Brevet FR2038242A1 — publié le 19710108

La présente invention concerne les appareils de contrôle non destructifs et, plus particulièrement, les appareils de ce type présentant un pouvoir de résolution du signal amélioré et destinés notamment à résoudre ou à détecter avec précision de pe- • 5 tits défauts présentés par un objet ou une pièce contrôlée au voisinage de sa surface en les séparant des signaux initiaux correspondant à sa surfaceo Dans la technique des appareils de contrôle non destructif d'un objet ou d'une pièce, on utilise un système permettant d'ef-10 fectuer ce contrôle à l'aide des ultrasons. Dans le contrôle des matériaux effectué selon les techniques décrites ici, une courte impulsion électrique de haute fréquence est appliquée à un dispositif d'exploration ou de contrôle comprenant un transducteur piézo-électrique ou un élément similaire. La fréquence de l'impul-15 sion se situe dans la bande des fréquences ultrasonores0 Le transducteur vibre à la fréquence ultrasonore et est couplé ou mis en communication acoustique avec une pièce à contrôler par l'intermédiaire d'un agent de couplage liquide par exempleo Les vibrations ultrasonores se déplacent à travers la pièce en cours de 20 contrôle et sont réfléchies par ses surfaces aussi bien que par les pailles, défauts ou autres discontinuités qu'elle pourrait présenter. Lorsque la vibration ultrasonore atteint le transducteur, un signal d'écho électrique est produit. L'impulsion émise et ses divers échos sont amplifiés et appliqués ensemble aux pla-25 ques de déviation verticales d'un tube à rayons cathodiques. Le balayage horizontal du tube à rayons cathodiques est réglé de façon à fournir une indication visuelle de la profondeur du défaut. Oe type de contrôle non destructif a présenté une grande valeur commerciale pendant nombre d'années. Cependant, il n'est 30 pas toujours simple pour l'utilisateur de détecter des défauts présents à proximité de la surface du matériau. Cette difficulté est due à la conception actuelle des récepteurs qui peuvent être surchargés de façon inhérente par des signaux correspondant à la surface de la pièce lorsque leurs circuits de commande normaux 35 ont été réglés pour permettre d'observer de petits défauts. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et d'apporter une solution à ce problème. Brièvement décrite, l'invention est matérialisée dans un circuit d'affaiblissement destiné au dispositif d'exploration 40 . d'un appareil de contrôle non destructif. ,Les signaux de retour 70 12072 2038242 produits par les ondes acoustiques frappant.la surface de la pièce ou de 1*objet sont captés par un récepteur. Une petite partie du signal correspondant à la surface peut passer par un atténuateur et tin récepteur. Cette petite partie du signal correspondant 5 à la surface est sommée ou acheminée par l'intermédiaire d'une porte ET ou conditionneur d'intersection en même temps qu'un signal retardé provenant de l'émetteur d'impulsions. Ce signal actionne un circuit d'affaiblissement. L'atténuateur excitéBâduit alors la valeur du signal correspondant à la surface qui passe 10 par le récepteur. Egalement, le signal déclenche immédiatement la valeur désirée de. réfection du récepteur telle qu'elle est sélectionnée par un circuit de commande d'amplitude et sa largeur est ensuite commandée à l'aide d'un retard réglable. C'est l'effet de l'affaiblissement du signal correspondant 15 à la surface de la pièce avant qu'il ne soit entièrement intro- . duit dans le récepteur qui est responsable de la réduction de la surcharge de ce récepteur. Les résultats les plus significatifs de la réduction de la surcharge du récepteur provoquée par l'affaiblissement du signal correspondant à la surface de la pièce, 20 consistent en un gain très amélioré de la précision ou du pouvoir de résolution du système. Un récepteur surchargé est incapable d'un rétablissement suffisamment rapide pour permettre de contrôler la présence de petits défauts à proximité de la surface de la pièce usinée. Des récepteurs qui- ne sont pas surchargés par le 25 signal de surface ne présentent pas un gain suffisant pour, indiquer de petits défauts présents dans la pièce. On prévoit d'ajouter une faible valeur de réjection pour le récepteur de façon à améliorer encore le pouvoir de résolution ou la précision. Cependant, la réjection est généralement réglée de façon que sa durée 30 ne dépasse pas les cinq premiers millimètres de contrôle de la pièce par exemple. Un circuit tel que celui présenté dans ce mode de réalisation fournit une. égalisation des signaux correspondant à la surface et aux défauts, ce qui permet d'effectuer un seul réglage du gain du récepteur pour obtenir ces deux résultats pen— .55.' dant le contrôle. : ... La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra .de mieux comprendre, l'invention. . . s . % .. _ ;/ - La fig-. est une représentation schématique .sous forme de " ..40 ;blocs du système selon l'invention» .. _ - . COPY 70 12072 2 2038242 La fig« 2 est une représentation graphique des formes d'ondes obtenues en divers points du montage visible sur la fig. 1. Les fig. 3 et 4 sont des représentations schématiques correspondant à certains des éléments constitutifs visibles sur la 5 fig. 1„ Pour obtenir une description plus détaillée de l'appareil selon l'invention, on se réfère tout d'abord à la fig. 1 qui représente un appareil de contrôle par ultrasons du typeprécitéo Un émetteur ou générateur d'impulsions 10 est excité par un géné-10 rateur d'impulsions de rythme 12 de façon à produire des impulsions ultrasonores qui sont appliquées à un dispositif d'exploration ou de contrôle 13» Ce dispositif d'exploration 13 compreni un transducteur piézo—électrique 14 qui vibre selon le mode d'épaisseur ou mode transversal lorsque des signaux électriques 15 lui sont appliqués. Le transducteur 14 convertit les impulsions électriques en des impulsions acoustiques qui pénètrent dans un objet ou une pièce 16 par l'intermédiaire d'un agent de couplage convenable 17 tel que de l'eau. Les impulsions acoustiques se propagent dans la pièce 16 jusqu'à ce qu'elles frappent une 20 zone limite de réflexion telle qu'un défaut. Elles sont alors réfléchies et retournent vers le transducteur 14 qui produit une tension électrique. L'impulsion électrique initiale et l'impulsLcn réfléchie sont toutes deux appliquées à un amplificateur convenable 20 et la tension amplifiée est appliquée aux plaques de dé-25 viation verticale 22 et 24 d'un tube à rayons cathodiques 26 . La base de temps horizontale du tube à rayons cathodiques 26 est fournie par un générateur de balayage horizontal 28 par l'intermédiaire d'un amplificateur horizontal 34- qui est déclenché par le générateur d'impulsions de rythme 12 lors de l'apparition de 30 l'impulsion initiale,, Le signal de balayage est appliqué aux plaques de déviation-horizontale 30 et 32 du tube à rayons cathodiques. Selon la fig. 1, ce tube à rayons cathodiques présente trois valeurs de déviation verticale. La première valeur de déviation verticale 38 est provoquée par 11 impulsion initiale. La 35 seconde valeur de déviation 40 est la réflexion obtenue à partir de la discontinuité indiquée ci-avant et la valeur de déviation finale 42 est obtenue à partir de la surface postérieure de la pièce 16. Dans la représentation visible sur la fig. 1, la valeur de déviation verticale 40 est nettement séparée de la 40 valeur de déviation 38 correspondant à 1,'impulsion initiale.» COPY 70 12072 4 2038242 Cependant, s'il existe dans la pièce 16 une discontinuité extrêmement proche de sa surface, il devient très difficile de faiie la distinction entre les deux déviations. le brevet américain N"° 3-274--821 décrit le mieux les pro-5 blêmes posés dans les systèmes antérieurs par les signaux de retour provenant d'une zone se trouvant juste en dessous de la surface de la pièce, mais ne fournit aucune solution convenable pour ce problème. Selon l'invention et comme le montre le mode de réalisation illustré et décrit ici, on obtient une amélioration de 10 la correction distance-amplitude0 Un circuit d'atténuation ou d'affaiblissement 50 est monté entre le dispositif d'exploration 15 et un récepteur 52. Le signal de sortie du récepteur 52 est appliqué à l'amplificateur vertical 20 par l'intermédiaire d'un circuit de détection et de 15 rejet commandés 54- gui sera décrit plus en détail en se référant à la fig. 4. Le générateur d'impulsions de rythme 12 fournit un signal tel que celui désigné par A sur la fig. 2. Ce signal, qui est également appliqué à un multivibrateur monostable à retard variable 60, fournit un signal de sortie correspondant 20 à un laps de temps prédéterminé. Normalement, le laps de temps pendant lequel le multivibrateur reste excité est égal à la moitié de la distance existant entre la surface du dispositif d'exploration 13 et la pièce 16, que l'on dénomme parfois la largeur du trajet aqueux. Ce signal est représenté par la forme d'on-25 de D visible sur la fig. 2. Après l'intervalle de temps correspondant à 1'excitation du multivibrateur monostable 60, une bascule ou multivibrateur bistable 62 est positionné à l'état excité et fournit alors un signal de sortie réel appliqué à une porte ET ou conditionneur d'intersection 64. La sortie de la porte ET 30 64 est reliée directement à un multivibrateur monostable supplémentaire 66 à retard variable. L'autre signal d'entrée appliqué à la porte ET 64 provient de la sortie du circuit de détection 54. Lorsqu'un signal de sortie est présent au niveau de la sortie du circuit de détection 5^ et pendant le temps d'excitation ou de 35 valeur réelle de la bascule 62, la porte ET 64 est validée ou jjendue conductrice et elle excite à son tour le multivibrateur monostable à retard 66. Ce signal de sortie provenant de la porte et 64 est représenté le mieux par la forme d'onde B visible sur la fig. 2 alors que le signal de sortie provenant du multivi-40 brateur monostable à retard 66 est représenté par la forme d'ccde 70 12072 5 2038242 S1 également visible sur la fig. 2. Le signal provenant du multivibrateur 66 autorise ou valide un multivibrateur supplémentaire 68 comme le montre la forme d'onde H visible sur la fig. 2 et repréâentant la zone de rejet appliquée au circuit de détec-^ tion et de rejet commandés. 54 qui sera décrit ci-après. Le signal provenant du multivibrateur 66 ramène immédiatement la bascule 62 au repos, ce qui eupprime la validité de la porte ET 64 ou la rend non conductrice. Le signal est alors inversé ou complémenté par l'intermédiaire d'un inverseur 70 et 10 appliqué, par l'intermédiaire d'un circuit 72 de commande de la pente ou du coefficient d'affaiblissement correspondant à la zone voisine de la surface, d'un circuit 76 de commande de l'amplitude de l'affaiblissement ou de l'atténuation correspondant à la zone voisine de la surface, et d'un amplificateur 80, à l'atté-15 nuateur 50. Pendant la période où un signal est appliqué à l'atténuateur 50, le signal d'entrée reçu par l'intermédiaire du dispositif d'exploration 15 est atténué pendant un laps de temps prédéterminé . Comme cela a été indiqué dans le fonctionnement de ce sys-20 tème, lorsqu'un signal de retour apparaît en premier, il est appliqué par l'intermédiaire de l'atténuateur et du récepteur à la porte ET 64 qui est validée ou rendue conductrice pendant ce temjs d'impulsion spécifique à l'aide du générateur d'impulsions de rythme 12, du "multivibrateur 60 et de la bascule 62. La porte 25 ET 64 valide alors le multivibrateur 66 qui applique un signal à l'atténuateur 50» ce derniér étant atténué pendant un laps de temps prédéterminé peu après l'apparition du signal correspondant à la zone voisine de la surface ou zone limite. Ainsi, les réflexions correspondant à la surface limite sont détectées à l'aide 50 du récepteur à gain élevé 52 et sont résolues ou déterminées avec précision grâce au réglage de l'atténuateur 50. On prévoit tin circuit 69 de commande de l'amplitude du signal correspondant à la zone voisine de la surface qui fonctionne comme suit:-Il existe un réglage optimal du gain qui fournit le 35 meilleur rapport signal-bruit pour n'importe quel récepteur pouvant être saturé ou surchargé. Le but du circuit de commande 69 consiste à trouver cette valeur optimale et à l'ajuster pour obtenir le meilleur fonctionnement. Le circuit 72 de commande de la pente correspondant au signal de la zone voisine de la surface 40 permet de régler le laps de temps qu'utilise l'atténuateur 50 70 12072 6 • ;L. -2038242 pour passer de l'affaiblissement total à un affaiblissement nul. Si cette modification ou ce passage est effectué trop rapidement, le récepteur 52 répond en fournissant des- signaux erronés ou parasites qui tendent à induire l'utilisateur en erreur. Si la 5 pente était trop faible, on obtiendrait-également des effets non désirés, de sorte qu'il existe également un réglage optimal pour la pente comme- le montre la forme d'onde G visible sur la fig.2. Le circuit de détection et de rejet commandés 54- apporte une aide à la détection désirée pour les défauts présents à pro-10 ximité de la surface. Ce résultat est obtenu en effectuant une discrimination par rapport aux signaux de bruit d'un niveau inférieur apparaissant en même temps que les défauts proches de la surface. En commandant la valeur de la polarisation inverse du circuit de détection 54- appliquée au circuit 69 de commande de 15 l'amplitude-de la zone voisine de la surface, les signaux, de niveau inférieur .ne peuvent être détectés. Ce phénomène se produit du fait que toute amplitude détectable4 des signaux doit être égale à la somme de la valeur de réjection et de la chute de tension , au niveau de la diode pour passer par le détecteur 54-. 20 Si l'on se réfère maintenant à la fig. 3, celle-ci représen te un exemple de réalisation d'un circuit d'atténuation comprenant-un transistor à effet de champ 100 et un transistor du type KPN 102. Le transistor 102 constitue line partie de l'amplificateur 80 et reçoit sur sa base les signaux provenant des circuits de com-25 mande de la pente et de l'amplitude 72 et 76 appliqués à une borne 104. Une borne 106 reçoit le signal qui provient du dispositif d'exploration 13 et est écrêté par l'intermédiaire de diodes 108 et 110» Un affaiblissement de la valeur d'excitation destinée au transistor à effet de champ 100 est obtenu à-partir de l'émet-30 teur du transistor 102 fonctionnant conjointement avec des diodes 112 et 114. Ces diodes 112 et. 114- constituent un diviseur du signal entre leurs impédances de conduction dynamique et une • « •; résistance montée en série. Ce circuit détermine•à son tour la valeur de l'affaiblissement appliqué au signal, de" sortie provenant 35 du transistor à effet de champ. Le signal apparaissant-au niveau de la borne--de sortie ;116' de ce: circuit d'atténuation est appliqué au. récepteur52. Bien, que- l'on n'.ait décrit ici:;.qu'un seul .atténuateur analogique, il est évident'que. l'on-peut-;prévoir de nombreuses modifications et divers autres types de circuit d'atté- -40 nuation sans sortir du cadre de l'invehtion, le présent circuit COPY 70 12072 7 2038242 ayant simplement été donné à titre d*exemple. La figo 4 représente un multivibrateur monostable typique à retard variable constitué par des amplificateurs opérationnels 120 et 122» Ce multivibrateur monostable particulier fournit la 5 réjection correspondant à la zone voisine de la surface à l'aide du réglage du multivibrateur 68 visible sur la fig. 1 et applique ce signal au circuit de réjection commandé. Le signal de fréquence radio-électrique provenant du récepteur est appliqué au collecteur d'un transistor 124- par l'intermédiaire d'une borne 10 d'entrée 126. Le signal est ensuite inversé en 127 et appliqué à un circuit de commande de la réjection et de l'amplitude correspondant à la zone voisine de la surface, se présentant sous la forme d'un potentiomètre 128, le collecteur du transistor 124-étant couplé à l'amplificateur vertical 20. 15 'Par conséquent, le cireuit de détection et de rejet comman- j.- dés fonctionne conjointement avec 11 atténuateur 50 et donne la certitude que des- parties du signal subissent une réjection pendant la durée du temps d'affaiblissement. Ainsi, la petite valeur de la réjection du récepteur ajoutée par le circuit 54- apporte 20 une amélioration supplémentaire au pouvoir de résolution et à la précision du signal reçu» Cependant, la réjection est généralement réglée de façon que sa durée ne dépasse pas les cinq premiers millimètres de la pièce. Ainsi, grâce à cette particularité, on a obtenu une égali-25 sation ou une compensation entre le signal correspondant à la zone voisine de la surface et les signaux de défaut qui permet d'effectuer un seul réglage fixe ou constant du gain du récepteur pour ces deux éléments pendant les essais ou le contrôle. Grâce à l'invention, les défauts présents à proximité de la surface 30 sont clairement distingués et détectés avec précision du fait que la valeur du signal est atténuée pendant une période de temps dé-. terminée avant d'atteindre le récepteur 52* Par conséquent, le . récepteur .52 peut-être réglé sur des gains élevés pour obtenir ' la résolution de "petits- défauts et fonctionner avec afâiblissemert 35 pendant'ces périodes critiques. • .. *• Des modifications peuvent être apportées aux modes de réali- • sation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s ' écarter * de5 i' inventioh.i^xiil:v * -yh-::: -zJ- >v„ 70 12072 2038242 E E Y E N D I O A T I O S S 1. Appareil permettant d'effectuer le contrôle non destructif par ultrasons d'un objet ou d'une pièce, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'impulsions destiné à fournir des 5 impulsions ayant une durée synchronisée, un émetteur fonctionnant en réponse à ce générateur d'impulsions, un récepteur, un dispositif d'exploration par ultrasons destiné à être couplé oijmis en communication acoustique avec la pièce, un transducteur pouvant être réglé en position dans le dispositif d'exploration et desti-10 né d'une part à recevoir l'énergie électrique provenant de l'émetteur et à transmettre une énergie ultrasonore correspondante à la pièce et d'autre part à recevoir des signaux d'échos ultrasonores provenant de cette dernière et à transmettre une énergie électrique correspondante au récepteur, et un circuit d'atténuation qui 15 en réponse aux signaux d'échos provenant du récepteur et aux signaux provenant du générateur d'impulsions provoque l'atténuation ou l'affaiblissement de certaines parties du signal d'écho. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des circuits de porte ou circuits conditionneurs 20 qui, en réponse aux signaux provenant du récepteur et à une partie retardée des signaux fournis par le générateur d'impulsions, autorisent ou déclenchent le circuit d'atténuation. 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit à retard qui, en réponse au fonctionne- 25 ment du générateur d'impulsions, fournit une impulsion retardée selon un laps de temps prédéterminé, et un circuit conditionneur ou circuit de porte qui, en réponse aux signaux provenant du récepteur et aux signaux provenant du circuit à retard, autorise ou déclenche le circuit d'atténuation* 30 4» Appareil suivant la revendication 3» caractérisé en ce que le circuit à retard comprend un multivibrateur monostable, le circuit de porte comprenant un conditionneur d'intersection ou porte ET. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce 35 qu'il comprend un multivibrateur bistable comportant une première entrée reliée au circuit à retard et une secondé entrée reliée à la sortie de la porte ET ainsi qu'une sortie reliée à l'entrée de cette porte ET© 6. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce 40 qu'il comprend un dispositif qui, en réponse au fonctionnement du 70 12072 9 2038242 circuit de porte, fournit un signal de retard appliqué au circuit d'atténuation pendant un laps de temps prédéterminée 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif fonctionnant en.réponse au circuit de porte com-5 prend un multivibrateur monostable„ 8o Dispositif.émetteur-récepteur comportant un circuit de commande d'atténuation destiné à affaiblir des signaux d'échos ou de retour, caractérisé en ce qu'il comprend un premier circuit destiné à fournir une impulsion électrique correspondant dans le 10 temps à une impulsion émise, un circuit destiné à retarder l'impulsion fournie par ce premier circuit, un second circuit destiné à fournir une iâpulsi on à un instant coïncidant avec les signaux d'échos ou de retour, un circuit conditionneur ou circuit de porte pouvant être actionné lors de l'apparition de l'impulsion du 15 premier circuit et du second circuit de façon à fournir une impulsion de déclenchement, un troisième circuit qui, en réponse à l'impulsion de déclenchement fournie par le circuit de porte, fournit un signal d'atténuation ou d'affaiblissement pendant une largeur d'impulsion prédéterminée, et un circuit d'atténuation 20 destiné à recevoir les signaux d'échos ou de retour et fonctionnait en réponse aux signaux affaiblis fournis par le troisième circuit. 9» Dispositif émetteur-récepteur suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit qui, en réponse au fonctionnement du circuit de porte, interrompt le signal fourni 25 par le premier circuit. 10. Appareil de contrôle non destructif par ultrasons destiné à la détection des pailles, défauts ou autres discontinuités d'un objet ou d'une pièce, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'impulsions, un émetteur comportant un circuit d'en-30 trée relié à ce générateur d'impulsions et un circuit de sortie destiné à recevoir des impulsions provenant de ce dernier et à émettre des impulsions électriques à haute tension et haute fréquence apparaissant dans le circuit de sortie, un récepteur comportant un circuit d'entrée et un circuit de sortie, un dispositif 35 d'exploration ou de contrôle destiné à être couplé ou mis en communication acoustique avec la pièce et comportant un circuit d'entrée relié au circuit de sortie de l'émetteur et un circuit de sortie relié au circuit d'entrée du récepteur, un transducteur mis en position dans le dispositif d'exploration et destiné d'une 40 part à recevoir une énergie électrique provenant du circuit de 70 12072 10 2038242 sortie de l'émetteur et à émettre une énergie ultrasonore corres— pondante appliquée à la pièce et d'autre part à recevoir des signaux d'échos ultrasonores provenant de la pièce et à émettre une énergie électrique correspondante appliquée au circuit d'entrée 5 du récepteur, un circuit d'atténuation monté entre le circuit d'entrée du récepteur et le dispositif d'exploration et comportaM un circuit de validation ou de déclenchement, un multivibrateur monostable à retard fonctionnant en réponse au générateur d'impulsions de rythme et fournissant un signal électrique ayant une pé— 10 liode de temps égale en longueur à la distance séparant le transducteur et la pièce, une bascule ou un multivibrateur bistable comportant une entrée d'excitation reliée au multivibrateur monostable à retard et destinée à être excitée ou positionnée dans tin premier état grâce à ce dernier et comportant également un circuit 15 de sortie, et un conditionneur d'intersection ou porte ET comportant un premier circuit d'entrée relié au circuit de sortie du récepteur, un second circuit d'entrée- relié au circuit de sortie de la bascule, et un circuit de sortie relié au circuit de validation ou de déclenchement du circuit d'atténuation. 20 11. Appareil de contrôle non destructif suivant la revendi cation 10, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de représentation fonctionnant en réponse au signal du circuit de soïiiè du récepteur. 12. Appareil de contrôle non destructif suivant la revendi-25 cation 10, caractérisé en ce que la bascule comprend une entrée de retour à l'état initial ou de remise à zéro reliée au circuit de sortie de la porte ET. 13o Appareil de contrôle non destructif suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un multivibrateur mo-30 nostable supplémentaire à retard monté entre le circuit de sortie de la porte ET et le circuit de validation ou de déclenchement du circuit d'atténuation. 14. Appareil de contrôle non destructif suivant la revendication 13» caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de re- 35 présentation fonctionnant en réponse au signal du circuit de sortie du récepteur. 15. Appareil de contrôle non destructif suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la bascule comprend un circuit d'entrée de retour à l'état initial ou de remise à zéro relié au 40 circuit de sortie de la porte ET. COPY '