FR2689637A1 - Procédé et installation de contrôle non destructif d'une pièce utilisant un capteur à courants de foucault. - Google Patents

Abstract

Dans une installation de contrôle non destructif d'une pièce (10) telle qu'une pièce en matériau composite, on balaye la surface (12) de la pièce avec un capteur à courants de Foucault (10) dont on extrait des signaux de sortie représentant les parties réelle (Rc n ) et imaginaire (Xc n ) normalisées de l'impédance de mesure normalisée (Zc n ) de ce capteur. A partir de ces signaux de sortie, un ordinateur (30) calcule une première valeur (alpha) représentative de la distance (d) capteur-surface et indépendante de la conductivité (sigma) de la pièce, et une deuxième valeur (theta) représentative de la conductivité (sigma) et indépendante de la distance (d). A partir de paramètres obtenus lors d'une opération d'apprentissage préalable l'ordinateur (30) calcule ensuite la distance (d) et la variation relative (CF DESSIN DANS BOPI) de la conductivité de la pièce, par rapport a une zone de référence de celle-ci.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE CONTROLE NON DESTRUCTIF
D'UNE PIECE UTILISANT UN CAPTEUR A COURANTS
DE FOUCAULT.

DESCRIPTION
L'invention concerne un procédé de contrôle non destructif d'une pièce, mettant en oeuvre un capteur à courants de Foucault avec lequel on balaye une surface de la pièce à contrôler. L'invention concerne également une installation mettant en oeuvre ce procédé.

L'invention s'applique de façon générale à tous les essais et les contrôles non destructifs qui peuvent être effectués sur des pièces à différents stades de leur fabrication, afin de contrôler la qualité de la matière ou le déroulement de la fabrication de la pièce. Dans ce contexte, l'invention trouve une application privilégiée dans le cas des pièces réalisées en des matériaux présentant une conductivité électrique relativement faible et une surface non plane, même si elle peut être utilisée dans tous les autres cas.

Les capteurs à courants de Foucault sont largement utilisés dans l'industrie, notamment pour repérer des discontinuités de surfaces sur des pièces métalliques et pour détecter des défauts tels que des fissures dans des pièces métalliques. Ainsi, certains robots tels que des robots de soudage utilisent des capteurs à courants de Foucault pour se recentrer sur le joint séparant deux pièces à souder. Par ailleurs, dans l'industrie nucléaire, le contrôle de l'intégrité des tubes d'échange de chaleur des générateurs de vapeur équipant les centrales nucléaires est effectué périodiquement à l'aide de capteurs à courants de Foucault.

Comme l'illustrent ces deux exemples, pour un capteur à courants de Foucault de géométrie donnée et excité à une fréquence déterminée, le signal de sortie ou réponse du capteur dépend, d'une part, de la distance entre le capteur et la surface de la pièce et, d'autre part, des propriétés de cette pièce (conductivité a, perméabilité , géométrie ...).

Cette caractéristique des capteurs à courants de Foucault s'explique par leur fonctionnement particulier, dont on rappellera brièvement le principe. Un tel capteur est constitué d'un circuit magnétique ouvert, sur lequel est placé un bobinage parcouru par un courant alternatif. Le champ magnétique émis par le capteur s'établit dans une zone de rayonnement qui dépend essentiellement de la géométrie du circuit magnétique. L'effet produit par l'approche d'une cible conductrice (la pièce à contrôler) dans la zone sensible du capteur se traduit par une variation de la topologie des lignes de champ, accompagnée de pertes électromagnétiques dues à la pénétration du champ à l'intérieur du matériau. Le signal de sortie ou la réponse du capteur est obtenu en mesurant l'impédance du bobinage d'excitation ou d'un bobinage de mesure associé au bobinage d'excitation. Pour un capteur de géométrie donnée excité à une fréquence déterminée, les variations de l'impédance mesurée découlent donc soit d'une variation de la distance capteur-cible, soit d'un changement dans les propriétés locales de la cible, soit enfin d'une combinaison de ces deux phénomènes.

Dans un certain nombre d'applications industrielles, le fait que les capteurs à courants de Foucault soient sensibles simultanément aux deux grandeurs constituées par la distance capteur-cible et par les propriétés de la cible n'est pas génant. Ainsi, lorsqu'on désire repérer une variation brutale de surface comme c'est le cas lors du suivi d'un joint par un robot de soudage, un éventuel changement des propriétés locales de la cible ne perturbe pas le repérage. A l'inverse, la détection de défauts tels que des fissures dans un tube de générateur de vapeur est effectuée à l'aide d'un outil qui se centre automatiquement dans le tube, de telle sorte que la distance cible-capteur reste sensiblement constante et qu'un contrôle efficace peut être effectué.

I1 existe cependant de nombreux cas pour lesquels l'utilisation industrielle de capteurs à courants de Foucault ne peut être actuellement envisagée par suite de l'impossibilité qu'il y aurait à distinguer les variations du signal de sortie résultant d'une variation de la distance capteur-cible des variations du signal de sortie résultant d'un changement des propriétés locales de la cible. En effet, les variations du signal de sortie d'un capteur à courants de Foucault dues à un changement de conductivité de la pièce sont d'autant plus difficiles à distinguer des variations de ce signal dues à des modifications de la distance capteur-pièce que la conductivité de la pièce est faible et que la surface de la pièce présente des formes irrégulières et complexes. Cette situation se présente notamment dans le cas des pièces en matériau composite, dont la conductivité est faible et dont les surfaces présentent généralement des courbures et des évolutions rendant très difficile le maintien d'une distance capteur-pièce constante.

Dans tous les cas précités, le contrôle non destructif des pièces doit donc être effectué par des techniques différentes telles que le contrôle par ultrasons. Cependant, ces techniques sont sensiblement plus coûteuses et plus difficiles à mettre en oeuvre que les techniques de contrôle par courants de Foucault, de sorte qu'il apparaît très souhaitable de pouvoir généraliser l'utilisation des capteurs à courants de Foucault en surmontant les problèmes énoncés précédemment.

L'invention a précisément pour objet un procédé et une installation permettant d'effectuer le contrôle non destructif d'une pièce quelconque au moyen d'un capteur à courants de Foucault, en distinguant dans le signal de sortie du capteur les variations dues aux modifications de la distance capteur-cible des variations dues au changement de conductivité de la pièce.

Conformément à l'invention ce résultat est obtenu au moyen d'un procédé de contrôle non destructif d'une pièce, selon lequel on balaye une surface de la pièce à l'aide d'un capteur à courants de Foucault excité à une fréquence donnée, et on relève les variations d'au moins un signal de sortie du capteur, représentatives des variations de deux grandeurs constituées par la distance d capteur-surface et la conductivité a de la pièce, caractérisé par le fait qu'on relève les variations de deux signaux de sortie constitués par les parties réelle RCn et imaginaire Xcn normalisées de l'impédance de mesure normalisée du capteur, on calcule, pour chacune des parties réelle et imaginaire normalisées détectées, au moins une valeur représentative d'une première desdites grandeurs et indépendante de l'autre, et on en déduit la variation de cette première grandeur lors du balayage.

Selon ce procédé, on peut ainsi calculer une première valeur a représentative de la distance capteur-surface et indépendante de la conductivité et de la fréquence et/ou une deuxième valeur O représentative du produit de la conductivité de la pièce par la fréquence d'excitation et indépendante de la distance capteursurface.

Pour calculer la première valeur a on utilise la relation

dans laquelle r0 et rl sont des paramètres liés à la pièce contrôlée.

De façon comparable on calcule la deuxième valeur e en utilisant la relation
2(roRcn+Xcn-1) [Rcn+ro(1-Xcn)]
O = Arctan
[Rcn+ro(1 - Xcn)]2 - (roRcn-1+Xcn) dans laquelle r0 et rl sont les paramètres indiqués précédemment.

Avant de balayer la surface de la pièce à contrôler à l'aide du capteur, on effectue un apprentissage préalable au cours duquel on fait varier la distance d capteur-surface, on relève les parties réelle RCn et imaginaire Xcn normalisées pour chaque valeur de cette distance d, on calcule la première valeur a correspondant à chacune de ces valeurs et on détermine les paramètres aO et al d'une fonction assimilée, dans le cas de faibles écarts de distance à une loi linéaire a a0 + al.d. On utilise ensuite ces paramètres a0 et a1 pour déduire la valeur de la distance d capteursurface de la première valeur a calculée lors du balayage au moyen de la relation
a - a0
d =
a1
Au cours de l'apprentissage préalable, on peut également faire varier la fréquence d'excitation f du capteur, de façon à relever les parties réelle RCn et imaginaire Xcn normalisées pour chaque valeur de cette fréquence, à calculer la deuxième valeur e correspondant à chacune de ces valeurs, puis à déterminer les paramètres a0 et a1 d'une fonction linéaire 1 =
e a0 + al.f. On utilise ensuite ces paramètres ao et al pour déduire la variation relative de la conductivité a de la deuxième valeur e calculée lors du balayage.

Pour calculer la variation relative # - #o
a0 de la conductivité, on utilise la relation
1 # - #0 = # - a0 - aO 0
a0 a1.fo
Par ailleurs, on détermine les paramètres r0 et r1 à partir d'une fonction linéaire 1e = r0 + r1 (1-k2) obtenue lors d'une opération d'apprentissage préalable au cours de laquelle on fait varier la distance d capteur-surface, on relève les parties réelle RCn et imaginaire Xcn normalisées pour chaque valeur de cette distance d et on assimile la courbe obtenue pour chaque valeur de la distance d à un cercle d'équation
k2 Im k 2 k4 Im
(Rcn + ) + (xcn - 1 + )= ( + 1),
2 Re 2 4 Re dans lequel k représente le coefficient de couplage d'un transformateur électrique virtuel servant de modèle électrique à l'ensemble capteur-cible et Im représente le rapport partie imaginaire/partie réelle de l'impédance de la charge du secondaire de ce transformateur (cette charge représentant en pratique la puissance complexe dissipée par induction dans la cible).

Avantageusement, on assimile cette courbe à un cercle par la méthode des moindres carrés.

L'invention concerne également une installation de contrôle non destructif d'une pièce, comprenant un capteur à courants de Foucault, apte à être déplacé devant une surface de la pièce à contrôler et des moyens pour exciter ce capteur à une fréquence donnée, de façon à faire émettre par le capteur au moins un signal de sortie dont les variations sont représentatives des variations de deux grandeurs constituées par la distance d capteur-surface et la conductivité a de la pièce, caractérisé par le fait que, le capteur émettant deux signaux de sortie constitués par les parties réelle RCn et imaginaire Xcn normalisées de l'impédance de mesure normalisée de ce capteur, l'installation comprend des moyens de traitement calculant, pour chacune des parties réelle et imaginaire normalisées détectées, au moins une valeur représentative d'une première desdites grandeurs et indépendantes de l'autre, et déterminant la variation de cette première grandeur lors du balayage.

On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 représente schématiquement une installation de contrôle non destructif conforme à l'invention
- la figure 2 représente plus en détail une partie de l'installation de la figure 1 comprenant le capteur à courants de Foucault et l'appareil de mesure associés ;
- la figure 3 représente, dans le plan d'impédance normalisé, la répartition des différents points représentatifs des signaux de sortie normalisés RCn et Xcn du capteur lorsqu'on fait varier sa fréquence d'excitation f ainsi que la distance d séparant le capteur de la cible, au cours d'une opération d'apprentissage
- la figure 4 est une droite représentant les variations du rapport Im partie imaginaire/partie
Re réelle de l'impédance secondaire d'un transformateur électrique virtuel servant de modèle au capteur à courants de Foucault associé à la pièce, en fonction de l'expression 1 - k2, dans laquelle k représente le coefficient de couplage de ce transformateur virtuel, cette droite étant obtenue en assimilant à un cercle chacune des courbes obtenues sur la figure 3 pour une même valeur de la distance d capteur-cible
- la figure 5 représente, dans le plan d'impédance normalisée, la détermination géométrique des deux valeurs a et e qui peuvent être calculées, conformément à l'invention, afin de distinguer à partir des signaux de sortie délivrés par le capteur les variations qui résultent d'une évolution de la distance capteur-cible des variations qui résultent d'une évolution de la conductivité de la pièce
- la figure 6 représente la droite obtenue en calculant, pour une fréquence donnée, les valeurs de a correspondant à différentes valeurs de la distance d capteur-pièce (en mm), à la suite de l'opération d'apprentissage ; et
- la figure 7 représente la droite obtenue en calculant, pour une valeur donnée de la distance capteur-pièce, l'évolution de 1 (en 1/degré) en fonction
e de la fréquence f (en MHz).

Comme l'illustre schématiquement la figure 1, l'installation de contrôle non destructif selon l'invention comprend un capteur à courants de Foucault 10, prévu pour être placé devant une surface d'une pièce 12 à contrôler, constituant la cible du capteur.

Le capteur à courants de Foucault 10 peut être d'une structure quelconque et comprendre selon le cas soit un bobinage unique servant à la fois à l'excitation et à la mesure, soit plusieurs bobinages permettant de dissocier ces deux fonctions. On comprendra cependant que le choix du capteur n'est pas indifférent et que la qualité de la mesure est d'autant meilleure que le capteur utilisé est sensible et précis.

En ce qui concerne la pièce 12 constituant la cible du capteur, il peut s'agir d'une pièce de nature quelconque, à condition que la conductivité électrique a de cette pièce permette de déceler d'éventuelles variations révélatrices de la présence de défauts. Une application particulièrement intéressante de l'invention concerne le cas où la pièce 12 est une pièce en matériau composite, par exemple à base de fibres de carbone, et dont la surface présente une courbure évolutive rendant difficile le maintien d'une distance capteur-pièce constante.

Afin de permettre un balayage rigoureux de la surface de la pièce 12 à contrôler, le capteur 10 est avantageusement monté sur un robot illustré schématiquement en 14 sur la figure 1. Ce robot 14 permet de déplacer le capteur 10 en face de la surface de la pièce 12 d'un pas élémentaire, dans une direction prédéterminée, à chaque fois qu'une mesure a été effectuée. I1 est à noter cependant que le balayage de la surface de la pièce 12 par le capteur 10 pourrait être réalisé par tout autre moyen et notamment manuellement, dans le cas d'un contrôle relativement ponctuel de cette pièce.

Le capteur à courants de Foucault 10 est relié électriquement à un appareil de mesure 16 complémentaire de ce capteur et dont les éléments essentiels vont à présent être décrits en se référant à la figure 2, dans le cas d'un capteur à courants de Foucault 10 comprenant une bobine d'excitation 18 et une bobine de mesure 20.

L'appareil de mesure associé au capteur à courants de Foucault 10 comprend tout d'abord un générateur de courant alternatif 22 branché aux bornes du bobinage d'excitation 18 du capteur, de façon à pouvoir alimenter ce dernier avec un courant électrique alternatif dont la fréquence f peut être réglée, dans le cas où la pièce est en matériau composite, entre des valeurs comprises, par exemple, entre 1 MHz et 10 MHz. Ces va leurs peuvent bien entendu être différentes lorsque la pièce placée en face du capteur présente une conductivité différente.

Comme l'illustre la figure 2, une résistance 24 est montée en série avec le bobinage d'excitation 18 du capteur et les deux bornes de cette résistance sont reliées respectivement à la terre et à l'entrée A d'un circuit 26 de mesure de gain et de phase constituant une partie de l'appareil de mesure 16 de la figure 1.

On comprend qu'avec ce montage, la tension du signal reçu à l'entrée A du circuit de mesure 26 est représentative de l'intensité du courant circulant dans la résistance 24 et dans le bobinage d'excitation 18 du capteur 10.

Par ailleurs, le bobinage de mesure 20 du capteur à courants de Foucault 10 est connecté entre la terre et une deuxième borne d'entrée B du circuit de mesure 26. Par conséquent, la tension du signal admis à l'entrée B du circuit de mesure 26 représente la tension aux bornes du bobinage de mesure 20 du capteur.

De façon facultative et comme on l'a illustré en traits pointillés sur la figure 2, l'appareil de mesure 16 peut également comprendre un oscilloscope 28 comportant une première entrée A qui est raccordée à l'extrémité du bobinage d'excitation 18 opposée à la résistance 24 et une entrée B qui est raccordée à la borne B du circuit de mesure 26.

Le circuit de mesure de gain et de phase 26 est un circuit électronique classique permettant, à partir des signaux de tension admis à ses entrées A et B, d'émettre à la sortie de l'appareil de mesure 16 associé au capteur 10 un premier signal de sortie R représentatif de la partie réelle de l'impédance de mesure Z du capteur et un deuxième signal de mesure X représentatif de la partie imaginaire de cette impédance de mesure (voir figure 1).

Lorsqu'aucune cible n'est placée en face du capteur 10, ces parties réelle et imaginaire prennent des valeurs Ro et XO représentatives des pertes et de la réactance du capteur 10 en l'absence de cible. Au contraire lorsqu'une cible est placée en face du capteur 10, ces parties réelle et imaginaire de l'impédance de mesure du capteur prennent des valeurs variables qui sont désignées par Rc et Xc. Ces valeurs Rc et Xc dépendent notamment, comme on l'a vu, de la distance d capteur-cible et de la conductivité a de la cible.

Les signaux de sortie R et X issus de l'appareil de mesure 16 associé au capteur 10 sont introduits dans un ordinateur 30 (figure 1), qui effectue un certain nombre de calculs, afin d'obtenir, au cours des mesures, une première valeur a représentative de la distance d capteur-surface et indépendante de la conductivité a de la pièce et une deuxième valeur e représentative de cette conductivité et indépendante de la distance capteursurface. Les éléments essentiels de ces calculs seront explicités par la suite.

Les informations contenues dans la première valeur a et dans la deuxième valeur O sont exploitées dans l'ordinateur 30, d'une manière qui sera également précisée par la suite, de façon à déterminer directement la valeur de la distance d capteur-surface et la valeur de la variation relative de la conductivité de la piè ce # - #o entre une région de la pièce située en face
#o du capteur et une région de référence de la pièce.

Ces dernières informations sont stockées dans l'ordinateur 30 et/ou affichées sur une imprimante 32 ou sur un dispositif équivalent, après quoi un ordre est donné au robot 14 afin de déplacer le capteur 10 d'un pas élémentaire selon le chemin de balayage préétabli.

Les signaux qui sont émis par l'appareil de mesure 16 lorsqu'une cible est placée en face du capteur 10 dépendent de la valeur de la résistance 24 (figure 2). De plus, ils prennent en compte les pertes du capteur en l'absence de cible et la croissance de la réactance avec la fréquence.

Pour s'affranchir de ces différentes influences, l'ordinateur 30 calcule systématiquement, pour chacune des valeurs Rc et Xc des signaux délivrés par l'appareil de mesure 16 lorsqu'une cible se trouve en face du capteur 10 les parties réelle Rcn et imaginaire
Xcn normalisées de l'impédance de mesure normalisée Zcn du capteur 10. Ces parties réelle et imaginaire normalisées rendent uniquement compte des modifications d'impédance apportées par la présence de la cible en face du capteur et sont données par les relations
Rc - Ro
Rcn = et Xcn = Xc/Xo.

XO
Afin que ce calcul puisse être effectué dans l'ordinateur 30 à chaque fois qu'une mesure est réalisée avec le capteur 10 placé en face d'une cible, les valeurs des parties réelle Ro et imaginaire XO de l'impédance de mesure ZO du capteur en l'absence de cible sont entrées dans l'ordinateur au cours d'une mesure préalable qui est faite en écartant le capteur 10 d'une distance suffisante de la surface de la pièce 12 et en se plaçant à une fréquence d'excitation f0 donnée.

Les mesures proprement dites sont également précédées d'opérations d'apprentissage préalables, permettant de rentrer dans l'ordinateur 30 un certain nombre de données dont on verra par la suite qu'elles sont utilisées par l'ordinateur pour effectuer les calculs sur les signaux de sortie Rc et Xc délivrés par l'appareil de mesure 16 lorsqu'on réalise le balayage de la pièce 12 à l'aide du capteur 10 pour réaliser le contrôle non destructif de cette pièce.

Afin d'effectuer ces opérations d'apprentissage, on place le capteur 10 en face d'une zone de référence de la pièce 12 et on effectue, pour différentes valeurs de la distance d capteur-pièce, un balayage en fréquence par exemple en faisant varier cette dernière de 1 MHz à 9 MHz avec un pas de 1 MHz. A titre d'exemple, cette opération peut être effectuée pour des distances capteur-pièce comprises entre 0 et 2 mm, séparées l'une de l'autre de 0,2 mm.

Les signaux Rc et Xc délivrés par l'appareil de mesure 16 sont normalisés dans l'ordinateur 30, au moyen des parties réelle Ro et imaginaire Xo mesurées précédemment de l'impédance de mesure Z0 du capteur en l'absence de cible. Comme l'illustre la figure 3, lorsque les valeurs des parties réelle RCn et imaginaire
Xcn normalisées ainsi obtenues sont portées dans le plan d'impédance normalisée dont les axes des abscisses et des ordonnées correspondent respectivement à Rcn et à Xcn, on constate que tous les points obtenus pour une même distance capteur-cible en faisant varier la fréquence se trouvent situés sensiblement sur un même cercle et que tous les points obtenus en faisant varier la distance pour une même fréquence se trouvent situés sur une même droite. Plus précisément, ces cercles et ces droites passent tous par le point (0,1) d'abscisse 0 et d'ordonnée 1.

En partant de la première de ces observations, on cherche à identifier à l'intérieur de l'ordinateur 30 la courbe passant par l'ensemble des points obtenus pour une même valeur de la distance capteur-pièce à un cercle d'équation
k2 Im k2 2 k4 Im
(Rcn + ) + (xcn - 1 + )= ( + 1), (1)
2 Re 4 Re
Cette équation, mémorisée dans l'ordinateur 30, a été obtenue à partir d'un modèle électrique de type transformateur, dont les circuits primaire et secondaire jouent respectivement les rôles du capteur et de la cible dans l'installation de contrôle. Plus précisément, ce modèle électrique se compose d'un transformateur présentant un couplage k entre une bobine primaire Lo et une bobine secondaire L1, et il comporte en outre dans le circuit primaire une résistance Ro et dans le circuit secondaire une impédance complexe Re + jIm.

Par une méthode telle que la méthode des moindres carrés, l'ordinateur calcule, à partir des valeurs des parties réelle RCn et imaginaire Xcn normalisées issues des mesures d'apprentissage effectuées en maintenant constante la distance capteur-pièce, les valeurs que doivent prendre le rapport Im et le cou
Re plage k dans l'équation Pour que la courbe correspondante soit identifiée à un cercle dans le plan d'impédance normalisée de la figure 3.

En répétant cette opération pour différentes valeurs de la distance capteur-pièce, on obtient comme l'illustre la figure 4 différents points sur une courbe donnant la valeur du rapport Im en fonction de 1 - k2.

Re
Comme l'illustre plus précisement cette figure, ces différents points sont sensiblement alignés sur une droite d'équation
n = r0 + r1 (1-k2). (2)
Re
Lors des opérations préalables d'apprentissage, l'ordinateur 30 détermine, pour la pièce considérée les valeurs des paramètres r0 et rl de la droite d'équation (2) illustrée sur la figure 4, après avoir calculé chacun des couples Im et k correspondant aux différentes
Re distances d pour lesquelles des mesures ont été effectuées lors de l'apprentissage.

Les observations faites précédemment en se référant à la figure 3 montrent que la mesure des parties réelle RCn et imaginaire Xcn normalisées de l'impédance du capteur peut permettre d'extraire des informations indépendantes concernant la distance capteur-pièce et concernant les propriétés de la pièce. En effet, on a vu qutà distance capteur-pièce constante, le point représentatif de la mesure dans le plan d'impédance normalisée se déplace sur un cercle passant par le point (0,1) alors que ce même point se déplace sur une droite passant également par le point (0,1) lorsqu'on fait varier la distance.

Afin d'exploiter cette propriété, on a imaginé, comme l'illustre la figure 5, de caractériser la conductivité a de la pièce 12 située, en face du capteur 10, par un angle e et de caractériser la distance d entre le capteur et la pièce par une valeur cx de la partie imaginaire normalisée Xcn.

La position dans le plan d'impédance normalisée du point de mesure M sur le cercle C1 correspondant passant par le point A (0,1) est une image de la conductivité locale de la pièce. Le point d'intersection N de la droite AM avec un cercle C2, de centre C, correspondant à la réponse drun capteur ayant un coefficient de couplage parfait, c'est-à-dire passant à la fois par le point A et par un point B (0,0), constitue une information représentative de la conductivité locale de la cible et indépendante de la distance entre le capteur et la pièce. L'angle i, qui est l'angle au centre entre le diamètre AD du cercle C2 et le rayon CN de ce cercle est donc bien une estimation possible de la conductivité locale de la pièce en face du capteur.

Par ailleurs, cx représente l'ordonnée du point d'intersection du cercle C1 sur lequel se trouve le point de mesure M avec la droite AB dans le plan d'impédance normalisée. Compte tenu des observations faites précédemment, il est clair que la valeur de a est indépendante de la conductivité locale de la pièce et constitue une estimation possible de la distance d capteur-pièce.

Les valeurs de l'angle # et de l'ordonnée a ont été déterminées géométriquement à partir de la figure 5, en prenant en compte l'équation (2) obtenue expérimentalement, comme décrit précédemment en se référant à la figure 4.

Ces valeurs sont données par les relations
2(roRcn+Xcn-1)[Rcn+ro(1-Xcn)]
# = Arctan (3)
[Rcn+ro(1 - Xcn]2 - (roRcn-l+Xcn)

Ces deux relations étant mémorisées dans l'ordinateur 30, de même que les valeurs de r0 et r1 obtenues au cours des opérations d'apprentissage décrites précédemment, on conçoit qu'un calcul effectué par l'ordinateur permet d'affecter à chaque paire de signaux
Rc et Xc délivrés par l'appareil de mesure 16 associé au capteur 10 une valeur de a et une valeur de O.

Afin que l'ordinateur 30 puisse calculer, à partir de ces valeurs, la distance d séparant le capteur de la pièce, ainsi que la variation relative a - aO de la conductivité de la pièce, les mesures effectuees lors des opérations d'apprentissage préalable sont également exploitées avant la réalisation du contrôle propre ment dit, pour que l'ordinateur puisse affecter directement à chaque valeur de a une valeur de la distance d capteur-pièce et à chaque valeur de l'angle e une valeur # - #o de la variation relative de la conductivité de la a0 pièce.

Pour permettre de relier directement la distance d capteur-pièce à la valeur de a calculée pour chacune des mesures effectuées lors du contrôle proprement dit de la pièce, les mesures effectuées lors des opérations d'apprentissage sont utilisées pour établir une courbe représentant les variations de cx en fon correspond sensiblement à une droite d'équation 1= a0 + a1.f.

e
Les opérations d'apprentissage préalable permettent de déterminer les valeurs des paramètres a0 et al de cette équation.

Lorsque les mesures proprement dites sont effectuées pour réaliser le contrôle de la pièce, la fréquence d'excitation du bobinage d'excitation du capteur 10 à courants de Foucault est fixée à une valeur fO constante, et l'ordinateur calcule la variation rela tive de conductivité # - #o, à partir de la valeur mesurée
a0 de l'angle e, en appliquant la relation
1
# - #o = # - ao - a1.fo #o a1.fo
Cette relation est obtenue en prenant pour hypothèse que l'angle e est une fonction du produit fréquence f x conductivité a.

La description qui précède montre bien que le procédé et l'installation selon l'invention permettent de distinguer, dans la réponse du capteur à courants de
Foucault 10, les variations qui sont dues à un changement de la conductivité o de la pièce des variations résultant d'une modification de la distance capteur-pièce.

Dans la pratique, il est à noter qu'une seule de ces informations peut éventuellement être exploitée.

Ainsi, lorsqu'on désire détecter des défauts à l'intérieur d'une pièce ou contrôler l'homogénéité de la matière constituant cette pièce, il est possible de n'effectuer que la partie du traitement permettant de détecter les variations de conductivité de la pièce à partir du calcul de l'angle O. A l'inverse, il est possible de n'utiliser que la partie du traitement permettant d'obtenir la valeur de la distance capteur-pièce à partir de la valeur calculée de a, Si l'on désire simplement réaliser un asservissement de distance d'un outillage par rapport à la surface d'une pièce.

En résumé, la mise en oeuvre de l'appareil illustré sur les figures 1 et 2 conduit, dans un premier temps, à mesurer les parties réelle Ro et imaginaire XO de l'impédance de mesure ZO du capteur lorsqu'aucune cible n'est présente en face de celui-ci, en excitant le capteur à la fréquence fO. Les valeurs de Ro et XO sont mémorisées dans l'ordinateur 30, et sont utilisées dans toutes les opérations ultérieures afin de normaliser les valeurs des parties réelle et imaginaire de l'impédance de mesure du capteur lorsqu'une cible est présente en face de ce dernier.

Ensuite, on réalise de la manière décrite une opération d'apprentissage au cours de laquelle on place le capteur en face d'une zone de référence de la pièce et on effectue plusieurs séries de mesures successives, pour différentes valeurs de la distance capteur-pièce, en faisant varier à chaque la fois la fréquence d'excitation du capteur dans une gamme de fréquences choisies en fonction de la nature du matériau constituant la pièce et dans laquelle se trouve la fréquence fO. Les traitements effectués dans l'ordinateur 30 sur les signaux obtenus au cours de ces opérations d'apprentissage permettent de déterminer les valeurs des paramètres r0 et rl qui interviennent dans le calcul de a et de e , ainsi que les valeurs des paramètres aO et al qui interviennent dans le calcul de la distance d capteur-pièce consécutif au calcul de a, et les valeurs des paramètres aO et al qui interviennent dans le calcul de la variation relative - a0 de la conductivité de la pièce consécutif au calcul de O.

Lorsque ces opérations d'apprentissage sont terminées, les mesures proprement dites peuvent être effectuées. Pour cela, on fixe à nouveau la fréquence d'excitation du capteur 10 à la valeur fO, puis on effectue un balayage de la surface de la pièce à l'aide du capteur à courants de Foucault 10, de façon à acquérir en différents points, par exemple selon un pas élémentaire préétabli, les valeurs des signaux de sortie constitués par les parties réelle et imaginaire normalisées de l'impédance de mesure normalisée du capteur. Pour chaque couple de valeurs RCn et Xcn, l'ordinateur 30 calcule les valeurs correspondantes de a et de 0, puis en déduit la distance d capteur-surface ainsi que la variation relative a - 00 de conductivité par rapport
a0 à la région de référence de la pièce en face de laquelle ont été effectuées les opérations d'apprentissage.

On comprendra aisément que l'exploitation de ces résultats peut être faite de nombreuses manières différentes, selon l'application concernée. Ainsi, les différentes valeurs calculées par l'ordinateur lors du balayage de la surface de la pièce peuvent être gardées en mémoire dans ce dernier et/ou exploitées directement, par exemple pour réaliser un affichage mettant en lumière d'éventuels défauts de la pièce, ou encore pour asservir un outillage à rester à une distance déterminée de la surface de la pièce.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toute les variantes. Ainsi, on comprendra en particulier que les valeurs cx et e qui sont calculées dans le mode de réalisation décrit peuvent correspondre sur le plan d'impédance normalisée de la figure 5 à des grandeurs géométriques différentes, pourvu que ce grandeurs soient représentatives respectivement de la distance capteur-cible et de la conductivité de la cible.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé de contrôle non destructif d'une pièce, selon lequel on balaye une surface de la pièce à l'aide d'un capteur à courants de Foucault (10) excité à une fréquence (f) donnée, et on relève les variations d'au moins un signal de sortie du capteur, représentatives des variations de deux grandeurs constituées par la distance (d) capteur-surface et la conductivité (a) de la pièce, caractérisé par le fait qu'on relève les variations de deux signaux de sortie constitués par les parties réelle (RCn) et imaginaire (Xcn) normalisées de l'impédance de mesure normalisée (Zcn) du capteur, on calcule, pour chacune des parties réelle (RCn) et imaginaire normalisées (Xcn) détectées, au moins une valeur ( a, O) représentative d'une première desdites grandeurs et indépendante de l'autre, et on en déduit la variation de cette première grandeur lors du balayage.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on calcule une première valeur (a) représentative de la distance (d) capteur-surface et indépendante de la conductivité (a).

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on calcule la première valeur (a) en utilisant la relation

dans laquelle rO et rl sont des paramètres liés à la pièce contrôlée.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'avant de balayer la surface de la pièce à contrôler à l'aide du capteur, on effectue un apprentissage préalable au cours duquel on fait varier la distance (d) capteur surface, on relève les parties réelle (RCn) et imaginaire (Xcn) normalisées pour chaque valeur de cette distance (d), on calcule la première valeur (α) correspondant à chacune de ces valeurs, et on détermine les paramètres (cx0, α1) d'une fonction linéaire cx = cro + al.d ; et par le fait qu'on utilise ces paramètres (a o, al) pour déduire la valeur de la distance (d) capteur-surface de la première valeur (a) calculée lors du balayage, au moyen de la relation

α - αo

d =

α1

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on calcule une deuxième valeur (e) représentative de la conductivité (o) de la pièce et indépendante de la distance (d) capteur-surface.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on calcule la deuxième valeur (0) en utilisant la relation

2(roRcn+Xcn-1)[Rcn+ro(1-Xcn)]

O = Arctan

[Rcn+ro(1 - XcnSJ 2 - (roRcn-l+Xcn) dans laquelle rO et rl sont des paramètres liés à la pièce contrôlée.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'avant de balayer la surface de la pièce à contrôler à l'aide du capteur, on effectue un apprentissage préalable au cours duquel on fait varier la fréquence d'excitation (f) du capteur, on relève les parties réelle (RCn) et imaginaire (Xcn) normalisées pour chaque valeur de cette fréquence, on calcule la deuxième valeur (e) correspondant à chacune de ces valeurs, puis on détermine les paramètres aO et al d'une fonction linéaire 1 = a0 + al.f ; et par le fait qu'on utilise ces paramè0 tres aO et al pour déduire la variation relative de la conductivité (a) de la deuxième valeur (o) calculée lors du balayage.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on calcule la variation relative de la conductivité (a) en utilisant la relation

I - ao - a1.fo

# - #o = #

a0 a1.fo # - #o dans laquelle #o représente la variation relative de conductivité entre une région de la pièce située en face du capteur et une région de référence de la pièce, 0 représente la deuxième valeur calculée lors du balayage, a0 et al représentent lesdits paramètres et f0 représente la fréquence d'excitation du capteur lors du balayage

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 6, caractérisé par le fait qu'on détermine les paramètres rO et rl à partir d'une fonction linéai

1m re Re = rO + r1 (1-k) obtenue lors d'une opération d'ap- prentissage préalable au cours de laquelle on fait varier la distance (d) capteur-surface, on relève les parties réelle (Rcn) et imaginaire (Xcn) normalisées pour chaque valeur de cette distance (d), et on assimile la courbe obtenue pour chaque valeur de la distance (d) à un cercle d'équation

k Im k 2 k4 Im

(Rcn + ) + (Xcn - 1 )= ( + 1),

2 Re 2 4 Re dans lequel k représente le coefficient de couplage d'un transformateur électrique virtuel servant de modèle im électrique à l'ensemble capteur-cible et Re représente le rapport partie imaginaire/partie réelle de l'impédance de la charge du secondaire de ce transformateur.

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'on assimile ladite courbe audit cercle par la méthode des moindres carrés.

11. Installation de contrôle non destructif d'une pièce, comprenant un capteur à courants de Foucault (10), apte à être déplacé devant une surface de la pièce à contrôler et des moyens (22) pour exciter ce capteur à une fréquence (f o) donnée, de façon à faire émettre par le capteur au moins un signal de sortie dont les variations sont représentatives des variations de deux grandeurs constituées par la distance (d) capteur-surface et la conductivité (a) de la pièce, caractérisée par le fait que, le capteur émettant deux signaux de sortie constitués par les parties réelle (RCn) et imaginaire (Xcn) normalisées de l'impédance de mesure normalisée (Zcn) de ce capteur, l'installation comprend des moyens de traitement (30) calculant, pour chacune des parties réelle (Ron) et imaginaire (Xcn) normalisées détectées, au moins une valeur (a, O) représentative d'une première desdites grandeurs et indépendantes de l'autre, et déterminant la variation de cette première grandeur lors du balayage.

12.Installation selon la revendication 11, caractérisée par le fait que les moyens de traitement (30) calculent une première valeur (a) représentative de la distance (d) capteur-surface et indépendante de la conductivité (a), en utilisant la relation

dans laquelle r0 et r1 sont des paramètres liés à la pièce contrôlée.

13. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisée par le fait que les moyens de traitement (30) calculent une deuxième valeur (#) représentative de la conductivité (a) de la pièce et indépendante de la distance (d) capteursurface, en utilisant la relation

2 (roRcn+Xcn-1)[Rcn+ro(1-Xcn)]

e = Arctan

[Rcn+ro(1 - Xcn)] - (roRcn-1+Xcn) dans laquelle r0 et rl sont des paramètres liés à la pièce contrôlée.