FR2803386A1 - Procede de detection d'anomalie de structure et procede de tri utilisant le procede de detection - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de détection d'anomalie d'un réservoir (1) destiné à contenir un fluide sous pression. Le réservoir comprend les étapes suivantes : - prendre au moins une image de référence de la paroi du réservoir à une pression de référence à l'aide d'un dispositif de shearographie (4, 5, 6, 10),- prendre au moins une image de la paroi du réservoir à une pression de test à l'aide du dispositif de shearographie,- comparer l'image de la paroi du réservoir à la pression de test à l'image de référence de la paroi du réservoir à la pression de référence.L'invention s'applique à la validation périodique de réservoirs constituant un parc pouvant regrouper plusieurs milliers d'unités.
Description
PROCEDE <B>DE</B> DETECTION D'ANOMALIE <B>DE STRUCTURE ET</B> PROCEDE <B>DE TRI</B> UTILISANT <B>LE</B> PROCEDE <B>DE</B> DETECTION <U>Domaine technique et art antérieur</U> L'invention concerne un procédé de détection d'anomalie de structure ainsi qu'un procédé de tri utilisant le procédé de détection d'anomalie selon l'invention.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de détection d'anomalie d'une structure composite et/ou métallique formée d'au moins deux matériaux différents superposés telle que, par exemple, un réservoir destiné à contenir un fluide sous pression.
Lorsqu'un réservoir est destiné à contenir un fluide sous pression, sa paroi est réalisée de façon à supporter la pression interne exercée par le fluide.
Lorsque cette contrainte de résistance mécanique se double d'une exigence de relative légèreté du réservoir, une solution avantageuse consiste à réaliser la paroi du réservoir en deux matériaux différents superposés. Plus précisément, une enveloppe métallique, organique ou composite est revêtue extérieurement d'un renfort de fibres longues noyées dans une matrice de résine ou métallique. Le renfort peut notamment être obtenu par enroulement filamentaire, suivi d'un cycle de polymérisation. Les fibres peuvent être bobinées sous la forme d'une simple frette ou de façon multidirectionnelle.
Lorsque la paroi d'un réservoir contenant un fluide sous pression est constituée par une telle structure, celle-ci peut s'endommager au cours du temps, ce qui représente alors un risque pour la sécurité. En particulier, la tenue mécanique du renfort composite peut diminuer au cours du temps, sous l'effet de l'utilisation du réservoir ou d'agressions extérieures.
Afin de détecter d'éventuelles anomalies, les réservoirs destinés à contenir un fluide sous pression sont régulièrement soumis à des tests.
Différents procédés de détection d'anomalie sont connus.
Le document EP-A-0 546 899 divulgue une technique permettant de surveiller l'état d'endommagement intrinsèque d'une structure composite. Cette technique concerne plus précisément la détection d'éventuels défauts de délaminage entre les nappes d'une structure composite formée de nappes superposées de fibres noyées dans une matrice de résine. Une fibre optique continue à maintien de polarisation, jouant le rôle d'un réseau de capteurs, est placée soit entre deux nappes de la structure composite, soit entre la structure proprement dite et un profilé associe.
La fibre optique est une fibre biréfringente qui autorise une propagation de la lumière selon deux modes de propagation ayant des vitesses de propagation longitudinales différentes.
En l'absence de contraintes mécaniques, une lumière introduite dans la fibre selon un mode de propagation unique arrive à l'autre extrémité de la fibre selon ce même mode de propagation. Un point de contrainte mécanique sur le trajet de la fibre a pour effet de créer un couplage entre les deux modes de propagation de la fibre. A partir du point de contrainte, deux ondes se propagent- alors avec des vitesses de propagation différentes.
La détection des deux ondes à l'extrémité de la fibre permet de connaître à la fois l'intensité de la contrainte et sa localisation.
Un tel procédé présente l'inconvénient de ne pouvoir être mis en oeuvre que pour des réservoirs ayant une paroi spécifique dans laquelle une fibre optique est incluse.
D'autres procédés connus utilisent l'interférométrie holographique.
L'interférométrie holographique consiste à superposer deux images de manière à obtenir un interférogramme du même objet sous deux états de contrainte très proches. Afin d'assurer correctement la superposition des images, l'interférométrie holographique doit être mise en oeuvre sur des supports isolés de toute vibration. I1 est alors nécessaire de réaliser des montages onéreux de type limitatif (absence de vibrations).
I1 est connu également des procédés de détection d'anomalie de réservoirs mettant en oeuvre une surpression des réservoirs. Par surpression des réservoirs, il faut entendre que le fluide contenu dans les réservoirs est porté à une pression égale, par exemple, à 110% de la pression maximum d'utilisation. Ainsi, par exemple, la pression du fluide peut-elle être portée en test à 4,5.10' Pa. Les réservoirs ne présentant pas d'anomalies sont considérés comme aptes à supporter une telle pression. Par contre, les réservoirs présentant des anomalies(fissures, délaminage, etc.) libèrent des zones de contrainte qui se propagent dans la structure. Des capteurs piézo-électriques répartis sur la surface externe du réservoir convertissent alors ces contraintes en signaux électriques.
L'utilisation d'un test à pression supérieure à la pression d'utilisation présente le risque de fragiliser les réservoirs.
En effet, un risque de provoquer un choc mécanique sur les bouteilles existe lors de la descente en pression qui est opérée une fois le test effectué. Un tel risque peut être diminué, mais il faut alors effectuer une descente en pression à une vitesse comprise entre 5.105 et 106 Pa par seconde.
L'invention ne présente pas les inconvénients des différents procédés mentionnés ci-dessus.
En effet, l'invention concerne un procédé de détection d'anomalie d'un réservoir destiné à contenir un fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - prendre au moins une image de référence de la paroi du réservoir à l'aide d'un dispositif de shearographie, le réservoir contenant un fluide à une pression de référence, - prendre au moins une image de la paroi du réservoir à l'aide du dispositif de shearographie, le réservoir contenant un fluide à une pression de test supérieure à la pression de référence, - comparer l'image de la paroi du réservoir à la pression de test à l'image de référence de la paroi du réservoir à la pression de référence.
Le terme shearographie utilisé dans la demande est un terme usuel pour désigner la technique selon laquelle on réalise l'interférence d'images à partir de deux prises de vues d'un objet vu par décalage. I1 correspond à la traduction littérale du terme anglo- saxon "shearography".
Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, la pression de référence est sensiblement égale à la pression atmosphérique et la pression de test sensiblement comprise entre 5.105 et 106 Pa.
L'invention concerne également un procédé de tri de réservoirs sensiblement identiques destinés à contenir un fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - prendre une image de référence pour le tri, ladite image de référence étant obtenue à l'aide de la prise de vue, par un dispositif de shearographie, d'une paroi d'un réservoir de référence contenant un fluide sous une pression de référence de tri, - prendre une image de chaque paroi de réservoir à trier à l'aide du dispositif de shearographie, le réservoir à trier contenant un fluide à la pression de référence de tri, - comparer l'image obtenue de chaque réservoir à trier avec l'image de référence pour le tri.
Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, la pression de référence de tri est sensiblement comprise entre 5.105 et 106 Pa. La technique de shearographie est une méthode optique connue en soi permettant de visualiser le gradient de déplacements hors plan d'une structure sous contrainte. Un dispositif mettant en oeuvre la technique de shearographie comprend un laser, une caméra à dispositif à couplage de charge communément appelée caméra CCD (l'acronyme CCD provient de l'anglais "Charge Coupled Device") munie d'un dispositif de décollage d'image et un processeur d'image.
Le laser est utilisé comme source de lumière cohérente pour illuminer la surface à contrôler.
Dans un premier temps, en l'absence de contrainte, le processeur d'image enregistre une image de référence de la surface à contrôler.
Dans un deuxième temps, une contrainte est appliquée à la surface et le processeur d'image compare et affiche en temps réel la dérivée des déplacements hors plan de la surface. Les déplacements d'ensemble de la surface sont représentés par des franges d'interférences et les déplacements engendrés par les défauts sont mis en évidence par une modification de la répartition des franges d'interférences.
L'efficacité de la détection dépend de la puissance du laser et la sensibilité de détection est fonction de la longueur d'onde utilisée. La distance entre deux franges de même nature (sombre ou brillante) traduit un déplacement hors plan de #,/2, k étant la longueur d'onde du laser utilisé.
La technique de shearographie est utilisée de façon connue pour mettre en évidence les anomalies internes de structures telles que, par exemple, les élastomères multicouches avec renforts, les matériaux hétérogènes, les mousses enserrées dans des peaux en fibre de verre.
Le niveau de contrainte nécessaire pour la mise en oeuvre de la technique de shearographie est très faible. Un avantage de l'invention est alors de garantir le contrôle d'un réservoir destiné à contenir un fluide sous pression dans des conditions de sécurité optimales. <U>Brève description des figures</U> D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention fait en référence aux figures ci-annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente un exemple de réservoir destiné à être contrôlé selon le procédé de l'invention, - la figure 2 représente un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de <U>l'invention</U> Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments.
La figure 1 représente la vue en coupe d'un exemple de réservoir destiné à être contrôlé selon le procédé de l'invention.
Le réservoir de la figure 1 est une bouteille comprenant un corps central cylindrique K de section droite circulaire, une extrémité conique à fond plat E1 et une extrémité conique E2 débouchant sur une ouverture 0. La paroi de la bouteille est constituée d'une enveloppe métallique 2 et d'un renfort 3 qui recouvre l'enveloppe 2. Le métal qui constitue l'enveloppe 2 est, par exemple, de l'aluminium. L'épaisseur el de l'enveloppe est, par exemple, égale à 4.10-3 m. Le renfort 3 qui recouvre l'enveloppe est, par exemple, réalisé par un bobinage de fibres de verre imprégnées de verre époxy d'épaisseur e2 égale à 3.10-3 m.
La longueur H de la bouteille est, par exemple, égale à 15.10-Z m et le diamètre D égal à 8.10-2 m.
Dans les conditions d'utilisation normales, la bouteille peut contenir un fluide sous une pression de 3,25 10' Pa à température ambiante.
La figure 2 représente un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention.
Le dispositif comprend un laser 4, une source de lumière 5, une caméra shearographique 6 et un processeur d'images 10.
De façon connue en soi, la caméra shearographique 6 comprend un élément optique 7, une lentille 8 et un capteur CCD 9.
La paroi soumise au contrôle est illuminée par un faisceau F issu de la source de lumière 5.
Durant le procédé de détection d'anomalie selon l'invention, les bouteilles contiennent un fluide sous pression dans une gamme de pressions préférentiellement comprise entre la pression atmosphérique et 106 Pa. Cette gamme de pression correspond avantageusement à celle couramment obtenue dans un réseau d'air comprimé en atelier.
Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, dans un premier temps, au moins une image de référence de la paroi du réservoir est prise à l'aide du dispositif de shearographie, le réservoir contenant un fluide à une pression de référence sensiblement égale à la pression atmosphérique. Dans un deuxième temps, au moins une image de la paroi du réservoir est prise à l'aide du dispositif de shearographie, le réservoir contenant un fluide à une pression de test préférentiellement comprise entre 5.105 Pa et 106 Pa.
Il a été constaté que c'est lors d'un palier de descente en pression situé, par exemple, sur la plage de pressions allant de 106 à 7.105 Pa, que les meilleurs résultats sont enregistrés.
Le contrôle est effectué sur le corps central cylindrique K des bouteilles. Pour permettre un recouvrement des zones inspectées, chaque bouteille est inspectée, de façon préférentielle, selon quatre secteurs.
Selon le procédé de l'invention, toutes les fissures externes aussi bien qu'internes peuvent être détectées. Les zones défectueuses du bobinage situées en profondeur, à proximité ou non de fissures externes, peuvent également être détectées (délaminage par exemple). Des déformations de l'ordre de 1 gm peuvent être décelées.
Par ailleurs, le procédé selon l'invention permet de définir une méthode de tri unitaire non destructif durant laquelle l'utilisation des bouteilles pressurisées s'opère en toute sécurité.
Avantageusement, il a été constaté sur un grand nombre d'échantillons que la méthode de tri permet d'éliminer des bouteilles dont la pression d'éclatement est comprise entre 108 et 1,1.10$ Pa. Le procédé selon l'invention permet en effet de définir un paramètre de tri pour distinguer les bouteilles qui éclatent au-delà de la pression de 108 Pa des autres bouteilles.
La détermination du paramètre de tri a été obtenue d'une façon qui va maintenant être décrite.
Un échantillon représentatif de 27 bouteilles à trier a été testé selon le procédé de l'invention. Les images obtenues ont été enregistrées. Les bouteilles ont ensuite été éclatées afin de comparer, pour chaque bouteille, son image shearographique et sa résistance à l'éclatement.
I1 a été constaté une très nette différence d'images entre les bouteilles qui ont éclaté en-dessous de 108 Pa et celles qui ont éclaté au-dessus de 108 Pa.
Les bouteilles qui résistent au-delà de 108 Pa présentent toutes un motif sensiblement identique de lignes continues localisées sensiblement aux mêmes endroits, à savoir à la jonction du corps cylindrique K et des extrémités coniques E1 et E2.
Les bouteilles qui ne résistent pas ne présentent pas les mêmes motifs. En effet, soit, le nombre de lignes continues qui composent les motifs est moindre, soit le nombre de lignes est identique mais alors, ces lignes présentent un dessin très perturbé. Comme critère final, il est alors possible d'utiliser une image de référence représentant la déformation observée sur les bouteilles qui résistent au-delà de<B>108</B> Pa. Avantageusement, la superposition de l'image de référence à l'image de la bouteille en test permet alors un tri extrêmement fiable.
Ainsi, le procédé selon l'invention permet-il non seulement d'espérer un tri dans des conditions d'entière sécurité (pressions comprises entre la pression atmosphérique et 106 Pa) mais également de garantir que les bouteilles triées peuvent être utilisées dans des conditions de haute sécurité (pressions d'utilisation pouvant atteindre<B>108</B> Pa).
Un autre avantage du procédé selon l'invention est la rapidité avec laquelle les anomalies sont détectées. En effet, des images représentatives d'anomalies sont obtenues en quelques secondes avec le procédé selon l'invention, là où des images similaires (par images similaires, il faut entendre des images de nature différente mais permettant de définir sensiblement les mêmes défauts avec le même degré de précision) sont obtenues en quelques minutes avec, par exemple, un procédé à ultrasons de l'art connu.
Des avantages mentionnés ci-dessus, il apparaît que le procédé selon l'invention trouve une application particulièrement avantageuse, par exemple, pour la validation périodique de bouteilles constituant un parc regroupant plusieurs milliers d'unités.
Le procédé de tri selon l'invention ne comprend aucune sollicitation particulière des réservoirs à trier. Aucun dommage particulier des réservoirs ne peut donc en résulter. La durée de vie des réservoirs s'en trouve avantageusement prolongée.
Claims (15)
1. Procédé de détection d'anomalie d'un réservoir (1) destiné à contenir un fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - prendre au moins une image de référence de la paroi du réservoir à l'aide d'un dispositif de shearographie (4, 5, 6, 10), le réservoir contenant un fluide à une pression de référence, - prendre au moins une image de la paroi du réservoir à l'aide du dispositif de shearographie, le réservoir contenant un fluide à une pression de test, - comparer l'image de la paroi du réservoir à la pression de test à l'image de référence de la paroi du réservoir à la pression de référence.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la prise d'image de la paroi du réservoir à la pression de test est effectuée lors d'un palier de descente en pression.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression de référence est sensiblement égale à la pression atmosphérique et la pression de test sensiblement comprise entre 5.105 et 106 Pa.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi est constituée d'une enveloppe composite et/ou métallique.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'enveloppe composite et/ou métallique est une enveloppe d'aluminium (2) sur laquelle est déposé un bobinage (3) de fibres de verre imprégnées de verre époxy.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les anomalies détectées sont des fissures localisées en surface et/ou en profondeur de la paroi.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir a la forme d'une bouteille ayant un corps central cylindrique (K) de section droite circulaire, une extrémité conique à fond plat (E1) et une extrémité conique (E2) débouchant sur une ouverture (O).
8. Procédé de détection d'anomalie selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bouteille a une longueur (H) sensiblement égale à 15.10-2 m, un diamètre sensiblement égal à 8.10-2 m et une paroi dont l'enveloppe d'aluminium a une épaisseur (e1) sensiblement égale à 4.10-3 m et le bobinage de fibres de verre une épaisseur (e2) sensiblement égale à 3 .10-3 m.
9. Procédé de tri de réservoirs sensiblement identiques destinés à contenir un fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - prendre au moins une image de référence pour le tri, ladite image de référence étant obtenue à l'aide de la prise de vue, par un dispositif de shearographie, d'une paroi d'un réservoir de référence contenant un fluide sous une pression de référence de tri, - prendre une image de chaque paroi de réservoir à trier à l'aide du dispositif de shearographie, le réservoir à trier contenant un fluide à la pression de référence de tri, - comparer l'image obtenue de chaque réservoir à trier avec l'image de référence pour le tri.
10. Procédé de tri de réservoirs selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pression de référence pour le tri est comprise entre 5.105 et 106 Pa.
11. Procédé de tri de réservoirs selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la prise d'image de référence pour le tri et la prise d'image de chaque paroi de réservoir à trier sont effectuées lors d'un palier de descente en pression.
12. Procédé de tri de réservoirs selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les parois du réservoir de référence et du réservoir à trier sont constituées d'une enveloppe composite et/ou métallique.
13. Procédé de tri de réservoirs selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'enveloppe composite et/ou métallique est une enveloppe d'aluminium (2) sur laquelle est déposé un bobinage (3) de fibres de verre imprégnées de verre époxy.
14. Procédé de tri de réservoirs selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que les réservoirs à trier sont des bouteilles ayant un corps central (K) de section droite circulaire, une extrémité conique à fond plat (E1) et une extrémité conique (E2) débouchant sur une ouverture (O).
15. Procédé de tri de réservoirs selon la revendication 14, caractérisé en ce que les bouteilles ont une longueur (H) sensiblement égale à 15.10-2 m, un diamètre (D) sensiblement égal à 8.10-2 m et une paroi dont l'enveloppe (el) d'aluminium a une épaisseur sensiblement égale à 4.10-3 m et le bobinage de fibres de verre une épaisseur (e2) sensiblement égale à <B>3.</B> 10-3 m.
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