FR3116619A1 - Outillage de support d’eprouvettes pour un controle par tomographie - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un outillage (4) de support d’éprouvettes (3) pour un contrôle par tomographie à rayons X, caractérisé en ce qu’il comprend : - une platine (6) de support de plusieurs éprouvettes (3), la platine (6) comportant plusieurs orifices d’engagement et de maintien des éprouvettes (3), et - une embase (8) de fixation à une installation de tomographie (13). L’invention concerne aussi un ensemble de tomographie (20) comprenant un tel outillage et l’installation de tomographie (13). Figure d’abrégé : Figure 1
Description
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne notamment un outillage de support d’éprouvettes pour un contrôle par tomographie à rayons X, ainsi qu’une ensemble de tomographie comprenant un tel outillage.
Arrière-plan technique
La tomographie à rayons X est une technique d’imagerie non destructive permettant de reconstruire le volume d’un objet sous forme de coupes à partir de projections 2D acquises sous différents angles. Il s’agit en particulier d’une technique permettant de reconstruire le volume d’une pièce à partir d’une série de mesures effectuées depuis l’extérieur de cette pièce. La tomographie de pièces nécessite généralement le même nombre d’acquisitions que de pièces, c’est-à-dire qu’une même série de mesures permet de reconstruire qu’une seule pièce à la fois. Seules quelques pièces dont les dimensions le permettent peuvent être empilées, par exemple verticalement, les unes sur les autres de sorte qu’une seule acquisition puisse être effectuée pour l’ensemble des pièces empilées. C’est le cas notamment pour des éprouvettes type traction ou flexion, pour lesquelles il est actuellement possible de placer au maximum 4 ou 5 éprouvettes par acquisition. Cependant, cet empilement se fait de façon manuelle et crée ainsi une incertitude de mesure liée en particulier à leur positionnement par rapport aux instruments de mesure de tomographie et leur maintien fixe durant l’acquisition.
En outre, une acquisition de tomographie est un procédé long qui peut durer par exemple environ une heure.
Ainsi, le faible nombre d’éprouvettes qu’il est possible d’acquérir en même temps, le risque de perte de qualité d’image lors de l’acquisition et la durée d’acquisition des tomographies rendent le procédé peu reproductible et chronophage.
La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités.
L’invention concerne un outillage de support d’éprouvettes pour un contrôle par tomographie à rayons X.
Selon l’invention l’outillage comprend :
- une platine de support de plusieurs éprouvettes, la platine comportant plusieurs orifices d’engagement et de maintien des éprouvettes, et
- une embase de fixation à une installation de tomographie.
Les orifices d’engagement et de maintien des éprouvettes permettent notamment de multiplier le nombre d’éprouvettes qu’il est possible d’analyser en une seule acquisition. Ils permettent en outre de garantir de façon précise le positionnement de chaque éprouvettes durant l’acquisition de manière à augmenter la qualité des mesures.
La présente invention propose ainsi d’augmenter le nombre d’éprouvettes pouvant être tomographiées en même temps, c’est-à-dire une réduction du temps total d’acquisition des tomographies pour un grand ensemble d’éprouvettes tout en garantissant la précision des mesures.
L’outillage selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres :
- les orifices ont des formes et dimensions identiques ;
- les orifices ont une forme générale allongée dont les axes d’allongement sont parallèles entre eux ;
- les orifices sont situés sur une surface plane de la platine ;
-- les orifices sont agencés pour que les épaisseurs de matière cumulées des éprouvettes logées dans ces orifices soient inférieures ou égale à un certain seuil, ces épaisseurs cumulées étant mesurées dans un plan perpendiculaire à l’axe de révolution de la platine et dans des directions radiales par rapport à cet axe ;
- le seuil est compris entre 10 et 50mm, et de préférence entre 20 et 30mm ;
- la platine a une forme générale cylindrique, les orifices étant situés sur une des surfaces circulaires de la platine, et l’embase ayant une forme générale allongée qui s’étend le long d’un axe de révolution de la platine et dont une extrémité longitudinale est reliée à l’autre des surfaces circulaires de la platine ;
- la platine comprend un marquage d’identification de la nature des éprouvettes destinées à être portées par la platine ;
- la platine a un diamètre compris entre 50 et 200mm, et par exemple entre 80 et 100mm ;
- la platine comprend un repère, tel qu’une flèche, configuré pour faciliter son positionnement sur l’installation de tomographie ;
- l’embase comprend un système d’indexation configuré pour coopérer avec un système complémentaire de l’installation de tomographie ;
- le nombre d’orifices de la platine est compris entre 5 et 30, et de préférence entre 10 et 20 ;
- l’outillage est formé d’une seule pièce ; il est par exemple réalisé par fabrication additive ;
- l’outillage est réalisé en matériau polymère de préférence élastiquement déformable tel qu’en élastomère.
L’invention concerne également un ensemble de tomographie, comportant :
- un outillage tel que décrit précédemment, et
- une installation de tomographie comprenant
- des mors de fixation de l’outillage, et
- un tomographe par rayons X.
L’ensemble peut comprendre également des éprouvettes de traction ou flexion qui sont portées par l’outillage, les éprouvettes ayant chacune une forme générale allongée et ayant chacune une de leurs extrémités libres qui est engagée et maintenue dans un des orifices de la platine de l’outillage.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :
Description détaillée de l'invention
On se réfère d’abord à la qui illustre un ensemble de tomographie 20 selon l’invention. La tomographie est une technologie de contrôle non destructif qui permet une visualisation en trois dimensions de l’intérieur comme de l’extérieur de pièces. La tomographie est basée sur l’absorption différentielle des rayons X en fonction de la densité de matière. La tomographie exploite un grand nombre de vues réalisées suivant différents angles par rotation de la pièce étudiée et suivant plusieurs positions en hauteur. La tomographie permet par exemple de détecter et de caractériser des anomalies qui peuvent avoir des influences sur les caractéristiques mécaniques de pièces produites par fabrication additive ou FFF (Fused Filament Fabrication en anglais) telles que des éprouvettes 3.
L’ensemble 20 comprend pour cela une installation 13 de tomographie comprenant un tomographe 1 par rayons X capable d’effectuer des mesures de tomographie. L’installation 13 comprend en outre des mors de fixation 5 qui peuvent être montés sur un socle 2 de l’installation 13.
Le socle 2 est disposé selon un plan horizontal défini par les axes X, Y.
Il est configuré pour effectuer un mouvement de rotation autour d’un axe Z, perpendiculaire aux axes X et Y de manière à entraîner avec lui les mors de fixation 5.
L’ensemble 20 comprend également les éprouvettes 3 et un outillage 4 de support des éprouvettes 3 qui est fixé sur les mors de fixation 5.
L’outillage 4 permet de placer et de maintenir un grand nombre d’éprouvettes 3 dont l’acquisition pourra être réalisée simultanément.
Une fois l’outillage 4 positionné sur les mors de fixation 5, le tomographe 1 par rayons X va effectuer les mesures nécessaires sur les éprouvettes 3.
Le socle 2 va alors entrainer en rotation les mors de fixation 5 autour de l’axe Z de manière à faire tourner l’outillage 4 et donc les éprouvettes 3 afin que le tomographe 1 par rayon X puisse effectuer des mesures tout autour de l’outillage 4 et donc des éprouvettes 3.
Comme représenté sur les figures 1 à 5, l’outillage 4 comprend une platine 6 de support de plusieurs éprouvettes 3 et une embase 8 de fixation à l’installation de tomographie 13 et en particulier au mors de fixation 5.
La platine 6 comporte plusieurs orifices 7 d’engagement et de maintien des éprouvettes 3, situés par exemple sur une surface plane 14 de la platine 6.
Les orifices 7 ont par exemple des formes et dimensions identiques. Alternativement, les formes et dimensions des orifices peuvent être variables, notamment si les pièces étudiées n’ont pas les mêmes dimensions (un échantillonnage d’éprouvettes de flexion et d’éprouvettes de traction par exemple).
Les orifices 7 sont ici de forme générale allongée et ont leurs axes d’allongement B parallèles entre eux. Ils sont par exemple rectangulaires. Le nombre d’orifices 7 de la platine 6 est compris entre 5 et 30, de préférence entre 10 et 20 et par exemple 13.
Les orifices 7 peuvent également être identifiés par un marquage de numérotation 11 sur la surface de la platine 6 pour que les éprouvettes 3 soient toujours disposées dans le même ordonnancement.
Les orifices 7 peuvent également être identifiés par un marquage de numérotation 11 sur la surface de la platine 6 pour que les éprouvettes 3 soient toujours disposées dans le même ordonnancement.
La platine 6 a par exemple une forme générale cylindrique s’étendant autour d’un axe de révolution A. Lorsque l’outillage 4 est disposé sur l’installation 13, cet axe de révolution A est confondu avec l’axe Z. La platine 6 comprend une première surface circulaire plane 14 sur laquelle se trouvent les orifices 7 et une deuxième surface circulaire plane 15 opposée la première surface circulaire plane 14.
Comme illustré sur la , les orifices 7 sont agencés pour que les épaisseurs de matière cumulées des éprouvettes 3 logées dans ces orifices 7 soient inférieure ou égale à un certain seuil, ces épaisseurs cumulées étant mesurées dans un plan perpendiculaire à l’axe de révolution A de la platine 6 et dans des directions radiales par rapport à cet axe A, c’est-à-dire selon les axes X et Y. L’épaisseur maximale de matière est ici obtenue selon un diamètre D de la platine 6. L’épaisseur maximale est égale à la somme des épaisseurs d1, d2, d3 et d4 mesurées le long du diamètre D.
Le seuil est compris entre 10 et 50mm, de préférence entre 20 et 30mm et en particulier de 23 mm.
Cette épaisseur totale de matériau traversé par le rayon X du tomographe 1 doit rester cohérente avec l’énergie du rayon X.
L’emplacement des éprouvettes est ainsi optimisé afin de pouvoir en acquérir le plus grand nombre sans que la quantité de matière traversée ne soit trop importante et réduise la qualité des résultats.
La platine 6 peut avoir un diamètre compris entre 50 et 200mm, par exemple entre 80 et 100mm et en particulier de 90mm.
Ce diamètre est optimisé de manière à permettre la disposition de l’ensemble des éprouvettes 3 dans les orifices afin d’obtenir des résultats avec par exemple une résolution de l’ordre de 30 microns.
Ainsi, le cylindre de révolution dans lequel les éprouvettes 3 s’inscrivent lors de la rotation de l’outillage 4 est dans le champ de projection du tomographe 1 en accord avec la résolution souhaitée.
La platine 6 peut également comporter un marquage 9, d’identification de la nature des éprouvettes 3 destinées à être portées par la platine 6.
La platine 6 comprend notamment un repère 10, tel qu’une flèche, configuré pour faciliter son positionnement sur l’installation de tomographie 13, en en particulier sur les mors de fixation 5. Le repère 10 permet ainsi de positionner la platine 6 toujours de la même façon vis-à-vis de l’installation 13.
Ainsi, les éprouvettes 3 sont positionnées dans le même référentiel de l’installation de tomographie 13 à chaque acquisition, et l’automatisation de la reconstruction et de l’analyse est possible pour un gain de temps en post-traitement. L’automatisation de la reconstruction peut être réalisée pour obtenir un volume qui lui-même pourra être analysée avec des macros automatiques sur chaque éprouvette 3. Une macro a notamment été programmée sous VGStudio MAX afin de permettre au logiciel de calculer automatiquement le taux de porosité de chacune des éprouvettes 3 avec rapportage associé.
Comme représenté sur la , les éprouvettes 3, en particulier de traction ou de flexion, peuvent avoir chacune une forme générale allongée, par exemple rectangulaire, et avoir chacune une de leurs extrémités libres qui est engagée et maintenue dans un des orifices 7 de la platine 6.
Pour permettre d’engager les éprouvettes 3 et de les maintenir en position, il est possible de laisser un jeu, tel que 0.2mm de côté, entre l’orifice 7 et l’éprouvette 3 correspondante.
Comme mieux visible sur la , l’embase 8 de l’outillage 4 a une forme générale allongée qui s’étend le long de l’axe de révolution A de la platine 6 et dont une extrémité longitudinale 16 est reliée à la deuxième 15 des surfaces circulaires de la platine 6, par exemple par l’intermédiaire d’un épaulement 21. L’embase 8 présente un évidement 17 sur au moins une grande partie de sa longueur, et notamment sur toute sa longueur, de manière à réduire la matière nécessaire à sa fabrication et donc son coût de fabrication et sa masse.
L’embase 8 permet notamment de fixer l’outillage 4, sur l’installation de tomographie 13, en particulier sur les mors de fixation 5 du socle rotatif 2.
L’embase 8 comprend un système d’indexation 12, par exemple sous forme de clavette, configuré pour coopérer avec un système complémentaire de l’installation de tomographie 13, notamment situé dans les mors de fixation 5, afin que l’outillage 4 soit toujours placé dans la même position dans les mors de fixation 5 et donc par rapport au tomographe 1 par rayons X à chaque acquisition. Le système d’indexation se situe dans la continuité du repère 10 selon l’axe de révolution A.
L’outillage 4 est par exemple formé d’une seule pièce et réalisé en matériau polymère de préférence élastiquement déformable tel qu’en élastomère.
Pour cela, l'outillage 4 est par exemple fabriqué par fabrication additive. En effet, un tel procédé offre l'avantage de pouvoir produire directement les marquages 9, 11 sur la pièce contrairement au procédé conventionnel d’usinage qui nécessiterait une étape de marquage supplémentaire. En outre, l’évidement 17 permet de diminuer le volume de l’outillage et la quantité de matière nécessaire à sa fabrication, ce qui permet de diminuer le prix et le temps de production de l’outillage en fabrication additive. De plus, les contraintes de design du procédé ont été pris en compte afin que celui-ci soit produit avec le moins de supports possible. Cet outillage est ainsi léger, rapide à produire, peu coûteux. Un tel procédé est donc particulièrement avantageux, notamment en terme de temps, coûts et de poids de fabrication de l’outillage 4.
La fabrication additive métallique de l’outillage 4 est possible également mais donnerait un outillage 4 beaucoup plus lourd avec un coût supérieur. De plus, les matériaux métalliques génèrent du diffusé autour de l’éprouvette lorsqu’ils sont proches de la zone scannée, ce qui engendre un risque de baisse de la qualité d’image.
La géométrie de cet outillage étant relativement simple il serait possible de le réaliser en usinage. Cependant cela nécessiterait soit d’importantes chutes de matières, soit l’assemblage de deux parties entrainant ainsi une étape supplémentaire dans la gamme de fabrication, c’est-à-dire un temps de production supérieur, et un risque de rupture de l’outillage. De plus, la fabrication additive offre l’avantage de pouvoir produire directement les marquages sur la pièce, contrairement au procédé conventionnel d’usinage qui nécessiterait une étape de marquage supplémentaire. Enfin, le temps de programmation pour l’usinage d’une telle pièce serait plus élevé. Le coût et le temps de production de cet outillage unitaire serait donc bien plus important en usinage qu’en fabrication additive polymère.
Aussi, le coût d’utilisation d’un tomographe étant bien plus élevé que la production de l’outillage en fabrication additive élastomère, le coût, le temps et les ressources nécessaires à une tomographie sans l’outillage de l’invention seraient donc supérieurs à la solution proposée.
L’outillage 4 selon l’invention est ainsi léger, rapide à produire, peu coûteux et permet de réduire d’un coefficient 13 le nombre d’acquisitions nécessaires.
Claims (10)
- Outillage (4) de support d’éprouvettes (3) pour un contrôle par tomographie à rayons X, caractérisé en ce qu’il comprend :
- une platine (6) de support de plusieurs éprouvettes (3), la platine (6) comportant plusieurs orifices (7) d’engagement et de maintien des éprouvettes (3), et
- une embase (8) de fixation à une installation de tomographie (13). - Outillage (4) selon la revendication 1, dans lequel les orifices (7) ont des formes et dimensions identiques.
- Outillage (4) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les orifices (7) ont une forme générale allongée dont les axes d’allongement (B) sont parallèles entre eux.
- Outillage (4) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les orifices (7) sont situés sur une surface plane (14) de la platine (6).
- Outillage (4) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la platine (6) a une forme générale cylindrique, les orifices (7) étant situées sur une (14) des surfaces circulaires de la platine (6), et l’embase (8) ayant une forme générale allongée qui s’étend le long d’un axe de révolution (A) de la platine (6) et dont une extrémité longitudinale (16) est reliée à l’autre (15) des surfaces circulaires de la platine (6).
- Outillage (4) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la platine (6) comprend un marquage d’identification (9) de la nature des éprouvettes (3) destinées à être portées par la platine (6).
- Outillage (4) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’embase (8) comprend un système d’indexation (12) configuré pour coopérer avec un système complémentaire de l’installation de tomographie (13).
- Outillage (4) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le nombre d’orifices (7) de la platine (6) est compris entre 5 et 30, et de préférence entre 10 et 20.
- Ensemble de tomographie (20), comportant :
- un outillage (4) selon l’une des revendications précédentes, et
- une installation de tomographie (13) comprenant :
- des mors de fixation (5) de l’outillage (4), et
- un tomographe (1) par rayons X. - Ensemble (20) selon la revendication précédente, comprenant des éprouvettes (3) de traction ou flexion qui sont portées par l’outillage (4), les éprouvettes (3) ayant chacune une forme générale allongée et ayant chacune une de leurs extrémités libres qui est engagée et maintenue dans un des orifices (7) de la platine (6) de l’outillage (4).
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| DE202020103673U1 (de) * | 2019-03-26 | 2020-07-14 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Vorrichtung zum Herstellen einer Haltevorrichtung für einen Computertomographen |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE202020103673U1 (de) * | 2019-03-26 | 2020-07-14 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Vorrichtung zum Herstellen einer Haltevorrichtung für einen Computertomographen |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HAGHIGHI REZVAN RAVANFAR ET AL: "Design and Construction of an Affordable Phantom for Electron Density Measurement and Linearity Tests of Computed Tomography Systems", IRANIAN JOURNAL OF MEDICAL PHYSICS, 20 May 2020 (2020-05-20), pages 38 - 47, XP055836347, Retrieved from the Internet <URL:https://ijmp.mums.ac.ir/article_13180_8ecc024d05f158a76e24629081b3ff73.pdf> [retrieved on 20210831], DOI: 10.22038/ijmp.2019.38317.1492 * |
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