FR2605741A1 - Dispositif de controle de corps par onde electromagnetique du type ultrason - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE CONTROLE DE CORPS PAR ONDE ELECTROMAGNETIQUE DU TYPE ULTRASON. LE DISPOSITIF SE CARACTERISE ESSENTIELLEMENT PAR LE FAIT QU'IL COMPREND UNE SOURCE 10 D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES 13 EMETTANT EN DIRECTION DU CORPS 2 A CONTROLER, UN RECEPTEUR 14 D'UNE PARTIE 16 DES ONDES AYANT COOPERE AVEC LA MASSE DU CORPS, LE RECEPTEUR ETANT APTE A DELIVRER A SA SORTIE 17 UN SIGNAL REPRESENTATIF DE LA PARTIE DES ONDES RECUES, DES MOYENS 19 POUR CALCULER EN CONTINU LA DERIVEE, PAR RAPPORT AU TEMPS, DE CE SIGNAL, DES MOYENS 22 POUR COMPARER LA VALEUR DE LA DERIVEE A UNE VALEUR DE REFERENCE ET POUR DELIVRER UN SIGNAL D'ORDRE, DES MOYENS 40, 48, 51, 54) POUR METTRE EN MEMOIRE LA VALEUR D'UN SIGNAL OBTENU A LA SORTIE DU RECEPTEUR, A L'INSTANT OU LA DERIVEE EST EGALE A LA VALEUR DE REFERENCE, CES MOYENS ETANT COMMANDES PAR LE SIGNAL D'ORDRE, ET DES MOYENS 57 POUR VISUALISER LA VALEUR DU SIGNAL MIS EN MEMOIRE. APPLICATION, NOTAMMENT, AU CONTROLE NON DESTRUCTIF DE LA QUALITE DE PIECES DE TOUTE NATURE POUR LES INDUSTRIES AERONAUTIQUE, AUTOMOBILE, SPATIALE, ETC.

Description

Dispositif de contrôle de corps par
onde électromagnétique du type ultrason
La présente invention concerne les dispositifs de contrôle de corps par onde électromagnétique du type ultrason.

Dans de nombreuses industries comme, par exemple, l'industrie aéronautique, on réalise des pièces dont il faut être sûr de la qualité, dans leur réalisation, mais aussi dans la matière dans laquelle elles sont réalisées. En effet, une pièce fabriquée dans une matière donnée peut parattre parfaite quand on examine son état de surface. Par contre, lorsqu'on lui fait subir une radiographie par tout moyen adapté, on peut alors constater, dans sa masse, la présence de failles, crics inhomogénéité, etc... Ces éléments sont autant de défauts qui peuvent entraîner une fatigue prématurée des pièces et leur casse sous l'effet des différentes contraintes auxquelles elles sont soumises. Ainsi, dans l'exemple mentionné ci-dessus, la casse d'une telle pièce peut avoir une conséquence catastrophique quand elle arrive, par exemple, sur un avion en vol.

Aussi, pour radiographier la masse des différents corps de l'industrie, a-t-il été nécessaire de concevoir des appareils ou systèmes de contrôle, bien entendu non destructifs de la matière dans laquelle sont réalisées ces pièces.

Parmi ces nombreux appareils, il en existe un utilisant les ultrasons. Un tel appareil comprend très schématiquement une source de rayonnement ultrason émettant en direction de la pièce, de façon que ce rayonnement se propage dans la masse de celle-ci. Un phénomène bien connu des techniciens se produit au passage d'une discontinuité ou dioptre, une partie des ondes étant transmise, l'autre partie étant réfléchie. Un récepteur capte l'une des deux parties de ces ondes et les transforme par tous moyens en signaux visibles, par exemple, sur un enregistreur ou un écran vidéo, afin que les techniciens puissent étudier les ondes ayant coopéré avec la matière de la pièce à étudier, et en déduire sa qualité.

Ces appareils donnent de très bons résultats pour l'analyse de la masse d'une pièce. Cependant, tous ceux qui ont été étudiés et réalisés jusqu'a maintenant sont d'une conception qui ne permet pas une étude très rapide des corps et ont une structure qui en fait des appareils lourds et encombrants.

Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de corps par onde électromagnétique du type ultrason, caractérisé par le fait qu'il comprend
- une source d'ondes électromagnétiques émettant en direction dudit corps,
- un récepteur d'une partie des ondes ayant coopéré avec la masse dudit corps, ledit récepteur étant apte à délivrer à sa sortie un signal représentatif de la partie des ondes reçue,
- des moyens pour calculer en continu la dérivée par rapport au temps dudit signal délivré à la sortie dudit récepteur,
- des moyens pour comparer la valeur de ladite dérivée à une valeur de référence, cesdits moyens étant aptes à délivrer un signal d'ordre,
- des moyens pour mettre en mémoire la valeur d'un signal obtenu à la sortie dudit récepteur, à l'instant où la dérivée est égale à ladite valeur de référence, cesdits moyens étant commandés par ledit signal d'ordre, et
- des moyens pour visualiser la valeur dudit signal mis en mémoire.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels
- la Figure 1 représente un bloc diagramme fonctionnel d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, et
- la Figure 2 représente un ensemble de courbes permettant d'expliciter le fonctionnement du dispositif selon la Figure l et d'en faire ressortir les avantages.

La Figure 1 représente donc un bloc diagramme fonctionnel d'un mode de réalisation d'un dispositif 1 de contrôle d'un corps 2. Dans l'exemple choisi, on suppose que ce corps est constitué d'une plaque, par exemple métallique, délimitée par deux faces 3 et 4, comportant, dans sa masse, une faille 5 constituant une discontinuité dans l'homogénéité de sa structure.

Le dispositif 1 comprend une source émettrice 10 d'un rayonnement électromagnétique du type ultrason, commandable par son entrée de commande 11 pour envoyer, par exemple, un train d'ondes de quelques impulsions à une fréquence qui peut être de l'ordre de la centaine de kilohertz à quelques dizaines de mégahertz. Cet émetteur 10 a une fenêtre de sortie 12 permettant de diriger le rayonnement 13 vers le corps 2 dont il faut contrôler la qualité.

En association avec l'émetteur 10, le dispositif comprend un récepteur 14 dont la fenêtre d'entrée 15 est disposée pour recevoir le rayonnement 13 ayant interagi avec le corps 2. Ce récepteur 14 peut être associé à l'émetteur 10 pour recevoir, soit le rayonnement transmis à travers le corps, soit, comme représenté sur la Figure, le rayonnement 16 qui a été renvoyé par le corps de quelque façon que ce soit, réflexion, diffraction, etc... La sortie 17 du récepteur est apte à délivrer un signal électrique image représentatif du rayonnement qu'il a reçu sur sa fenêtre 15.

La sortie 17 du récepteur est reliée à l'entrée 26 d'un filtre 27 permettant, par exemple, de ne garder que les alternances positives d'un signal de fréquence, ce filtre étant schématisé par une diode 28.

La sortie 29 de ce filtre 27 est reliée à une première entrée 30 d'une porte 31 comportant deux deuxième et troisième entrées 32 et 33. Du type "ET", cette porte 31 est définie pour pouvoir transmettre à sa sortie 34 le signal qui lui est appliqué à son entrée 30, à condition qu'elle reçoive sur ses deux entrées 32 et 33 deux signaux d'ordre identiques par exemple deux "1 logique, la porte ne transmettant pas le s < . n.al si, sur au moins une de ses entrées 32 et 33, elle reçoit un signal d'ordre différent, par exemple un "O logique.

La sortie 29 du filtre 27 est aussi reliée à l'entrée 18 d'un circuit 19 permettant de calculer la dérivée de la valeur du signal délivré à la sortie du filtre 27.

La sortie 20 du circuit 19 est reliée à une entrée 21 d'un comparateur 22 apte à délivrer à sa sortie 23 un signal d'ordre représentatif du résultat de la comparaison de la valeur du signal qui lui est appliqué à son entrée 21 par rapport à une valeur de référence qui peut être appliquée par l'entrée d'affichage 24. A titre d'exemple, la sortie 23 du comparateur peut délivrer un "1" logique quand la valeur de la dérivée appliquée à l'entrée 21 passe à la valeur zéro et un "O" logique dans tous les autres cas. Cette sortie 23 est reliée. 8 la troisième entrée 33 de la porte logique 31.

Le dispositif comprend en outre un élément 35 commandable par son entrée 36 qui est apte à délivrer à sa sortie 37 d'un signal d'ordre de valeur représentative d'un "1" logique pendant une durée ss t à partir d'un instant origine t . Cet élément 35 peut être constitué o d'une ligne à retard 38 recevant sur son entrée une impulsion de commande, et délivrant à sa sortie, !-Q:?ès un temps déterminé, une impulsion commandant une bascule monostabte 39 apte à être déclenchée pour la durée #t mentionnée ci-dessus. La sortie 37 de cet élément 35 générateur d'une impulsion d'ordre est reliée à la deuxième entrée 32 de la porte 31.

Le dispositif comporte aussi une mémoire 40 apte à mémoriser au moins temporairement des valeurs de signaux du type analogique pendant au moins la durée ss t mentionnée ci-dessus, ainsi que des données permettant de dater chaque valeur mémorisée par rapport à un temps origine, notamment t0 mentionné ci-dessus. Cette mémoire 40 comporte deux entrées, une première entrée 41 pouvant recevoir les valeurs des signaux à mémoriser étant reliée à la sortie 34 de la porte 31, et une seconde entrée 42 étant reliée à la sortie 23 du comparateur 22 et à une sortie 43 d'une horloge 44 comportant une entrée 45 de commande de sa mise en état de comptage qui est, dans cet exemple, couplée avec une sortie 64 délivrant un signal représentant l'état de la source 10.

Les sorties 46 aptes à délivrer les valeurs des signaux mémorisées dans la mémoire 40 sont respectivement reliées aux entrées 47 d'un comparateur 48 permettant de délivrer à sa sortie 49 un signal représentant celui de tous ceux mémorisés qui a l'amplitude la plus grande. Cette sortie 49 est reliée à l'entrée 50 d'un convertisseur analogique-numérique 51 délivrant à sa sortie 52 un signal numérisé représentatif de l'amplitude sélectionnée à la sortie du comparateur 48, cette sortie 52 étant, elle, reliée à l'entrée 53 d'une mémoire permanente 54.

Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, il est mentionné que la mémoire 40 est une mémoire du type analogique et que seul le signal d'amplitude maximale sélectionné est mémorisé en sortie du comparateur. Cependant, dans certaines réalisations, il peut être avantageux d'effectuer en premier une conversion numérique des signaux en sortie de la porte 31 et de mémoriser l'ensemble des signaux dans des mémoires du type numérique. Dans ces conditions, il se peut que le volume des éléments nécessaires pour la réalisation de ce dispositif soit moins encombrant que celui des éléments utilisés pour le type analogique, surtout quand le nombre des signaux à comparer pour sélectionner celui qui a l'amplitude la plus grande est relativement élevé.

La mémoire permanente 54 a une sortie de lecture 55 qui lui permet d'être reliée à l'entrée 56 d'un afficheur du type vidéo 57 ou enregistreur.

Dans l'ensemble du dispositif décrit ci-dessus, les-éléments qui restent dans des états stables suite à des mises en mémoire, des comparaisons, etc... comportent des entrées de remise à zéro comme l'entrée 25 du comparateur 22, l'entrée 60 de la mémoire 40, l'entrée 61 de la mémoire 54, l'entrée 62 du comparateur 48, etc...

Dans l'exemple de réalisation illustré, les différents moyens entrant dans la combinaison structurelle ont été isolés mais il est bien évident qu'ils peuvent être intégrés et avantageusement constituer une partie d'un microprocesseur qui pourra, de plus, assurer d'autres fonctions pour faire du dispositif un produit industriel apprécié par les utilisateurs techniciens.

Le dispositif de contrôle d'un corps par onde électromagnétique du type ultrason fonctionne de la façon suivante, cette explication étant donnée en regard de la Figure 1 et de l'ensemble des courbes A à H de la Figure 2.

Quand l'émetteur 10 et le récepteur 14 sont bien positionnés par rapport au corps 2 dont il faut contrôler la qualité, l'émetteur est commandé par son entrée 11 et émet par sa fenêtre 12 une impulsion 100 d'ultrasons (Figure 2A), à partir d'un instant t . Cette impulsion o se propage à l'intérieur du corps 2 et, à chaque passage de dioptre 3, 5 et 4, elle donne naissance à des échos d'impulsions de réflexion 102, 103, 104 (Figure 2B) qui tombent sur la fenêtre 15 du récepteur 14, respectivement aux instants t , t2, t déterminés à partir
1 2 3 de l'instant t défini précédemment.

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Ces trois impulsions-échos correspondent aux réflexions partielles, respectivement sur les dioptres 3, 5 et 4. Par expérience, les techniciens arrivent assez facilement à déterminer la qualité d'une pièce. Dans l'exemple choisi, il est certain que c'est l'écho 103 qui est intéressant, car il correspond à la réflexion sur la faille 5, alors que les deux autres correspondent aux réflexions sur les dioptres d'entrée et de sortie de la lame.

La Figure 2C illustre l'écho 103 dans une représentation a échelle dilatée. Cet écho 103 reçu par le récepteur 14 est transformé en un signal électrique 124 obtenu en sortie 17 et qui a une forme homothétique de celle de l'écho. I1 présente donc un aspect identique à celui de la représentation sur la Figure 2C.

Ce signal 124 est filtré dans le filtre 27 qui délivre à sa sortie 29 un signal ne comprenant que des impulsions 105 ayant des alternances positives 106 (Figure 2D).

Par ailleurs, l'émetteur 10, par sa sortie 64, délivre un signal d'ordre qui déclenche, par commande à son entrée 36, le générateur 35 qui délivre un signal en forme de créneau, après une certaine constante de temps et pendant la durée ss t. La constante de temps et la durée sont déterminées, soit par expérimentation, soit par approches successives.

Ce signal en créneau de valeur logique "1" est appliqué à l'entrée 32 de la porte 31 qui reçoit les signaux filtrés délivrés à la sortie du filtre 27. L'autre entrée 33 de la porte 31 reçoit un signal qui a une valeur loqique "1" quand la pente des fonctions des alternances positives (Figure 2D) passe par une valeur nulle. Ainsi, pendant la durée t, t > la porte 31 ne laisse passer que les valeurs maximales 112, 113 (Figure 2G) des alternances 108, 109 tombant pendant la durée ss t (Figure 2E) et déterminées aux instants où la valeur de la dérivée passe par zéro, 110, 111 (Figure 2F).

Les signaux 112, 113, au nombre de deux dans l'exemple choisi, sont mémorisés dans la mémoire 40.

Parallèlement, l'horloge 44 avait été déclenchée par un ordre en provenance de l'émetteur, pour déterminer le temps du commencement de comptage. Le signal donné par l'horloge est appliqué à l'entrée 42 de la mémoire 40 et la valeur du signal-temps donné par l'horloge à l'instant où la valeur de la dérivée passe par zéro est aussi mémorisée. De ce fait, dans la mémoire 40, sont mémorisées les deux valeurs d'amplitude maximum 112, 113 et leur date t et t mesurée par rapport
110 111 au temps origine t défini ci-dessus.

0
Le comparateur 48 compare alors les valeurs des amplitudes des signaux 112, 113 mémorisés pour déterminer la valeur la plus grande.

Dans l'exemple choisi, la comparaison se limite à deux valeurs. I1 apparat t que l'amplitude de la valeur 112 est la plus grande.

Cette valeur analogique la plus grande est alors appliquée à l'entrée du convertisseur analogique, ou numérique, 51 qui délivre à sa sortie la valeur analogique, ou numérisée, 114 du signal 112. Cette valeur 114 est à son tour mémorisée dans la mémoire numérique 54 du type "ROM". Ainsi, cette valeur 114 peut-elle être affichée et lue sur un écran vidéo 57, ou portée sur un enregistreur permanent du type graphique sur papier, pour pouvoir facilement la conserver.

Bien-entendu, comme mentionné ci-dessus, la numérisation des valeurs pourrait être effectuée préalablement à leur mémorisation dans la mémoire 40. Ce mode de réalisation ne présente pas de difficulté pour l'homme de l'art.

De même, dans l'exemple illustré, il n'a été fait mention que d'un seul créneau de découpage donné par le générateur 35. Mais on peut concevoir, pour une facilité d'analyse, de procéder par récurrence en envoyant un train d'impulsions successives par l'émetteur 10 et en émettant des créneaux de durée ss t correspondants pour obtenir une pluralité de mesures successives et ainsi mieux analyser le corps.

I1 apparat que ce dispositif présente des avantages incontestables car il permet d'isoler des mesures significatives en petit nombre, faciles à appréhender par les techniciens, d'autant plus que les signaux visualisés sont obtenus en temps réel. De plus, la conception de ce dispositif selon l'invention en fait un dispositif facilement réalisable en circuit intégré ne nécessitant pas un nombre inportant de circuits actifs, ce qui fait qu'il peut être du type "portable".

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de contrôle de corps par onde électromagnétique du type ultrason, caractérisé par le fait qu'il comprend

- une source (10) d'ondes électromagnétiques (13) émettant en direction dudit corps (2),

- un récepteur (14) d'une partie (16) des ondes ayant coopéré avec la masse dudit corps, ledit récepteur étant apte à délivrer à sa sortie (17) un signal (124) représentatif de la partie des ondes reçue,

- des moyens (19) pour calculer en continu la dérivée par rapport au temps dudit signal délivré à la sortie dudit récepteur,

- des moyens (22) pour comparer la valeur de ladite dérivée à une valeur de référence, cesdits moyens étant aptes à délivrer un signal d'ordre,

- des moyens (40, 48, 51, 54, ...) pour mettre en mémoire la valeur d'un signal obtenu à la sortie dudit récepteur, à l'instant (110, 111) où la dérivée est égale à ladite valeur de référence, cesdits moyens étant commandés par ledit signal d'ordre, et

- des moyens (57) pour visualiser la valeur dudit signal mis en mémoire.

2. Dispositif selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT

QU'il comporte > disposé en sortie (17) dudit récepteur (14), un filtre (27).

3. Dispositif selon la revendication 2, CARACTERISE PAR LE FAIT

QUE ledit filtre est constitué par des moyens de diode (28) ne laissant passer que des alternances d'un même signe pour des ondes alternatives.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

CARACTERISE PAR LE FAIT QUE lesdits moyens pour mettre en mémoire la valeur d'un signal obtenu à la sortie dudit récepteur comportent des moyens (40) pour mémoriser une pluralité de valeurs du signal obtenu à la sortie dudit récepteur aux instants (110, 111) où la dérivée est égale à ladite valeur de référence, et des moyens (48) pour sélectionner une desdites valeurs dans ladite pluralité.

5. Dispositif selon la revendication 4, CARACTERISE PAR LE FAIT

QUE lesdits moyens pour sélectionner une desdites valeurs (112, 113) de ladite pluralité sont constitués par un comparateur (48) apte à délivrer à sa sortie (49) un signal représentatif de la valeur qui a l'amplitude la plus grande (112) parmi ladite pluralité de valeurs.

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

CARACTERISE PAR LE FAIT QU'il comporte des moyens (51) pour numériser la valeur du signal sélectionné à la sortie dudit récepteur avant sa mise en mémoire.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

CARACTERISE PAR LE FAIT QUE lesdits moyens pour mettre en mémoire la valeur d'un signal obtenu à la sortie dudit récepteur (14) comportent des moyens (35, 31) pour effectuer la mise en mémoire pendant une durée de découpage déterminée.

8. Dispositif selon la revendication 7, CARACTERISE PAR LE FAIT

QUE lesdits moyens pour effectuer la mise en mémoire pendant une durée de découpage déterminée comportent une porte logique (31) recevant, respectivement sur deux entrées (30, 33), les signaux délivrés par ledit récepteur (14) et ledit signal d'ordre, et un générateur (35) de créneaux de ladite durée de découpage déterminée, la sortie (37) dudit générateur de créneaux étant reliée à une troisième entrée (32) de ladite porte logique (31).

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

CARACTERISE PAR LE FAIT QU'il comporte des moyens (64, 44) pour dater le signal mémorisé (114).

10. Dispositif selon la revendication 9, CARACTERISE PAR LE FAIT

QUE lesdits moyens pour dater le signal mémorisé comportent une horloge (44) commandée par ladite source (10, 64).