Brevet FR2154281A1 — publié le 19730511

La présente invention a pour objet un transducteur a ultra-son focalisé ou non focalisé, muni d'un dispositif d'immersion partielle et la machine automatique utilisant ledit transducteur. De façon plus précise, lorsque l'on veut contrler la structure d'un matériau, ou la qualité d'une soudure, à l'aide d'un transducteur a ultra-son, il faut interposer entre la face active du transducteur et la surface du corps a contrôler, un film de liquide. Ce film de liquide, a pour but d'assurer la transmission des ondes sonores entre le transducteur et la pièce. Une première solution consiste a immerger à la fois le transducteur et la pièce à contrler. Cette solution peut paraître séduisante car elle assure en permanence la présence de la couche de liquide entre le transducteur et la pièce. Toutefois, elle est d'une mise en oeuvre difficile si la pièce a contrôler est volumineuse. La difficulté est encore plus grande, si on veut opérer directement sur un chantier. Une autre solution, plus pratique pour les grandes pièces, consiste a placer a l'extrémité du transducteur a ultra-son, une cuve dont les lèvres viennent s'appliquer contre la pièce a contrbler. I1 existe déjà des dispositifs jouant ce rôle et qui s'adaptent a l'extrémité du transducteur. Toutefois, ces despositifs télescopiques sont compliques et onéreux. La présente invention a précisément pour objet un transducteur a ultra-son muni d'un dispositif a immersion partielle plus simple que les dispositifs de l'art antérieur. Le transducteur a ultra-son se caractérise en ce qu'il comporte un bottier entourant une pastille piézo-électrique, électriquement isolée dudit bottier, et se prolongeant au-delà de ladite pastille pour former une cuve ouverte pouvant contenir un liquide, et un joint monté de façon étanche sur l'extrémité de ladite cuve, ledit joint glissant de façon étanche sur la surface d'une pièce à contrler, l'ouverture du joint étant sensiblement égale à la surface active de la pastille piézoélectrique. Le dispositif est donc très simple puisqu'il se compose essentiellement d'une lèvre en caoutchouc qui s'applique de façon étanche sur la paroi du corps à contrôleur; gracie à la pression du liquide à l'intérieur de la cuve. Selon une première variante (lorsque le transducteur est utilisé en position horizontale), les deux orifices sont percés dans la paroi de la cuve. Selon une deuxième variante (lorsque le transducteur est utilisé en position verticale), un des deux orifices traverse la pastille piézo-électrique. La présente invention concerne également une machine automatique pour I'utilisation du transducteur ultra-sonore qui comprend essentiellement un chariot automoteur supportant le transducteur et déplaçant celui-ci le long de la paroi à contrôler, selon un tracé pré-établi et un dispositif d'émission des ondes sonores et d'enregistrement des ondes réfléchies. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation' de l'invention donné à titre d'exemple non Limitatif; la description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représen- sente: - sur la figure 1, une vue en élévation et en coupe d'un transducteur selon la première variante, - sur la figure 2, une vue en élévation et en coupe de la seconde variante du transducteur, objet de l'invention, - sur la figure 3, un exemple de rdalisation d'une machine automatique conforme à l'invention. Dans la description qui suit, les transducteurs sont munis d'une lentille de focalisation, mais il va de soi, que pour certaines applications, la focalisation n'est pas nécessaire. Le transducteur, tout en restant dans le cadre de la présente invention, ne comportera donc pas de lentille de focalisation, mais il peut être fait d'une pastille focalisante. Le transducteur objet de l'invention, comporte deux variantes selon que l'on souhaite utiliser l'appareil en position verticale ou en position horizontale. En effet, la lentille de focalisation qui a une face concave risque de retenir des bulles d'air au sein du liquide assurant le contact entre la pastille piézo-électrique et la pièce à contrôler. Dans le cas où le transducteur est utilisé en position horizontale, un tel risque n'existe pas et l'orifice d'évacuation du liquide pourra donc être percé directement dans la paroi de la cuve. Lorsque l'on utilise le transducteur en position verticale, des bulles d'air risquent d'être emprisonnées sur la face concave de la lentille de focalisation. I1 est donc nécessaire que le départ de l'orifice d'évacuation du liquide soit situé au centre de la lentille de focalisation et que ladite conduite traverse donc la pastille piezo-electrique. Sur la figure 1, on a représenté un transducteur à ultra-son utilisable en position horizontale. I1 comporte un cylindre métallique 2 entourant la pastille piézo-électrique 4, celle-ci étant isolée électriquement dudit cylindre 2. La pastille 4 comporte en outre des connexions électriques telles que 6, pour l'émission de l'onde sonore et pour la réception des ondes réfléchies. Les parois du cylindre 2 se prolongent au-delà ae la pastille piézo-électrique 4 pour former une cuve 8. L'extrémité des parois 2 est munie d'un joint glissant 10 de révolution autour de l'axe du transducteur. Ce joint glissant prend appui sur la pièce à tester 12. La pastille piézoélectrique 4 comporte sur sa face active, c'est-à-dire sur sa face tournée vers la cuve 8, une lentille de focalisation concave 14 ou peut être elle-même focalisante. L'espace limité par la cuve 8, le joint glissant 10 et la pièce 12, est rempli par un liquide de contact entre l'élément piézo-électrique et la pièce à tester. Ce liquide peut être avantageusement constitue par de l'eau. La paroi superieure de la cuve 8 est percee par deux orifices 16 et 18 servant respectivement à l'arrivée et à la sortie du fluide. Sur la figure 2, on a représente une variante du transducteur à ultra-son, objet de l'invention, lorsque l'on veut utiliser le transducteur en position verticale. On retrouve tous les éléments de la première variante. Toutefois, si l'orifice 16 est toujours percé dans la paroi de la cuve 8, l'orifice 18 pour l'évacuation du liquide, débouche au centre de la lentille de focalisation 14 et traverse la pastille piézo-électrique 4. Le joint glissant 10 est incurvé vers l'axe du transducteur, et son épaisseur va en diminuant lorsque l'on s'éloigne de la cuve, pour assurer au joint une meilleure élasticité. Le joint glissant 10 doit avoir une longueur suffisante pour que ses lèvres puissent se déformer en fonction des aspérités éventuelles de la surface de la pièce à tester 12. La pression du liquide contenu dans la cuve,. assure le plaquage des lèvres dudit joint sur la pièce à tester. De plus le joint, au contact de la pièce à tester a un diamètre sensiblement égal à celui de la pastille piézo-électrique. Cela est indispensable, lorsqu'on utilise une pastille non focalisée, pour que l'émission d'ultrason ne soit pas perturbée. I1 va de soi qu'un transducteur conforme à l'invention peut être réalisé à partir de pastilles piézo-électriques de toute nature. Sur la figure 3, on a représenté une machine automatique pour contrôler les soudures utilisant ledit transducteur. La machine, conforme à l'invention, comporte un chariot automoteur 20, qui se déplace par rapport à un rail horizontal 22-et qui est supporté par celui-ci. Ledit rail 22 est fixé parallèlement à la pièce 24 à contrôler grâce à deux suspentes telles que 26 solidarisées avec la pièce 24 et soutenant ledit rail 22. Le chariot 20 comporte sur sa face opposée à la pièce à contrôler 24 un vérin vertical à double effet 28 dont la tige 30 supporte le transducteur à ultra-son 32. La tige 30 est coudée, de telle façon que le transducteur 32 soit sensiblement au contact de la pièce 24. Le chariot est muni sur sa face supérieure d'un électro-aimant 32 dont la tige agit sur une roue à rochets 34. La roue à rochets 34 est solidaire d'un pignon, non représenté, placé dans le plan horizontal du rail 22 et qui coopère avec une courroie crantée fixée aux extrémités du rail 22. En réglant la course de l'électro-aimant, on règle le nombre de dents dont la roue à rochets tourne à chaque impulsion; on règle ainsi la largeur des créneaux C décrits par le transducteur 32. Ce mode d'entrainement du chariot par rapport au rail est donné à titre d'exemple mais tout dispositif équivalent qui permet le déplacement du chariot 20 à partir de la rotation de la roue à rochets pourrait être utilisé sans sortir de l'invention. Outre le chariot 20 la machine comporte un générateur hydraulique 36 de type classique et un pupitre de commande et d'enregistrement 38. Ce pupitre 38 comprend un générateur d'ultra-sons et un sélecteur d'écho de type classique. Un dispositif de commande des déplacements du vérin 28 et de l'électro-aimant 32 et un dispositif d'enregistrement- conforme, par exemple, à celui ayant fait l'objet de la demande de-brevet en France nc 6944098 déposée-au nom du Commissariat à l'Energie Atomique, dans laquelle le stylet 40 d'enregistrement se déplace en synchronisme avec les déplacements verticaux du transducteur, tandis que le papier d'enregistrement 42 progresse pas à pas en synchronisme avec le chariot 20. Ce genre d'enregistreur permet selon le type de papier utilisé (normal, électro-sensible ou électrique) d'obtenir un enregistrement par tout ou rien, quantifié ou teinté, des défauts de structure de la pièce ou de la soudure. Selon une variante, le chariot peut être rendu-étanche donc immergeable, en remplaçant l'électro-aimant par un vérin hydraulique et une créamillère, en utilisant un acier-inoxydable, et en rendant- étanche, par des joints glissants, la liaison entre le chariot et le rail. Il va de soi que la présente invention ne se limite pas aux seuls exemples plus spécialement décrits et représentés; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 10) Transducteur à ultra-son, caractérisé en ce qu'il comporte un boitier entourant une pastille piézo-éleetrique, électriquement isolée dudit boftier, et se prolongeant au-delà de ladite pastille pour former une cuve ouverte pouvant-contenir un liquide, et un joint monté de façon étanche sur l'extrémité de ladite cuve, ledit joint glissant de façon étanche sur la surface d'une pièce à contrôler, l'ouverture du joint étant sensiblement égale à la surface active de la pastille piézoélectrique. 2 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint fixé de façon étanche sur le boitier du transducteur' est en élastomère, qu'il a une épaisseur qui diminue lorsqu'on s'éloigne du boîtier, et qu'il s'incurve légèrement vers l'axe dudit transducteur. 3) Transducteur à ultra-son selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un orifice d'arrivée de liquide et un- orifice d'évacuation dudit liquide. 40) Transducteur à-ultra-son selon la revendication 1 et 3, caractérisé en ce que les deux orifices traversent la paroi de la cuve. 50) Transducteur a ultra-son selon la revendication 1 et 3, caractérisé en ce que l'un des orifices traverse la paroi de la cuve tandis que l'autre traverse la pastille piezo-electrique. E )- Transducteur à -ultra-son selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une lentille concave de focalisation des ultra-sons est fixée sur la face active de la pastille piézoélectrique. 70) Transducteur a ultra-son selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier cylindrique isolé électriquement fermé à l'une de ses extrémités par un bouchon et ouvert à l'autre et contenant une pastille piézo-électrique, munie d'une lentille de focalisation des ultra-sons, ledit boîtier présentant une augmentation de diamètre vers son extrémité ouverte pour former une cuve susceptible de contenir un liquide et munie à son extrémité libre d'un joint dont le diamètre est sensiblement égal à celui de la pastille piézo électrique, un orifice d'arrivée du liquide percé dans la paroi de la cuve et un orifice d'évacuation dudit liquide débouchant dans l'axe de la pastille piézo-électrique. 80) Machine automatique pour l'application du transducteur à ultra-son selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend: - des moyens pour déplacer un chariot par pas-réglable et parallèlement à la surface à contrôler, - des moyens pour déplacer, le long de la surface de la pièce à contrôler et perpendiculairement au sens de déplacement du chariot, ledit transducteur à ultra-son supporté par le chariot, - un dispositif d'émission des signaux ultra-sonores et de sélection des signaux reçus, - un dispositif d'enregistrement des signaux reçus comportant des moyens pour déplacer un stylet d'enregistrement en synchronisme avec le transducteur, et des moyens pour déplacer un support d'enregistrement en synchronisme avec le chariot. 90) Machine automatique selon la revendication 8, caractérisée en ce que le chariot est étanche et qu'il se déplace par pas, grâce à un ensemble piston crémaillère.