Brevet FR2679406A1 — publié le 19930122

La présente invention concerne un transducteur électrodyna- mique à ultrasons, comportant un boîtier, destiné à être disposé de façon adjacente à la surface d'une pièce à tester, et présentant un système magnétique qui y est agencé 5 à proximité de la surface de la pièce à tester, et un système de bobinage transducteur agencé entre le système magnétique et la surface de la pièce à tester. Les transducteurs électrodynamiques à ultrasons sont uti- lisés pour tester, grâce à des ultrasons, des pièces de10 façon non destructive Lors de l'utilisation de trans- ducteurs électrodynamiques à ultrasons, les ultrasons sont créés dans la pièce à tester, par l'intermédiaire d'un champ magnétique et d'un bobinage transducteur, qui travaille pour ainsi dire comme antenne, par induction de courants de15 Foucault Ainsi, les ultrasons ne sont créés que dans la surface de la pièce à tester elle-même, et non dans le transducteur, comme dans le cas de la génération d'ultrasons piézo- électrique Pour cette raison, lorsque les ultrasons sont engendrés de façon électrodynamique, on peut se passer20 d'utiliser des moyens de couplage pour les ultrasons entre le transducteur et la surface de la pièce Par le brevet DE-4 016 740, on connaît un transducteur électrodynamique à ultrasons du type indiqué, qui peut être utilisé aussi bien pour le test à ultrasons automatisé que pour le test manuel.25 Ce transducteur électrodynamique à ultrasons connu présente une forme de construction très compacte grâce à quoi l'ap- pareil est approprié non seulement pour être utilisé comme appareil de test manuel mais également pour être monté individuellement, c'est-à- dire dans une pluralité de tels30 appareils de test, dans une grande installation de test. Dans ce transducteur électrodynamique à ultrasons connu, l'agencement magnétique dans son ensemble est prédéfini par sa géométrie La direction de balayage des ondes ultraso- nores dépend généralement, d'une part, de la géométrie des aimants, et, essentiellement, de la géométrie du bobinage. Du fait que, à côté d'un test d'épaisseur de paroi, un test 5 de défaut interne ou de volume et un test de défaut de surface peuvent également être réalisés, une adaptation doit avoir lieu entre l'agencement des aimants et la géométrie du bobinage De même, les modes d'ondes de différentes polarisations qui, à chaque fois, sont adaptés au travail de10 test souhaité, nécessitent une adaptation ou une modification de la géométrie du bobinage et également, le cas échéant, des aimants L'adaptation du transducteur à ultrasons à différentes géométries du bobinage est en vérité possible, mais coûteuse, dans ce transducteur connu Lorsque15 le transducteur à ultrasons est utilisé, comme indiqué ci-dessus, pour être monté individuellement dans une grande installation de test, il existe, selon le type de l'installation de test, de grandes distances entre le transducteur à ultrasons et l'électronique de commande20 centrale La possibilité d'utilisation d'une électronique de proximité sur le transducteur à ultrasons lui- même n'est pas envisageable dans des conditions d'utilisation difficiles, comme par exemple à des températures élevées, dans ce transducteur à ultrasons connu Le transducteur25 électrodynamique à ultrasons connu est de plus tel que la température de travail, c'est-à-dire généralement la température de la pièce à tester, ne doit pas être supérieure à environ 800 C Le transducteur électrodynamique à ultrasons connu tire en fait profit de la possibilité d'engendrer électrodynamiquement des ultrasons d'une façon avantageusement très compacte, mais il n'est pas approprié pour une transformation simple et rapide de la géométrie des aimants ainsi que du bobinage, et ne permet pas une utilisation sans adaptation sur de grandes distances entre35 le transducteur et l'électronique de commande, ainsi qu'à des températures d'utilisation élevées. En conséquence, l'invention a pour objet de perfectionner un transducteur électrodynamique à ultrasons du type indiqué, de sorte que, d'une façon très simple, une adaptation ou une transformation du transducteur a ultrasons de façon corres- pondant à la situation d'utilisation souhaitée, pour des températures élevées et de grandes distances entre le transducteur et l'électronique de commande, soit possible. A cet effet, le transducteur électrodynamique à ultrasons, du type indiqué ci-dessus, est remarquable, selon l'inven- tion, en ce que le boîtier est réalisé en une matière non magnétique électriquement conductrice, et l'enveloppe du boîtier présente, dans la zone du système magnétique qui y est agencé, des évidements, à l'intérieur desquels des plaques de retour magnétique, réalisées en une matière magnétique, sont agencées, de façon démontable, pour garan- tir un retour magnétique entre la surface de la pièce et le système magnétique. L'avantage de la présente invention consiste essentiellement dans la réalisation du boîtier en une matière non magnétique et en la réalisation, pratiquement uniquement en forme de segment, du corps de retour magnétique La matière, non magnétique mais électriquement conductrice, du boîtier permet un montage intégré d'une électronique d'amplification de signal d'une façon très simple, le boîtier lui-même fournissant le blindage de l'électronique intégrée contre de forts champs magnétiques et électromagnétiques, grâce à quoi l'agencement d'une cage de blindage séparée est superflu. Les plaques de retour magnétique sont opposées lorsque le boîtier est réalisé en ayant une section transversale rectangulaire, et permettent ainsi, après le démontage de celles-ci, un accès au système magnétique et au support du bobinage transducteur Aussi bien le système magnétique que le système de bobinage peuvent être échangés ou trans- formés, la géométrie externe demeurant inchangée après montage du transducteur à ultrasons Le montage, réalisé de façon avantageusement simple, de l'électronique d'amplifi- cation de signal intégrée dans le boîtier du transducteur à ultrasons permet de traiter les signaux reçus de façon préalable, de sorte qu'ils peuvent être transmis, par l'intermédiaire d'un câble, sur de longues distances jusqu'à l'électronique de commande et d'exploitation centrale sans erreur de transmission La possibilité d'intégration n'est pas bien sûr limitée dans ce cas à une électronique d'am- plification, mais des sous-ensembles électroniques quelcon- ques peuvent être intégrés De plus, il est important que la petitesse et la compacité du transducteur à ultrasons soient conservées L'utilisation d'une électronique intégrée est possible grâce à l'agencement de canaux de refroidissement à l'intérieur du boîtier dans la zone de l'enveloppe, aussi bien l'électronique que le système magnétique étant entourés par ces canaux, de sorte que le transducteur à ultrasons peut être utilisé dans chaque situation d'utilisation, c'est-à-dire même pour des températures élevées de la pièce à tester L'alimentation du système de refroidissement a lieu, de façon très simple, par de l'air comprimé, qui peut être amené à travers le boîtier et évacué à travers le support du système de bobinage transducteur La réalisation du système magnétique en au moins deux aimants permanents, dont les surface polaires de même polarité sont proches l'une de l'autre, est possible sans problème, lors de la réalisation dans son ensemble du transducteur à ultrasons. La possibilité d'échanger le corps du concentrateur selon la géométrie du bobinage utilisée permet une adaptation opti- male du système magnétique à la géométrie du bobinage et, ainsi, une génération optimale d'ultrasons selon le type de fonctionnement Un autre avantage consiste en la réalisation du couvercle qui contient, de façon intégrée, aussi bien le raccord de fluide de refroidissement que les conduits de fluide de refroidissement reliés aux canaux de fluide de refroidissement restants Grâce à cela, on obtient, en totalité, une construction quasiment modulaire, de sorte que, après le montage du transducteur à ultrasons dans son ensemble, les canaux ou conduits de fluide de refroidisse- ment peuvent être reliés les uns aux autres de façon étan- che, sans que d'autres canaux ou conduits de fluide de refroidissement doivent être prévus dans le boîtier Cela signifie que tous les canaux de fluide de refroidissement sont intégrés dans les parties individuelles, comme le boîtier, les plaques de retour magnétique et le support du bobinage, de sorte que, après le montage du transducteur à ultrasons, on obtient une liaison continuellement étanche au fluide refroidissement entre tous le canaux de refroidisse- ment, ainsi qu'avec le raccord de fluide de refroidissement. L'avantage d'une autre réalisation de l'invention, dans laquelle l'électronique intégrée est disposée par étages et dans laquelle au moins l'étage de l'électronique le plus proche du couvercle est relié mécaniquement au couvercle lui-même, est fondé sur des raisons de maintenance Dans ce cas, l'électronique peut être révisée lors d'une panne, en ce que, simplement, le couvercle est dévissé et, après soulèvement du couvercle, l'étage le plus supérieur de l'électronique est soulevé avec lui et tous les éléments électroniques sont accessibles pour la réparation Dans une autre réalisation avantageuse de l'invention, les bords longitudinaux, proches de la pièce, du transducteur à ultrasons sont chanfreinés dans la zone des plaques de retour magnétique et du support du bobinage, ce qui présente l'avantage que le transducteur à ultrasons, dans le cas ou il "adhère" à une pièce en raison des forces magnétiques élevées, peut être libéré facilement de la pièce par soulè- vement grâce au chanfrein. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre le boîtier du transducteur électrodyna- mique à ultrasons. La figure 2 est une coupe du boîtier présentant un système de bobinage rond. La figure 3 est une coupe du boîtier présentant un système de bobinage linéaire. La figure 4 montre l'intégration de l'électronique. La figure 5 montre l'intégration des canaux de refroidisse- ment. La figure 1 montre la forme externe du boîtier 2 qui, en coupe parallèle à la surface de la pièce à tester, présente une section transversale rectangulaire Les plaques de retour magnétique 3, 3 ' sont formées et montées dans des évidements 7, 7 ', conformés de façon correspondante, du boîtier 2, de sorte que l'on obtient une surface fermée vers l'extérieur du transducteur à ultrasons Lors de l'utilisa- tion du transducteur à ultrasons dans une installation de test complexe, cela s'est révélé toujours avantageux lors du montage De même, le support 4 du bobinage transducteur est réalisé de sorte qu'il est agencé de façon étanche entre les plaques 3, 3 ' dans l'ouverture 8 du boîtier 2 et, ainsi, conserve de même la surface fermée du boîtier 2 du transducteur Le couvercle 1 est muni d'une ouverture 5 pour la réception d'un raccord électrique Le raccord de fluide de refroidissement 6 est de même agencé sur le couvercle 1. La figure 2 est une coupe partielle du boîtier 2 du trans- ducteur à ultrasons, sur laquelle on voit également la répartition interne Dans la partie supérieure du boîtier, se trouve un évidement 19 dans lequel peut être agencée l'électronique 20 Le boîtier lui-même est réalisé en une matière non magnétique mais électriquement conductrice, grâce à quoi on obtient toujours une bonne protection contre de forts champs existant extérieurement lors du test les plaques de retour magnétique 3, 3 ', ainsi que les aimants 5 12, 12 ', et le corps du concentrateur 13, forment un circuit magnétique fermé, pour lequel, après mise en place du transducteur à ultrasons sur la surface de la pièce, les lignes de champ magnétique sortent du corps du concentrateur 13 en direction des bobinages 18, pénètrent dans la pièce et reviennent à l'aimant par l'intermédiaire des plaques de retour magnétique 3, 3 '. La figure 3 montre l'utilisation du transducteur électrody- namique à ultrasons comportant un bobinage 18, lequel est conçu sous forme d'un système linéaire Dans ce cas, le corps du concentrateur 13 présente une réalisation particu- lière, en ce qu'il est aminci coniquement vers le système de bobinage au niveau de la sortie des lignes de champ magné- tique Les plaques de retour magnétique 3, 3 ' sont de plus démontables, de sorte qu'un accès au système magnétique est possible, grâce à quoi soit seulement le corps du concen- trateur 13, ou le corps du concentrateur avec les aimants 12, 12 ', est interchangeable Le support du bobinage 4 présente en totalité des dimensions telles que les diffé- rents systèmes transducteurs peuvent y trouver place, sans25 modifier les dimensions externes du support du bobinage Le transducteur à ultrasons possède ainsi, après transforma- tion, à nouveau les mêmes dimensions externes du boîtier qu'avant transformation. La figure 4 montre, de façon détaillée, la possibilité de montage d'une électronique d'amplification de signal 20, qui est agencée à l'intérieur du boîtier 2 du transducteur à ultrasons Ainsi, on peut effectuer un traitement préalable du signal, de sorte que le signal traité peut être transmis, sans erreur de transmission, sur de longues distances à une électronique de commande centrale Grâce à la réalisation du boîtier en une matière non magnétique mais électriquement conductrice, on obtient de même une bonne protection sans que des éléments de blindage supplémentaires, par exemple 5 une cage ou analogue, soient nécessaires La construction par étages de l'électronique 20 peut être réalisée grâce à des liaisons électriques par enfichage pour le contact électrique d'un étage à l'autre La liaison mécanique de l'étage le plus proche du couvercle 1, au couvercle lui-même rend cet agencement favorable à la maintenance, du fait que, après enlèvement du couvercle, tous les ensembles électro- niques sont immédiatement désolidarisés et ainsi accessi- bles. La figure 5 montre l'agencement de canaux de refroidissement 9 qui, en totalité, permettent la réalisation d'une élec- tronique intégrée 20 même dans la plage d'utilisation à températures élevées La coupe de la figure 5 du transducteur à ultrasons est telle que les canaux de refroidissement, réalisés en tant que perçages ou conduits20 intégrés sont ouverts Les canaux de refroidissement 9 s'étendent dans la zone de l'enveloppe du boîtier et entourent aussi bien la partie du boîtier qui porte l'électronique 20 que la partie du boîtier qui reçoit le système magnétique 12, 12 ', 13 et le système de bobinage 18.25 De plus, les plaques de retour magnétique ainsi que les aimants et le système de bobinage 18 sont entourés de fluide de refroidissement Les canaux de refroidissement 9 s'étendent le long des aimants 12, 12 ' et à travers le support du bobinage 4, et sont reliés à l'atmosphère dans la30 zone du bobinage 18, à travers le support 4 De plus, les canaux de refroidissement 9 sont réalisés de façon avantageuse de sorte qu'ils sont intégrés dans les segments individuels, c'est-à-dire le boîtier 2, les plaques 3, 3 ' et le support 4, de façon que, d'une part, aucun conduit35 supplémentaire ne doit être prévu et que, d'autre part, le montage modulaire ou segmenté du boîtier demeure inchangé Les canaux de refroidissement sont de plus formés par des perçages ou par des évidements dans le boîtier et dans les plaques de retour magnétique et le support du bobinage Ceux-ci sont reliés les uns aux autres, dans l'état monté, de façon étanche au fluide de refroidissement. Le raccord de fluide de refroidissement 6 est relié, par l'intermédiaire de canaux 9 ' intégrés dans le couvercle 1, dans l'état monté du transducteur à ultrasons, aux canaux de refroidissement restants 9. En résumé, le transducteur électrodynamique à ultrasons proposé selon l'invention peut être utilisé de façon uni- verselle et est approprié aussi bien pour tester des pièces chaudes que pour être utilisé dans des installations de test, dans lesquelles une grande distance existe entre le15 transducteur à ultrasons respectif et l'électronique de commande centrale. REVENDICATIONS 1 Transducteur électrodynamique à ultrasons, comportant un boîtier, destiné à être disposé de façon adjacente à la surface d'une pièce à tester, et présentant un système magnétique qui y est agencé à proximité de la surface de la pièce à tester, et un système de bobinage transducteur, agencé entre le système magnétique et la surface de la pièce à tester, caractérisé en ce que le boîtier ( 2) est réalisé en une matière non magnétique électriquement conductrice, et l'enveloppe du boîtier présente, dans la zone du système magnétique ( 12,12 ',13) qui y est agencé, des évidements ( 7,7 '), à l'intérieur desquels des plaques de retour magné- tique ( 3,3 '), réalisées en une matière magnétique, sont agencées, de façon démontable, pour garantir un retour magnétique entre la surface de la pièce et le système magnétique. 2 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier ( 2), relativement à une coupe parallèle à la surface de la pièce à tester, présente une section transversale rectangulaire. 3 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon la revendication 2, caractérisé en ce que les évidements ( 7,7 '), ainsi que les plaques de retour magnétique ( 3,3 ') qui y sont agencées, sont agencés sur les petits côtés de la section transversale rectangulaire du boîtier. 4 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon la revendication 3, caractérisé en ce que le boîtier ( 2) est muni d'une ouver- ture ( 8) du côté de la surface de la pièce, ouverture qui i s'étend entre les plaques de retour magnétique ( 3,3 '), et à l'intérieur de laquelle est agencé un support de bobinage transducteur ( 4) interchangeable et réalisé en une matière non magnétique. 5 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une électronique d'amplification du signal ( 20) est agencée, de façon intégrée, à l'intérieur du boîtier ( 2) dans la zone de la moitié du boîtier éloignée de la surface de la pièce à tester. 6 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon la revendication 5, caractérisé en ce que, à l'intérieur du boîtier ( 2), la zone d'enveloppe est munie de canaux de refroidissement ( 9), qui traversent aussi bien la partie du boîtier recevant l'élec- tronique ( 20) que la partie du boîtier portant le système magnétique ( 12,12 ',13). 7 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon la revendication 6, caractérisé en ce que les canaux de refroidissement ( 9) peuvent être alimentés en air comprimé à travers le boîtier ( 2) via un raccordement ( 6) et peuvent être reliés à l'at- mosphère par l'intermédiaire d'au moins une ouverture ( 11), du côté de la pièce, dans le support de bobinage trans- ducteur ( 4). 8 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système magnétique ( 12,12 ',13) est constitué par au moins deux aimants permanents ( 12,12 '), dont les faces polaires de même polarité sont proches l'une de l'autre, et par un corps du concentrateur ( 13) agencé entre eux. 9 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon la revendication 8, caractérisé en ce que le corps du concentrateur ( 13) est interchangeable pour s'adapter à la géométrie respectivement utilisée du bobinage. Transducteur électrodynamique à ultrasons selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier ( 2), sur le côté opposé à la surface de la pièce, peut être fermé par un couvercle ( 1), dans lequel sont agencés, de façon intégrée, des canaux ( 9 '), qui forment une liaison étanche au fluide de refroi- dissement entre le raccord de fluide de refroidissement ( 6) et les canaux de fluide de refroidissement restants ( 9). 11 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électronique d'amplification du signal ( 20) est agencée par étages dans le boîtier ( 2), de sorte qu'au moins l'étage de l'électronique ( 20) le plus proche du couvercle est relié mécaniquement au couvercle ( 1) et que les étages individuels de l'électronique ( 20) peuvent être mis en contact l'un avec l'autre électriquement par l'intermédiaire de liaisons à enfichage. 12 Transducteur électrodynamique à ultrasons selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques de retour magnétique ( 3,3 '), ainsi que le support du bobinage ( 4), sont réalisés en étant chanfreinés le long des côtés longitudinaux de la section transversale rectangulaire.