FR3123441A1 - Robot piloté dedié à l'inspection de soudures par ultrasons - Google Patents
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Abstract
La présente invention porte sur un robot mobile (11) de contrôle d'au moins une portion d'une soudure réalisée sur une structure ferromagnétique, tel qu'un équipement sous pression, comportant: - au moins une sonde ultrasonore (15), - des roues magnétiques motorisées (20) destinées à s'aimanter à la structure ferromagnétique, et - un générateur à ultrasons (25) embarqué apte à générer des signaux électriques aptes à être transformés en signaux ultrasonores par la sonde ultrasonore (15), et à recevoir et à traiter des signaux électriques de mesure issus de la sonde ultrasonore (15). Figure 2a
Description
Le domaine technique de l’invention est celui du contrôle non-destructif par ultrasons et en particulier le contrôle de l'intégrité structurelle d'une structure telle qu’un conteneur sous pression. Plus précisément, la présente invention porte sur un robot piloté dédié à l'inspection de soudures par ultrasons.
Afin de garantir la sécurité d'une structure en condition opérationnelle, comme par exemple un conteneur sous pression dit PSA pour "Pressure Swing Adsorber" en anglais, un contrôle de l'intégrité des soudures est réalisé régulièrement au cours du temps. Ces contrôles visent notamment à déterminer l'apparition d'un défaut, tel qu'une fissure ou une zone de corrosion, dans une soudure. Les moyens de contrôle mis en œuvre sont de type non-destructif, comme par exemple la cartographie ultrasonore.
Les contrôles par ultrasons des soudures de conteneurs sous pression sont généralement réalisés au moyen de scanners manipulés par des opérateurs à proximité des surfaces à inspecter. En amont des contrôles, il est nécessaire de réaliser plusieurs actions de préparations essentielles afin de rendre les contrôles possibles. Il s’agit dans un premier temps de monter des échafaudages autour de l’équipement afin que les opérateurs puissent emmener le scanner manuel sur les soudures à contrôler.
Il est ensuite nécessaire de calibrer la chaîne de mesure à ultrasons à l’aide de blocs étalons avant le début du contrôle. Le contrôle des soudures peut ensuite être effectué par les opérateurs qui déplacent manuellement le scanner le long des soudures.
Par ailleurs, il existe des robots mobiles aptes à se déplacer le long d'une structure qui permettent d’automatiser le contrôle de soudures de structures métalliques. Ces robots sont commandés par un opérateur depuis le sol via une interface de commande. Il a toutefois été observé que le signal de mesure issu du robot est détérioré du fait de la distance importante entre la prise de mesure du robot et le générateur à ultrasons situé au sol à plusieurs mètres du robot.
L'invention vise notamment à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant un robot mobile de contrôle d'au moins une portion d'une soudure réalisée sur une structure ferromagnétique, tel qu'un équipement sous pression, comportant:
- au moins une sonde ultrasonore,
- des roues magnétiques motorisées destinées à s'aimanter à la structure ferromagnétique, et
- un générateur à ultrasons embarqué apte à générer des signaux électriques aptes à être transformés en signaux ultrasonores par la sonde ultrasonore, et à recevoir et à traiter des signaux électriques de mesure issus de la sonde ultrasonore.
- au moins une sonde ultrasonore,
- des roues magnétiques motorisées destinées à s'aimanter à la structure ferromagnétique, et
- un générateur à ultrasons embarqué apte à générer des signaux électriques aptes à être transformés en signaux ultrasonores par la sonde ultrasonore, et à recevoir et à traiter des signaux électriques de mesure issus de la sonde ultrasonore.
L'invention présente l'avantage de ne pas requérir de travaux préparatoires quant à sa mise en service sur une structure (état de surface, échafaudage). L’invention permet en outre, en embarquant le générateur à ultrasons sur le robot mobile, d’optimiser le traitement des signaux de mesure ultrasonores par rapport à une architecture de système dans laquelle le générateur à ultrasons est déporté par rapport aux sondes ultrasonores. En effet, l’invention évite la détérioration des signaux de mesure du fait de leur transmission sur une courte distance entre les sondes ultrasonores et le générateur à ultrasons embarqué.
Selon une réalisation de l'invention, ledit robot comporte:
- deux châssis, chaque châssis portant deux roues magnétiques motorisées,
- les deux châssis étant articulés l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'au moins une liaison pivot permettant un déplacement relatif d'un châssis par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation de la liaison pivot.
- deux châssis, chaque châssis portant deux roues magnétiques motorisées,
- les deux châssis étant articulés l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'au moins une liaison pivot permettant un déplacement relatif d'un châssis par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation de la liaison pivot.
Selon une réalisation de l'invention, les châssis sont articulés l’un par rapport à l’autre autour d’un axe longitudinal du robot.
Selon une réalisation de l'invention, les châssis sont articulés l’un par rapport à l’autre autour d’un axe transversal du robot.
Selon une réalisation de l'invention, ledit robot comporte deux moteurs, un moteur assurant un entraînement de deux roues magnétiques motorisées d’un châssis.
Selon une réalisation de l'invention, le générateur à ultrasons est porté par un des châssis.
Selon une réalisation de l'invention, ledit robot comporte un capteur laser apte à projeter une ligne laser sur la structure ferromagnétique pour assurer une détection et un suivi d'une soudure à contrôler.
Selon une réalisation de l'invention, ledit robot comporte des buses de projection d'un couplant disposées à proximité de la sonde ultrasonore.
Selon une réalisation de l'invention, ledit robot comporte une caméra, notamment une caméra Haute Définition (HD), pour permettre à un opérateur de visualiser un positionnement de la sonde ultrasonore et/ou un environnement dans lequel évolue le robot.
Selon une réalisation de l'invention, ledit robot comporte un renifleur apte à échantillonner l'atmosphère dans une zone à proximité de la soudure à contrôler.
Selon une réalisation de l'invention, ledit robot comporte un moyen de placage de la sonde ultrasonore contre la structure ferromagnétique.
L'invention a également pour objet un système de contrôle de soudure comportant un robot mobile tel que précédemment défini et une station de commande en communication avec ledit robot, ladite station de commande comportant une source d’énergie pour alimenter en énergie électrique le robot et une pompe à fluide pour alimenter le robot en couplant.
Selon une réalisation de l'invention, ledit système comporte en outre un tapis de décollage magnétique réalisé majoritairement dans un matériau amagnétique et muni de moyens de fixation sur la structure ferromagnétique.
L'invention concerne en outre un procédé d’utilisation d'un système de contrôle de soudure tel que précédemment défini avec une structure ferromagnétique, comportant:
- une étape de mise sous tension de la station de commande,
- une étape de test de connexion avec le robot et de test de fonctionnement de la pompe à fluide,
- une étape de positionnement du robot sur la structure ferromagnétique,
- une étape de connexion de la station de commande au robot et de pilotage manuel du robot vers une soudure à contrôler,
- une étape de requête de localisation précise de la soudure à contrôler,
- une étape de positionnement du robot à un point de référence par rapport à la soudure,
- une étape de lancement d'une acquisition de mesures,
- une étape de suivi de la soudure à contrôler sur une distance prédéterminée,
- une étape d'arrêt du robot lorsque l'acquisition des mesures est terminée et
- une étape d'enregistrement des mesures.
- une étape de mise sous tension de la station de commande,
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- une étape de lancement d'une acquisition de mesures,
- une étape de suivi de la soudure à contrôler sur une distance prédéterminée,
- une étape d'arrêt du robot lorsque l'acquisition des mesures est terminée et
- une étape d'enregistrement des mesures.
La présente invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentées à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles:
Il est à noter que les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références. Ainsi, sauf mention contraire, de tels éléments disposent de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
La montre un système 10 comportant un robot mobile 11 destiné à effectuer le contrôle d'au moins une portion d'une soudure 12 réalisée sur une structure ferromagnétique 13, tel qu'un conteneur sous pression, par exemple un PSA pour "Pressure Swing Adsorber" en anglais. Le contrôle est effectué au moyen de sondes utrasonores 15 embarquées sur le robot 11 (cf. figures 2a). Le robot 11 est piloté à distance par au moins un opérateur 16 via une station de commande 17 décrite plus en détails ci-après. Les données acquises lors des contrôles sont revues et analysées en temps réel pendant le contrôle afin de statuer sur la présence ou non de défauts à l'intérieur de la soudure 12.
Plus précisément, comme on peut le voir sur les figures 2a et 2c, le robot mobile 11 comporte deux châssis 18.1, 18.2. Chaque châssis 18.1, 18.2 porte deux roues magnétiques motorisées 20 destinées à s'aimanter à la structure ferromagnétique 13.
Comme on peut le voir sur la , les deux châssis 18.1, 18.2 sont articulés l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'au moins une liaison pivot 21.1, 21.2 permettant un déplacement relatif d'un châssis 18.1, 18.2 par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation X1, X2 de la liaison pivot 21.1, 21.2.
En l'occurrence, les châssis 18.1, 18.2 sont articulés l’un par rapport à l’autre autour d’un axe longitudinal X1 du robot 11 via une liaison pivot 21.1. L'axe longitudinal X1 est un axe perpendiculaire à un axe des roues Xr lorsqu’elles sont droites. Les châssis 18.1, 18.2 sont articulés en outre l’un par rapport à l’autre autour d’un axe transversal X2 du robot 11. L'axe transversal X2 est un axe parallèle ou confondu avec l’axe des roues Xr lorsqu’elles sont droites.
A cet effet, une charnière double 22 formant les deux liaisons pivots 21.1, 21.2 est montée entre les deux châssis 18.1, 18.2. Une telle configuration permet au robot 11 de s’adapter à la courbure d’une structure ferromagnétique 13 de forme cylindrique et de réaliser un virage sur un cylindre afin de passer d’une position longitudinale à une position circulaire lors de son déplacement.
Comme on peut le voir sur les figures 2a et 2d, le robot 11 comporte en outre deux moteurs 24.1, 24.2, un moteur 24.1, 24.2 assurant un entraînement de deux roues magnétiques 20 d’un châssis 18.1, 18.2 correspondant. Un moteur 24.1, 24.2 est fixé sur un châssis 18.1, 18.2 correspondant. Un moteur 24.1, 24.2 pourra être associé à un réducteur de vitesse de façon à adapter la vitesse du moteur électrique 24.1, 24.2 à celle des roues 20 du robot 11.
Comme on peut le voir sur la , un des châssis 18.1, 18.2 porte un générateur à ultrasons 25 embarqué. Le générateur à ultrasons 25 est apte à générer des signaux électriques destinés à être transformés en signaux ultrasonores par les sondes ultrasonores 15, et à recevoir et à traiter des signaux électriques de mesure issus des sondes ultrasonores 15. Un boîtier 27 contenant l'électronique de commande des moteurs 24.1, 24.2 et du générateur à ultrasons 25 est porté par l'autre châssis 18.1, 18.2. De façon optionnelle, l'électronique de commande des moteurs 24.1, 24.2 pourra être répartie entre le boîtier 27 et un deuxième boîtier électronique 28.
Par ailleurs, le robot 11 comporte deux sondes ultrasonores 15. Une sonde 15 comporte un capteur à ultrasons 30 ainsi qu'un sabot 31 associé. Le sabot 31 a pour fonction de protéger le capteur 30 et de transmettre les signaux ultrasonores issus du capteur 30 vers la soudure 12 à inspecter.
Comme on peut le voir sur les figures 2a et 2d, des moyens de placage 33, prenant par exemple la forme de glissières à ressort 33, assurent un placage d'une sonde 15 correspondante contre la structure ferromagnétique 13. Une glissière à ressort 33 pourra agir sur un support 34 en forme de fourche portant la sonde 15.
L'ensemble "sonde 15-support 34-glissière à ressort 33" est monté sur une glissière 36 de réglage de recul de la sonde 15 par rapport à la soudure 12 à inspecter. Il est ainsi possible d'adapter une distance entre la sonde 15 et la soudure 12 à inspecter suivant la direction longitudinale D de la glissière de réglage de recul 36 qui est parallèle à l'axe transversal X2. Une fois cette distance réglée, l'opérateur peut immobiliser la sonde ultrasonore 15 en position à l'endroit souhaité de la glissière 36 pour pouvoir effectuer les mesures.
Des buses 37 disposées à proximité de la sonde ultrasonore 15 assurent la projection d'un couplant. Le couplant est un liquide, tel que de l'eau, nécessaire à la transmission ultrasonore qui est appliqué sur la surface de la structure ferromagnétique 13 à inspecter de façon à créer un film de liquide sous le sabot 31. Le couplant est acheminé par l'intermédiaire d'un conduit destiné à être connecté sur un connecteur 38 situé sur une face supérieure de la sonde 15.
En outre, un capteur laser 39 bien visible sur les figures 2a et 2b est apte à projeter une ligne laser sur la structure ferromagnétique 13 pour assurer une détection et un suivi d'une soudure 12 à inspecter. Un tel capteur 39 permet au robot 11 d'adapter en temps réel son positionnement par rapport à la soudure 12, cette dernière étant repérée par son cordon (sur-épaisseur) matérialisé sur la surface extérieure de la structure contrôlée 13. Le capteur laser 39 est associé à une caméra 40 orientée en direction de la soudure 12 afin que l'opérateur 16 puisse la visualiser pendant l'opération de contrôle.
Comme cela est illustré par la , il est également possible de prévoir une deuxième caméra 41, notamment une caméra Haute Définition (HD), pour permettre à un opérateur 16 de visualiser un positionnement des sondes ultrasonores 15 et/ou un environnement dans lequel évolue le robot 11.
Le robot 11 pourra également comporter un renifleur 43 destiné à prélever un échantillon d'atmosphère dans une zone à proximité de la soudure 12 à contrôler et à acheminer cet échantillon vers un détecteur de gaz (4 gaz : O2, CO, H2S, et limite inférieure d'explosivité (%LIE)) associé à la station de commande 17. Cela permet de prévenir tout risque lors d'un travail dans une atmosphère explosive.
Le robot 11 comporte une interface de connexion 44 avec des câbles de données et des câbles de puissance. Les câbles de données permettent d'acheminer des données de commande du robot 11 issues de la station de commande 17, telles que des données de direction (avant/arrière/droite/gauche) et des données relatives aux signaux électriques de mesure traités par le générateur à ultrasons 25. Les câbles de puissance permettent d'acheminer la puissance électrique nécessaire au fonctionnement des moteurs 24.1, 24.2 et des circuits électroniques du robot 11.
Comme on peut le voir sur la , la station de commande 17 est en communication avec le robot 11 via les câbles de données et les câbles de puissance. La station de commande 17 comporte une interface homme-machine 46 prenant par exemple la forme d'un ordinateur et une source d’énergie 47 pour alimenter le robot 11 en énergie électrique via les câbles de puissance. La station de commande 17 comporte également une interface de connexion 48 avec les câbles de données et les câbles de puissance, un boîtier électronique de communication 49, ainsi qu'un bouton d'arrêt d'urgence 50. La station de commande 17 pourra être installée à l'intérieur d'une caisse de protection 51.
En outre, comme on peut le voir sur la , une pompe à fluide 53 assure une alimentation en couplant du robot 11, notamment de l'eau. La pompe 53 est destinée à pomper le couplant depuis une réserve de couplant (non représentée) jusqu'au robot 11. Les conduits d'entrée et de sortie de fluide pourront être reliés à la pompe 53 par des embouts de connexion rapide 54. La pompe 53 pourra également être protégée par une caisse de protection 55.
Avantageusement, un tapis 56 de décollage magnétique montré sur la permet de faciliter le retrait des roues du robot 11 par rapport à la surface magnétique de la structure ferromagnétique 13. Ce tapis 56 réalisé majoritairement dans un matériau amagnétique est muni de moyens de fixation 58 sur la structure ferromagnétique 13, notamment des aimants. Ainsi, lorsque le robot mobile 11 est disposé sur le tapis 56, cela réduit la force d’attraction magnétique entre les roues magnétiques 20 du robot 11 et la structure ferromagnétique 13. On facilite ainsi le décollage magnétique du robot 11 par rapport à la structure ferromagnétique 13.
On décrit ci-après, en référence avec la , les différentes étapes d'un procédé d’utilisation du système 10 de contrôle de soudure 12 avec une structure ferromagnétique 13. Ce procédé comporte une étape 101 de mise sous tension de la station de commande 17 puis une étape 102 de test de connexion avec le robot 11 et de test de fonctionnement de la pompe à fluide 53. L'opérateur 16 pourra ensuite, dans une étape 103, positionner le robot 11 sur la structure ferromagnétique 13.
Le procédé comporte également:
- une étape 104 de connexion de la station de commande 17 au robot 11 et de pilotage manuel du robot 11 vers une soudure 12 à contrôler,
- une étape 105 de requête de localisation précise de la soudure 12 à contrôler,
- une étape 106 de positionnement du robot 11 à un point de référence par rapport à la soudure 12, dit point zéro,
- une étape 107 de lancement d'une acquisition de mesures, de sorte que le robot 11 prend des mesures à intervalles réguliers lorsqu'il se déplace le long de la soudure 12,
- une étape 108 de suivi de la soudure 12 à contrôler sur une distance prédéterminée de l'ordre de plusieurs millimètres, et
- une étape 109 d'arrêt du robot 11 lorsque l'acquisition des mesures est terminée et une étape 110 d'enregistrement des mesures.
- une étape 104 de connexion de la station de commande 17 au robot 11 et de pilotage manuel du robot 11 vers une soudure 12 à contrôler,
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- une étape 108 de suivi de la soudure 12 à contrôler sur une distance prédéterminée de l'ordre de plusieurs millimètres, et
- une étape 109 d'arrêt du robot 11 lorsque l'acquisition des mesures est terminée et une étape 110 d'enregistrement des mesures.
Le robot 11 pourra ensuite inspecter une autre soudure 12 ou être décroché de la structure 13 à l'aide du tapis 56 de décollage magnétique après être retourné dans une zone accessible par l'opérateur 16.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
En outre, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.
Claims (10)
- Robot mobile (11) de contrôle d'au moins une portion d'une soudure (12) réalisée sur une structure ferromagnétique (13), tel qu'un équipement sous pression, caractérisé en ce que ledit robot (11) comporte:
- au moins une sonde ultrasonore (15),
- des roues magnétiques motorisées (20) destinées à s'aimanter à la structure ferromagnétique (13), et
- un générateur à ultrasons (25) embarqué apte à générer des signaux électriques aptes à être transformés en signaux ultrasonores par la sonde ultrasonore (15), et à recevoir et à traiter des signaux électriques de mesure issus de la sonde ultrasonore (15). - Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte:
- deux châssis (18.1, 18.2), chaque châssis (18.1, 18.2) portant deux roues magnétiques motorisées (20),
- les deux châssis (18.1, 18.2) étant articulés l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'au moins une liaison pivot (21.1, 21.2) permettant un déplacement relatif d'un châssis (18.1, 18.2) par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (X1, X2) de la liaison pivot (21.1, 21.2). - Robot selon la revendication 2, caractérisé en ce que les châssis (18.1, 18.2) sont articulés l’un par rapport à l’autre autour d’un axe longitudinal (X1) du robot (11) et/ou d’un axe transversal (X2) du robot (11).
- Robot selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu’il comporte deux moteurs (24.1, 24.2), un moteur (24.1, 24.2) assurant un entraînement de deux roues magnétiques motorisées (20) d’un châssis (18.1, 18.2).
- Robot selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte un capteur laser (39) apte à projeter une ligne laser sur la structure ferromagnétique (13) pour assurer une détection et un suivi d'une soudure (12) à contrôler.
- Robot selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte des buses (37) de projection d'un couplant disposées à proximité de la sonde ultrasonore (15).
- Robot selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de placage (33) de la sonde ultrasonore (15) contre la structure ferromagnétique (13).
- Système (10) de contrôle de soudure (12) caractérisé en ce qu'il comporte un robot mobile (11) tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes et une station de commande (17) en communication avec ledit robot (11), ladite station de commande (17) comportant une source d’énergie pour alimenter en énergie électrique le robot (11) et une pompe à fluide (53) pour alimenter le robot (11) en couplant.
- Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un tapis (56) de décollage magnétique réalisé majoritairement dans un matériau amagnétique et muni de moyens de fixation (58) sur la structure ferromagnétique (13).
- Procédé d’utilisation d'un système (10) de contrôle de soudure (12) tel que défini selon la revendication 8 ou 9 avec une structure ferromagnétique (13), caractérisé en ce qu'il comporte:
- une étape (101) de mise sous tension de la station de commande (17),
- une étape (102) de test de connexion avec le robot (11) et de test de fonctionnement de la pompe à fluide (53),
- une étape (103) de positionnement du robot (11) sur la structure ferromagnétique (13),
- une étape (104) de connexion de la station de commande (17) au robot (11) et de pilotage manuel du robot (11) vers une soudure (12) à contrôler,
- une étape (105) de requête de localisation précise de la soudure (12) à contrôler,
- une étape (106) de positionnement du robot (11) à un point de référence par rapport à la soudure (12),
- une étape (107) de lancement d'une acquisition de mesures,
- une étape (108) de suivi de la soudure (12) à contrôler sur une distance prédéterminée,
- une étape (109) d'arrêt du robot (11) lorsque l'acquisition des mesures est terminée et
- une étape (110) d'enregistrement des mesures.
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| FR2105391A FR3123441A1 (fr) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Robot piloté dedié à l'inspection de soudures par ultrasons |
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