Brevet FR2522821A1 — publié le 19830909

DISPOSITIF D'INSPECTION A ULTRASONS DU TYPE A GALET 1 L'invention se rapporte à un dispositif ultra- sonore d'inspection du type à galet, et plus particuliè- rement à un tel dispositif d'inspection pour l'examen par ultrasons des pneumatiques. Il est connu d'inspecter les Pneumatiques par ultrasons afin d'en détecter les défauts et notamment les défauts se rapportant à la séparation des différentes cou- ches de matériau formant la carcasse, ou à la séparation de ce matériau du métal renforçant la toile de la carcasse. Pour inspecter rapidement et économiquement un pneumatique entier, il est souhaitable d'utiliser des dé- tecteurs à ultrasons du type à galet qui roulent en appui sur le pneumatique et effectuent une inspection sensible- ment continue du pneumatique pendant une révolution complète de ce dernier Dans ce but, il est généralement nécessaire qu'au moins certains des détecteurs soient maintenus en contact avec la surface externe du pneumatique, c'est-à-dire la bande de roulement. Toutefois, on a trouvé que les détecteurs usuels ont l'inconvénient d'être influencés, en ce qui concerne le signal acoustique émis ou reçu, de façon sensiblement plus forte par la bande de roulement que par les défauts que l'on cherche à détecter L'objet de l'invention est un dispositif d'inspection qui remédie à cet inconvénient. Selon l'invention, un dispositif ultrasonore d'inspection du type à galet, pour l'inspection d'un oneu- matique, comprend un galet monté tournant sur un moyeu et -2- 1 adapté à venir en appui tournant sur le pneumatique, et deux transducteurs à ultrasons montés sur le moyeu et ayant chacun un axe principal d'émissionréception Les transducteurs sont reliés électriquement de façon à coooé- rer l'un avec l'autre et sont montés sur le moyeu de façon que lesdits axes convergent vers l'extérieur du moveu, l'angle entre lesdits axes étant choisi de façon que, le galet étant placé en appui tournant contre la bande de roulement du pneumatique, le dispositif fonctionnant en émetteur ait tendance à focaliser l'énergie ultrasonore émise dans le corps du pneumatique en dessous de la bande de roulement, et que, fonctionnant en récepteur, le dispo- sitif soit sensible aux défauts dans ce coros, mous la bande de roulement. L'invention va maintenant être décrite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: les figures 1 et 2 sont des coupes d'une sonde à ultrasons du type à galet, pour l'inspection des oneumiti- ques selon l'invention, la figure 1 passant par l'axe de rotation du dispositif et la figure 2 étant prise perpen- diculairement à cet axe; et la figure 3 représente schématiquement le montage dp plusieurs sondes des figures 1 et 2 pour l'inspection d'un pneumatique. En référence aux figures 1 et 2, une sonde ultra- sonore ( 10) du type à galet comprend un arbre 12 en acier inoxydable comportant une partie 14 de diamètre plus élevé sur laquelle est ajusté à la presse un moyeu 16 en alumi- nium De part et d'autre de la partie 14, l'arbre 12 com- prend des parties 18, 19 de même diamètre mais inférieur à celui de la partie 14, la partie 18 formant une extrémité de l'arbre Un galet 20 est monté tournant sur les par- ties 18, 19 de l'arbre au moyen de roulements à billes 22 à 24 à faible bruit Ce galet 20 entoure presque entière- ment les parties 14, 18 et 19 de l'arbre et le moyeu 16. -3- 1 Le galet 20 comprend un flanc 26 sensiblement circulaire entourant le roulement 22 et la partie 18 de l'arbre et ayant une face 28 se prolongeant radialement disposée à proximité d'un côté 30 du moyeu 16 De olus, le galet 20 comprend un autre flanc 32 porteur d'un joint qui entoure le roulement 24 et la partie 19 de l'arbre Le flanc 32 comporte aussi une face 34 se prolongeant radia- lement et disposée à proximité de l'autre côté 36 du moyeu 16 La partie du flanc 32 la plus proche du centre de rotation et la plus éloignée axialement du moyeu 16, com- porte un logement 38 Un joint 40 disposé dans ce loge- ment vient en contact étanche sur la partie 19 de l'arbre Le logement 38 est fermé par une plaque annu- laire 42 fixée coaxialement sur l'extrémité du flanc 32. La plaque 42 entoure une partie 44 de diamètre réduit de l'arbre 12, laquelle partie 44 qui prolonge la partie 19 dépasse de la plaque 42. Les flancs 26 et 32 ont le même diamètre et leurs faces respectives 28 et 34 comportent des gorges annu- laires 46, 48 se faisant face Les gorges 46, 48 sont coaxiales avec les flancs 28, 32 et le diamètre de leur face interne est légèrement plus grand que celui du moyeu 16 Un tube 50 en matériau plastique approprié tel que celui commercialisé par la société Du Pont sous la marque VESPEL, a ses extrémités collées dans les gorges 46 et 48 et, par conséquent, entoure le moyeu 16 avec un faible jeu annulaire Le galet 20 comprend aussi une bande de roule- ment 52 en matériau élastique comme, Dar exemple, le com- posé de silicones A et B RTV 668 commercialisé par la société ICI Limited Cette bande est serrée autour du tube 50 et maintenue axialement par des épaulements 54 dé- finis à l'extérieur des gorges 46, 48. La surface externe du moyeu 16 comporte deux per- çages cylindriques opposés 56 et 58 dirigés vers l'axe dont le plus petit 56 est aveugle L'autre perçaae 58, plus long, communique, oar l'intermédiaire d'un passage radial 59 traversant la partie 14 de l'arbre jusqu'à son -4- 1 centre, avec un passage axial 60 traversant coaxialement les parties 14, 19 et 44 de l'arbre 12 jusqu'à l'extrémité 61 de cet arbre. Le perçage 56, réalisé sur un plat 62 découpé sur la surface externe du moyeu 16, est fermé de façon étanche par un diaphragme 64 en acier inoxydable Le diaphragme 64 a un bord 66 de diamètre légèrement olus grand que celui du perçage 56, ce bord étant maintenu dans une gorqe de forme complémentaire par une plaque de fixation 68 immobilisée sur le plat ( 62) par des vis La plaque 68 a un orifice 70 aligné avec le perçaqe 56 de façon que le côté externe du diaphragme 64 soit au contact de la cham- bre étanche définie autour du moyeu 16 par les flancs 26 et 32 et le tube 50 Après fixation, la plaque 68 est usinée de façon à se conformer à la surface externe cvlin- drique du moyeu 16. Le perçage 58 est, lui aussi, réalisé sur un olat 72 usiné à la surface externe du moyeu 16 Une plaque de montage 74, réalisée en aluminium et comportant une courte partie cylindrique 75 en saillie enfoncée à la presse dans le perçage 58, est collée sur le plat 72 L'extrémité in- terne de la partie en saillie 75 a deux surfaces symétri- ques de montage 76 et 78 sensiblement semi-circulaires. Sur ces deux surfaces, inclinées de façon à former entre elles un angle de 1200, sont collés respectivement deux cristaux piézoélectriques 80, 82, minces, plats et sensi- blement semi-circulaires L'espace interne 84 du perçaqe 58 est rempli d'air ou d'un gaz convenable de façon au'il n'y ait aucun amortissement sur les cristaux Après col- lage de la plaque 74 sur le plat 72, sa surface externe est usinée de façon à se conformer a la surface externe cylindrique du moyeu 16. Les cristaux 80, 82 sont obtenus en counant dia- métralement en deux un cristal plat circulaire en titanate de zirconate de plomb dont la fréquence de résonance est d'environ 0,5 M Hz, ces cristaux étant connectés en oaral- lèle L'angle entre les surfaces de montage 76 et 78 est 1 choisi de façon que les axes principaux A et B d'émis- sion/réception des cristaux 80 et 82, qui sont qénérale- ment perpendiculaires aux faces planes, convergent au tra- vers de la plaque de montage 74, en un point situé à une distance prédéterminée le long de la bissectrice C de l'anqle entre les surfaces 76, 78 comme on l'expliquera par la suite. Des conducteurs électriques 86 qui transmettent les signaux électriques vers et en provenance des cristaux 80, 82, sont disposés dans l'espace 84 du perçaqe 58, et le long des passages 59 et 60 pour sortir à l'extrémité 61 de l'arbre 12 o ils se terminent par un connecteur appro- prié (non représenté). La chambre étanche définie autour du moyeu 16 par les flancs 26 et 32 et le tube 50, est remplie, lors de sa fabrication, par un fluide ayant à la fois des propriétés lubrifiantes et de couplage acoustique comme la glycé- rine Ce fluidà sert à lubrifier les roulements 22 et 24 et aussi à réaliser un couplage acoustique, d'une part entre le moyeu 16 et le tube 50 et d'autre part, entre la plaque de montage 74 et le tube 50 La partie du perçage 56 située à l'intérieur du diaohragme 64 est remplie d'air Par conséquent, toute augmentation de volume du fluide dans la chambre étanche, due par exemple à la tem- pérature, entraîne un mouvement du diaphraame 64 qui com- prime simplement l'air situé de l'autre côté de ce dia- phragme. En fonctionnement, la sonde 10 est appuvée par un ressort contre un pneumatique à inspecter qrâce à un sys- tème de montage (non représenté) auquel est fixée l'extré- mité 61 de l'arbre 12 Le système de montage comprend un support réglable (non représenté) grâce auquel on Peut mo- difier de quelques degrés l'orientation angulaire de l'ar- bre 12 et du moyeu 16 de part et d'autre d'une position pour laquelle la bissectrice C de l'anale entre les sur- faces 76 et 78 passe par le point de contact du qalet 20 sur le pneumatique on peut considérer, après avoir tenu 1 compte des réfractions aux différentes interfaces entre la plaque 74, la chambre remplie de glvcérine, le tube 50, la bande de roulement et le Pneumatique, que les axes princi- paux d'émission/réception A et B des cristaux respectifs 80 et 82 se rencontrent effectivement à une profondeur prédéterminée en dessous de la surface du pneumatique. L'angle particulier de 120 entre les surfaces 76 et 78 est chois& pour que cette profondeur soit léqgrement su Dé- rieure à la profondeur maximale de la bande de roulement d'un pneumatique usuel d'automobile Pour d'autres ao Dli- cations, on peut prendre des valeurs différentes nour cet angle, par exemple jusqu'à 160 . Comme mentionné précédemment, la sonde 10 ueut être utilisée comme émetteur pour émettre de l'énerqie ultrasonore dans le pneumatique, ou comme récepteur Dour recevoir de l'énergie ultrasonore du pneumatique. En mode émission, un signal électrique d'excita- tion est appliqué simultanément, par l'intermédiaire des conducteurs 86, aux deux cristaux 80 et 82 qui émettent de l'énergie ultrasonore dans le oneumatique au travers de la plaque 74, du fluide de couplage, du tube 50 et de la bande de roulement 52 Comme les axes principaux d'émis- sion/réception des cristaux 80 et 82 convergent, cette énergie ultrasonore a tendance à être focalisée au point de rencontre de ces axes, c'est-à-dire à une profondeur déterminée sous la surface du pneumatique De ce fait, l'effet d'hétérogénéités à la surface du pneumatique, au- dessus de cette profondeur déterminée, c'est-à-dire l'ef- fet de la bande de roulement, est réduit. En mode réception, l'énergie ultrasonore injectée dans le pneumatique par un émetteur approorié est appli- quée, par l'intermédiaire de la bande 52, du tube 50, du fluide de couplaqe et de la plaque 74, aux cristaux 80, 92 qui fournissent des signaux électriques de sortie repré- sentatifs de l'onde acoustique reçue Ces siqnaux de sor- tie sont ajoutés l'un à l'autre par suite de la connexion en parallèle des cristaux 80, 82 Ici aussi, la conver- -7- gence des axes principaux d'émission/réception des cris- taux respectifs 80 et 82 a un effet de focalisation qui rend les cristaux sensibles à l'énergie provenant d'une profondeur prédéterminée, ce qui réduit l'effet des hété- rogénéités de surface. On peut utiliser la sonde 10 non seulement comme émettrice ou réceptrice mais aussi comme paire émettrice- réceptrice en combinaison soit avec une sonde identique, soit avec un sonde conventionnelle (par exemple une sonde ayant un seul cristal plat circulaire dont la face plane est montée perpendiculairement à un diamètre du calet). La fiqure 3 représente schématiquement une ins- tallation de test ayant trois paires de sondes émet- trices/réceptrices pour l'inspection d'un pneumatique. Les sondes émettrices sont désignées par TX 1, TX 2 et TX 3 et peuvent être des sondes usuelles du type mentionné nré- cédemment Les sondes réceptrices désignées RX 1, RX 2 et RX 3 sont identiques à la sonde 10 des figures 1 et 2, le pneumatique à inspecter 90 étant monté tournant Les son- des RX 1, RX 2 et RX 3 sont en appui tournant sur la surface externe du pneumatique 90, la sonde RX 2 roulant notamment sur une partie du pneumatique traversée et retraversée par des rainures profondes 92 de la bande de roulement. Chaque paire émettrice/réceptrice est connectée à un instrument détecteur d'ultrasons UFD-S (non repré- senté) Ces instruments sont des appareils à large bande passante susceptibles d'utiliser la technique de test décrite en détail dans la demande de brevet britannique publiée sous le N O 2 013 344. En fonctionnement, on fait tourner le pneumatique relativement lentement tout en émettant des signaux ultrasonores Pour simplifier, on considérera seulement la paire émettrice/réceptrice TX 2 et RX 2 L'instrument UFD-S correspondant à cette paire fournit un signal de sortie électrique formé d'impulsions répétitives contenant chacune une fréquence relativement élevée sélectionnée au préalable pour produire, à la sortie de la sonde émettrice -8- l TX 2, un signal ultrasonore contenant une large plage de fréquences, comme décrit dans la demande de brevet britan- nique mentionnée précédemment Ces signaux ultrasonores, après transmission dans le pneumatique 90, sont reçus oar la sonde réceptrice RX 2 qui fournit des siqnaux électri- ques de sortie représentatifs des signaux acoustiques reçus Les signaux de sortie de la sonde réceptrice RX 2 sont alors appliqués à l'instrument UFD-S et un filtre accordable (ou discriminateur) est accordé de façon à sélectionner la bande de fréquences la plus significative du signal de sortie pour être traitée ultérieurement (par exemple par comparaison à un seuil prédéterminé) et affichée. Si la sonde réceptrice RX 2 était une sonde conventionnelle, les variations du signal ultrasonore reçu dues aux rainures de la bande de roulement auraient ten- dance à cacher toutes les autres variations Toutefois, comme la sonde réceptrice est identique à la sonde 10, elle est plus sensible aux variations des signaux ultra- sonores provenant de dessous la bande de roulement, c'est- -à-dire de la carcasse du pneumatique 90 Ainsi, on peut facilement accorder la combinaison de sondes émettrice/ré- ceptrice TX 2, RX 2 avec l'instrument UJFD-S de façon aue l'ensemble soit sensible aux défauts (tels qu'une sépara- tion des couches internes) situés dans la carcasse du pneumatique 90. La vitesse de rotation du pneumatique Q O est choisie généralement de façon à donner une vitesse tanaen- tielle de l'ordre de O à 18 m/s au point de contact avec les sondes émettrices/réceptrices ce qui permet d'inspec- ter complètement le pneumatique d'une façon assez rapide. Les sondes émettrices T Xl, TX 2 et TX 3 sont ali- mentées séquentiellement Dans un autre arrangement, on peut multiplexer un générateur commun de signaux relié aux trois sondes émettrices, et l'on Peut connecter les trois sondes réceptrices Par l'intermédiaire de discriminateurs susceptibles d'être accordés, à un multiplexeur qui relie 1 successivement chacun d'eux à un détecteur de seuil Dans un autre arrangement, plusieurs sondes identiques à la sonde 10 et susceptibles de fonctionner par paires émet- trices/réceptrices peuvent être disposées seulement au contact de la surface externe du pneumatique 90, rendant ainsi possible le test de pneumatiques montés sur des véhicules. Enfin, bien que la sonde 10 ait été décrite comme particulièrement intéressante pour l'inspection de pneuma- tiques, elle peut aussi être utilisée pour l'inspection d'autres objets ayant des aspérités sur leur surface, comme par exemple des convoyeurs à bande employés oour le transport du charbon et matériaux similaires ou des tapis roulants. -10- 1 REVENDICATTONS 1 Dispositif ultrasonore d'insoection du type à galet, pour l'inspection d'un pneumatique, caract 4 risé en ce qu'il comprend: un qalet ( 20) monté tournant sur un moveu ( 16) non tournant et adapté à venir en apnui sur le pneumatique ( 90) et, ? deux transducteurs ultrasonores ( 80, 82) montes sur ledit moyeu ( 16) et ayant chacun un axe principal d'éirs- sion-réception (A, B), lesdits transducteurs, reliés élec- triquement de façon à coopérer l'un avec l'autre, étant montés sur ledit moyeu de façon que lesdits axes (A, B) convergent vers l'extérieur du moyeu, l'anqle entre les- dits axes étant choisi de façon que, le qalet étant placé en appui tournant sur la bande de roulement du oneuma- tique, le dispositif, en tant qu'émetteur, ait tendance à focaliser l'énergie ultrasonore émise dans le corps du pneumatique en dessous de la bande de roulement et aue, en tant que récepteur, il soit sensible aux défauts de ce corps sous la bande de roulement. 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que lesdits transducteurs ( 80, 82) sont connectés en parallèle. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chacun desdits transducteurs ( 80, 82) comprend un cristal oiézoélectrique plat. 4 Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que lesdits cristaux (P 0, 82) sont sensiblement sans amortissement. 1 5 Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdits cristaux sont en titanate de zirconate de plomb. 6 Dispositif selon l'une des revendications 3 à , caractérisé en ce que lesdits transducteurs ( 80, 82) sont obtenus en découpant un cristal unique piézoélec- trique sensiblement circulaire en deux moitiés sensible- ment symétriques. 7 Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que lesdits transducteurs ( 80, 82) sont montés sur des surfaces planes respectives ( 76, 78) d'un organe de montage commun ( 74). 8 Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que ledit organe de montage ( 74) est réalisé en aluminium. 9 Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'angle entre lesdites surfa- ces planes ( 76, 78) est inférieur à 1600. Dispositif selon la revendication 9, carac- térisé en ce que ledit angle est d'environ 1200. 11 Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ledit orqane de montage ( 74) est fixé dans un logement radial ( 58) dudit moyeu ( 16), la surface externe dudit organe de montage étant usinée Pour se conformer à la surface externe dudit moyeu, lesdites surfaces planes ( 76, 78) étant réalisées sur une surface de l'organe de montage dirigée vers l'axe de rotation. -1 ?- 1 12 Dispositif selon la revendication 11, carac- térisé en ce que la partie dudit logement radial ( 58) située vers l'axe de rotation oar rapport auxdits trans- ducteurs ( 80, 82 > est remplie de gaz. 13 Installation ultrasonore pour l'inspection d'un pneumatique caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, ledit dispositif étant adapté à venir en appui tournant sur la surface externe de la bande de roulement du pneumatique ( 90).