FR2495778A1 - Detecteur de defauts dans les billes pour roulements utilisant des courants de foucault - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL PERMETTANT DE DETECTER DES DEFAUTS DE SURFACE SUR DES ARTICLES SENSIBLEMENT SPHERIQUES. UNE BROCHE 12 PORTANT UN MANDRIN A ASPIRATION 20 A UNE EXTREMITE AFIN DE SAISIR UNE BILLE 22 EST ENTRAINEE EN ROTATION DE FACON A FAIRE TOURNER LA BILLE SUR UN PREMIER AXE. UNE SONDE A COURANTS DE FOUCAULT 38 MONTEE POUR TOURNER SUR UN DEUXIEME AXE SENSIBLEMENT PERPENDICULAIRE AU PREMIER AXE EST POUSSEE CONTRE LA BILLE DE MANIERE A BALAYER UNE BANDE CIRCULAIRE EN VUE DE LA RECHERCHE DE FISSURES ET EST ENTRAINEE EN ROTATION SUR LE DEUXIEME AXE DE MANIERE A FAIRE VARIER L'EMPLACEMENT DE LA BANDE BALAYE SUIVANT LE PREMIER AXE. LE SIGNAL DE SORTIE DE LA SONDE EST APPLIQUE VIA UN FILTRE PASSE-BANDE 62 A UNE ALARME A SEUIL 68 ET A L'ENTREE VERTICALE D'UN OSCILLOSCOPE 64 DECLENCHE 34, 36, 70 EN SYNCHRONISME AVEC LA ROTATION DE LA BROCHE. L'INVENTION S'APPLIQUE AUX ARTICLES SPHERIQUES TELS QUE LES BILLES POUR ROULEMENTS.

Description

La présente invention concerne les appareils de

détection de défauts dans les articles manufacturés et, plus spé-

cialement, un appareil permettant de détecter les défauts en mesu-

rant les courants de Foucault dans des articles sensiblement sphé-

riques comme des billes pour roulements. Les appareils qui détectent des défauts dans des matériaux conducteurs en produisant et en mesurant des courants de Foucault dans les matériaux à contrôler sont bien connus dans la

technique et sont par exemple décrits dans les brevets des Etats-

Unis d'Amérique no 2 877 406, 3 089 084 et 4 123 708. Alors que la plupart de ces dispositifs effectue facilement le contrôle d'articles cylindriques tels que des tiges ou des tubes métalliques,

il n'est pas facile d'adapter leur utilisation à des articles sen-

siblement sphériques tels que des billes pour roulements.

Un but de l'invention est de proposer un détec-

teur de défauts qui est spécialement conçu pour être utilisé avec

des articles sensiblement sphériques.

Un détecteur de défauts sur la surface d'une Un détecteur de défauts tions des propriétés sont pas le résultat Un détecteur de défauts autre but de l'invention est de proposer un qui fonctionne de manière relativement uniforme sphère. autre but de l'invention est de proposer un

qui est relativement peu sensible aux varia-

matérielles de l'article à contrôler qui ne

de défauts.

autre but de l'invention est de proposer un qui est simple et peu coûteux par rapport

au résultat qu'il permet d'obtenir.

Selon un premier aspect, l'invention envisage un appareil permettant d'examiner un article sensiblement sphérique en vue d'y détecter de7défauts, dans lequel l'article est entralné en rotation sur un premier axe de manière qu'une sonde appropriée, par exemple une sonde à courants de Foucault, placée au voisinage

de la surface de l'article soit amenée à balayer une bande circu-

laire, et dans lequel l'ensemble de positionnement de la sonde est

lui-même entralné en rotation sur un deuxième axe coupant, de pré-

férence angle droit, le premier axe de manière à faire varier la

position de la bande balayée.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un appareil permettant d'examiner un article en vue d'y trouver des défauts dans lequel l'article est entraîné en rotation sur un axe de façon qu'une sonde appropriée, par exemple une sonde à courants de Foucault, placée au voisinage de la surface de l'article, soit amenée à balayer une bande circulaire, et dans lequel les signaux de sortie de la sonde obtenus pendant des rotations successives de l'article sont corrélés. De préférence, les signaux de sortie de

la sonde sont corrélés par couplage de la sonde à l'entrée hori-

zontale ou verticale d'un dispositif d'affichage et par balayage de l'autre entrée du dispositif d'affichage en synchronisme avec

la rotation de l'article.

Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un appareil permettant d'examiner un article afin d'y détecter des défauts, dans lequel l'article est entraîné en rotation sur un axe à une certaine fréquence de- manière à faire qu'une sonde appropriée, par exemple une sonde à courantsde Foucault,placée au voisinage de la surface de l'article balaye une bande circulaire, et dans lequel la sonde est couplée à un filtre présentant une fréquence

de coupure inférieure qui est sensiblement plus grande que la fré-

quence de rotation de l'article.

La description suivante, conçue à titre d'illus-

tration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:

- la figure 1 est une vue en plan de dessus par-

tiellement simplifiée d'un mode de réalisation du détecteur de défauts selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe fragmentaire de l'appareil présenté sur la figure 1, illustrant le sous-ensemble de positionnement de sonde; - la figure 3 est une vue en plan fragmentaire d'une forme modifiée de l'appareil de la figure 1, dans laquelle

un moteur est utilisé pour entraîner le sous-ensemble de position-

nement de sonde; et - la figure 4 est une vue en coupe fragmentaire d'une autre forme modifiée de l'appareil de la figure 1, incorporant

deux ensembles de rotation à bille disposés sur des axes orthD-

gonaux.

Comme le montre la figure 1, l'appareil de l'in-

vention, désigné dans son ensemble par la référence 10, comporte une broche tubulaire 12 disposée horizontalement qui est montée en rotation au moyen de paliers 14 et 16 sur une base 18. La

broche 12 reçoit un mandrin à aspiration amovible 20 dont une extré-

mité présente une taille conçue pour saisir une bille 22, dont la surface doit être contrôlée en vue de la recherche de défauts. De préférence, le mandrin 20 est constitué d'un matériau relativement mou afin de ne pas rayer la surface de la bille 22 à contrôler. A l'autre extrémité de la broche 12 par rapport au mandrin 20, un couplage rotatif 24 relie l'intérieur de la broche à un tuyau d'aspiration 26 couplé à une source convenable de vide partiel

(non représentée).

La broche 12 porte une roue dentée 28 qui est couplée par l'intermédiaire d'une chaîne d'entraînement 30 à une autre roue dentée 32 qui est montée sur l'arbre d'un moteur 34 à vitesse variable. Le moteur 34 est excité par l'intermédiaire d'une unité 70 de commande de vitesse réglable manuellement d'un type approprié connu dans la technique. Le moteur 34 produit également

sur une ligne 36 un signal de sortie tachymétrique en courant alter-

natif qui est proportionnel en amplitude à la vitesse du moteur 34 et présente une relation de phase fixe vis-à-vis de la position de

l'arbre du moteur. De préférence, les roues dentées 28 et 32 pré-

sentent un rapport de vitesse un-un si bien que le signal porté par la ligne 36 indique également la position angulaire de la

broche 12.

Selon l'invention, une deuxième broche 46 est montée rotative au moyen de paliers 48 et 50 sur la base 18, de telle manière que son axe coupe perpendiculairement l'axe de la broche 12 au niveau du centre de la bille 22. Un disque 44 monté sur la broche 46 à l'extrémité voisine de la bille 22 porte une extrémité d'une monture flexible 42 à bras parallèles, dont l'autre

extrémité est fixée au côté d'une sonde 38 à courants de Foucault.

La sonde 38 à courantsde Foucault peut être de

n'importe quel type approprié connu dans la technique. Plus spéciale-

ment, la sonde 38 peut contenir une bobine d'induction et de détection combinées (non représentée), à travers laquelle passe un courant alternatif pour induire des courants de Foucault dans la région à contrôler, ou bien des bobines distinctes d'induction et de détection

(non représentées).

Le disque 44 porte la sonde 38 de manière qu'elle puisse effectuer un mouvement de rotation dans un plan vertical passant par le centre de la bille 22 et par l'axe de la broche 12, tandis que la monture de flexion 42 pousse la pointe 40 de la sonde 38 contre la bille 22 suivant une ligne d'action qui passe par le centre de la bille. En maintenant la pointe 40 en contact avec la bille 22, on évite les variations du signal de sortie qui sont dues à des

variations d'écartement entre la pointe 40 et la bille 22. De pré-

férence, la pointe 40 de la sonde 38 est constituée d'un matériau à faible coefficient d'abrasion de manière à ne pas abîmer la surface de la bille 22 à contrôler. La broche 46 peut être entraînée en rotation manuellement par l'intermédiaire d'une manivelle 52 montée sur l'extrémité opposée à la bille 22, ou bien, automatiquement, par l'intermédiaire d'un moteur 54 à vitesse relativement faible et à couple limité, ainsi que cela est présenté dans la structure modifiée de la figure 3. Une paire de butées de limitation 56 et 58 qui sont circonférentiellement ajustables suivant la périphérie du disque 46 définissent des positions limites angulaires pour la rotation de la broche 46 (voir figure 2)

La description donnée ci-dessus montre clairement

que la rotation de la broche 12 amène la pointe 46 de la sonde 38

à balayer une bande circulaire de la bille 22, tandis que la rota-

tion de la broche 46 fait varier la position de la bande suivant

la largeur, c'est-à-dire suivant l'axe de la broche 12. Selon l'in-

vention la sonde 38 est couplée à un système électronique à courants de Foucault 60 d'un type approprié quelconque connu dans la technique,

par exemple un dispositif "EM 3300" de la société Automation Indus-

tries, ou un dispositif équivalent.

Les courants de Foucault induits dans la bille 22 par la bobine d'induction (non représentée) de la sonde 38 donnent naissance à une augmentation de la composante en quadrature de la tension de la bobine de détection qui est en phase avec le courant de la bobine d'induction. Alors que la composante en quadrature

voulue de la tension de la bobine de détection n'est pas, en pra-

tique, précisémient en phase avec le courant de la bobine d'induction,, on peut obtenir cette précision en décomposant la tension de la bobine d'induction en une composante "séparation par soulèvement" qui dépend de la proximité de la sonde 38 et de la bille 22 et une composante de "fissure" ou de "courants de Foucault" indépendante de la position de la sonde. Une telle décomposition est effectuée par le dispositif "EM 3300" utilisé dans l'ensemble électronique 60 à courants de Foucault. La sonde 38 est excitée à une fréquence qui

est choisie pour permettre l'obtention d'une profondeur de pénétra-

tion voulue de la bille 22 par le champ magnétique alternatif.

Selon l'invention, on couple le signal de sortie relatif à la composante de "fissurd'de l'ensemble électronique 60 à courants de Foucault avec l'entrée d'un filtre passe-bande 62 sont la bande passante couvre approximativement l'intervalle compris entre 400 et 1000 Hz. Le filtre 62 rejette les composantes de basse fréquence du signal de sortie du circuit 60 qui sont dues à des facteurs étrangers tels que le flux magnétique terrestre, le flux. propre des barres ou des fils, etc., ceci améliorant

la sensibilité de l'appareil 10 vis-à-vis des fissures. De préfé-

rence, la fréquence de rotation de la broche 12 n'est pas supérieure à environ un dixième de la partie de plus basse fréquence de la

bande passante du filtre 62, soit environ 40 Hz.

On fait parvenir le signal de sortie du filtre 62 à l'entrée verticale d'un oscilloscope à rayons cathodiques 64, avec ou sans mémorisation d'écran, qui reçoit un signal d'entrée de déclenchement par l'intermédiaire de la ligne 36 en provenance du tachymètre 34. En déclenchant l'oscilloscope 64 en synchronisme avec la rotation de la broche 12, on permet l'affichage répété du signal de fissure sur les balayages successifs de l'oscilloscope 64, ce qui améliore encore l'aptitude de l'ensemble électronique à faire la distinction entre des fissures et du bruit électronique. Si cela

est souhaitable, il est également possible de déclencher l'oscillos-

cope 64 sur une valeur de fréquence sous-multiple de la fréquence de rotation de la bille. Le signal de sortie du filtre 62 peut également être appliqué à un détecteur de niveau 66 qui actionne une alarme 68, par exemple une sonnerie, une lumière clignotante, etc. à chaque fois que le signal appliqué au détecteur de niveau

dépasse un certain seuil. Il est possible d'obtenir le seuil d'éta-

lonnage au moyen d'une bille dont on connaît les fissures ou d'un

modèle présentant un défaut fabriqué.

En fonctionnement, après avoir positionné la bille 22 sur un mandrin de dimension appropriée et avoir actionné le moteur 34 de manière qu'il entraîne la bille à une vitesse de rotation appropriée, on déplace la sonde 38 sur la bille 22 en faisant tourner la broche 46 de manière à balayer un segment de la bille qui est de préférence quelque peu supérieur à 90 . De préférence, la vitesse de l'unité de commande 70 est ajustée de manière à faire tourner la bille 22 à une vitesse superficielle

prédéterminée permettant de normaliser la largeur et, par consé-

quent la teneur en harmoniques, des impulsions appliquées au filtre 62, ce qui permet d'utiliser un filtre fixe. Après balayage du segment, on retire la bille 22 du mandrin 20, on la fait tourner

à la main sur un axe vertical d'environ 900 et on réajuste le man-

drin 20 à aspiration en vue d'un balayage supplémentaire. De cette manière, on balaye toute la surface de la bille 22. En balayant

un segment quelque peu plus grand que 90 durant chaque position-

nement de la bille 22, on assure que toute la surface de la bille

est "vue" par la sonde 38 avec un certain chevauchement de sécurité.

Si on le souhaite, au lieu de faire tourner à la main la bille de 90 sur un axe vertical, on peut faire appel à une autre broche 72 et un autre mandrin 74 montés sur un axe vertical passant par le centre de la bille, ainsi que cela est présenté sur la figure 4. Selon le fonctionnement de la forme modifiée d'appareil présentée sur cette figure, on commence par faire balayer la bille sur un segment quelque peu plus grand que 90 pendant qu'on retient la bille au moyen du mandrin à aspiration 20. Après ce balayage

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initial, on désactive le mandrin 20 et on actionne la source d'asp -

ration (non représentée) commandant le mandrin 74 afin de faire

tourner ensuite la bille 22 sur un axe vertical.

Avec l'agencement décrit ci-dessus, il est facile de détecter des fissures ouvertes ou fermées d'une longueur dépas- sant quelques centièmes de millimètre et d'une profondeur supérieure à quelques dizaines de micronssans endommager de manière détectable des billes finies de la meilleure qualité. De plus, il n'est pas nécessaire que l'objet à contrôler soit une sphère complète. Il est par exemple possible d'utiliser l'appareil 10 pour contrôler une

bille qui possède un méplat de dureté.

On voit donc que les objectifs de l'invention ont

été réalisés. Le détecteur de défauts de l'invention est spéciale-

ment conçu pour être utilisé avec les articles sensiblement sphé-

riques, et il opère de manière relativement uniforme sur toute la surface d'une sphère. Le détecteur de défauts de l'invention est relativement peu sensible aux variations des propriétés matérielles de l'article à contrôler qui ne sont pas associées à des défauts Enfin, le détecteur de l'invention est simple et peu coûteux eu

égard au résultat qu'il permet d'obtenir.

On comprendra que certaines particularités et sous-combinaisors présentent de l'utilité et peuvent être employées

sans qu'il soit fait appel à d'autres particularités et sous-com-

binaisons.Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer,

à partir de l'appareil dont la description vient d'être donnée à

titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses

variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Appareil permettant de contrôler un article (22) sensiblement sphérique en vue de la recherche de défauts, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison une sonde (38) à courants de

Foucault, un moyen (42) permettant de positionner la sonde au voisi-

nage de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34) permettant de faire tourner l'article sur un premier axe de manière à faire balayer par la sonde une bande de ladite surface, et un moyen (46, 52) permettant

de faire tourner le moyen de positionnement sur un deuxième axe cou-

pant le premier axe de manière à faire varier l'emplacement de ladite

bande.

2. Appareil permettant de contrôler un article (22) sensiblement sphérique en vue de la recherche de défauts, caractérise en ce qu'il comporte en combinaison une sonde de contrôle (38), un moyen (42) permettant de positionner la sonde au voisinage de la surface de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34) permettant de faire sélectivement tourner l'article sur l'un de deux axes se coupant de manière à faire balayer par la sonde une bande de ladite surface, et un moyen (46, 52) permettant de faire tourner ledit moyen de positionnement sur un axe coupant ladite paire d'axes de manière a

faire varier l'emplacement de ladite bande.

3. Appareil permettant de contrôler un article (22)

sensiblement sphérique en vue de la recherche de défauts, caracté-

risé en ce qu'il comporte en combinaison une sonde de contrôle (38)

fournissant un signal de sortie, un moyen (42) permettant de posi-

tionner la sonde au voisinage de la surface de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34) permettant de faire tourner l'article sur un premier axe de manière à faire balayer par la sonde une bande de ladite surface,

un moyen (46, 52) permettant de faire tourner ledit moyen de position-

nement sur un deuxième axe coupant le premier axe de manière à faire varier l'emplacement de ladite bande, un moyen d'affichage (64) aynnt des entrées horizontale et verticale, un moyen (60, 62) permettant de coupler la sortie de la sonde à l'une desdites entrées, et un moyen (34, 36) permettant de faire démarrer un balayage de l'autre

entrée en synchronisme avec la rotation de l'article.

4. Appareil permettant de contrôler un article (22)

sensiblement sphérique en vue de la recherche de défauts, caracté-

risé en ce qu'il comporte en combinaison une sonde de contrôle (38)

produisant un signal de sortie, un moyen (42) permettant de posi-

tionner la sonde au voisinage de la surface de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34) permettant de faire tourner l'article sur un premier axe afin de faire balayer par la sonde une bande de ladite surface,

un moyen (46, 52) permettant de faire tourner ledit moyen de posi-

tionnement sur un deuxième axe coupant le premier axe de manière à faire varier l'emplacement de ladite bande, et un moyen (60, 62) permettant de corréler les signaux de sortie de la sonde obtenus

pendant des rotations successives de l'article.

5. Appareil permettant de contrôler un article (22)

sensiblement sphérique en vue de la recherche de défauts, caracté-

risé en ce qu'il comporte en combinaison une sonde de contrôle (38), un moyen élastique (42) servant à pousser la sonde en contact avec la surface de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34) permettant de faire tourner l'article sur un premier axe afin de faire balayer

par la sonde une bande de ladite surface, et un moyen (46, 52) per-

mettant de faire tourner ledit moyen de poussée sur un deuxième axe coupant le premier axe de manière à faire varier l'emplacement

de ladite bande.

6. Appareil permettant de contrôler un article (22)

sensiblement sphérique en vue de la recherche de défauts, caracté-

risé en ce qu'il comporte en combinaison une sonde de contrôle (38), un moyen (42) permettant de positionner la sonde au voisinage de la surface de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34) permettant de faire tourner l'article sur un premier axe de manière à faire * balayer par la sonde une bande de ladite surface, et un moyen (46, 52) permettant de faire tourner ledit moyen de positionnement sur un deuxième axe sensiblement perpendiculaire au premier de manière

à faire varier l'emplacement de la bande.

7. Appareil permettant de contrôler un article (22)

sensiblement sphérique en vue de la recherche de défauts, caracté-

risé en ce qu'il comporte en combinaison une sonde de contrôle (38), un moyen (42) permettant de positionner la sonde au voisinage de la surface de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34) permettant de faire tourner l'article sur un premier axe de manière à faire balayer

par la sonde une bande de ladite surface, et un moyen (46, 52) per-

mettant de faire tourner ledit moyen de positionnement sur un deuxième axe coupant le premier axe de manière à faire varier l'em-

placement de ladite bande.

8. Appareil permettant de contrôler un article (22) en vue de la recherche de défauts., caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison une sonde de contrôle (38) possédant une sortie, un

moyen (42) servant à positionner la sonde au voisinage de la sur-

face de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34) permettant de faire tourner l'article sur un axe de manière à faire balayer par la sonde une bande de ladite surface, un moyen d'affichage (64) possédant des entrées horizontale et verticale, un moyen (60, 62) permettant de coupler la sortie de la sonde à l'une desdites entrées, et un moyen (34, 36) permettant de faire démarrer un balayage de l'autre entrée en

synchronisme avec la rotation de l'article.

9. Appareil permettant de contrôler un article en vue de la recherche de défauts, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde de contrôle (38) produisant un signal de sortie, un moyen (42) permettant de positionner la sonde au voisinage de la surface de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34) permettant de faire tourner l'article sur un axe de manière à faire balayer par la sonde une bande de ladite surface, et un moyen (34, 36, 60, 62, 64) permettant de corréler les signaux de sortie de la sonde obtenus pendant des

rotations successives de l'article.

10. Appareil permettant de contrôler un article (22) en vue de la recherche de défauts, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde de contrôle (22), un moyen (42) permettant de positionner la sonde au voisinage de l'article, un moyen (12, 28, 32, 34, 70) permettant de faire tourner l'article à une certaine fréquence sur un axe de manière à faire balayer par la sonde une bande de ladite surfa e, un filtre (62) ayant une fréquence de coupure inférieure sensiblement supérieure à ladite fréquence de rotation, et un

moyen (36, 62, 64) permettant de coupler la sonde au filtre.