Brevet FR2707109A1 — publié le 19950106

:1 La présente invention est relative à la mesure sans contact de l'épaisseur de revêtements internes en mortier de ciment frais de tuyaux métalliques notamment en fonte. Le revêtement interne de tuyaux métalliques peut être effectué par centrifugation d'une couche tubulaire d'un matériau liquide susceptible de durcir, notamment de mortier de ciment ou de béton. En général, pour la mesure d'une épaisseur de revêtement sur un matériau métallique, on peut employer un appareil de mesure avec contact du type à courants de Foucault capable de donner la distance entre une bobine induisant des courants à fréquence élevée et la pièce à contrôler. Lorsque la bobine s'approche ou s'éloigne du métal, les courants induits dans celui-ci varient et modifient l'impédance de la bobine, ce qui permet de faire une relation directe impédance/distance. Le zéro de l'appareil étant réglé au contact de la pièce métallique, lorsque la bobine est posée sur le ciment constituant le revêtement du tuyau, on obtient donc l'épaisseur de ce revêtement. Cependant, ce type de mesure avec contact n'est pas possible sur du mortier de ciment frais en raison du marquage et de la détérioration de l'aspect du revêtement qui en résulterait. Par ailleurs, un procédé du type par ultrasons, mis en oeuvre par l'extérieur du tuyau, compte tenu des différences d'impédance acoustique entre les matériaux, ne permet pas de déterminer à la fois l'épaisseur de la fonte et 1 'épaisseur du mortier de ciment. D'autre part, un autre procédé du type par ultrasons mis en oeuvre cette fois par l'intérieur du tuyau nécessiterait une technique de couplage sans contact pour ne pas détériorer le revêtement fraichement posé, technique encore très coûteuse et non éprouvée industriel- lement. L'invention a pour but de fournir un procédé permettant de mesurer l'épaisseur de revêtements internes en matériaux liquides susceptibles de se durcir de tuyaux métalliques, sans en détériorer l'aspect. Elle a donc pour objet un dispositif de mesure sans contact de l'épaisseur de revêtements internes, en matériaux liquides susceptibles de durcir, de tuyaux métalliques et notamment de tuyaux en fonte, caractérisé en ce qu'il comporte: - un bloc destiné à être introduit dans un tuyau dont on veut mesurer l'épaisseur du revêtement, ledit bloc étant formé de deux capteurs, un premier capteur pour mesurer la distance du bloc à la surface métallique du tuyau et un second capteur pour mesurer la distance du bloc à la surface du revêtement, et - des moyens de traitement des données de sortie du bloc de capteurs en vue de déterminer 1'épaisseur du revêtement à partir des données délivrées par les deux capteurs. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma d'ensemble d'un dispositif selon l'invention de mesure d'épaisseur d'un revêtement en mortier de ciment d'un tuyau; - la Fig.2 représente schématiquement un premier bloc de capteurs du dispositif de la Fig.l destiné à l'étalonnage du dispositif; - la Fig.3 représente schématiquement un second bloc de capteurs du dispositif de la Fig.l, destiné à effectuer les mesures; - la Fig. représente schénmaique.renz trois étapes de production de tuyaux à rev-tement interne en ciment au cours desquelles on utilise le dispositif de mesure suivant l'invention; et - la Fig.5 représente un algorithme de traite- ment des signaux du dispositif de mesure de la Fig.l. Le dispositif de mesure d'épaisseur sans contact de la Fig.1 comprend deux blocs de capteur BCi,BC2 identi- ques. !0 Le bloc BC1 est constitué d'un capteur à cou- rants de Foucault 1 connecté à un générateur de courant et amplificateur de sortie 2 et d'un capteur à diode laser 3 connecté à un générateur-amplificateur de sortie 4. Le bloc BC2 comporte les mêmes composants que le bloc BC1, à savoir un capteur à courants de Foucault la et un capteur à diode laser 3a reliés chacun à un générateur- amplificateur 2a,4a. Le choix des capteurs à courants de Foucault est dicté par la plage de mesure dans laquelle on veut évoluer, c'est à dire une distance au moins égale à celle de l'épaisseur du mortier de ciment plus une distance mécanique de non contact avec le mortier de ciment en tenant compte de la variation d'épaisseur du mortier de ciment et aussi d'une distance minimale liée à l'arrondi du tuyau. La structure métallurgique de la pièce est susceptible d'influencer la mesure de la distance. Or, la profondeur de pénétration des courants de Foucault dans le métal du tuyau est estimée par la formule 6 = 500/, fp&r, dans laquelle: f est la fréquence en Herz p, est la perméabilité a est la conductivité en S/m, (g, et a dépendent du métal). En travaillant avec une fréquence élevée, on diminue l'influence de la structure métallurgique puisque la pénétration diminue lorsque la fréquence augmente. D'autres paramètres tels que les effets de forme (arrondi du tuyau), 1 'orientation du capteur par rapport à la surface du tuyau, l'état de surface du tuyau, la température et les parasites industriels perturbent la mesure de l'épaisseur. Pour s'affranchir de ces problèmes, y compris celui lié à la structure métallurgique des pièces, il faut réaliser un étalonnage du capteur à courants de Foucault. Cet étalonnage est réalisé pour chaque pièce mesurée avant la pose du revêtement en mortier de ciment. Le choix des capteurs à diode laser est dicté lui aussi par une plage de mesure susceptible de donner 1 'épaisseur maximale du mortier de ciment dans tous les cas, et par leur faculté de "voir" toutes les couleurs du mortier de ciment (blanc, gris clair, brun clair) mouillé (couleur et puissance émises). Un capteur optique à triangulation laser permet de s'affranchir de paramètres perturbateurs tels que la couleur du béton et la déflexion du spot laser sur une lame d'eau. L'inclinaison de la surface contrôlée par rapport à 1 'axe du capteur influence aussi la mesure du capteur laser. - Pour prendre en compte ce paramètre, des éta- lonnages préalables sont nécessaires. L' étalonnage du capteur laser est effectué de façon connue une seule fois en laboratoire. Ainsi qu'on peut le voir à la Fig.l, dans le bloc BC1, qui constitue le bloc d'étalonnage du disposi- tif, le capteur à courants de Foucault 1 et le capteur à diode laser 3 détectent tous deux la surface métallique non revêtue et dans le bloc BC2, qui constitue le bloc de mesure, le capteur à courants de Foucault la est sensible à la surface du tuyau en fonte F alors que le capteur à diode laser 3a détecte la surface du revêtement R du tuyau de fonte. Le dispositif de mesure est implanté indus- triellement sur la chaine de production de tuyaux et pour des raisons d'emplacement et de cadence, on utilise deux blocs capteurs, le bloc BC1 pour la fonction étalonnage, et le bloc BC2 pour la fonction mesure. Les signaux de mesure analogiques de sortie des deux blocs BC1, BC2 sont enregistrés par une carte d'ac- quisition analogique-numérique 5 (de 12 bits susceptible d'enregistrer à une fréquence d'acquisition de 50 Hz et ayant des plages de mesures + 10 V en différentiel). Un ordinateur ou unité de traitement 6 et son clavier 7 sont reliés à la carte d'acquisition 5 et complètent ainsi le dispositif de mesure. La Fig.2 représente le couple de capteurs du bloc BC1, assurant la fonction étalonnage sur la surface métallique seule. On mesure la distance D entre la surface 8 commune aux capteurs 1 et 3 située en regard de la surface de la paroi métallique F et celle-ci à 1 'aide du capteur laser 3 et on mesure la réponse en tension du capteur 1 à courants de Foucault pour cette distance. La mesure par le capteur à diode laser 3 sert à connaître avec précision la distance D, car on connait déjà parfaitement la fonction distancetension du capteur à diode laser quels que soient les paramètres de structu- re, de rugosité, etc.. de la surface observée. En effet, le capteur à diode laser a déjà fait l'objet d'un étalonnage. On procède alors à l'aide des deux capteurs 1 et 3 à la mesure de plusieurs distances D par déplacement du bloc BC1 transversalement à 1 'axe du tuyau, afin d'obtenir une courbe de réponse en tension du capteur à courants de Foucault 1, à partir de distances D mesurées par le cap- teur à diode laser 3. On obtient donc, pour une pièce particulière considérée, les réponses U en volts pour plusieurs points, du capteur à courants de Foucault en fonction de la distance D en mm donnée avec précision par le capteur laser. Ayant connaissance de plusieurs couples dis- tance-tension U(D), résultant des mesures décrites plus haut, on établit l'allure de la réponse en distance D(U) en fonction de la tension U du capteur à courants de Fou- cault. Par la suite, au cours du traitement, on établi- ra une approximation de cette fonction de réponse D(U) à un polynôme de degré 4 en utilisant la méthode des moin- dres carrés. La Fig.3 représente le couple de capteurs du bloc BC2 de mesure. Commrne indiqué plus haut, ce bloc comprend un capteur à diode laser 3a de mesure de la distance D1 entre la surface 8a commune aux deux capteurs et la surface R du revêtement en béton, et un capteur la à courants de Foucault qui mesure simultanément la distance D2 entre la surface 8a et la paroi métallique F pour le même point. On obtiendra par la suite l'épaisseur e du revêtement en effectuant la différence e = D2-D1. Sur la figure 4, qui représente trois étapes de production de tuyaux, la première étape notée A est 1 'éta- lonnage sur le tuyau métallique F non revêtu, à l'aide du bloc BC1 de capteurs décrit en référence à la Fig.2 introduit dans ce tuyau. Le bloc d'étalonnage BC1 est déplacé uniquement verticalement afin d'établir la fonction distance-tension du capteur à courants de Foucault. Apres retrait du bloc BC1, on effectue la pose du revêtement R en ciment sur ce tuyau métallique lors de la deuxième étape B. Enfin, la troisième étape C consiste à intro- duire le bloc BC2 dans le tuyau revêtu et à mesurer l'épaisseur du revêtement R à l'aide de ce bloc de mesure décrit en référence à la Fig.3. Le bloc de capteurs de mesure BC2 peut effectuer un mouvement vertical pour s'adapter à tous les diamètres de tuyaux et longitudinal pour mesurer le profil d'é- paisseur du béton sur toute la longueur du tuyau. Les mouvements des blocs de capteurs s'effec- tuent à l'aide de systèmes mécaniques motorisés, connus, qui ne seront pas décrits ici. L'algorithme de la Fig.5 mis en oeuvre par l'unité de traitement 6 permet de traiter les mesures fournies par les blocs de capteurs BC1, BC2, afin d'obte- nir un profil d'épaisseur pour chaque tuyau subissant les trois étapes décrites en référence à la Fig.4, notées dans l'ordre A,B,C. Apres le début 10 du traitement, le pas 11 assure l'initialisation en entrant la réponse caracté- ristique déterminée par étalonnage en laboratoire des deux capteurs à diode laser 3 et 3a: distance = f (tension laser). La phase de traitement I au cours de l'étape A d'étalonnage du tuyau par le bloc de capteurs BCl est assurée en trois pas. Tout d'abord, 1 'acquisition des mesures de tension des deux capteurs 3 et 1 du bloc de capteurs BC1 pour des déplacements donnés a lieu au cours du pas Ia. A partir de ces mesures on procède au cours du pas Ib à une approximation de la réponse distance = f (tension) du capteur à courants de Foucault 1 par la méthode des moindres carrés à un polynône de degré 4. La fonction distance - f (tension) est alors mémorisée pour le tuyau considéré, ici le tuyau N+2 au cours du pas Ic. On remarquera que les fonctions distance des tuyaux N+l et N ont déjà à ce moment été mémorisées au cours d'opérations analogues précédentes. Parallèlement, on effectue le traitement II des mesures réalisées par le bloc de capteurs BC2 sur le tuyau N. L'acquisition au cours du pas IIa des mesures des deux capteurs à diode laser et à courants de Foucault 3a et la est faite sur toute la longueur du tuyau N, par déplacement du bloc de capteurs BC2 dans celui-ci. Ensui- te, on utilise au cours du pas IIb la fonction distance = f(tension) du capteur à diode laser entrée au pas 11 de l'algorithme, et la fonction distance = f (tension) du capteur à courants de Foucault 1, obtenue au cours de la phase Ic pour le tuyau N, afin de déterminer tous les couples de valeurs D1 et D2 le long du tuyau N. Le calcul de l'épaisseur e = D2-D1 sur toute la longueur du tuyau N et la constitution d'un profil d'é- paisseur e = f (position) sont effectués à la phase III. Puis ce profil d'épaisseur est mis en mémoire au cours de la phase IV. Enfin, au cours de la phase V, une interface avec les moyens de manutention (non représentés) des tuyaux, donne un signal indiquant que la mesure de 1'é- paisseur a été effectuée et les moyens de manutention avancent d'un pas, le tuyau N+2 passe donc & l'étape B, le tuyau N+l, à l'étape C de mesure par le bloc de capteurs BC2, et un nouveau tuyau N+3 vient subir l'étalonnage par le bloc de capteurs BC1 à l'étape A. Le traitement reprend alors au point O de l'algorithme. Bien que l'on ait décrit un dispositif compre- nant un bloc de mesure BC2 et un bloc d'étalonnage BC1, il est également possible de n'utiliser qu'un seul bloc pour effectuer ces deux fonctions et assurer ainsi son propre étalonnage. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure sans contact de l'épais- seur de revêtements internes, en matériaux liquides susceptibles de durcir, de tuyaux métalliques et notamment de tuyaux en fonte, caractérisé en ce qu'il comporte: - un bloc (BC2) de mesure formé de deux cap- teurs, un premier capteur (la) pour mesurer la distance du bloc & la surface métallique et un second capteur (3a) pour mesurer la distance du bloc à la surface du revête- ment, et - des moyens (5,6,7) de traitement des données de sortie du bloc de capteurs en vue de déterminer l'é- paisseur du revêtement à partir des données délivrées par les deux capteurs (la,3a). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que dans le bloc de capteurs, le premier capteur (la) est un capteur à courants de Foucault, et le second capteur (3a) est un capteur à diode laser. 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens d'étalonnage du premier capteur (la) à courants de Foucault du bloc de capteur de mesure (BC2). 4. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les moyens d'étalonnage comprennent un bloc de capteurs (BC1) d'étalonnage du capteur (la) à courants dé Foucault du bloc de capteurs de mesure (BC2), ledit bloc d'étalonnage étant également relié aux moyens (5,6,7) de traitement de données. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le bloc de capteurs (BC1) d'étalon- nage comporte un premier capteur (1) à courants de Fou- cault destiné à délivrer des tensions correspondant à des distances du bloc à la surface métallique (F) d'un tuyau, identique au premier capteur (la) du bloc (BC2) de mesure et un deuxième capteur (3) à diode laser de mesure de la distance du bloc à la surface libre dudit tuyau non revêtu. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'étalonnage comprennent le bloc de mesure (BC2) utilisé tour à tour comme bloc d'étalonnage et comme bloc de mesure. 7. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont une carte d'acquisition analogique-numéri- que (5), un ordinateur, ou unité de traitement (6) et son clavier (7). 8. Procédé de mesure sans contact de l'épaisseur de revêtements internes en matériaux liquides susceptibles de durcir, de tuyaux métalliques notamment de tuyaux en fonte, à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: - l'on introduit un bloc de capteurs de mesure (BC2) dans un tuyau revêtu, on mesure & l'aide du premier capteur (la), la distance (D2) à la surface métallique et à l'aide du deuxième capteur (3a) du bloc, la distance (D1) à la surface libre du revêtement, et on calcule l 'épaisseur (e) du revêtement par différence entre les deux distances précitées. 9. Procédé suivant la revendication 8, caracté- risé en ce que le premier capteur (la) étant un capteur à courants de Foucault, il comporte en outre une phase d'étalonnage de ce capteur, au cours de laquelle on introduit dans le tuyau non revêtu un bloc de capteurs (BC1; BC2), on déplace le bloc de capteurs transversale- ment à l'axe du tuyau, on mesure pour chaque déplacement du bloc de capteurs la distance de celui-ci à la surface métallique du tuyau à l'aide du capteur à diode laser (3; 3a) et la réponse en tension du capteur à courants de Foucault correspondante (1;la), on transmet les données obtenues aux moyens de traitement (5,6) afin d'obtenir la fonction distance = f(tension) du capteur & courants de Foucault (la) et on retire le bloc de capteurs (BCi; BC2) afin de permettre la pose d'un revêtement sur la surface interne du tuyau. 10. Procédé selon la revendication 9, caracté- risé en ce que la fonction distance f=(tension) est obtenue par les moyens de traitement des données mesurées lors de la phase d'étalonnage au moyen d'une approximation de cette fonction à un polynôme de degré (4) par la méthode des moindres carrés. 11. Procédé suivant la revendication 9, caracté- risé en ce que le bloc de capteurs utilisé au cours de la phase d'étalonnage est le bloc de capteurs de mesure (BC2). 12. Procédé suivant la revendication 9, caracté- risé en ce que le bloc de capteurs utilisé au cours de la phase d'étalonnage est le bloc de capteurs d'étalonnage (BCl).