Brevet FR2926135A1 — publié le 20090710

Dispositif de test de structure d'avion, du type coupe fil L'invention se rapporte aux dispositifs de test de structure d'avion, du type coupe fil. Elle porte sur les opérations de contrôle non destructif, en maintenance, par exemple dans le domaine aéronautique, typiquement du lieu de jonctions de structures d'avion, par exemple entre des viroles du fuselage et des raidisseurs longitudinaux. La détection de fissures de fatigue sur structures aéronautiques est une opération de maintenance extrêmement coûteuse lorsque la partie à inspecter n'est pas accessible facilement et nécessite des opérations de démontage. Une solution actuelle consiste en un contrôle manuel par courants de Foucault d'une surface d'initiation de la crique, ce qui nécessite le démontage de certains éléments de structure. Le problème est donc de détecter l'apparition de criques de fatigue et d'en déterminer la longueur et la position sans recourir à des opérations de démontage. Des capteurs préalablement installés, par exemple de type coupe fil ou à courants de Foucault, voire par détection acoustique, contribuent à réduire ces coûts puisqu'ils évitent le démontage de l'entourage d'une pièce à surveiller lors des contrôles. Chaque technologie présente cependant des avantages et des inconvénients. Un détecteur de type coupe fil utilise un fil conducteur électrique collé sur une surface d'initiation de la fissure. Ce détecteur permet de détecter l'apparition d'une crique, ou non, en testant la continuité électrique du fil conducteur. Le fil se coupe lorsque la crique se propage là où il est collé. Cette solution présente l'inconvénient de donner une indication binaire et ne permet ni d'estimer la longueur de la crique, ni de la positionner puisque la rupture est susceptible de s'être produite à n'importe quel endroit sur la longueur du fil conducteur. L'invention utilise le principe du coupe fil, l'innovation résidant dans le dessin de celui-ci, qui permet en particulier d'estimer à la fois la longueur de la fissure et sa position. Selon ce nouveau dessin, au lieu d'avoir un fil dans le coupe fil, on dispose de nombreux fils connectés en deux réseaux. Les deux réseaux peuvent être par ailleurs connectés entre eux pour des raisons de simplification. Les réseaux forment alors un maillage, de préférence perpendiculaire, permettant de localiser précisément la détérioration. L'invention a donc pour objet un dispositif de test de structure d'avion, du type coupe fil, comportant - un fil conducteur, solidaire mécaniquement d'une structure à surveiller, et - alimenté électriquement à une extrémité et restituant à une autre extrémité un courant et ou une tension électrique correspondant à l'alimentation, si la structure à surveiller n'a pas subi de détérioration mécanique inacceptable, caractérisé en ce qu'il comporte : - deux réseaux de fils s'étendant sur des supports plans dans deux directions de l'espace, - les supports étant solidaires de la structure, - chaque réseau étant alimenté par une alimentation électrique de réseau distincte, - chaque fil d'un réseau de fils étant connecté à l'alimentation électrique de réseau du réseau auquel il appartient, - les deux réseaux s'étendant en nappes, avec des portions de fils parallèles, -des portions de fils parallèles d'un réseau étant orientées dans une direction orthogonale à celle des portions de l'autre réseau 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: un dispositif selon l'invention avec une géométrie matricielle de coupe fil; Figure 2: une variante en géométrie de coupe fil en peigne. La figure 1 représente un dispositif selon l'invention. Celui-ci comporte un fil conducteur, par exemple le fil 1 solidaire d'une structure à surveiller. La structure, non montrée, est par exemple plane. Mais elle pourrait être un redan ou une arête d'une cornière, voire un bossage ou autre. Le fil conducteur 1 est fixé en pratique sur un support, par exemple une nappe en polytetrafluoroéthylène, métallisée sur une face, et gravée pour laisser présent le fil conducteur 1. Cette nappe est alors collée fermement sur la structure de telle façon qu'elle en suive toutes les évolutions. Notamment une fissure 2 se propageant dans la structure, par exemple à partir d'une arête 3 de cette structure, a pour effet de rompre le fil 1. Pour détecter la rupture, le fil 1 est alimenté électriquement à une extrémité 4 par une tension et / ou un courant électrique. Une autre extrémité 5 restitue cette tension et / ou ce courant par conduction électrique. L'inconvénient présenté par un tel dispositif est que la localisation de la fissure à un endroit particulier du fil 1 n'est pas possible. La lecture de la tension disponible en 5 renseigne seulement d'une manière binaire sur la présence ou l'absence de la fissure 2. Selon l'invention le dispositif comporte deux réseaux de fils: les réseaux 6 et 7, montrés séparément sur un agrandissement d'un détail de la figure 1. Les deux réseaux sont en fait collés l'un sur l'autre, et, ensemble, collés solidairement sur la structure à surveiller. Les deux réseaux forment alors un maillage. Sur cette structure, ces deux réseaux s'étendent, chacun sur son support plan, dans une direction de l'espace, différente de celle selon laquelle s'étend l'autre réseau. Ainsi le réseau 6 s'étend dans une direction, montrée ici horizontale sur la figurel, perpendiculairement à la direction de ses fils conducteurs tels que 1. Les fils conducteurs d'un réseau sont parallèles entre eux. Pour le réseau 1, ils sont tous parallèles au fil 1. Le réseau 7 s'étend dans une direction, ici verticale, perpendiculaire à la direction de ses fils conducteurs, ou au moins perpendiculairement à des portions 8 à 11 de ces fils conducteurs qui sont parallèles entre elles. Les portions sont parallèles entre elles et sont perpendiculaires à la direction d'extension du réseau 7. Les supports sont solidaires de la structure qui les porte et subissent avec elle les déformations et ruptures que cette dernière subit. Alors que le réseau 6 est alimenté par une alimentation électrique de réseau par une borne 12, le réseau 7 est alimenté par une borne 13 de réseau, distincte de la borne 12. De ce fait les deux réseaux sont alimentés distinctement. Par alimentation distincte, on n'entend pas nécessairement une tension, ou une forme d'onde électrique différente. Mais aussi éventuellement et de préférence, une alimentation en partage de temps. Notamment dans ce dernier cas, préféré, les deux réseaux peuvent être reliés entre eux par une borne commune 14. Les réseaux sont formés de telle façon que chaque fil d'un réseau de fils est connecté à l'alimentation électrique de réseau du réseau auquel il appartient. Ainsi tous les fils 8 à 11 du réseau 7 sont reliés à la borne 13. Sur les dessins des réseaux, lorsque des connexions électriques sont réalisées, des points aux intersections des fils matérialisent ces connexions. Ainsi chaque réseau peut comporter une connexion générale orientée comme le sens d'extension du réseau sur laquelle viennent s'embrancher progressivement tous les fils conducteurs du réseau. Alors que les deux réseaux s'étendent en nappes, avec des portions de fils parallèles, les portions de fils d'un réseau sont orientées dans une direction orthogonale à celle des portions de l'autre réseau Dans un mode de fonctionnement, la continuité électrique du point d'injection, 12 ou 13, à chacune des bornes de lecture telles que 5 pour le réseau 6, ou respectivement 15 pour le réseau 7, peut être testée séquentiellement de manière à déterminer la position de la crique. Dans ce but, le dispositif comporte, ou est associé à, un circuit électronique 16 muni d'un microprocesseur 17 relié par un bus 18 d'adresses, de données et de commandes à une mémoire programme 19, à une mémoire de données 20 (pour enregistrer des résultats de mesure), et à une interface 21 d'entrées sorties. L'interface 21 est en communication avec un bus de transport 22 (typiquement un bus avion). Le bus 22 est relié à un décodeur 23 situé à proximité ou sur le support des réseaux 6 et 7. Le décodeur 23 est relié d'une part au bus 22, et d'autre part aux bornes 12 et 13 d'injection, et aux bornes telles que 5 et 15 de lecture. Sous l'action du processeur 17, le décodeur 23 sert à solliciter successivement, voire simultanément mais séparément, les connexions de restitution. Lorsqu'un réseau est alimenté, la méthode permet de déterminer un intervalle entre deux fils dans lequel se situe la crique 2. En effet, par exemple pour le réseau 7, la position de la crique 2 ne gène pas le passage du courant entre la borne 13 et la borne 15, ni non plus entre la borne 13 et la borne 24 ou la borne 25 des fils conducteurs 8 et 9 les plus proches du fil 8. Par contre la borne 26 alimentée par le fil 11 ne reçoit plus de courant puisque la fissure s'étendant depuis le bord 3 a rompu la connexion générale d'alimentation du réseau 7 entre la connexion du fil 10 et celle du fil 11. Dans le cas du réseau 7, ce qui importe au premier chef est que la connexion générale soit bien entraînée par la structure qu'elle est censée surveiller. C'est cette connexion générale qui rend compte de la rupture en étant elle-même rompue. Il est aussi possible que les fils 8 à 11 ne soient eux mêmes pas soumis à la contrainte. Par exemple à leur endroit, le support n'est pas collé sur la structure. Autant avec le réseau 7 on peut ainsi déterminer la position de la fissure 2 (entre les fils 10 et 11), autant avec le réseau 6 il est possible de connaître son extension, sa longueur. En effet, le fil conducteur 1 qui prend place entre la borne 4 et la borne 5 sera le premier coupé par la fissure 2. Il suffit alors de connaître parmi les fils 1 et 27 à 29 du réseau 6 quel est le premier qui donne une réponse pour mesurer la longueur de la fissure. De la même manière, la continuité du point d'injection 12 à chacun des points de lecture 30 à 32 est testée séquentiellement de façon à déterminer la longueur de la crique (en fait un intervalle de longueur). Dans le cas du réseau 6, la connexion générale qui mène aux connexions particulières n'est pas (ne doit de préférence pas être) coupée. Seule sont susceptibles d'être coupées les connexions particulières 1 et 27 à 29. Un tel dispositif nécessite alors, lors de son application sur la structure à l'endroit à surveiller, que le bord d'attaque de la fissure, le bord 3 soit parallèle à la connexion générale du réseau 7 et aux connexions particulières du réseau 6. Si la fissure doit se propager dans une autre direction, il convient que ces dernières connexions générales et particulières lui soient perpendiculaires. Autrement, si le sens de propagation de la fissure est inconnu, ou si tous les fils conducteurs sont entraîné par la fissure, on peut quand même savoir par le dernier fil alimenté 10 du réseau 7 et le dernier fil alimenté 33 du réseau 6 quelles sont les limites de cette fissure 2. Dans un autre mode de fonctionnement, les bornes de lecture telles que 5 et 30 à 32, ou telles que 15 et 24 à 26 peuvent être reliées entre elles, par exemple par un conducteur électrique ou par le décodeur 23. De telles connexions donnent ainsi lieu à deux circuits électriques indépendants, l'un servant à la détermination de la position avec le réseau 7, l'autre à la détermination de la longueur de la crique avec le réseau 6. C'est alors la résistance des circuits électriques ainsi constitués qui est modifiée lorsqu'une partie des fils est coupée. En effet chaque fil conducteur présente une résistance électrique en parallèle de celle des autres fils conducteurs. Si on appelle R1, R2, RN les résistances de chacun des fils conducteurs, la résistance équivalente notée R d'un tel circuit à N fils est telle que 1/R = 1/R1 +1/R2 + ...+1/RN. Si les fils 1 à k sont coupés par la fissure, alors la résistance R du circuit devient telle que 1/R = 1/Rk+1 +1/Rk+2 + ... +1/RN. La mesure de la résistance globale du circuit donne ainsi accès au nombre de fils coupés et donc à la longueur, ou respectivement à la position de la fissure. Selon la méthode utilisée, le microprocesseur 17 mettra en oeuvre un programme de mesures séquentielles ou de mesure de résistance équivalente. Les pistes ou fils électriques peuvent être supportées par un substrat souple de type pellicule de polytetrafluoroéthylène métallisé ou directement déposées sur la surface de la pièce. De préférence, le substrat souple et les pistes ont une déformation maximale supérieure à celle du matériau de la structure surveillée, ceci afin d'éviter une rupture de piste avant la propagation de fissure sous celle-ci. Dans le cas d'une solution de type substrat souple, il est aussi envisageable que les différentes pistes soient chacune disposée sur un support indépendant, ou sur un support unique découpé en lamelles afin d'éviter la section de fils par transmission élastique des déplacements sur le support souple, ce qui pourrait entraîner une mesure erronée de la longueur ou position de la fissure. Par exemple, sur le détail, on distingue entre les connexions particulières1, 27, 28, 29, et la connexion générale des entailles allongées 34 à 37. Ces entailles 34-37 sont allongées parallèlement aux connexions 1 et 27 à 29. De même, les entailles 38 à 40 prennent place entre les connexions particulière du deuxième réseau 7. Ces entailles ne s'étendent pas jusqu'à la connexion, générale ou particulière qui est destinée à détecter la fissure Cette solution de coupe fil prend tout son intérêt si le dispositif peut être interrogé à distance, même sans fil par exemple sans le bus 22, ce qui permet d'éviter de démonter la pièce. Cependant, l'invention porte essentiellement sur le dessin du dispositif indépendamment de la technique utilisée pour l'interroger. Dans les deux configurations géométriques des figures 1 et 2, les espacements horizontaux et verticaux entre les fils peuvent être adaptés à l'application visée (dimensions de la pièce, longueur de fissure critique, .)...DTD: La figure 2 montre une autre forme de réalisation du dispositif de l'invention. Selon cette autre forme, en peigne, les deux réseaux sont juxtaposés côte à côte sur la surface à surveiller au lieu d"être superposés comme sur la figure 1. Le point de connexion 14 peut être maintenu. Le réseau 7 est placé à proximité immédiate du lieu 3 attendu pour la fissure. Dans ce cas, les connexions utiles du réseau 7 comportent des portions parallèles 8 à 11 reliées, par des coudes et des connexions en retour perpendiculaires, à un ensemble 38 de bornes alignées avec les bornes des connexions de lecture du réseau 6. Dans cette variante, comme dans la version première, les connexions peuvent être lues séquentiellement ou en parallèle, en mesurant alors la résistance équivalente. Dans le cas de la figure 2, les connexions en retour ne sont de préférence pas coupables. Elles sont par exemple portées par une partie du support non collée sur la structure à surveiller. CONFIRMATION REVENDICATIONS 1 - Dispositif de test de structure d'avion, du type coupe fil, comportant - un fil conducteur solidaire mécaniquement d'une structure à surveiller, - alimenté électriquement à une extrémité et restituant à une autre extrémité un courant et ou une tension électrique correspondant à l'alimentation, si la structure à surveiller n'a pas subi de détérioration mécanique inacceptable, caractérisé en ce qu'il comporte - deux réseaux de fils s'étendant sur des supports plans dans deux directions de l'espace, -les supports étant solidaires de la structure, - chaque réseau étant alimenté par une alimentation électrique de réseau distincte, - chaque fil d'un réseau de fils étant connecté à l'alimentation électrique de réseau du réseau auquel il appartient, - les deux réseaux s'étendant en nappes, avec des portions de fils parallèles, - des portions de fils d'un réseau étant orientées dans une direction orthogonale à celle des portions de l'autre réseau. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte - un microprocesseur et une mémoire programme pour mettre en service successivement dans le temps chacune des alimentations électriques et pour mesurer des signaux électriques restitués par le réseau ainsi mis en service. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte - le microprocesseur et la mémoire programme mesurent, successivement dans le temps, des potentiels et ou courants électriques disponibles sur chacun des fils conducteurs d'un réseau mis en service. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte - décodeur commandé par le microprocesseur. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte - une mise en connexion en parallèle des fils conducteurs d'un réseauet -dans le programme et le microprocesseur une fonction de mesure de la résistance équivalente, pour en déduire la position de la détérioration. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte - une nappe en polytetrafluoroéthylène métallisée sur une face, et gravée en correspondance de la définition d'un réseau de portions fils. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte - pour un réseau un support unique découpé en lamelles. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que - les deux réseaux forment un motif matriciel. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce 15 que - les deux réseaux forment un motif en peigne. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les deux réseaux sont interconnectés ensemble. 9