FR2957418A1

FR2957418A1 - Ultrasonic control device for use in robot to control drilling during forming hole on multilayer assembly in fuselage of aircraft, has wedge removably fixed to end of case and comprising blind hole formed in ultrasonic wave absorbing part

Info

Publication number: FR2957418A1
Application number: FR1051822A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Ithurralde
Original assignee: European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-16
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: FR2957418B1

Abstract

The device has a wedge (2) comprising a concentric assembly with an ultrasonic wave transmitting part (21) and a central ultrasonic wave absorbing part (22) that is made of an ultrasonic wave absorbing material i.e. porous resin. The wedge is removably fixed to an end (11) of a case (1) in contact with piezoelectric elements e.g. ultrasonic wave transmitters. The wedge has a central blind hole (23) formed in the absorbing part, and a refractor made of aluminum alloy. The transmitting part is made of Rexolite(RTM: unique cross linked polystyrene microwave plastic). An independent claim is also included for a method for controlling drilling in an assembly.

Description

L'invention concerne un dispositif et un procédé de contrôle par ultrasons. Plus particulièrement l'invention concerne un dispositif de contrôle rapide d'alésages habités ou non par une fixation. Elle trouve notamment son application dans le domaine aéronautique pour le contrôle des alésages recevant des fixations de type rivet afin d'assembler au moins deux pièces selon une surface de contact sensiblement perpendiculaire à l'axe du rivet, et de manière plus spécifique lorsque l'assemblage comprend au moins une pièce, ou couche, constituée d'un matériau composite à renforts fibreux. Le contrôle de l'absence de défauts tels que des délaminages dans des alésages destinés à recevoir des fixations pour l'assemblage de pièces constituées d'un matériau composite, revêt une importance capitale dans des domaines techniques tels que celui de l'aéronautique où de tels défauts, créés lors de l'usinage ou de la pose des fixations, sont susceptibles de se propager à grande distance sous l'effet des sollicitations de service subies par la structure dans laquelle cet alésage est réalisé. Une telle propagation peut entraîner la ruine de ladite structure. Les techniques de contrôle par ultrasons sont particulièrement adaptées à la détection de tels défauts. Le contrôle par ultrasons est connu de l'art antérieur et consiste à émettre une onde ultrasonore, laquelle se propage dans le milieu constituant la pièce à contrôler et se réfléchit, au moins en partie, lorsqu'elle rencontre une discontinuité dans ledit milieu. La détection de cette réflexion, par un capteur approprié, révèle la discontinuité en question, alors que le temps séparant l'émission de l'onde de celui de sa réflexion permet de déterminer la distance entre la source émettrice et ladite discontinuité. Le même élément, généralement un cristal piézo-électrique, est utilisé pour générer l'onde ultrasonore et détecter ses réflexions. Sauf indication spécifique, un tel dispositif, à la fois émetteur et récepteur, est désigné sous le terme de « capteur US ». La mise en oeuvre des techniques de contrôle par ultrasons nécessite cependant un savoir faire spécifique de l'opérateur pour à la fois appliquer correctement le dispositif à ultrasons sur la structure et assurer un bon couplage acoustique entre le capteur et ladite structure, puis à déplacer celui-ci autour de l'alésage et enfin pour interpréter les signaux et déclarer la conformité ou la non-conformité de l'alésage ainsi contrôlé. En effet, les critères de conformité de tels alésages sont normalisés et sont définis par la présence de défauts détectables au-delà d'une zone concentrique à l'alésage contrôlé. Typiquement, à titre d'exemple, pour un alésage de diamètre D, celui-ci est déclaré conforme si aucun défaut n'est détecté au-delà d'un cylindre de diamètre 2D concentrique à l'alésage. Ainsi, le déplacement, généralement manuel, du capteur US autour de l'alésage implique que de tels contrôles sont longs et doivent être mis en oeuvre par des opérateurs expérimentés, de sorte que leur impact sur la productivité serait rédhibitoire dans le cas d'un contrôle systématique des alésages réalisés en production. En conséquence le procédé de perçage est contrôlé de manière très étroite de sorte à éliminer tout risque de délaminage au cours de cet usinage et ainsi éviter un contrôle systématique de tous les alésages. Ce contrôle étroit se traduit par l'utilisation d'outils de perçage très onéreux, notamment avec des parties actives en diamant, utilisés avec une durée de vie très réduite, de l'ordre d'une dizaine de trous, de sorte que le coût de ces outils de coupe a un effet très défavorable sur le coût de production. The invention relates to a device and an ultrasonic testing method. More particularly, the invention relates to a rapid control device for bores inhabited or not by a fastener. It finds particular application in the field of aeronautics for the control of bores receiving fasteners rivet type to assemble at least two parts according to a contact surface substantially perpendicular to the axis of the rivet, and more specifically when the assembly comprises at least one part, or layer, made of a composite material with fibrous reinforcements. The control of the absence of defects such as delaminations in bores intended to receive fasteners for assembling parts made of a composite material, is of paramount importance in technical fields such as that of aeronautics where such defects, created during the machining or the installation of the fasteners, are likely to propagate at a great distance under the effect of the service demands on the structure in which this bore is made. Such propagation can cause the ruin of said structure. Ultrasonic testing techniques are particularly suitable for detecting such defects. Ultrasonic testing is known from the prior art and consists of emitting an ultrasonic wave, which propagates in the medium constituting the part to be controlled and is reflected, at least in part, when it encounters a discontinuity in said medium. The detection of this reflection, by an appropriate sensor, reveals the discontinuity in question, while the time separating the emission of the wave from that of its reflection makes it possible to determine the distance between the emitting source and said discontinuity. The same element, usually a piezoelectric crystal, is used to generate the ultrasonic wave and detect its reflections. Unless specifically indicated, such a device, both transmitter and receiver, is referred to as the "US sensor". The implementation of ultrasonic testing techniques, however, requires specific knowledge of the operator to both correctly apply the ultrasound device on the structure and provide a good acoustic coupling between the sensor and said structure, and to move the one around the bore and finally to interpret the signals and declare the conformity or non-conformity of the bore thus controlled. Indeed, the conformity criteria of such bores are normalized and are defined by the presence of detectable defects beyond a zone concentric with the controlled bore. Typically, for example, for a bore of diameter D, it is declared compliant if no fault is detected beyond a cylinder of diameter 2D concentric with the bore. Thus, the movement, generally manual, of the US sensor around the bore implies that such controls are long and must be implemented by experienced operators, so that their impact on productivity would be prohibitive in the case of a machine. systematic control of the bores made in production. As a result, the drilling method is controlled very closely so as to eliminate any risk of delamination during this machining and thus avoid a systematic control of all the bores. This tight control results in the use of very expensive drilling tools, especially with active diamond parts, used with a very short life, of the order of ten holes, so that the cost of these cutting tools has a very adverse effect on the cost of production.

Tant la durée de vie réduite des outils que la complexité de mise en oeuvre d'un contrôle systématique des alésages réalisés, s'opposent à l'automatisation du procédé de perçage / pose de fixations dans des domaines tels que celui de l'assemblage de parties de fuselage d'aéronef constituées de matériaux composites. Both the reduced service life of the tools and the complexity of implementing a systematic control of the bores made, oppose the automation of the drilling / fixing process in areas such as that of the assembly of aircraft fuselage parts made of composite materials.

Il existe par conséquent un besoin pour un procédé et un dispositif de contrôle qui permettent d'attester en termes de santé matière et de manière fiable, la conformité d'un alésage réalisé dans un assemblage comprenant au moins une couche en matériau composite à renfort fibreux et qui puissent être mis en oeuvre de manière entièrement automatisée ou sans qualification particulière de l'opérateur. Afin de répondre à ce besoin de l'art antérieur, l'invention propose un dispositif de contrôle par ultrasons mis en oeuvre selon différents modes de réalisation avantageux exposés ci-après lesquels peuvent être pris seuls ou en combinaison, ledit dispositif comprend : - un boitier ; - à une extrémité dudit boitier, une pluralité d'éléments piézo-électriques disposés selon un réseau plan en couronne selon un axe perpendiculaire audit plan ; - un sabot comprenant un assemblage concentrique selon ce même axe de parties constituées d'un matériau formant ligne à retard et de parties constituées d'un matériau absorbant vis-à-vis des ondes ultrasonores, lequel sabot est fixé de manière amovible à l'extrémité du boitier en contact à l'une de ses extrémités avec les éléments piézo-électriques, l'autre extrémité étant apte à venir en contact avec une pièce à contrôler ; - ledit sabot comprenant un alésage borgne central pratiqué dans une partie constituée d'un matériau absorbant vis-à-vis des ondes ultrasonores. Chaque élément piézo-électrique est utilisé à la fois comme émetteur et comme capteur d'ondes ultrasonores. Un défaut se caractérise par un signal ultrasonore détecté par un élément piézo-électrique dans un intervalle de temps déterminé après l'émission et la transmission d'un signal ultrasonore dans la pièce. Ce signal, caractéristique d'un défaut, correspond à un écho de l'onde ultrasonore introduite dans la pièce lorsque celle-ci rencontre une discontinuité d'impédance acoustique du milieu dans lequel elle se propage, par exemple une fissure ou un délaminage. Le dispositif est utilisé selon un mode de détection dit A-scan connu de l'homme du métier. La disposition des éléments piézo-électriques en couronne permet de scruter toute la périphérie de l'alésage sans avoir à déplacer le boîtier, en activant séquentiellement chaque élément ou groupe d'éléments piézo-électriques. Le sabot coopère avec les éléments piézo-électriques afin de mettre en oeuvre le contrôle et d'attester la conformité de l'alésage. En effet, ledit sabot est constitué d'un assemblage en couronnes concentriques d'un matériau bon transmetteur des ondes ultrasonores, faisant office de ligne à retard, et d'un matériau absorbant ces ondes. Le matériau transmetteur est placé dans les zones concentriques à l'axe de l'alésage où la présence d'un défaut rend l'alésage non conforme. Les zones dans lesquels les défauts sont admis sont coiffées par le matériau absorbant. Le matériau absorbant est constitué par exemple d'une résine poreuse, il permet de masquer les zones dans lesquelles la présence d'un défaut n'affecte pas la conformité de l'alésage. Les échos des défauts présents dans les zones coiffées par les parties absorbantes ne sont pas vus par le dispositif. Ainsi, lorsque l'alésage est conforme, aucun écho correspondant à un défaut n'est détecté. Le traitement du signal relatif à la déclaration de conformité de l'alésage se résume en quelque sorte à une information binaire : la présence d'un signal écho dans une porte de temps définie, le sabot agissant comme un masque de contrôle. There is therefore a need for a method and a control device which make it possible to certify in terms of material health and in a reliable manner, the conformity of a bore made in an assembly comprising at least one layer of composite material with fibrous reinforcement. and which can be implemented in a completely automated manner or without any particular qualification of the operator. In order to meet this need of the prior art, the invention proposes an ultrasound control device implemented according to various advantageous embodiments described below which can be taken alone or in combination, said device comprises: case; - At one end of said housing, a plurality of piezoelectric elements arranged in a planar network in a ring along an axis perpendicular to said plane; a shoe comprising a concentric assembly according to this same axis of parts consisting of a material forming a delay line and parts made of an absorbent material with respect to the ultrasonic waves, which shoe is removably attached to the end of the housing in contact at one of its ends with the piezoelectric elements, the other end being able to come into contact with a test piece; said shoe comprising a central blind bore made in a portion made of an absorbent material with respect to ultrasonic waves. Each piezoelectric element is used both as a transmitter and as an ultrasonic wave sensor. A defect is characterized by an ultrasonic signal detected by a piezoelectric element within a specified time interval after the emission and transmission of an ultrasonic signal in the workpiece. This signal, characteristic of a defect, corresponds to an echo of the ultrasonic wave introduced into the room when it encounters an acoustic impedance discontinuity of the medium in which it propagates, for example a crack or a delamination. The device is used according to a detection mode known as A-scan known to those skilled in the art. The arrangement of the piezoelectric corona elements makes it possible to scan the entire periphery of the bore without having to move the casing, sequentially activating each element or group of piezoelectric elements. The shoe cooperates with the piezoelectric elements in order to implement the control and to certify the conformity of the bore. Indeed, said shoe is constituted by an assembly in concentric rings of a good material transmitting ultrasonic waves, acting as a delay line, and a material absorbing these waves. The transmitting material is placed in areas concentric with the axis of the bore where the presence of a defect makes the bore non-compliant. Areas in which defects are allowed are capped by the absorbent material. The absorbent material consists for example of a porous resin, it can hide the areas in which the presence of a defect does not affect the conformity of the bore. The echoes of the defects present in the areas capped by the absorbent parts are not seen by the device. Thus, when the bore is compliant, no echo corresponding to a fault is detected. The processing of the signal relating to the declaration of conformity of the bore is somewhat like a binary information: the presence of an echo signal in a defined time gate, the shoe acting as a control mask.

Selon un mode de réalisation avantageux, le matériau, bon transmetteur, faisant office de ligne à retard est constitué d'un matériau exempt de discontinuités échogènes de dimension supérieure au dixième de la longueur d'onde, la hauteur du sabot étant choisie de sorte que le temps de parcours d'une onde ultrasonore dans le sabot est supérieur au temps de parcours de cette même onde dans l'objet inspecté. Ainsi, interposé entre l'élément piézo-électrique et la surface de la pièce, il introduit un décalage temporel entre la transmission dans la pièce de l'onde ultrasonore générée par un élément piézo-électrique et l'arrivée sur ce même élément d'une onde réfléchie quelconque, ce qui permet de terminer complètement la phase d'émission du capteur US avant de commencer la phase de réception, y compris pour les réflexions, donc les défauts, situées très près de la surface par laquelle le couplage ultrasonore a lieu. Cette fonction est donc particulièrement importante pour les matériaux composites, les défauts dans ces matériaux étant fréquemment situés proches des surfaces libres, là où la cohésion de la stratification est plus facilement dégradable. Avantageusement, le sabot est constitué d'un matériau dans lequel les ondes ultrasonores se propagent à une vitesse inférieure à 3000 ms-1, par exemple, un copolymère réticulé de styrène, rigide, pour être facilement usinable, tel qu'un copolymère disponible sous l'appellation Rexolite®. Ainsi, le sabot peut être d'épaisseur réduite en accord avec les contraintes de compacité que l'on trouve dans certains cas d'assemblage tel que celui du contrôle d'un alésage très proche d'un raidisseur. L'alésage borgne au centre du sabot, dans une partie en matériau absorbant, est utilisé pour centrer le dispositif par rapport à l'alésage à contrôler, soit en coiffant la tête d'une fixation soit par centrage en alignant l'alésage du sabot et l'alésage à contrôler par une pige. A cette fin l'alésage borgne du sabot peut avantageusement comporter une partie filetée permettant de fixer ladite pige. Avantageusement, le sabot peut comprendre, à son extrémité apte à entrer en contact avec la pièce à contrôler, un élément réfracteur comprenant une surface conique. Ce réfracteur permet de modifier l'angle de propagation de l'onde ultrasonore dans la pièce. La forme conique permet de diriger ces ondes ultrasonores pour le contrôle d'un alésage comprenant une fraisure et habité par une fixation à tête fraisée, en orientant les ondes ultrasonores sous ladite fraisure. Avantageusement l'élément réfracteur est constitué d'un matériau métallique tel qu'un alliage d'aluminium. According to an advantageous embodiment, the material, good transmitter, acting as a delay line consists of a material free of echogenic discontinuities of dimension greater than one-tenth of the wavelength, the height of the shoe being chosen so that the travel time of an ultrasonic wave in the shoe is greater than the travel time of the same wave in the inspected object. Thus, interposed between the piezoelectric element and the surface of the part, it introduces a temporal shift between the transmission in the part of the ultrasonic wave generated by a piezoelectric element and the arrival on the same element of any reflected wave, which completely completes the emission phase of the US sensor before starting the reception phase, including for reflections, thus defects, located very close to the surface by which the ultrasonic coupling takes place . This function is therefore particularly important for composite materials, defects in these materials being frequently located close to free surfaces, where the cohesion of the stratification is more easily degradable. Advantageously, the shoe consists of a material in which the ultrasonic waves propagate at a speed of less than 3000 ms -1, for example a rigid crosslinked styrene copolymer, to be easily machinable, such as a copolymer available under the Rexolite® appellation. Thus, the shoe may be of reduced thickness in accordance with the constraints of compactness found in certain cases of assembly such as the control of a bore very close to a stiffener. The blind bore in the center of the shoe, in a portion of absorbent material, is used to center the device relative to the bore to be controlled, either by capping the head of a fastener or by centering by aligning the bore of the shoe and the bore to be controlled by a freelancer. To this end the blind bore of the shoe may advantageously comprise a threaded portion for fixing said rod. Advantageously, the shoe may comprise, at its end capable of coming into contact with the part to be controlled, a refractor element comprising a conical surface. This refractor makes it possible to modify the propagation angle of the ultrasonic wave in the room. The conical shape makes it possible to direct these ultrasonic waves for the control of a bore comprising a countersink and inhabited by a countersunk fastener, orienting the ultrasonic waves under said countersink. Advantageously, the refractor element is made of a metallic material such as an aluminum alloy.

Le pilotage du dispositif est assuré avantageusement par un ordinateur opéré par un logiciel permettant de définir des fenêtres temporelles d'émission et d'acquisition d'ondes ultrasonores par les éléments piézo-électriques. L'invention concerne également un procédé de contrôle d'un alésage dans une pièce à l'aide du dispositif décrit précédemment comprenant les étapes consistant à : a. installer à l'extrémité du boitier un sabot adapté au type d'alésage à contrôler ; b. appliquer sur la pièce un couplant adapté autour de l'alésage à contrôler ; c. exciter par le dispositif de pilotage les éléments piézo-électriques de sorte à les faire émettre un signal ultrasonore selon des séquences d'activation déterminées par les caractéristiques de l'alésage à contrôler ; d. appliquer le dispositif de contrôle sur la pièce de sorte que l'alésage du sabot soit sensiblement centré avec l'alésage à contrôler ; e. analyser, à l'aide du dispositif d'acquisition et de traitement, les différents échos reçus en mode A-scan de chaque séquence Ainsi le même dispositif peut être utilisé pour contrôler une large plage de diamètres perçage en adaptant simplement le sabot. En cas d'utilisation de ce dispositif dans un ensemble de perçage / pose de fixation automatisé, ce changement de sabot peut facilement être également automatisé. La possibilité d'automatisation du contrôle à l'aide de ce dispositif et du procédé associé repose sur : - la possibilité de contrôle de toute la périphérie de l'alésage sans déplacement du capteur; - la faculté d'attester automatiquement la validité des conditions de mesure; - la capacité d'attester l'absence de défaut au delà d'une zone prédéfinie concentrique à l'alésage contrôlé La première condition est remplie par le dispositif de contrôle ultrasonore comprenant plusieurs éléments piézo-électriques disposés en couronnes et qui permettent de contrôler la périphérie de l'alésage sans déplacer le capteur US. La deuxième et la troisième condition sont remplies par la coopération entre la disposition des éléments piézo-électriques et la nature du sabot ainsi que par le procédé de contrôle, avec comme élément essentiel de ce procédé la définition de portes temporelles d'acquisition en fonction des circonstances du contrôle. Lorsque l'assemblage à contrôler comprend N couches, le dispositif 6 d'acquisition et de traitement du signal comprend 2N+2 portes temporelles d'acquisition de durée variable en fonction de l'épaisseur de chaque couche et de l'épaisseur du sabot. Ces portes d'acquisition se répartissent en: - N portes temporelles, dites de type 1, correspondant aux temps de parcours de l'onde ultrasonore dans chacune des couches de l'assemblage; - N portes temporelles, dites de type 2, correspondant aux échos d'interfaces entre chacune des couches et à l'écho de fond, correspondant à la limite de la dernière couche de l'assemblage ; - 1 porte temporelle, dite de type 0, d'équilibrage, correspondant à l'écho des ondes ultrasonore sur l'extrémité du sabot; - 1 porte temporelle, dite de type 3, correspondant à des signaux détectés au delà de la dernière porte temporelle de type 2. The control of the device is advantageously provided by a computer operated by a software for defining time windows of emission and acquisition of ultrasonic waves by the piezoelectric elements. The invention also relates to a method of controlling a bore in a workpiece using the device described above comprising the steps of: a. install at the end of the box a shoe adapted to the type of bore to be controlled; b. apply a suitable coupling around the bore to be tested; vs. exciting by the control device the piezoelectric elements so as to make them emit an ultrasonic signal according to activation sequences determined by the characteristics of the bore to be controlled; d. applying the control device to the workpiece so that the bore of the shoe is substantially centered with the bore to be controlled; e. analyze, using the acquisition and processing device, the different echoes received in A-scan mode of each sequence Thus the same device can be used to control a wide range of drilling diameters by simply adjusting the shoe. When using this device in an automated drilling / fixing set, this shoe change can easily be automated as well. The possibility of automating the control using this device and the associated method is based on: the possibility of controlling the entire periphery of the bore without displacement of the sensor; - the ability to automatically certify the validity of the measurement conditions; the ability to certify the absence of a defect beyond a predefined zone concentric with the controlled bore. The first condition is fulfilled by the ultrasound control device comprising a plurality of piezoelectric elements arranged in crowns and which make it possible to control the periphery of the bore without moving the US sensor. The second and the third condition are fulfilled by the cooperation between the arrangement of the piezoelectric elements and the nature of the shoe as well as by the control method, with the essential element of this method being the definition of time gates of acquisition according to the circumstances of the control. When the assembly to be controlled comprises N layers, the device 6 for acquisition and processing of the signal comprises 2N + 2 acquisition time gates variable duration depending on the thickness of each layer and the thickness of the shoe. These acquisition gates are divided into: N time gates, said type 1, corresponding to the travel times of the ultrasonic wave in each of the layers of the assembly; - N time gates, called type 2, corresponding to the interface echoes between each of the layers and the bottom echo, corresponding to the limit of the last layer of the assembly; - 1 time gate, called type 0, balancing, corresponding to the echo of ultrasonic waves on the end of the shoe; - 1 time gate, called type 3, corresponding to signals detected beyond the last time gate type 2.

Ainsi le dispositif d'acquisition et de traitement du signal comprend une première porte temporelle d'acquisition, dite de type 0, de longueur variable en fonction de l'épaisseur du sabot et correspondant au temps de retour sur les éléments piézo-électriques de l'onde ultrasonore réfléchie par l'extrémité du sabot apte à entrer en contact avec la pièce. Les signaux mesurés dans cette première porte temporelle d'acquisition sont utilisés pour équilibrer la sensibilité de l'ensemble des voies de mesure reliées aux éléments piézo-électriques en présence du sabot. A cet effet le procédé comprend avantageusement une étape consistant à déterminer pour chaque élément piézo-électrique du dispositif de contrôle un offset de gain afin que tous les échos réfléchis par le sabot dans la première porte temporelle d'acquisition aient la même amplitude préalablement à l'étape 'd' du procédé. Cette première porte temporelle, de type 0, permet également de contrôler l'uniformité de pression et la planéité du contact entre le sabot et la pièce à contrôler. Thus the signal acquisition and processing device comprises a first acquisition type acquisition gate, of type 0, of variable length as a function of the thickness of the shoe and corresponding to the return time on the piezoelectric elements of the motor. ultrasonic wave reflected by the end of the shoe adapted to come into contact with the workpiece. The signals measured in this first acquisition time gate are used to balance the sensitivity of all the measurement channels connected to the piezoelectric elements in the presence of the shoe. For this purpose, the method advantageously comprises a step consisting in determining for each piezoelectric element of the control device a gain offset so that all the echoes reflected by the shoe in the first acquisition time gate have the same amplitude beforehand. 'step' of the process. This first time gate, type 0, also controls the uniformity of pressure and the flatness of the contact between the shoe and the part to be controlled.

Avantageusement, le dispositif d'acquisition et de traitement du signal comprend une porte temporelle d'acquisition, dite de type 3, variable en fonction de l'épaisseur de la pièce à contrôler et suivant immédiatement la dernière porte temporelle de type 2. L'analyse du signal dans cette porte temporelle permet de détecter la mise en contact entre le capteur US et la pièce à contrôler. Ainsi le dispositif et le procédé de l'invention permettent d'automatiser le contrôle des alésages destinés à recevoir des fixations, que ceux-ci soient ou non habités par une fixation au moment du contrôle. Ils peuvent être avantageusement utilisés sur un dispositif de perçage / pose de fixation automatisé tel qu'un robot pour le perçage ou la pose de fixations sur un fuselage d'aéronef. L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, représentés sur les figures 1 15 à 10, dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en perspective et de face de l'ensemble boitier, sabot et pige constituant le dispositif de contrôle selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; - la figure 2 montre en vue de dessus un mode de réalisation 20 comprenant 32 éléments piézo-électriques disposés en couronne ; - la figure 3 illustre selon une vue de face en coupe et une vue de dessus de l'alésage le principe des critères d'acceptation de l'alésage du point de vue de la santé matière ; - la figure 4 représente en vue de face et en coupe .un mode de 25 réalisation particulier de l'invention adapté au contrôle d'un alésage non habité avec centrage par pige ; - la figure 5, illustre en vue de face et en coupe un mode de réalisation particulier de l'invention adapté au contrôle d'un alésage habité par une fixation avec centrage sur la bague de sertissage de 30 ladite fixation ; - la figure 6 représente en vue de face et en coupe un mode particulier de réalisation du dispositif objet de l'invention comprenant u réfracteur et adapté au contrôle sous fraisure d'un alésage habité par une fixation fraisurée ; - la figure 7 illustre en vue de dessous un mode de réalisation des séquences successives d'activation des éléments piézo-électriques ; - la figure 8 est un organigramme représentant l'enchaînement des étapes selon un mode de réalisation du procédé de contrôle d'un alésage à l'aide du dispositif selon l'invention - la figure 9 est un tableau de combinaison des tests d'acquisition permettant d'arriver à une conclusion sur la conformité de l'alésage - la figure 10 représente le position temporelle des portes d'acquisition selon le temps de parcours de ces ondes entre les différentes interfaces. Figure 1, selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif de contrôle par ultrasons comprend un capteur US, comportant un boîtier (1), portant à l'une de ses extrémités (11) une pluralité d'éléments piézo-électriques. Un sabot (2) est fixé à cette extrémité, lequel sabot comprend un assemblage concentrique, d'au moins une partie (21) constituée en matériau bon transmetteur des ondes ultrasonore, par exemple de la Rexolite ®, faisant office de ligne à retard, et d'une partie (22) en matériau absorbant vis à vis de ces ondes ultrasonores, par exemple une résine poreuse. La partie absorbante (22) est percée en son centre par un alésage borgne (23), lequel comprend optionnellement une partie filetée (230) afin d'y fixer une pige de centrage (3). Figure 2, selon un mode de réalisation particulier, les éléments piézo-électriques sont disposés à l'extrémité (11) du boîtier selon des secteurs annulaires (110) (ici 32 secteurs), dessinant une disposition dite « en marguerite ». Chaque élément piézo-électrique (110) couvre une surface de quelques mm2 sur la face d'extrémité (11) du boîtier. Figure 3, un exemple de critère de conformité d'un alésage (51) de diamètre D et de rayon R dans une pièce (50) constituée d'un matériau composite stratifié, considère un défaut (510) comme critique, et donc l'alésage qui présente un tel défaut comme non conforme, lorsque ledit défaut s'étend au delà d'un cylindre (511) concentrique à l'alésage, typiquement de diamètre 2D. Ce cylindre (511) est désigné par la suite sous le terme de « cylindre de contrôle ». Advantageously, the signal acquisition and processing device comprises a so-called type 3 acquisition gate, which varies according to the thickness of the piece to be checked and immediately follows the last type 2 time gate. analysis of the signal in this time gate makes it possible to detect the contact between the US sensor and the part to be controlled. Thus, the device and the method of the invention make it possible to automate the control of the bores intended to receive fasteners, whether or not they are inhabited by a fastener at the time of the inspection. They can be advantageously used on an automated drilling / fixing device such as a robot for drilling or laying fasteners on an aircraft fuselage. The invention will now be more specifically described in the context of preferred embodiments, in no way limiting, represented in FIGS. 1 to 10, in which: FIG. 1 represents a perspective and front view of the box assembly, sabot and freeze constituting the control device according to a particular embodiment of the invention; FIG. 2 shows in plan view an embodiment comprising 32 piezoelectric elements arranged in a ring; - Figure 3 illustrates in a front view in section and a top view of the bore the principle of acceptance criteria of the bore from the point of view of health matter; FIG. 4 is a front view and in section of a particular embodiment of the invention adapted to the control of an unmanned bore with centering with a peg; FIG. 5 illustrates, in front view and in section, a particular embodiment of the invention adapted to controlling a bore inhabited by an attachment with centering on the crimping ring of said fastener; - Figure 6 shows a front view and in section of a particular embodiment of the device of the invention comprising a refractor and adapted to the control under milling of a bore inhabited by a countersinking fixture; FIG. 7 illustrates, from below, one embodiment of the successive activation sequences of the piezoelectric elements; FIG. 8 is a flow chart showing the sequence of steps according to an embodiment of the method for controlling a bore using the device according to the invention; FIG. 9 is a combination table of the acquisition tests; to arrive at a conclusion on the conformity of the bore - Figure 10 shows the temporal position of the acquisition gates according to the time of travel of these waves between the different interfaces. Figure 1, according to a preferred embodiment, the ultrasonic control device comprises a US sensor comprising a housing (1) carrying at one of its ends (11) a plurality of piezoelectric elements. A shoe (2) is attached to this end, which shoe comprises a concentric assembly, at least a portion (21) made of material good transmitter of ultrasonic waves, for example Rexolite ®, acting as a delay line, and a portion (22) of absorbent material with respect to these ultrasonic waves, for example a porous resin. The absorbent portion (22) is pierced at its center by a blind bore (23), which optionally comprises a threaded portion (230) for attaching a centering pin (3). Figure 2, according to a particular embodiment, the piezoelectric elements are arranged at the end (11) of the housing according to annular sectors (110) (here 32 sectors), drawing a provision called "daisy". Each piezoelectric element (110) covers a surface of a few mm2 on the end face (11) of the housing. 3, an exemplary criterion of conformity of a bore (51) of diameter D and of radius R in a part (50) made of a laminated composite material, considers a defect (510) as critical, and therefore the bore which has such a defect as non-compliant, when said defect extends beyond a cylinder (511) concentric to the bore, typically of 2D diameter. This cylinder (511) is hereinafter referred to as a "control cylinder".

Figure 4, selon un mode de réalisation particulier adapté au contrôle d'un alésage (51) non habité par une fixation, le dispositif de contrôle objet de l'invention comprend un sabot comportant trois parties concentriques. La partie (21) constituée d'un matériau bon transmetteur des ondes ultrasonores couvre une zone annulaire s'étendant sensiblement de part et d'autre des limites radiales du cylindre de contrôle (511). Cette partie transmettrice (21) est enserrée dans deux parties (22, 22') absorbantes des ondes ultrasonores. La position radiale de la zone transmettrice (21) et sa largeur sont fonction du diamètre de l'alésage (51) à contrôler et du critère d'acceptation de cet alésage. Ainsi le même capteur US est utilisé pour contrôler une large gamme de diamètres d'alésage (51) en changeant simplement le sabot (2). Selon ce mode de réalisation une pige (3) fixée dans la partie centrale absorbante (22) du sabot permet de centrer le dispositif sur l'alésage (51). Figure 5, selon un autre mode de réalisation adapté au contrôle d'un alésage (51) habité par une fixation (60), l'alésage borgne (23) au centre de la partie absorbante (22) du sabot est utilisé pour centrer le dispositif par rapport à ladite fixation. Figure 6, selon un mode de réalisation adapté au contrôle d'un alésage fraisuré habité par une fixation à tête fraisée (60), le sabot comprend en extrémité un réfracteur (24) comportant une surface conique en contact avec la partie transmettrice (21), permettant de diriger les ondes ultrasonores sous la tête de la fixation (60). Une fois le dispositif correctement appliqué sur la surface de la pièce le contrôle par balayage de la périphérie de l'alésage (51) est réalisé en activant séquentiellement en émission puis en réception les éléments piézo- électriques constituant le capteur US. Figure 7, selon un exemple de séquences successives d'activation des éléments piézo-électriques, ceux-ci sont activés par groupe de quatre éléments (114) avec recouvrement de 3 éléments (113) entre deux séquences successives, de sorte à parcourir l'ensemble de la circonférence du capteur US. Pour le contrôle de petits diamètres, des groupes comportant un plus grand nombre d'éléments, par exemple 8, sont activés séquentiellement. Pour le contrôle d'alésage de plus grand diamètre, des groupes comportant un moins grand nombre d'éléments, par exemple 2, sont activés séquentiellement. Le balayage de toute la périphérie du trou ne dure que quelques millisecondes sans déplacement du capteur US. Figure 4, according to a particular embodiment adapted to the control of a bore (51) not inhabited by a fastener, the control device of the invention comprises a shoe having three concentric parts. The portion (21) made of a good ultrasonic wave transmitting material covers an annular zone extending substantially on either side of the radial limits of the control cylinder (511). This transmitting part (21) is clamped in two parts (22, 22 ') absorbing ultrasonic waves. The radial position of the transmitting zone (21) and its width depend on the diameter of the bore (51) to be controlled and the acceptance criterion of this bore. Thus the same US sensor is used to control a wide range of bore diameters (51) by simply changing the shoe (2). According to this embodiment a rod (3) fixed in the central absorbent portion (22) of the shoe allows to center the device on the bore (51). 5, according to another embodiment adapted to the control of a bore (51) inhabited by a fastener (60), the blind bore (23) in the center of the absorbent portion (22) of the shoe is used to center the device relative to said fixation. FIG. 6, according to an embodiment adapted to the control of a milled bore inhabited by a countersunk fastener (60), the shoe comprises at the end a refractor (24) having a conical surface in contact with the transmitting part (21). for directing ultrasonic waves under the head of the fastener (60). Once the device has been correctly applied to the surface of the part, the scanning of the periphery of the bore (51) is achieved by sequentially activating the piezoelectric elements constituting the US sensor in transmission and then in reception. FIG. 7, according to an example of successive activation sequences of the piezoelectric elements, these are activated in groups of four elements (114) with recovery of 3 elements (113) between two successive sequences, so as to traverse the whole circumference of the US sensor. For the control of small diameters, groups having a larger number of elements, for example 8, are activated sequentially. For the larger diameter bore check, groups having a smaller number of elements, for example 2, are sequentially activated. The scan of the entire periphery of the hole lasts only a few milliseconds without moving the US sensor.

Figure 8, selon un exemple de mise en oeuvre, préférentiellement au moyen d'un ordinateur, du procédé de contrôle d'un alésage dans un assemblage ne comportant qu'une seule couche, celui-ci comprend des étapes consistant à : - Après avoir déclenché les séquences successives d'acquisition par groupe d'éléments piézo-électriques lorsque la sonde n'est pas encore en contact avec l'assemblage, calibrer (800) le gain par analyse du signal dans la porte temporelle d'acquisition de type 0 et application de valeurs d'offset pour équilibrer les amplitudes des pics toutes les séquences à une valeur d'environ 95% de la pleine échelle d'amplitude. - Une fois les offsets de gains calibrés, vérifier (810) le contact ou le non-contact entre le capteur US et la face de l'assemblage à contrôler, en contrôlant la présence de pics dans le signal au dessous d'un seuil déterminé dans une porte temporelle s'acquisition de type 3. - En cas d'absence de tels pics, émettre (811) un signal d'alerte signalant le non-contact. Un tel signal d'alerte peut se matérialiser sous la forme d'un message affiché sur un écran de contrôle, par un signal lumineux ou un signal sonore. Des actions spécifiques peuvent être déclenchées, telles que, par exemple appliquer à nouveau le capteur US sur la surface. De telles actions sont alors mises en oeuvre soit par l'opérateur soit par le support robotisé portant le dispositif de contrôle. - Dans le cas de présence de tels pics qui attestent du contact effectif entre le capteur et la pièce à contrôler, déclencher à nouveau les séquences successives d'acquisition par groupe d'éléments piézo-électriques et vérifier (820) que la pression de contact du capteur US sur la surface de l'assemblage est suffisante en mesurant le temps séparant le pic le plus proche du signal d'émission de celui le plus éloigné, dans la porte de type O. - Si cet écart de temps est supérieur à une valeur prédéfinie, déclencher (821) un signal d'alerte et des actions correctives éventuelles, telles que augmenter la pression de contact du capteur US sur la surface de l'assemblage. - Si la pression de contact est adaptée, une nouvelle séquence d'acquisitions successives par groupe de d'éléments piézo-électriques est déclenchée afin de vérifier (830) la qualité du couplage entre le capteur US et la face de l'assemblage en comparant, dans la porte temporelle d'acquisition de type 0, l'amplitude maximale du signal à la valeur moyenne de ce signal. - Si l'amplitude de maximale du signal est trop élevée par rapport à la moyenne du signal dans cette porte temporelle d'acquisition alors un signal d'alerte (831) est émis. - Dans le cas contraire le contrôle de la santé matière autour de l'alésage est réalisé en examinant (850) dans le signal la présence de pics dépassant un seuil déterminé dans toutes les portes temporelles d'acquisition de type 2, et en détectant (860) dans le signal la présence de pics au dessus d'une valeur seuil dans les portes temporelles d'acquisition de type 1. Le diagnostic est établi en combinant les informations obtenues dans ces étapes, tel que le montre le tableau de la figure 9, dans lequel la première colonne correspond, pour la valeur 1, à la présence de pics dont l'amplitude est inférieure au seuil prédéterminé dans la porte temporelle d'acquisition de type 2 détecté lors de l'étape correspondante (850) et la valeur 0 à l'absence de tels pics. FIG. 8, according to an exemplary implementation, preferably by means of a computer, of the method of controlling a bore in an assembly comprising only a single layer, the latter comprises steps consisting in: - After having triggered the successive acquisition sequences by group of piezoelectric elements when the probe is not yet in contact with the assembly, calibrating (800) the gain by analyzing the signal in the type 0 acquisition time gate and applying offset values to balance the peak magnitudes of all sequences to a value of about 95% of the full amplitude scale. - Once the gain offsets have been calibrated, check (810) the contact or the non-contact between the US sensor and the face of the assembly to be tested, by checking the presence of peaks in the signal below a determined threshold in a time gate type 3 acquisition. - In the absence of such peaks, issue (811) an alert signal indicating the non-contact. Such an alert signal may be in the form of a message displayed on a control screen, a light signal or an audible signal. Specific actions can be triggered, such as, for example, reapplying the US sensor on the surface. Such actions are then implemented either by the operator or by the robotic support carrying the control device. - In the case of presence of such peaks which attest to the actual contact between the sensor and the part to be controlled, re-trigger the successive acquisition sequences by group of piezoelectric elements and check (820) that the contact pressure of the US sensor on the surface of the assembly is sufficient by measuring the time separating the peak closest to the transmit signal from the one farthest away, in the gate of type O. - If this time difference is greater than one predefined value, triggering (821) an alert signal and any corrective actions, such as increasing the contact pressure of the US sensor on the surface of the assembly. - If the contact pressure is adapted, a new sequence of successive acquisitions per group of piezoelectric elements is triggered in order to verify (830) the quality of the coupling between the US sensor and the face of the assembly by comparing in the type 0 acquisition time gate, the maximum amplitude of the signal at the average value of this signal. - If the maximum amplitude of the signal is too high compared to the average of the signal in this acquisition time gate then an alert signal (831) is emitted. - Otherwise the material health check around the bore is performed by examining (850) in the signal the presence of peaks exceeding a determined threshold in all type 2 acquisition time gates, and detecting ( 860) in the signal the presence of peaks above a threshold value in the type 1 acquisition time gates. The diagnosis is established by combining the information obtained in these steps, as shown in the table of FIG. 9 , in which the first column corresponds, for the value 1, to the presence of peaks whose amplitude is less than the predetermined threshold in the type 2 acquisition time gate detected during the corresponding step (850) and the value 0 at the absence of such peaks.

La deuxième colonne prend pour valeur 1 lorsque des pics supérieur à un seuil déterminé sont détectés dans la porte temporelle d'acquisition de type 1 lors de l'étape (860) correspondante et 0 dans le cas contraire. Selon la combinaison, le diagnostic s'établit comme suit : - 1 û 0 : pas de défaut, alésage conforme - 0 û 1 : présence de défauts inacceptables, alésage non conforme - 0 - 0 ou 1 û 1 : alésage douteux, réclamant une inspection plus poussée. The second column takes the value 1 when peaks greater than a determined threshold are detected in the type 1 acquisition time gate during the corresponding step (860) and 0 in the opposite case. Depending on the combination, the diagnosis is as follows: - 1 - 0: no fault, bore compliant - 0 - 1: presence of unacceptable faults, bore not in conformity - 0 - 0 or 1 - 1: questionable bore, requiring a further inspection.

Figure 10, les portes temporelles d'acquisition sont déterminées en fonction de l'assemblage à contrôler sur un diagramme temps (910) û amplitude (920) : nature, nombre et épaisseurs des couches de l'empilement. Lesdites portes temporelles sont caractérisées par leur durée, le seuil d'amplitude correspondant et leur positionnement temporel relatif. Le seuil est fixé par rapport au niveau de bruit dans la porte temporelle, par exemple 6dB au dessus du niveau de bruit. - la porte temporelle d'acquisition de type 0 (900) est centrée sur le temps de parcours des ondes ultrasonores dans le sabot (2) - la porte temporelle d'acquisition de type 1 (901) commence à la fin du pic détecté dans la porte temporelle de type 0 et se prolonge sur une durée légèrement inférieure à la durée du trajet de l'onde ultrasonore dans la première couche de l'assemblage, celui-ci ne comprenant qu'une seule couche (50) dans le cas de la figure 10 ; - la porte temporelle d'acquisition de type 2 (902), est centrée sur le temps de parcours correspondant à la durée du trajet de l'onde ultrasonore dans la première couche, de fait, elle débute juste après la fin de la première porte de type 1 dans le cas d'un contrôle d'une couche unique (50) tel que représenté figure 10. D'autres portes temporelles d'acquisition de type 1 et 2 peuvent être activées si d'autres couches sont constitutives de l'assemblage au moment du contrôle ou si un mastic d'interposition est appliqué aux interfaces. - la porte temporelle d'acquisition de type 3 (903) débute après la porte de type 0 et se prolonge sur une durée supérieure à la durée du trajet de l'onde ultrasonore dans la totalité de l'assemblage. Elle vise à détecter la présence d'échos qui indiquent que le sabot (2) est au contact de la pièce et qui déclenche le traitement générant le diagnostic automatique. La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier elle permet de réaliser un contrôle automatique, rapide et sans déplacement du capteur US d'un alésage, dans un assemblage multicouche comprenant au moins une couche constituée d'un matériau composite à renfort fibreux, le même capteur US pouvant être utilisé pour une large plage de diamètres d'alésage. 10, the time acquisition gates are determined according to the assembly to be controlled on a time diagram (910) amplitude (920) nature, number and thickness of the layers of the stack. The said time gates are characterized by their duration, the corresponding amplitude threshold and their relative temporal positioning. The threshold is set relative to the noise level in the time gate, for example 6 dB above the noise level. the type 0 acquisition time gate (900) is centered on the travel time of the ultrasonic waves in the shoe (2) - the type 1 acquisition time gate (901) starts at the end of the peak detected in the type 0 time gate and extends for a duration slightly less than the duration of the ultrasound wave in the first layer of the assembly, the latter comprising only a single layer (50) in the case of Figure 10; the type 2 acquisition time gate (902) is centered on the travel time corresponding to the duration of the ultrasound wave in the first layer, in fact it starts just after the end of the first gate type 1 in the case of a control of a single layer (50) as represented in FIG. 10. Other acquisition time gates of type 1 and 2 may be activated if other layers are constitutive of the assembly at the time of the inspection or if interposing mastic is applied to the interfaces. the type 3 acquisition time gate (903) starts after the type 0 gate and extends for a duration greater than the duration of the ultrasound wave travel in the entire assembly. It aims to detect the presence of echoes which indicate that the shoe (2) is in contact with the workpiece and triggers the processing generating the automatic diagnosis. The above description clearly illustrates that by its different characteristics and advantages, the present invention achieves the objectives it has set for itself. In particular, it makes it possible to carry out an automatic, rapid and without displacement control of the US sensor of a bore, in a multilayer assembly comprising at least one layer made of a composite material with fiber reinforcement, the same US sensor being able to be used for a wide range of bore diameters.

Claims

REVENDICATIONS1. Ultrasonic testing device characterized in that it comprises: - a housing (1); - At one end (11) of said housing, a plurality of piezoelectric elements (110) arranged in a planar network in a ring along an axis perpendicular to said plane; - a shoe (2) comprising a concentric assembly along the same axis of parts (21) consisting of a material forming a delay line and parts (22, 22 ') consisting of a material absorbing vis-à-vis the waves ultrasound, which shoe is removably attached to the end (11) of the housing (1) in contact at one of its ends with the piezoelectric elements, the other end being able to come into contact with a part to be controlled (50); - said shoe (2) comprising a central blind bore (23) formed in a portion (22) consisting of an absorbent material vis-à-vis ultrasonic waves.

2. Device according to claim 1 characterized in that the portions (21) of the delay line shoe are made of a good ultrasonic wave transmitting material wherein the speed of propagation of said ultrasonic waves is less than 3000 ms-1.

3. Device according to claim 1 characterized in that the shoe (2) comprises at its end adapted to come into contact with the workpiece (50), a refractor element (24) comprising a conical surface.

4. Device according to claim 3 characterized in that the refractor element (24) consists of an aluminum alloy.

5. Device according to claim 1 characterized in that the blind bore (23) of the shoe comprises a threaded portion (230).

6. Device according to claim 5 characterized in that it comprises a metal centering pin (3) screwed into the threaded portion (230) of the blind bore of the shoe.

7. Device according to claim 1 characterized in that it comprises a control assembly, acquisition and signal processing comprising a computer operated by software capable of defining time windows (900, 901, 902, 903) d emission and acquisition of ultrasonic waves by the piezoelectric elements (110).

8. A method of controlling a bore in assembly comprising at least one layer (50) with the device of claim 7 characterized in that it comprises the steps of: a. installing at the end of the housing (1) a shoe adapted (2) to the type of bore and the characteristics of the assembly to be controlled; b. applying to the part a suitable couplant around the bore (51) to be controlled; vs. exciting by the control device the piezoelectric elements (110) so as to cause them to emit an ultrasonic signal according to sequences (113, 114) determined by the characteristics of the bore to be tested; d. applying the control device to the workpiece (50) so that the bore of the shoe (23) is substantially centered with the bore (51) to be controlled; e. analyze, using the acquisition and processing device, the different echoes received in A-scan mode of each sequence

9. Method according to claim 8 adapted to the control of an assembly consisting of N layers, characterized in that it comprises 2N + 2portes of temporal acquisitions divided into: - N time gates (901), said type 1, corresponding to the travel times of the ultrasonic wave in each of the layers of the assembly; - N time gates (902), called type 2, corresponding to the interface echoes between each of the layers and the bottom echo, corresponding to the limit of the last layer of the assembly; - 1 time gate (900), called type 0, corresponding to the echo of the ultrasonic waves on the end of the shoe; - 1 time gate (903), called type 3, corresponding to signals detected beyond the last time gate type 2.

10. The method of claim 9 characterized in that it comprises a step (800) of determining for each piezoelectric element of the control device a gain offset so that all the echoes reflected by the shoe in the door of time. type 0 acquisition have the same amplitude prior to the process step.

11. The method of claim 9 characterized in that it comprises a step (820) of controlling the uniformity of pressure and the flatness of the contact between the shoe and the workpiece to be controlled by the signal analysis in the door of type 0 prior to step 'e' of the method

12. The method of claim 9 characterized in that it comprises a step (830) of checking the coupling between the control device and the workpiece by examining the signal in the time acquisition gate type 0 before the step 'e' of the process.

13. Robot for drilling or fixing fastenings on an aircraft fuselage, characterized in that it comprises a device according to any one of claims 1 to 7 adapted to implement a control method according to any one of Claims 8 to 12.