Brevet FR2736152A1 — publié le 19970103

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DIMENSIONNEMENT DE DEFAUTS PAR RESSUAGE La présente invention a pour objet un procédé et dispositif de dimensionnement volumique et suivant ses trois dimensions de défauts débouchant à I a surface d'une pièce et en utilisant une procédure classique de ressuage. Le secteur technique de l'invention est le domaine des dispositifs et des procédés d'analyse des matériaux par des moyens optiques et par la pénétration de colorants pour la recherche de criques. L'application principale de l'invention est, à partir d'une mise en oeuvre classique de la technique de ressuage, de permettre un dimensionnement volumique du défaut traité. En effet, actuellement, la seule technique industriellement utilisée pour une caractérisation dimensionnelle de défauts, est une oscultation par balayage de la pièce à contrôler par des ultra-sons : de nombreuses demandes de brevets ont du reste été déposées dans ce domaine parmi lesquelles on peut citer par exemple la demande FR 2.493.992 publiée le 14 mai 1982 et déposée par FRAMATOME concernant un localisateur acoustique de défauts dans une structure fermée, bien qu'en l'occurrence, il s'agisse plus de localisation que de dimensionnement à proprement parler ; on relève également la demande FR 2.765.580 publiée le 23 octobre 1992 et déposée par la Société CREUSOT-LOIRE INDUSTRIE, intitulée Sondeur portatif ultrasonore destiné au contrôle de santé interne de produits métallurgiques plats, tels que des tôles épaisses ou des brames . La technicité des outillages utilisés, ainsi que la complexité de l'analyse des résultats relevés ainsi par ultra-sons est très contraignante et nécessite une mise en oeuvre longue et coûteuse. Par contre, la technique du ressuage est une technique peu coûteuse et facile à mettre en oeuvre, mais celle-ci ne permettait pas jusqu'à présent, de dimensionner en trois dimensions, un défaut débouchant à la surface d'une pièce : il s'agissait essentiellement de le repérer et de le visualiser pour en connaître l'emplacement, mais il était nécessaire ensuite de mettre en oeuvre d'autres techniques complémentaires pour en connaître la taille et l'importance; ; ces caractéristiques étant essentielles pour décider alors de la technique éventuelle de réparation de ce défaut ou du remplacement même de la pièce. La technique du ressuage comme contrôle non destructif, est actuellement le procédé le plus simple dans sa mise en oeuvre, car ne nécessite pas de matériel de mesure spécifique et peut donc être couramment employé sur site : cependant, le résultat obtenu à l'issue d'un tel contrôle, n'est donc à ce jour que qualitatif et ne permet que la détection de présence ou non de défauts débouchants. De plus, l'analyse d'un défaut ressué ne s'effectue jusqu'à présent qu'en manuel, pouvant être assistée éventuellement d'une observation vidéo et/ou d'une mise en oeuvre télé-opérée, mais on ne connaît pas, puisque du reste cela n'est pas nécessaire pour une analyse purement qualitative, d'automatisation complète du procédé et en particulier de moyens informatiques de l'analyse de l'image obtenue. Le seul résultat complémentaire à l'analyse qualitative effectuée à ce jour, consiste, à partir d'abaques basés sur un temps d'observation après application du produit révélateur, à donner un ordre de grandeur de la seule et unique dimension constituant la plus grande longueur de l'axe principal du défaut observé. Le problème posé est donc de pouvoir, à partir d'une procédure classique de ressuage, dimensionner le volume du défaut repéré, sans nécessiter de dispositif particulier de base autre que ceux déjà connus à ce jour, mais avec seulement une mise en oeuvre complémentaire particulière, afin de faciliter les interventions sur site, d'avoir une efficacité de résultat la plus proche de la réalité et de réduire les coûts, par rapport aux autres procédés de dimensionnement connus, tout en permettant une automatisation de la procédure d'intervention et d'analyse. Une solution au problème posé est un procédé de dimensionnement de défauts débouchant à la surface d'une pièce, tel que suivant l'invention - on procède d'une manière connue, par une procédure classique de ressuage, en mouillant ladite surface de ladite pièce par un produit pénétrant qui remplit au moins ledit défaut, puis en appliquant un produit révélateur sur ladite surface, au travers duquel le pénétrant diffuse par capillarité; - dès l'application de cc révélateur, on enregistre l'image de ladite surface dans laquelle se développe une zone de contrastes repérable optiquement et due à ladite diffusion du pénétrant à travers le révélateur;; - on mémorise l'évolution surfacique de ladite zone et la progression dynamique des lignes qui la délimitent sur la surface de la . fi pièce - on analyse ladite évolution dynamique de la zone, en fonction au moins de données préalablement connues, telles qu'au moins - la tension superficielle et de la rugosité du matériau composant la pièce à contrôler, - la tension superficielle, de la mouillabilité, de la viscosité, de la densité, à la fois dudit produit pénétrant et dudit produit révélateur, - l'épaisseur de la couche dudit produit révélateur déposé sur la surface, - les températures de l'ensemble des composants et produits intervenant dans ladite procédure de ressuage. - on attend que lesdites lignes soient stabilisées et connaissant leurs coordonnécs de stabilisation et le résultat de l'analyse de leur évolution dynamique précédente, on calcule le volume dudit défaut. De préférence, on échantillonne ladite zone de contraste par découpage perpendiculairement à sa ligne de dimension principale et on analyse ladite évolution dynamique de cette zone d'une manière discrète suivant alors la seule direction de propagation de contraste 10d dans chaque échantillon constitué par ledit découpage. Ainsi, à partir de la connaissance du volume dudit défaut, du sens et de la vitesse de propagation des évolutions dynamiques et de la surface atteinte au stade de la stabilisation de la zone, on détermine le profil en trois dimensions dudit défaut. Pour assurer lesdites étapes du procédé suivant l'invention décrit ci-dessus, on dispose suivant l'invention d'un dispositif de dimensionnement du défaut, comportant au moins un outillage de ressuage connu, et un capteur d'images vidéo relié à un système informatique, d'analyse en temps réel de l'image relevée par ledit capteur et de calcul, à partir de ladite analyse de l'évolution dynamique de la surface de ladite zone de contraste, et desdites données préalablement mémorisées sur les caractéristiques des produits pénétrant et révélateur, de l'outillage de ressuage et de la pièce à contrôler. Dans un mode préférentiel de réalisation, ledit outillage de ressuage est télé-opéré. Le résultat est un nouveau procédé et dispositif de dimensionnement volumique et suivant leurs trois dimensions, de défauts, débouchant à la surface d'une pièce, répondant au problème posé et satisfaisant aux inconvénients existants à ce jour dans les autres techniques utilisées pour tenter d'obtenir un tel résultat. En effet, par un tel nouveau procédé et dispositif, la technique de ressuage connue et validée à ce jour dans tous les cas de recherche de défauts débouchants, se dote d'une capacité de dimensionnement pouvant concurrencer les autres procédés de contrôle non destructif, aptes à dimensionner les défauts, et cela d'autant plus qu'elle ne nécessite pas l'emploi d'un appareillage spécial, puisque même les produits pénétrant et révélateur peuvent être contenus et applicables par de simples bombes à pulvérisation. De plus, grâce à la présente invention, il est possible d'automatiser entièrement l'observation et l'analyse dans des conditions d'utilisation industrielle, ce qui en assure la rapidité et la fiabilité et en permet la mise en oeuvre, même dans des cndroits dont les accès peuvent être difficiles et/ou délicats. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description et les figures ci-après représentent un exemple de mise en oeuvre du procédé et du dispositif de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif: d'autres mises en oeuvre sont possibles, dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention. Les figures 1 à 4 montrent les différentes étapes d'une procédure de ressuage connue dans le cadre de la présente invention sur une pièce comportant un défaut débouchant, vu en coupe. Les figures 5 et 6 représentent des vues en perspective de la pièce et du défaut représentés sur les figures 1 et 4 et analysés suivant le procédé de la présente invention. Dans la présente invention, il s'agit en effet de dimensionner, tant volumiquement que suivant les trois axes de référence X, Y et Z, un défaut débouchant 1 à la surface 11 d'une pièce 2, car en ressuage les défauts débouchants sont les seuls à pouvoir être repérés et donc caractérisés : un tel défaut 1 est considéré comme étant un contenant d'un volume que l'on veut donc déterminer dans le cadre de la présente invention et que l'on remplit dans un premier temps d'un produit pénétrant 3 appliqué sur la surface 11 de la pièce à contrôler. On enduit et on mouille en effet ladite surface 11, qui est préalablement mise à nu et bien nettoyée, de ladite pièce 2 par ledit produit pénétrant 3 qui est un liquide coloré ou sensible à la lumière ultraviolette et qui doit être de faible tension interfaciale : il pénètre ainsi dans les criques éventuelles et remplit au moins le volume dudit défaut. Après quelques minutes d'attente, on applique ainsi suivant la figure 2 et les suivantes, un produit révélateur 4 sur ladite surface 11, débarrassée préalablement de l'excès de liquide pénétrant 3 et nettoyée : on recouvre ainsi cette surface 11 d'une couche mince de ce révélateur 4 qui est en général une poudre blanche et fine en suspension dans un liquide volatil. Le liquide évaporé, la couche dc poudre joue le rôle d'un buvard : elle force le liquide pénétrant 3 infiltré dans les criques, à se diffuser par capillarité au travers du révélateur 4, jusqu'à ressortir à la surface de la pièce en colorant dans un premier temps localement suivant une première ligne de diffusion 5 du pénétrant 3, le révélateur 4 à l'aplomb de ladite crique ou défaut 1. Le pénétrant 3 se diffuse alors d'une façon dynamique et progressive sur toute une surface 12, créant une zone de contraste par rapport à l'ensemble de la surface 11 non atteinte par la diffusion dudit pénétrant 3 dans ledit révélateur 4 : ladite zone de contraste 12 est plus ou moins large et intense suivant l'importance dudit défaut 1. Suivant la présente invention, dès l'application du révélateur 4, on enregistre l'image de ladite surface 11, dans laquelle se développe ladite zone de contraste 12, repérable alors optiquement, et que l'on peut alors enregistrer grâce à tout capteur d'image vidéo sensible à la coloration du pénétrant 3 et relié à un système informatique d'analyse en temps réel de cette image. On analyse ainsi ladite évolution dynamique de la zone 12, en fonction au moins de données préalablement connues et mémorisées sur les caractéristiques des divers composants en cause, à savoir au moins - la tension superficielle et la rugosité du matériau constituant ladite pièce 2 à contrôler, - les tensions superficielles, la mouillabilité, la viscosité et la densité, ainsi que les différentes températures, à la fois du produit pénétrant 3 et du produit révélateur 4, - ainsi que l'épaisseur e " de la couche 4 du produit révélateur déposé sur la surface 11 de la pièce 2 et la température de la pièce 2. La maîtrise nécessaire de ces divers paramètres peut être facilitée par une mécanisation complète du procédé garantissant de s'affranchir d'éventuelles dérives aléatoires qui sont le propre des procédés manuels. On connaît les lois physiques permettant de déterminer certaines caractéristiques d'évolution du procédé, telles que - concentration C uniaxiale d'axe X oC / ot = D. o2C / 6y2 D = Do exp (- Q / RT) (D est le coefficient de diffusion, Q est l'énergie d'activation, Do le facteur de fréquence en cm2 / s) - quantité dissoute dQ / dt = K.(CoL - C).S L (C0L est la concentration à saturation du pénétrant 3 dans le révélateur 4, C est la concentration réelle mesurée sur la valeur du contraste, K est la constantc de vitesse de diffusion, S est la surface de la zone de contraste 12) - énergie d'adhérence a Wa = (JL ( I + cos 0) (L est l'énergie spécifique libre liquide), sachant que (7S-L = aS - GL cos O (OS-L est l'énergie spécifique libre entre le solide et le liquide, os est l'énergie spécifique libre du solide, O est l'angle de mouillage). En utilisant alors en particulier ces lois physiques et les paramètres ci-dessus propres au cas à traiter. un calcul est effectué à partir de l'état de stabilisation des lignes 6 délimitant la zone 12 de contraste sur la surface 11 de la pièce 2, afin de déterminer le volume dudit défaut 1. A partir de la connaissance de ce volume, et du sens de la vitesse de propagation d'évolution dynamique de ladite zone 12, depuis sa première apparition suivant la ligne de contraste 5 initiale jusqu'à la stabilisation de ses lignes de limitation de zone 6, et de la surface totale de ladite zone 12 ainsi stabilisée, on détermine le profil complet en trois dimensions dudit défaut 1, suivant des étapes dc calcul, telles que - échantillonnage de la surface 12 suivant les indications ci-après, - échantillonnage du gradient de contraste, - calcul du volume diffusé 13 et du volume 7 restant en fond de crique, - détermination de l'angle d'ouverture de la crique au travers du gradient de contraste dynamique, - calcul du volume global de la portion discrète de la crique échantillonnée. Suivant l'invention et la représentation des figures 5 et 6, le déroulement de la procédure de ressuage est enregistré à travers un capteur vidéo non représenté qui adresse le signal ainsi relevé vers un système informatique d'analyse qui échantillonne dans un premier temps la zone 12 de contraste par découpage 9, perpendiculairement à sa ligne 8 de dimension et direction principale, représentée suivant l'axe X de la figure 5 : on analyse alors ladite évolution dynamique de la zone d'une manière discrète suivant la seule direction Y de propagation de contraste 10 d dans chaque échantillon d : l'évolution surfacique de la diffusion dudit pénétrant 3 à la surface du révélateur 4 permet d'établir la profilométrie du défaut 1 suivant les deux directions X et Y du plan de la surface 11 de la pièce 1 ; ce profil en surface du défaut 1 traité étant échantillonné suivant sa direction principale X, permet de ramener le calcul cynétique à un seul axe de propagation suivant Y et/ou Yd, comme représenté sur les figures 5 et 6 respectivement. La progression de la surface contrastée 12 par rapport à la surface 11 de la pièce 3, due à l'apparition, puis à la migration dudit produit pénétrant 3 à la surface du révélateur 4, est chiffré en continu comme densité de couleur. A la fin de ladite procédure de ressuage suivant la figure 4, quand le produit pénétrant 3 ne se diffuse plus à travers le révélateur 4, cela correspond à un équilibre entre - le volume 13 de la partie du révélateur à travers lequel s'est diffusé ledit pénétrant 3, déterminant ainsi la surface de ladite zone 12, et s'affaissant alors légèrement au niveau du défaut 1, dont le volume s'est vidé en partie du pénétrant 3 qui le remplissait; - et celui résiduel 7 dudit pénétrant 3 ne s'étant pas diffusé et restant au fond du volume du défaut 1. La connaissance dc la surface 12 et de l'intensité du contraste de cette zone, et de l'épaisseur e de la couche de pénétrant révélateur 4 suivant la direction Z et Zd, permet de connaître ledit volume 13 et la quantité de pénétrant 3 s'étant diffusée ; par calcul utilisant les lois physiques rappelées précédemment, ledit volume résiduel 7 et donc le dimensionnement du défaut 1 suivant ces différentes directions X, Y et Z, peuvent alors être effectués. REVENDICATIONS 1. Procédé de dimensionnement de défauts (1), débouchant à la surface (il) d'une pièce (2), caractérisé en ce que - on procède d'une manière connue, par une procédure classique de ressuage, en mouillant ladite surface (11) de ladite pièce (2) par un produit pénétrant (3) qui remplit au moins ledit défaut (1), puis en appliquant un produit révélateur (4) sur ladite surface (11), au travers duquel le pénétrant (3) diffuse par capillarité; - dès l'application de ce révélateur (4), on enregistre l'image de ladite surface (11) dans laquelle se développe une zone de contrastes (12) repérable optiquement et due à ladite diffusion du pénétrant (3) à travers le révélateur (4); - on mémorise l'évolution surfacique de ladite zone (12) et la progression dynamique des lignes (6) qui la délimitent sur la surface (11) de la pièce (2);; - on analyse ladite évolution dynamique de la zone (12), en fonction au moins de données préalablement connues, telles qu'au moins - la tension superficielle et de la rugosité du matériau composant la pièce (2) à contrôler, - la tension superficielle, de la mouillabilité, de la viscosité, de la densité, à la fois dudit produit pénétrant (3) et dudit produit révélateur (4), - I'épaisseur de la couche dudit produit révélateur (4) déposé sur la surface (il), - les températures de l'ensemble des composants et produits intervenant dans ladite procédure de ressuage. - on attend que lesdites lignes (6) soient stabilisées et connaissant leurs coordonnées de stabilisation et le résultat de l'analyse de leur évolution dynamique précédente, on calcule le volume dudit défaut (1). 2. Procédé de dimensionnement de défauts (1) suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on échantillonne ladite zone (12) de contraste par découpage (9) perpendiculairement à sa ligne (8) de dimension principale et on analyse ladite évolution dynamique de cette zone d'une manière discrète suivant la seule direction de propagation de contraste 10d dans chaque échantillon d. 3. Procédé de dimensionnement de défauts suivant l'une quelconque des revendications l ou 2, caractérisé en ce qu'à partir de la connaissance du volume dudit défaut (1), du sens et de la vitesse de propagation des évolutions dynamiques et de la surface atteinte au stade de la stabilisation de la zone (12), on détermine le profil en trois dimensions dudit défaut (l). 4. Dispositif de dimensionnement de défauts (1), débouchant à la surface (11) d'une pièce (2) et permettant de réaliser le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un outillage de ressuage et un capteur d'images vidéo relié à un système informatique, d'analyse en temps réel de l'image relevée par ledit capteur et de calcul, à partir de ladite analyse de l'évolution dynamique de la surface de ladite zone (12) de contraste, et desdites données préalablement mémorisées sur les caractéristiques des produits pénétrant et révélateur, de l'outillage de ressuage et de la pièce (2) à contrôler. 5. Dispositif de dimensionnement de défauts (1), suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit outillage de ressuage est téléopéré.