Brevet FR2356138A1 — publié le 19780120

La présente invention, due à la collaboration de Messieurs Alain BOCHET et Claude PELLETIER, se rapporte au contrôle non destructif des pièces métalliques en défilement par courants induits dits de Foucault et plus particulferement à un nouveau procédé de contrôle par mesures comparatives de différentes régions d'une m & e pibce et son dispositif de mise en oeuvre De nombreuses méthodes et dispositifs connus font appel aux courants de Foucault pour traduire en signaux électriques des variations de paramètres physiques tels que surfaces, volumes ou de compositions physico-chimiques de produits métallurgiques.Un champ électromagnétique alternatif induit des courants de Foucault qui panèrent la superficie du métal sur une couche d'autant plus mince que la fréquence du champ est plus élevée. La fréquence du courant des bobines inductrices sera donc moisie en fonction de la profondeur de pénétration prise en considération. D'autre partit toute modification de structure ou de composition d'une pièce se traduit par une variation de sa perméabilité magnétique et de sa résistivité électrique, ce qui modifie la réaction des courants de Foucault sur l'inductance des bobines qui leur ont donné naissance. Les procédés de contrôle par courants de Foucault se ramènent donc le plus souvent à des mesures d'inductances. Un procédé connu consiste à introduire la pièce à examiner et un échantillon de référence, ou pièce saine, respectivement à I,n- térieur de deux bobines branchées en opposition et alimentées en courant alternatif. Bien que le procédé se prête relativement bien au contle en série, le dispositif peut enregistrer des variations de mesures importantes dues à des modifications mineures de l'état de contrainte du métal, malgré l'identité du métal de la pièce et de l'échantillon0 Le procédé basé sur la comparaison des mesures entre deux pièces différentes ne donne donc pas entière satisfaction, si bien que des écarts dans la composition ou l'état du métal pouvant entre considérés comme acceptables entrainent des variations relativement importantes des courants induits et conduisent au rebut de la pièce. De plus, le temps nécessaire pour effectuer un contrôle est assez long, un positionnement bien précis de la pièce pendant cette opération étant indispensable. Un autre procédé connu consiste a comparer la structure de deux régions voisines d'une même pièce, en l'entourant de deux bobines placées cote à cote et montées en pont avec les enroulements secondaires d'un transformateur. La présence d'un défaut )sur une pièce en défilement continu apporte une perturbation dans la valeur de l'impédance d'une bobine et provoque le déséquilibre du pont. Mais à cause de la trop grande sensibilité des dispositifs basés sur ce procédé, même avec interposition de circuits de filtrage et dtécretage ne laissant passer que des perturbations importantes, il n'est pas toujours possible de distinguer des défauts de simples variations de structure. De plus, il est nécessaire de prévoir des systèmes d'entrainement des pinces en défilement. Le but de l'invention est d t éviter les inconvénients précè- dents en utilisant un nouveau procédé de contrôle par courants de Foucault permettant de s'affranchir des écarts de structure que l'on considère comme très acceptables mais qui entrainent l'apparition de signaux terreur très importants, notamment lorsque l'on passe d'une pièce à la pièce suivante Un autre but de l'invention est de permettre la détection de la totalité des défauts d'une pièce et notamment de détecter la présence de défauts symétriques, tout en assurant un couplage optimal des bobines inductrices avec la pièce à contrôler. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé caractérisé de la façon suivante - on fait défiler les pièces par gravité au milieu d'une série de bobines d'induction réparties autour de la section de passage desdites pièces, - on compare entre elles les mesures détectées par les bobines simultanément sur différentes régions de la périphérie d'une même pièce, et - on élimine les pièces défectueuses lorsque la tension de déséquilibre délivrée par au moins un pont de mesure dont les branches sont constituées par lesdites bobines, dépasse un seuil prédéterminé. De préférence, on compare deux régions symétriques dtune mdme pièce, ce qui conduit à disposer des couples de bobines de part et d'autre de la pièce, lesdites bobines constituant les branches d'un ou plusieurs ponts de mesure dtimpédances. . Le défilement des pièces par gravité permet de supprimer les moyens d'entrainement desdites pièces, ce qui simplifie considérablement la conception du poste de contrôle0 De plus, il n'est pas nécessaire de contrôler la position des pièces par rapport aux bobines car les variations de centrage sont pratiquement sans influence sur les mesures grâce à la disposition symétrique des bobines. D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description qui suit, d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente schématiquement la répartition des bobines d'induction autour d'une pièce à contrôler et - la figure 2 représente, schématiquement le circuit électrique de détection montrant l'intégration des bobines dans un pont de mesure. En se référant à la figure I, on a représenté la pièce à contrôler 1 par une forme simple de révolution, par exemple cylindrique, tandis que les bobines d'induction A à D sont disposées par paires diamètralement opposées et régulièrement réparties à la périphérie de la section de passage de la pièce. Si l'on considère un seul couple de bobines, par exemple AA', et que l'on insère ces deux bobines dtinduction dans les deux branches de mesure d'un pont de Wheatstone de type classique, on réalise le procédé de contrôle selon l'invention sous sa forme la plus élémentaire.En effet, la pièce en défilement n'est plus comparée à un échantillon de référence ou pièce étalon, qui peut présenter des écarts de structure que l'on considère comme très acceptables mais quentrainent des signaux d'erreur très importants. Dans la disposition symétrique des bobines AA', on compare une demi-section de pièce avec l'autre demi-section qui lui est symétrique, disposition qui permet de réduire, par différence, la dispersion de la tension d'erreur apparaissant dans la branche de zéro du pont,à une valeur négligeable. Ainsi, lorsque les courants sont induits à partir due deux bobinages disposés symétriquement autour d'une mt'iepièce, les écarts de structure existent forcément lorsque l'on passe drune pièce à la pièce suivante n'entraînent pas de variation significative du signal détecté à la sortie du pont, contrairement aux dispositifs connus. NaisRdans un pont constitué de deux branches équipées chacune d'une ou de plusieurs bobines en parallèle, en vue d'améliorer le couplage avec la pièce, un défaut fle peut être détecté s'il occupe une position équidistante des bobines, L'axe X, lieu des pJb*S équidistants des bobines A, A', répond à omette condition et, pour cette raison, sera nommé axe de non-détection. Dans les cas relativement fréquents où le difaut est double et symétrique par rapport à l'axe de révolution 6 de la pièce, il est très difficile de détecter ces défauts car, quelles que soient leurs positions, les deux bobines AA' et donc les deux branches du pont sont également affectées. Pour améliorer le procédé, on est alors conduit à adopter une disposition à angle droit pour les branches du pont de mesure, tandis que la disposition symétrique des bobines AA' et BB' subsiste. En suivant le raisonnemeht précédent, les points de nondétection se situent à égale distance de l'une ou l'autre des bobines d'une branche du pont par rapport à l'une ou l'autre des bobines de l'autre branche. En l'occurence, si les bobines lit et BB' sont placées en quadrature comme le montre la figure 1 et si ces mêmes bobines sont connectées électriquement en parallèle pour former les deux branches de mesure du pont représenté à la figure 2, les axes de non-détection seront représentés respectivement par les axes de symétrie Y et Z de la figure 1. Ainsi, les zone; situées à égale distance des bobines peuvent encore échapper à la détection.C'est pourquoi un deuxième pont de bobines en quadrature (CC' et DD') identique au premier (AA' et BB') mais décalé angulairement d'un huitième de toursest disposé à la périphérie de la pièce 1 à contrôler, de manière que les bobines adjacentes, espacées d'environ 45., appartiennent alternativement à l'un et à'autre des ponts enoccupant successivement les mêmes positions dans les branches de mesure corespondantes (à la bobine A du premier pont correspond la bobine adjacente C du deuxième pont, etc...). Une telle concentration de bobines autour d'une mdme pièce assure un couplage optimal avec la pièce et permet la détection quasi-totale des défauts, quelles que soient leurs positions.POur améliorer la sensibilité du dispositif selon l'invention, on prendra soin de connecter en parallèle les bobines d'une même branche de l'un quelconque des ponts (par exeqae AA) de telle sorte que les flux traversant la pièce soient dirigés dans le même sens, c'est à dire que leurs actions s'ajoutent Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, un transtor- mateur à ferrite 2 alimente chaque pont de mesure à partir d'un générateur de courant 3 dont la fréquence présente un taux d'harmoniques le plus réduit possible.Le pont preprement dit, de type clos sique, est constitué de deux branches en série formées chacune par une ou plusieurs bobines AAt BBt connectées en parallèle, selon le couplage optimal désiré nécessité par la configuration ou le volume de la pièce. Les autres tanches du pont, en parallèle avec les premières, sont constituées par des résistances 4,5 et un poten tioiètre 6. Ce dernier, ainsi qu'un autre potentiomètre 7 intercalé en les branches bobinées A, B servant à satisfaire la double condition d'équilibre du pont : égalité des termes réels et égalité des termes complexes.Lorsque cette double condition est satisfaite en présence d'une pièce saine, la tension résiduelle à la sortie du pont, mesurée par rapport à la masse, est extrèmement faible. L'équi- ment électronique fait intervenir des circuits classiques mais dont la combinaison constitue une réalisation recommandée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Après la traversée d'un étage suiveur 8 dont le rôle est de présenter pour le pont une charge à très haute impédance la tension résiduelle traverse un amplificateur 9 puis un redresseur 10 équipé d'un circuit de filtrage, avant d'actionner une bascule logique 11 dite de Scbmitt. Pour les deux ponts correspondant aux groupements de bobines AAw BB' et CC' DD' décalée de 45., les deux voies de traitement du signal sont identiques et aboutissent chacune à une bascule qui réagit au delà d'une valeur minimum de la tension d'4qui libre du pont considéré.Ainsi, le signal de sortie qui est voisin de zéro pour une pièce saine lorsque le pont est équilibré indiquera une valeur supérieure à ce minimum en l'absence de pincez compte tenu des légers écarts des valeurs d'inductance résultant de la fabrication des bobines. Il n'est donc pas nécessaire de déterminer l'instant de passage de la pièce pour effectuer le contrôle, cette détection ayant lieu automatiquement. Les deux ponts étant équilibrés, lorsqu'on introduit une pièce à contrôler 1 au centre du réseau de bobines, on obtint simultanément sur les deux voies, à l'entrée de chaque bascule, la tension minium correspondant au premier état stable desdites bascules dd Schaitt. Cette simultanéité commande l'éjection des pièces reconnues saines, au moyen d'un électro-aimant non représenté. Par conte si > à tout moment, la tension de déséquilibre de l'un des ponts dépasse un seuil prédéterminé correspondant au deuxième état stable des bascules, la pièce sera reconnue défectueuse et ne sera pas éjectée.De mime, une panne de courant ou le blocage mécanique de ltélectro-aimant déjection provoquera l'élimination de toutes les pièces. Si un déréglage intervient dans les ponts de mesure ou dans les voies de traitement du signal de déséquilibre, l'augmentation de la valeur du signal sur une voie détruira la simultanéité de l'apparition des valeurs minima sur les deux voies, mais sera sans conséquence sur l'éjection des pièces reconnues saines quand môme. Un léger déséquilibre des voies n'affecte donc pas le dispositif de contrôle, ce qui offre une garantie supplémentaire de sécurité en cas de déréglage. Un exemple de réalisation non limitatif des bobines d'induction fait intervenir une série de bobinages élémentaires se présentant sous forme de résistances bobinées d sorties axiales tells qu'on en trouve dans le commerce. Les bobinages sont réalisés, de façon connue en soi, sur un noyau central de ferrite et noyés dans une matière plastique. Chacune des bobines A à D de la figure 1 pourra être formée, par exemple d'un groupe de 3 bobinages élémen tares connectés en parallèle. De nombreuses variantes peuvent être apportées au mode de réalisation décrit. C'est ainsi, en particulier, que la disposition des bobines d'induction à la pérXhérie de la pièce, les groupements de bobines dans les branches du ou des ponts de mesure, la réalisa- tion pratique des voies de traitement du signal de déséquilibre et la réalisation des bobinages peuvent autre modifiés dans de larges mesures tout en respectant l'esprit du procédé de contrôle selon l'invention et de son dispositif de mise en oeuvre - REVENDICATIONS 1- Procédé de contrôle par courants induits de pièces métalliques en défilement, caractérisé en ce que l'on fait défiler les pièces(1)par gravité au milieu d'une série de bobines d'induction A à D, réparties autour de la section de passage desdites pièces, on compare entre elles les mesures détectées par les bobines simultanément sur différentes régions de la périphérie d'une même pièce, et on élimine les pièces défectueuses lorsque la tension de déséquilibre délivrée par au moins un pont de mesure dont les branches sont constituées par lesdites bobines, dépasse un seuil prédéterminé. 2'- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pont possède deux branches de mesure connectées électriquement en série et constituées chacune par au moins une bobine d'induction(A, Lesdites bobines étant disposées symétriquement, de part et d'autre de la pièce(1) à contrôler, 3'- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque branche de mesure d'un pont est formée de deux bobines reliés électriquement en parallèle, les deux bobines(AA')d'une même branche étant disposées symétriquement autour de la pièce tandis que les deux branches(A,B)constituées par lesdites bobines sont disposées sensiblement à angle droit autour de ladite pièce. 48- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les enroulements des bobines d'une mSme branche de mesure sont tels que les flux traversant la pièce à contrôler soient dirigés dans le i & sens. 5'- Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux ponts de mesure identiques (AA', BB' et CC'sDD') décalés angulairement de 45' autour de la méme pièce à contrôler, de telle sorte que les bobines appartiennent alternati vexent à l'un puis à l'autre des ponts, en occupant successivement les mêmes positions dans les branches de mesure correspondantes. 6s- Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cèdent os, caractérisé en ce que chaque bobine peut Entre réalisée par plusieurs bobinages élémentaires connus en soi enroules sur un noyau en ferrite et noyés dans une matibre plastique, lesdits bobinages élémentaires étant ensuite connectés électriquement en paral- lèle. 7- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension do déséquilibre à la sortie de chaque pont de mesure tra verse successivement un étage adaptateur d'impédance 8, un ampli ficateur 9, un redresseur 10 et une bascule Il å deux états stablea