Brevet FR2543686A1 — publié le 19841005

La présente invention concerne un support pour sonde à courants de Foucault et, plus particulièrement, un support qui supporte la sonde à une distance déterminée d'une surface à analyser. On utilise les sondes à courants de Foucault pour analyser la surface d'un matériau pour en localiser les dé- fauts Il existe un problème de distinction des défauts de simples irrégularités de la surface Par exemple, une irré- gularité peut apparaître comme une petite bosse qui provient du meulage d'une perle d'un cordon de soudure et, toutefois ne pas être considérée comme un défaut Cependant, la bosse a tendance -à masquer les signaux de courants de Foucault produits par un défaut se trouvant à proximité. En outre, si la sonde à courants de Foucault ana- lyse la surface jusqu'à la bosse et ensuite, soit rebondit accidentellement de la surface à cause d'un choc avec la bosse, soit est soulevée intentionnellement pour "sauter l'obstacle", le rebondissement et le soulèvement en eux-me- mes produisent des signaux de soulèvement qui ont tendance à. masquer les signaux produits par les défauts. De même, des signaux de soulèvement ont lieu, quand on entreprend d'analyser un congé de raccordement sur un bossage d'un rotor de moteur à turbine à gaz, lorsque la sonde à courants de Foucault atteint une irrégularité de surface provoquée non par une perle de soudure mais par une 254368 ô 2 - bosse laissée par la ligne de partage d'un moule utilisé pour former le bossage dans un procédé d'usinage électrochi- mique. La présente invention a pour buts de réaliser une méthode perfectionnée d'analyse par courants de Foucault; un nouvel analyseur par courants de Foucault perfectionné qui diminue les effets des irrégularités conte- nues par la surface à analyser; un nouvel analyseur par courants de Foucault perfectionné pour examiner les défauts situés près des irré- gularités de surface; et un nouvel analyseur par courants de Foucault perfectionné pour examiner les congés de raccordement des rotors de moteur à turbine à gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, on fait tourner une sonde à courants de Foucault le long d'un arc, autour d'un axe pour analyser un objet La sonde est maintenue dans une position prédéterminée par rapport à l'axe et tourne autour de lui à vitesse constante. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent, respectivement: figure 1, un mode de réalisation de l'invention figures 2 A-C, un système de poulies compris dans le mode de réalisation de la figure 1; figure 3, un schéma du fonctionnement du système de poulies des figures 2 A-C; et figures 4 A-C, l'analyse par une sonde à courants de Foucault d'une protubérance. La figure 1 représente la partie d'un rotor 2 de moteur à turbine à gaz qui contient des fentes en queue d'a- ronde 4 A-B dans lesquelles on insère des aubes de turbine (non représentées) Le rotor 2 comporte aussi des bossages 7 A-D les bossages 7 A-D comprennent des trous de boulon l OA-D pour recevoir des boulons qui permettent le montage -3 d'autres composants du moteur sur le rotor Les bossages 7 A-D ont des surfaces supérieures 12 planes et des congés de raccordement courbes 1 l A-D dans les zones o ces bossages 7 A-D sont fixés au rotor 2. Un dispositif 15 placé au-dessus du bossage 7 C représente un mode de réalisation de l'invention Un support 18 comprend un axe cylindrique 21 que l'on insère dans le trou de boulon 10 C L'insertion de l'axe 21 place le support 18 contre la surface supérieure 12 L'axe 21 est bloqué dans le trou l OC par l'action d'un levier à came 24 fixé sur le dessus de l'axe 21 et d'une came conique,27 fixée au bas de l'axe Le levier 24 tire l'axe 21 vers le haut pour amener la came 27 contre les parois du trou l OC pour empêcher la rotation de l'axe 21 en le bloquant dans le trou 10 C L'axe 21 est utilisé comme un arbre autour duquel le dispositif 15 peut tourner, comme on le décrira ci-après Ainsi, l'axe 21 réalise-t-il un axe de rotation 31 et cet axe 31 est de pré- férence l'axe principal dans le cas o l'axe 21 est cylin- drique. Un bras 33 est fixé au support 18 et supporte un dispositif de fixation 35 Le bras 33 peut se déplacer dans le sens des flèches 36 par action d'un bouton 34 qui est relié au bras 33 par une tige filetée (non représentée) On peut bloquer le bras 33 en une position donnée par des mo- yens non représentés, c'est-à-dire que le brias 33 et le dis- positif de fixation 35 peuvent se déplacer dans le sens ra- dial 36 par rapport à l'axe 21. Le dispositif de fixation 35 comporte une surface courbe 38 comprenant une fente incurvée 41 qui supporte un cylindre creux 44 glissant le long de la fente incurvée 41 dans le sens des flèches 47 Le cylindre 44 est contraint de demeurer perpendicualire à la surface courbe 38 Un écrou moleté 45 A coopère avec une rondelle 45 B pour serrer la ron- delle 45 B contre un écrou en T (non représenté) sur lequel l'écrou moleté 45 A est vissé Ce serrage coince les bords de -4- la fente incurvée 41 entre la rondelle 45 B et l'écrou en T bloquant ainsi le cylindre 44 en une position déterminée le long de la fente 41 Ainsi, le cylindre 44 peut être placé suivant un angle prédéterminé 53 par rapport à l'axe de ro- tation 31. Un mécanisme d'avance micrométrique 54, connu de la technique, est fixé à l'extrémité du cylindre 44 et fait avancer une tige 55 le long du cylindre 44 Une sonde à cou- rants de Foucault est ajustée à l'intérieur du cylindre creux 44 en contact avec la tige 55 et l'axe 63 de la sonde, de préférence, coïncide avec l'axe principal (les axes sont représentés non séparés) du cylindre 44 La sonde 56 com- prend une bobine 56 A (non représentée figure 1, mais appa- raissant figure 4 A) située près de son extrémité 121 qui rayonne un champ électromagnétique dans la surface du bossa- ge 7 C Le champ se propage suivant l'axe 63 et perpendicu- lairement au congé de raccordement l C. La sonde se déplace le long de son axe 63 dans les directions indiquées par les flèches 61 On peut bloquer la sonde 56 dans le cylindre 44 par le mécanisme d'avance mi- crométrique 54 de sorte qu'une fois déterminé un angle par- ticulier 53, on peut choisir une distance particulière entre la sonde 56 et le congé de raccordement ll C En se déplaçant suivant l'axe 63, la sonde 56 a une composante de mouvement suivant l'axe de rotation 31 Cette composante est une fonc- tion du cosinus de l'angle 53 Ainsi, on peut dire que la sonde est positionnable avec un angle prédéterminé par rap- port à une position prédéterminée le long de et à une dis- tance prédéterminée de l'axe de rotation 31. On fixe un premier pignon 68 à l'axe 21 et comme l'axe 21 est bloqué dans le trou 1 OC, le premier pignon 68 est aussi bloqué en rotation. Un deuxième pignon 71, entraîné par un moteur 73, entraîne une chaîne de transmission qui est reliée au pre- mier pignon 68 et à un troisième pignon 79 Le troisième pignon 79 entraîne un potentiomètre 81 au moyen d'un arbre 82 Le potentiomètre 81 est fixé au dispositif 15, permet- tant ainsi de définir un angle de rotation d'arbre 83 entre l'arbre 82 et le potentiomètre 81 La signification de cet angle 83 sera décrite ciaprès Le fonctionnement des trois pignons est plus clairement représenté figures 2 A-C qui sont des vues de dessus schématiques de ces pignons. Figure 2 A, on a représenté les pignons 68, 71 et 79 par des cercles et la cha ne 76 par une courroie Pour simplifier la représentation géométriques les quarts de cer- cle 86 sont égaux aux distances 89 Une marque de référence 91 est indiquée sur la chaîne 76 ainsi que des flèches de référence 92 A-C sur les trois pignons Le symbole 94 indique que le premier pignon 68 ne tourne pas Les axes 99 A-C re- tiennent les centres des pignons Ces axes forment un trian- gle qui a une relation angulaire constante avec le dispo- sitif 15. Lorsque le deuxième pignon 71, entraîné par un moteur, tourne comme indiqué par la flèche 101, la chaîne 76 entraîne les deuxième et troisième pignons 71 et 79 autour du premier pignon 68 de sorte que ces deuxième et troisième pignons parcourent le trajet circulaire 103 et occupent suc- cessivement les positions représentées figures 2 A-C C'est- à-dire que le dispositif 15 tourne dans le sens de la flèche 102 figure 1 Si les premier et troisième pignons des figu- res 2 A-C ont le même diamètre, l'angle 104 est égal à l'an- gle 106 à tout moment de la rotation Puisque l'angle 104 est aussi l'angle de rotation 83 de l'arbre du potentiomètre de la figure 1, et puisque l'angle 104 indique la position relative du dispositif 15 par rapport au premier pignon 68, l'égalité entre les deux angles 104 et 106 permet de déduire la position angulaire du dispositif 15 par rapport au bossa- ge 7 C figure 1 à partir du signal de sortie du potentiomètre 81 Ceci sera expliqué en liaison avec la figure 3. Figure 3, on a représenté le potentiomètre 81, qui -6- a une prise 107, (dont la position correspond à la flèche 92 B figure 2 A) qui tourne à l'intérieur d'une résistance circulaire 109 et qui est alimenté par une source de courant continu 110, superposé sur les trois pignons 68, 71, 79 Une analyse géométrique montrerait que, puisque le premier pi- gnon 68 est fixe, la prise 107 a la même relation angulaire, représentée par l'angle 104, par rapport à l'axe 99 A que la flèche de référence 92 A du premier pignon 68 figure 2 A. C'est-à-dire que pendant la rotation l'angle 104 A est égal à l'angle 106 A mesure que l'angle 104 A varie pendant la rotation, la tension de sortie Vp du potentiomètre varie et cette tension Vp est représentative à la fois de l'angle 104 et de l'angle 106 Ainsi, le signal de sortie du potentiomè- tre indique la position en rotation du dispositif 15 de la figure par rapport à l'axe bloqué 21 et donc par rapport aux bossage 7 C. Figure 3, les comparateurs 107 A et 109 A comparent Vp avec deux tensions prédéterminées V 1 et V 2 qui sont prises à partir des résistances variables 112 et 115 Les sorties des comparateurs 107 A et l O 9 A sont reliées aux cir- cuits représentés par les blocs 119 et 121 Les circuits à l'intérieur de ces blocs 119 et 121 sont sensibles aux si- gnaux des comparateurs 107 A et 109 A et inversent le moteur 73 de la figure 1 chaque fois que la tension variable Vp de la figure 3 atteint l'une ou l'autre des tensions Vi et V 2 Ainsi V et V 2 établissent les limites entre les- quelles la tension Vp du potentiomètre 81 est maintenue. Ceci limite la rotation du moteur 73 de la figure 1 entre les positions angulaires correspondant à ces tensions Les tensions V 1 et V 2 définissent ainsi la longueur et la position en rotation d'un arc le long duquel la sonde analy- se le bossage 7 C Par conséquent, on obtient de la sonde à courants de Foucault un balayage analogue à celui d'un es- suie-glace, ceci entre les deux limites établies par les résistances variables 112 et 115 de la figure 3. 21; 43686 -7 Le moteur 73 balaye, de préférence, la sonde à courants de Foucault 56 à vitesse constante car cela facili- te l'analyse des signaux fournis par cette dernière Avant la balayage, cependant, la sonde à courants de Foucault est placée de sorte que son extrémité 121 soit située environ à 0,051 mm au-dessus de la surface balayée On étudiera main- tenant l'importance de ce positionnement. Comme représenté figure 4 A, une sonde à courants de Foucault 56 analyse une surface 123 et s'approche d'une protubérance ou irrégularité 127, qui peut être un cordon de soudure ou une ligne de partage de moule provenant d'un usi- nage électrochimique L'énergie électromagnétique rayonnée par la sonde 56 est représentée par le lobe 130 en traits discontinus, qui est une courbe polaire très schématique de la répartition de l'énergie rayonnée Ainsi qu'il est connu, la sonde 56 est sensible aux variations des caractéristiques électromagnétiques du matériau présent à l'intérieur du lobe 130. Lorsque la sonde 56 atteint l'irrégularité 127, si elle suit les contours de l'irrégularité (à savoir, si elle se déplace dans le sens de la flèche 133), alors les carac- téristiques électromagnétiques du matériau contenu à l'inté- rieur du lobe 130 changent brutalement C'est-à-dire qu'a- vant d'atteindre l'irrégularité 127, les régions 134 A du lobe 130 de la figure 4 A sont occupées par la surface du matériau 123 Après avoir atteint l'irrégularité 127, les régions 134 A du lobe 130 sont occupées par le milieu diélec- trique ambiant (par exemple l'air), comme représenté figure 4 B Ainsi, bien que pas nécessairement représentée à l'é- chelle exacte figure 4 B, la variation en pourcentage du mi- lieu diélectrique ambiant dans le lobe 130 après avoir at- teint l'irrégularité 127 est relativement grande (comparée au changement étudié) et ainsi de la même manière la varia- tion d'inductance de la sonde 56 due à l'irrégularité de surface 127 est grande. -8- Cependant, si on place la sonde 56 à une distance choisie (dimension 128), telle que 0,051 mm, de la surface 123 pendant l'analyse comme représenté figure 4 C (c'est-à dire que la sonde 56 est écartée de 0,051 mm), la variation de l'inductance due à l'irrégularité 127 est réduite Une explication à ceci est que la variation proportionnelle de la quantité du milieu diélectrique ambiant (à savoir la quantité représentée par la zone ombrée 135) qui est dépla- cée par l'irrégularité 127 est une fraction relativement petite du milieu diélectrique total à l'intérieur du lobe C'est-à-dire que la variation du milieu diélectrique indiquée par la zone ombrée 138 figure 4 B est plus grande que la variation indiquée par la zone ombrée 135 figure 4 C. Ainsi, on a diminué l'influence de l'irrégularité 127 sur l'inductance de la sonde à courants de Foucault 56 Par con- séquent, l'existence d'une irrégularité de surface 127 ne masque plus de manière aussi importante un signal d'induc- tance produit par un défaut tel que 140 figure 4 C qui est située sous l'irrégularité de surface 127 Donc, les effets des irrégularités de surface sur le signal produit par la sonde à courants de Foucault 56 ont été réduits. On a représenté figure 4 B la sonde 56 en contact avec l'irrégularité 127 Cependant, comme mentionné précé- demment, la sonde peut accidentellement rebondir de la sur- race du matériau 123 à la suite d'un choc avec l'irrégulari- té 127 ou être intentionnellement soulevée pour "sauter" l'irrégularité 127 Dans ce cas, la sonde 56 ne sera proba- blement pas en contact avec l'irrégularité 127 comme repré- senté figure 4 B mais sera placée à distance de cette irrégu- larité 127. De même, le positionnement de la sonde 56 avec un écartement prédéterminé de 0,051 mm n'aura probablement pas pour résultat un contact entre la sonde 56 et l'irrégularité 127 comme représenté figure 4 C pour des raisons de simplici- té de schéma Bien entendu, la distance prédéterminée 128 2543686. n'est pas maintenue à proximité de l'irrégularité 127 comme représenté figure 4 C: elle est réduite En conséquence, la distance prédéterminée 128 n'est pas au sens strict la dis- tance entre la sonde et la surface 123 mais c'est la distan- ce, telle que la distance 129, entre la sonde et une réfé- rence prédéterminée telle que la ligne en traits discontinus 129 A La distance 129 ne change pas à proximité de l'irrégu- larité 127. En outre, on a remarqué qu'un signal produit par une fissure 145 située à l'intérieur, ou sur la surface, de l'irrégularité 127 est lui-même moins masqué par l'analyse avec une sonde 56 avec écartement qu'avec une sonde sans. Une des raisons de ceci tient en ce que, bien que l'induc- tance de la sonde varie comme décrit en relation avec les figures 4 A-C, le matériau de l'irrégularité 127 présente encore un certain trajet continu de courants de Foucault. Cependant, l'existence de la fissure 145 rompt la continuité et produit des signaux de courants de Foucault. On a décrit une invention dans laquelle on peut placer une sonde à courants de Foucault 56 de manière prédé- terminée par rapport à une première référence, à savoir l'a- xe de rotation 31 figure 1 On réalise ceci en combinant la position de la sonde le long de l'axe 63, le réglage de l'angle 53 et le réglage de la sonde 56 dans le sens radial suivant la flèche 36 Un moteur 73 fait tourner la sonde 56 autour de l'axe de rotation 31 entre les limites choisies pour balayer la sonde 56 le long de la surface d'un objet à la manière d'un essuie-glace L'invention permet à la sonde 56 d'être soulevée au-dessus de la surface d'une distance déterminée pendant le balayage, de manière à "sauter" les irrégularités de surface C'est-à-dire qu'on a réalisé une caractéristique d'écartement pour réduire l'effet de masqua- ge que les irrégularités de surface ont sur les défauts. Dans la description ci-dessus, on a supposé que l'axe 63 est coplanaire avec l'axe de rotation 31 Cependant, ce n'est 2543686. - pas nécessaire, et on peut utiliser des relations différen- tes entre l'axe de la sonde 63 ét l'axe de rotation 31 pour des situations différentes. Considéré d'un autre point de vue, le dispositif 15 est monté autour de l'axe bloqué 21 qui fournit une fixa- tion utilisée par le dispositif 15 pour déplacer la sonde à courants de Foucault le long d'un arc qui suit la surface du bossage 7 C On peut avancer ou reculer la sonde de distances choisies à partir du bossage 7 C Le moteur 73 réalise un moyen de rotation Un moyen de commande, qui comprend le circuit fournissant les tensions V 1 et V 2, régle le mo- teur 73 de sorte que la sonde 56 se déplace le long d'un arc prédéterminé dont la position et la longueur sont détermi- nées par les tensions V 1 et V 2. 2543686. il - REVENDI CAT IONS 1 Dispositif pour faire tourner une sonde à cou- rants de Foucault ( 56) le long d'un arc autour d'un axe ( 31) pour analyser un objet, caractérisé en ce qu'il comporte: a) un support ( 18) pour placer la sonde à cou- rants de Foucault ( 56) dans une position prédéterminée par rapport à l'axe ( 31); et b) un moyen de rotation ( 73) pour faire tourner la sonde à courants de Foucault ( 56) autour de l'axe ( 31) à vitesse pratiquement constante. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le moyen de support ( 18) de (a) comporte des moyens ( 35, 44, 54), pour placer la sonde à courants de Fou- cault ( 56) i) à angle prédéterminé par rapport à l'axe ( 31) ii) à une position prédéterminée le long de l'axe ( 31) iii) à une distance prédéterminée de l'axe 3 Dispositif selon la revendication l caractéri- sé en ce que le moyen de rotation de (b) comporte des moyens de définition d'arc ( 112, 115) pour définir la position et la longueur de l'arc le long duquel se déplace la sonde à courants de Foucault. 4 Dispositif pour faire tourner une sonde à cou- rants de Foucault ( 56) le long d'un arc autour d'un objet ( 7 C) comportant un trou ( 1 OC), caractérisé en ce qu'il com- prend: a)un axe ( 21) pour insertion dans le trou ( 1 OC) et comportant: i) des moyens de blocage ( 24, 27) pour empêcher la rotation de l'axe ( 21) à l'intérieur du trou et, ii) une attache ( 68) fixée à l'axe ( 21) pour réaliser un moyen d'attache qui ne tourne pas par rapport à l'objet 12 - b) un dispositif de fixation ( 35) qui tourne autour de l'axe ( 21) et comporte: i) un support ( 44) pour supporter la sonde à courants de Foucault ( 56) dans une position prédéterminée par rapport au trou (IOC); c) des moyens de rotation comprenant un moteur ( 73) relié à l'attache fixe ( 68) et au dispositif de fixa- tion ( 35) rotatif pour effectuer le mouvement du dispositif de fixation ( 35) rotatif à vitesse pratiquement constante. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractéri- sé en ce qu'il comporte en outre: d) des moyens de commande ( 112, 111, 119, 121), pour i) réaliser deux limites prédéterminées (V 1, V 2) et ii) limiter le déplacement de la sonde à cou- rants de Foucault entre ces deux bornes (V 1, V 2) 6 Dispositif pour analyser une surface irrégulié- re avec une sonde à courants de Foucault ( 56), caractérisé en ce qu'il comprend un support (le) pour la sonde compor- tant: i) des moyens ( 35) pour placer la sonde suivant une position prédéterminée par rapport à un axe de rotation ( 31), ii)des moyens ( 73, 54) pour A) déplacer la sonde ( 56) autour de l'axe de rotation ( 31) suivant un trajet en arc et B) maintenir une distance pratiquement constante par rapport à la surface pendant le déplace- ment de (ii A). 7 Dispositif pour analyser la surface d'un bossa- ge ( 7 C) de trou de boulon ( 10 C) dans un rotor de moteur à turbine à gaz, utilisant une sonde à courants de Foucault ( 56), caractérisé en ce qu'il comprend: 2543686. 13 - a) un support ( 18) fixé au et pouvant tourner autour du bossage pour supporter la sonde à courants de Fou- cault ( 56) le long d'un arc prédéterminé comportant: i) un axe ( 21) qui peut être inséré dans le trou de boulon pour fournir un centre de rotation au support, ii) un dispositif de fixation ( 35), A) pour placer la sonde à courants de Foucault généralement coplanaire avec l'axe ( 21) et faisant un angle choisi ( 53) par rapport à l'axe ( 21) et B) comprenant des moyens ( 54) pour faire avan- cer la sonde en contact avec la surface du bossage et ensuite relever la sonde d'une distance prédéterminée par rapport à la sur- face iii) un bras ( 33) pour placer le dispositif de fixation ( 35) de (a) (ii) à une distance donnée de l'axe ( 21), b) des moyens de déplacement ( 73) pour faire tourner le support ( 18) de (a) à vitesse pratiquement cons- tante autour du centre de rotation de (a) (i); c) des moyens de limitation pour établir la lon- gueur de l'arc de (a). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractéri- sé en ce que les moyens de limitation de (c) comprennent: d) des moyens ( 81) pour réaliser un signal de position (Vp) indiquant la position en rotation relative entre la sonde ( 56) et le bossage ( 7 C); e) des moyens ( 112, 115) pour établir deux si- gnaux de limite (V 1, V 2) indiquant deux points choisis sur l'arc de (a), f) des moyens ( 107 A, 109 A, 119,121) pour i) recevoir le signal de position et les si- gnaux de limite et 2543686; 14 - ii) limiter le trajet de la sonde le long de l'arc de sorte que le signal de position reste à l'intérieur des limites déterminées par les signaux de limite. 9 Méthode d'analyse d'une surface ayant des par- ties lisses et des parties saillantes, utilisant une sonde à courants de Foucault comportant une bobine, méthode caracté- risée en ce qu'elle comprend une étape de maintien d'une distance prédéterminée ( 129) entre la bobine et une réfé- rence prédéterminée ( 129 A), la référence prédéterminée ayant une relation spatiale prédéterminée avec la surface ( 123). Méthode d'analyse d'une surface ayant des pro- tubérances ( 127), utilisant une sonde à courants de Foucault ( 56) comportant une bobine ( 56 A) qui émet un diagramme de rayonnement, caractérisé en ce qu'elle consiste à maintenir une distance moyenne pratiquement constante entre la bobine ( 56 A) et la surface ( 123) pendant l'analyse de sorte que la variation relative de la quantité de matériau diélectrique ambiant dans le diagramme qui a lieu lorsqu'une protubérance pénètre dans le diagramme est une variation plus petite que celle ayant lieu lorsqu'on maintient une distance moyenne moins importante.