Brevet FR2526546A1 — publié le 19831110

L'invention concerne un procédé pour saisir des défauts à l'intérieur de corps, notamment de composants, consistant à diriger un faisceau ultrasonique sur la zone du défaut qui réagit sur le défaut et auquel on superpose ensuite un faisceau de référence, le champ d'inter férence ainsi obtenu étant saisi, reconstitué et analysé par holographie. D'autre part, l'invention concerne un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant un groupe avec un émetteur ultrasonique pour générer et introduire les faisceaux de défaut et de référence, un contacteur pour l'ultrason ou le champ d'interférence venant du corps vérifié et des unités pour l'élaboraton, la reconstitution et l'analyse des hologrammes. Le domaine d'application essentiel de l'invention est l'inspection et la surveillance de composants et de dispositifs pour ce qui concerne les points défectueux et le développement progressif de ces zones défectueuses. Cependant, l'invention est applicable aussi dans n'importe quel autre domaine lorsqu'il s'agit de saisir d'une manière nondestructive le déplacement ou la déformation d'une zone à l'intérieur d'un corps. L'holographie acoustique revêt une grande importance dans le domaine des essais non-destructifs, notamment dans la description de points défectueux à l'intérieur de composants parce qu'elle permet de reproduire la zone intéressante en trois dimensions. On introduit un faisceau ultrasonique dans le composant à inspecter. L'ultrason réagit sur la zone défectueuse et on y superpose ensuite un faisceau de référence, ce qui donne une interférence en fonction de l'amplitude et de la phase. Ce champ d'interférence est retenu sous la forme d'un hologramme et représente l'image du défaut lors de la reconstitution consécutive qui peut être faite théoriquement ou optiquement. Les procédés et dispositifs connus utilisés dans l'hologra- phie acoustique présentent les inconvénients suivants - I1 n'est pas possible d'inspecter des composants minces. A cause de la forme des impulsions ultrasoniques qui se présentent en règle générale comme des oscillations sinusoidales rythmées, l'impulsion est alors trop grande, pour la longueur de cohérence nécessaire. - I1 n'est pas possible d'inspecter des matériaux dispersant le son, le spectre résultant ayant alors une bande trop large en raison de la longueur de l'impulsion, si bien qu'il se produit une ségrégation dans les matériaux amortissant le son qui modifie la composition des impulsions et supprime ainsi la cohérence. - Même dans des conditions favorables,l'analyse est limitée à la longueur d'onde. Cela crée des difficultés même avec des matériaux faciles à inspecter, étant donné que la détermination du contour du défaut diminue avec l'augmentation de la longueur d'ouverture. Or, à cause de la longueur de l'impulsion, la distance est assez grande et avec l'exploration qu'on fait généralement (et qui est fastidieuse et cr-ée des diffIcultés pour l'accouplement, notamment sur des pIèces d'une surface technique rugueuse et d'une géométrie compliquée) la longueur d'ouverture est petite. C'est surtout cette dernière raison qui est à la base d'un nconvenIant essentiel de cette sor-bz d'holographie, parce que l'analyse ne donne que 1' mage absolue du défaut, mais ne permet pas de mesurer avec une grande seibi:ité sa modifIcation ou respectivement sa déformation. Ainsi, il est vrai qu'on peut obtenir une description du défaut mais non de son caractère critique. Pour déterminer un risque prenant naissance au défaut, la géométrie du défaut ne suffit pas parce qu'il dépend d'une manière décisive notamment de la tenacité ou respectivement de l'état de déformation du matériau au lieu du défaut. Or, les dispositifs et procédés connus ne permettent pas de dégager des informations à ce sujet. L'invention a pour objet de créer un procédé et un dispositif qui permettent non seulement une analyse plus perfectionnée et la description de la forme du défaut mais aussi de saisir le comportement à la déformation des défauts et qui sont applicables également aux matériaux minces et dispersant le son. Le procédé selon l'informatIon est caractérisé en ce qu'une charge est appliquée à la zone défectueuse du corps à inspecter et que cette zone est au moins à deux instants différents, chaque fois sous la valeur extrême de la courbe de la charge (minimum et maximum dans le cas d'une sollicItation cyclique, avant la mise en charge et sous la charge maximale dans le cas d'une sollicitation unique), exposée à des impulsions ultrasoniques qui sont courtes par rapport à la période de la sollicitation, qui réagissent sur le défaut et auxquelles on superpose des impulsions de références, les hologrammes de ces expositions ultrasoniques du défaut étant généralement superposés pour former un interférogramme analysable. Selon une autre caractéristique le déphasage entre l'impulsion de défaut et l'Impulsion de référence est modifié d'un écart prédéterminé entre les différentes expositions ultrasoniques du défaut sous sollicitation. Selon une autre caractéristique deux interférogramnes d'une phase différente sont superposés. Selon une autre caractéristique la fréquence porteuse est modifiée entre deux impulsions de défaut successives. Selon une autre caractéristique la distance (l'angle) de la tâte d'inspection émettrice est modifiée entre deux impulsions de défaut successives. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisé par une unité de sollicitation qui applique une charge sur le corps à inspecter et pilote aussi un groupe de commande qui émet un signal déclenchant l'émetteur ultrasonique chaque fois que la sollicitation à l'endroit du défaut a atteint une valeur extrême prédéterminée, et aussi par une unité pour la superposition des hologrammes en un interférogramme permettant l'analyse dans une unité de calcul. Selon une autre caractéristtque du dispositif, une unité de saut de phase est pilotée an synchronisma avec la sollicitation et est réglable en ce qui concerne l'écart du saut de phase en vue de la modulation de phase des impulsions fournies par l'émetteur ultrasonique. Selon une autre caractéristique du dispositif, une unité de retard pour retarder d'un écart prédéterminable le signal vient de l'unité de sollicitation et opère le déclenchement de l'émetteur ultrasonique. Selon une autre caractéristique du dispositif, le groupe de commande pour déclencher l'émetteur ultrasonique comporte une unité d'affichage pour compter les valeurs extrêmes ou des valeurs intermédiaires de la sollicitation et un compteur en aval de cette unité est branché en parallèle à une unité d'affichage pour afficher l'intervalle de temps entre deux expositions ultrasoniques sur un comparateur qui émet une impulsion déclenchant l'émetteur ultrasonique dès que les valeurs totalisées dans le compteur donnent un laps de temps correspondant à l'intervalle de temps entre deux expositions ultrasoniques. Selon une autre caractéristique du dispositif, celui-ci comprend un dispositif de commutation pour la fréquence porteuse de l'é- metteur ultrasonique. Selon une autre caractéristique du dispositif, celui-ci comprend un dispositif de commutation pour la distance (l'angle) de la tête d'inspection émettrice. L'invention sera maintenanddécrite plus en détail, avec référenca aux dessins La figure 1 est un schéma synoptique du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, La figure 2 est un schéma de principe pour expliquer le procédé. L'idée de base de l'invention est de déterminer les propriétés de déformation du matériau et notamment les transformations élastoplastiques et la propagation éventuelle dans la zone du défaut, en saisissant le comportement à la déformation du défaut sous une charge d'essai, à l'aide de l'intarférométrie acoustique. Le composant qui renferme un défaut qu'on désire analyser est désigné par 1 à la figure 1. Une unité de sollicitation 2 applique une charge d'essai au corps 1 par voie mécanique, électromécanique ou thermique, sous forme d'une sollicitation unique ou cyclique. Le schéma 2a de la figure 2 montre la courbe de la charge d'essai appliquée selon un cycle d'une période T. Pour générer les impulsions ultrasoniques destinées à frapper la zone du défaut (impulsions de défaut IF) et les impulsions de référence IR qui doivent leur être superposées afin de former des hologrammes, un émetteur ultrasonicue 3 est prévu.Les impulsions ultrasoniques générées par ce dernier (impulsions de défaut IF) ont une durée qui est courte par rapport à la durée ou respectivement la période de la sollicitation et sont optimisées par rapport aux propriétés de la tâte d'inspection et de la pièce. Entre les deux impulsions de défaut IF le déphasage entre l'impulsion de défaut IF en cause et l'impulsion de référence IR associée est choisi d'une manière prédéterminée, sa valeur pouvant être ou une valeur différente de v D'autre part, on peut éventuellement superposer un nouveau interférogramme avec une phase décalée.De ce fait, on adapte le mesurage au bruit de fond acoustique qui se produit en fonction de la surface du défaut, de la structure du matériau et de la surface de la pièce et on réduit d'autre part le bruit de fond acoustique. Ainsi on peut augmenter la sensibilité au point de pouvoir saisir des déformations bien audessous de la longueur d'onde du signal ultrasonique utilisée, et qui n'atteignent par exemple qu'un millième de cette longueur d'onde. La longueurd'onde du signal ultrasonique se situe en général dans la plage millimétrique. Il est impensable que de petits défauts accusent des déformations ou respectivement des propagations de cet ordre de grandeur. Pour réaliser ce saut de phase entre deux signaux de défaut successifs, l'unité de sollicitation 2 pilote an synchronisme de la sollicitation une unité de saut de phase 4, qui est réglable à l'aide du dispositif de mise au point 5 en ce qui concerne l'importance du saut de phase. L'unité de saut de phase 4 module la phase de l'impulsion de défaut IF prédéterminée par l'émetteur ultrasonique 3 avant qu'elle ne soit introduite par une tête d'inspection 6 dans le corps 1 à inspecter. Le saut de phase, et ainsi le déphasage entre l'impulsion de défaut IF et l'impulsion de référence 1R ressortent du schéma 2c de la figure 2. La valeur du saut de phase est adaptée au bruit de fond acoustique. L'impulsion de référence IR est soit également introduite par une tête d'inspection 6' dans le corps 1, où elle se superpose à l'impulsion de défaut IF en formant un champ d'interférence, soit, et pour autant qu'elle est d'une nature purement électrique, superposée après le relevé de l'impulsion de défaut sur le corps 1, dans une unité commandée par ordinateur 7 à l'impulsion de défaut pour former un hologramme. Le relevé soit de l'impulsion de défaut IF après sa réaction sur le défaut, soit du champ d'interférence obtenu dans le corps 1 par superposition de l'impulsion de défaut IF et de l'impulsion de référence IR, se fait par une unité de relevé 8, qui peut être représentée par une tête d'inspection ultrasonique ou par une installation travaillant par interférométrie.L'instant d'un relevé optique du champ acoustique est représenté au schéma 2d de la figure 2, avec a t2 le temps de parcours de l'impulsion ultrasonique entre le défaut et la surface du corps et U la durée de la période de l'oscillation ultrasonique Ç est l'intervalle de temps entre deux valeurs de sollicitation déterminant les instants d'exposition ultrasonique à savoir entre les valeurs extrêmes de la sollicitation ou encore entre valeurs intermédiaires de sollicitation. Le pilotage du déclenchement de l'impulsion ultrasonique se fait également à l'aide de l'unité de sollicitation 2 par une unité de retard 11, qui retarde le signal de pilotage venant de l'unité de sollicitation d'un écart prédéterminé a t1, qui est égal au laps de temps dans lequel la sollicitation se propage de la surface du corps jusqu'au lieu du défaut. Le signal de sollicitation ainsi retardé est amené à une unité d'affichage 12 pour l'intervalle de temps z , qui peut être commutable pour enregistrer uniquement les valeurs extrêmes de la sollicitation ou aussi des valeurs intermédiaires, et les dirige vers un compteur 13 qui totalise le nombre d'intervalles de temps écoulés.La sortie du compteur 13 se trouve branchée en parallèle à une unité d'affichage 14 pour le nombre n d'intervalles de temps X qui doivent constituer l'intervalle de temps entre deux expositions ultrasoniques, sur l'entrée d'un comparateur 15. Lorsque le nombre d'intervalles T totalisés par le compteur eolncide avec le nombre n prédéterminé par l'unité 14, le comparateur 15 émet une impulsion qui pilote l'émetteur ultrasonique 3 et déclenche l'impulsion ultrasonique. Le déroulement chronologique qu'on vient de T décrire est représenté au schéma 2b de la figure 2 pour T = 2 2 (T = période d'oscillation) et n = 1, 3, 5, 7. Simultanément avec le déclenchement de l'impu1sion ultrasonique le compteur 13 est remis à zéro et est réarmé. Les hologrammes des deux expositions ultrasoniques du défaut sont reconstitués et superposés dans une unité de reconstitution 9 soit par voie analytique, soit par voie optique après transposition (réduction par analogie aux différences de la longueur d'onde). L'Interférogram- me ainsi obtenu est dépouillé dans une unité de calcul 10 en ce qui concerne sa configuration en bandes (courbe des bandes, écarts entre les bandes etc.), les informations ainsi dégagées étant transposées en déplacements ou respectivement déformations du défaut. Afin d'obtenir à l'endort du défaut la cohérence nécessaire pour une holographie, même dans des matériaux atténuant fortement les sons ou aussi dans les composants minces, on conforme l'impulsion d'émetteur lors de l'inspection de ces corps ou matériaux de manière qu'elle tienne compte aussi des propriétés de transmission du matériau, si bien qu'on peut utiliser par exemple des impulsions avec critères de similitude ou de fonctions d'image. Cela s'effectue par l'analyse d'une impulsion test, dont on mesure les variations pour les ajouter à titre de correction à l'impulsion d'émetteur qui possède déjà la cohérence voulue. Le dispositif et le procédé selon l'invention permettent de saisir même de faibles déplacements ou des déformations de défauts et aussi leur première propagation, qui n'est pas encore critique pour le corps. Il est alors possible d'augmenter la sensIbIlité de manière qu'on puisse saisir aussi des déplacements qui ne représentent qu'une fraction de la longueur d'onde. Pour réduire davantage le fond acoustique, on peut procéder à une superposition négative ultérieure de deux interférogrammes qui saisissent le même objet, mais qui sont déphasés. Si, entre ies impulsions d'interférométrie, on ne change pas la sollicitation, mais le lieu d'exposition ultrasonique ou la fréquence d'inspection, il est possible de caractériser le défaut par des lignes de niveau. On obtient ainsi un interférogramme réagissant d'une manière très sensible aux modificatIons de fréquence ou d'angle, qui ne donne pas seulement l'étendue latérale mais aussi une vue directe en profondeur. Le progrès technique obtenu par l'invention peut être caracté risé essentiellament par les critères suivants - On saisit non seulement le défaut, mais aussi son déplacement et sa déformation. Ainsi il est possible d'apprécier son caractère critique. - La déformation du défaut est saisie directement sur le défaut indépendamment de la profondeur du défaut. - Una propagation de fissuration peut être saisie directement en direction et en valeur. - Les zones d'une capacité de déformation différente sont saisies en fonction de la nature de la stimulation. - L'inspection avec ondes guidées est possible étant donné que la longueur d'impulsion perd en importance dans le cas de l'inter férométrie. - Dans le cas d'un relevé optique du champ d'interférence, la précision de la restitution de l'image de déformation est augmentée par la grande ouverture et par le relevé plus précis. Le saut de phase permet de réduire l'influence du bruit de fond acoustique (forme du défaut, surface de la pièce), ce qui apporte une augmentation de la sensibilité. La grande augmentation de la sensibilité permet la reproduction de déplacements minimes, permettant d'apprécier aussi les zones défectueuses dans les matériaux d'un module d'élasticité élevée. REVENDICATIONS 1) Procédé pour la saisie de défauts à l'intérieur de corps, notamment de composants par l'holographie acoustique, consistant à diriger un faisceau ultrasonique sur la zone de défaut, qui réagit sur le défaut et auquel on superpose ensuite un faisceau de référence, le champ d'interférence ainsi obtenu étant saisi, reconstitué et analysé par holographie, caractérisé en ce qu'une charge est appliquée à la zone défectueuse et cette zone est au moins à deux instants différents de la sollicitation (minimum et maximum dans le cas d'une sollicitation cyclique, et avant la mise en charge et sous la charge maximale dans le cas d'une sollicitation unique), exposée à des impulsions ultrasoniques qui sont courtes par rapport à la période de la sollicitation, qui réagissent sur le défaut et auxquelles on superpose ensuite des impulsions de référence (IR), les hologrammes de ces expositions ultrasoniques du défaut étant finalement superposés pour former un interférogramme analysable. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déphasage entre l'impulsion de défaut (IF) et l'impulsion de référence (IR) est modifié d'un écart prédéterminé entre les différentes expositions ultrasoniques du défaut sous sollicitation. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux interférogrammes d'une phase différente sont superposés. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence porteuse est modifiée entre deux impulsions de défaut (IF) successives. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance 'angle) de la tête dans pection émettrice est modifiée entre deux impulsions de défaut successives. 6) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, avec un groupe comprenant un émetteur ultrasonique pour générer et introduire les faisceaux de défaut et de référence, un contacteur pour l'ultrason ou le champ d'interférence venant du corps à inspecter, et des unités pour l'élaboration, la reconstitution et l'analyse des hologrammes, caractérisé par une unité de sollicitation (2) qui applique une charge sur le corps à inspecter (1) et pilote aussi un groupe de commande (11 15) qui émet un signal déclenchant l'émetteur ultrasonique (3) chaque fois que la sollicita tion à l'endroit du défaut a atteint une valeur extrême prédéterminée, et aussi par une unité pour la superposition des hologrammes en un interférogramme permettant l'analyse dans une unité de calcul (10). 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par une unité de saut de phase (4) qui est pilotée en synchronisme avec la sollicitation et qui est réglable en ce qui concerne l'écart du saut de phase, en vue de la modulation de phase des impulsions fournies par l'émetteur ultrasonique (3). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé par une unité de retard (11) pour retarder d'un écart prédéterminable At1 le signal venant de l'unité de sollicitation (2) et opérant le déclenchement de l'émetteur ultrasonique (3). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que le groupe de commande pour déclencher l'émetteur ultrasonique (3) comporte une unité d'affichage (12) pour compter les valeurs extrêmes ou des valeurs intermédiaires de la sollicitation, et un compteur (13) en aval de cette unité qui est branché en parallèle à une unité d'affichage (14) pour afficher l'intervalle de temps entre deux expositions ultraaoniques sur un comparateur (15) qui émet une impulsion déclenchant l'émetteur ultrasonique (3) dès que les valeurs totalisées dans le compteur donnent un laps de temps correspondant à l'intervalle de temps entre deux expositions ultrasoniques. 10) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé par un dispositif de commutation pour la fréquence porteuse de l'émetteur ultrasonique (3). 11) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 5, caractérisé par un dispositif de commutation pour la distance (l'angle) de la tête d'inspection émettrice.