Brevet FR2502337A1 — publié le 19820924

250233? La présente invention a pour objet un pro- cédé de contrôle non destructif par courants de Foucault avec correction des effets d'entrefer et un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Elle trouve une application dans le contrôle de pièces métalliques, notamment de tubes, de plaques, etc... Le contrôle par courants de Foucault con- siste en l'étude des variations des courants induits dans une pièce métallique par le champ magnétique la d'une bobine parcourue par un courant d'excitation alternatif. Ces courants produisent, à leur tour, un champ magnétique qui s'oppose au champ inducteur, ce qui modifie l'impédance de la bobine d'excitation. Cette bobine est disposée dans une sonde qui est , déplacée le long de la pièce à contrôler. Tout dé- faut de celle-ci (changement de dimension, variation de conductivité électrique, criques, etc...) modi- fie le parcours ou l'intensité des courants de Foucault et, corrélativement, l'impédance de'la bo- ZD bine. La sonde est généralement constituée par deux bobines voisines, alimentées en opposition et placées dans les deux branches adjacentes d'un pont de mesure. Le passage d'un défaut dans le champ de la sonde déséquilibre deux fois le pont, d'abord cdans un sens puis dans l'autre. La tension délivrée par la sonde est analysée et représentée sur l'écran d'un tube cathodique par sa composante résistive X pu réelle) qui est la composante en phase avec le courant d'excitation, et sa composante réactive Y (ou imaginaire) qui est la composante en quadrature de phase avec le courant d'excitation. La tension complexe délivrée par la sonde est ainsi représentée par un point de coordonnées X, Y. Lorsqu'un défaut passe dans le champ de la sonde, le point représen- tatif trace une courbe à deux lobes en forme de huit. Chaque défaut peut être alors identifié à par- tir de la phase des lobes (inclinaison par rapport à un axe de référence) et de leur amplitude. Pour obtenir une bonne précision dans la localisation des défauts on est amené à utiliser des sondes de très petites dimensions. Mais on se heurte vite à un problème qui est celui des variations d'entrefer. Pour mieux comprendre ce problème qui est à la base de l'invention, cette question va -d'abord être précisée en liaison avec la figure 1. Sur cette figure sont illustrés deux types de sonde couramment employés dans la technique de -15 contr8le par courants de Foucault. Ces sondes com- prennent essentiellement un corps 2 muni de deux en- roulements Z et Z2 Elles se déplacent devant ou dans la pièce 4 à contrôler. L'entrefer est consti- tué par l'espace séparant la sonde de la pièce à contr8ler. Il est noté E sur la figure 1. Il s'agit en fait d'un entrefer moyen car la sonde n'est pas nécessairement rigoureusement pa- rallèle à la pièce à contrôler. Il peut donc exister un entrefer "différentiel" noté 'e", qui représente la différence des entrefers propres à chacun des en- roulements. Mais on ne se préoccupera pas, dans la suite de cet entrefer différentiel, dont les effets peuvent être corrigés par filtrage. L'essentiel de l'invention portera sur la correction des effets de l'entrefer E, commun aux deux enroulements. Si cet entrefer était constant durant tou- te la mesure, il ne se traduirait que par un affai- blissement du signal que l'on pourrait compenser par une amplification des signaux détectés. En réalité, du fait de la progression de la sonde le long de la pièce, cet entrefer varie constamment. Il en résulte une modification permanente et imprévisible du si- gnal de mesure. En effet, l'intensité de ce signal dépend non seulement du défaut détecté, mais égale- ment de la distance de la sonde à la pièce à contrô- ler. Ceci est dA au fait que l'intensité des cou- rants induits dans une zone de la pièce à contrôler dépend de l'induction magnétique créée en cette zo- ne4 et que celle-ci décroît lorsque la distance aux enroulements inducteurs augmente. De même, l'action des courants de Foucault sur les enroulements dépend elle aussi de cette distance. Si l'on veut corriger les effets des va- riations d'entrefer sur le résultat de la mesure, il le faut relever à tout instant la valeur de l'entrefer. On conçoit qu'un tel procédé, s'il vient naturelle- ment à l'esprit, soit de mise en oeuvre très délica- te, car il nécessite non seulement des moyens de mesure de l'entrefer, mais aussi des circuits de correction basés sur une loi qui est, par nature, très complexe. La présente invention a justement pour but de remédier à ces difficultés en proposant un procé- dé et un dispositif de correction qui sont d'une 25. grande simplicité. A cette fin, l'invention propose de corri- ger une mesure différentielle à partir du résultat obtenu par une mesure absolue. Cette correction s'obtient simplement en divisant le résultat de la mesure différentielle par celui de la mesure abso- lue. On obtient alors, de façon surprenante, un ré- sultat qui est sensiblement indépendant de l'entre- fer. La simplicité d'un tel procédé est mani- feste puisqu'il repose uniquement sur un traitement des signaux délivrés par la sonde, sans qu'il néces- site la détermination explicite de l'entrefer ni l'élaboration d'un signal de correction fonction de cet entrefer. En d'autres termes, le demandeur a trouvé que le signal absolu synthétisait en quelque sorte les effets d'entrefer et que ce signal pouvait constituer à lui seul un moyen de correction. Le procédé de l'invention implique qu'on puisse effectuer simultanément une mesure différen- tielle et une mesure absolue avec une même sonde. Si les deux enroulements d'une sonde sont sensibles aux défauts de la pièce à contrôler, le pont permet d'effectuer une mesure différentielle. Si un seul des enroulements est sensible aux défauts de la piè- ce à contrôler, le pont permet d'effectuer une mesu-. te absolue. Certains ponts sont doubles, en ce sens qu'ils comprennent à la fois un pont de mesure dif- férentielle et un pont de mesure absolue, ces deux ponts ayant en commun un des enroulements sensibles -20 aux défauts de la pièce à contrôler. Un pont de ce dernier type convient donc bien pour mettre en oeu- vre l'invention-. Mais on peut imaginer aussi une sonde qui comprendrait un pont de mesure différen- -tielle à deux enroulements sensibles à la pièce à eontroler et un enroulement particulier sensible à la pièce à contrôler, ce dernier enroulement four- nissant le signal absolu. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de contrôle non destructif par courants de Foucault avec correction des effets d'entrefer, dans lequel on utilise une sonde compre- nant deux enroulements alimentés en opposition par un courant d'excitation à fréquence déterminée, ces enroulements étant sensibles à la pièce à contrôler et appartenant à un pont équilibré et dans lequel on effectue une mesure différentielle en prélevant une tension de déséquilibre du pont et en analysant cette tension à ladite fréquence, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on effectue en outre une mesure absolue en prélevant une tension sur un enroulement sensible à la pièce à contrôler et en analysant cette tension à ladite fréquence et en ce qu'on di- vise le résultat de la mesure différentielle par celui de la mesure absolue. L'enroulement utilisé pour la mesure ab- solue est avantageusement l'un des deux enroulements utilisés pour la mesure différentielle. L'invention a également pour objet un dis- positif de contrôle non destructif par courants de Foucault permettant une correction des effets d'en- trefer, pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être défini. Ce dispositif comprend une sonde à au moins deux enroulements connectés en opposition par un courant d'excitation à fréquence déterminée, ces enroulements appartenant à un pont de mesure diffé- rentielle et étant sensibles à la pièce à contrôler, ce dispositif comprenant encore une voie d'analyse différentielle alimentée par le pont de mesure dif- férentielle; ce dispositif étant caractérisé en ce que la sonde utilisée comprend également un enroule- ment de mesure absolue sensible à la pièce à contrô- ler, et en ce que le dispositif comprend en outre: - une voie d'analyse absolue alimentée par l'enrou- lement de mesure absolue, - un circuit diviseur à deux entrées, l'une de divi- dende reliée à la sortie de la voie de mesure dif- férentielle, l'autre de diviseur reliée à la sor- tie de la voie de mesure absolue et à une sortie qui délivre un signal de mesure différentielle corrigé des effets d'entrefer. L'invention sera mieux comprise après la description qui suit, d'exemples de réalisation- don- nés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés qui font suite à ceux de la figure 1 déjà décrite et sur lesquels: - la figure 2 est un schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention, - la figure 3 illustre un double pont de mesure, différentiel et absolu, utilisable dans l'invention, - la figure 4 illustre un mode particulier de réalisation d'une sonde utilisable dans l'inven- tion, - la figure 5 est un schéma d'une voie de mesure différentielle et/ou absolue, - la figure 6 est un schéma d'un mode de réalisation simplifié d'une voie de mesure absolue, la figure 7 illustre quelques circuits supplémentaires facilitant la mise en oeuvre du dis- positi f, - la figure 8 est un relevé.- expérimental montrant respectivement des signaux de mesure diffé- rentielle et de mesure absolue ainsi qu'un signal de mesure différentielle corrigé selon l'invention. Le dispositif-représenté sur la figure 2 comprend: - une sonde de mesure 10, par exemple du type à dou- ble pont de mesure, à deux sorties, l'une diffé- rentielle Sd et l'autre absolue Sa, un oscillateur 12 d'alimentation de cette sonde à une fréquence déterminée, - une voie d'analyse différentielle 14, - une voie d'analyse absolue 16, - un circuit diviseur 18 à deux entrées, l'une 20 o est appliqué le signal dividende, en l'occurrence le signal de mesure différentielle, et l'autre 22 o est appliqué le signal diviseur, ici le signal de mesure absolue, - un organe 24 d'enregistrement ou de visualisation du signal délivré par le diviseur 18. Le fonctionnement de ce dispositif résul- te de ce qui a été exposé plus haut. La sonde 10 délivre deux signaux: l'un provenant d'un pont dif- férentiel et l'autre d'un pont absolu. Les voies 14 et 16 effectuent l'analyse de ces signaux. Elles me- surent donc la composante de ces signaux en phase avec le courant d'excitation de la sonde et la com- posante en quadrature de phase avec ce même courant. Pour cela, ces voies 14 et 16 reçoivent de l'oscil- lateur 12, par deux connexions 13 et 15, des cou- rants respectivement en phase et en quadrature de phase avec le courant d'excitation appliqué à la sonde 10. Le résultat de la mesure différentielle est ensuite divisé par celui de la mesure absolue dans le diviseur 18. La mesure différentielle ainsi corrigée est alors sensiblement indépendante de l'entrefer séparant la sonde de la pièce à contrô- ler.- Les figures 3 à 6 illustrent quelques exemples de réalisation de moyens pouvant être uti- lisés pour constituer la sonde 10 et les voies 14 et 16. Ces moyens sont connus si on les considère iso- lément. La figure 3 représente un pont double com- prenant à la fois un pont de mesure absolue et un pont de mesure différentielle. Le pont de mesure différentielle est constitué par deux résistances R1 et R2 et deux enroulements Z1 et Z2 traversés par la pièce 4 à contrôler. Selon un mode de réalisation perfection- né, des résistances supplémentaires R5 et R6 peuvent être connectées en parallèle sur les deux enroule- ments ú1 et Z2. La sortie permettant d'effectuer la mesure différentielle est désignée par Sd. L'alimen- tation du pont s'effectue par le secondaire d'un transformateur 26 dont le primaire reçoit un courant d'excitation-issu de l'oscillateur 12. La partie correspondant au pont de mesure absolue est constituée par deux résistances R et R4, par l'enroulement Z1 (et sa résistance associée R5) et par un circuit qui permet de compenser la -tension d'excitation. Ce circuit comprend un poten- tiomètre 30 auquel est appliquée la tension d'ali- mentation provenant du primaire du transformateur 26 et un condensateur variable 32. La prise du signal absolu Sa s'effectue entre les résistances R3et R4. Le réglage du potentiomètre 30 et du condensateur 32 permet d'obtenir, à vide, l'équilibrage du pont ab- solu afin que la tension apparaissant sur la con- nexion de sortie absolue Sa soit débarrassée du si- -gnal d'excitation. Naturellement, d'autres types de sondes peuvent être utilisés. On peut par exemple adjoindre - 25 à un pont différentiel un enroulement particulier supplémentaire destiné à fournir le signal absolu nécessaire à la correction. On peut aussi utiliser une sonde à un enroulement inducteur et deux enrou- lements récepteurs, comme illustré sur la figure 4. Sur cette figure un enroulement inducteur zi est alimenté par la source 12; deux enroulements récep- teurs Z1 et Z2 branchés en opposition sont disposés à l'intérieur de l'enroulement Zi. Cette sonde ne comporte pas de noyaux magnétiques. Les différents enroulements sont bobinés sur des mandrins en résine tenant à haute température (250OC). Le signal diffé- rentiel Sd est prélevé entre les bobines Z1 et Z2 et le signal absolu Sa est prélevé soit aux bornes de l'enroulement inducteur Zi, soit aux bornes de l'un des enroulements récepteurs Z1 ou Z2, soit encore aux bornes d'un enroulement supplémentaire Zs bobiné autour de l'enroulement inducteur. Le circuit représenté sur la figure 5 re- présente soit une voie 14 de mesure du signal diffé- rentiel apparaissant sur la sortie Sd de la sonde, soit une voie 16 de mesure du signal absolu appa- raissant sur la sortie Sa, encore que cette dernière voie puisse être simplifiée comme il sera expliqué à propos de la figure suivante. Sur la figure 5, le circuit représenté comprend tout d'abord un circuit préamplificateur 34, par exemple de gain 30 décibels, destiné à don- ner au signal de mesure un niveau suffisant pour que puissent s'effectuer des opérations d'équilibrage. Celles-ci consistent à compenser le déséquilibre de construction de la sonde et elles s'effectuent dans un circuit 36. Ce dernier est relié à l'oscillateur 12 par des connexions 13 et 15 qui véhiculent des signaux respectivement en phase et en quadrature de phase avec le courant d'excitation de la sonde. Le signal de mesure après équilibrage est amplifié dans un circuit amplificateur 40, par exemple de gain 60 décibels, cette amplification étant telle que le si- gnal ne subisse aucune saturation. Le signal délivré par l'amplificateur 40 est ensuite filtré au moyen d'un filtre passe-bande 42, centré sur la fréquence d'excitation. Ce filtre est avantageusement à forte pente, par exemple de 24 décibels par octave. Le signal filtré est appliqué à un circuit amplifica- teur 44, puis analysé par un circuit échantillonneur 2502337' à mémoire 46 ou par tout autre système de démodula- tion (multiplieur, détecteur synchrone, etc...). Ce circuit reçoit, par les connexions 13 et 15, deux signaux de référence en phase et en quadrature de phase avec le courant d'excitation de la sonde. Cet échantillonneur à mémoire délivre, sur deux con- nexions de sortie, la partie en phase X et la partie en quadrature de phase Y avec le courant d'excita- tion. Cet échantillonneur peut etre éventuellement suivi d'un filtre passe-bande 54 qui permet d'élimi- ner le bruit de fond résiduel dû à l'échantillonnage ou de supprimer l'effet d'entrefer différentiel. La voie représentée délivre donc, en défi- nitive, les parties résistive X et réactive Y du signal (différentiel ou absolu). Ces signaux X et Y sont des tensions continues, lentement variables avec le déplacement de la sonde. I1 va de soi que ce circuit n'est donné qu'à titre explicatif et que tout autre moyen per- mettant de déterminer les parties résistive et réac- tive du signal peut être utilisé dans l'invention. Si l'on utiliser comme circuit d'analyse du signal absolue une voie comme celle de la figure , on dispose alors des deux composantes X et Y de - ce signal, et l'on peut utiliser, pour effectuer la correction soit l'une, soit l autre de-ces composan- tes, soit les deux, soit encore le module + Y. Mais, pour traiter le signal absolu, on peut également utiliser une vole simplifiée comme celle qui est représentée sur la figure 6. Cette voie ne fournit pas séparément les composantes X et Y mais seulement le module du signal. La voie repré- sentée comprend un amplificateur 60, un circuit d'équilibrage 62, un circuit de détection d'amplitu- de 64 et un filtre passe-bande 66. 1l Pour faciliter la mise en oeuvre du procé- dé de l'invention, quelques circuits annexes peuvent être utilisés, comme il est illustré sur la figure 7. Le signal délivré par la voie différentielle peut faire l'objet d'une amplification par un circuit 70, de gain 20dB par exemple. Quant au signal absolu il peut tout d'abord transiter par un amplificateur 72 de gain unité assurant une adaptation des impédan- ces, puis faire l'objet d'un réglage de zéro à l'ai- de d'un additionneur 74 alimenté par une source de tension réglable 76. La sonde étant éloignée de tou- te pièce métallique, on règle la source 76 jusqu'à obtenir, en sortie du circuit 74, un signal nul ser- vant d'origine. De plus, il faut éviter que le si- gnal absolu, par lequel on divise le signal diffé- rentiel, devienne nul, auquel cas le signal corrigé délivré par le diviseur 18 deviendrait infini. Ainsi à la sortie du diviseur 18 peut être disposé un re- lais de protection 78 dont une entrée de signal 78/1 reçoit le signal différentiel corrigé et une entrée de commande 78/2 reçoit une tension délivrée par un comparateur 80. Ce dernier possède deux entrées, /1 et 80/2, la première recevant le signal délivré par l'additionneur 74 et la seconde recevant un si- gnal délivré par une source réglable 82. Lorsque le signal absolu appliqué à l'entrée 22 du diviseur tombe à une valeur inférieure au seuil fixé par la source 82, le comparateur 80 délivre une tension apte à ouvrir le relais 78. On évite ainsi la satu- ration de l'enregistreur 24 qui suit et l'on inter- dit tout enregistrement lorsque l'entrefer dépasse une certaine valeur et que le rapport signal sur bruit devient trop faible. En général, le seuil est réglé entre le tiers et la moitié du signal absolu correspondant au contact sonde-pièce (entrefer nul ou quasi-nul). 2502337- Les courbes de la figure 8 montrent un exemple de résultats obtenus grâce à l'invention. Les mesures sont effectuées pour des valeurs d'en- trefer croissantes E1, E21...,E5, en faisant tourner une pièce métallique à proximité- d'une sonde.- Le diagramme (a) figurant à gauche représente un signal différentiel non corrigé. Le diagramme au milieu, représente le signal absolu correspon- dant. On constate, sur ces deux diagrammes, une di- minution de la sensibilité de la mesure lorsque l'entrefer augmente. Le diagramme (c), qui figure à droite, représente le signal différentiel corrigé selon l'invention, c'est-à-dire obtenu en divisant le-signal différentiel (a) par le signal absolu (b). On constate bien que le signal ainsi corrigé est d'intensité sensiblement constante, quelle que soit la valeur de l'entrefer entre E1 et E4. Pour la va- leur E5 le signal corrigé est interrompu car le si- gnal absolu. devient trop faible et le relais 78 de la figure 7 s'ouvre, indiquant que la qualité de la mesure n'est plus suffisante. L'invention qui vient d'être décrite peut ëtre appliquée quelle que soit la surface examinée plane ou gauche soit en haute fréquence (de 1 kHz à I 1Hz) par exemple pour la détection de défauts lon- gitudinaux ou transversaux, à l'extérieur ou à l'in- -térieur de tubes ou d'alésages cylindriques ou coni- ques, soit en basse fréquence (quelques dizaines de Hz à quelques dizaines de kHz)-par exemple pour le contrôle de joints ou de soudures, ainsi que pour la détection de défaut sous un revêtement. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle non destructif par courants de Foucault avec correction des effets d'entrefer, dans lequel on utilise une sonde compre- nant deux enroulements alimentés en opposition par un courant d'excitation à fréquence déterminée, ces enroulements étant sensibles à une pièce à contrôler et appartenant à un pont équilibré et dans lequel on effectue une mesure différentielle en prélevant une tension de déséquilibre du pont et en analysant cette tension à ladite fréquence, caractérisé en ce qu'on effectue en outre une mesure absolue en préle- vant une tension sur un enroulement sensible à ladi- te pièce et en analysant cette tension à ladite fré- quence et en ce qu'on divise le résultat de la mesu- re différentielle par celui de la mesure absolue. 2. Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le signal absolu utilisé pour diviser le résultat de la mesure différentielle est constitué par l'une quelconque des deux composantes de la tension prélevée, en phase ou en quadrature de phase par.rapport au courant d'excitation ou par le module du signal, ou par l'une et l'autre des deux dites composantes. 3. Dispositif de contrôle non destructif par courants de Foucault permettant une correction des effets d'entrefer, pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, ce dispositif compre- nant une sonde (10) à au moins deux enroulements (Z1 et Z2) connectés en opposition par un courant d'ex- citation à fréquence déterminée, ces enroulements appartenant à un pont de mesure différentielle (Z1, z2, R1, R2) et étant sensibles à la pièce à contrô- ler, ce dispositif comprenant encore une voie d'ana- lyse différentielle (14) alimentée par le pont de mesure différentielle, caractérisé en ce que la son- de utilisée comprend également un enroulement de me- sure absolue sensible à la pièce à contr8ler, et en ce que le dispositif comprend en outre: - une voie d'analyse absolue (16) alimentée par l'enroulement de mesure absolue, - un circuit diviseur (18) à deux entrées, l'une (20) de dividende reliée à la sortie de la voie de mesure différentielle (14), l'autre (22) de divi- seur reliée à la sortie de la voie de mesure abso- lue (16) et à une-sortie qui délivre un signal de mesure différentielle corrigé des effets d'entre- fer. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enroulement de mesure abso- lue est constitué par l'un des enroulements (Z1) du pont de mesure différentielle. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enroulement de mesure abso- lue est constitué par un enroulement supplémentaire. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la sonde comprend un enroule- ment inducteur (Zi) et deux enroulements récepteurs ducteur et connectés en opposition, l'enroulement de mesure absolue étant constitué soit par ledit enrou- lement inducteur, soit par l'un des enroulements récepteurs. 7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend, intercalé entre la sortie de la voie de- mesure absolue (16) et l'entrée (22) de diviseur du circuit diviseur (18), un cir- - cuit de réglage du zéro (74) commandé par une source de tension réglable (76). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un compa- rateur (80) à deux entrées, la première (80/1) re- liée à la sortie du circuit (74) de réglage de zéro et la seconde (80/2) à une source de tension régla- ble (82), et un relais de protection (78) à une en- trée de signal (78/1) reliée à la sortie du circuit diviseur (18) et une entrée de commande (78/2) re- liée à la sortie du comparateur (80), ce relais de protection étant ouvert lorsque la tension appliquée à la première entrée (80/1) du comparateur (80) est inférieure à la tension appliquée à la secon- de (80/2). 9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la voie d'analyse différen- tielle (14) et la voie d'analyse absolue (16) com- prennent toutes deux des circuits (34, 36, 40, 42, 44, 46, 54) aptes à mesurer les deux composantes en phase et en quadrature de phase par rapport au cou- rant d'excitation. 10. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la voie d'analyse différen- tielle comprend des circuits (34, 36, 40, 42, 44, 46, 54) aptes à mesurer les deux composantes en pha- se et en quadrature de phase par rapport au courant d'excitation et en ce que la voie d'analyse absolue comprend un amplificateur (60), un circuit d'équili- brage (62), un détecteur d'amplitude (64) et un fil- tre (66).