FR3029635A3

FR3029635A3 - Capteur ultrasonore multielements optimise pour le controle de conformite de soudures

Info

Publication number: FR3029635A3
Application number: FR1462141A
Authority: FR
Inventors: Christophe Larue
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-10

Abstract

L'invention concerne un capteur à ultrasons comprenant au moins une partie supérieure (2), reliée à une unité électronique (E) assurant une acquisition et un traitement de données, et une partie inférieure (1) comprenant : - une pluralité d'éléments sensibles (4) assurant une émission et une réception des ultrasons, - une membrane de contact déformable (5), à une extrémité inférieure de ladite partie inférieure, venant au contact d'une soudure à contrôler, - un liquide (6) facilitant une transmission des ultrasons entre ladite membrane de contact déformable (5) et lesdits éléments sensibles (4), caractérisé en ce que la partie supérieure dudit capteur comprend un dispositif sensible à la force appliquée (3, 7) sur ladite partie, lors d'une mesure, et en ce qu'à partir d'une certaine valeur prédéterminée de ladite force, l'acquisition des données est lancée.

Description

1 CAPTEUR ULTRASONORE MULTIELEMENTS OPTIMISE POUR LE CONTROLE DE CONFORMITE DE SOUDURES L'invention concerne le domaine du contrôle non destructif des soudures, plus précisément le contrôle par des moyens ultrasonores. L'invention concerne en particulier un capteur utilisable avec une technique de mesure ultrasonore multiéléments. Dans la description qui suit, nous désignons 10 indifféremment, par soudure et cordon de soudure, une liaison réalisée par soudage. Les méthodes non destructives de diagnostic sont un atout majeur dans le domaine du contrôle de la qualité des soudures, limitant le recours aux méthodes destructives. 15 L'une des méthodes classiquement utilisées est la technique ultrasonore mono-élément. Celle-ci se base sur l'utilisation d'un capteur piézoélectrique intégrant un élément sensible relié à une électronique de contrôle. Les ultrasons sont émis en continu et les échos sonores sont 20 restitués en temps réel sous forme d'échogrammes. L'inconvénient de cette technique réside dans le fait que le diagnostic de la qualité de la soudure est réalisé visuellement par l'opérateur qui est amené à jouer sur la position du capteur, tout en le déplaçant le long 25 de la soudure. Dans ce cas, un affichage des données en temps réel est nécessaire. La technique multiélements, développée pour combler les manques de la technique monoélement se base sur l'utilisation d'un capteur comportant une multitude 30 d'éléments sensibles. Ainsi, en posant le capteur sur une soudure, une image de la totalité ou d'une partie de cette soudure est obtenue. Elle correspond à l'ensemble des 3029635 2 échos ultrasonores obtenus le long d'un pas de mesure du capteur. Cette image est ensuite traitée par l'électronique pour déterminer si la soudure est acceptable ou non. 5 Un tel système de mesure ultrasonore est divulgué dans le document US2007/0282543. Il comporte un capteur ayant une multitude d'éléments sensibles, piézoélectriques, assurant l'émission et la réception d'ondes ultrasonores. Le corps de ce capteur comporte un réservoir renfermant un liquide facilitant la propagation d'ondes ultrasonores, et à son extrémité inférieure un élément flexible permettant, par l'appui de l'opérateur, d'assurer un bon contact avec la soudure quelle que soit sa forme. L'image de la soudure est acquise, puis comparée à une image d'une soudure de référence pour arriver à un diagnostic sur la qualité de la soudure réalisée. L'inconvénient de ce système est lié au fait qu'il est prévu pour un affichage en temps réel d'une image de la soudure et d'une quantité importante d'informations permettant de réaliser un diagnostic de la qualité de la soudure, ainsi que des informations sur les positions et tailles d'éventuels défauts. La production de telles données en temps réel s'avère onéreuse, car elle nécessite une électronique de traitement ayant une forte puissance de calcul pour pouvoir détecter et suivre le mouvement du capteur, acquérir les données, puis réaliser l'ensemble des opérations permettant d'afficher les résultats du diagnostic, en temps réel.

La maitrise des coûts étant un enjeu important dans le secteur de l'automobile, l'invention a pour objectif de proposer un système de diagnostic basé sur la technique 3029635 3 ultrasonore multiélements qui soit peu onéreux, notamment en redonnant à l'opérateur la maitrise des moments du lancement et de l'arrêt de la mesure, ce qui permet d'alléger la partie électronique nécessaire 5 l'acquisition et au traitement des données. Cet objectif est atteint à l'aide d'un capteur à ultrasons comprenant au moins une partie supérieure, reliée à une unité électronique assurant une acquisition et un traitement des données, et une partie inférieure 10 comprenant : une pluralité d'éléments sensibles assurant une émission et une réception des ultrasons, une membrane de contact déformable, à une extrémité inférieure de ladite partie inférieure, venant 15 au contact d'une soudure à contrôler, un liquide facilitant une transmission des ultrasons entre ladite membrane de contact déformable et lesdits éléments sensibles, caractérisé en ce que la partie supérieure dudit 20 capteur comprend un dispositif sensible à la force appliquée sur ladite partie, lors d'une mesure, et en ce qu'à partir d'une certaine valeur prédéterminée de ladite force, l'acquisition des données est commencée. Ainsi, le capteur à ultrasons multiéléments selon 25 l'invention comporte, dans sa partie supérieure, un dispositif sensible à la force exercée par l'opérateur, qui lance le début de la mesure lorsqu'un certain seuil de cette force appliquée est atteint. Dès que les données nécessaires sont enregistrées pour un endroit donné du 30 cordon de soudure, l'opérateur peut bloquer l'acquisition des données en arrêtant d'appuyer sur la partie supérieure du capteur. Le capteur peut ensuite être déplacé à un 3029635 4 autre endroit du cordon de soudure pour réaliser une deuxième mesure, en répétant les étapes d'appui pour réaliser un bon contact, d'acquisition et d'arrêt d'appui lorsque les données sont enregistrées. Les données sont 5 ensuite traitées séparément par l'électronique. Ainsi, on redonne à l'opérateur la maitrise du moment de lancement et d'arrêt de l'acquisition des données. Ceci permet donc de mettre en place un système de mesure peu onéreux en allégeant l'unité de traitement 10 électronique qui ne nécessite plus d'avoir des calculateurs permettant de détecter le mouvement du capteur, ni l'affichage et traitement des données en temps réel. Avantageusement, la valeur prédéterminée de la 15 force à partir de laquelle l'acquisition des données est lancée, correspond à une valeur d'une force nécessaire pour conformer la membrane de contact deformable à la forme de la soudure à contrôler. Le capteur selon l'invention exploite le fait que, de façon classique, 20 l'opérateur exerce une force d'appui pour que la membrane de contact située dans la partie inférieure du capteur puisse se conformer à la forme d'un cordon de soudure à contrôler dans le but d'assurer un bon contact et optimiser la transmission des ultrasons. Ainsi, il est 25 avantageux de lancer l'acquisition des données dès que la force d'appui, exercée par l'opérateur, est suffisante pour assurer un bon contact entre la membrane de contact et la soudure. Ceci évite notamment d'appliquer une force trop importante qui risque d'endommager le capteur ou de 30 lancer la mesure alors que la force appliquée est insuffisante pour établir un bon contact entre la membrane et la soudure.

3029635 5 Selon un premier mode de réalisation, le dispositif sensible à la force exercée lors d'une mesure comporte un contacteur du type « Tout ou Rien ». Un tel contacteur permet d'assurer un contact électrique, lorsque 5 l'opérateur exerce une force d'appui, dépassant un certain seuil, sur la partie supérieure du capteur. Ce contact électrique permet ainsi de lancer l'acquisition de données. Dans ce cas aussi, il est avantageux que cette force soit déterminée par rapport à la force nécessaire 10 pour que la membrane assure un bon contact avec la soudure à contrôler. Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif sensible à la force appliquée, lors d'une mesure, évalue ladite force en temps réel. Dans ce cas, la 15 force exercée par appui sur la partie supérieure du capteur est mesurée en continue. Dès que cette force d'appui dépasse un certain seuil, l'unité électronique, laquelle est lié le capteur, déclenche le début de l'acquisition des ultrasons.

20 Selon une variante, le dispositif sensible à la force appliquée est une jauge de contrainte. Selon une autre variante, le dispositif sensible à la force appliquée est une jauge piézoélectrique. Selon une application, la partie supérieure du 25 capteur comporte un capot rigide monté mobile translation selon un axe longitudinal XX. Ce capot mobile est ainsi monté de telle sorte à venir au contact du dispositif sensible à la force lorsqu'une force d'appui lui est appliquée. Optionnellement, ledit capot peut 30 comporter un ressort de rappel qui le ramène à son état initial lorsqu'il n'y a plus de force appliquée.

3029635 6 Selon une variante, la partie supérieure du capteur comporte, à une extrémité supérieure, une membrane d'appui déformable disposée de telle sorte à venir au contact du dispositif sensible à la force appliquée, lorsqu'une force 5 est appliquée. Une telle membrane déformable permet d'avoir la partie supérieure du capteur bien fermée évitant l'introduction de poussières et/ou de l'humidité au capteur. Aussi, elle présente l'avantage de n'avoir pas besoin de ressort de rappel, ni d'appliquer de la graisse 10 pour limiter les frottements. Néanmoins, elle est moins solide que le capot mobile. Selon une application, la partie supérieure du capteur selon l'invention est amovible et échangeable. Ainsi, il est possible de changer facilement la partie 15 supérieure du capteur en cas de panne de celle-ci. Un autre avantage d'avoir la partie supérieure amovible est de pouvoir disposer d'une seule partie inférieure laquelle on peut associer plusieurs parties supérieures. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas d'un 20 contacteur du type « Tout ou Rien ». En effet, d'une part, la force nécessaire au lancement de l'acquisition des données ultrasonores est liée à la force nécessaire pour établir un bon contact entre la membrane de contact amovible et le cordon de soudure. D'autre part, la forme 25 d'un cordon de soudure variant selon le type de matériau, la force appliquée pour avoir un bon contact varie aussi. Dans ce cas, il est préférable d'avoir un contacteur adapté à chaque type de matériau. Ainsi, le fait de pouvoir changer la partie supérieure constitue une 30 solution économique évitant d'avoir un capteur complet, c'est-à-dire, une partie inférieure et une partie supérieure, pour chaque application.

3029635 7 L'invention concerne également un système de mesure comportant un capteur à ultrasons multiéléments, lié à une unité électronique assurant une acquisition et un traitement de données, dans lequel le capteur est selon 5 l'invention telle que décrite précédemment. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante, de quelques modes de réalisation, en relation avec les dessins annexés, parmi lesquels : 10 - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation dans le quel la partie supérieure du capteur comporte un contacteur « Tout ou Rien » ; - la figure 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation dans le quel la partie supérieure du 15 capteur comporte un dispositif mesurant la force appliquée en temps réel ; la figure 3 est une vue schématique d'une application dans laquelle la partie supérieure du capteur comporte un capot rigide monté mobile à translation selon 20 un axe longitudinal XX ; et, - la figure 4 est une vue schématique d'une application dans laquelle la partie supérieure du capteur comporte une membrane d'appui deformable à son extrémité supérieure.

25 Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, le capteur selon l'invention comporte une partie inférieure 1 et une partie supérieure 2. La partie inférieur 1 comprenant : 30 une pluralité d'éléments sensibles 4 assurant l'émission et la réception des ultrasons, par exemple sous forme d'une matrice ; 3029635 8 une membrane de contact déformable 5, à son extrémité inférieure, venant au contact d'un cordon de soudure à contrôler ; un liquide 6 facilitant la transmission des 5 ultrasons entre ladite membrane de contact et lesdits éléments sensibles, par exemple de l'eau. Ces composants étant connus de la personne de l'art, ils ne sont, par conséquent, pas détaillés ici. La partie supérieure 2 forme une liaison entre les 10 éléments sensibles de la partie inférieure 1 et l'unité électronique assurant l'acquisition et le traitement des données ultrasonores. Cette unité électronique est symbolisée par la lettre « E » et elle est également d'un type connu de la personne de l'art. Un contacteur 3 du 15 type « Tout ou Rien » permet d'établir et/ou de couper cette liaison. Lors d'un contrôle de la qualité d'un cordon de soudure, l'opérateur applique une force « F » sur l'extrémité supérieure de la partie supérieure 2, pour conformer la membrane de contact déformable 5 à la forme 20 de la liaison. Ceci permet d'assurer un bon contact entre la membrane et le cordon de soudure. Le contacteur « Tout ou Rien » 3 comporte un composant de contact 31, permettant d'établir un contact électrique, et un composant 32 sensible à la force 25 appliquée, par exemple un ressort dont la raideur est choisie de telle sorte à amener le composant de contact en position fermée, c'est-à-dire de contact établi, lorsqu'un bon contact est établi entre la membrane de contact déformable 5 et le cordon de soudure.

30 Suite à l'établissement d'un contact électrique par le composant de contact 31 du contacteur 3, l'unité électronique « E » lance l'émission d'ondes ultrasonores 3029635 9 par les éléments sensibles 4 et la réception des échos correspondants. Lorsque toute la zone du cordon de soudure correspondant au pas de mesure du capteur a été scannée et les données reçues par l'unité électronique « E », 5 l'opérateur peut arrêter d'appuyer sur l'extrémité supérieure de la partie 2. La force « F » appliquée devient alors nulle et le composant 31 retourne en position de contact ouvert. Ainsi, les éléments sensibles arrêtent l'émission et la réception d'ondes ultrasonores.

10 L'unité électronique « E » traite séparément les données et affiche le diagnostic quant à la qualité de la partie scannée du cordon contrôlée. Le capteur peut ensuit être déplacé pour contrôler une autre partie du cordon de soudure ou un autre cordon de soudure.

15 Optionnellement, on peut prévoir que l'unité électronique indique à l'opérateur le moment de la fin d'acquisition des données ultrasonores. On peut également prévoir que la partie supérieure du capteur 2 soit amovible et échangeable. Ainsi, il est 20 possible de la changer facilement en cas de panne de celle-ci. D'autre part, cela donne la possibilité de disposer d'une seule partie inférieure à laquelle on peut associer plusieurs parties supérieures échangeables selon la nature du cordon de soudure à contrôler.

25 Dans un autre mode de réalisation illustré par la figure 2, la partie supérieure 2 du capteur comporte un dispositif 7 permettant de mesurer en temps réel la force « F » exercée sur son extrémité supérieure. Un tel dispositif peut être, par exemple, une jauge de contrainte 30 ou une jauge piézoélectrique. Dans ce cas, la partie supérieure 2 établit un contact permanent entre les éléments sensibles 4 de la partie inférieure et l'unité 3029635 10 électronique « E » via le dispositif 7. Ce dernier mesure en continue la force « F » exercée par appui sur la partie supérieure 2 du capteur. Dès que cette force d'appui dépasse un certain seuil, l'électronique de contrôle 5 déclenche le début de l'acquisition des ultrasons. La partie inférieure 1, reste identique à celle du mode de réalisation précédent. L'émission des ondes ultrasonores et la réception des échos par les éléments sensibles fonctionnent de la même façon que dans le mode 10 précédemment décrit. Le traitement par l'unité électronique « E » est également inchangé. La valeur seuil de la force « F » à partir de laquelle l'émission et la réception des ultrasons débute est configurée dans l'unité électronique. Optionnellement, 15 on peut configurer plusieurs seuils, chaque seuil correspondant à un type de cordon de soudure. Les figures 3 et 4 illustrent deux façons d'incorporer un dispositif 7 mesurant la force appliquée en temps réel, dans la partie supérieure 2 d'un capteur 20 selon l'invention. Ces façons d'incorporation s'appliquent également au cas d'un contacteur « Tout ou Rien ». Dans la figure 3, la partie supérieure du capteur comporte un capot rigide 8 monté mobile à translation selon l'axe longitudinal XX dans les deux directions 25 montrées par les deux flèches. Lorsqu'une force « F » est appliquée sur ce capot mobile, celui-ci vient au contact du dispositif 3, 7, et lance l'acquisition de données ultrasonores, lorsque un seuil prédéterminé de la force appliquée est atteint. Optionnellement, le capot mobile 8 30 peut comporter un ressort de rappel, non représenté sur la figure 3, pour repositionner ce capot à son état initial lorsqu'il n'y a plus de force appliquée.

3029635 11 Dans la variante illustrée par la figure 4, la partie supérieure du capteur comporte une membrane d'appui deformable 9 à son extrémité supérieure. Celle-ci est disposée de telle sorte à venir au contact du dispositif 5 3, 7, lorsqu'une force « F » lui est appliquée et lance ainsi l'acquisition de données ultrasonores, lorsque le seuil prédéterminé est atteint. L'invention concerne également un système de mesure comportant un capteur à ultrasons multiéléments, lié à une 10 unité électronique assurant l'acquisition et le traitement de données, dans lequel le capteur est selon l'invention telle que décrite précédemment. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits, on peut prévoir différentes variantes 15 sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Capteur à ultrasons comprenant au moins une partie supérieure(2), reliée à une unité électronique (E) 5 assurant une acquisition et un traitement des données, et une partie inférieure (1) comprenant : une pluralité d'éléments sensibles (4) assurant une émission et une réception des ultrasons, une membrane de contact déformable(5), à une 10 extrémité inférieure de ladite partie inférieure, venant au contact d'une soudure à contrôler, un liquide (6) facilitant une transmission des ultrasons entre ladite membrane de contact déformable (5) et lesdits éléments sensibles (4), 15 caractérisé en ce que la partie supérieure dudit capteur comprend un dispositif sensible à la force appliquée (3, 7) sur ladite partie, lors d'une mesure, et en ce qu'à partir d'une certaine valeur prédéterminée de ladite force, l'acquisition des données est commencée. 20
2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur prédéterminée de la force à partir de laquelle l'acquisition des données est commencée, correspond à une valeur minimum pour conformer la membrane 25 de contact déformable (5) à la forme de la soudure contrôler.
3. Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif sensible à la force 30 (3) appliquée, lors d'une mesure, comporte un contacteur du type « Tout ou Rien ». 3029635 13
4. Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif (7) sensible à la force appliquée, lors d'une mesure, évalue ladite force en temps réel.
5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif (7) sensible à la force appliquée est une jauge de contrainte.
6. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif (7) sensible à la force appliquée est une jauge piézoélectrique.
7. Capteur selon l'une des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce que la partie supérieure du capteur comporte un capot rigide (8) monté mobile translation selon un axe longitudinal XX.
8. Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, 20 caractérisé en ce que la partie supérieure du capteur comporte, à une extrémité supérieure, une membrane d'appui deformable (9) disposée de telle sorte à venir au contact du dispositif sensible à la force appliquée, lorsqu'une force est appliquée. 25
9. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie supérieure (2) dudit capteur est amovible et échangeable. 30
10. Système de mesure comportant un capteur ultrasons multiéléments, lié à une unité électronique assurant une acquisition et un traitement de données, 3029635 14 caractérisé en ce que ledit capteur est selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.