Brevet FR2321695A1 — publié le 19770318

L'invention concerne les techniques de contrôle de pièces de série. Elle a pour objet un procédé de contrôle non destructif de telles pièces qui utilise des ondes sonores. Elle a également pour objet des moyens spécialement conçus pour la mise en oeuvre de ce procédé ou de procédés analogues. I1 est bien connu que la présence de défauts dans une pièce modifie le son qu'elle émet lorsqu'elle est mise en vibration par un choc-. En fait, cette incidence des défauts est exploitée dans l'une des plus anciennes méthodes de centrale non destructif, qui consiste à frapper la-pièce a examiner avec un marteau et à écouter le son produit, la présence d'un défaut étant alors révélée par la distinction a l'oreille d'un son anormal. Une telle méthode est nécessairement d'interprétation subjective, elle demande une intervention humaine pour chaque pièce, et son efficacité est étroitement liée aux qualités de l'opérateur, a son expérience, a sa sensibilité et son acuité auditives. Pourtant, le contrôle sonore a l'avantage de permettre rapidement un contrôle global d'une pièce, alors que les autres méthodes de contrôle non destructif sont.généralement spécifiques d'un type de défauts ou d'une localisation déterminée. La présente invention a pour but de mettre à profit ces avan taxes de contrôle sonore, tout en évitant les inconvénients d'un contrle a l'oreille. Elle s'applique de manière particulièrement avantageuse au contrle de pieces fabriquées en grandes séries qu'elle permet d'automatiser pour un coût modique. Le procédé selon l'invention se caractérise essentiellement en ce que l'on soumet chaque piece d'une série à une excitation vibratoire Identique, on détecte les vibrations sonores émises alors par la pièce dans au moins une bande de fréquence déterminée sous forme d'un signal électrique d'amplitude variable avec celle des vibrations de ladite bande, on détermine la valeur d'une grandeur fonction de 1'amqrtissement dans le temps du signal électrique, et l'on détecte les anomalies apparaissant dans les variations-de cette grandeur d'une pièce a l'autre. Toutes les opérations de ce procédé peuvent être effectuées d'une-manière entièrement automatique, a la sortie d'une channe de fabrication, y compris la détection des anomalies, qui peut etre effectuée notamment en comparant par des moyens électroniques les valeurs de ladite grandeur à un seuil déterminé définissant la valeur limite entre les pièces bonnes et les pièces défectueuses. Selon.un mode de mise en oeuvre préféré du procédé. objet de l'invention, l'on établit au préalable les spectres de fréquences des vibrations sonores produites par au moins une pièce saine et au moins une pièce présentant les défauts d'une pièce mauvaise, on compare ces spectres entre eux et lton en déduit une ou plusieurs fréquences pour lesquelles l'amortissement est particulièrement affecté par lesdits défauts et que l'on choisit pour constituer ladite bande de fréquences déterminée. En effet, l'amortissement dans le temps des vibrations sonores est diversement affecté par les défauts suivant les différentes fréquences des modes propres de vibration relevées sur le spectre. I1 doit être entendu que ces variations d'amortissement peuvent inclure la disparition d'une fréquence propre des pièces saines ou l'apparition de nouvelles fréquences pour les pièces mauvaises. Par contre, on a. pu vérifier qu'en général, et notamment dans le cadre d'une application au contrôle de pièces métalliques coulées, l'examen des variations de l'amortissement suffit à établir. une distinction satisfaisante.entre pièces saines et pièces défectueuses, bien qu'elles puissent être accompagnées d'autres variations des carac teristiques vibratoires comme des glissements de fréquence ou des variations d'amplitude initiale. La ou les bandes de fréquences sonores pour lesquelles on mesure l'amortissement peuvent se réduire à des fréquences bien précises. Leur choix parmi les fréquences propres affectées par les défauts a éviter permet éventuellement de-rendre le procédé particulièrement sensible à des défauts déterminés, par exemple de fissures situées-dans une zone des pièces qui doit être soumise à des efforts importants pendant leur utilisation. De préférence, on peut en outre sélectionner, par comparaison des spectres, une ou plusieurs bandes de fréquences pour lesquelles l'amortissement est peu ou pas affecté par les défauts à déceler, et déterminer pour chaque pièce la valeur de la grandeur fonction de l'amortissement pour une bande de fréquence affectée relativement à la valeur de la même grandeur pour une bande de fréquence peu ou pas affectée, c'est-à-dire une bande de fréquence où l'amortissement est moins sensible à la présence des défauts. Dans la mise en oeuvre du procédé, l'excitation vibratoire des pièces peut être obtenue par différents moyens, assurant soit un choc, soit une vibration entretenue, en un point déterminé des pièces. Il est avantageux de suspendre ces pièces à des élé- ments très élastiques, de manière à éviter les interférences avec le support, et d'assurer~aussitôt après le choc ou l'arrêt de la vibration entretenu, la détection sonore par voie aérienne, au moyen d'un détecteur du type des microphones disposé auprès de la pièce en cours d'examen mais sans contact avec elle. Une installation selon l'invention convenant à la mise en oeuvre du procédé déjà défini comprend des moyens pour faire passer successivement chacune des pièces d'une série de pièces semblables par un poste de contrle comportant--des moyens pour soumettre la pièce à une excitation vibratoire, par exemple par la chute d'une bille ou l'application d'une vibration entretenue en un point déterminé de la pièce, et des moyens pour détecter par voie aérienne, aussitôt après le choc ou l'arrêt de la vibration entretenu, les vibrations sonores émises par la pièce dans au moins une bande de fréquences déterminée, sous forme d'un signal électrique d'amplitude variable avec celle desdites vibrations.L'installation comprenant en outre des moyens pour déterminer la valeur d'une grandeur fonction de l'amortissement dans le temps du signal électrique et des moyens pour détecter les anomalies des variations de cette grandeur d'une pièce à l'autre. La détection des vibrations sonores s'effectue de manière en elle-même classique, par exemple au moyen d'un microphone associé à un amplificateur et à un filtre de fréquences qui ne laisse passer que le signal électrique correspondant aux fréquences de la bande choisie. Ce filtre peut être un filtre passe-bande, mais aussi un filtre passe-haut ou passe-bas; il peut même être supprimé si la bande choisie couvre toute la gamme des fréquences détectées par le microphone. I1 peut également ne prendre en compte qu'une bande se réduisant à une fréquence bien précise, notamment la fréquence propre correspondant à une excitation par une vibration entretenue. Par ailleurs, on peut associer plusieurs filtres de manière à produire globalement un-signal amorti cumulatif de plusieurs fréquences ou bande de fréquences bien définies. Dans le cas préféré, out la grandeur caractéristique de l'amortissement est évaluée par une mesure relative entre deux bandes de fréquence, l'installation comprend deux circuits de filtrage différents pour traiter le signal du microphone en parallèle et définir respectivement ces deux bandes de fréquences. Le traitement du signal amorti, ou des deux signaux dans le cas d'une mesure relative, dépend ensuite de la grandeur choisie pour caractériser l'amortissement du signal. Les variantes plus parti culièrement considérées ci-après, sans être limitatives, ont cependant l'intérêt de permettre de s'affranchir des variations de niveau du signal qui peuvent être occasionnées par des caisses diverses étrangères à la mesure, et notamment par le manque de répéti tivité.de l'excitation. Dans l'un des modes de mise en oeuvre de l'invention, la grandeur choisie est constituée par le décrément logarithmique. On détermine alors sur le signal amplifié-et filtré qui se présente sous forme d'une oscillation périodique amortie, les amplitudes A1 et A2 de deux maxima successifs séparés par un intervalle de temps égal a la période, et l'on en déduit le décrément logarithmique log(A1/A2). Dans un autre mode de mise en oeuvre, la grandeur peut être le coefficient d'amortissement, que l'on mesure par la pente de la courbe représentative d'un signal dérivé du signal filtré cidessus par redressement et amplification logarithmique.La pente de ce signal dérivé peut être facilement déterminée par le rapport d'une variation d'amplitude entre deux points de la courbe sur la variation correspondante de temps. Les mesures de décrément logarithmique et de coefficient d'amortissement sont classiques en elles-mêmes et peuvent s'effectuer sans difficultés particulières par des moyens électroniques connus. La grandeur-mesurée peut être visualisée ou enregistrée. Ses variations entre les pièces successives d'une série peuvent être observées visuellement pour détecter les anomalies éventuellement. Mais, de préférence, la valeur de ladite grandeur est comparée pour chaque pièce avec une valeur seuil prédéterminée qui correspond à la limite distinguant les pièces saines des pièces défectueuses. Les modes de mise en oeuvre préférés de l'invention en ce qui concerne le traitement du signal amorti sont ceux dans lesquels la mesure de la grandeur caractéristique de l'amortissement fait inter venir une intégration. Le signal amorti, préalablement filtré est alors amplifié et redressé, puis intégré-pendant un intervalle de temps déterminé. La valeur ainsi recueillie est représentative de l'aire délimitée par la courbe obtenue après le redressement, soit S.Pour s'affranchir des variations de niveau du signal à l'origine, on peut notamment soit diviser la valeur d'aire S par la valeur crête Ac de l'amplitude du signal redressé, le rapport obtenu S/Ac-constituant la grandeur caractéristique de l'amortissement, soit effectuer une mesure relative en représentant cette grandeur par le rapport entre deux valeurs d'aire obtenues par redressement et intégration a partir respectivement de deux signaux, correspondant l'un à une fréquence ou bande de fréquence fortement affectée par la présence de défauts à déceler, l'autre a une fréquence ou bande de fréquence peu ou pas affectée. Les moyens permettant la mise en oeuvre du contrôle non destructif de pièces de série dans une installation selon l'invention apparaitront, en même temps que d'autres caractéristiques et avantages du procédé, dans le cours de la description ci-apres. Celle-ci concerne un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, nullement limitatif, et fait référence aux figures 1 à 3 jointes dans lesquelles - la figure 1 représente schématiquement la partie mécanique d'un poste-de contrôle; la figure 2 représente le schéma synoptique d'un ensemble de traitement du signal amorti; la figure 3 représente le schéma synoptique d'un ensemble de traitement du signal amorti utilisé en variante de celui de la figure 2. L'installation comprend des moyens classiques en eux-mêmes et non représentés, pour amener successivement les différentes pièces d'une série à passer par un poste de contrôle dont la partie mécanique est représentée sur la figure 1. Un tel poste peut être notamment placé à la sortie d'une chaine de fabrication des pièces à examiner. Chaque pièce y est suspendue par l'intermédiaire de moyens élastiques, sans aucun autre contact avec son support. Le poste de contrôle comprend des moyens pour soumettre chaque pièce à une excitation vibratoire, par un choc ou une vibration entretenue, 2t un microphone de détection des vibrations sonores -alors émises par la pièce. La détection est synchronisée avec les moyens cidessus de manière à commencer aussitôt après le choc ou après l'arrêt de la vibration entretenue. On a représenté sur la figure 1, à titre d'exemple, une pièce 11 en forme d'étrier, disposée à cheval sur un fil 12 par l'intermédiaire duquel elle est suspendue à un crochet 13. Un tube 14 conduit obliquement une bille qui vient frapper latéralement l'une des branches de la pièce 11. Un microphone 1 est orienté pour être sensible aux vibrations émises par la pièce. I1 fournit un signal électrique d'amplitude proportionnelle à celle des vibrations détectées. Ce signal est transmis à un ensemble électronique de traitement dont le fonctionnement est régi par une base de temps en synchronisation avec le lancement de la bille. Dans un ensemble de traitement tel que celui de la figure 2, le signal délivré par le microphone 1 est amplifié par un amplificateur à faible bruit 2. Un filtre 3 supprime les fréquences qui ne sont pas retenues. Le signal amorti filtré obtenu est redressé en 4, puis dirigé d'une part sur un circuit intégrateur 5 qui intègre le signal redressé dans un intervalle de temps donné et fournit une valeur intégrée S représentative de l'aire délimitée par la courbe du signal redressé, d'autre part sur un circuit 6 qui relève la valeur crête du signal redressé soit Ac. Les sorties. des deux circuits sont reliées à un circuit analogique diviseur 7 qui détermine le rapport S/Ac. Le résultat est affiché par un voltmetre numérique 8. La remise à zéro des circuits d'intégration et de mesure de valeur crête 5 et 6 est réalisée par un dispositif de détection 9 du début du signal sonore. Dans l'ensemble de traitement de la figure 3, utilisé en variante du précédent, deux circuits de filtrage, redressement et intégration,traitent en parallèle le signal obtenu à la sortie de l'amplificateur 2. Les filtres -3a et -3b ne laissent respectivement passer que deux fréquences ou bandes de fréquences différentes. Les deux signaux amortis transmis par les filtres sont respectivement redressés en 4a et 4b et intégrés en 5a et 5b. Les deux valeurs intégrées Sa et Sb sont transmises au circuit analogique diviseur 7 qui effectue le rapport Sa/Sb. Eventuellement, elles peuvent.étre divisées au.préalable, chacune par la valeur crête du signal redressé correspondant. Le résultat est affiché par le voltmètre numérique 8. Il peut servir à indiquer automatiquement les pièces défectueuses après comparaison avec un seuil prédéterminé. Le dispositif de détection 9 assure comme ci-dessus la synchronisation de l'intégration avec chaque choc. Le choix des fréquences prises en compte dans les signaux amortis sera illustré en faisant référence à un cas particulier de contrôle de pièces métalliques coulées en forme d'étrier comme les pièces 1 de là figure 1, ces pièces étant en alliage d'aluminium 1S7G06 et ayant 200 mm de hauteur pour 100 mm de largeur environ. Dans le poste de contrôle, le choc est produit à l'aide d'une bille de 16 mm en acier et le microphone est disposé à 0,4 m de la pièce et situé à égale distancé des deux branches. Dans une phase préparatoire au contrôle proprement dit, on établit les spectres de fréquences des vibrations sonores émises par chacune d'une cinquantaine de pièces, les unes jugées saines, les autres jugées défectueuses parce qu'elles présentent des défauts de coulée, et plus particulièrement des fissures-qui la rendent impropre à son utilisation normale. L'étude des spectres de fréquence permet de dénombrer les fréquences propres de ce type de pièces, de constater que la présence d'un défaut n'entrain aucun glissement des fréquences, de révéler les fréquences pour lesquelles l'amortissement est profondément affecté par la présence d'un défaut. Dans le cas particulier considéré, les fréquences du spectre se situent entre 2 kHz et 25 kHz. Les variations des amplitudes relatives témoignent d'une augmentation importante de l'amortissement pour les pièces défectueuses, surtout dans le domaine des basses fréquences. Si l'on enregistre les signaux du microphone, filtrés en passe-bas à 4 kHz, on constate que la durée du son détecté varie entre une et six secondes, et que l'amortissement passe de 1,7 dB/s à 7,5 dB/s entre une pièce bonne et une pièce mauvaise En fixant à 4 dB/s le seuil au-del duquel les pièces correspondantes doivent être envoyées au rebut, on constate une bonne concordance avec les résultats des essais de traction ou du contrôle par radiographie. La description qui précède montre que le contrôle non destructif par le procédé selon l'invention est facile à effectuer, d'une manière automatique, sur des pièces fabriquées en série.- Les moyens nécessaires à sa mise en oeuvre sont simples et peu coûteux. La qualité du contrôle est cependant très satisfaisante au regard des résultats qui seraient obtenus par d'autres méthodes beaucoup plus coûteuses et impossibles à appliquer dans des channes de fabrication automatique. Toutefois, il doit être entendu que l'invention n'est en rien limitée aux modes de réalisation particuliers décrits, et qu'elle en englobe au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Procédé de contrle non destructif de pièces en série, caractérisé en ce que l'on soumet chaque pièce d'une série à une excitation vibratoire identique, on détecte les vibrations sonores émises alors par la pièce dans au moins une bande de fréquence déterminée sous forme d'un signal électrique d'amplitude variable avec celle des vibrations de ladite bande, on détermine la valeur d'une grandeur fonction de l'amortissement dans le temps du signal électrique, et l'on détecte les anomalies apparaissant dans les variations de cette grandeur d'une pièce a l'autre. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on établit au préalable les spectres de fréquences des vibrations sonores produites par au moins une pièce saine et au moins une pièce présentant les défauts d'une pièce mauvaise, on compare ces spectres entre eux et l'on en déduit une ou plusieurs fréquences pour lesquelles l'amortissement est particulièrement affecté par lesdits défauts et que l'on choisit pour constituer ladite bande de fréquences déterminée. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on détermine la valeur de ladite grandeur pour ladite bande de fréquence déterminée relativement à la valeur de a même grandeur pour une bande de fréquences dans laquelle l'amortissement est peu ou pas affecté par la présence de défauts. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que l'on compare pour chaque pièce la valeur de ladite grandeur avec un seuil détermine qui constitue une valeur limite distinguant les pièces saines des pièces défectueuses. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on effectue le redressement du signal électrique amorti, puis l'intégration du signal redressé-dans un intervalle de temps déterminé. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on divise la valeur d'aire obtenue par intégration par la valeur crête d'amplitude du signal, le rapport obtenu constituant ladite grandeur caractéristique de l'amortissement. 7.- Installation de contrôle non destructif de pièces de série, caractérisée en ce qu'elle comprend un poste de contrôle des différentes pièces d'une série successivement, ledit:poste de contrle comprenant des moyens pour soumettre la pièce à une excitation vibratoire, par exemple par la chute d'une bille ou l'application d'une vibration entretenue en un point déterminé de la pièce, et des moyens pour détecter par voie aérienne, aussitôt après le choc ou l'arrêt de la vibration entretenue, les vibrations sonores émises par la pièce dans au moins une bande de fréquences déterminée, sous forme d'un signal électrique d'amplitude variable avec celle desdites vibrations, l'installation comprenant en outre des moyens pour déterminer la valeur d'une grandeur fonction de l'amortissement dans le temps du signal électrique et des moyens pour détecter les anomalies des variations de cette grandeur d'une pièce à l'autre. 8.- Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un microphone sensible aux vibrations sonores émises par la pièce, au moins un filtre ne laissant passer du signal fourni par le microphone qu'un signal amorti correspondant à une bande de fréquences déterminées, un redresseur du signal amorti, un circuit intégrateur du signal. redressé fournissant une valeur intégrée représentative de l'aire délimité par la courbe du signal redressé. 9.- Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un détecteur de la valeur crête du signal redressé et un diviseur effectuant le rapport entre ladite valeur intégrée et ladite valeur crête. 10.- Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comprend deux circuits parallèles de filtrage, redressement et intégration, respectivement pour deux bandes de fréquences différentes, et un diviseur effectuant le rapport entre les valeurs intégrées fournies par les deux circuits, éventuellement divisées par les valeurs crêtes correspondantes.