Brevet FR2560963A1 — publié le 19850913

Dispositif porte sonde pour le contrôle par coufant de Foucault d'une pièce pressentant une surface complexe L'invention porte sur un dispositif support pour le guidage d'une sonde à courants de Foucault le long d'une surface complexe du type représenté par les festons de bride d'un cône d'entrainement dans une turbomachine. Certaines pièces, transmettant des efforts importants, comme les entretoises caniques reliant, dans certaines réalisations de turbomachine, le corps du rotor de turbine à l'arbre de la turbomachine doivent autre vérifiées pério- diquement afin de prévenir les risques de rupture en fonctionnement. Pour des entretoises de ce type la zone critique est constitue par les festons renforçant la bride radiale aux perçages pour le passage des boulons de fixation. Lors des visites périodiques ors contrôle notamment l'état de la surface bordant les festons dans le but de deceler la presence d'éventuelles criques dues a la fatigue du matériau. La méthode de contrôle non destructif par courants de Foucault est bien adaptée pour une telle application. Le principe de cette méthode est connu. Un enroulementS porte par une sonde, parcouru par un courant alternatif crée un champ magnétique qui induit des courants de Foucault dans la pièce à contrôler disposée à proximité de l'enroulement. Ces courants créent eux-mêmes un champ magne tique qui s'oppose au champ initial et qui modifie l'impédance de l'enroulement.Toute anomalie à l'intérieur de la pièce, qui pour le problème présent sera une crique, modifie 1 ' intensité ou la forme des lignes des courants de Foucault et, par suite 1 ' impédance de l'enroulement. L'analyse de ces variations d'impédance permet donc de decéler les défauts de la pièce. Mais Si l'on veut obtenir des signaux significatifs de l'état de la surface il faut éliminer les facteurs parasites. Ainsi lors du balayage toute variation de la valeur de l'entrefer entre la tête de la sonde et la surface éxploree, de l'angle d'inclinaison de la sonde ou de la forme de la surface dans l'envi-- ronnement immédiat de la sonde entraine des variations d'impédance dans l'enroulement qui sont reprises par l'appareil de mesure et que l'on ne peut souvent pas distinguer des signaux dus à une crique.Pour ces raisons, on cherche à s'affranchir du guidage manuel en utilisant des moyens de déplacement mécaniques On connaît des dispositifs de guidage de sonde le long de surfaces simples. Par exemple, l'invention décrite dans notre demande de brevet FR 2 492 527 se rapporte a un dispositif de contrôle d'aube de turbomachine comprenant un chassis pourvu des moyens de fixation sur la surface, servant de support à un chariot porte sonde, mobile le long de rails rectilignes de finissant la trajectoire de la sonde. Un tel dispositif grace à sa facilite d'utilisation et au positionnement précis de la sonde permet d'éliminer les imperfections des mesures dues ax opérations manuelles, il permet également de réaliser une exploration continue de toute la zone concerne'e, et d'effectuer des mesures reproductibles. Cependant, jusqu a présent, il n'existe aucun appareil offrant de tels avantages destiné au contrôle~de surface complexe du type de celies bordant les festons de bride. Un objet de l'invention e-st donc la réalisation d'un dispositif porte sonde permettant l'exploration d'une surface complexe composée de surfaces élémentaires constituées par deux sections de surface de révolution engendrées par une génératrice se déplaçant parallèlement à elle-même le long d'une courbe constituée par deux arcs de cercle de rayons différents tangents extérieurement l'un à l'autre. Conformément à l'invention, ce dispositif est constitué par un support, un premier élément mobile en rotation autour d'un premier axe de rotation solidaire du support, moyen de positionnement de la pièce sur le support permettant à l'axe transversal passant par le centre du premier arc de cercle définissant la surface, de venin coïncider avec le premier axe de rotation, un deuxieme élément mobile en rotation autour d'un deuxième axe solidaire du premier élément, les deux axes de rotation étant parallèles l'un à l'autre et séparés par une distance égale à celle séparant les centres des deux arcs de cercle, la sonde étant fixée sur ce deuxième élément suivant un angle predéterminé par rapport au plan de rotation et, à une distance du deuxième axe égal au rayon du deuxième arc de cercle, un moyen d'entrainement de la sonde en rotation successivement autour des deux axes rotation.. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront par ailleurs de la description que l'on va donner ci-après d'un mode de réalisation non limitatif cette description est accompagnée des dessins en annexe sur lesquels - la figure 1 représente une entretoise cônique avec une partie des festons entourant les passages des boulons sur la bride, - la figure 2 montre une coupe partielle selon Il-Il d'un feston, --la figure 3 donne une vue en place du dispositif porte sonde, - la figure 4 est une vue en coupe selon IV-IV de la figure 3, - la figure 5 est une vue partielle du dispositif illustrant son fonctionnement. Sur les figures 1 et 2 est représentée la pièce qu'il s'agit de contrôler. On reconnaît une entretoise cônique utilisée pour relier par exemple le corps du rotor de turbine à l'arbre de la turbomachine ; cette pièce est fixée au rotor par boulonnage de la bride 1 ; les passages pour les boulons sont répartis régulièrement tout autour de la bride. Cette bride, pour des raisons de tenue mécanique alliées à un souci d'allègement de la pièce présente une double épaisseur. Forte épaisseur autour des passages 2 pour les boulons étendue jusqu'au cône, faible épaisseur vers le bord extérieur qui ne participe pas à la transmission des forces. Pour des raisons pratiques d'usinage, la surface de transition entre ces deux zones d'épaisseurs différentes dessine des festons qui en vue en plan sont définis par des demi-cercles 3 de rayon R centrés sur les passages de boulon, réunis par des demi-cercles 4 de rayon r auxquels ils sont tangents extérieurement ; ces cercles sont centrés sur le cercle reliant les centres des passages de boulons. En coupe transversale la génératrice de la surface présente un arrondi 5 comme représenté à la figure 2. Les criques de fonctionnement apparaissent préférentiellement à ce niveau, lors des révisions périodiques on explore cette zone dont la largeur s'étend de l'arrondi 5 jusqu'à une bande étroite sur le feston bordant l'arete, au moyen d'une sonde à courants de Foucault 6. Le champ induit par le courant parcourant l'enroulement dépend de la distance de la sonde à la surface mais aussi de la forme de cette surface dans l'environnement immédiat de la tête de la sonde. Donc si on veut obtenir des résultats fiables, il faut s'assurer de la constance de ces paramètres en deplaçant la sonde à une distance et selon une orientation par rapport à la surface invariable. Le dispositif selon l'invention permet de réaliser cette exploration de la pièce garantissant la qualité des mesures. Pour la description qui suit, on se référera aux figures 3, 4 et 5. Le support est constitué par une platine 10 comportant une découpe ll sur un cote. De part et d'autre de la découpe 11 une fente 12 longitudinale est taille dans l'épaisseur de la patin. Cette fente est suffisamment profonde pour loger la bride 1 de la pièce ; deux vis 13 terminées par des cones 14 montées perpendi- culairement å la fente 12 assurent l'immobilisation de la pièce par rapport a la platine 1Q et aussi son centrage quand la pointe des cônes 14 est introduite dans les passages de boulons de la bride. On reconnaît la piece et une partie de la courbe dessinée par le bord des festons : un demi-cercle de rayon R centré en A' sur un perçage, deux quarts de cercle centrés en B' B" de rayon r, tangents extérieurement en Da, C' au demi cercle de rayon P. Pour la simplicité du dessin, les points B', A',B" sont alignés ce qui nest pas le cas dans la pratique. Sur la platine 10 se dresse une structure en forme de portique 15 chevauchant la découpe 11, et auquel est suspendu un mécanisme à barrettes 20 par l'intermédiaire d'une colonne 16 et d'une plaquette 17 parallèle à a platine 10. Ce mécanisme se compose de trois éléments en forme de barrettes superposées ; il comprend une première barrette 21 montée à rotation autour d'un axe 22 perpendiculaire a la plaquette 17. Cette barrette 21 peut se mouvoir entre deux butées 26 solidaires de la platine. A une distance déterminée de l'axe 22, égale à (R + r) la barrette comporte un alésage 24 parallèle à l'axe 22 pour le passage d'une tige matérialisant un axe de rotation 23, la tige relie une barrette inférieure 25 à une barrette supérieure 27 qui peuvent ainsi pivoter à l'unisson autour de l'axe 23 tout en enserrant la barrette 21. A l'extrémit de la barrette 25 est montée de façon amovible une tête 30 en matériau isolant qui porte la sonde 31 dont l'axe est incliné d'un angle &alpha; et dont l'extrémité libre est distante de l'axe 23 d'une valeur égale a (x). Les cônes 14, l'axe 22 sont ainsi positionnés sur la platine que lorsque la bride est logée dans la fente et chacun des cônes 14 introduits dans un passage de boulon, le passage des boulons intermédiaire est centré sur l'axe 22. Les butées 26 permettent a l'axe 23 de venir coïncider avec les centres B' et B". La barrette 27 comporte, sur sa partie supérieure, un trou borgne 28 a l'applomb de la sonde 31 et, à une extrémité une cavité coopérant avec un frein 35 constitué par une bille 36 repoussée dans la cavité par un ressort 37 monté dans un manchon 38 solidaire de la barrette- 21. Le système 20 est entrainé par une tige 39 logée sans serrage dans le trou borgne 28 et fixé à une extrémité d'un mécanisme multiplicateur de force du type pantographe 40 articulé autour d'un axe fixe 41 solidaire de la platine. Ce système est constitué de biellettes.42, 43, 44 45, 46, 47 articulées deux à deux ; les biellettes 44, 45 étant également articulées en ciseau autour de l'axe 41. L'extrémité du pantographe diamétralement opposée à la tige 39 par rapport à l'axe 41 est pourvue d'un patin 48 ou tout autre moyen coopérant avec un suivi de profil 50. Ce dernier est semblable géométriquement à la trajectoire de la sonde quand celle-ci pivote successivement autour des axes 22 et 24. Dans l'exemple représenté, le rapport de similitude est égal à set correspond au rapport de similitude du pantographe entre les déplacements du patin 48 et de la tige 39 mais il est possible de choisir d'autres valeurs d'échelles pour le suivi de profil et le rapport correspondant du pantographe. Pour le fonctionnement du dispositif, on se reportera également à la figure 5. On effectue le contrôle de la pièce feston par feston. Pour ceci, on introduit la bride 1 de l'entretoise dans la fente 12 de la platine en positionnant deux passages de boulons sur les cônes 14 ; de la sorte, le feston intermédiaire est centré sur l'axe 22. Les barrettes 25 et 27 son initialement alignées sur la barrette 21 et maintenues ensemble par la pression de la bille 36 sur la barrette 27. L'angle q d'inclinaison de la sonde a été choisi pour obtenir un entrefer optimum entre la tête de la sonde et le profil 5. Une fois le dispositif ainsi mis en place et l'appareillage de mesure, non représenté, connecté et étalonné ; on effectue le contrôle de la pièce. En déplaçant manuellement le patin 48 le long du suivi de profil entre C et D, on réalise le balayage du demi-cercle C' D' par la sonde ; arrivé en C ou D le mécanisme à barrette est alors immobilisé par une butée 26.En progressant le long des arcs DF ou CE, la barrette 27 se dégage de la bille 36 permettant la rotation de l'attelage des barrettes 27 et 25 autour de l'axe 23 et le balayage des arcs C' E' ou D' F' par la sonde. Cette section de bride étant contrôlée, on passe à la section suivante, de proche en proche, on réalise ainsi le balayage de l'ensemble des festons de la bride. Les avantages procurés par un tel système d'entrainement sont multiples ; en effet, le rayon R des festons ainsi que le rayon r des arcs de jonction sont faibles, dans la pratique ils sont de l'ordre du centimètre, il serait donc malaisé d'assurer le déplacement de la sonde en manipulant les barrettes et les irrégularités en résultant seraient source de signaux parasites. L'utilisation d'un suivi de profil combiné au pantographe facilite les manipulations de la sonde ; le pantographe agit comme multiplicateur de force et réduit l'effort à appliquer pour vaincre les frottements ; de plus, la direction de la force appliq au système 20 est constamment tangente à la trajectoire de la sonde, son action est donc maximale. Enfin, le suivi de profil facilite le repérage des éventuelles criques =^ décelées. La description se rapporte au contrôle d'une entretoise cônique, mais on comprendra que le dispositif s'applique à toute pièce présentant une bride festonnée. Le dispositif décrit ne comporte qu'une seule sonde mais on ne sort pas du cadre de l'invention en adaptant plusieurs sondes sur la tête afin d'élargir la zone balayée ; de même l'invention englobe toutes les variantes et moyens équivalents à la portée de l'homme de métier. REVENDICATIONS 1. Dispositif porte-sonde pour le contrôle par courants de Foucault d'une pièce métallique présentant une surface définie par le déplacement parallèlement à elle-mEme d'une génératrice le long d'une courbe constituée par au moins un premier arc de cercle tangent extérieurement a un deuxième arc de cercle, notamment la surface délimi tant le bord des festons sur la bride radiale d'une entretoise cônique du type reliant dans une turbomachine deux éléments dont les diamètres sont distincts ; dispo- sitif caractérise en ce qu'il comprend en combinaison :: - un support (10) - un premier élément (21,' mobile en rotation autour d'un premier axe (22) de rotation solidaire du support (10), - un moyen de positionnement de la pièce (1) sur le support permettant à l'axe transversal passant par le centre dudit premier arc de cercle de venir coïncider avec le premier axe de rotation (22), - un deuxième élément (30) mobile en rotation autour d'un deuxième axe (23) solidaire dudit premier élément (21) ; les deux axes de rotation étant paralleles l'un a l'autre et séparés par une distance égale å celle sepa- rant les centres des deux arcs de cercle ; la sonde étant fixée sur ce deuxième élément (30) suivant un angle prédéterminé par rapport au plan de rotation et, à une distance du deuxième axe (23) sensiblement égale au rayon du deuxième arc de cercle - un moyen d'entrainement de la sonde en rotation autour des deux axes de rotation successivement. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de positionnement comprend au moins un moyen de serrage (12, 13, .94) coopérant avec le bord de la pièce (1), 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen de positionnement comprend deux moyens de serrage (12, 13, 14) coopérant avec le bord de la pièce (1) le premier axe de rotation (22) étant disposé entre ces deux moyens de serrage. 4. Dispositif selon l1une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen d'entrainement comprend un mécanisme multiplicateur d'effort (40). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que ce mécanisme coopère avec un suivi de profil (50) reproduisant la trajectoire parcourue par la sonde tmur.e échelle correspondant au rapport de multiplication du mécanisme multiplicateur d'effort. 6. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que le mécanisme est constitué par un pantographe pivotant autour d'un point fixe solidaire du support, l'extrémité (39) se déplaçant sur la trajectoire à échelle réduite étant reliée au deuxième élément (30) l'autre extrémité (48) coopérant avec le suivi de profil. 7. Dispositif selon la revendication précédente caractérise en ce que les deux éléments (21, 30) sont constituées par des barrettes superposées, l'extrémité (39) étant reliée a l'élément (30) par l'intermédiaire d'une troisième barrette (27) superposée aux deux premièxes.