FR3026844A1

FR3026844A1 - Capteur piezo-electrique multi-element optimise rotatif

Info

Publication number: FR3026844A1
Application number: FR1459504A
Authority: FR
Inventors: Christian Moor; Philippe Bredif; Frederic Jenson
Original assignee: Renault SAS; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Renault SAS; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2016-04-08
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: FR3026844B1

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de contrôle pour le contrôle par ultrasons d'une zone de liaison (2, 4), comprenant un transducteur (1) comprend une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de liaison (2, 4) et à recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de liaison (2, 4), les éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores est agencés de façon à obtenir un transducteur (1) ultrasonique ayant une surface de détection formée par au moins un ensemble (5) d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores s'étendant suivant au moins une direction (x), chaque ensemble (5) d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores comprenant au moins un alignement d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores, ledit transducteur est caractérisé en ce que l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores est apte à tourner en rotation autour d'un axe O de rotation.

Description

CAPTEUR PIEZO-ELECTRIQUE MULTI-ELEMENT OPTIMISE ROTATIF L'invention concerne un transducteur ultrasonique et un procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de liaison de 5 forme sensiblement circulaire telle qu'un point soudé, un point collé, ou autre telle qu'une retassure, une inclusion. L'invention concerne plus particulièrement le domaine de la soudure automobile, notamment la soudure par points pour lier des tôles de diverses épaisseurs, qu'il s'agisse de tôles 10 de structure ou de tôles de carrosserie. Il est connu d'utiliser le contrôle non destructif par ultrasons pour contrôler la qualité des points de soudure lors de l'assemblage de tôles entre elles. Dans le domaine automobile par exemple, le contrôle s'effectue généralement 15 sur la ligne de fabrication et permet de détecter la présence de défauts dans les points de soudure et de mesurer la dimension de ces points qui présentent une forme généralement symétrique et le plus souvent ovoïde. On connaît le dispositif de contrôle par ultrasons 20 RSWA (« Resistance Spot Weld Analyser ») de la société TESSONICS qui comprend un transducteur multiéléments comportant une pluralité de capteurs à ultrasons élémentaires agencés selon une matrice pour l'inspection non destructive des points soudés. Ce transducteur peut comporter 15 x 15 25 capteurs à ultrasons élémentaires, par exemple. Ces capteurs à ultrasons élémentaires ou éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores peuvent à la fois émettre et recevoir des ultrasons. Ce sont généralement des capteurs piézo-électriques convertissant une onde ultrasonore en courant électrique et 30 vice-versa. Ce dispositif de contrôle par ultrasons permet une analyse quasiment en temps réel et de réaliser une cartographie de la zone de liaison.

Ce type de dispositif de contrôle par ultrasons présente cependant des inconvénients tels qu'un coût important dû à un nombre important de capteurs élémentaires sur le transducteur. Ce nombre important de capteurs élémentaires nécessite un système de pilotage du capteur lourd et complexe ainsi qu'un système de traitement de données puissant. Ce type de dispositif de contrôle par ultrasons peine à restituer des résultats en temps réel, du fait des temps de traitement longs.

De plus, les capteurs élémentaires présentent une taille trop importante, de sorte que le capteur multiéléments dans son ensemble ne donne pas une précision meilleure qu'un capteur mono-élément sur les points de soudure d'une caisse automobile. Par conséquent, c'est un dispositif de contrôle difficile à déployer dans certains secteurs, notamment sur une chaîne de soudure de caisses automobiles. L'invention concerne un procédé utilisant un transducteur ultrasonique pour le contrôle par ultrasons d'une zone de liaison, ledit transducteur comprenant une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de liaison, à recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de liaison. Ces éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores ont un coût relativement important, il est donc important d'en limiter le nombre tout en permettant une mesure optimisée. D'autre part, il est nécessaire de mesurer plusieurs diamètres de la zone de soudage afin de vérifier sa conformité avec le diamètre de référence de fabrication.

L'invention vise ainsi proposer un procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de liaison, optimisée pour une utilisation dans une chaîne de soudure de caisses automobiles, nécessitant un temps et un nombre limité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores tout en permettant des mesures fiables. L'invention concerne un procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de liaison avec un dispositif ultrasonique comprenant un transducteur muni d'une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores, ledit procédé comprenant un cycle E de mesure décomposé en : _ une étape El de positionnement du transducteur en regard de la zone de liaison, _ une étape E2 d'émission d'ondes ultrasonores par les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores en direction de la zone de liaison, générant des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de liaison, _ une étape E3 de réception par les éléments 15 émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores desdites ondes ultrasonores réfléchies, - une étape E4 de traitement des ondes ultrasonores réfléchies, - une étape E5 de calcul du diamètre de la zone de 20 liaison, ledit procédé est caractérisé en ce que le transducteur comprend au moins une des caractéristiques précédentes et que le cycle E est suivi d'une étape M de rotation de l'ensemble des éléments émetteurs/récepteurs 25 d'ondes ultrasonores, suivi d'une autre cycle E. Le premier cycle E permet de réaliser une première mesure d'un diamètre de la zone de liaison, ensuite on effectue une rotation de l'ensemble des éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores pour réaliser un deuxième cycle E et calculer un 30 deuxième diamètre et ainsi de suite. L'étape M comprend l'incrémentation +1 du nombre n de mesures et de cycles réalisées.

Avantageusement, le procédé comprend une étape intermédiaire II, (ou I1') à la fin du cycle E, de comptage du nombre n de mesures réalisés, si n < no on passe à l'étape M et on démarre un nouveau cycle E et si n = no on calcule le niveau de conformité de la zone de liaison. On limite le nombre de mesure afin que le procédé ne soit pas trop long mais qu'il permette une mesure suffisante et fiable de la zone de soudage. Avantageusement, no est égal à 5. Ce nombre de mesure 10 est suffisant pour évaluer la conformité de la zone de liaison. Selon une première variante, le procédé comprend une étape intermédiaire 12 consistant à calculer le nombre m de mesures conformes et si m = 4 la zone de liaison est déclarée 15 conforme, et si m < 4 le procédé comprend une étape intermédiaire 13 de calcul du nombre p de mesures non conformes et si p = 2 la zone de liaison est déclarée non conforme et si p < 2 on passe à l'étape M et on démarre un nouveau cycle E. Le système se limite à demander 5 mesures au 20 maximum, et autorise de fait une mesure non conforme sur 5 pour produire un diagnostic de conformité (80% de mesures conformes): - après 4 mesures correctes, le système électronique produit un diagnostic de conformité, 25 - si une mesure est incorrecte, le système produit un diagnostic de conformité après 5 mesures, - après 2 mesures incorrectes, le système produit un diagnostic de non-conformité, et ce dès la seconde mesure incorrecte, sans attendre la réalisation des 5 mesures. 30 Selon une deuxième variante, il comprend une étape 12' de calcul du nombre m de mesures conformes, une étape 14 de calcul du niveau de conformité m/n et si m/n 80% la zone de liaison est déclarée conforme et si m/n < 80% on passe à une étape 15 de vérification que n est inférieur ou égal à 10, si n=10 la zone de liaison est déclarée non conforme, si n est inférieur à 10 on passe à l'étape M. Le système demande des mesures jusqu'à atteindre un niveau de conformité supérieur à 80%, sans se limiter à 5 mesures. Par contre, en cas de zone non conforme, on ne saurait laisser l'électronique demander une quantité déraisonnable de mesures. Une limite doit être imposée. Par exemple si deux mesures sont incorrectes sur les 5 premières mesures, dans l'hypothèse où les mesures suivantes seraient correctes, le système devra alors demander au total 10 mesures pour atteindre le niveau de confiance requis. Si on limite le nombre N à 10, dans le cas où une troisième mesure serait incorrecte avant d'atteindre les 10 mesures, alors le système pourra produire un diagnostic de non-conformité dès la troisième mesure incorrecte, puisque 3 mesures incorrectes sur 10 ne permettront jamais d'obtenir le niveau de confiance requis. Le transducteur ultrasonique utilisé par l'invention est pour le contrôle par ultrasons d'une zone de liaison, ledit transducteur comprend une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de liaison et recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de liaison, les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores étant agencés de façon à obtenir un transducteur ultrasonique ayant une surface de détection formée par au moins un ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores s'étendant suivant une direction (x), chaque ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores comprenant au moins un alignement d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores, caractérisé en ce que l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores est apte à tourner en rotation autour d'un axe de rotation. Il est ainsi possible de n'utiliser qu'un seul ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores que l'on va faire tourner pour réaliser plusieurs mesures de la zone de liaison. Le nombre d'éléments émetteurs récepteurs utilisés est ainsi très limité pour une même efficacité de mesure. Selon une première variante, l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores constitue une ligne continue. Cet ensemble en ligne continue permet d'avoir une vision en coupe complète de la zone de liaison. Selon une deuxième variante, l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores constitue une ligne discontinue. Le nombre d'éléments émetteurs/récepteurs utilisé est ainsi limité tout en permettant de mesurer par tranche la zone de liaison. Avantageusement, des éléments émetteurs/récepteurs sont disposés aux extrémités de l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores. Le positionnement des éléments émetteurs/récepteurs permet de mesurer les bords de la zone de liaison et donc de connaitre le diamètre de ladite zone de liaison. On concentre ainsi les éléments au niveau des limites de la zone à contrôler, par exemple : cas du contrôle de diamètre d'un point soudé. Avantageusement, des éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores sont placés au milieu de l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores. Le positionnement des éléments émetteurs/récepteurs permet de contrôler la présence ou non d'une deuxième zone de liaison concentrique à la première et placée au centre et d'en mesurer la taille, par exemple si on a des zones multiples à contrôler sur un même objet : cas du contrôle de diamètre d'un point soudé et de la présence/taille d'une retassure.

Selon une caractéristique particulière, l'axe de rotation est placé au centre de l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores. Dans ce cas l'axe de rotation sera placé de préférence au centre de la zone de liaison. Selon une autre caractéristique particulière, l'axe de rotation est placé à une des extrémités de l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores. Dans ce cas également, l'axe est placé au centre de la zone de liaison et l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs ne mesurera que la moitié de la zone de liaison et donc uniquement le rayon. On optimise ainsi le nombre d'éléments piézoélectriques pour la mesure d'une zone donnée et on procède à une mesure du rayon, mais on réalise davantage de mesures afin de contrôler le diamètre d'un point soudé via la mesure de plusieurs rayons. D'autres avantages pourront encore apparaître l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre d'exemple : La figure 1 représente un premier exemple de réalisation de l'invention, La figure 2 est un deuxième exemple, La figure 3 est un troisième exemple, La figure 4 est un quatrième exemple, La figure 5 un cinquième exemple, La figure 6 un sixième exemple, La figure 7 représente un organigramme des étapes du procédé de mesure selon un premier mode, - La figure 8 est un organigramme d'un deuxième mode de réalisation du procédé.

Le transducteur 1 illustré à la figure 1 comprend une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores qui forment un ensemble 5 continu s'étendant suivant une direction x. L'ensemble 5 est apte à tourner en rotation autour d'un axe de rotation O. L'axe 0 est situé au milieu 50 de l'ensemble 5 et permet la rotation de l'ensemble 5 et de sa direction x autour de l'axe O. L'ensemble 5 est disposé en vis-à-vis d'une zone de liaison 2 de forme sensiblement circulaire. Le transducteur 1 va ainsi mesure le diamètre de la zone de liaison 2. Dans le deuxième exemple de réalisation illustré figure 2, les éléments émetteurs/récepteurs 3 forment deux sous ensembles 51 disposés à l'extrémité 53 d'un ensemble 5 discontinu, aucun élément émetteur/récepteur 3 n'est placé près du milieu 50. Dans le troisième exemple de la figure 3, les éléments émetteurs/récepteurs 3 forment deux sous ensembles 51 disposés à l'extrémité 53 et un sous ensemble 52 disposé autour du milieu 50 de l'ensemble 5 discontinu. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté quand on veut mesurer deux zones de liaison concentriques 2 et 4. La zone de liaison 2 est plus grande que la zone de liaison 4. Les sous ensembles 51 vont mesurer le diamètre de la zone de liaison 2. Le sous ensemble 52 va mesurer le diamètre de la zone de liaison 4.

Le quatrième exemple de la figure 4 montre un ensemble 5 continu mais plus court, donc avec moins d'éléments émetteurs/récepteurs 3 que dans les trois exemples précédents. L'axe de rotation 0 est, cette fois, situé sur un coté 55 de l'ensemble 5. L'axe de rotation 0 est placé au plus près du centre 20 de de la zone de liaison 2. Dans ce cas, on mesure le rayon de la zone de liaison 2 au lieu du diamètre. Il faudra réaliser plus de mesures avec cet exemple pour obtenir une précision équivalente aux trois premiers exemples.

Dans le cinquième exemple, les éléments émetteurs/récepteurs 3 forment un sous ensemble 56 disposé du coté 54 de l'ensemble 5 discontinu. Dans le sixième exemple, les éléments émetteurs/récepteurs 3 forment deux sous ensembles 56 et 57 disposés respectivement des coté 54 et 55 de l'ensemble 5 discontinu. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté quand on veut mesurer deux zones de liaison concentriques 2 et 4. Le sous ensemble 56 va mesurer le diamètre de la zone de liaison 2. Le sous ensemble 52 va mesurer le diamètre de la zone de liaison 4. Le procédé de contrôle décrit à la figure 7 comprend un ensemble E d'étapes avec une étape El de positionnement du transducteur 1 en regard de la zone de liaison 2, une étape E2 d'émission d'ondes ultrasonores par les éléments émetteurs/récepteurs 3 d'ondes ultrasonores en direction de la zone de liaison 2, générant des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de liaison 2, une étape E3 de réception par les éléments émetteurs/récepteurs 3 d'ondes ultrasonores desdites ondes ultrasonores réfléchies, une étape E4 de traitement des ondes ultrasonores réfléchies, une étape E5 de calcul du diamètre de la zone de liaison. L'ensemble E d'étapes est suivi par une étape M de rotation de l'ensemble 5 des éléments émetteurs/récepteurs 3 d'ondes ultrasonores. Cette étape incrémente de +1 le nombre n de mesures déjà effectuées. Une étape intermédiaire II est réalisée après l'étape E5 de calcul du diamètre de la zone 2, elle consiste à comparer le nombre n de mesures réalisées avec le nombre no de mesures à effectuer. Ce nombre no est de préférence égal à S.

Si n est inférieur à no (n < no) on continue les mesures, une fois le nombre no atteint (n = no) on calcule le niveau de conformité de la zone de liaison 2 (étape C). La zone de liaison 2 sera déclarée conforme si le niveau de conformité est supérieur ou égal à 80%, c'est-à-dire qu'au moins 80% des mesures sont conformes. Dans le cas contraire, la zone de liaison 2 sera déclarée non conforme. Une deuxième étape intermédiaire 12 facultative est 5 réalisée après l'étape intermédiaire II, elle calcule un nombre m de mesures conformes et le compare avec un nombre mo tel que mo = 0,8 no, c'est-à-dire qu'on a 80% de mesures bonnes sur le nombre de mesures no à effectuer. Si no = 5 alors mo = 4. Si m = mo, la zone 2 est déclarée conforme, 10 sinon on passe à l'étape suivante. Une troisième étape intermédiaire 13 facultative est faite après l'étape intermédiaire 12, elle calcule un nombre p de mesures non conformes et le compare avec un nombre po tel que po = (0,2 no) + 1, c'est-à-dire qu'on a plus de 20% de 15 mesures non conformes sur le nombre no de mesures à effectuer. Si no = 5 alors po = 2. Si p = po, la zone 2 est déclarée non conforme, sinon on passe à l'étape suivante. Le deuxième mode de réalisation du procédé illustré à la figure 8 comprend le même ensemble E d'étapes et la même 20 étape M de rotation de l'ensemble 5. Une étape intermédiaire Il' est réalisée après l'étape E5 de calcul du diamètre de la zone 2, elle consiste à comparer le nombre n de mesures réalisées avec le nombre no de mesures à effectuer. Ce nombre no est de préférence égal à S. Si n est supérieur ou égal à no 25 (n no) on passe à une étape intermédiaire 14 de calcul de niveau de conformité de la zone de liaison 2, sinon on passe à l'étape suivante. Une deuxième étape intermédiaire 12' est réalisée après l'étape intermédiaire II', elle calcule un nombre m de 30 mesures conformes, elle est suivie de l'étape 14 qui calcule le niveau de conformité de la zone de liaison 2 ou 4 soit m / n, si cette valeur est supérieure ou égale à 80%, la zone de liaison 2 est déclarée conforme, si elle est inférieure on passe à une étape 15. L'étape 15 vérifie si le nombre n de mesures est égal à N (N est de préférence égal à 10). Si n est différent de N (n + N) on passe à l'étape M, si n est égal à N la zone de liaison 2 est déclarée non conforme.

Il est possible d'ajouter une étape 13 avant l'étape 15 afin d'arrêter les mesures s'il y a trop de mesures non conformes. Dans ce mode de réalisation la mesure sera faite par rapport à N et non par rapport à no.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de liaison (2, 4) avec un dispositif ultrasonique comprenant un transducteur (1) muni d'une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores, destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de liaison (2, 4) et à recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de liaison (2, 4), les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores (3) étant agencés de façon à obtenir un transducteur ultrasonique (1) ayant une surface de détection formée par au moins un ensemble (5) d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores (3) s'étendant suivant une direction (x), chaque ensemble (5) d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores comprenant au moins un alignement d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores apte à tourner en rotation autour d'un axe 0 de rotation.ledit procédé comprenant un cycle E de mesure décomposé en : - une étape El de positionnement du transducteur (1) en regard de la zone de liaison (2, 4), - une étape E2 d'émission d'ondes ultrasonores par les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores en direction de la zone de liaison (2, 4), générant des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de liaison (2, 4), _ une étape E3 de réception par les éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores desdites ondes ultrasonores réfléchies, - une étape E4 de traitement des ondes ultrasonores 30 réfléchies, - une étape E5 de calcul du diamètre de la zone de liaison,caractérisé en ce que le cycle E est suivi d'une étape M de rotation de l'ensemble des éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores suivi d'un autre cycle E.
2. Procédé de contrôle selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend une étape intermédiaire II, à la fin du cycle E, de comptage du nombre n de cycles E réalisés, si n < no on passe à l'étape M et on démarre un nouveau cycle E et si n = no on calcule le niveau de conformité de la zone de liaison.
3. Procédé de contrôle selon la revendication précédente caractérisé en ce que no est égal à 5.
4. Procédé de contrôle selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend une étape intermédiaire 12 consistant à calculer le nombre m de mesures conformes et si m = 4 la zone de liaison (2, 4) est déclarée conforme, et si m < 4 le procédé comprend une étape intermédiaire 13 de calcul du nombre p de mesures non conformes et si p = 2 la zone de liaison (2, 4) est déclarée non conforme et si p < 2 on passe à l'étape M et on démarre un nouveau cycle E.
5. Procédé de contrôle selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comprend une étape 12' de calcul du nombre m de mesures conformes, une étape 14 de calcul du niveau de conformité m/n et si m/n 80% la zone de liaison (2, 4) est déclarée conforme et si m/n < 80% on passe à une étape 15 de vérification que n est inférieur ou égal à 10, si n est égal à 10 la zone de liaison (2, 4) est déclarée non conforme sinon on passe à l'étape M.
6. Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ensemble (5) d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores constitue une ligne continue.
7. Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'ensemble (5) d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores constitue une ligne discontinue.
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que des éléments émetteurs/récepteurs (3) sont disposés à au moins une extrémité (53, 55) de l'ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que des éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores sont placés au milieu de l'ensemble (5) d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores.
10. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe 0 de rotation est placé au centre (50) de l'ensemble (5) d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores.
11. Procédé selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'axe 0 de rotation est placé à une des extrémités (55) de l'ensemble (5) d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores. 10 15 20 25 30