WO2008043888A1 - Dispositif de controle d'une piece par ultrasons - Google Patents

Dispositif de controle d'une piece par ultrasons Download PDF

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WO2008043888A1
WO2008043888A1 PCT/FR2006/051021 FR2006051021W WO2008043888A1 WO 2008043888 A1 WO2008043888 A1 WO 2008043888A1 FR 2006051021 W FR2006051021 W FR 2006051021W WO 2008043888 A1 WO2008043888 A1 WO 2008043888A1
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liquid
coupling
transducer
coupling liquid
ultrasonic
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/051021
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English (en)
Inventor
Jean-Pierre Choffy
Original Assignee
Eads Ccr
European Aeronautic Defence And Space Company Eads France
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
    • G—PHYSICS
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    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/101—Number of transducers one transducer

Definitions

  • the invention relates to an ultrasound control device without total or partial immersion of the part to be controlled.
  • the present invention finds applications particularly advantageous, but not exclusive, in the field of aeronautics, nuclear, naval or petrochemical.
  • An object of the invention is to perform an ultrasonic examination of the part to be evaluated through a simple wetting of said part.
  • Another object of the invention is to detect, position, identify or size defects that may be in a concave shape, convex or flat.
  • the invention also aims to provide an ultrasound control device whose use is simplified.
  • the invention also relates to an automatic apparatus comprising such an ultrasonic control device.
  • ultrasonic testing devices operate in total or partial immersion of the part to be evaluated. These devices include an ultrasonic wave transmitter and an ultrasonic wave receiver.
  • This transmitter and receiver are ultrasonic sensors or piezoelectric transducers with contact or immersion.
  • the transmitter and the receiver are formed by two different transducers or by the same transducer.
  • the control device comprises a cylindrical tube in which is incorporated the transmitter and the receiver.
  • This device comprises a liquid chamber incorporated in the cylindrical tube. This liquid chamber is supplied with water by a tap.
  • the water chamber has on its termination a nozzle having a nozzle nose. This nozzle nose is cylindrical.
  • the liquid chamber is filled with water, with a certain pressure, by the tap. The water is focused by the shape of the nozzle.
  • the cylindrical shape of the nozzle nose compresses the pressure of the water thus producing a jet of water on the part to be controlled.
  • the ultrasound transmitter emits an ultrasonic wave to the room. Through the jet of water, these ultrasonic waves are concentrated on the surface of the part to be controlled. When the wave meets the surface that indicates the change of medium, part of the wave is reflected. The measurement of the time between the emission and the reception of the wave informs on the thickness of the surface of the part to be controlled.
  • This type of device With this type of device, the use of a very large volume of water is necessary to achieve optimal coupling between the control device and the part to be evaluated.
  • This control device can thus be used only in facilities capable of generating all the volume necessary for coupling and to evacuate this volume, during the study of the room. These facilities are difficult and expensive to implement.
  • This control device is mounted on an automatic device. During the evaluation of the part, at each point of the surface of the part to be evaluated, scanned by said control device, an image is assigned by the automatic device. And when, the control device returns to the same point on the surface of the part to be evaluated, the automatic device reassigns a different image at the same point. As a result, the data obtained at the end of the evaluation of the part has errors. Presentation of the invention
  • the invention proposes an ultrasound control device for evaluating parts without total or partial immersion of said test piece.
  • This device comprises a transducer focused by a first coupling liquid and a membrane placed as close as possible to the surface of the part to be evaluated for coupling a second coupling liquid to the part.
  • the subject of the invention is a device for controlling an ultrasound part comprising:
  • an active face of the transducer opens into the liquid chamber
  • the liquid chamber is supplied with a first coupling liquid, by a tap, for transmission of an ultrasonic wave from the transducer to the part, characterized in that it comprises
  • the guide element comprises a body
  • the body comprises an inlet pump injecting a second coupling liquid
  • the body by its shape, makes a thin layer of the second coupling liquid on the surface of the part to be evaluated,
  • the body comprises an outlet pump discharging the surplus of the second coupling liquid
  • the guide element comprises a membrane mounted on the body and maintaining the thickness of the thin layer of the second constant coupling liquid.
  • the body comprises at least two ribs, located on the ends of the body.
  • the body has a cavity, located between the two ribs, on which is mounted the membrane.
  • the membrane is made of a material whose ultrasonic speed is almost equal to that of the second coupling liquid.
  • the cylindrical tube comprises means for fixing the transducer and means for adjusting the focal point in the part to be evaluated.
  • the device comprises a control logic comprising a microprocessor, a program memory, a display screen, a keyboard and an input-output interface interconnected by a bus.
  • the invention also relates to an automatic apparatus comprising an ultrasonic testing device without total or partial immersion of the part to be checked.
  • Figure 1 shows schematically, in sectional view, an example of a device for controlling an ultrasonic part, according to the invention.
  • the subject of the invention is an ultrasonic inspection device without total or partial immersion of the part to be checked.
  • the device of the invention makes it possible to control pieces formed of metal plates or composite of flat, convex or concave shapes.
  • An example of such an ultrasonic testing device, according to the invention, is shown in FIG. 1.
  • This FIG. 1 shows, in a sectional view, an ultrasound control device provided with a guide element, a the invention, very schematically.
  • Figure 1 shows a device 1 ultrasonic control.
  • This device 1 has the role of detecting, positioning, identifying or dimensioning defects that may be in a room P.
  • the device 1 is also intended for the detection of defects of small dimensions or undetectable by other methods.
  • the ultrasound control device 1 of the invention can be installed on semi-manual or automatic machines.
  • Piece P can be made of carbon steel, titanium, aluminum, ceramic or composite panels. The list is not exhaustive. Piece P can be concave, convex, flat or any other shape. In the example of FIG. 1, the ultrasound control device 1 operates in reflection mode. It may also, in a variant, operate in transmission mode.
  • the ultrasound control device 1 comprises an ultrasonic transducer 2 serving both as transmitter and as receiver.
  • This transducer 2 may be an ultrasonic sensor or a piezoelectric transducer.
  • the transducer 2 may be focused or unfocused. In the example of the figure
  • the transducer 2 is focused.
  • the transducer 2 is then a transducer with a cylindrical or linear focus.
  • the transducer 2 is connected to an electrical power (not shown). It converts the received electrical signal into an acoustic signal which is an ultrasonic wave.
  • the transducer 2 emits very brief pulses in the piece P to be controlled. During the silence period between two successive transmissions, the transducer 2 plays the role of the receiver. The waves emitted will be reflected on the bottom of the piece P to be controlled or on a possible discontinuity of the piece P and return to the transducer
  • the device 1 comprises a tube 3.
  • the tube 3 is made of rigid materials such as plastic.
  • the tube 3 may have different geometric shapes. It may, for example, have a spherical shape or be cylindrical. In the embodiment shown in Figure 1, the tube 3 is cylindrical.
  • the transducer 2 is mounted in the tube 3. In the example of Figure 1, the transducer 2 is fixed in the tube 3 by fastening means (not shown).
  • the tube 3 delimits a housing adapted to receive a liquid chamber 4.
  • the tube 3 provides protection for the liquid chamber 4.
  • This liquid chamber 4 is made of a sealed material.
  • the geometrical shape of the liquid chamber 4 depends on the geometrical shape of the tube 3.
  • the liquid chamber 4 is here a cylinder of transparent material which ensures the propagation of the ultrasonic wave emitted from one end of the liquid chamber 4 until at an opposite end.
  • the liquid chamber 4 is intended for the circulation of a liquid.
  • the liquid chamber 4 has a shape adapted to concentrate the liquid on a defined point.
  • the liquid chamber 4 comprises a valve 5 supplying it with a first coupling liquid. In a mode of preferred embodiment, this first coupling liquid is water. This first coupling liquid makes it possible to focus the ultrasonic wave emitted by the transducer 2.
  • the transducer 2 has an active face 6 which is a probe.
  • the active face 6 of the transducer 2 is immersed in the first coupling liquid of the liquid chamber 4.
  • This first coupling liquid has the role of transmitting the ultrasonic waves.
  • the device 1 comprises a guide element 7.
  • This guide element 7 is mounted on an outgoing end S of the tube 2 and the liquid chamber 3.
  • This guide element 7 comprises a body 8.
  • This body 8 is in the example of Figure 1 of longitudinal shape. It may have any other form for producing and spreading a film of a liquid on the part P to be evaluated. It is preferably carried out in a rigid material such as plastic.
  • the length between two ends E1 and E2 of the body 8 is greater than the diameter of the tube 2.
  • the length of the body 8 is variable according to the different variants of the invention.
  • the body 8 of the guide element 7 has two faces F1 and F2.
  • a first face F1 smooth, forming the input face of the light wave in the piece P.
  • This second face F2 is the output face of the ultrasonic wave. This second face F2 ensures the optimal coupling of the device 1 with the part P.
  • the input face F1 of the body 8 is fixed, for example by molding, at the outgoing end S of the tube 3 and the liquid chamber 4.
  • the guide element 7 comprises an inlet pump 9 and an outlet pump 10. These two pumps 9 and 10 are installed, in the example of FIG. 1, on the two ends E1 and E2 of the body 8. Two pumps 9 and 10 are placed on either side of the diameter of the tube 2.
  • the inlet pump 9 is intended to suck a second coupling liquid and pour it on the surface of the part P to be evaluated.
  • the outlet pump 10 is intended to discharge the second coupling liquid. In a preferred embodiment, this second coupling liquid is water. Pumps 9 and 10 can suck up and discharge only a small volume of water.
  • the second coupling liquid may be different from the first coupling liquid.
  • the body 8 is traversed throughout its thickness by the inlet pump 9 and the outlet pump 10.
  • the second coupling liquid is necessary to ensure an acoustic coupling with the workpiece P and a mechanical movement of the device 1 on the workpiece P.
  • This second coupling fluid depends on the resolution, the penetration and the nature of the workpieces.
  • the guide element 7 comprises a membrane 11.
  • This membrane 11 is mounted on the body 8 by means of not shown fasteners.
  • the membrane 11 is fixed above the body 8 by molding.
  • the membrane 11 is intended to maintain constant the thin layer, the second coupling liquid, made by the body 8.
  • the membrane 11 is made in a material whose propagation speed is almost equal to the speed of propagation of the second coupling liquid.
  • This membrane 11 is made in, for example, extruded polystyrene.
  • the membrane 11 is waterproof.
  • the membrane is located, preferably, as close as possible to the piece P to prevent excess water on said piece.
  • the second face F2 comprises a groove 12.
  • This groove 12 is a transverse recess, or groove, forming a channel in the thickness of the body 8.
  • the groove 12 is delimited by two side walls 13 and 14 and a bottom 15.
  • the bottom 15 represents the depth of the groove 12.
  • the membrane 11 is mounted above the groove 12 between the liquid chamber 4 and the body 8.
  • This groove 12 serves to retain the second coupling liquid in order to generate the coupling between the membrane 11 and the piece P.
  • the groove 12 has a depth of 0.2 millimeters and a length of 25 millimeters.
  • the second face F2 of the body 8 comprises at least two ribs 16 and 17.
  • the ribs 16 and 17 are projecting portions formed on the thickness of the body 8. These ribs 16 and 17 are placed between the two ends E1 and E2 of the body 8. The length between the two ribs 16 and 17 is variable depending on the different variants of the invention.
  • the ribs 16 and 17 are preferably placed on either side of the groove 12.
  • the ribs 16 and 17 enable the thin layer of the second liquid to be spread over the entire surface of the part P to be evaluated. coupling. In the example of Figure 1, the ribs 16 and 17 have a height of 0.5 millimeters.
  • the inlet pump 9 is placed between the end E1 of the body 8 and the rib 16. And the outlet pump is placed between the groove 12 and the rib 17.
  • the second coupling liquid is transported by the inlet pump 9 to the piece P.
  • the rib 16 due to its height spreads a thin layer of said coupling liquid on the workpiece surface P to be evaluated.
  • the rib 16 spreads this thin layer of the second coupling fluid of the end E1 of the body 8 to the wall 13 of the groove 12.
  • the groove 12 because of its depth, retains a portion of the second coupling liquid. This part of the second coupling liquid retained allows optimum coupling between the membrane 11 and the piece P. As soon as the groove 12 is filled then the rest of the second coupling liquid is spread by the rib 17, the wall 14 of the groove 12 at the end E2 of the body 8. Depending on the calibration of the thin layer of the second desired coupling liquid, the outlet pump 10 discharges the surplus.
  • the ultrasound control device 1 comprises a control logic 20.
  • Said control logic 20 controls the device 1.
  • the control logic 20 is often in the form of an integrated circuit.
  • this control logic 20 comprises a microprocessor 21, a program memory 22, a display screen 23, a keyboard 24 and an input-output interface.
  • the microprocessor 21, the memory 22, the display screen 23, the keyboard 24 and the input-output interface 25 are interconnected by a bus 26.
  • control logic 20 is such a device.
  • the program memory 22 is divided into several zones, each zone corresponding to instruction codes for performing a function of the device.
  • the memory 22 comprises, according to the variants of the invention, a zone 27 comprising instruction codes for generating the command of a g ultrasonic wave emission.
  • the memory 22 comprises a zone 28 comprising instruction codes for generating the command of an ultrasonic wave reception.
  • the memory 22 includes a zone 29 comprising instruction codes for producing, on the one hand, a film of the second coupling liquid and, on the other hand, keeping said film constant.
  • the memory 22 comprises a zone 30 comprising instruction codes for analyzing the input and return echo of the ultrasound wave collected respectively, during the transmission and reception of the ultrasonic wave.
  • the memory 22 comprises a zone 31 comprising instruction codes for producing a display on the monitor 23 of the results of the analysis 30.
  • the memory 22 comprises a zone 32 comprising instruction codes for carrying out a pre-established scanning cycle of the device 1 on the piece P to control.
  • the memory 22 comprises a zone 33 comprising instruction codes for controlling the tube 2 for a setting of the focal point in the part P to be controlled.
  • the control unit 20 issues a pre-established scanning cycle order.
  • the device 1 moves on the next piece P, for example, an x, y scan or a R ( ⁇ ) scan.
  • These types of scans depend on the type of automatic device on which device 1 is mounted.
  • the control logic 20 also emits a detection order of the point of the surface of the part P on which the scanning of the device 1 begins. Therefore, at each point on the surface of the evaluated piece P, the control logic 20 assigns a single image in the process image. This considerably reduces the risk of errors in the final result.
  • the control logic 20 controls the transducer 2 to emit an ultrasonic wave, which is the input echo. It also controls the valve R to fill with a first liquid coupling the liquid chamber 4. The first coupling liquid focuses the ultrasonic wave to the surface of the part P to control.
  • the control logic 20 controls the tube 2 to be adjusted by adjusting the desired point of focus on the surface of the part P to be evaluated.
  • the control logic 20 controls the inlet pump 9 to suck in a reservoir the second coupling liquid and to empty it on the surface of the piece P to evaluate.
  • the volume of the second coupling liquid, sucked allows to make only wet, without immersion, the surface of the part to be evaluated.
  • a thin layer of the second coupling liquid is spread over the entire surface of the part P to be evaluated.
  • the membrane 11 maintains the thickness of the thin layer constant over the entire surface.
  • the control logic 20 controls the pump 10 to discharge the surplus of the second coupling liquid.
  • the control logic can also control a calibration of the thickness of the thin layer of the second coupling liquid which will wet the surface of the part P to be evaluated.
  • the shape of the body 8, the membrane 11 and the pumps 9 and 10 permanently ensure a water film of constant thickness for optimum ultrasonic coupling between the membrane 11 and the P-piece.
  • This thin layer of the second coupling liquid makes it possible to generate an almost perfect coupling between the active face 6 of the transducer 2 and the part P. With the thin layer of the second coupling liquid, it is more sensitive to shear phenomena.
  • the emitted wave propagates through the piece P. It is reflected, in one example, in the bottom of the piece P. In a variant, the wave can be reflected on the surface of the thin layer of the second coupling liquid .
  • the control logic 20 captures the reflected wave, which is the return echo, and measures the travel time between transmission and reception of the ultrasonic wave. This travel time is independent of the nature of the coupling liquid.
  • the control logic 20 analyzes the measured travel time. In other words, the control of the piece P is done by evaluating the echoes of input and return of the transmitted wave.
  • control logic 20 can deduce with very high precision the information on the thickness of the piece P. It can perform an analysis on the amplitudes of the echoes of entry and return of the ultrasonic wave . This analysis makes it possible to minimize the variations of the information on the thickness of the part P.
  • the control logic 20 can also deduce on materials consisting of several layers, the thickness of each of the layers.
  • the control logic 20 can also deduce from this analysis the wear of the piece P.
  • the control logic 20 displays the result obtained on the display screen 23.
  • the control logic makes it possible to display on the screen 23 the variations of the amplitude of the transmitted wave and the received wave. These amplitude variations are intended for the detection and / or confirmation of potential problems on the part P, such as rolling.
  • the device 1 also makes it possible to measure pieces P of small thickness with a very high precision.
  • the device 1 is easy to implement. With the device 1 of the invention, the results are obtained immediately.
  • This device 1 is easily automated.
  • the device 1 makes it possible with focused transducers 2 to concentrate the ultrasound, linearly or cylindrically, in a determined zone of the thickness of a part, or for the non-focused transducers 2 to use them simply by contact while freeing themselves. of the ultrasound dead zone.
  • This device 1 also offers specific control possibilities with ultrasonic waves refracted from 0 to 90 ° in the room.

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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif (1) de contrôle d'une pièce (P) par ultrasons sans une immersion totale ou partielle de la pièce. Ce dispositif comporte un tube cylindrique (3) délimitant une chambre à liquide (4) . Cette chambre est alimentée d'un premier liquide pour une transmission de l'onde ultrasonore, vers la pièce. Le dispositif comporte un élément de guidage (7) monté sur une extrémité du tube cylindrique et de la chambre . Cet élément de guidage comporte un corps (8) apte à réaliser une mince couche d'un deuxième liquide pour l'évaluation ultrasonore de la pièce. L'élément de guidage comporte également une membrane (11) montée sur le corps apte à maintenir l'épaisseur de la mince couche du deuxième liquide constante, pour un couplage ultrasonore optimal.

Description

Dispositif de contrôle d'une pièce par ultrasons
Domaine de l'invention
L'invention concerne un dispositif de contrôle par ultrasons sans une immersion totale ou partielle de la pièce à contrôler. La présente invention trouve des applications particulièrement avantageuses, mais non exclusives, dans le domaine de l'aéronautique, du nucléaire, du naval ou du pétrochimie. Un but de l'invention est de réaliser un contrôle ultrasonique de la pièce à évaluer à travers un simple mouillage de ladite pièce. Un autre but de l'invention est de détecter, de positionner, d'identifier ou de dimensionner des défauts pouvant se trouver dans une pièce de forme concave, convexe ou plane.
Un autre but de l'invention est de diminuer le temps de balayage du dispositif de contrôle par ultrason sur la surface de la pièce à évaluer. Un autre but de l'invention est d'obtenir les mêmes résultats qu'en immersion complète de la pièce avec l'avantage de pouvoir contrôler les pièces in situ avec un appareillage léger, sans génie civil.
L'invention a également pour but de fournir un dispositif de contrôle par ultrason dont l'utilisation est simplifiée. L'invention concerne également un appareil automatique comportant un tel dispositif de contrôle par ultrasons. Etat de la technique
Actuellement, les dispositifs de contrôle par ultrason connus fonctionnent en immersion totale ou partielle de la pièce à évaluer. Ces dispositifs comportent un émetteur d'onde ultrasonique et un récepteur d'onde ultrasonique. Cet émetteur et ce récepteur sont des capteurs ultrasonores ou des transducteurs piézo-électriques à contact ou par immersion. L'émetteur et le récepteur sont formés par deux transducteurs différents ou par le même transducteur. Le dispositif de contrôle comporte un tube cylindrique dans lequel est incorporé l'émetteur et le récepteur. Ce dispositif comporte une chambre à liquide incorporée dans le tube cylindrique. Cette chambre à liquide est alimentée en eau par un robinet. La chambre en eau comporte sur sa terminaison une buse comportant un nez de buse. Ce nez de buse est de forme cylindrique. Lors d'une évaluation de la pièce, la chambre à liquide est remplie en eau, avec une certaine pression, par le robinet. L'eau est focalisée par la forme de la buse. La forme cylindrique du nez de buse comprime la pression de l'eau produisant ainsi un jet d'eau sur la pièce à contrôler. L'émetteur ultrason émet une onde ultrasonore vers la pièce. Par l'intermédiaire du jet d'eau, ces ondes ultrasonores sont concentrées sur la surface de la pièce à contrôler. Lorsque l'onde rencontre la surface qui indique le changement de milieu, une partie de l'onde est réfléchie. La mesure du temps entre l'émission et la réception de l'onde renseigne sur l'épaisseur de la surface de la pièce à contrôler.
Cependant, un tel dispositif de contrôle par ultrason en immersion présente des inconvénients. En effet, l'immersion partielle ou totale de la pièce à évaluer impose un processus de désorption de l'humidité présente dans la pièce, lors de l'évaluation de ladite pièce. Ce processus de désorption peut durer une voire plusieurs semaines. Il faut alors attendre ce temps assez important avant de pouvoir réaliser d'autres études sur la pièce à évaluer. Ainsi, le temps d'attente, pour une étude complète de la pièce, est assez long, augmentant le coût global de l'étude complète de la pièce.
Avec ce type de dispositif, l'utilisation d'un volume d'eau très important est nécessaire pour réaliser un couplage optimal entre le dispositif de contrôle et la pièce à évaluer. Ce dispositif de contrôle ne peut ainsi être utilisé que dans des installations capables de générer tout le volume nécessaire au couplage et d'évacuer ce volume, lors de l'étude de la pièce. Ces installations sont difficiles et coûteuses à mettre en œuvre. Ce dispositif de contrôle est monté sur un appareil automatique. Lors de l'évaluation de la pièce, à chaque point de la surface de la pièce à évaluer, balayé par ledit dispositif de contrôle, est affecté une image par l'appareil automatique. Et lorsque, le dispositif de contrôle repasse sur un même point de la surface de la pièce à évaluer, l'appareil automatique réaffecte une image différente à ce même point. De ce fait, les données obtenues à la fin de l'évaluation de la pièce comportent des erreurs. Exposé de l'invention
L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des techniques exposées précédemment. Pour cela, l'invention propose un dispositif de contrôle par ultrason destiné à évaluer des pièces sans immersion totale ou partielle de ladite pièce à contrôler. Avec ce dispositif, le couplage de la pièce est réalisé par un simple mouillage de ladite pièce. Ce dispositif comporte un transducteur focalisé par un premier liquide de couplage et une membrane placée le plus prés possible de la surface de la pièce à évaluer destiné à réaliser le couplage d'un deuxième liquide de couplage avec la pièce.
Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de contrôle d'une pièce par ultrasons comportant :
- un tube cylindrique sur lequel est monté un transducteur, - une chambre à liquide délimitée par le tube cylindrique,
- une face active du transducteur débouche dans la chambre à liquide,
- la chambre à liquide est alimentée d'un premier liquide de couplage, par un robinet, pour une transmission d'une onde ultrasonore du transducteur vers la pièce, caractérisé en ce qu'il comporte
- un élément de guidage monté sur une extrémité du tube cylindrique et de la chambre à liquide,
- l'élément de guidage comporte un corps,
- le corps comporte une pompe d'entrée injectant un deuxième liquide de couplage,
- le corps par sa forme réalise une mince couche du deuxième liquide de couplage sur la surface de la pièce à évaluer,
- le corps comporte une pompe de sortie évacuant le surplus du deuxième liquide de couplage, - l'élément de guidage comporte une membrane montée sur le corps et maintenant l'épaisseur de la mince couche du deuxième liquide de couplage constant.
L'invention peut comporter également une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le corps comporte au moins deux nervures, situées sur les extrémités du corps.
- le corps comporte une cavité, située entre les deux nervures, sur laquelle est montée la membrane.
- la membrane est réalisée dans un matériau dont la vitesse ultrasonore est quasi égale à celle du deuxième liquide de couplage. - le tube cylindrique comporte des moyens de fixation du transducteur et des moyens de réglages du point focal dans la pièce à évaluer.
- le dispositif comporte une logique de commande comportant un microprocesseur, une mémoire de programme, un écran de visualisation, un clavier et une interface d'entrée sortie reliés entre eux par un bus.
L'invention concerne également un appareil automatique comportant un dispositif de contrôle par ultrasons sans une immersion totale ou partielle de la pièce à contrôler.
Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.
La figure 1 , unique, montre schématiquement, en vue de coupe, un exemple d'un dispositif de contrôle d'une pièce par ultrasons, selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention a pour objet un dispositif de contrôle par ultrasons sans une immersion totale ou partielle de la pièce à contrôler. Le dispositif de l'invention permet de contrôler des pièces formées de plaques de métaux ou composites de formes planes, convexes ou concaves. Un exemple d'un tel dispositif de contrôle par ultrasons, selon l'invention, est représenté sur la figure 1. Cette figure 1 montre, selon une vue en coupe, un dispositif de contrôle par ultrasons muni d'un élément de guidage, de l'invention, de façon très schématisée. La figure 1 montre un dispositif 1 de contrôle par ultrasons. Ce dispositif 1 a pour rôle de détecter, de positionner, d'identifier ou de dimensionner des défauts pouvant se trouver dans une pièce P. Le dispositif 1 est également destiné à la détection de défauts de faibles dimensions ou indécelables par d'autres procédés. Le dispositif 1 de contrôle par ultrasons de l'invention peut être installé sur des machines semi-manuelles ou automatiques.
La pièce P peut être formée d'acier carbone, de titane, d'aluminium, de céramique ou de panneaux composites. La liste n'est pas exhaustive. La pièce P peut être de forme concave, convexe, plane ou de tous autres formes. Dans l'exemple de la figure 1 , le dispositif 1 de contrôle par ultrasons fonctionne en mode de réflexion. Il peut également, dans une variante, fonctionner en mode de transmission.
Le dispositif 1 de contrôle par ultrasons comporte un transducteur ultrasonique 2 servant à la fois d'émetteur et de récepteur. Ce transducteur 2 peut être un capteur en ultrasonique ou un transducteur piézo-électrique. Le transducteur 2 peut être focalisé ou non focalisé. Dans l'exemple de la figure
1 , le transducteur 2 est focalisé. Le transducteur 2 est alors un transducteur à focalisation cylindrique ou linéique. Le transducteur 2 est relié à une puissance électrique (non représenté). Il convertit le signal électrique reçu en signal acoustique qui est une onde ultrasonique. Le transducteur 2 émet des impulsions très brèves dans la pièce P à contrôler. Pendant le temps de silence entre deux émissions successives, le transducteur 2 joue le rôle du récepteur. Les ondes émises vont se réfléchir sur le fond de la pièce P à contrôler ou sur une discontinuité éventuelle de la pièce P et reviennent vers le transducteur
2. L'interprétation de l'écho de retour de l'onde ultrasonique permet de renseigner sur la qualité de la pièce P.
Le dispositif 1 comporte un tube 3. Le tube 3 est réalisé dans des matériaux rigides tel que le plastique. Le tube 3 peut avoir différentes formes géométriques. Il peut, par exemple, avoir une forme sphérique ou bien être cylindrique. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , le tube 3 est de forme cylindrique. Le transducteur 2 est monté dans le tube 3. Dans l'exemple de la figure 1 , le transducteur 2 est fixé dans le tube 3 par des moyens de fixation (non représenté).
Le tube 3 délimite un logement apte à recevoir une chambre à liquide 4. Le tube 3 assure la protection de la chambre à liquide 4. Cette chambre à liquide 4 est réalisée dans un matériau étanche. La forme géométrique de la chambre à liquide 4 dépend de la forme géométrique du tube 3. La chambre à liquide 4 est ici un cylindre de matière transparente qui assure la propagation de l'onde ultrasonore émise depuis une extrémité de la chambre à liquide 4 jusqu'à une extrémité opposée. La chambre à liquide 4 est destiné à la circulation d'un liquide. La chambre à liquide 4 a une forme apte à concentrer le liquide sur un point défini. La chambre à liquide 4 comporte un robinet 5 l'alimentant d'un premier liquide de couplage. Dans un mode de réalisation préféré, ce premier liquide de couplage est de l'eau. Ce premier liquide de couplage permet la focalisation de l'onde ultrasonore émise par le transducteur 2.
Le transducteur 2 comporte une face active 6 qui est un palpeur. La face active 6 du transducteur 2 est plongée dans le premier liquide de couplage de la chambre à liquide 4. Ce premier liquide de couplage a pour rôle de transmettre les ondes ultrasonores.
Le dispositif 1 comporte un élément de guidage 7. Cet élément de guidage 7 est monté sur une extrémité sortante S du tube 2 et de la chambre à liquide 3. Cet élément de guidage 7 comporte un corps 8. Ce corps 8 est dans l'exemple de la figure 1 de forme longitudinale. Elle peut avoir tout autre forme permettant de réaliser et d'étaler un film d'un liquide sur la pièce P à évaluer. Elle est réalisée, de préférence, dans un matériau rigide tel que le plastique. La longueur entre deux extrémités E1 et E2 du corps 8 est supérieure au diamètre du tube 2. La longueur du corps 8 est variable en fonction des différentes variantes de l'invention.
Le corps 8 de l'élément de guidage 7 comporte deux faces F1 et F2. Une première face F1 , lisse, formant la face d'entrée de l'onde lumineuse dans la pièce P. Une deuxième face F2, opposée à la face d'entrée F1 , formant la face de mise en œuvre et de maintien d'une mince couche du deuxième liquide de couplage. Cette deuxième face F2 est la face de sortie de l'onde ultrasonore. Cette deuxième face F2 assure le couplage optimal du dispositif 1 avec la pièce P. La face d'entrée F1 du corps 8 est fixée, par exemple par moulage, à l'extrémité sortante S du tube 3 et de la chambre à liquide 4.
L'élément de guidage 7 comporte une pompe d'entrée 9 et une pompe de sortie 10. Ces deux pompes 9 et 10 sont installées, dans l'exemple de la figure 1 , sur les deux extrémités E1 et E2 du corps 8. Les deux pompes 9 et 10 sont placées de part et d'autre du diamètre du tube 2. La pompe d'entrée 9 est destinée à aspirer un deuxième liquide de couplage et à le verser sur la surface de la pièce P à évaluer. La pompe de sortie 10 est destinée à refouler le deuxième liquide de couplage. Dans un mode de réalisation préféré, ce deuxième liquide de couplage est de l'eau. Les pompes 9 et 10 ne peuvent aspirer et refouler que de faible volume d'eau. Le deuxième liquide de couplage peut être différent du premier liquide de couplage. Le corps 8 est traversé sur tout son épaisseur par la pompe d'entrée 9 et la pompe de sortie 10.
Le deuxième liquide de couplage est nécessaire pour assurer un couplage acoustique avec la pièce P et un déplacement mécanique du dispositif 1 sur la pièce P. De ce deuxième liquide de couplage dépend la résolution, la pénétration et la nature des pièces.
L'élément de guidage 7 comporte une membrane 11. Cette membrane 11 est montée sur le corps 8 par des moyens de fixations non représentés. Dans un exemple, la membrane 11 est fixé au-dessus du corps 8 par moulage. La membrane 11 est destiné à maintenir constante la mince couche, du deuxième liquide de couplage, réalisée par le corps 8. Afin d'éviter des échos parasites sur le résultat de l'évaluation de la pièce P, la membrane 11 est réalisée dans un matériau dont la vitesse de propagation est quasi égale à la vitesse de propagation du deuxième liquide de couplage. Cette membrane 11 est réalisée dans, un exemple, dans du polystyrène extrudé. La membrane 11 est étanche. La membrane est située, de préférence, le plus prés possible de la pièce P afin d'éviter un surplus d'eau sur ladite pièce.
La deuxième face F2 comporte une gorge 12. Cette gorge 12 est un évidement transversal, ou rainure, formant un canal dans l'épaisseur du corps 8. La gorge 12 est délimité par deux parois latérales 13 et 14 et un fond 15. Le fond 15 représente la profondeur de la gorge 12. La membrane 11 est montée au-dessus de la gorge 12, entre la chambre à liquide 4 et le corps 8. Cette gorge 12 a un rôle de rétention du deuxième liquide de couplage afin de générer le couplage entre la membrane 11 et la pièce P. Dans l'exemple de la figure 1 , la gorge 12 a une profondeur de 0.2 millimètres et une longueur de 25 millimètres.
La deuxième face F2 du corps 8 comporte au moins deux nervures 16 et 17. Les nervures 16 et 17 sont des parties saillantes formées sur l'épaisseur du corps 8. Ces nervures 16 et 17 sont placées entre les deux extrémités E1 et E2 du corps 8. La longueur entre les deux nervures 16 et 17 est variable en fonction des différentes variantes de l'invention. Les nervures 16 et 17 sont, de préférence, placées de part et d'autre de la gorge 12. Les nervures 16 et 17 permettent l'étalement, sur toute la surface de la pièce P à évaluer, de la mince couche du deuxième liquide de couplage. Dans l'exemple de la figure 1 , les nervures 16 et 17 ont une hauteur de 0.5 millimètres.
Dans un mode de réalisation préféré, la pompe d'entrée 9 est placée entre l'extrémité E1 du corps 8 et la nervure 16. Et la pompe de sortie est placée entre la gorge 12 et la nervure 17. Le deuxième liquide de couplage est transporté par la pompe d'entrée 9 vers la pièce P. La nervure 16 en raison de sa hauteur étale une mince couche dudit liquide de couplage sur la surface de pièce P à évaluer. La nervure 16 étale cette mince couche du deuxième liquide de couplage de l'extrémité E1 du corps 8 à la paroi 13 de la gorge 12.
La gorge 12, en raison de sa profondeur, retient une partie du deuxième liquide de couplage. Cette partie du deuxième liquide de couplage retenue permet un couplage optimal entre la membrane 11 et la pièce P. Dès que, la gorge 12 est remplie alors le reste du deuxième liquide de couplage est étalé par la nervure 17, de la paroi 14 de la gorge 12 à l'extrémité E2 du corps 8. En fonction du calibrage de la mince couche du deuxième liquide de couplage voulu, la pompe de sortie 10 évacue le surplus.
Les positions des nervures 16 et 17, de la gorge 12 et des pompes 9 et 10 sur le corps 8 dépendent des variantes de l'invention. Le dispositif 1 de contrôle par ultrasons comporte une logique de commande 20. Ladite logique de commande 20 commande le dispositif 1. La logique de commande 20 est, souvent réalisée sous forme de circuit intégré. Dans un exemple, cette logique de commande 20 comporte un microprocesseur 21 , une mémoire 22 de programme, un écran de visualisation 23, un clavier 24 et une interface 25 d'entrée sortie. Le microprocesseur 21 , la mémoire 22, l'écran de visualisation 23, le clavier 24 et l'interface 25 d'entrée sortie sont interconnectés par un bus 26.
Dans la pratique, lorsque l'on prête une action à un dispositif, celle-ci est réalisée par un microprocesseur du dispositif commandé par des codes instructions enregistrés dans une mémoire de programme du dispositif. La logique de commande 20 est un tel dispositif.
La mémoire 22 de programme est divisée en plusieurs zones, chaque zone correspondant à des codes instructions pour réaliser une fonction du dispositif. La mémoire 22 comporte, selon les variantes de l'invention, une zone 27 comportant des codes instructions pour générer la commande d'une g émission d'onde ultrasonore. La mémoire 22 comporte une zone 28 comportant des codes instructions pour générer la commande d'une réception d'onde ultrasonore. La mémoire 22 comporte une zone 29 comportant des codes instructions pour réaliser, d'une part, un film du deuxième liquide de couplage et, d'autre part, le maintient dudit film constant. La mémoire 22 comporte une zone 30 comportant des codes instructions pour analyser l'écho d'entrée et de retour de l'onde ultrasonore recueillie respectivement, lors de l'émission et de la réception de l'onde ultrasonore. La mémoire 22 comporte une zone 31 comportant des codes instructions pour réaliser un affichage sur le moniteur 23 des résultats de l'analyse 30. La mémoire 22 comporte une zone 32 comportant des codes instructions pour réaliser un cycle de balayage pré établi du dispositif 1 sur la pièce P à contrôler. La mémoire 22 comporte une zone 33 comportant des codes instructions pour commander le tube 2 pour un réglage du point focal dans la pièce P à contrôler.
Lors du fonctionnement du dispositif 1 de contrôle par ultrasons sans une immersion totale ou partielle de la pièce, la logique de commande 20 émet un ordre de cycle de balayage pré établi. Suivant cet ordre, le dispositif 1 se déplace sur la pièce P suivant, par exemple, un balayage x, y ou un balayage R(θ). Ces types de balayages dépendent du type d'appareil automatique sur lequel est monté le dispositif 1.
La logique de commande 20 émet également un ordre de détection du point de la surface de la pièce P sur lequel débute le balayage du dispositif 1. De ce fait, à chaque point de la surface de la pièce P évalué, la logique de commande 20 attribue une seule image dans la mémoire image. Ce qui réduit de manière considérable les risques d'erreurs sur le résultat final.
La logique de commande 20 commande le transducteur 2 à émettre une onde ultrasonore, qui est l'écho d'entrée. Il commande également le robinet R à remplir d'un premier liquide de couplage la chambre à liquide 4. Le premier liquide de couplage focalise l'onde ultrasonore vers la surface de la pièce P à contrôler. La logique de commande 20 commande le tube 2 à ajuster par un réglage le point de focalisation désirée sur la surface de la pièce P à évaluer.
La logique de commande 20 commande la pompe d'entrée 9 à aspirer dans un réservoir le deuxième liquide de couplage et à le vider sur la surface de la pièce P à évaluer. Le volume, du deuxième liquide de couplage, aspiré permet de rendre uniquement humide, sans immersion, la surface de la pièce à évaluer. Par la forme du corps 8, une mince couche du deuxième liquide de couplage est étalé sur toute la surface de la pièce P à évaluer. La membrane 11 maintient l'épaisseur de la mince couche constante sur toute ladite surface. La logique de commande 20 commande la pompe 10 à évacuer le surplus du deuxième liquide de couplage. La logique de commande peut commander également un calibrage de l'épaisseur de la mince couche du deuxième liquide de couplage qui mouillera la surface de la pièce P à évaluer. La forme du corps 8, la membrane 11 et les pompes 9 et 10 assurent en permanence un film d'eau d'épaisseur constante pour un couplage optimum ultrasonore entre la membrane 11 et pièce P.
Cette mince couche du deuxième liquide de couplage permet de générer un couplage quasi parfait entre la face active 6 du transducteur 2 et la pièce P. Avec la mince couche du deuxième liquide de couplage, on est plus sensible aux phénomènes de cisaillements.
L'onde émise se propage à travers la pièce P. Elle est réfléchie, dans un exemple, dans le fond de la pièce P. Dans une variante, l'onde peut être réfléchie sur la surface de la mince couche du deuxième liquide de couplage. La logique de commande 20 capture l'onde réfléchie, qui est l'écho de retour, et mesure le temps de parcours entre l'émission et la réception de l'onde ultrasonique. Ce temps de parcours est indépendant de la nature du liquide de couplage.
La logique de commande 20 analyse le temps de parcours mesuré. Autrement dit, le contrôle de la pièce P se fait par l'évaluation des échos d'entrée et de retour de l'onde émise.
De cette analyse, la logique de commande 20 peut déduire avec une très forte précision, l'information sur l'épaisseur de la pièce P. Il peut réaliser une analyse sur les amplitudes des échos d'entrée et de retour de l'onde ultrasonore. Cette analyse permet de minimiser les variations de l'information sur l'épaisseur de la pièce P.
La logique de commande 20 peut également déduire sur des matériaux constitués de plusieurs couches, l'épaisseur de chacune des couches. La logique de commande 20 peut également déduire de cette analyse l'usure de la pièce P. La logique de commande 20 affiche le résultat obtenu sur l'écran de visualisation 23. La logique de commande permet de visualiser sur l'écran 23 les variations de l'amplitude de l'onde émise et de l'onde reçue. Ces variations d'amplitude sont destinées au dépistage et/ou à la confirmation de problèmes potentiels sur la pièce P, tels que le laminage. Sur l'écran de visualisation 23, on peut avoir une variation de couleurs représentative d'une variation d'épaisseur ou d'atténuation de la pièce P
Le dispositif 1 permet également de mesurer des pièces P de faible épaisseur avec une très grande précision. Le dispositif 1 est facile à mettre en œuvre. Avec le dispositif 1 de l'invention, on obtient de manière immédiate les résultats. Ce dispositif 1 est facilement automatisable. Le dispositif 1 permet avec des transducteurs 2 focalisés de concentrer les ultrasons, de façon linéaire ou cylindrique, dans une zone déterminée de l'épaisseur d'une pièce, ou pour les transducteurs 2 non focalisés de les utiliser simplement par contact en s'affranchissant de la zone morte ultrasonore. Ce dispositif 1 offre également des possibilités spécifiques de contrôle avec des ondes ultrasonores réfractées de 0 à 90° dans la pièce.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif (1 ) de contrôle d'une pièce (P) par ultrasons comportant :
- un tube (3) cylindrique sur lequel est monté un transducteur (2), - une chambre à liquide (4) délimitée par le tube cylindrique,
- une face active (6) du transducteur débouche dans la chambre à liquide,
- la chambre à liquide est alimentée d'un premier liquide de couplage, par un robinet (5), pour une transmission d'une l'onde ultrasonore du transducteur vers la pièce, caractérisé en ce qu'il comporte
- un élément de guidage (7) monté sur une extrémité du tube cylindrique et de la chambre à liquide,
- l'élément de guidage comporte un corps (8), - le corps comporte une pompe d'entrée (9) injectant un deuxième liquide de couplage,
- le corps par sa forme réalise une mince couche du deuxième liquide de couplage sur la surface de la pièce à évaluer,
- le corps comporte une pompe de sortie (10) évacuant le surplus du deuxième liquide de couplage,
- l'élément de guidage comporte une membrane (11 ) montée sur le corps et maintenant l'épaisseur de la mince couche du deuxième liquide de couplage constant.
2 - Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le corps comporte au moins deux nervures(16, 17), situées respectivement sur les extrémités (E1 , E2) du corps.
3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le corps comporte une gorge (12), située entre les deux nervures, sur laquelle est montée la membrane. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la membrane est réalisée dans un matériau étanche et dont la vitesse ultrasonore est quasi égale à celle du deuxième liquide de couplage.
5 - Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le tube cylindrique comporte des moyens de fixation du transducteur et des moyens de réglages du point focal dans la pièce à évaluer.
6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une logique de commande (20) comportant un microprocesseur (21 ), une mémoire de programme (22), un écran de visualisation (23), un clavier (24) et une interface (25) d'entrée sortie reliés entre eux par un bus (26).
7 - Appareil automatique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) de contrôle d'une pièce (P) par ultrasons sans une immersion totale ou partielle de la pièce, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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