Brevet FR2926136A1 — publié le 20090710

Procédé de mesure par balayage d'une caractéristique physique à la surface d'un objet L'invention a pour objet un procédé de mesure par balayage d'une caractéristique physique à la surface d'un objet. Elle utilise à cet effet un système de cartographie de contrôle non destructif manipulé par un opérateur nomade. L'invention porte sur les opérations de contrôle non destructif, en production et en maintenance, par exemple dans le domaine aéronautique. Certaines opérations de contrôle non destructif requièrent, pour dimensionner des défauts, de réaliser des cartographies des pièces inspectées. La cartographie est réalisée par un opérateur qui manipule en regard de l'objet un dispositif de contrôle non destructif. L'opérateur déplace un capteur sur la pièce à contrôler, et une donnée physique issue de ce capteur est associée à la position du capteur. La donnée physique est par exemple un temps de vol d'une onde acoustique pénétrant au travers d'une structure formant la surface de l'objet. A cet effet, un transducteur piézoélectrique excite la structure, l'onde acoustique s'y propage et renvoie deux échos représentatifs des faces de la structure. Ou bien, la caractéristique physique est une conductivité électrique d'une couche d'un matériau formant la surface de l'objet. Dans ce dernier cas, le capteur est un capteur de mesure de courants de Foucault: un champ électromagnétique est induit dans la couche de matériau, ce champ s'y développe d'autant plus facilement que cette couche révèle une plus grande conductivité. Dans l'état de la technique, une telle investigation rencontre deux problèmes. D'une part, l'ergonomie de l'opérateur manipulateur du capteur est mauvaise. La méthodologie comporte en effet la mesure avec l'appareil de contrôle non destructif, la délimitation graphique sur la pièce de la zone où apparaît le défaut, puis le report de la répartition des défauts trouvés, de la forme obtenue, sur un support transparent de type calque. Pour ce report, l'opérateur a marqué directement sur l'objet, avec un marqueur, les lieux des défauts au fur et à mesure de la mesure des défauts. Par exemple il fait des points sur l'objet à l'endroit de ce défaut. Puis il reporte avec le calque l'image des défauts mesurés en plaquant le calque sur l'objet et en y dessinant le lieu des défauts. D'autre part, la transmission de l'information obtenue aux organes décisionnels, au laboratoire d'analyse, passe par la transmission de ce support transparent issu de la manoeuvre décrite ci-dessus. Ce support transparent est fragile, difficilement exploitable (par exemple pour évaluer la surface équivalente de défaut), lourd à stocker. En outre le calque présente l'inconvénient de manifester l'absence de défaut dans les zones non pointées. Or cette absence de défaut peut résulter de ce qu'effectivement aucun défaut n'est présent à leur endroit, ou de ce que l'opérateur n'a pas balayé la zone dépourvue de zones pointées. Les systèmes de cartographie mobiles existants sont soit très rudimentaires, comme ce qui est décrit ci-dessus, soit très lourds à mettre en oeuvre. Dans ce dernier cas, ils reposent sur un appareillage mécanique qui relève les positions du capteur, par exemple à l'aide de pantographes, de manière à mémoriser par la mesure des angles des bras du pantographe, les zones balayées. Avec une telle solution, au mieux, le laboratoire d'analyse peut déduire des résultats qui lui sont apportés que toute la zone suspecte de la structure a été balayée, ou au contraire qu'une partie est manquante. Dans ce cas, l'opération doit être recommencée, avec perte de temps, et sans certitude qu'à la deuxième investigation le travail sera plus complètement accompli. L'invention permet de résoudre ce double problème d'ergonomie et de certitude d'investigation. Elle associe des moyens de réalité augmentée modernes aux outils de contrôle non destructif. Par exemple, après une phase de calibrage simple, le capteur selon l'invention transmet au système, en temps réel, sa position, alors qu'il est manipulé par l'opérateur sur une surface de, ou par rapport à, la pièce inspectée. Le système crée alors des enregistrements qui assemblent une information de position à la valeur physique issue du capteur de contrôle mesurée pour cette position. De ce fait, le système produit en temps réel une cartographie. Par ailleurs, le système superpose la cartographie en cours de construction au réel. Soit la cartographie est superposée à une image du réel. L'ensemble peut alors être visualisé sur un moniteur par l'opérateur de contrôle. Cette superposition peut à cet égard passer par l'utilisation, à titre d'image, de données issues d'un programme de calcul de la pièce inspectée. En variante, le tracé de balayage est projeté sur la surface à inspecter de manière à ce que l'opérateur ait sous les yeux la progression de son travail, au fur et à mesure où celui-ci s'accomplit. Ceci permet d'affiner encore la visualisation et le rapport d'inspection pour la localisation du défaut. L'invention a donc pour objet un procédé de mesure par balayage d'une caractéristique physique à la surface d'un objet dans lequel - on déplace un capteur de mesure de cette caractéristique physique sur cette surface, - on relève pour différentes positions du capteur sur cette surface des mesures de la caractéristique physique, caractérisé en ce que - on visualise en temps réel un tracé du balayage. Elle a également pour objet un dispositif apte à la mise en oeuvre de 15 ce procédé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: -Figure 1: une représentation schématique d'un système apte à la 20 mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - Figures 2a et 2b: des exemples d'allures de caractéristiques physiques mesurées avec le système et le procédé de l'invention. La figure 1 montre un système apte à mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Avec ce système, on mesure, par balayage, une caractéristique 25 physique à la surface d'un objet. Par exemple, l'objet est ici une partie d'un fuselage 1 d'un avion ayant subi dans une zone 2 un choc ou une agression quelconque, par exemple un coup de foudre. Pour un tel coup de foudre, le courant produit par la foudre se répand sur toute la surface de l'avion, mais à l'endroit du point d'impact la densité de courant peut avoir été telle qu'elle a 30 amoindri les qualités mécaniques de la structure. Elle a cuit la structure. Il convient de l'examiner, par exemple pour savoir si elle a subi un délaminage ou une altération de la nature du matériau qui forme sa couche superficielle. Par exemple, figure 2a, si à un premier endroit examiné 3, aucun délaminage ne s'est produit, une onde acoustique 4 qui se propage depuis le 35 capteur dans l'épaisseur de la structure donnera lieu à un premier et un deuxième écho, bien francs, 5 et 6. Par contre à un endroit 7, en regard d'un zone ayant subi des délaminages 8 et 9, en plus des échos 5 et 6, le capteur détectera des échos parasites 10 et 11 intermédiaires. Dans ce cas, un temps de vol 12 sera dégradé en des temps de vols plus courts 13 à 15 caractéristiques d'une telle détérioration. Autrement, figure 2b, un capteur à courants de Foucault 16 induit des courants 17 dans une couche supérieure de la structure. Tant que la conductivité de la peau métallique du fuselage n'est pas atteinte, les courants de Foucault sont élevés, et l'impédance réactive de la peau est forte, par contre, lorsque la peau a été cuite, la conductivité électrique a baissé, et l'impédance réactive baisse. On mesure cette variation d'impédance dans le capteur 16. D'autres types d'investigation sont possibles pour mesurer d'autres caractéristiques physiques. En pratique le capteur 18, figure 1 qui sert pour ce balayage est manipulé par un opérateur humain dans la zone 2. Il y déplace le capteur 18 selon un tracé 19, plus ou moins régulier selon l'habileté de l'opérateur. Pour différentes positions du capteur sur cette surface, on relève des mesures de la caractéristique physique étudiée. Cette mesure peut être une simple indication que l'opérateur visualise sur un écran associé au (et éventuellement porté par) le capteur. Quand la mesure excède un seuil, l'opérateur place à l'endroit du dépassement de seuil une marque telle que 20 à 22 sur la structure. Puis, une fois le balayage terminé, il enlève son capteur 18, et place sur la zone 2 un calque sur lequel il reproduit le dessin des emplacements 20 à 22. La position du calque est par ailleurs repérée sur le fuselage, de manière à ce que le laboratoire puisse déterminer à quelle partie de l'avion correspondent les marques 20 à 22. Selon un perfectionnement connu, le repérage de la position du capteur peut être fait par un pantographe, ou mieux encore par un dispositif de localisation électromagnétique, de type GPS ou autre. Au besoin le capteur, en plus de sa fonction de mesure de caractéristique comporte une fonction de transmission symbolisée ici par une antenne 23. L'antenne 23 émet un signal de position, et un signal de mesure associé à cette possession. Par exemple, le capteur 18 peut être muni en plus d'une centrale inertielle, voire d'un dispositif de type souris optique d'ordinateur, qui émet un signal représentatif de la position du capteur. Selon l'invention, l'opérateur peut visualiser en temps réel un tracé 19 du balayage. Par exemple pour arriver à ce résultat, le système de l'invention comporte un microprocesseur 24, en relation par l'intermédiaire d'un bus 25 de commandes, d'adresses et de données avec une interface 26, une mémoire de données 27, une mémoire programme 28, un clavier de commande 29, et un dispositif de visualisation. Le dispositif de visualisation peut être de différentes formes. Dans un exemple préféré, il comporte un projecteur 30 pointé sur la zone 2. Ou bien, il comporte un moniteur déporté 31, ou encore une paire de lunettes 32. Ce dispositif de visualisation permet à l'opérateur de voir à la fois le tracé de ce qu'il a déjà balayé, et, en transparence dans le cas des lunettes, le capteur 18 que tient sa main. Le système est supporté par un ordinateur, de préférence portable. Cet ordinateur est connecté, directement ou non, avec ou sans fil, aux éléments suivants : un détecteur de position de la position du capteur (ce peut être un dispositif du type souris optique), le capteur de contrôle non destructif 18, et le dispositif 30 à 32 de visualisation. Dans le cas des lunettes 32, celles-ci sont aussi munies d'un détecteur de position en trois dimensions compte tenu de la faculté laissée à l'opérateur de bouger sa tête comme il le veut. Ces lunettes sont aussi munies d'un dispositif d'échange, symbolisé par une antenne 33, pour transmettre au système la position des lunettes, et pour recevoir de ce système une image à y afficher en transparence fonction de cette position. L'ordinateur réalise les opérations suivantes présentes sous la forme de programmes mémorisés dans la mémoire programme 28. Un premier programme 34 est un programme d'acquisition des données de contrôle et de position dans le monde réel. Ce programme est de type classique, même pour la position. L'exécution de ce programme 34 conduit à la mémorisation d'enregistrements tels que 35 et 36 associant à des mesures de coordonnées xi, yi et zi des mesures Mesi. Un deuxième programme 37 est un programme de visualisation. Il a pour objet une superposition de ces données, de manière à provoquer leur visualisation. Par exemple, cette visualisation comporte la création en temps réel d'une image 38, mémorisée dans une autre zone de la mémoire 27, par exemple sous forme de fichier de points d'image. L'image 38 comporte, depuis le début de l'inspection un tracé continu ou discontinu 39 de l'ensemble des régions balayées par le capteur 18. Typiquement l'image 38 montre que le capteur est arrivé à une position 40 au bout de ce tracé. L'image 38 peut comporter des index de limites telles que 41, en pointillés, de la zone à inspecter, de même qu'un tracé guide 42, en tirets, dans le but d'inviter l'opérateur à suivre ce tracé guide. Ce tracé guide 42 représente à tout moment les parties non encore balayée de la surface de l'objet. La visualisation peut se faire de plusieurs façons. Dans un mode préféré, l'image 38 est projetée par le projecteur 30 directement sur la surface de la zone 2. Sur celle-ci, l'opérateur constate alors d'une part la présence du capteur 18 qu'il tient dans sa main, et d'autre part l'image 39 du tracé déjà effectué. A titre de perfectionnement il y voit aussi les limites 41 de balayage ainsi que le tracé guide 42. Le calage du système au début de l'inspection peut comporter l'émission d'une image de ces limites. Avant de démarrer la mesure, l'opérateur cale le projecteur sur la zone 2 de l'avion qui l'intéresse. Puis le projecteur 30 pointe un début de balayage. Par exemple, le projecteur 30 émet un rayon lumineux qui affiche un point lumineux 43 de couleur, de forme ou de caractéristique particulière à l'endroit où il appelle l'opérateur à venir placer le capteur 18. C'est seulement une fois que le capteur a été placé sous ce point lumineux 43 qu'à l'aide du clavier 29 il déclenche l'enregistrement, à savoir la mémorisation à la fois des mesures des caractéristiques et des mesures des positions du capteur. Celles-ci sont mémorisées dans la mémoire 27. En variante, l'image 39 est montrée sur le moniteur 31. Dans ce cas, ce moniteur 31 peut par ailleurs prélever dans une banque d'image 44 de la mémoire 27 une image représentative de la zone 2. S'agissant du fuselage d'un avion, des rivets qui permettent la fixation des plaques de fuselage peuvent permettre de repérer et de choisir une image calée avec la zone physique 2 à inspecter sur le fuselage 1. Le calage comporte donc déjà le choix de la bonne image, et la bonne position de cette image dans l'écran, puis le capteur 18 doit être amené en un endroit de départ 43 du balayage sur l'objet 1, en même temps qu'un index de représentation de la position du capteur doit être amené à une position correspondante 45 dans l'image visualisée sur le moniteur 31. Un mécanisme à double souris, comme disponible dans les ordinateurs portables peut être utilisé à cet effet. En pratique le capteur 18 est d'abord placé au point 43, puis, avec la deuxième souris, l'image de l'index est portée au point 45. Puis l'expérience commence comme dans le cas précédent. Autrement encore, grâce à un système d'affichage 32 monté sur la tête de l'opérateur, on peut disposer des mêmes éléments. Dans ce dernier cas toutefois, il convient d'une part de procéder comme pour la visualisation sur le moniteur 31. Pendant le calage, l'opérateur ne doit pas bouger la tête. Puis une fois que ce calage est effectué, tous les mouvements des lunettes 32 doivent être compensés. En pratique, si l'opérateur tourne la tête à droite, ou si sa tête se déplace vers la droite, l'image 39 et celles prélevées dans la base 44 doivent être décalées en correspondance vers la gauche. Le dispositif 33 sert à tenir compte de ce déplacement. Dans tous les cas la visualisation revient à interposer une image 39 du tracé du balayage entre un opérateur qui déplace le capteur et la surface de l'objet. En variante, compte tenu de ce que le capteur à chaque balayage couvre une certaine surface, de ce que son exploration n'est pas linéique, on peut substituer à l'image du tracé d'un point caractéristique du capteur (par exemple son centre) une image d'une bande plus large correspondant à l'exploration réelle. En quelque sorte, on peint avec le capteur la surface de la zone 2. Les zones non peinte révèlent immédiatement les zones non encore balayées. L'opérateur peut alors être certain de l'accomplissement de sa mission. En fin de contrôle, l'opérateur peut enregistrer la cartographie obtenue dans les enregistrements 35, 36 et 38. On mémorise le tracé et on analyse donc les mesures en correspondance de cette mémorisation. Cette cartographie peut alors être intégrée, de façon automatisée ou manuelle, dans un rapport. Les informations sont ensuite transmises au bureau d'étude, ou au laboratoire, pour une demande de dérogation, dans le cas d'une utilisation en production. Ou bien elles sont envoyées à une équipe responsable de maintenance pour le suivi de la structure ou pour une prise de décision de réparation, dans le cas d'une utilisation en service. La cartographie peut aussi être directement traitée par des logiciels spécialisés pour extraire automatiquement les informations de position et de dimensions sur le(s) défaut(s), comme le logiciel NDT kit mentionné dans l'article situé à l'adresse suivante : http://www.ndt.net/article/ecndt2006/doc/Tu.1.1.3.pdf et développé par EADS. Ces informations peuvent être intégrées au rapport comme décrit ci-dessus, voire mises en relation avec des critères d'acceptation pour aider à la prise de décision. L'invention permet donc une amélioration très nette de l'ergonomie pour l'opérateur de maintenance qui réalise une opération de contrôle non destructif. Le gain en temps de contrôle, en temps et qualité d'interprétation, transmission et stockage de l'information, est conséquent. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure par balayage d'une caractéristique physique (12) à la surface (2) d'un objet (1) dans lequel - on déplace (39) un capteur (18) de mesure de cette caractéristique physique sur cette surface, - on relève (35, 36) pour différentes positions du capteur sur cette surface des mesures de la caractéristique physique, caractérisé en ce que - on visualise (30-32) en temps réel un tracé du balayage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - on projette (30) sur la surface de l'objet une image (39-42) du tracé du balayage. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que -on interpose (31) une image du tracé du balayage entre un opérateur qui déplace le capteur et la surface de l'objet. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que -on mémorise (37-38) le tracé et on analyse les mesures en correspondance de cette mémorisation. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que - on visualise et ou on projette des limites (41) à respecter par le balayage. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que - on visualise en même temps une représentation (44) de la surface de l'objet. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que - on visualise les parties (42) non encore balayée de la surface de l'objet. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que- la caractéristique physique est une durée (12) de temps de vol d'une onde acoustique au travers d'une structure formant la surface de l'objet. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que - la caractéristique physique est une conductivité électrique d'une couche d'un matériau formant la surface de l'objet. 10 - Système pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 9.