Brevet FR2551866A1 — publié le 19850315

La présente invention concerne les techniques de mesure de température sans contact, et plus particulièrement, la surveillance des phénomènes thermiques dans l'industrie. Tous les dispositifs de mesure de température sans contact pyronètres, analyseurs linéaires, caméras, ... ) font appel, sans exception, à la théorie du rayonnement thermique ou corps noir ; un corps émet d'autant plus d'énergie, sous forme de rayonnement thermique, que sa température est éle voe : ce rayonnenent étant émis par la surface de l'objet étudie, les dispositifs de mesure de température sans contact permettent uniquement de déterminer la température de peau d'un objet ils m'autorisent, en aucune manière, la connaissance d'une température à coeur. Dans les cas de surveillance thermique pour l'industrie, on distinguera deux grands types de systèmes : les systemes actirs et les systèmes passifs. ans les systeiBes actifs, la température de l'objet étudié évolue, naturellement, d'elle mme ; la surveillance consiste alors généralement, à vérifier que omette température ne dépasse pas les limites inférieures ou supérieures de toléra. Dans les systemes passifs, l'opérateur doit " exciter thermiquement la structure à controler pour étudier, dans un deuxième temps, l'évolution de la température de surface de la dite structure r les ' signatures thermiques " enre bistrées dépendent alors du choc thermique appliqué, de la structure eli.e-même, des conditions d'examen. Les- performan- ces de telles surveillances ou contrôles dépendent essen tiellement, pour ce genre d'applications, de la qualité du choc thermique réalisé, et plus particulièrement, de son homogénéité ou uniformité.Pour atteindre l'objectif visé, trois con figurations sont envisageables - réaliser un choc thermique de grandes dimen sions et couvrant la totalité de la structure à contrôler - déplacer un choc thermique de faibles dimen sions le long de la structure à examiner - déplacer la structure devant un choc thermi que fixe et de faibles dimensions L'expérience a montré que la troisième solution était, de loin, la plus performante. Si dans les systèmes actifs, la mesure de la température de surface se suffit, dans la plupart des cas, en elle-même l'opérateur sait, à priori, ou se situe la source thermique ) il n'en va pas de même avec les systèmes passifs quand le corps étudié présente, par exemple, une architecture composite, l'opérateur ne peut pas identifier avec certitude, la couche ou la liaison génératrice de la perturbation thermique observée. La présente invention permet de pallier cet inconvénient elle décrit une installation de mesure ou de contrôle de température sans contact, caractérisée par le fait que un détecteur au moins peut se déplacer avec l'objet à contrôler. L'opérateur peut alors suivre, dans le temps, l'évolution thermique du point ou de la région de la pièce concerné et déterminer la position, en profondeur, de l'élément générateur des perturbations enregistrées. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'invention décrit une installation multi-détecteurs permettant, au cours d'une opération de contrôle non destrctif par thermographie ( mesure sans contact ), la détermination de la profondeur des anomalies détectées, de leur étendue et de leur importance. On se reportera maintenant à la figure 1 Considérons une structure ( 1 ), constituée, par exemple, de trois matériaux ( 6 ), ( 7 ) et ( 8 ), anime d'un mouvement de translation suivant la direction ( 2 ). La structure ( 1 offre sa surface ( 3 ) à un dispositif réalisant un choc thermique ( 4 ) puis à un détecteur de rayonnement thermique ( 5 ). La structure ( 1 ) présente, dans le matériau ( 7 par exemple, un défaut ( 9 ) ( inclusion d'air, de vide, décollement,... ) possédant une ouverture ( te ). Le défaut ( 9 ) va entrainer, sur la surface ( 3 ) de la structure ( 1 ) une perturbation thermique schématisée sur la figure 2. Cette figure illustre les perturbations thermiques crées par le défaut ( 9 ) sur la surface ( 3 ) dans le cas oû le choc thermique ( 4 ) est un élément chauffant ( apport de chaleur) et où le détecteur ( 5 ) est situé sur la même face ( 3 ayant reçu le choc thermique ( 4 La courbe (12 ) représente le profil thermique engendré par le défaut ( 9 ), d'ouverture ( 10 ) situé dans le matériau 7 La courbe ( 13 ) represente le profil thermique engendré par le défaut ( 9 ), d'ouverture ( 10 ) mais situé dans le matériau ( 6 La courbe ( 14 ) représente le profil thermique engendré par le défaut ( 9 ), d'ouverture ( 10 ) mais situé dans le matériau ( 8 ). On a porté, en ordonnée, la température T ou plus exactement l'élévation de température engendrée par le défaut ( 9 ) et en abcisse le temps t, l'origine correspondant au passage du défaut ( 9 ) sous le choc thermique ( 4 T1 est l'élévation maximum de température de la courbe 12 T2 est ltélévation maximum de température de la courbe 13 T3 est l'élévation maximum de température de la courbe 14 t1 situe le maximum Ti dans le temps ( à compter du passage sous le choc thermique ( 4 ) t2 situe le maximum T2 dans le temps t3 situe le maximum T3 dans le temps. Ces courbes traduisent le fait que, pour un défaut d'ouverture donnee ( lo - - l'élévation de température observée sera d'autant plus forte que le défaut est près de la surface chauffée ( T2 > Tu - le temps de réponse d'un défaut sera d'autant plus court que le défaut est proche de la surface chauf fée ( t2 Ctl ct3 ) Dans les dispositifs industriels connus à ce jour, le détecteur ( 5 ) et le dispositif de chauffage ( 4 ) sont fixes. La distance séparant ( 4 ) et ( 5 ) est fonction des caractéristiques de la structure ( 1 ), du mouvement ( 2 ) et du choc thermique ( 4 ). L'opérateur fait en sorte que cette distance le place en tD ( voir figure 2 ), c'est à dire dans une position moyenne, pas trop près du choc thermique ( 4 ) ce qui aurait pour effet de le rendre " aveugle " aux défauts profonds ( courbe ( 14 ) ) ni trop loin, ce qui entrainerait une mauvaise détection des défauts de surface ( courbe ( 13 ) 3. Placé en tD, l'observateur ne pourra donc relever que des écarts T2D, T1D,ou T3D correspondant aux courbres ( 13 ) ( 12 et ( 14). Comme ces valeurs dépendent de la position des défauts d'une part, mais aussi de son ouverture ( 10 ) d'autre part, il ne pourra pas faire la différence entre un défaut profond de forte ouverture et un défaut plus proche de la surface d'examen et d'ouverture plus faible. L'indétermination nepO- La présente invention propose donc de pouvoir déplacer le détecteur ( 5 ), dans la direction ( 2 ) afin de déterminer les temps correspondant, aux maximums T1, T2, T3 , ces maximums seront du même coup, connus de l'opérateur. Il pourra donc ainsi " caractériser " le défaut par sa position au sein du matériau et par son ouverture. REMARQUES - le choc thermique décrit ci-dessus apporte des calories ; il peut, selon le cas, en enlever. - le procédé décrit l'a été en " reflexion ( détecteur et choc thermique sur une même face de la structure ) ; il peut, selon le cas, être ap pliqué en " transmission " ( détecteur et choc ther mique sur des faces opposées ) ; il convient donc dans ce cas, d'inverser la courbure des graphes de la figure 2. Dans un premier mode de réalisation, l'installation selon l'invention comprendra - un dispositif, fixe de préférence, assurant un choc thermique sur la structure, en mouvement, à contrô ler - un détecteur de rayonnement thermique. Ce détecteur demeure immobile tant que les informations qu'il reçoit restent dans les limites de tolérances i dès que la ou les limites sont franchies, il est, par des moyens mécaniques associés, mis en mouvement pour suive le point ou la zone de la structure ayant déclenché son déplacement , les informations qu'il délivre au cours du dit déplacement, sont enre gistréespar des moyens connus en eux-mêmes. Dès que ces inrormations présentent, selon les configurations d'examen ( réflexion ou transmission ) une pente décroissante reflexio passage - d'un maximum ) , ou croissante ( transmission : passage d'un minimum ), l'enregistrement des informations est arrête, le détecteur ramené à sa position initiale tout n assurant, pendant son retour, sa fonction première. Le déplacement du détecteur et l'enregistrement des informations correspondantes pourront à nouveau être déclenchés dès que les valeurs recueillies dépasseront une fois de plus, les imites des tolérance. Il conviendra de noter que l'invention ne se limite pas à un mode de déplacement du détecteur bien déterminé ; le dit déplacemon; est an effet fonction du modede déplacement de la structure, des caractéristiques du détecteur ( champ ) des critéres de contrôle ( dimension des défauts admissibles), d s caractéristiques thermodynamiques de la structure, du oc thermique. Le mouvement pourra être par exemple, une translation, une rotation, une combinaison translation/rotation, etc. Les caractéristiques des mouvements " aller " et " retour du détecteur peuvent également être totalement différentes tant en vitesse qu'en mode de déplacement. L'invention s'applique également à tous les types de détecteurs thermiques sans contact : pyromètres, analyseurs linéaires ( balayage suivant une ligne ) caméras de thermographie etc. A titre d'exemple, on décrira ci-après, une installation de contrôle industriel de tubes multicouches. En se reportant à la figure 3, considérons un tube ( 21 animé d'un mouvement de translation ( 22 ). Le tube est soumis tout d'abord à l'action d'un choc thermique ( 23 ) circulaire, puis analysé par un ensemble de détecteurs thermiques ( 24 ), ( 25 ), (26 ) et ( 27 ) portés par une couronne ( 28 Le champ total inspecté par l'ensemble des détecteurs couvre toute ou partie de la circonférence externe du tube ( 21 Quand l'un des détecteurs reçoit une information dépassant le seuil de tolerance, la couronne ( 28 ) est, selon le principe de la presente invention, déplacée dans la direction ( 22 ) et l'enregistrement des information déclanché. Après le passage des minima ou maxima, l'enregistrement est stoppé et la couronne ( 28 ) ramenée à sa position initiale. L'installation pourra être étalonnée avec un tube " piégé ( tube comportant, à des profondeurs diverses, des défauts intentionnels calibrés ) afin de permettre à l'opérateur de correler les mesures de température et de durée avec les caractéristiques des éventuels défauts réels. De nombreuses variantes pourront également être apportées au présent dispositif - le nombre des détecteurs élémentaires pourra, en raisons des dimensions, de la forme, . de la structure à inspecter, etre augmenté ou diminué. - on pourra également ne déplacer, selon le principe de la présente invention, que le ou les détecteurs concernés par le dépas sement des limites de tolérance. - on pourra aussi concevoir un système multi-couronnes ", c'est à dire un système comportant par exemple une couron ne fixe pour la détection et une ou plu sieurs couronnes spécialement adaptées au déplacement des détecteurs. - adapter le système à d'autres types de structure et/ou à d'autres modes de dépla cement. Divexses modifications pourront donc être apportées par l'homme de l'art aux formes d'exécution décrites et représentées sans pour autant s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Installation de mesure et de contrôle de température sans contact d'une structure en mouvement comprenant au moins un dis positif générteur d'un choc thermique et un détecteur de rayonnement thermique caractérisée par le fait qu'un détecteur de rayonnement thermique au moins peut se déplacer avec la dite structure afin de suivre, dans le temps, l'évolution thermique de toute ou partie de cette structure. 2 - Installation de mesure et de contrôle de température sans contact selon la reven dication 1, caractérisée par le fait que les déplacements du détecteur sont régis par les informations délivrées par l'ins tallation. 3 - Installation de mesure et de contrôle de température sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un dispositif d'enregistrement des informations, caractérisée par le fait que les commandes de début et de fin d'en registrement sont régies par les informa tions délivrées par l'installation. 4 - Installation de mesure et de contrôle de température sans contact selon l'une quelconque des revendications prcédentes, caracterisée par le fait qulun détecteur au moins est mis en mouvement dès que le seuil de tolérance est atteint. 5 - Installation de mesure et de contrôle de température sans contact selon la revendi cation 4, caractérisée par le fait que les commandes pour arrêter le déplacement du détecteur et / ou le replacer à sa position initiale sont régies par l'allure de l'evo- lution des informations recueillies au cours de son déplacement. 6 - Installation de mesure et de contrôle de température sans contact selon l'une quel conque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le détecteur est constitué par un ensemble de détecteurs élémentaires couvrant toute ou partie de la portion de structure à examiner.