Brevet FR2773615A1 — publié le 19990716

L'invention concerne un procédé de contrôle non destructif de l'épaisseur d'une couche durcie par traitement thermique d'une pièce mécanique en métal et en particulier d'une pièce en fonte ou en acier. Dans le cadre des constructions mécaniques, et en particulier dans le cadre de la construction automobile, on utilise des pièces en fonte ou en acier qui comportent des zones soumises à des sollicitations importantes en service, en particulier des zones de contact avec d'autres pièces pour assurer leur actionnement, ces zones des pièces étant soumises à l'usure et au matage sous l'effet des pressions de contact. II peut donc être nécessaire de réaliser un durcissement des pièces dans ces zones soumises à des contraintes importantes en service. Des exemples de telles pièces sont les arbres à cames et vilebrequins des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles. La surface d'actionnement des cames des arbres à cames et les manetons et paliers des vilebrequins subissent en service des sollicitations importantes, de sorte qu'il est apparu nécessaire de réaliser le durcissement superficiel des arbres à cames et des vilebrequins dans les zones soumises aux contraintes, par un procédé thermique, généralement désigné par le terme de "trempe". En fait, les traitements effectués pour réaliser le durcissement superficiel des arbres à cames et des vilebrequins consistent à refondre ou à chauffer à haute température une couche superficielle de la pièce dans les zones à durcir, de manière à obtenir, au refroidissement, une transformation structurale du métal de la pièce conduisant à son durcissement. En particulier, dans le cas des arbres à cames en fonte grise, on réalise généralement une refusion superficielle de la surface d'actionnement des cames par le procédé TIG (Tungstène Inert Gas). Ce procédé consiste à refondre la couche superficielle des cames par un arc électrique en atmosphère d'argon. Dans le cas de vilebrequins, on réalise généralement une trempe de la pièce chauffée par induction. D'autres procédés de durcissement superficiel local de pièces peuvent être également utilisés, tels que la trempe par refroidisseur à la coulée. Dans tous les cas, il convient, de manière à assurer une qualité et une tenue mécanique satisfaisantes des pièces, d'obtenir une couche durcie dont l'épaisseur soit comprise dans un intervalle déterminé, en fonction de la nature de la pièce et de ses conditions de service. Par exemple, la couche durcie sur les cames des arbres à cames doit avoir une épaisseur supérieure à 0,4 mm et les parties durcies des vilebrequins, une épaisseur comprise entre 1,5 et 3 mm. Lors d'une fabrication en série de pièces, il est nécessaire d'effectuer un contrôle d'épaisseur pour s'assurer que le traitement thermique a été réalisé dans des conditions satisfaisantes. Ce contrôle d'épaisseur est actuellement un contrôle destructif qui consiste à effectuer une analyse métallographique des parties durcies de pièces appartenant à un lot de pièces représentant un certain pourcentage de la fabrication. On réalise un tronçonnage des pièces choisies et retirées de la fabrication, dans les zones durcies à contrôler, puis on effectue un polissage, une attaque chimique à l'acide de la surface et on mesure l'épaisseur durcie par observation au microscope ou sur des micrographies. Un tel contrôle n'est effectué que sur un certain nombre de pièces qui sont retirées de la fabrication et détruites et requiert un temps d'exécution qui peut être long ; on ne peut disposer ainsi d'informations permettant de modifier les conditions du traitement thermique de durcissement qu'avec un temps de retard préjudiciable à la production en série de pièces de bonne qualité. En outre, les pièces défectueuses qui ont été découpées ne peuvent être reprises en fabrication. Le procédé de découpage des pièces est générateur de déchets, ce qui peut s'avérer relativement coûteux. Le procédé est en outre dangereux du fait qu'on doit utiliser de l'acide pour la préparation de la surface des pièces avant l'examen métallographique. II est donc souhaitable de disposer d'un procédé permettant de réaliser un contrôle non destructif de l'épaisseur de la couche durcie des pièces qui puisse être mis en oeuvre de manière fiable et reproductible, avec un temps d'exécution le plus court possible. On connaît l'utilisation de la méthode dite des courants de Foucault qui permet d'effectuer des contrôles non destructifs de pièces, par exemple pour déterminer sur ces pièces la présence éventuelle de défauts ou pour déterminer, éventuellement de manière qualitative, la présence d'une phase ou d'une structure dans un matériau métallique. Le procédé consiste à soumettre la pièce, dans la zone de contrôle, à un champ magnétique produit par une bobine électromagnétique alimentée en courant variable, dite bobine émettrice. Le champ magnétique variable produit par la bobine émettrice crée des courants induits dans le métal. Ces courants induits, appelés courants de Foucault, donnent eux-mêmes naissance à un champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique inducteur. II en résulte une modification de l'impédance de la bobine couplée à la pièce qui peut être mesurée à partir d'un signal électrique, généralement capté par une seconde bobine dite bobine réceptrice. On n'a cependant jamais utilisé ce procédé pour obtenir des mesures représentatives et fiables de l'épaisseur d'une couche durcie de pièces d'une fabrication industrielle tels que des arbres à cames ou des vilebrequins. En effet, il ne semble généralement pas possible d'obtenir une corrélation précise entre les composants d'une impédance complexe d'une bobine alimentée en courant variable couplée avec la pièce comportant une couche durcie et l'épaisseur de la couche durcie par traitement thermique. Le but de l'invention est de proposer un procédé de contrôle non destructif de l'épaisseur d'une couche durcie par traitement thermique d'une pièce mécanique en métal d'une fabrication industrielle en série, mettant en couvre la méthode des courants de Foucault et permettant d'obtenir des valeurs précises et reproductibles de l'épaisseur de la couche durcie. Dans ce but: - on prélève un lot de pièces sur la fabrication, - on mesure sur chacune des pièces du lot de pièces, dans au moins une zone de mesure de la surface durcie de la pièce, des composants d'impédance complexe d'une bobine alimentée en courant variable multifréquence couplée à la pièce, obtenus pour chacune des fréquences d'un ensemble de fréquences du courant variable, - on mesure en une pluralité de points de la surface durcie dans chaque zone de mesure de chacune des pièces du lot de pièces, l'épaisseur de la couche durcie, par une méthode destructive métallographique et on calcule la valeur moyenne des épaisseurs mesurées par méthode destructive métallographique dans chaque zone, - on détermine, à partir des composants des impédances complexes mesurés, pour les différentes fréquences du courant variable multifréquence et des valeurs d'épaisseur de couche durcie mesurées par la méthode destructive, des coefficients de régression pour passer des composants des impédances complexes à des valeurs d'épaisseur de la couche durcie, - on mesure sur chacune des pièces mécaniques de la fabrication les composants des impédances complexes de la bobine alimentée en courant variable multifréquence, couplée avec une surface durcie de la pièce de la fabrication, dans au moins une zone de mesure, et - on détermine l'épaisseur de la couche durcie dans chaque zone de mesure de chacune des pièces de la fabrication, à partir des composants d'impédance complexe mesurés sur la pièce de la fabrication et des coefficients de régression. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un procédé de contrôle de l'épaisseur d'une couche durcie par traitement thermique sur certaines parties de pièces d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et en particulier sur des surfaces d'actionnement de cames d'un arbre à cames. La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un arbre à cames sur lequel on effectue le contrôle de fabrication suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale d'une came de l'arbre à cames représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue en élévation latérale d'un vilebrequin d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile sur lequel on'effectue un contrôle de fabrication par le procédé de l'invention. La figure 4 est une vue en coupe d'un palpeur à courants de Foucault pour réaliser le contrôle de la couche durcie de cames d'un arbre à cames. La figure 5 est une vue en coupe d'un palpeur à courants de Foucault pour effectuer le contrôle d'une couche durcie de paliers et manetons d'un vilebrequin. La figure 6 est une vue schématique du contour d'une came d'un arbre à cames montrant les zones de positionnement d'un palpeur à courants de Foucault, pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La figure 7 est une vue en coupe d'une couche durcie suivant une partie périphérique d'une came d'un arbre à cames montrant la répartition de zones de mesure d'épaisseur de la couche durcie par une méthode destructive métallographique. La figure 8 est une vue des images micrographiques du profil de la figure 7 Sur la figure 1, on a représenté un arbre à cames d'un moteur de véhicule automobile, désigné de manière générale par le repère 1, et comportant huit cames d'admission 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h et quatre cames d'échappement 3a, 3b, 3c et 3d intercalées chacune entre deux cames d'admission de l'arbre à cames. Comme il est visible sur la figure 2, les cames 2 (ou 3) ont une section de forme profilée présentant un grand axe et un petit axe perpendiculaires entre eux. Aux extrémités du grand axe, la came présente une partie à plus grand rayon de courbure (à la partie inférieure de la came sur la figure 2) et une partie à plus faible rayon de courbure (à la partie supérieure de la came sur la figure 2). La partie à plus grand rayon de courbure est appelé dos de la came et la partie à plus faible rayon de courbure, nez de la came. La surface latérale 4 de la came, constituant la surface d'actionnement comporte une partie de montée 4b (sur la gauche sur la figure 2) et une partie de descente 4d (sur la droite sur la figure 2). Ces parties correspondent respectivement à la surface faisant monter l'organe actionné par la came et permettant la descente de cet organe, respectivement, pendant la rotation de l'arbre à cames 1. Les surfaces latérales d'actionnement 4 des cames doivent résister aux pressions de contact et à l'usure pendant le fonctionnement du moteur. On réalise sur les surfaces latérales 4 des cames une couche durcie, par traitement thermique. Le traitement thermique consiste à réaliser la fusion d'une couche superficielle de la came sous l'effet d'un arc électrique, en atmosphère d'argon, par le procédé TIG. On balaie la surface des cames de manière automatique à l'aide d'une torche TIG, de manière à refondre le matériau métallique de la came sur une certaine épaisseur. Les arbres à cames sont généralement réalisés en une fonte grise telle qu'une fonte à graphite sphéroïdale ou fonte GS, et la couche superficielle solidifiée après fusion est une couche ayant une structure de trempe de type lédéburitique pouvant comporter des zones à texture bainitique ou éventuellement martensitique, suivant les conditions de refroidissement après refusion. L'invention a pour but de fournir un procédé de contrôle de l'épaisseur de la couche durcie et en particulier un procédé permettant de déterminer si les cames de l'arbre à cames comportent bien une couche durcie dont l'épaisseur est suffisante (par exemple une épaisseur supérieure à 0,4 mm). Sur la figure 3, on a représenté un vilebrequin d'un moteur de véhicule automobile désigné de manière généraie par le repère 5 qui comporte des paliers 7a, 7b, 7c et 7d centrés sur l'axe de rotation du vilebrequin et des manetons 6a, 6b, 6c et 6d qui sont dans des positions décalées par rapport à l'axe du vilebrequin. Les paliers et les manetons du vilebrequin, par l'intermédiaire desquels on assure le maintien et le guidage du vilebrequin 5 et l'entraînement de bielles, subissent de fortes pressions de contact et une usure en service. Ces parties du vilebrequin sont traitées de manière à présenter une couche durcie d'une épaisseur comprise entre 1,5 et 3 mm. Le procédé suivant l'invention permet également le contrôle de l'épaisseur de la couche durcie des paliers et manetons de vilebrequins tels que 5 d'une fabrication industrielle en série. Le procédé habituel, pour contrôler l'épaisseur de la couche durcie d'une fabrication, est un procédé de contrôle destructif qui consiste à découper certaines parties durcies de pièces prélevées sur la fabrication et à déterminer, par examen métallographique sur la coupe réalisée, l'épaisseur de la couche durcie dont la structure est différente de la structure de la partie interne de la pièce. Dans le cas d'un arbre à cames tel que l'arbre à cames représenté sur la figure 1, on réalise le découpage de certaines cames, suivant un plan transversal de coupe perpendiculaire à l'axe de l'arbre à cames. Dans le cas d'un vilebrequin tel que le vilebrequin 5 représenté sur la figure 3, on réalise le découpage de paliers et manetons par un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin. La surface à examiner par métallographie doit être soigneusement polie et préparée en utilisant différents liquides d'attaque tels que des acides. Un tel procédé destructif peut être long à mettre en oeuvre et nécessite l'utilisation de liquides d'attaque qui peuvent présenter un certain danger pour le personnel chargé des contrôles. Le procédé selon l'invention est un procédé de contrôle non destructif par courants de Foucault, dans lequel on établit préalablement, sur un lot de pièces prélevées sur la fabrication, une corrélation entre les mesures réalisées par courants de Foucault et les épaisseurs mesurées par méthode destructive métallographique sur les pièces du lot de pièces retirées de la fabrication. Sur la figure 4, on a représenté un capteur à courants de Foucault 8 qui peut être utilisé pour réaliser des mesures par courants de Foucault sur les surfaces d'actionnement de cames d'un arbre à cames présentant une couche durcie. Sur la figure 4, on a représenté, de manière schématique, la surface d'actionnement 4 d'une came 2 ou 3 d'un arbre à cames tel que décrit en regard de la figure 1. La came 2 (3) présente une couche durcie 4a sous la surface d'actionnement et de contact 4 de la came. Le capteur 8 à courants de Foucault comporte une armature 9 dans laquelle est monté un noyau de ferrite 10 présentant une partie externe de forme annulaire et une partie centrale cylindrique délimitant entre elles une zone annulaire dans laquelle sont logées, dans des dispositions coaxiales, une bobine d'émission, ou bobine d'excitation, 11, et une bobine de réception, ou bobine de mesure, 12, disposée à l'intérieur de la bobine d'émission 11. La bobine d'émission 11 est alimentée en courant variable, généralement en un courant alternatif multifréquence, par des conducteurs 13 reliés à un générateur de courant 15 pouvant fournir à la bobine 11 des courants sinusoïdaux présentant plusieurs fréquences. Le bobinage de réception ou de mesure 12 est relié, par l'intermédiaire de conducteurs 14, à une unité 16 de traitement des signaux fournis par le bobinage de mesure 12. L'unité de traitement 16 peut être constituée par un micro-ordinateur de traitement des signaux du bobinage de mesure 12, sous forme numérisée. Le générateur de courant alternatif multifréquence 14 peut être couplé ou associé à l'unité de traitement 16 qui gère l'opération de contrôle, par l'intermédiaire d'un logiciel. Sur la figure 5, on a représenté un capteur à courants de Foucault 8' qui peut être utilisé pour effectuer des mesures sur un palier ou un maneton 6 (7) d'un vilebrequin tel que le vilebrequin 5 représenté sur la figure 3 comportant une couche durcie 4'a dont on veut réaliser le contrôle d'épaisseur par le procédé suivant l'invention. Le capteur à courants de Foucault 8' comporte une armature 9' dans laquelle est monté un noyau en ferrite 10' présentant une forme en U. Sur la branche transversale du circuit en U est engagé un bobinage d'émission ou d'excitation 11' et sur chacune des branches parallèles du U est engagé un bobinage de réception ou de mesure 12'a, 12'b. Comme dans le cas du capteur à courants de Foucault utilisé pour le contrôle des arbres à cames et représenté sur la figure 4, le bobinage 11' est relié à un générateur de courant alternatif multifréquence et les bobinages de réception ou de mesure 12'a et 12'b sont reliés à une unité de traitement telle qu'un micro-ordinateur. A partir du signal fourni par le ou les bobinages de réception 12, 12'a ou 12'b, sous la forme d'un signal de tension etlou d'intensité, qui est généralement numérisé et traité par un analyseur de Fourier, on détermine l'impédance complexe Z = X + jY du bobinage couplé avec la pièce comportant la couche durcie. Le composant X de l'impédance complexe correspond à la résistance et le composant Y à la réactance. En fait, on détermine les composants X et Y de l'impédance, pour chacune des fréquences du courant multifréquence. Pour réaliser les mesures, l'armature du capteur est mise en contact avec la surface durcie de la pièce, ce qui impose un positionnement précis et reproductible des bobinages d'excitation et de mesure. Les courants induits dans la pièce par le bobinage d'excitation et donc l'impédance du bobinage couplé à la pièce dépendent des caractéristiques de la structure métallurgique de la pièce et en particulier de la présence d'une couche durcie à la surface de la pièce dont la structure est différente de la structure interne de la pièce. Cependant, il n'a pas été possible d'établir une corrélation entre les composants de l'impédance complexe du bobinage d'excitation du capteur et l'épaisseur de la couche durcie en portant, dans des plans d'impédance X, Y, les points de coordonnées X, Y représentant les impédances complexes mesurées. Le procédé suivant l'invention, mis en oeuvre pour la mesure de la couche durcie de cames d'un arbre à cames, qui sera décrit ci-après, permet de réaliser de manière précise et reproductible la mesure de la couche durcie de pièces d'une fabrication industrielle. Le procédé suivant l'invention comporte des étapes préparatoires, préalables à la mesure proprement dite sur les pièces de la fabrication industriel le. Pour la mise en oeuvre des étapes préalables et des mesures, il est tout d'abord nécessaire de déterminer des conditions de mesure par courants de Foucault totalement reproductibles sur chacune des pièces ou zones de mesure des pièces, en ce qui concerne les déplacements et le positionnement du capteur à courants de Foucault sur la pièce. On définit des zones à contrôler sur les pièces qui sont imposées par le type de pièces soumises au contrôle. Par exemple, pour un arbre à cames, on contrôle les cames d'admission et les cames d'échappement, du côté de la surface d'actionnement de la came correspondant à la descente (côté désigné par 4d sur la figure 2 et sur la figure 6). Sur la figure 6, on a représenté de manière schématique le contour d'une came et, sur le côté descente de la surface d'actionnement de la came, la zone de mesure 4c. Une opération préalable à la mesure dans la zone de mesure 4c consiste à optimiser la position de contrôle du capteur dans cette zone. Dans le cas de la came représentée sur la figure 6, la zone de contrôle 4c présente une amplitude dans la direction circonférentielle de l'ordre de 6 mm et on déplace le capteur dans cette zone, à partir du point milieu, de 3 mm dans un sens et dans l'autre, l'amplitude totale du déplacement correspondant à un angle de rotation de 2" de la came. On mesure le signal de réponse du capteur et on cherche la position du capteur pour laquelle cette réponse présente une amplitude maximale. Cette position est repérée par rapport au point milieu de la zone 4c et permet une optimisation du couplage du capteur et de la pièce et une très bonne reproductibilité du posi tionnement du capteur d'une came à une autre ou d'un arbre à cames à un autre. Cette opération d'optimisation de la position du capteur sur la pièce sera désignée par la suite comme opération de rebroussement. Pour effectuer cette opération de rebroussement, on alimente le capteur avec un courant sinusoïdal ayant une fréquence d'1 kHz et une intensité de 0,5 A. II est également nécessaire d'effectuer le choix des paramètres du courant d'alimentation du capteur de mesure qui sera utilisé par la suite. Tout d'abord, il est nécessaire de choisir l'intensité du courant de manière à obtenir une réponse d'amplitude suffisante sur le bobinage de mesure. Néanmoins, du fait que les pièces dont on réalise l'examen sont ferromagnétiques, il est nécessaire de limiter le courant pour que l'induction B produite dans le matériau par le champ magnétique H du bobinage d'excitation soit une fonction linéaire du champ H. Dans le cas du contrôle des surfaces durcies de cames d'un arbre à cames, on a essayé trois intensités de courant : 0,1 A, 0,5 A et 0,9 A. Les courants de mesure ont été testés sur une pièce comportant une couche d'usure épaisse et sur une pièce comportant une couche d'usure mince. On n'a pas observé une augmentation sensible de la différence entre les mesures de pièces à couches durcies épaisse et mince avec l'intensité du courant. Cependant, le courant de 0,1 A induit une faible réponse qui est d'autant plus noyée dans le bruit de mesure. Le courant de 0,9 A présente deux inconvénients: Plus le courant injecté est grand, plus on aimante la pièce qui est ferromagnétique. On observe donc une dérive des mesures. De plus, la courbe représentative de la fonction B = f(H) n'est plus linéaire. D'autre part, un courant élevé fait chauffer le capteur dont on risque de dégrader la bobine émettrice. On a donc choisi, dans le cas du contrôle des arbres à cames, un courant d'intensité 0,5 A. D'autre part, il n'est pas possible d'exploiter les signaux fournis par la ou les bobines de mesure de manière brute. On a recours à une transformée de Fourier, sur laquelle il est possible de traiter le fondamental et un ou plusieurs harmoniques. En fait, des travaux ont montré qu'on doit se limiter à l'utilisation exclusive du fondamental du signal. II est bien connu que la profondeur de pénétration du champ produit par le courant d'excitation dans l'épaisseur de la pièce est inversement proportionnelle à la fréquence du courant d'excitation. Dans le cas de la mesure de l'épaisseur d'une couche durcie, il est nécessaire de choisir une fréquence suffisamment faible pour permettre une pénétration et donc la circulation de courants de Foucault, au-delà de la plus grande épaisseur de traitement qu'on peut trouver sur les pièces à mesurer. Dans le cas des arbres à cames, la fréquence permettant une pénétration jusqu'à l'épaisseur maximale de la couche durcie est de l'ordre d'1 kHz. Cependant la mesure par courants de Foucault est particulièrement sensible aux variations de la perméabilité magnétique lu et de la conductivité électrique a du matériau. Dans le cas de la production industrielle de pièces telles que des arbres à cames ou des vilebrequins, il existe entre les différentes pièces de la fabrication, des différences de composition chimique, de structure ou encore de contraintes internes du matériau des pièces, ce qui entraîne une variation de p et a et donc des courants de Foucault d'une pièce à une autre. Une des caractéristiques de l'invention est d'utiliser un contrôle en multifréquence, pour extraire l'information "profondeur de traitement thermique" des mesures effectuées. Le contrôle à une seule fréquence ne serait applicable que si les pièces étaient rigoureusement identiques en ce qui concerne leur composition, leur structure, leur dureté superficielle, leur état de surface ou leurs caractéristiques géométriques. On utilise donc des courants d'excitation ayant plusieurs fréquences choisies de manière à éliminer tous les paramètres perturbateurs lors du calcul de régression multilinéaire effectué sur les mesures, comme il sera expliqué par la suite. Dans le cas du contrôle des arbres à cames, il est nécessaire d'utiliser des basses fréquences pour que les courants traversent toute la couche durcie. Cependant, des fréquences plus élevées renferment également une information qui est nécessaire pour la mesure. On a donc choisi d'étaler les fréquences de mesure dans une plage allant de 20 à 8000 Hz pour les cames d'échappement et pour les cames d'admission. En présence d'une fabrication industrielle de pièces telles que des arbres à cames, il est d'autre part nécessaire de réaliser, préalablement aux mesures, un étalonnage permettant de traduire les mesures d'impédance complexe par courants de Foucault en mesures d'épaisseur de la couche durcie des pièces. Une première étape consiste à prélever un lot de pièces sur la production, pour réaliser l'étalonnage. Le nombre de pièces n dans le lot de pièces peut être exprimé par la formule suivante: n = p/z x e, z étant le nombre de zones à contrôler par pièce, e, le nombre de balayages réalisés sur chacune des zones, p, le nombre minimum de balayages total sur les pièces du lot de pièces pour obtenir des résultats significatifs. Ce nombre minimum de balayages est compris entre 200 et 600 et de préférence voisin de 400. Par exemple, pour un arbre à cames tel que l'arbre à cames 1 représenté sur la figure 1 qui comporte huit cames d'admission et quatre cames d'échappement, on aura: z = 4 (par exemple quatre zones de contrôle correspondant aux quatre cames d'échappement), e = 4, ce choix étant un compromis entre le temps nécessaire pour les mesures et les nécessités de l'exploitation statistique des mesures. Dans le cas où p = 400, n = 400/4 x 4 = 25 pièces. Les pièces du lot de pièces utilisé pour l'étalonnage de la méthode de contrôle sont choisies de manière à limiter au maximum les erreurs de mesure. En particulier, on choisit des pièces dont les surfaces durcies présentent le meilleur état de surface possible. Dans le cas des arbres à cames, on choisit, pour réaliser le lot de pièces, des arbres à cames dont les surfaces de contact ont une rugosité inférieure à 3 pm. Lorsqu'on est en présence du lot de pièces, on effectue une opération préalable qui consiste à choisir une pièce de référence avec laquelle on réalisera, avant chaque mesure, le recadrage du dispositif de mesure. Ce recadrage, ou recalibrage, est assuré automatiquement par le logiciel de l'unité de traitement des mesures. Avant de démarrer les mesures pour sélectionner la pièce de référence dans le lot de pièces, on effectue un chauffage du capteur1 si ce capteur n'a pas servi depuis un certain temps, afin de rendre les mesures plus homogènes et d'éviter des erreurs de mesure dues à l'effet Joule. Pour cela, on effectue le protocole suivant quatre fois de suite. DEMAGNETISATION (x2 fois) l BALAYAGE DEMAGNETISATION (x2 fois) Le protocole comporte deux étapes de démagnétisation qui sont réalisées chacune deux fois et encadrant une opération de balayage de la zone de mesure de chacune des pièces du lot de pièces par le capteur. Les étapes de démagnétisation locale de la pièce consistent à alimenter le bobinage d'excitation avec un signal sinusoïdal d'amplitude décroissante, pour décrire des cycles d'hystérésis du matériau de la pièce d'étendue décroissante, jusqu'à parvenir au point zéro. Le balayage consiste à balayer la zone de mesure avec le capteur alimenté successivement avec les différentes fréquences du courant d'excitation retenu. Lorsque le capteur est chaud, on réalise le protocole suivant: DEMAGNETISATION x2 I BALAYAGE I x 10 fois DEMAGNETISATION x2 STOCKAGE STOCKAGE DE LA REPONSE DE LA PIECE Le protocole est effectué dix fois de suite, de manière à pouvoir obtenir un nombre suffisant de mesures pour réaliser une détermination statistique. Les étapes de démagnétisation et de balayage sont réalisées comme indiqué ci-dessus. Dans la dernière étape du protocole, on réalise le stockage des signaux de réponse de la pièce captés par le bobinage de mesure déphasage est intégrée parmi les paramètres de réglage mis en mémoire dans l'unité de traitement 16. II est nécessaire d'effectuer un recadrage des mesures en utilisant la pièce de référence, du fait que les mesures par courants de Foucault sont très sensibles aux conditions ambiantes dans lesquelles elles sont réalisées et en particulier les mesures dépendent de l'humidité et de la température ambiante. On effectue ensuite l'étalonnage et la mesure sur les n - 1 pièces du lot de pièces, après recadrage sur la pièce de référence, par le protocole suivant: MISE MISE EN PLACE DE LA PIECE DE REFERENCE SUR LE BANC DE MESURE REBROUSSEMENT I DEMAGNETISATION x2 w {a) | BALAYAGE a CALIBRE: calcul automatique de la correction à apporter à tous les balayages à venir DEMAGNETISATION x2 ,af DéGAGE : déplace le capteur pour libérer la pièce de de référence rl a, CHANGE: monter la'-""""-I sur banc REBROUSSEMENT w | REBROUSSEMENT | z Passage à | Chauffe (facultative) du capter sur la pièce à mesurer | å la came chauffe (facultative) du capteur sur la pièce à mesurer suivante de l'arbre w â cames DEMAGNETISATION x2 BALAYAGE DEMAGNETISATION x2 l l l STOCKAGE DE LA REPONSE DE LA PIECE Àj dans une base de données L on dégage la pièce Après mise en place de la pièce de référence sur le banc de mesure, on réalise si nécessaire, sur la pièce de référence, un chauffage du capteur, puis une détermination de la position du capteur dans l'étape "rebroussement", une démagnétisation de la pièce et un balayage de la pièce avec les différentes fréquences du courant d'excitation. Dans l'étape suivante, on réalise le calibrage des mesures en comparant (sous la forme du module de l'impédance complexe) la mesure qui vient d'être effectuée sur la pièce de référence à la mesure de référence déterminée précédemment (voir plus haut) qui est gardée en mémoire dans l'unité de traitement. Cette comparaison permet de calculer la correction à effectuer sur les mesures suivantes, grâce à un logiciel de calcul sur l'unité de traitement. Par la suite, lorsqu'on fait une mesure sur une pièce quelconque du lot de n - 1 pièces, le logiciel corrige automatiquement les mesures et range les mesures corrigées dans une base de données. Après avoir démagnétisé la pièce de référence, on libère celle-ci et on monte sur le banc de mesures, une première pièce du lot de n - 1 pièces (lot de n pièces duquel on a retiré la pièce de référence). Dans l'étape suivante (rebroussement), on détermine la position précise du capteur dans une première zone de mesure de la pièce du lot de pièce pour obtenir un signal de mesure maximal. Après un chauffage facultatif du capteur, on réalise une démagnétisation de la pièce, puis un balayage, puis une seconde démagnétisation et enfin un stockage des mesures effectuées, les mesures effectuées étant corrigées automatiquement par le logiciel, comme indiqué ci-dessus. On effectue quatre cycles successifs conduisant à une mesure pour chacune des zones de mesure. On effectue éventuellement un second cycle de mesures dans une seconde zone de mesure, par exemple sur une seconde came d'un arbre à cames. Lorsque toutes les mesures sont réalisées sur la pièce, on dégage la pièce puis on remet en place la pièce de référence pour réaliser un nouveau protocole de mesure sur une seconde pièce du lot de n - 1 pièces. Toutes les mesures sont corrigées automatiquement par le logiciel en fonction de la comparaison effectuée avec la mesure réalisée sur la pièce de référence. Les résultats de mesure sont stockés dans la mémoire de l'unité de traitement 16 sous la forme d'une matrice X ayant la forme donnée cidessous. Pièce Zone Xfreqi Yfreqi. Xfreqio Yfreqic.. X p colonnes P q q lignes MATRICE X l Chacune des lignes de la matrice X correspond à une zone de mesure de l'une des n - 1 pièces du lot de pièces. Les colonnes de la matrice X correspondent aux valeurs mesurées des composants X et Y de l'impédance du capteur couplé à la pièce, pour chacune de dix fréquences de mesure choisies dans l'intervalle prédéterminé, tel que mentionné plus haut. De manière à effectuer une corrélation entre les mesures réalisées par courants de Foucault sur les n - 1 pièces du lot de pièces et les valeurs de l'épaisseur de la couche durcie des pièces, on réalise, dans les zones de mesure de chacune des n - 1 pièces, des mesures d'épaisseur par une méthode destructive métallographique. Dans le cas d'un arbre à cames, on réalise, pour chacune des n - 1 pièces du lot de pièces un découpage des cames sur lesquelles on a réali sé les mesures, suivant un plan transversal perpendiculaire à l'axe de l'arc bre à cames. On réalise un polissage métallographique et une attaque à l'acide des coupes métallographiques réalisées. Les mesures d'épaisseur sont effectuées dans les zones correspondant aux zones de mesure des cames, du côté de la descente de la surface d'actionnement de la came. Sur la figure 7, on a représenté une partie d'une coupe métallographique d'une came, dans la zone de mesure 4c de la came qui comporte, en dessous de sa surface d'actionnement 4, une couche durcie 4a réalisée par refusion et solidification rapide de la fonte à graphite sphéroïdal constituant le métal de la came. La couche durcie 4a est une structure de trempe principalement constituée par de la lédéburite. La couche durcie 4a ne présente pas une épaisseur uniforme, la surface délimitant la couche durcie vers l'intérieur de la came étant une surface présentant des ondes successives suivant la circonférence de la surface d'actionnement 4de la came. La surface ondulée interne de la couche durcie est formée lors du balayage de la surface d'actionnement 4 de la came par la torche de refusion TIG. La torche de refusion est en effet déplacée alternativement suivant la direction longitudinale de l'arbre à cames, c'est-à-dire suivant la direction de la largeur de la surface d'actionnement 4, l'arbre à cames étant mis en rotation autour de son axe pendant le traitement thermique de refusion. Le réactif chimique renfermant de l'acide permet de révéler la couche durcie 4a, de telle manière qu'il est possible de mesurer son épaisseur, soit directement sur le microscope métallographique, soit encore sur des micrographies à une échelle bien définie. La hauteur des ondulations de la surface interne de la couche durcie est à peu près, dans le cas des cames durcies par le procédé TIG, de 0,05 mm à 0,1 mm, ce qui représente approximativement de 12 à 25 % de l'épaisseur minimale de la couche durcie. Il n'est donc pas possible de se limiter à la mesure d'une seule valeur d'épaisseur. Comme il est visible sur la figure 8, on réalise, dans la zone 4c de la surface d'actionnement 4 de la came, une série d'images micrographiques dans une zone d'une longueur I de 8 mm du fait que la surface active du capteur à courants de Foucault présente une forme circulaire et un diamètre de 8 mm. On réalise quatre images micrographiques successives sur la longueur de la zone de mesure et quatre mesures d'épaisseur sur chacune des images. On obtient donc seize mesures en des points espacés de 0,5 mm l'un de l'autre à la surface de la came. On calcule la valeur moyenne des seize mesures réalisées dans la zone 4c de la surface 4 de la came, la valeur moyenne étant retenue comme valeur de l'épaisseur mesurée. On réalise les mesures pour chacune des zones de mesure de chacune des n - 1 pièces du lot de pièces1 à l'exception de la pièce de référence. On introduit manuellement les mesures dans la base de données de l'unité de traitement 16 sous la forme d'une matrice M appelée matrice de métrologie. La matrice de métrologie M est ordonnée par rapport à la matrice X des mesures par courants de Foucault réalisées dans les zones de mesure des n - 1 pièces. Les lignes de la matrice M, comme les lignes de la matrice X, correspondent aux zones de mesure des n - 1 pièces du lot de pièces. On a représenté ci-dessous l'ordonnancement dans la mémoire de l'unité de traitement, des matrices M et X. Pièce Zone Métrologie Xfréq.1 Yfréq. 1 Xfréq.10 Yfréq.10 Matrice M | Matrice X L'unité de traitement 16 comporte un logiciel permettant de déterminer par régression linéaire un modèle mathématique permettant de passer de valeurs de mesures X et Y de l'impédance complexe du capteur à courants de Foucault pour les différentes fréquences utilisées à des valeurs d'épaisseur. Pour effectuer la recherche du modèle mathématique, on ne prend en compte que la moitié de la matrice constituée des matrices M et X correspondant aux résultats obtenus sur n - 1 /2 pièces du lot de n - 1 pièces. Cette matrice utilisée pour la détermination du modèle mathématique est appelée base de régression. En appelant B la matrice des coefficients de régression, on peut écrire: M = XB. On utilise un modèle multilinéaire de la forme: M = bO + bl x (Xfréq. 1) + b2 x (Yfréq. 1) + .. + bi 1 x (Yfréq. 10). La matrice B comporte vingt et un coefficients de régression bO, b1, b2, , du fait qu'on utilise dix fréquences de mesure et qu'on tient compte de la contante bO. La matrice B des coefficients de régression n'est pas utilisée sous la forme telle qu'obtenue à la suite du calcul. On utilise la seconde partie des matrices M et X qui n'a pas été utilisée comme base de régression pour optimiser la matrice B. Cette seconde partie des matrices est appelée base test. A chaque fois qu'on fait une opération sur la base de régression, on considère les modifications entraînées sur la base test. On peut avoir, de cette manière, une idée de l'efficacité du modèle de régression pour effectuer le contrôle de pièces de la fabrication en série. On recalcule les épaisseurs de la couche durcie dans les zones de mesure des n - 1 pièces à partir de la matrice de mesure par courants de Foucault X et de la base de régression B. On compare les valeurs d'épaisseur E et les valeurs de la matrice de métrologie M afin d'obtenir les résidus R en valeur absolue. On calcule la moyenne des valeurs absolues des résidus I RM On calcule, sur la base test, les résidus z R'l à partir des valeurs mesurées X de la base test et des coefficients de la matrice B. On détermine la moyenne des valeurs absolues des résidus I R'MI On supprime de la base de régression la ligne comportant les plus grandes valeurs des résidus I RI. On recalcule les coefficients de régression B après cette suppression. On calcule à nouveau les résidus et on réalise à nouveau l'opération de suppression. On réalise successivement les opérations jusqu'à la stabilisation de la valeur moyenne des résidus I R'MI à un minimum. On élimine ainsi de la base de données les zones de mesure qui génèrent la plus grande erreur, dans le but de réduire au minimum l'erreur commise sur la base test. On réalise ensuite une optimisation de la base de régression et des coefficients de régression, par élimination successive des fréquences de mesure, dans le but de réduire au minimum l'erreur commise sur la base test. A cet effet, on réalise les opérations mentionnées ci-dessus en supprimant successivement chacune des fréquences de l'ensemble de fréquences de mesure, afin de calculer les résidus. Après avoir supprimé une fréquence et calculé les résidus, on réintègre la fréquence avant de supprimer une autre fréquence. On détermine la fréquence pour laquelle on a obtenu la valeur I R'M la plus faible, alors que cette fréquence était supprimée. On enlève les valeurs de mesure correspondant à cette fréquence de la matrice de régression. On dispose alors d'une matrice de coefficients de régression optimisee. On applique alors le protocole de mesure à chacune des pièces de la fabrication industrielle, autres que les pièces du lot qui a été prélevé pour déterminer des coefficients de régression. Les valeurs de mesure sont entrées et ordonnées dans la mémoire de l'unité de traitement 16 sous la forme d'une matrice X'. On calcule les épaisseurs de la couche durcie de chacune des pièces en utilisant les coefficients de régression sous la forme: E = X'B. On effectue un calcul d'erreur sur le résultat final à partir des erreurs expérimentales estimées. On compare, pour effectuer le contrôle de la couche durcie1 les valeurs d'épaisseur obtenues pour chacune des zones de mesure de chacune des pièces de la fabrication, avec une valeur de contrôle prédéterminée, par exemple, dans le cas du contrôle de la couche durcie des cames d'un arbre à cames1 on contrôle les épaisseurs obtenues par le contrôle non destructif avec la valeur de 0,4 millimètre constituant la valeur minimale d'une couche durcie satisfaisante. Les différentes étapes qui doivent être mises en oeuvre pour le contrôle de fabrication d'une pièce nouvelle sont énumérées ci-dessous I Développement: Constitution d'une base de données pour la mesure d'une pièce nouvelle. -1- Définition des zones à contrôler et programmation des coordonnées de positionnement du capter. capteur. -2- Optimisation des positions de contrôle par utilisation des points de rebroussement. -3- Définition des jeux de paramètres à utiliser pour les mesures 4- Constitution d'un lot de pièces: pièces de production traitées superficiellement et ayant une rugosité inférieure à 3 microns sur les zones à contrôler I -5- Recherche d'une pièce de référence I 6 - Définition d'un protocole de mesure intégrant le calibra e -7- Mesure des pièces du lot par courants de Foucault pour constitution des bases en utilisant le calibrage -8- Mesure de l'épaisseur de traitement superficiel par une méthode destructive -9- Renseignement des bases avec les mesures du contrôle destructif l -10- Recherche du modèle mathématique par régression linéaire I 1 -11 - Optimisation Il Mesure: L - Application du protocole de mesure à une pièce de la fabrication I - Calcul de l'épaisseur de traitement en utilisant le modèle défini lors du développement - Calcul d'erreur sur le résultat final (par zone et par essai) Par une première série d'opérations, on constitue une base de données pour la mesure de la couche durcie des pièces de la fabrication, de manière à parvenir à un modèle mathématique par régression linéaire qui est optimisé pour assurer le calcul des épaisseurs à partir des mesures effectuées sur les pièces de la fabrication. On réalise ensuite les mesures sur les pièces de la fabrication, suivant un protocole analogue aux mesures sur les pièces du lot de pièces et en utilisant la pièce de référence, comme précédemment , on calcule les épaisseurs de la couche durcie dans les différentes zones de mesure des pièces et on effectue enfin un calcul d'erreur sur le résultat final. Le procédé suivant l'invention permet d'obtenir de manière non destructive, des valeurs des épaisseurs de la couche durcie obtenue par traitement thermique de pièces d'une fabrication industrielle. Ce procédé permet de réaliser un contrôle par comparaison des épaisseurs obtenues pour chacune des pièces avec une ou plusieurs valeurs d'épaisseur limite permettant de déterminer si la pièce est satisfaisante ou non. Ces résultats sont obtenus sans découpage des pièces, c'est-à-dire de manière totalement non destructive. Les pièces contrôlées considérées comme satisfaisantes, à l'exception des pièces du lot de pièces nécessaires pour déterminer le modèle mathématique peuvent être utilisées par la suite sur les chaînes de fabrica tion et de montage. II en résulte une économie importante dans le cadre de la fabrication industrielle. Un intérêt du procédé suivant l'invention est également de réduire considérablement le temps nécessaire pour le contrôle des pièces de la fabrication. Bien entendu, il est possible soit de réaliser le contrôle sur toutes les pièces de la fabrication industrielle ou seulement, de manière statistique, sur une partie de ces pièces, par le procédé de contrôle non destructif suivant l'invention. L'invention s'applique non seulement au cas des pièces pour moteur de véhicule automobile tels que les arbres à cames et les vilebrequins, mais également à toute pièce d'une fabrication industrielle en série comportant une couche durcie par traitement thermique destinée à supporter des pressions de contact, des frottements ou l'usure. REVENDICATIONS 1. - Procédé de contrôle non destructif de l'épaisseur d'une couche durcie (4a, 4'a) par traitement thermique de pièces mécaniques (1, 5) en métal d'une fabrication industrielle en série, caractérisé par le fait: - qu'on prélève un lot de pièces sur la fabrication, - qu'on mesure, sur chacune des pièces (1, 5) du lot de pièces, dans au moins une zone de mesure de la surface durcie de la pièce, des composants d'impédance complexe d'une bobine (11, 11') alimentée en courant variable multifréquence couplée à la pièce, obtenus pour chacune d'un ensemble de fréquences du courant variable, - qu'on mesure en une pluralité de points de la surface durcie (4a, 4'a) dans chaque zone de mesure de chacune des pièces (1, 5) du lot de pièces, l'épaisseur de la couche durcie (4a, 4'a), par une méthode destructive métallographique et qu'on calcule la valeur moyenne des épaisseurs mesurées par méthode destructive métallographique dans chaque zone de mesure, - qu'on détermine, à partir des composants des impédances complexes mesurés, pour les différentes fréquences du courant variable multifréquence et des valeurs d'épaisseur de couche durcie (4a, 4'a) mesurées par la méthode destructive, des coefficients de régression pour passer de composants des impédances complexes à des valeurs d'épaisseur de la couche durcie (4a, 4'a), - qu'on mesure sur chacune des pièces mécaniques (1, 5) de la fabrication, les composants des impédances complexes de la bobine (11, 11') alimentée en courant variable multifréquence, couplée avec une surface durcie (4a, 4'a) de la pièce (1, 5) de la fabrication, dans au moins une zone de mesure, et - qu'on détermine l'épaisseur de la couche durcie (4a, 4'a) dans chaque zone de mesure de chacune des pièces (1, 5) de la fabrication, à partir des composants d'impédance complexe mesurés sur la pièce (1, 5) de la fabrication et des coefficients de régression. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on compare l'épaisseur de la couche durcie (4a, 4'a) dans chaque zone de mesure de chacune des pièces (1, 5) de la fabrication obtenue à partir des composants d'impédance complexe mesurés sur la pièce (1, 5) et des coefficients de régression, à au moins une valeur fixe prédéterminée. 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, préalablement aux mesures sur chacune des pièces (1, 5) du lot de pièces et aux mesures sur les pièces (1, 5) de la fabrication, on définit, pour chacune des pièces (1, 5), au moins une zone de mesure (4c) et on optimise la position d'un capteur (8, 8') comportant la bobine (11,11') alimentée en un courant de fréquence déterminée, en dépla çant le capteur (8, 8') dans la zone de mesure (4c) et en déterminant le point pour lequel un signal de réponse du capteur présente une amplitude maximale. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait qu'on choisit, dans le lot de pièces (1, 5) prélevées sur la fabrication, une pièce de référence et, sur la pièce de référence, une zone de référence, qu'on mesure les composants de l'impédance complexe de la bobine (11, 11') couplée à la zone de référence, qu'on calcule le module de l'impédance complexe mesurée, qu'on met en mémoire la valeur du module de l'impédance complexe mesuré et le déphasage dans la zone de référence de la pièce de référence et qu'avant chacune des mesures sur chacune des pièces du lot de pièces et sur chacune des pièces de la fabrication, on mesure les composants de l'impédance complexe de la bobine couplée à la zone de référence de la pièce de référence et on détermine le module de l'impédance complexe, et on compare le module de l'impédance complexe mesuré sur la pièce de référence avant la mesure sur une pièce (1, 5) du lot de pièces ou sur une pièce (1, 5) de la fabrication, au module de l'impédance complexe mis en mémoire, afin d'effectuer un recadrage et une correction des mesures, en utilisant un logiciel de calcul. 5.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que pour déterminer la zone de référence de la pièce de référence du lot de pié ces (1, 5) prélevées sur la fabrication, on réalise, dans chacune des zones de mesure des pièces (1, 5) du lot de pièces, une pluralité de mesures de l'impédance complexe de la bobine couplée à chaque zone de mesure de la pièce (1, 5), qu'on détermine le module de l'impédance complexe dans chacune des zones de mesure des pièces (1, 5) du lot de pièces, qu'on calcule la moyenne des modules des impédances complexes et qu'on choisit comme zone de référence et comme pièce de référence, la zone de mesure de la pièce dans laquelle le module de l'impédance complexe a la valeur la plus proche de la valeur moyenne calculée. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, préalablement à chacune des mesures des composants d'une impédance complexe de la bobine couplée à une zone de mesure d'une pièce (1, 5), on réalise une démagnétisation de la zone de mesure de la pièce (1, 5) en alimentant la bobine (11, 11') avec un courant sinusoïdal d'amplitude décroissante au cours du temps, pour décrire des cycles d'hystérisis du matériau de la pièce d'amplitude décroissante. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'avant de réaliser une mesure dans une zone de mesure d'une pièce (1, 5), on réalise le chauffage du capteur de mesure (8, 8') comportant la bobine (11, il'), par alimentation successive de la bobine (11, 11') en courant à chacune des fréquences du courant variable multifréquence d'alimentation. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'on détermine, de manière optimisée, les coefficients de régression en éliminant parmi l'ensemble des composants des impédances complexes mesurés sur les pièces (1, 5) du lot de pièces, pour chacune des fréquences et utilisés pour la détermination des coefficients de régression, des composants obtenus dans au moins une zone de mesure d'au moins une pièce (1, 5) et des composants obtenus pour au moins une fréquence, en comparant les valeurs d'épaisseur obtenues à partir des composants de l'impédance complexe et des coefficients de régression et des valeurs de l'épaisseur obtenues par le procédé destructif métallographique. 9.- Application d'un procédé de contrôle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 au contrôle d'épaisseur d'une couche durcie sur des cames (2, 3) d'un arbre à cames (1) d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. 10.- Application d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 au contrôle de l'épaisseur d'une couche durcie sur un palier (7) ou sur un maneton (6) d'un vilebrequin (5) d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile.