Brevet FR2683314A1 — publié le 19930507

Dispositif de contrôle de tubes. DESCRIPTION La présente invention est relative à un dispositif de contrôle de tubes, notamment de contrôle de faisceaux de tubes de générateur de vapeur, notamment de centrales thermiques. Le domaine technique de l'invention est celui des dispositifs de contrôle non destructifs de tubes. On connaît déjà différents dispositifs de contrôle de défauts éventuels de tubes par exemple de tubes de générateur de vapeur, lesquels dispositifs de contrôle comportent une sonde telle qu'une sonde à courant de FOUCAULT ou à ultrasons montée sur un porte sonde que l'on introduit et que l'on déplace dans le tube à contrôler en lui donnant un mouvement de translation et/ou de rotation à l'intérieur du tube selon l'axe longitudinal de celui-ci. La demande de brevet FR 2 524 133 (FRAMATOME) est relative à un dispositif de contrôle dans laquelle le porte sonde comporte une douille de guidage munie d'ouvertures renfermant une bille saillante à l'extérieur de la douille, lesquelles billes peuvent rouler sur la surface intérieure du tube. La demande de brevet FR 2 526 532 (INTERCONTROLE) est relative à un appareil de contrôle particulièrement adapté au contrôle de tubes dudgeonnés sur la plaque tubulaire d'un échangeur de chaleur, l'appareil comportant un porte sonde articulé permettant d'engager et de dégager la sonde et le porte sonde dans un espace restreint. La demande de brevet FR 2 562 670 (UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY) est relative à un appareil de contrôle par ultrasons et un procédé de traitement des signaux issus des sondes ultrasonores. La demande de brevet FR 2 623 626 (ELECTRICITE DE FRANCE) est relative à un dispositif de contrôle non destructif de tubes par ultrasons qui comporte au moins deux transducteurs ultrasonores, ce dispositif étant destiné à détecter les défauts longitudinaux par rapport à l'axe du tube ainsi que les défauts ayant un développement circonférentiel. La demande de brevet FR 2 631 731 (WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION) est relative à un dispositif d'entraînement de support de sondes selon un mouvement linéaire ou hélicoïdal à pas variable qui est destiné à permettre de déplacer la sonde avec précision sans glisser ou patiner à l'intérieur du tube. La demande de brevet FR 2 632 611 (BARRAS PROVENCE) décrit un dispositif de contrôle de tubes qui comporte un lecteur de marques qui peuvent tre constitués par des anneaux perpendiculaires aux génératrices du tube qui sont espacés régulièrement suivant un pas constant. La demande de brevet FR 2 635 189 (FRAMATOME) décrit un autre système de contrôle non destructif comportant un conduit souple, une gaine située à l'intérieur du conduit, un flexible rotatif à l'intérieur de la gaine entraînant en rotation un support de sondes. Dans le cas notamment de dispositif de contrôle par ultrasons, il est nécessaire de synchroniser les émissions (parfois appelées tirs) d'ultrasons et la position, notamment la position angulaire, de la sonde, afin de connaître avec précision la position du défaut et sa longueur ; dans la plupart des dispositifs connus de contrôle de tubes, les tirs ultrasons sont synchronisés sur une base de temps régulière, la vitesse de déplacement de la sonde (en translation et/ou en rotation) étant supposée constante ; dans d'autres dispositifs connus sont prévus des moyens de contrôle de rotation externes à 1'appareil à contrôler (comme par exemple dans la demande FR 2 526 532), ce qui ne permet pas de tenir compte d'irrégularités dans les déplacements, lesquelles irrégularités sont dues aux moyens de transmission de mouvements entre les moyens d'entraînement externes au tube et/ou à l'appareil, et la sonde ou le porte sonde. Le problème posé consiste donc à procurer un dispositif de contrôle de tubes à l'aide d'une sonde montée sur un porte sonde susceptible de se déplacer dans le tube, qui permette de connaître avec précision et à tout instant la position de la sonde et plus particulièrement la position angulaire de la sonde. Le problème posé consiste également à procurer un dispositif de contrôle de tubes permettant d'associer de façon précise l'identification d'un défaut détecté par la sonde à une position dans le tube particulièrement à une position angulaire ou une position sur l'hélice parcourue par la sonde ; le problème posé consiste également à permettre de dimensionner circulairement (ou circonférentiellement) les défauts détectés par les sondes. La solution au problème posé consiste à procurer un dispositif de contrôle de tubes, par exemple remplis d'eau, à l'aide d'au moins une sonde, par exemple une sonde à courant de FOUCAULT ou à ultrasons ou une sonde vidéo, montée sur un porte sonde susceptible de se déplacer dans ledit tube, selon un mouvement de translation et/ou de rotation selon 1'axe longitudinal (XX1) dudit tube, par exemple selon un mouvement combiné ou hélicoïdal, grâce à des moyens d'entraînement dudit porte-sonde, tel qu'il comporte une tte montée libre en rotation par rapport audit axe XX1, à l'extrémité dudit porte sonde, laquelle tte est munie de moyens d'anti-rotation par rapport audit tube de sorte que ladite tte reste sensiblement parallèle à ellemme lors desdits mouvements dudit porte sonde dans ledit tube, et tel qu'il comporte des moyens de mesure de la rotation relative de ladite tte par rapport audit porte sonde. Avantageusement, ledit dispositif comporte des premiers moyens, mobiles, de traitement de signaux issus desdits moyens de mesure, lesquels premiers moyens de traitement de signaux sont situés sur, ou dans, ledit porte sonde. Avantageusement, lesdits moyens de mesure de rotation comportent au moins un codeur optique. Avantageusement, ledit codeur optique est muni d'un arbre lié rigidement à ladite tte. Avantageusement, ledit codeur optique est un codeur incrémental muni d'au moins deux voies, et lesdits premiers moyens de traitement de signaux comportent des moyens de mise en forme de signaux issus dudit codeur et comportent un premier additionneur (par exemple une porte NAND) desdits signaux mis en forme. Avantageusement, ledit dispositif comporte des deuxièmes moyens, externes, de traitement de signaux qui comportent des moyens de multiplication de fréquence desdits signaux et de préférence qui comportent des moyens de détection de front, et qui comportent un deuxième additionneur, par exemple une porte OU. Avantageusement, lesdits moyens de mesure de rotation ont une résolution de l'ordre de un centième de tour et le dispositif comporte des moyens électroniques de multiplication de ladite résolution par un facteur de l'ordre de 4. Avantageusement, lesdits moyens anti rotation comportent au moins une brosse, par exemple sensiblement annulaire, dont les poils prennent appui (frottent) sur la paroi intérieure dudit tube. Avantageusement, lesdits poils s'étendent selon des directions inclinées par rapport à des rayons dudit corps annulaire de ladite brosse. Les dispositifs de contrôle de tubes selon l'invention procurent de nombreux avantages. En utilisant des moyens de mesure de rotation miniature, et en intégrant des moyens de traitement des signaux issus de ces moyens de mesure dans ledit porte sonde, il est possible d'une part de mesurer très précisément la position angulaire de la sonde et du porte sonde et de déclencher les tirs d'ultrasons, dans le cas d'une sonde à ultrasons, à des intervalles angulaires de valeur prédéterminée. Grâce auxdits premiers moyens de traitement intégrés dans ledit porte sonde, les signaux représentatifs de la mesure de rotation qui sont délivrés à un appareil externe de contrôle du dispositif peuvent tre des signaux de relativement grande amplitude, de préférence d'amplitude calibrée et sont de préférence des signaux codés donc peu sensibles aux parasites habituellement fréquents (rayonnements électromagnétiques notamment). Par ailleurs, les dispositifs mécaniques ajoutés aux ttes de sonde selon l'invention sont d'une conception très simple et sont donc très faciles à réaliser à moindre coût. Avantageusement, dans le cas d'utilisation d'un codeur optique et notamment d'un codeur optique incrémental, lesdits premiers moyens de traitement sont très simples et peuvent délivrer à relativement haute fréquence des informations relatives à la position angulaire dudit porte sonde et ceci avec une fréquence compatible avec la fréquence de tir nécessaire afin d'obtenir une bonne résolution dans le contrôle des défauts, en synchronisant le déclenchement de ces tirs sur les impulsions délivrées par le codeur angulaire (délivrés par exemple avec une résolution de l'ordre de 360 impulsions par tour de rotation de porte sonde dans ledit tube). Par ailleurs, dans le cas d'utilisation dudit codeur optique et desdits moyens électroniques de traitement de signaux selon l'invention, on peut obtenir avec une vitesse de rotation desdits porte sonde dans lesdits tubes de l'ordre de 300 tours par minute correspondant à une fréquence de rotation de 5 Hertz, une fréquence moyenne de sortie des impulsions correspondant à la mesure de rotation de l'ordre de 1800 Hertz, correspondant à une période de 0,2 millisecondes, ce qui permet dans ce laps de temps de déclencher lesdits tirs d'ultrasons. Les nombreux avantages procurés par l'invention, sont mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif, des modes particuliers de réalisation de dispositif selon l'invention. La figure 1 illustre en coupe longitudinale partielle l'extrémité supérieure d'un porte sonde équipé d'une tte et des premiers moyens de traitement de signaux selon l'invention, à l'intérieur d'un tube à contrôler. La figure 2 illustre schématiquement des moyens électroniques de traitement de signaux d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 3 illustre schématiquement le chronogramme des signaux d'un dispositif selon la figure 2, dans le cas d'une rotation à vitesse constante dudit porte sonde dans ledit tube. Les figures 4a et 4b illustrent deux variantes de réalisation desdits moyens antirotation, en coupe dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal dudit tube. Par référence à la figure 1, on voit que selon l'invention, l'extrémité supérieure (à droite sur la figure 1) dudit porte sonde 1 (partiellement représenté) est prolongée par une tte 13 munie de moyens empchant la rotation de ladite tte par rapport au tube 2, lesquels moyens comportent dans ce mode de réalisation une brosse 17 comportant une partie en forme de bride annulaire munie à sa périphérie de poils 21 dont les extrémités frottent sur la face interne 2a dudit tube. Ladite tte est munie à son extrémité supérieure (à droite sur la figure 1) d'un nez 18 de forme générale conique facilitant l'introduction de ladite tte et dudit porte sonde dans ledit tube. On voit qu'à l'intérieur dudit porte sonde 1 est prévu un codeur angulaire 4 dont la partie statorique (ou boîtier) peut tre avantageusement maintenue immobile dans ledit porte sonde par l'intermédiaire d'une bride 14, les signaux délivrés par ledit codeur 4 étant transmis auxdits premiers moyens de traitement 11 de signaux. Ledit codeur angulaire 4 est muni d'un arbre 15 qui est emmanché dans un alésage prévu à l'intérieur d'un arbre 16 constituant la majeure partie de ladite tte 13. Ladite tte 13 est montée pivotante par rapport audit support de sonde 1 grâce à des roulements à billes 19 par exemple, des moyens d'étanchéité 20 tel qu'un joint torique par exemple étant prévu entre ledit support de sonde et une paroi cylindrique externe dudit arbre 16, afin de permettre le fonctionnement du dispositif lorsque ledit tube est rempli d'eau ; avantageusement, ledit nez 18 peut tre maintenu sur ledit arbre 16 par l'intermédiaire d'une vis 24, ledit nez pouvant ainsi bloquer ladite brosse 17 sensiblement annulaire. On voit que ledit porte sonde 1, ledit arbre 15 dudit codeur optique 4, ledit arbre 16 de ladite tte 13 et ladite brosse 17 sensiblement annulaire s'étendent généralement selon ledit axe longitudinal XX1 dudit tube 2. Avantageusement, ledit codeur est un codeur optique incrémental fonctionnant par rotation d'un disque en verre (ou matériau semi transparent équivalent) muni de repères opaques (obtenus par photogravure par exemple) régulièrement espacé, lequel disque tourne conjointement avec ledit arbre 15 dudit codeur optique, lequel arbre 15 est lié en rotation avec ledit arbre 16 de ladite tte 13 ; ledit codeur optique peut par exemple tre un codeur à deux voies A et B (par référence aux figures 2 et 3) par exemple décalées d'un quart de tour (de 90 ). Avantageusement, lesdits roulements 19 formant palier peuvent reprendre les efforts axiaux et transversaux de guidage de ladite sonde lors de ses déplacements dans lesdits tubes ; les moyens ou fils 7 de liaison entre ledit codeur optique et les moyens de traitement placés à l'extérieur de l'appareil à contrôler, utilisent des dispositifs de type connu utilisés pour les transmissions d'information des sondes à ultrasons, tels que collecteur tournant ou flexible d'entraînement de la sonde. Il faut noter que dans le mode particulier de réalisation de l'invention représenté à la figure 1, ladite brosse 17 joue non seulement le rôle habituel de centrage dudit porte sonde et de ladite tte dans lesdits tubes, lequel rôle est déjà connu de l'homme de l'art mais joue dans le cas particulier de l'invention le rôle primordial de moyens antirotation de ladite tte dans ledit tube lors de mouvements de rotation dudit porte sonde dans lesdits tubes, de sorte que la rotation relative entre ledit porte sonde et ladite tte peut tre mesurée par ledit codeur optique et peut permettre de déclencher lesdits tirs à ultrasons à des intervalles angulaires de valeurs prédéterminées et sensiblement constants ; ainsi dans un mode particulier de réalisation, les séries d'impulsions obtenues grâce audit capteur de rotation servent de base de temps pour le déclenchement des tirs à ultrasons, chaque tir à ultrason correspondant à un incrément angulaire précis de ladite sonde, indépendamment de la valeur effective de la vitesse de rotation dudit porte sonde et de sa régularité. Comme illustré à la figure 4a, dans un premier mode de réalisation de ladite brosse comportant un corps annulaire 17 à l'extérieur duquel s'étendent lesdits poils 21, dans le cas où par exemple ledit tube 2 a un diamètre R1 de 1'ordre de 20 mm, lesdits poils 21 s'étendent sensiblement selon des rayons R dudit tube d'axe longitudinal XX1 ; dans un mode particulier de réalisation, lesdits poils 21 ont un diamètre de l'ordre de 1 à 2 10-4m et peuvent tre réalisés en fil de nylon, de sorte que ladite brosse est à un diamètre externe mesuré par rapport aux extrémités desdits poils, dépassant de lmm environ le diamètre interne dudit tube. Par référence à la figure 4b on voit que dans un autre mode de réalisation de ladite brosse 17, lesdits poils 21 peuvent s'étendre généralement selon des directions D faisant des angles AA avec des rayons R de ladite brosse de forme générale annulaire 17 ; de la sorte l'effet anti-rotation de ladite brosse par frottement desdits poils sur la face interne dudit tube 2 d'axe XX1 peut tre renforcée. Par référence à la figure 2, lesdits premiers moyens de traitement 11 comportent des moyens d'amplification qui permettent une transmission différentielle en courant des signaux issus dudit codeur, de sorte que les signaux transmis aux moyens extérieurs de contrôle sont relativement insensibles aux parasites environnants. Par référence à la figure 2 on voit que conformémentà l'invention, ledit porte sonde 1 comporte ledit codeur 4 qui peut tre muni de deux voies repérées A et B, chaque voie désignant un couple comportant une photodiode 22 ou diode électroluminescente (LED) et un phototransistor 23 associé à ladite diode, ladite diode et ledit phototransistor étant situés de part et d'autre des faces dudit disque gravé dudit codeur optique. Les signaux issus desdits phototransistors (qui peuvent tre alimentés par une source de tension commune avec lesdites photodiodes par des moyens extérieurs +/-, des moyens de liaison 7 et un collecteur tournant 30) sont délivrés à des moyens de mise en forme 3 qui engendrent des signaux de forme générale carrée ou rectangulaire à partir de signaux sensiblement sinusoïdaux délivrés par lesdits phototransistors dans le cas d'une rotation sensiblement à vitesse constante dudit porte sonde. Les signaux issus des deux voies et mis en forme par lesdits moyens 3 de mise en forme font l'objet d'une"addition exclusive"par un premier moyen additionneur 5 tel qu'une porte NAND, le signal S3 obtenu en sortie de ladite prote NAND 5 étant délivré un amplificateur de ligne 6 qui permet de générer des signaux de haut niveau sur deux fils, lesquels signaux transitent par ledit collecteur tournant et lesdits moyens de liaison 7, lesquels signaux peuvent tre traités ensuite par des moyens 12 externes à l'appareil, l'ensemble desdits moyens 3, dudit additionneur 5 et dudit préamplificateur 6 d'émission constituant lesdits premiers moyens 11 (moyens internes ou mobiles) de traitement des signaux issus dudit codeur. On voit que lesdits moyens 12 externes de traitement de signaux comportent avantageusement un amplificateur 8 de réception délivrant des signaux S'3 qui sont délivrés à deux moyens 9 de détection de front, un moyen 91 de détection de front descendant et un moyen 92 de détection de front montant, lesquels moyens 91 et 92 peuvent tre réalisés par des bascules et délivrent respectivement des signaux S31 et S32 qui peuvent tre additionnés par une porte OU 10 afin d'obtenir un signal S4 de fréquence sensiblement quadruple de la fréquence des signaux SA1 et SB1 issus dudit codeur (ainsi que de la fréquence des signaux SA2 et SB2, issus desdits moyens de mise en forme 3). A la figure 3 on a illustré un chronogramme simplifié des signaux transitant dans lesdits moyens de traitement de la figure 2 dans le cas où les signaux SA1 et SB1 issus dudit codeur optique sont déphasés d'un intervalle de temps T4 correspondant sensiblement au quart de la période T1 (déphasage à 90 entre les voies A et B) desdits signaux SA1, SB1 lesquels signaux SA1, SB1 sont sensiblement sinusoïdaux dans le cas d'une rotation à vitesse constante dudit porte sonde. On voit que les signaux rectangulaires SA2 et SB2 obtenus respectivement par traitement desdits signaux SA1, SB1 grâce auxdits moyens 3 de la figure 2 sont également de période T1 et permettent par une Opération"ou exclusif"l'obtention d'un signal S3 de période T2 dont la valeur est égale à la moitié de ladite période Tl (de fréquence double). Ledit signal S3 amplifié est transmis à l'extérieur de l'appareil à contrôler, où il est à nouveau amplifié par ledit amplificateur (repère 8 de la figure 2) pour constituer un signal S'3 qui peut grâce auxdits moyens 9 de détection de front (tels que des bascules) générer des signaux S31 et S32 de période T2 et décalés d'une demi période T2, de sorte que le signal S4 obtenu par la somme desdits signaux S31 et S32 est de période T3 égale à la moitié de ladite période T2 et donc de fréquence sensiblement également à quatre fois la fréquence des signaux issus dudit codeur optique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de tubes (2) à l'aide d'au moins une sonde montée sur un porte sonde (1) susceptible de se déplacer dans ledit tube caractérisé en ce qu'il comporte une tte (13) montée libre en rotation à l'extrémité dudit porte sonde, laquelle tte est munie de moyens d'anti-rotation par rapport audit tube et en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la rotation relative de ladite tte par rapport audit porte sonde. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens (11) de traitement de signaux issus desdits moyens de mesure, lesquels premiers moyens de traitement de signaux sont situés sur ledit porte sonde. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de rotation comportent au moins un codeur optique. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit codeur optique est muni d'un arbre (15) lié rigidement à ladite tte. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 4 caractérisé en ce que ledit codeur optique est un codeur incrémental muni d'au moins deux voies (A, B) et en ce que lesdits premiers moyens (11) de traitement de signaux comportent des moyens (3) de mise en forme de signaux (SA1, SB1) issus dudit codeur et comporte un premier additionneur (5) de signaux (SA2, SB2) mis en forme. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte des deuxièmes moyens (12) de traitement de signaux (S'3) qui comportent des moyens de multiplication de fréquence desdits signaux (S'3) et de préférence qui comportent des moyens (91, 92) de détection de front, et qui comportent un deuxième additionneur (10). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de rotation ont une résolution de l'ordre de un centième de tour, et le dispositif comporte des moyens électroniques de multiplication de ladite résolution par un facteur de l'ordre de 4. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que lesdits moyens anti rotation comportent au moins une brosse (17) dont les poils (21) prennent appui sur la paroi intérieure (2a) dudit tube. 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que lesdits poils s'étendent selon des directions (D) inclinées par rapport à des rayons (R) dudit corps annulaire de ladite brosse (17).