôle des pièces en forme de corps de révolution. Les surfaces à contrôler ne sont pas toujours concentriques par rapport à l'axe de serrage du mécanisme d'entraînement en rotation. Il faut aussi s'attendre, lors du contrôle des faces frontales (surfaces radiales) des îO pièces de rotation, à une variation continue de l'écart entre la bobine de contrôle, montée de façon fixe, et la surface de la pièce, pendant la rotation de celle-ci, ce qui peut entraîner une variation du signal, à la sortie du démodulateur de fréquence, en fonction de la rotation, et, selon le caractère rectiligne de la courbe caractéristique du démodulateur par relatively flat for the frequency demodulator, to obtain a large frequency difference, but this would be at the expense of the sensitivity of the device. In addition, the known embodiment has major drawbacks, particularly for the control of parts in the form of a body of revolution. The surfaces to be controlled are not always concentric with respect to the clamping axis of the rotary drive mechanism. It is also to be expected, when controlling the end faces (radial surfaces) of the rotating parts, to continuously vary the gap between the control coil, mounted in a fixed manner, and the surface of the workpiece, while the rotation thereof, which can cause a variation of the signal at the output of the frequency demodulator, depending on the rotation, and, depending on the straight character of the characteristic curve of the demodulator by
rapport au pourtour de la pièce, des variations de la sensi- relative to the circumference of the room, variations in
bilité de l'appareil de contrôle déjà connu. the already known tester.
La présente invention a pour objet un appareil de contrôle par courants de Foucault du type défini ci-dessus dans lequel la fréquence de l'oscillateur à haute fréquence ne soit pas influencée par les variations de l'écart entre la bobine de contrôle et la pièce, notamment en cas de variation continue en fonction de la rotation de ladite pièce. De plus, la présente invention doit permettre d'obtenir, avec des moyens simples, un appareil d'une sensibilité constante dans une gamme déterminée d'écarts entre la bobine de contrôle et The present invention relates to an eddy current monitoring apparatus of the type defined above in which the frequency of the high frequency oscillator is not influenced by the variations of the gap between the control coil and the workpiece. , especially in the case of continuous variation as a function of the rotation of said part. In addition, the present invention must make it possible to obtain, with simple means, an apparatus of constant sensitivity in a given range of deviations between the control coil and
la pièce.the room.
La présente invention permet de résoudre le problème posé par le fait qu'un circuit régulant la fréquence de contrôle en fonction de l'écart entre la bobine de contrôle et la pièce est prévu entre le démodulateur de fréquence et The present invention makes it possible to solve the problem posed by the fact that a circuit regulating the control frequency as a function of the difference between the control coil and the room is provided between the frequency demodulator and
l'oscillateur à haute fréquence.the high frequency oscillator.
La tension de régulation est alors constituée par la tension de sortie du démodulateur de fréquence. Pour que la régulation n'ait pas lieu en présence d'impulsions à flancs en forte pente, telles qu'elles sont produites par les défauts du matériau, par exemple des fissures ou criques, une autre caractéristique de la présente invention prévoit que le circuit de régulation de la fréquence de contrôle comporte un filtre passe-bas accordé. Toutes les déviations de fréquence plus lentes sont immédiatement compensées par le circuit de régulation et à l'aide de diodes à capacité prévues dans le circuit oscillant de l'oscillateur à haute fréquence. Grâce à ce montage avantageux, la fréquence de contrôle reste stable et sa valeur ne varie pas dans les cas suivants: lorsque la bobine de contrôle est mise en action avec un écart variable par rapport à la pièce, lorsque les écarts différents entre la bobine de contrôle et la pièce résultent d'écarts de tolérances entre les pièces, la bobine de contrôle étant réglée de façon fixe, lorsque l'écart entre la bobine de contrôle et la pièce varie au cours d'une révolution par suite de défauts de forme continus de ladite pièce (ovalité, défaut de planéité des faces radiales, défaut de coaxialité), - lorsque l'on doit s'attendre à ce que le matériau présente des propriétés différentes, The regulation voltage is then constituted by the output voltage of the frequency demodulator. In order for the regulation not to take place in the presence of steep sidewall pulses, as produced by the defects of the material, for example cracks or cracks, another feature of the present invention provides that the circuit control frequency regulator includes a tuned low-pass filter. All slower frequency deviations are immediately compensated by the control circuit and capacitance diodes provided in the oscillating circuit of the high frequency oscillator. With this advantageous arrangement, the control frequency remains stable and its value does not vary in the following cases: when the control coil is actuated with a variable deviation with respect to the part, when the different differences between the coil of The control and the workpiece result from differences in tolerances between the workpieces, the control spool being fixedly adjusted, when the distance between the control spool and the workpiece changes during a revolution due to continuous shape defects. of said part (ovality, lack of flatness of the radial faces, lack of coaxiality), - when it is to be expected that the material has different properties,
et lorsque la structure superficielle de la pièce varie. and when the surface structure of the room varies.
Tous les types de défauts et causes d'erreurs qui viennent d'être énuméréspeuvent, entre autres, se présenter en cas de déroulement automatique du contrôle. Le montage électrique avantageux de l'appareil de contrôle à courants de Foucault selon la présente invention permet de laisser le contrôle se dérouler automatiquement sans surveillance ni entretien, pendant une période prolongée, car l'appareil s'adapte automatiquement aux conditions qui règnent au point All the types of faults and causes of errors which have just been enumerated can, among others, occur in the case of automatic control. The advantageous electrical arrangement of the eddy current tester in accordance with the present invention allows the control to proceed automatically without supervision or maintenance, for a prolonged period of time, since the apparatus automatically adapts to the conditions prevailing at the point in time.
de contrôle et qui varient continuellement. control and which vary continuously.
Du fait que la fréquence de contrôle est constamment rajustée et reste donc constante, le démodulateur de fréquence peut présenter une courbe caractéristique en très forte pente, ce qui permet avantageusement d'obtenir une grande sensibilité et un haut degré de résolution des défauts. Grâce au fait que la fréquence de l'oscillateur est constante, le point de travail se trouve toujours au milieu de la caractéristique du démodulateur et, par conséquent, et indépendamment des facteurs d'influence précédemment mentionnés, toujours dans la partie à plus forte pente de la caractéristique, dont la pente est déjà très raide à priori. Ceci permet non seulement 247631 a d'obtenir la grande sensibilité précédemment mentionnée, mais Since the control frequency is constantly adjusted and therefore remains constant, the frequency demodulator may have a characteristic curve with a very steep slope, which advantageously makes it possible to obtain a high sensitivity and a high degree of resolution of the defects. Due to the fact that the frequency of the oscillator is constant, the working point is always in the middle of the characteristic of the demodulator and, therefore, and independently of the previously mentioned influence factors, always in the steepest part. of the characteristic, whose slope is already very stiff a priori. This not only allows 247631 to obtain the high sensitivity previously mentioned, but
aussi de rendre celle-ci constante.also to make it constant.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, le circuit de régulation du facteur d'amplification, régulation qui se fait en fonction de l'écart entre la bobine de contrôle According to another characteristic of the present invention, the control circuit of the amplification factor, which is adjusted according to the difference between the control coil
et la pièce, contient un amplificateur logarithmique. and the piece, contains a logarithmic amplifier.
Un circuit de régulation permet, de façon connue, de commander l'action d'un amplificateur de signaux de manière à compenser la réduction de la sensibilité de l'appareil de contrôle par courants de Foucault qui est provoquée par une augmentation de l'écart entre la bobine de contrôle et la pièce. Il s'ensuit que la sensibilité de l'appareil reste presque constante dans une gamme d'écarts déterminée. Selon la présente invention, le circuit de régulation comprend un amplificateur logarithmique, car il n'existe pas de relation linéaire entre le signal de sortie du démodulateur A control circuit makes it possible, in a known manner, to control the action of a signal amplifier so as to compensate for the reduction of the sensitivity of the eddy current tester which is caused by an increase in the difference between the control coil and the room. It follows that the sensitivity of the device remains almost constant in a given range of deviations. According to the present invention, the control circuit comprises a logarithmic amplifier, since there is no linear relationship between the output signal of the demodulator
de fréquence et l'écart entre la bobine de contrôle et la. frequency and the gap between the control coil and the.
pièce. Ceci permet d'améliorer la précision de la régulation. piece. This makes it possible to improve the accuracy of the regulation.
Selon une autre caractéristique de la présente inven- According to another characteristic of the present invention,
tion, la tension de sortie du démodulateur de fréquence de l'unique canal de l'appareil constitue la tension de tion, the output voltage of the frequency demodulator of the single channel of the apparatus constitutes the voltage of
régulation des deux circuits de régulation. regulation of the two control circuits.
La tension de sortie du démodulateur de fréquence, qui sert à réguler la fréquence de l'oscillateur à haute fréquence, The output voltage of the frequency demodulator, which serves to regulate the frequency of the high frequency oscillator,
est en même temps utilisée pour la régulation de la sensibi- at the same time is used for the regulation of
lité de l'appareil. Ceci permet de faire économie de the unit. This saves money
plusieurs composants.several components.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de The present invention will be better understood by means of
la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme the detailed description of an embodiment taken as
exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est un schéma-bloc d'un appareil de contrôle par courants de Foucault, qui est destiné à détecter les défauts de surface et comporte une régulation de la fréquence et de la sensibilité, la figure 2 est un diagramme représentant la hauteur du signal émis par le défaut, pour différents écarts entre Nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which: Figure 1 is a block diagram of an eddy current tester, which is intended to detect surface defects and includes a regulation of the frequency and sensitivity, FIG. 2 is a diagram representing the height of the signal emitted by the defect, for different differences between
la bobine de contrôle et la pièce. the control coil and the room.
L'appareil de contrôle par courants de Foucault, qui est représenté à la figure 1 par un schéma-bloc, se compose d'une bobine de contrôle 2, branchée sur un oscillateur à haute fréquence 1 et ne comportant qu'un seul enroulement.La bobine 2 est un élément de l'oscillateur 1, dont elle déter- mine, conjointement avec le condensateur 3, la fréquence d'oscillation qui constitue en même temps la fréquence de contrôle. Par l'intermédiaire d'un amplificateur 4, le signal à haute fréquence est transmis à un démodulateur de fréquence 5 qui convertit en un signal de défaut à basse fréquence la variation de fréquence provoquée par un défaut de la pièce. Un filtre passe-bande 6 monté en série avec le démodulateur laisse passer le signal de défaut proprement dit et atténue les signaux perturbateurs. Une tension de régulation, fournie par le démodulateur de fréquence 5, traverse un filtre passe-bas 7 qui ne laisse passer, en tant que tension de régulation, que des variations de fréquence plus lentes que celles dues au signal de défaut, et sert de tension de commande pour une chaîne de diodes à capacité 8, montée en parallèle au circuit oscillant de l'oscillateur à haute fréquence 1. Cette tension de régulation sert en The eddy current tester, which is shown in FIG. 1 by a block diagram, consists of a control coil 2, connected to a high frequency oscillator 1 and having only one winding. The coil 2 is an element of the oscillator 1, which it determines, together with the capacitor 3, the oscillation frequency which constitutes at the same time the control frequency. Through an amplifier 4, the high frequency signal is transmitted to a frequency demodulator 5 which converts the frequency variation caused by a defect of the part into a low frequency fault signal. A bandpass filter 6 connected in series with the demodulator passes the fault signal itself and attenuates the disturbing signals. A regulating voltage, supplied by the frequency demodulator 5, passes through a low-pass filter 7 which, as the control voltage, passes only slower frequency variations than those due to the fault signal, and serves as control voltage for a channel of diodes with capacitance 8, connected in parallel with the oscillating circuit of the high frequency oscillator 1. This regulation voltage is used in
même temps pour la régulation de l'amplification d'un ampli- same time for the regulation of amplifier amplification
ficateur de signaux 10 monté en série avec le filtre passe- signal indicator 10 connected in series with the pass filter.
bande 6, cette régulation étant réalisée par l'intermédiaire d'un second circuit de régulation doté d'un amplificateur logarithmique 9. Un amplificateur de signaux réglable 11, un comparateur 12, une mémoire de signaux de défauts 13 et, le cas échéant, un appareil indicateur sont les composants prévus en aval de l'appareil de contrôle par courants de band 6, this regulation being effected by means of a second regulation circuit provided with a logarithmic amplifier 9. An adjustable signal amplifier 11, a comparator 12, a fault signal memory 13 and, where appropriate, an indicating device are the components provided downstream of the
Foucault.Foucault.
Le diagramme de la figure 2 indique les caractéris- The diagram in Figure 2 shows the characteristics
tiques de régulation de l'appareil de contrôle par courants de Foucault. La courbe dessinée en trait plein montre control of the eddy current tester. The curve drawn in full line shows
l'évolution de la hauteur du signal à la sortie de l'amplifi- the evolution of the signal height at the output of the amplifier.
cateur de signaux, pour différents écarts entre la bobine de signal, for different distances between the coil of
contrôle et la pièce. Les valeurs mesurées ont été enregis- control and the room. The measured values were recorded
trées au cours d'un essai dans des conditions proches des conditions d'exploitation; une pièce cylindrique présentant une petite fissure superficielle tournait dans un dispositif during a test under conditions close to the operating conditions; a cylindrical piece having a small superficial crack turned in a device
24T631824T6318
de support de pièce et la bobine de contrôle éteit mise en room support and control coil turns off setting
action avec différents écarts par rapport à la pièce. action with different deviations from the piece.
Le diagramme révèle la haute qualité de la régulation, avec une déviation qui n'est que de -1-1 dB dans une gamme d'écarts entre la bobine de contrôle et la piece qui est comprise entre une distance presque nulle (proche du contact) et une distance voisine de 0,5 mm. Il s'agissait dans ce cas d'une très petite bobine de contrôle avec un noyau de 0,5 mm de diamètre. Avec des bobines plus grandes, la régulation se The diagram reveals the high quality of the regulation, with a deviation of only -1-1 dB in a range of deviations between the control coil and the piece which is between a distance of almost zero (close to the contact ) and a distance of about 0.5 mm. In this case it was a very small control coil with a 0.5 mm diameter core. With larger coils, the regulation is
fait dans une gamme d'écarts relativement plus grande. made in a relatively larger range of deviations.
La courbe dessinée en traits discontinus épais indique que le signal de défaut diminue fortement avec l'augmentation The curve drawn in thick dashed lines indicates that the fault signal decreases sharply with the increase
de l'écart bobine-pièce, la régulation Etant arrêtée. of the reel-piece deviation, the regulation being stopped.
Sous une forme légèrement modifiée, les circuits de In a slightly modified form, the circuits of
régulation représentés dans le présent exemple pour un appa- described in this example for a
reil de contrôle par courants de Foucault peuvant nussi servir pour d'autres procédés de contrôle, par exemple lors du contrôle optique, pour régaler l'intensité de la lumière, ou, dans le cas de la technique à ultrasons, pourla régulation Foucault current control electrode can also be used for other control methods, for example during optical control, to regulate the intensity of light, or, in the case of the ultrasonic technique, for regulation
de la fréquence de contrôle.the control frequency.
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| ST | Notification of lapse |