Brevet FR2677125A1 — publié le 19921204

APPAREIL ET PROCEDE DE DETECTION DE DEFAUTS SUR PIECES METALLIQUES L'invention concerne le test non destructif des pièces métalliques, notamment celles sortant de fonderie et, plus particulièrement un appareil et un procédé de détection des défauts sur lesdites pièces par courants de Foucault. Le principe du test non destructif d'une pièce métallique par courants de Foucault est bien connu. Il consiste à faire circuler des courants dans la pièce métallique à tester par induction à partir d'une bobine adjacente qui est alimentée par un signal alternatif fourni par un oscillateur de fréquence F. Les courants induits dans la pièce métallique sont de même fréquence F et engendrent en retour des champs magnétiques dans la bobine qui y induisent des tensions. Les tensions qui sont induites dans la bobine ont un angle de phase et une amplitude qui dépendent de la pièce à tester Ces tensions induites sont mesurées à l'aide d'un appareil électronique approprié qui mesure soit la variation de tension, soit la variation de l'impédance équivalente de la bobine. Avec les procédés habituels de tests qui consistent à balayer la pièce métallique à l'aide de la bobine, la détection rapide de défauts de petites dimensions ou criques est difficile car, d'une part, une trop grande proximité de la bobine et de la pièce métallique risque de détériorer ou au moins d'user rapidement la bobine et, d'autre part, un éloignement trop important diminue la sensibilité de la détection. En outre, les imprécisions des pièces brutes de fonderie provoquent des variations de distance entre la pièce métallique et la bobine qui perturbent les résultats de la mesure. Un but de la présente invention est donc de réaliser un appareil de détection de criques sur pièces métalliques qui permet la détection rapide et précise des criques. Un autre but de la présente invention est aussi un appareil de détection de criques sur pièces métalliques dans lequel la détection des criques est indépendante de la distance entre les pièces métalliques et la bobine dans la gamme des distances habituelles. Pour atteindre ces buts, l'invention propose de mesurer une variation de fréquence entre les signaux d'alimentation de la bobine et les signaux induits par les courants de Foucault. Comme cette première mesure dépend de l'écartement entre la pièce métallique et la bobine, l'invention propose de mesurer cet écartement et d'utiliser cette deuxième mesure pour modifier la première mesure. L'invention concerne un appareil de détection de défauts sur une pièce métallique du type à courants de Foucault dans lequel une bobine dtinduction est alimentée par des signaux de fréquence F1 fournis par un oscillateur, caractérisé en ce qu'il comprend - des premiers moyens pour mesurer la fréquence (F1) et l'amplitude (Al) des signaux de l'oscillateur, - des deuxièmes moyens pour mesurer la distance d entre ladite bobine et la pièce métallique, - des troisièmes moyens pour calculer les écarts de fréquence et d'amplitude des signaux de l'oscillateur dus aux courants de Foucault en s'affranchissant de la variation de la distance d et les comparer à des écarts de fréquence et d'amplitude pour une pièce métallique de référence de manière à déterminer la présence d'un défaut lorsque la comparaison indique une différence des écarts supérieure à un certain seuil. L'invention concerne également un procédé de détection de défauts sur une pièce métallique à l'aide de l'appareil décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes (al) étalonnage pour relever la courbe de variation EF1 de la fréquence Fl et de variation de la fréquence F2 en fonction de la distance (d) entre la bobine d'induction et la pièce métallique de référence, (a2) calcul de EF1/F1 et Al en fonction de la fréquence F2, (a3) mesure, pour chaque point xi, yi de la pièce métallique de référence, de EF1/F1, Al et F2, (a4) calcul pour chaque point xi, yi des différences Dl=SFl/Fl (mesurée) -SFl/Fl (corrigée avec F2 mesurée) D2=Al(mesurée)-Al(corrigée avec F2 mesurée) (a5) mise en place de la pièce métallique à tester, (a6) mesure, pour chaque point xi, yi, de SF'1/F'1, A'1 et F'2, (a7) calcul (pour chaque point xi, yi) des différences D'1=#F'1/F'1(mesurée)-#F'1/F'1(corrigée avec F'2 mesurée), D'2=A'l(mesuree)-A'l(corrigée avec F'2 mesurée) (a8) calcul pour chaque point xi, yi des différences, (D1-D'1) et (D2-D'2), (a9) élaboration d'un signal de défaut lorsque les différences (D1-D'1) et (D2-D'2) pour un point xi, yi dépassent un seuil déterminé. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'exemples particuliers de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un appareil de détection des défauts sur des pièces métalliques selon l'invention, - la figure 2 est un schéma électronique de réalisation d'un oscillateur, notamment de l'oscillateur 13 de la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus de l'élément 16 de la figure 1 concourant à mesurer la distance entre la bobine 11 et la pièce métallique 15, - la figure 4 est un schéma analogue à celui de la figure 1 mais montrant un autre moyen de mesure de la distance entre la bobine 11 et la pièce métallique à tester, et - la figure 5 montre deux courbes résultant de mesures de fréquence et d'amplitude qui permettent de faire apparaître des défauts. L'appareil de détection 10 de défaut tels que la crique 35 sur une pièce métallique 15 comprend un premier dispositif 30 pour mesurer la fréquence F1 et l'amplitude A1 des signaux induits dans une bobine de détection 10 par la pièce métallique 15, un deuxième dispositif 31 pour mesurer la distance d entre la bobine de détection 10 et la pièce métallique 15, et un calculateur 22 pour déterminer, en fonction des mesures de F1, A1 et d, la présence ou l'absence de défauts sur la pièce métallique 15. Le dispositif 30 comprend une bobine 11 qui est placée en regard de l'une des faces de la pièce 15 à tester. Cette bobine a deux bornes B1 et B2 qui sont connectées, l'une B1 à une borne de sortie S1 d'un oscillateur 13 de fréquence F1 par l'intermédiaire d'un condensateur 12 et l'autre B2 à une borne de sortie S2 par l'intermédiaire d'un circuit comprenant la résistance 14 et le condensateur 32 en parallèle. Une troisième borne de sortie S3 de l'oscillateur 13 est connectée à la borne d'entrée d'un fréquencemètre 19 qui mesure la valeur F1 de la fréquence instantanée de l'oscillateur 13. La borne de sortie du fréquencemètre 19 est connectée à un calculateur 22. La borne B2 de la bobine 11 et la borne S2 de l'oscillateur 13 sont connectées à un convertisseur analogique-numérique 20 qui fournit un code numérique représentatif de l'amplitude Al du signal apparaissant aux bornes de la résistance 14. Le dispositif 31 comprend une plaque métallique 16 qui est placée entre la bobine 11 et la pièce métallique 15 et qui est solidaire de la bobine. Un point C de cette plaque métallique 16 est connecté à une première borne de sortie S'1 d'un oscillateur 18, similaire à l'oscillateur 13, dont une deuxième borne de sortie S'2 est connectée au point C par un self 17. Une troisième borne de sortie S'3 de l'oscillateur 13 est connectée à un fréquencemètre 21 qui mesure la fréquence F2 d'oscillation par exemple sous la forme d'un code numérique. La borne de sortie du fréquencemètre 21 est connectée au calculateur 22. Les oscillateurs 13 et 18 oscillent à des fréquences très différentes, par exemple à une fréquence Fl inférieure à 100 kilohertz pour l'oscillateur 13 et à une fréquence F2 supérieure à 10 Mégahertz pour l'oscillateur 18 de manière à minimiser les influences réciproques des deux oscillations. La figure 2 est un schéma électronique de type classique d'un tel oscillateur 13 ou 18 qui comprend un transistor T1 dont le collecteur est connecté à la tension d'alimentation Vcc tandis que l'émetteur est connecté à la borne de sortie S3 par un condensateur C1 et à la borne de sortie S2 par une résistance R1. La base du transistor T1 est connectée à la tension d'alimentation Vcc par une résistance R2, à la borne de sortie S2 par une résistance R3 et par deux condensateurs en série C3 et C4, à la borne de sortie S1 par un condensateur C1. La plaque métallique 16 est constituée d'une plaque circulaire (figure 3) qui est percée de fentes radiales 33 aboutissant à un trou central 34. Une telle réalisation évite l'induction de courants de Foucault dans la plaque 16. Cette plaque 16 constitue l'une des armatures d'un condensateur dont l'autre armature est constituée par la face à tester de la pièce métallique 15. La variation de la distance (d) entre la plaque 16 et la pièce métallique modifie la capacité et donc la fréquence F2 de I'oscillateur 18 selon la formule : dans laquelle L est la valeur de la self 17, S est la surface de la plaque 16 et E la constante diélectrique du milieu entre la plaque 16 et la pièce métallique 15. Le schéma de la figure 4 donne une variante du dispositif de mesure de la distance d entre la bobine 10 et la pièce métallique 15. Ce dispositif est constitué d'un générateur 25 de gaz tel que de l'air qui alimente un conduit 26 présentant une restriction 27. L'orifice 28 de ce conduit 26 débouche au niveau de la bobine 11 et projette un jet d'air 29 en direction de la pièce 15. A cet orifice 28 est associé un conduit 35 d'un capteur de pression 23 dont la mesure P est transformée en un code numérique par un convertisseur analogique-numérique 24 pour être fourni au calculateur 22. La pression P permet de mesurer la distance d entre la bobine 11 et la pièce métallique 15. L'appareil de la figure 1 et la variante de la figure 4 doivent être étalonnés en fonction de chaque pièce métallique à tester et, plus précisément, de chaque face de la pièce à tester. Un premier étalonnage consiste à relever la courbe #F1 F1 en fonction de la distance d; un deuxième étalonnage consiste à relever la courbe de l'amplitude Al en fonction de la distance d. Ces deux étalonnages sont effectués avec une pièce ne présentant aucun défaut à l'endroit des mesures. Par l'intermédiaire de la formule (1), le calculateur 22 établit les relations S'Fl ~~~~~ en fonction de F2 et Al en fonction de F2. Fl Pour examiner, un lot de pièces métalliques identiques, l'invention prévoit d'abord d'utiliser une pièce métallique de référence ne présentant aucun défaut et de relever pour chaque point d'un ensemble de n points de coordonnées xi, Yi (i variant de 1 à n) la valeur normalisée ~ la valeur de F2 et la valeur de Al. Fl A l'aide des deux étalonnages décrits ci-dessus, le calculateur 22 calcule pour chaque point les différences #F1 #F1 D1 = F1 (mesurée) - F1 (calculée avec F2 mesurée) D2 = A1 (mesurée) - A1 (calculée avec F2 mesurée) Ces n valeurs de D1 et n valeurs de D2 sont enregistrées dans une mémoire de calculateur 22. Lors du test de chaque pièce métallique, pour chaque SF'l point (xi, Yi), on releve ~ ,F'2 et A'1 et on calcule F'1 les différences. SF'1 EF'1 D'1 = (mesurée) (calculée avec F'2 mesurée) F'1 F'1 D'2 = A'1 (mesurée)- A'1 (calculée avec F'2 mesurée) Ces différences D'1 et D'2 pour chaque point xi, yi de la pièce métallique en cours de test sont comparées aux différences D1 et D2 pour le même point (xi, Yi) de la pièce de référence, par exemple en effectuant les différences (D1-D'1) et (D2-D'2). Si ces différences sont égales à zéro, la pièce métallique sous test ne présente pas de crique au point de mesure (xi, yi). Si ces différences s'écartent du zéro au-delà d'un certain seuil, la pièce métallique sous test présente une crique au point de mesure (xi, yi). A titre illustratif, la figure 4 présente deux courbes 37 et 38 dont la première 37 représente la différence (Dî-D'1), tandis que la deuxième 38 représente la différence (D2-D'2) pour une pièce métallique en forme de tambour qui présente un défaut au point 39 d'un cercle de tambour. Il est clair que dans le cas de l'appareil de la figure 4, la mesure de la fréquence F2 est remplacée par celle de la pression P dans toutes les opérations décrites ci-dessus. Bien entendu, l'invention peut être mise en oeuvre avec une variable autre que F2 et P qui serait une fonction de la distance d. Le procédé décrit ci-dessus doit être répété pour chacune des faces à tester de la pièce métallique. REVENDICATIONS 1. Appareil de détection de défauts (35) sur une pièce métallique (15) du type à courants de Foucault dans lequel une bobine d'induction (11) est alimentée par des signaux de fréquence F1 fournis par un oscillateur (13), caractérisé en ce qu'il comprend - des premiers moyens (30) pour mesurer la fréquence (F1) et l'amplitude (A1) des signaux de l'oscillateur (13), - des deuxièmes moyens (31) pour mesurer la distance d entre ladite bobine (11) et la pièce métallique (15), - des troisièmes moyens (22) pour calculer les écarts de fréquence et d'amplitude des signaux de l'oscillateur dus aux courants de Foucault en s'affranchissant de la variation de la distance d et les comparer à des écarts de fréquence et d'amplitude pour une pièce métallique de référence de manière à déterminer la présence d'un défaut lorsque la comparaison indique une différence des écarts supérieure à un certain seuil. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens (30) comprennent un fréquencemètre (19) et un voltmètre (20) recevant le signal du circuit oscillant constitué par ledit oscillateur (13) et la bobine d'induction (11). 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens (31) comprennent - un oscillateur (18) dont le circuit oscillant comporte une self (17) et un condensateur constitué par une plaque métallique (16) qui est disposée entre la bobine d'induction (11) et la pièce métallique (15), et - un fréquencemètre (21) pour mesurer la fréquence de l'oscillateur (18). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque métallique (16) comporte des fentes (33) qui empêchent la circulation de courants de Foucault dans ladite plaque. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque métallique (16) est circulaire et que les fentes (33) sont radiales. 6. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens comprennent un générateur (25, 26, 27, 28) de fluide gazeux en direction de la pièce métallique (15) et un capteur de pression (23) pour mesurer la pression au niveau du débouché du fluide gazeux. 7. Procédé de détection de défauts (35) sur une pièce métallique (15) à l'aide d'un appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes (al) étalonnage pour relever la courbe de variation EF1 de la fréquence F1 et de variation de la fréquence F2 en fonction de la distance (d) entre la bobine d'induction (11) et la pièce métallique de référence (15), (a2) calcul de EF1/F1 et Al en fonction de la fréquence F2, (a3) mesure, pour chaque point xi, yi de la pièce métallique de référence, de SF1/F1, Al et F2, (a4) calcul pour chaque point xi, yi des différences D1=SF1/Fl(mesurée)-SF1/Fl(corrigée avec F2 mesurée) D2=Al(mesurée)-Al(corrigée avec F2 mesurée) (a5) mise en place de la pièce métallique à tester, (a6) mesure, pour chaque point xi, y, de SF'1/F'1, A'1 et F'2, (a7) calcul (pour chaque point xi, yi) des différences D'1=SF'1/F'l(mesurée)-GF'1/F'l(corrigée avec F'2 mesurée), D'2=A'l(mesurée)-A'l(corrigée avec F'2 mesurée) (a8) calcul pour chaque point Xi, yi des différences, (D1-D'1) et (D2-D'2), (a9) élaboration d'un signal de défaut lorsque les différences (D1-D'1) et (D2-D'2) pour un point xi, yi dépassent un seuil déterminé. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, l'opération suivante (alO)enregistrement dans une mémoire des points de coordonnées Xi, yi qui présentent un défaut.