Brevet FR2521298A1 — publié le 19830812

Énsemble de têtes de contrôle par ultrasons. L'invention concerne un ensemble de têtes de contrôle pour contrôler sans les détruire des pièces de sections transver- sales irrégulières à l'aide d'ondes ultrasoniques, comportant au moins deux têtes de contrôle pouvant se déplacer ensemble par rapport à la surface de la pièce dans le sens de la va- riation de section transversale de la pièce. Les ensembles connus de têtes de contrôle qui sont constitués, soit d'un seul émetteur et d'un seul récepteur, soit à cause d'une grande largeur d'exploration, de plusieurs unités d'émission et de réception travaillant indépendamment l'une de l'autre, qui sont guidées simultanément au-dessus de la surface de la pièce sur un nombre de voies d'exploration pa- rallèles correspondant, sont limités au contrôle de pièces ayant une épaisseur de paroi constante Par contre, de tels ensembles de têtes de contrôle ne conviennent pas pour con- trôler la totalité du volume de pièces ayant une section transversale de géométrie irrégulière, parce qu'il n'est pas possible de distinguer si une variation de l'amplitude de réception est due à un endroit défectueux ou à une variation de la géométrie de la pièce, à moins que d'une façon extrê- mement incommode et longue, par exemple en effectuant des mesures de la pièce avant ou après, on établisse une courbe de valeurs limites d'erreur tenant compte de l'épaisseur et de la géométrie de la pièce le long de tout le parcours d'ex- plorat 4 on et avec laquelle, lors de l'interprétation du résul- tat du contrôle, on compare la valeur momentanée de l'ampli- tude de transmission des ultrasons. Le but de l'invention est de réaliser un ensemble de têtes de contrôle du type précité, qui fournisse une indication d'erreur automatiquement et sans être influencé par les va- riations d'épaisseur de la pièce et de sa géométrie et qui supprime l'établissement préalable ou ultérieur d'une courbe de valeurs limites d'erreur tenant compte des variations de la section transversale de la pièce. Ce but est atteint conformément à l'invention, avec un ensem- ble du type précité, par le fait que les têtes de contrôle sont réalisées sous forme de têtes de contrôle réceptrices travaillant en synchronisme, maintenues à distance transver- salement au sens de déplacement et qu'elles sont raccordées à un étage de comparaison qui, lors d'une variation du rap- port entre l'amplitude de réception de la première tête de -contrôle et celle de la deuxième tête, produit un signal d'erreur. Conformément à l'invention, l'influence de l'épaisseur de la pièce et de sa géométrie dans la tête de contrôle est auto- matiquement éliminée du fait qu'on utilise pour détecter l'erreur, non pas la valeur absolue de l'amplitude de récep- tion d'une tête de contrôle individuelle, mais la valeur re- lative des amplitudes de réception des deux têtes de contrôle de réception placées tout près l'une de l'autre En raison de la combinaison particulière des signaux, le signal de sortie de l'ensemble de têtes de contrôle, non seulement n'est pas influencé par les variations irrégulières de la section trans- versale de la pièce, qui s'étendent dans le sens de déplace- ment de la disposition de tête de contrôle, mais jusqu'à 1 ' apparition d'un endroit défectueux, il reste également cons- tant, même si, en plus, l'épaisseur ou la géométrie de la 2521 '29 pièce varie linéairement perpendiculairement au sens de déplacement Toutefois, dès qu'un endroit défectueux passe dans le trajet des rayons d'une des deux têtes réceptrices de contrôle, le rapport des amplitudes de passage des ultra- sons varie, de sorte que l'étage de comparaison produit un signal d'erreur Ainsi, avec l'ensemble de têtes de contrôle de l'invention, on peut détecter avec une grande fiabilité d'une façon extrêmement simple des endroitsdéfectueux même dans des pièces de géométrie compliquée, sans avoir besoin d'une longue comparaison de valeurs mesurées avec une courbe de valeurs de consigne calculée pour une pièce sans défaut de même géométrie. Afin de pouvoir déterminer avec une grande précision et des moyens techniques particulièrement simples la variation du rapport entre les amplitudes, l'étage de comparaison compor- te de façon appropriée un amplificateur, qui amplifie la deuxième amplitude de réception d'un facteur d'amplification variable proportionnel à l'écart entre la première amplitude de réception et une valeur de référence constante, et un com- parateur monté à la suite, qui fournit la différence entre la deuxième amplitude de réception amplifiée et la valeur de ré- férence, ainsi qu'un détecteur qui produit un signal d'erreur en cas de variation de cette différence En raison de l'am- plification préalable spéciale des amplitudes de réception, on utilise dans ce cas dans l'étage de comparaison, comme critère d'erreurune différence d'amplitudes qui reste sur une valeur constante dépendant de la géométrie de la pièce perpendiculairement au sens de déplacement de l'ensemble de têtes de contrôle, et devient égale à zéro pour des pièces ayant une configuration de section transversale variant exclu- sivement dans le sens du déplacement, jusqu'à ce qu'une des deux têtes de contrôle réceptrice passe au-dessus d'un endroit défectueux, à la suite de quoi la différence entre les deux amplitudes de réception amplifiées augmente ou diminue de façon significative. Dans le principe, l'ensemble de têtes de contrôle selon l'in- vention peut fonctionner aussi bien selon la méthode de sim- ple transmission des ultrasons avec des têtes de contrôle réceptrices et émettrices disposées sur différents côtés de la pièce, que selon la méthode de la double transmission des ultrasons; dans ce cas on peut n'associer aux deux têtes de contrôle réceptrices qu'une seule tête de contrôle émettrice, ou bien, dans le cas de la double transmission des ultrasons, l'une ou l'autre tête de contrôle réceptrice peut être réa- lisée sous forme d'émetteur Pour obtenir une fiabilité ac- crue, il convient toutefois d'associer aux deux têtes de con- trôle réceptrices deux têtes de contrôle émettrices disposées à une distance fixe de celles-ci dans le sens du déplacement et travaillant en synchronisme, et de disposer dans ce cas chaque paire de têtes de contrôle émettrice et réceptrice inclinée en oblique en sens inverse en faisant l'angle né- cessaire pour une double transmission des ultrasons à tra- vers la pièce, afin, surtout, de pouvoir effectuer le con- trôle seulement du côté supérieur de la pièce dans le cas de pièces difficilement accessibles ou ayant une géométrie compliquée. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemple seulement de formes de réa- lisation représentées schématiquement sur le dessin, sur le- quel la figure 1 est une vue partielle schématique en perspec- tive d'une pièce massive de section irrégulière qui doit être examinée avec l'ensemble de têtes de contrôle; la figure 2 est un schéma-bloc de l'ensemble de têtes de contrôle; et la figure 3 est une vue latérale d'une paire de têtes de contrôle émettrice et réceptrice lors de la double transmis- sion des ultrasons à travers une pièce ayant une configuration de section transversale rigidifiée par des nervures s'éten- 2521,29 i dant transversalement au sens de déplacement de l'ensemble de têtes de contrôle. La pièce 2 en forme de plaque représentée sur la figure 1 qui a un tracé de section transversale variant irrégulière- ment dans le sens d'un de ses axes principaux (sens des y) et qui présente perpendiculairement à celui-ci, donc dans le sens des x, une épaisseur de paroi diminuant linéairement, est contrôlée à l'aide de l'ensemble de têtes de contrôle 4 représentée sur la figure 2 pour rechercher les endroits dé- fectueux, par le fait que l'ensemble de têtes de contrôle 4 est déplacé dans un mouvement de va et vient dans le sens des y au-dessus de la surface 6 de la pièce et après chaque passage dans le sens des y, il avance d'un pas dans le sens des x, de sorte que l'ensemble de têtes de contôle 4 par- cours un trajet d'exploration en forme de serpentin repré- senté en tirets sur la figure 1. L'ensemble de têtes de contrôle 4 comporte, selon la figure 2 deux têtes de contrôle émettrices d'ultrasons 10, 12 excitées simultanément par un générateur commun 8, ainsi que deux têtes de contrôle réceptrices 14, 16 travaillant également en\synchronisme et écartées des précédentes de la même dis- tance dans le sens des y, qui sont fixées rigidement sur un support commun 18 se déplaçant librement dans deux dimensions au-dessus de la surface 6 de la pièce Dans le sens des x, donc perpendiculairement au sens de déplacement y, les deux paires de têtes de contrôle émettrice et réceptrice 10,14 et 12,16 sont disposées très près l'une de l'autre Les coordon- nées y et x du support 18 sont affichées par l'intermédiaire d'un appareil enregistreur associé 20, par exemple un traceur de courbes. Le contrôle de la pièce 2 par ultrasons s'effectue selon la méthode de la double transmission, c'est-à-dire que les ondes ultrasoniques envoyées par les têtes de contrôle 10, 12 pas- sent du côté supérieur de la pièce vers son côté inférieur, y sont réfléchies, et après un nouveau passage à travers la pièce 2 elles sont transformées, dans la tête réceptrice as- sociée 14, 16 en un signal de mesure d'amplitude correspon- dante A la suite des têtes de contrôle réceptrices 14, 16 est monté un étage d'amplification 22 qui amplifie le signal de mesure de l'une des têtes réceptrices 14 jusqu'à ce que son amplitude de réception arrive à une valeur constante pré- déterminée L'amplitude de réception de la deuxième tête ré- ceptrice 16 est également amplifiée en même temps du facteur d'amplification ainsi obtenu Après avoir traversé un redres- seur 22 A faisant partie de l'étage d'amplification 22, les deux signaux de mesure amplifiés sont amenés aux deux entrées d'un comséarateur 24 qui forme la différence entre les ampli- tudes de transmission amplifiées. Etant donné qu'à cause du sens de déplacement choisi et'en raison de la disposition relative des têtes de contrôle dé- crites, chaque variation de section transversale de la pièce 2 a une incidence releivement identique sur les deux amplitu- des de réception, la différence fournie par le comparateur 24 resteconstante jusqu'à ce qu'un endroit défectueux de la piè- ce passe dans le trajet des ultrasons de l'une ou l'autre paire de têtesde contrôle 10, 14 ou 12, 16 La différence entre les deux amplitudes de réception amplifiées est sur- veillée par un détecteur 26 monté à la suite du comparateur 24, et dès que cette différence varie, un signal d'erreur F est produit qui est affiché dans l'appareil enregistreur 20 en même temps que les coordonnées associées x et y. La figure 3 représente l'ensemble de têtes de contrôle 4 avec le support 18 sur lequel sont fixées,inclinées l'une vers l'autre en faisant l'angle nécessaire à la double trans- mission des ultrasons,-les têtes de contrôle ( 10, 14) déca- lées l'une par rapport à l'autre dans le sens des y (et la paire des têtes de contrôle voisine 12, 10 situées derrière à la même hauteur) La pièce 2 A est dans ce cas une struc- ture composite de fibres de section transversale ouverte, utilisée par exemple dans la construction aéronautique, et elle est constituée par un panneautage 28 d'épaisseur cons- tante et par des nervures de raidissement en forme de U 30 collées à celui-ci pour la rigidifier localement Pour con- trôler la totalité du volume de la pièce 2-A et rechercher les défauts, par exemple des bulles dans le panneau 28 ou dans les éléments 30, ou des endroits décollés sur les sur- faces de collage, la pièce 2 A est placée dans un bain 32 bon conducteur du son, sur un réflecteur acoustique, par exemple la plaque de verre 34, et l'ensemble de têtes de contrôle 4 émet des ultrasons qui la traversent de la façon décrite ci-dessus, c'est-à-dire que les variations d'épais- seur et de géométrie de la pièce sur le trajet des ultrasons (représenté en tirets) de l'ensemble de têtes de contrôle 4 sont éliminées, et la différence entre les amplitudes de ré- ception accrues du facteur variable d'amplification reste constante jusqu'à ce qu'un défaut dans la pièce, par exemple l'endroit décollé 36 entre les nervures 30 passe dans le tra- jet des ultrasons d'une des deux paires de tâtes de contrôle , 14 et 12, 16; à la suite de quoi cette différence varie de façon significative et le détecteur 26 produit un signal d'erreur. Pour terminer, il faut encore mentionner que chaque emplace- ment défectueux dans la pièce est affiché deux fois sur l'appareil enregistreur 20, à savoir une fois lorsqu'il se trouve sur le parcours de réflexion des ultrasons -comme re- présenté et une seconde fois lorsque, après un déplacement déterminé du support 18 dans le sens des y, il passe dans le trajet des ultrasons entre l'émetteur 10, 12 et la plaque de verre 34 Dans l'appareil enregistreur 20 sont affichées non seulement la position, mais également la projection du contour de l'emplacement défectueux Pour cette raison, deux représentations identiques d'un défaut dans la même position sur les x doivent être considérées, dans le cas de la double transmission des ultrasons, comme un seul et même défaut. La moyenne géométrique des coordonnées y de ces deux représentations identiques de défaut fournit alors la position effective sur les y de l'emplacement défec- tueux. 2521 98 Revendications 1. Ensemble de têtes de contrôle pour contrôler sans les détruire des pièces de section transversale irrégulière à l'aide d'ondes ultrasoniques, comportant au moins deux têtes de contrôle pouvant se déplacer ensemble par rapport à la surface de la pièce dans le sens de la variation de section transversale de cette pièce, caractérisé en ce que les têtes de contrôle sont réalisées sous la forme de têtes de contrô- le réceptrices ( 14, 16) travaillant en synchronisme, mainte- nues à distance transversalement au sens de déplacement (y), et qu'elles sont raccordées à un étage de comparaison ( 22,24, 26), qui lors d'une variation du rapport entre l'amplitude de réception de la première tête de contrôle ( 14) et l'ampli- tude de réception de la seconde tête de contrôle ( 16) produit un signal d'erreur (F). 2. Ensemble de têtes de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage de comparaison comporte un am- plificateur ( 22) qui accroit la seconde amplitude de réception d'un facteur d'amplification variable et proportionnel à l'écart entre la première amplitude de réception et une valeur de ré- férence constante, un comparateur ( 24) monté à la suite, qui fournit la différence entre la seconde amplitude de réception amplifiée et la valeur de référence, ainsi qu'un détecteur ( 26) produisant un signal d'erreur (F) lors de la variation de cette différence. 3. Ensemble de têtes de contrôle selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'aux deux têtes de contrôle réceptrices ( 14, 16) sont associées deux têtes de contrôle émettrices ( 10, 12) travaillant en synchronisme et disposées respectivement à distance fixe des précédentes dans le sens du déplacement (y). 4. Ensemble de têtes de contrôle selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque paire de têtes de contrôle émet- 2521 Z 98 trice et réceptrice ( 10, 14; 12, 16) est inclinée en oblique en sens inverse en formant l'angle nécessaire à la double transmission des ultrasons à travers la pièce ( 2,2 A).