Brevet FR2631697A1 — publié le 19891124

263169? DESCRIPTION La présente invention concerne un appareil pour le contrôle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage. Cette invention trouve son domaine d'application principalement dans l'inspection in situ des tubes des générateurs de vapeur des centrales nucléaires mais peut se rapporter a l'inspection de tubes ou alésages de grandes longueurs et de faibles diamètres pouvant comporter éventuellement des coudes. Les tubes des générateurs de vapeur doivent être inspectés pour déceler les défauts les rendant susceptibles de fissurations sous contrainte. Cette inspection se fait soit à partir de la technique mettant en oeuvre les courants de Foucault pour la détection de défauts dans la paroi des tubes. Une telle méthode est décrite dans le brevet français 2.320.542. Elle se fait aussi par la mesure du profil interne du tube, la présente invention entre dans cette dernière catégorie. Une technique connue, de détermination du profil interne d'un tube, utilise une sonde à plusieurs doigts pour mesurer simultanément les rayons internes du tube, à plusieurs emplacements autour de sa circonférence, lorsque la sonde est tirée dans le tube, par détection du fléchissement de jauges de contrainte montées sur les doigts. Un tel dispositif est décrit par exemple dans le brevet français 2.553.877. - Une autre technique connue, décrite par exemple dans le brevet français 2.513.753 utilise une sonde 2 2631697 profilométrique ayant une tête rotative entraînée par un moteur tournant autour d'un axe longitudinal de la sonde. L'organe de mesure porté par la tête est en contact avec la surface de la paroi interne. Ces dispositifs connus sont limités dans leur domaine d'utilisation par le contact nécessaire entre l'organe de mesure et la paroi interne, ainsi que par les dispositifs mécaniques associés rendant leur miniaturisation difficile voir impossible pour pouvoir être mis en application dans les zones cintrées des tubes des générateurs de vapeur. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénient en proposant, pour le contrôle du profil interne d'une cavité de révolution, un dispositif optique dont les différents composants mécaniques et opto- électroniques permettent une miniaturisation importante. L'appareil selon l'invention est du genre comportant une sonde capable d'être déplacée en translation à l'intérieur de la cavité et reliée à un système d'alimentation et d'analyse placé à l'extérieur de la cavité. Conformément à l'invention cet appareil se caractérise en ce que, une source de lumière cohérente illumine la paroi de la cavité suivant une ligne correspondant à l'intersection avec une section droite, une image de cette ligne étant formée à partir de la lumière réémise par la paroi, sur un capteur photo-sensible et les écarts de cette image par rapport à une image théorique représentant les variations du profil interne de la cavité de capteur photo-sensible est avantageusement un capteur optoélectronique mais on peut aussi utiliser une surface photo-sensible du type pellicule photographique. 3 263169? Suivant différents modes de réalisation, la source cohérente peut illuminer la paroi de la cavité, soit en la balayant au moyen d'un miroir tournant, soit de manière permanente au moyen d'un miroir conique. Lorsque la paroi est illuminée par balayage au moyen d'un miroir tournant, la lumière réémise par la paroi de la cavité peut avantageusement être renvoyée, sur le capteur photo-sensible, au moyen d'un second miroir tournant synchrone du premier. Dans ce cas, si on utilise un capteur optoélectronique celui-ci peut être linéaire si il tourne en synchronisme avec les miroirs tournants. Dans un autre mode de réalisation, et quel que soit le mode d'illumination de la paroi, la lumière réémise peut être renvoyée, au moyen d'un objectif optique grand angle, sur le capteur photo-sensible. Enfin dans un dernier mode de réalisation possible, la lumière réémise par la paroi de la cavité peut être renvoyée sur le capteur photo- sensible au moyen d'un miroir conique. En se référant aux figures schématiques jointes, données à titre non limitatif, on va décrire quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention. Ces exemples feront uniquement référence à un capteur optoélectronique, celui-ci étant la solution préférée. La figure 1 représente le principe de fonctionnement d'une sonde suivant un premier mode de réalisation. La figure 2 représente le principe de fonctionnement d'une sonde suivant un deuxième mode de réalisation. 263169 7 La figure 3 représente le principe de fonctionnement d'une sonde suivant un troisième mode de réalisation. La figure 4 représente une sonde conforme à l'invention, réalisée en deux parties. La figure 5 représente une autre sonde conforme à l'invention, réalisée en une seule partie. Sur la figure 1 qui représente le principe de fonction- nement d'un premier mode de réalisation de l'invention, on voit une sonde 1, représentée en pointillés, qui se déplace dans un tube 2. L'éclairage de la surface interne du tube 2 est obtenu avantageusement par un faisceau laser longitudinal 3, issu d'une source et se réfléchissant sur deux prismes5 et 6 qui le recentre sur un miroir 7 de renvoi sur la surface interne du tube 2. Ce miroir 7 est entraîné en rotation, autour de l'axe longitudinal de la sonde 1 par une motorisation 8 afin que le faisceau laser balaie la surface interne du tube 2 suivant une ligne correspondant A l'intersection avec une section droite. La surface interne du tube 2 ainsi éclairée se comporte en objet émissif dont l'image se forme, par l'intermédiaire d'un objectif grand angle 9 dans un plan d'observation dans lequel se trouve un capteur optoélectronique matriciel 10. Cette image sur le capteur 10 est constituée d'une ligne qui correspond au profil interne du tube 2. Au profil type correspond une ligne théorique et toute variation du profil se traduit par un écart de l'image par rapport à cette ligne théorique. Une analyse de l'image obtenue sur le capteur opto-électronique 10 permet donc de connaître le profil interne du tube 2. La sensibilité du dispositif dépendra donc du pouvoir de résolution du 2631697 capteur opto-électronique 10. Si l'on dispose de N points de mesure répartis sur un diamètre du plan image, la résolution sur la mesure du diamètre D du tube sera égale à: D N La paroi interne étant balayée grâce au miroir tournant 7, on peut imaginer que l'analyse de la lumière réémise soit faite au moyen d'un second miroir tournant, synchro- ne du premier et réalisant, sur le capteur opto-électro- nique l'image de la ligne éclairée sous forme d'un point. Dans cette hypothèse le capteur opto-électronique pourrait être linéaire, à condition qu'il soit tournant et synchro- ne des miroirs. La complication mécanique entraînée trouverait sa com- pensation dans une amélioration du pouvoir de résolution, celui-ci étant meilleur pour un capteur opto-électronique linéaire que pour'un capteur opto-électronique matriciel. Dans la variante représentée par la figure 2, le faisceau de lumière cohérente issu de la source laser 4 est trans- formé, au moyen d'un système optique 11 en un faisceau relativement large. Ce faisceau éclaire un réflecteur conique 12 dont l'axe se confond avec l'axe longitudinal de la sonde 1. Le système optique 11 est déterminé de telle manière que le faisceau de lumière converge sur la surface interne du tube 2. Celle-ci est ainsi éclairée suivant une ligne qui correspond à son intersection avec une section droite du tube. Comme précédemment, une image de cette ligne est formée, par l'intermédiaire d'un objectif grand angle 9 sur un capteur opto-électronique matriciel 10. Dans la variante représentée par la figure 3, le mode d'illumination de la paroi interne du tube 2 est identique 6 2631697 a celui de la réalisation de la figure 2. Par contre, le renvoi de la lumière réémise se fait au moyen d'un second miroir conique 13. L'image étant ensuite formée sur le capteur opto-électronique 10 au moyen d'une optique 14. Le miroir conique 13 de renvoi a avantageusement une variation de section non linéaire de manière à créer un agrandissement non linéaire permettant d'améliorer la résolution de la mesure, seule la périphérie du plan image délivrant des informations pertinentes. Ce rapport d'agrandissement non linéaire permet ainsi d'améliorer la précision de la mesure pour un système d'observation bidimensionnel donné. Les impératifs de diamètre disponible à l'intérieur des tubes des échangeurs de chaleur des générateurs de vapeur conduisent à proposer plusieurs solutions permettant la miniaturisation de la sonde. Dans la disposition représentée à la figure 4, la sonde 1 est décomposée en deux ogives 1A et lB. La première ogive lA comprend, à titre d'exemple, l'ensemble du dispositif représenté à la figure 3, à l'exception du capteur opto- électronique 10. En effet, celui-ci et le circuit hybride d'exploitation 15 qui lui est associé sont placés dans la seconde ogive lB. La liaison entre les ogives 1A et lB se fait au moyen d'une fibre optique 16. Cette fibre optique recoit sur son entrée 17 l'image formée par l'optique 14. Cette image disponible à la sortie 18 de la fibre optique est transposée, au moyen d'un objectif 19 sur le capteur opto-éléctronique 10. Le signal produit par le circuit hybride 15 est transmis à l'extérieur pour analyse par un cable 20. Dans une autre forme, le capteur 10 pourrait être en contact direct avec l'extrémité 18 de la fibre, rendant ainsi inutile l'objectif 19. La solution qui vient d'être présentée permet de disposer d'un volume relativement important pour la partie 7 2631697 électronique, mais elle nécessite une fibre optique 16 de résolution, de souplesse et de robustesse suffisantes. Une variante consisterait donc à laisser le capteur opto- électronique 10 dans l'ogive lA, à placer l'électronique de traitement dans l'ogive lB avec une liaison filaire de courte longueur entre les deux ogives. Si cette solution possède l'avantage de procurer un volume encore plus important pour la partie électronique, elle nécessite une attention particulière sur la qualité des liaisons à fréquences élevées. Enfin, une dernière variante, représentée à la figure 5, est proposée. Elle consiste à intégrer à l'ogive unique de la sonde 1 toute la partie optique et opto-électronique ainsi qu'une partie minimale 21 du circuit électronique, le reste de celui-ci se trouvant à l'extérieur. La figure 6, suivant une coupe VI-VI de la figure 5 permet de comprendre comment le faisceau lumineux peut explorer la quasi totalité de la paroi interne du tube. Des fenê- tres qui occupent la presque totalité de la périphérie de la sonde sont ménagées dans la paroi de celle-ci. Les parties extrêmes de la sonde ne sont reliées entre- elles que par des bras 22 d'épaisseur minimale pour' assurer la rigidité mécanique de l'ensemble. On peut ainsi imaginer que les deux extrémités de la sonde soient réunies entre elles par une bague transparente ayant les qualités optiques requises. 8 263169? REVENDICATIONS 1 - Appareil pour le contrôle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage du genre comportant une sonde capable d'être déplacée en translation à l'intérieur de la cavité du tube ou de l'alésage et reliée à un système d'alimentation et d'analyse placé à l'extérieur de la cavité, caractérisé en ce que, une source de lumière (4) illumine la paroi de la cavité suivant une ligne correspondant à l'intersection avec une section droite, une image de cette ligne étant formée, à partir de la lumière réémise par la paroi, sur un capteur photq-sensible (10) et les écarts de cette image par rapport à une image théorique représentant les variations du profil interne de la cavité. 2 - Apparell pour le contrôle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur photosensible est un capteur opto-électronique. 3 - Appareil pour le contrôle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage, selon la revendication 1 caractérisé en ce que, le capteur photo sensible est une surface photo-sensible du type pellicule photographique. 4 - Appareil pour le contrôle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la source de lumière (4) émet un faisceau fin qui est projetté sur la paroi de la cavité au moyen d'un miroir tournant (7) autour de l'axe longitudinal de la sonde, ledit miroir (7) étant entrainé par un moteur (8) - Appareil pour le contrôle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la source de lumière (4) émet un faisceau qui est réfléchi par un miroir conique (12) de manière à éclairer en permanence toute la ligne correspondant à l'intersection de la paroi avec la section droite de la cavité. 6 - Appareil pour le contrôle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage, selon la revendication 4. caractérisé en ce que, la lumière réémise par la paroi de la cavité est renvoyée, au moyen d'un miroir tournant, synchrone du premier, sur le capteur photo-sensible (10). 7 - Appareil pour le contrôle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage, selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que, la lumière réémise par la paroi de la cavité est renvoyée, au moyen d'un objectif optique grand angle (9) sur le capteur photo-sensible (10). 8 - Appareil pour le controle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage, selon la revendication 5, caractérisé en ce que, la lumière réémise par la paroi de la cavité est renvoyée au moyen d'un miroir conique (13), sur le capteur photo-sensible (10). 9 - Appareil pour le contrôle optique du profil interne d'un tube ou d'un alésage, selon la revendication 8, caractérisé en ce que le miroir conique (13) de renvoi de la lumière réémise a une variation de section non linéaire.