Brevet FR2606881A1 — publié le 19880520

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour des essais non destructifs de matériaux, notamment pour des déterminations d'épais- seur de matières plastiques ainsi que de matériaux constituant des adhésifs et des revêtements, au moyen de champs alternatifs électriques ou magnétiques de haute fréquence. Le domaine d'application principale de l'invention est le contrôle d'éléments de construction en matière plastique ainsi que la détermination et le contrôle de revêtements et de couches d'adhésifs. L'invention n'est cependant pas utilisable uniquement dans ce domaine, mais également dans tout autre domaine dans lequel les procédés connus de mesure d'épaisseurs ne peuvent pas, pour les raisons indiquées ci-dessous, donner des résultats satisfaisants. Pour la détermination de l'épaisseur de pièces en matière plastique, de revêtements et de couches d'adhésifs on connait différentes techniques qui varient suivant la nature de la pièce ou du matériau à étudier et qui, suivant le but des essais, aboutissent à des résultats différents. A. Contrôle de pièces en matière plastigue. Pour la fabrication de pièces en matière plastique notamment de pièces sans fin, comme les tubes, les feuilles etc., on observe souvent des variations d'épais- seurs résultant d'irrégularités au cours de la fabri- cation. Ces variations d'épaisseurs ne peuvent être déterminées que difficilement par des essais non destruc- tifs, de sorte que l'utilisation de certaines pièces de certains éléments de construction en matière plas- tique (par exemple tubulures) est limitée par suite des points faibles qui peuvent exister dans ces produits. B. Contrôle de revêtements sur les côtés accessibles. 1. Procédés optiques Ces procédés peuvent être utilisés pour le contrôle de l'épaisseur de revêtements et de couches d'adhésifs transparents sur des matériaux à base de matières plastiques ou de métaux. Ils sont fondés sur la détermination et l'interprétation des inter- férences formées ou encore sur une interprétation de l'effet optique d'un enrichissement d'un matériau constituant le revêtement ou l'adhésif au moyen de particules optiquement visibles. Ces procédés optiques permettent certes dans une large mesure de déterminer l'épaisseur de la couche, mais leur domaine d'utilisation est très limité car ils ne sont utilisables que dans le cas de matériaux transparents ou de couches très minces. 2. Contrôle au moyen de sondes de mesure Ces procédés sont fondés sur le principe que l'on pose une sonde de mesure sur la couche dont on veut déterminer l'épaisseur et que la forme du courant ou de la tension du champ de la sonde est mesurée et interprétée pour déterminer la distance entre la sonde de mesure et le matériau de base ce qui permet de déterminer l'épaisseur de la couche située sur le matériau de base. Cependant, ce procédé n'est appli- cable qu'aux matériaux de revêtement qui ne sont pas conducteurs ou qui n'ont pas de propriétés magnétiques. De plus, ce procédé n'est applicable que si la masse qui constitue le revêtement est déjà durcie, sinon il ne serait pas possible de placer la sonde dessus, et il faut également que le revêtement se trouve appliqué sur un côté ou emplacement accessible. Si cela n'est pas le cas, ce qui arrive souvent aujourd'hui par suite de l'utilisation de procédés d'application de revêtements et de finissage automatiques, le procédé n'est pas applicable. C. Contrôle de revêtements appliqués à des emDlacements inaccessibles. Lorsque le revêtement est appliqué sur un côté non accessible, les informations que l'on peut obtenir, dans l'état actuel de la technique, sur l'épaisseur du revêtement ne peuvent être obtenues qu'en enrichis- sant l'adhésif de particules radioactives ou de métaux lourds et en effectuant ensuite une mesure avec un rayonnement radioactif. Cependant, ces procédés demandent non seulement un dispositif compliqué et coûteux, mais également des mesures de protection particulières. De ce fait, ils sont souvent inapplicables. Il en est de même pour la mesure au moyen de rayonnement de neutrons. Ce dernier procédé permet évidemment de déterminer l'épaisseur d'un revêtement constitué par des matériaux organiques appliqués sur des éléments de construction électriquement et magnétiquement conduc- teurs, mais les dispositions qu'il est nécessaire de prendre (flux de neutrons relativement élevé, pro- tection) reviennent très chères. De plus, la précision des mesures est encore limitée du fait que la composition (épaisseur) du matériau de base qui se trouve au- dessus du revêtement n'est pas connue d'une manière précise. Le but de l'invention est la mise au point d'un procédé et de dispositifs permettant un contrôle simple d'éléments de construction ainsi que de revête- ments et d'adhésifs, même lorsque l'élément en matière plastique ou le revêtement ou l'adhésif à contrôler n'ont pas encore complètement durci ou que les surfaces à contrôler sont cachées ou difficilement accessibles. L'invention a également pour objet les éléments de constructions en matière plastique ou les éléments de construction comportant des revêtements qui sont fabriqués suivant le procédé ou avec ce dispositif. Le but en question est atteint, suivant l'invention, du fait qu'on ajoute au matériau qui doit être soumis aux essais, dans une proportion représentant un volume relativement faible des particules conductrices de l'électricité ou ferromagnétiques et qu'ensuite on effectue, sur la pièce d'essai terminée ou recouverte d'un revêtement, des mesures de conductibilité électrique ou de perméabilité magnétique au moyen de champs alter- natifs électriques et magnétiques à haute fréquence dont les modifications chronologiques et spatiales sont adaptées au but des mesures. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La figure unique est un schéma représentant un dispositif pour la mesure de l'épaisseur d'un revê- tement adhésif en matière plastique appliqué sur un matériau de base constitué par exemple par une tôle conductrice de l'électricité en appliquant le procédé suivant l'invention. Pour l'application du procédé suivant l'invention, on commence par enrichir la matière plastique à utiliser ou le matériau constituant l'adhésif ou le revêtement par des particules conductrices de l'électricité ou ferromagnétiques, la proportion en volume de ces parti- cules étant maintenue relativement faible. Cet enrichis- sement s'effectue de différentes manières suivant le but des mesures. Lorsque les mesures doivent porter sur des matières plastiques pures, que ce soit comme matériaux constituant des pièces en matière plastique ou comme matériaux de base pour des pièces en matière plastique qui doivent être recouvertes d'un adhésif ou d'un matériau de revêtement ou des revêtements appliqués sur des matériaux de base non conducteurs et non ferromagnétiques, les particules ajoutées sont constituées en grande partie de matériaux qui sont seulement conducteurs électriquement et ne sont pas ferromagnétiques, par exemple l'aluminium, le cuivre ou les aciers austénitiques. On peut également utiliser des métaux nobles dans la mesure o ils sont compa- tibles avec le matériau constituant le revêtement et en particulier avec le matériau de base qui doit être ensuite recouvert d'un revêtement. Lorsqu'il s'agit de recouvrir d'un revêtement des métaux électri- quement conducteurs comme par exemple l'aluminium ou encore les aciers austénitiques, on ajoute au matériau qui doit être soumis aux essais des particules magné- tiques. La grosseur et surtout la proportion en volume des paticules ajoutées dépendent de la distance évaluée entre la sonde de mesure et la couche à mesurer et est déterminée à l'avance compte tenu du but des mesures. Les concentrations usuelles de particules sont nettement inférieures à 10 % du matériau total. Pour la réalisation de l'addition des particules, la matière première ou le matériau constituant le revêtement est amené d'un récipient 1 dans un mélangeur 3 o il est mélangé à un autre matériau d'appoint (caractérisé par une conductibilité électrique ou une perméabilité magnétique) provenant d'un autre récipient 2. Cette opération est suivie d'un mélange dans le mélangeur 3 qui est généralement accentué par brassage ou agitation mécanique, de manière à obtenir une répartition aussi homogène que possible des particules de mesure. Apres le mélange, le matériau est envoyé à un premier point de mesure Ml. En ce point de mesure, on détermine l'homogénéité du matériau (du revêtement) et la concentration des particules dans ce matériau en mesurant la conductibilité électrique ou la perméabi- lité magnétique. Cette mesure s'effectue au moyen d'une impulsion de large bande en amplitude et en spectre de phase qui est envoyée par une sonde dans le matériau. Comme sondes, on peut utiliser des bobines à contact, à passage ou à segment de différentes formes. La forme du courant ou de la tension dans la bobine ou dans des bobines secondaires situées dans le voisinage obtenue par l'effet de la conductibilité électrique ou de la perméabilité magnétique du matériau soumis aux mesures est enregistrée et utiisée pour l'émission d'un signal dont la forme chronologique et spatiale refléte l'homogénéité ou la concentration de particules du matériau soumis aux mesures. Ce signal fourni par le point de mesure M1 est utilisé comme (premier) signal d'étalonnage pour le champs alternatif électrique et magnétique de haute fréquence mis en oeuvre pour la mesure de l'épaisseur, de manière à adapter son évolution chronologique et spatiale au cours de la mesure d'épaisseur de la pièce soumise aux essais à l'homogénéité et à la concentration des particules dans le matériau soumis aux mesures. Cette adaptation s'effectue dans un calculateur 4 qui reçoit le signal d'étalonnage produit au point de mesure M1 et dont la fonction consiste, en utilisant les données qui lui sont fournies, à optimiser l'im- pulsion de mesure d'épaisseur émise ultérieurement. Lorsque le revêtement doit être déposé sur des matériaux qui sont de nature métallique, ou le cas échéant, conducteurs ou même comportent une aiman- tation résiduelle, on effectue, parallèlement à la mesure au point de mesure M1, sur le matériau de base, au moyen d'une addition simple, par exemple d'une addition de tôle, à un deuxième point de mesure M2, un essai au moyen d'une impulsion à large bande en amplitude et en spectre de phase. Dans le cas de matériau de base de ce type, on utilise comme matériau d'appoint, en général, de petites particules magné- tiques. Comme ces petites particules magnétiques peuvent présenter des concentrations et des distances (épaisseur de tôle) variables,mais comme ces deux effets ne peuvent pas être séparés par une analyse de signaux, il faut d'abord déterminer l'épaisseur de la pièce qui doit être recouverte, par exemple de la tôle, ce qui s'ef- fectue au point de mesure M2, en déterminant l'action de la conductibilité électrique ou de la perméabilité magnétique, du matériau de base sur la forme du courant ou de la tension de l'impulsion d'essai et en utilisant pour produire un signal dont la forme chronologique et spatiale correspondent à la composition du matériau ou à l'épaisseur du matériau de base. De ce fait, le point de mesure M2 émet un autre signal d'étalon- nage qui est utilisé pour adapter les impulsions de mesure d'épaisseur mises en oeuvre ultérieurement à la composition et à l'épaisseur du matériau de base. Pour cela, le deuxième signal d'étalonnage est également envoyé au calculateur d'optimisation 4. Celui-ci détermine, à partir de l'homogénéité ou de la concen- tration de particules qui sont données à l'avance pour le matériau soumis aux mesures, constitué dans l'exemple de réalisation indiqué par un matériau de revêtement, et le cas échéant d'après la composition de matériaux donnée à l'avance ou l'épaisseur du matériau de base, une impulsion de mesure d'épaisseur optimisée qui est destinée notamment à réduire les effets de distance (lift off) de même que les grandeurs pertur- batrices qui peuvent intervenir dans la fabrication. Lorsque la mesure d'épaisseur doit s'effectuer sur des pièces constituées uniquement par des matières plastiques ou sur un matériau de base non conducteur et non magnétique, la production d'un deuxième signal d'étalonnage correspondant à la composition du matériau ou à l'épaisseur du matériau de base peut être supprimée car l'adaptation de l'impulsion de mesure d'épaisseur n'est pas nécessaire dans ce cas. Dans ces conditions, le deuxième point de mesure M2 peut être supprimé dans les dispositifs de mesure de l'épaisseur de pièces de construction constituées uniquement par la matière plastique ou de revêtement appliquée sur des matériaux non conducteurs et non ferromagnétiques. La mesure au point de mesure M2 peut également s'effectuer au moyen d'une sonde à laquelle peuvent être associées chronologiquement des données de mesure constituant le deuxième signal d'étalonnage. Les impulsions d'essai émises aux points de mesure M1 et M2 sont des impulsions de courte durée qui sont produites en excitant une bobine avec une ou plusieurs oscillations déterminées numériquement à l'avance et ayant une longueur et une forme données à. l'avance avec un spectre d'amplitudes et de phases déterminées pour chaque cas. Les oscillations d'exci- tation de la bobine proviennent d'une mémoire programmée par un calculateur. Dans le calculateur d'optimisation 4, les signaux d'étalonnage peuvent être analysés et comparés à une valeur de consigne déterminée à l'avance pour chaque courbe d'étalonnage. Les valeurs des différences peuvent être utilisées pour régler les paramètres d'impulsions de courte durée et de spectres de fréquence (d'amplitude et de phase) déterminés à l'avance qui proviennent d'une mémoire programmée par le calculateur et dont la longueur et la forme sont variables. Le signal ainsi obtenu peut être utilisé comme signal d'exci- tation pour une bobine (à sonde) de manière à produire dans cette bobine une impulsion de mesure adaptée au but des mesures, le champ alternatif de cette impulsion faisant passer après passage de matériau aux points de mesure M1 et M2 la pièce soumise aux essais fabriquée ou recouverte d'un revêtement dans un dispositif de fabrication ou de revêtement 6 à un point de mesure M3. Dans ces conditions, l'influence de la conductibilité électrique ou de la perméabi- lité magnétique du matériau constituant la pièce soumise aux mesures sur la forme du courant ou de la tension de l'impulsion de mesure à courant de Foucault est enregistrée et utilisée pour la détermination de l'épais- seur de la couche de la pièce soumise aux mesures ou, dans le cas d'éléments de construction constitués uniquement par de la matière plastique de la paroi de la pièce soumise aux essais et pour la détermination de défauts possibles dans le revêtement. La valeur de mesure est mise en évidence dans un dispositif d'affichage 7, suivant le processus de fabrication, envoyée à un dispositif de corrections 8 de manière à provoquer des corrections au stade de la fabrication ou du revêtement. Les avantages essentiels du procédé suivant l'invention consistent, en dehors de la rapidité du contrôle en ce qu'il est applicable d'une manière universelle pour la détermination de l'épaisseur aussi bien d'éléments de construction en matière plastique que de revêtements appliqués sur des matériaux de base en métal ou en matière plastique; l'épaisseur des revêtements en matière plastique peut être déter- minée même dans des zones inaccessibles d'éléments de construction; il permet de contrôler des matériaux qui n'ont pas encore durci; les mesures peuvent se faire alors que le matériau constituant le revêtement est encore liquide, ce qui permet le cas échéant, d'effectuer des corrections; du fait que les impulsions o10 de courant de Foucault sont spécialement adaptées il permet de traiter et d'éliminer en même temps des quantités perturbatrices. La valeur de mesure peut être enregistrée et conservée en mémoire pour des essais répétitifs ulté- rieurs dans une unité d'enregistrement et/ou de mise en mémoire 9. l1 REVENDICATIONS 1 - Procédé d'essai non destructif de matériaux, notamment pour la détermination de l'épaisseur de matières plastiques ainsi que des matières constituant des adhésifs et des revêtements, au moyen de champs alternatifs électriques et magnétiques de haute fréquence, caractérisé en ce qu'on ajoute au matériau qui doit être soumis aux essais, dans une proportion représentant un volume relativement faible, des particules conduc- trices de l'électricité ou ferromagnétiques et qu'ensuite on effectue sur la pièce d'essai terminée ou recouverte d'un revêtement des mesures de conductibilité électrique ou de perméabilité magnétique au moyen de champs alter- natifs électriques et magnétiques à haute fréquence dont les variations chronologique et spatiale sont adaptées au but des mesures. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conductibilité électrique ou la perméabilité magnétique du matériau auquel on a ajouté les particules sont mesurées avant son usinage et que les valeurs de mesure ainsi obtenues sont utilisées pour l'adaptation au but des mesures des champs alternatifs utilisés pour l'essai final. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que pour le contrôle de revêtements appliques sur des matériaux de base conduc- teurs de l'électricité ou magnétiques on détermine l'épaisseur et la composition du matériau de base en mesurant sa conductibilité électrique ou sa perméabi- lité magnétique et que les valeurs de mesure ainsi obtenues sont utilisées pour l'adaptation au but des mesures des champs alternatifs utilisés pour l'essai final. 4 - Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la détermination de la conductibilité électrique ou de la perméabilité magné- tique du matériau constituant le revêtement ou du matériau de base s'effectue avant la finition ou l'appli- cation du revêtement par un essai au moyen d'une impulsion d'essai à large bande en amplitude et en spectre de phase, dont la forme de courant ou de tension sous l'action de la conductibilité électrique ou de la perméabilité magnétique et de la géométrie du matériau soumis aux essais est enregistrée et utilisée pour la production d'un signal d'étalonnage pour l'adaptation au but des mesures des champs alternatifs utilisés et dont les matériaux chronologique et spatiale correspondent à l'homogénéité et à la concentration des particules du matériau soumis aux essais ou à la composition et à l'épaisseur du matériau de base pour le revêtement suivant. - Procédé suivant la revendication 4, caracté- risé en ce que le signal ou les signaux d'étalonnage sont envoyés chronologiquement à un calculateur (4) pour l'optimisation des impulsions de mesure pour l'essai final avec intervention des données fournies à ce calculateur. 6 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les impulsions d'essai sont des impulsions de courte durée produites de telle manière qu'une bobine (bobine de sonde) est excitée par une oscillation donnée à l'avance par le calcul ou par plusieurs oscil- lations de longueur et de forme données à l'avance et comportant chacune des spectres d'amplitude et le phase sélectionnés. 7 - Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'impulsion de mesure optimisée pour la mesure ou le contrôle de l'épaisseur de la ou des pièces terminées ou recouvertes est produite dans des conditions telles que l'on règle au moyen de courbe(s) d'étalonnage les paramètres d'une forme d'impulsions ou de plusieurs formes d'impulsions de longueur et de forme pouvant être données à l'avance et en ce que le signal ainsi obtenu excite une bobine (de sonde) à l'emplacement de mesure (M3). 8 - Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le signal ou les signaux d'étalon- nage sont analysés et comparés à une valeur de consigne donnée à l'avance pour chaque courbe d'étalonnage et en ce que les valeurs limites ainsi obtenues sont utilisées comme valeurs de correction pour l'optimisation des impulsions de mesure qui doivent intervenir au point de mesure (M3). 9 - Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les données de mesure obtenues aux points de mesure (M3) sont transformées, dans une unité de correction (8), en signaux de cor- rection pour l'opération de finissage ou d'application du revêtement. - Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les données de mesure fournies par le point de mesure (M3) sont enregistrées et conservées en mémoire. 11 - Dispositif pour l'application du procédé selon l'une ou moins des revendications 1 à 10, carac- térisé en ce qu'il comprend un réservoir (2) de parti- cules conductrices de l'électricité ou ferromagnétiques, qui est relié à un mélangeur (3) qui est incorporé au dispositif d'amenée (5) du matériau d'un dispositif (6) de finissage ou d'application de revêtements pour l'additi3n contrôlée de particules au matériau amené et qui, au moyen d'un point de mesure (M3) situé à la suite du dispositif (6) de finissage ou d'application de revêtements et utilisée pour la détermination de la conductibilité électrique ou de la perméabilité magnétique de la pièce d'essai qui s'y trouve au moyen de champs alternatifs électriques et magnétiques à haute fréquence dont le courant d'excitation est, dans une unité d'optimisation (4), adapté au but des mesures en ce qui concerne sa variation chronologique et spatiale. 12 - Dispositif selon la revendication 11, carac- térisé en ce qu'il comporte, en arrière du mélangeur (3) dans le sens du passage des matériaux, un point de mesure (M1) destiné à la mesure de la conductibilité électrique et de l'épaisseur ou de la perméabilité du matériau auquel on a mélangé des particules avant son usinage et dont les données de mesure sont envoyées à l'entrée de commande de l'unité d'optimisation (4). 13 - Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12 pour le contrôle ou l'essai de revêtements appliqués sur des matériaux de base conducteurs de l'électricité ou magnétiques, caractérisé en ce qu'il comporte un point de mesure (M2) incorporé dans le dispositif d'amenée du matériau de base qui doit être recouvert d'un revêtement pour la mesure de la conduc- tibilité électrique ou de la perméabilité magnétique du matériau de base au moyen de champs alternatifs électriques ou magnétiques à haute fréquence dont les données de mesure sont envoyées à une entrée de commande de l'unité d'optimisation (4). 14 - Dispositif selon les revendications 11, 12 ou 13, caractérisé en.ce que les points de mesure (M1, M2, M3) comportent une bobine de mesure dont le générateur d'impulsions à courant d'excitation est constitué par une mémoire programmée par un calcu- lateur qui émet des impulsions de courte durée avec un spectre de fréquence (d'amplitude et de phase) dont la longueur et la forme sont variables. - Dispositif selon la revendication 14, carac- térisé en ce que l'unité d'optimisation (4) comporte un analyseur des signaux reçus pour leur comparaison avec une valeur de consigne donnée à l'avance ainsi qu'une unité de correction pour le transfert des para- mètres de l'impulsion de mesure au point de mesure (M3) au moyen des signaux résultant de l'analyse. 16 - Dispositif selon l'une au moins des revendi- cations 11 à 15, caractérisé en ce que l'unité d'optimi- sation (4) est constituée par un calculateur. 17 - Dispositif selon l'une au moins des reven- dications 11 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une unité de correction (8) située après le point de mesure (M3) pour le traitement des données de mesure du point de mesure (M3) pour la production de signaux de correction pour le finissage ou l'appli- cation de revêtements. 18 - Dispositif selon l'une au moins des revendi- cations 11 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte, après le point de mesure (M3), une unité (9) d'enregis- trement et/ou de mise en mémoire. 19 - Elément de construction en matière plastique fabriqué au moyen du procédé ou du dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par l'incor- poration de particules conductrices de l'électricité ou ferromagnétiques. 20 - Elément de construction recouvert d'un revêtement au moyen du procédé ou du dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par l'incor- poration de particules conductrices de l'électricité ou ferromagnétiques dans son revêtement.