Brevet FR2981454A1 — publié le 20130419

PROCEDE ET SYSTEME DE CONTROLE PAR ULTRASONS LASER DE PIECES A REFLECTIVITE SPECULAIRE Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine du contrôle de la santé des structures. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un système et à un procédé de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire. Le procédé et le système selon la présente invention s'appliquent dans les cas où il existe une réflectivité diffuse. Une technologie appelée Ultrasons Laser (« Laser Ultrasonics » ou « Laser Based Ultrasound » en terminologie anglo-saxonne) est utilisée pour le contrôle. Etat de la technique Lors du contrôle par ultrasons laser, un paramètre fondamental est la réflectivité de la surface de la pièce contrôlée. Cette réflectivité présente un diagramme de directivité propre à chaque revêtement à la longueur d'onde du laser considéré. La lumière est réfléchie par la surface, de façon plus ou moins spéculaire selon la nature de la surface (en fonction du matériau utilisé et de la rugosité). Pour réaliser la détection des ultrasons, il est nécessaire de collecter une partie de cette lumière réfléchie. La lumière collectée est ensuite dirigée vers un interféromètre dont la réponse est analysée par des photodétecteurs. Dans le cas d'une réflexion très spéculaire, la quantité de lumière reçue par les détecteurs peut provoquer une saturation de ces derniers, ce qui engendre des erreurs sur la mesure. Après la construction des cartographies des pièces contrôlées, ces erreurs ne permettent pas d'effectuer un diagnostic fiable. Aujourd'hui, les opérations de contrôles non destructifs réalisées par ultrasons laser sont généralement réalisées avec un laser de détection dont la puissance est asservie sur la quantité de lumière reçue à l'entrée de l'interféromètre. Dans le cas de surface très spéculaire, même à puissance minimale, il peut arriver que les photodétecteurs saturent, ce qui rend la mesure difficilement exploitable voire totalement inexploitable. De plus, le temps de réaction du modulateur de puissance peut parfois provoquer des perturbations, le temps que la puissance passe de la position maximale à minimale. Exposé de l'invention La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé permettant de mesurer un signal non saturé, même dans le cas de pièces ayant une surface très spéculaire. A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire comportant : - une étape de génération d'un laser de détection destiné à se réfléchir sur une pièce ; - une étape de mesure dudit laser de détection réfléchi sur ladite pièce ; caractérisé en ce que ladite mesure est réalisée avec deux angles de collection différents, les axes de collection étant décalés angulairement et le procédé mettant en oeuvre deux moyens de démodulation. Ainsi, le principe de la double collection permet de s'affranchir des réflexions spéculaires pouvant saturer les détecteurs. De préférence, lesdits axes de collection sont décalés angulairement d'un angle compris entre cinq et quinze degrés. Selon un mode de réalisation, lesdits deux moyens de démodulation sont constitués par deux interféromètres. Selon un mode de réalisation, lesdits deux moyens de démodulation sont constitués par un interféromètre à double entrée. Selon une variante, ledit interféromètre est un interféromètre de Fabry- Pérot confocal. Selon une autre variante, lesdits interféromètres sont des interféromètres à cristaux photoréfractifs. Avantageusement, ledit procédé génère deux signaux en sortie, et ces deux signaux de sortie sont numérisés et stockés. La présente invention se rapporte également à un système de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire comportant : - des moyens de génération d'un laser de détection destiné à se réfléchir sur une pièce ; - des moyens de mesure dudit laser de détection réfléchi sur ladite pièce ; caractérisé en ce que ladite mesure est réalisée avec deux angles de collection différents, les axes de collection étant décalés angulairement et ledit système comportant en outre deux moyens de démodulation. Brève description des dessins On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles : - la Figure 1 illustre le système selon la présente invention. Description détaillée des modes de réalisation de l'invention La Figure 1 illustre le système selon la présente invention. Selon le principe de la détection des ultrasons par ultrasons laser, lorsqu'une surface bouge, il y a une présence d'ultrasons et la lumière du laser de détection est réfléchie par ladite surface et va porter une information de vitesse. La longueur d'onde est légèrement décalée si la surface bouge. Dans un interféromètre ou moyen de démodulation, on met en évidence le fait que l'intensité du signal transmis est directement proportionnelle à la variation de vitesse (effet Doppler). La Figure 1 représente un laser de détection 10 se réfléchissant sur une pièce 20. Une mesure avec deux angles de collection différents est réalisée simultanément. Ainsi, si l'un des axes de collection 51, 52 reçoit une réflexion spéculaire ayant pour effet néfaste la saturation du détecteur, alors l'autre axe verra une réflexion diffuse plus propice à effectuer une mesure. Il est donc fondamental que les deux axes de collection soient décalés angulairement d'un angle a, de préférence mais non exclusivement comprise entre cinq et quinze degrés, mais il est nécessaire qu'ils observent le même point de mesure. Cette solution requiert également la mise en oeuvre de deux moyens de démodulation 31, 32 représentés sur la Figure 1, c'est-à-dire deux interféromètres ou bien un interféromètre à double entrée. Ces interféromètres peuvent par exemple être des interféromètres de Fabry-Pérot confocaux (c'est-à-dire des interféromètres équipés de deux miroirs confocaux utilisés soit en réflexion, soit en transmission - l'onde interférant avec elle-même dans une cavité et l'intensité transmise à la sortie dans ce type d'interféromètre dépendant de la longueur d'onde de la lumière entrante), ou bien des interféromètres à cristaux photoréfractifs. Les deux signaux en sortie 41 et 42 sont numérisés et stockés. En final, c'est le signal issu du détecteur non saturé qui sera retenu pour la mesure. Le signal électrique obtenu en sortie est non saturé. Il n'y a plus d'éblouissement, contrairement à l'état de la technique. Ainsi, dans une grande majorité de cas d'application, on obtiendra en chaque point de mesure un signal qui ne sera pas saturé, ce qui ne pouvait être obtenu dans le cas d'une simple collection. En effet, grâce à la présente invention, si un angle de collection est dans le domaine spéculaire, l'autre angle de collection ne le sera pas puisque les deux angles sont décalés. Le système selon la présente invention et le procédé selon la présente invention sont destinés à être implantés dans les systèmes de mesure laser ultrasons. Les optiques de collection doivent être dupliquées et décalées. On identifie alors un axe de collection principal et un axe de collection secondaire. La lumière collectée doit être utilisée de la même façon que dans le cas antérieur avec une simple collection, c'est-à-dire que la lumière collectée est analysée dans un interféromètre afin de convertir les vibrations de la surface en signal électrique qui traduit les variations de l'onde ultrasonore. Ceci est appliqué sur les deux axes de collection. Le signal obtenu est numérisé et stocké. Il s'ensuit une analyse de la saturation des détecteurs et en cas de saturation du détecteur principal, c'est le signal issu du détecteur secondaire qui est pris en compte dans la construction de cartographies. En sortie des deux moyens de démodulation 31, 32 ou interféromètres, l'intensité lumineuse varie en fonction de la longueur d'onde du faisceau lumineux analysé. Or, La longueur d'onde est proportionnelle à la vitesse de déplacement des ultrasons. Donc, en cas de mouvement de la surface qui réfléchit le faisceau laser, l'intensité varie. Une photodiode est placée en sortie de l'interféromètre, cette photodiode permettant la conversion de photons en électrons, et on obtient ainsi un signal électrique. Ainsi, on a un signal électrique en fonction du temps (« A-scan » dans la terminologie du Contrôle Non-Destructif ou CND), ce signal étant équivalent à ce qu'on obtient par une méthode conventionnelle de contrôle par ultrasons. La présente invention s'applique avantageusement, mais non exclusivement, à des pièces composites. Les utilisateurs de ce système sont les techniciens en charge du contrôle 10 qualité des fabrications. Cependant, ce système peut être entièrement transparent pour l'utilisateur. Il s'agit d'une amélioration qui peut être intégrée par les fournisseurs/intégrateurs de systèmes Laser Ultrasons. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est 15 entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire comportant : - une étape de génération d'un laser de détection (10) destiné à se réfléchir sur une pièce (20) ; - une étape de mesure dudit laser de détection (10) réfléchi sur ladite pièce (20) ; caractérisé en ce que ladite mesure est réalisée avec deux angles de collection différents, les axes de collection (51, 52) étant décalés angulairement et le procédé mettant en oeuvre deux moyens de démodulation (31, 32). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits axes de collection (51, 52) sont décalés angulairement d'un angle (a) compris entre cinq et quinze degrés. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits deux moyens de démodulation (31, 32) sont constitués par deux interféromètres. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits deux moyens de démodulation (31, 32) sont constitués par un interféromètre à double entrée. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit interféromètre est un interféromètre de Fabry-Pérot confocal. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits interféromètres sont des interféromètres à cristaux photoréfractifs. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il génère deux signaux (41, 42) en sortie, et en ce que ces deux signaux de sortie (41, 42) sont numérisés et stockés. 8. Système de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire comportant : - des moyens de génération d'un laser de détection (10) destiné à se réfléchir sur une pièce (20) ; - des moyens de mesure dudit laser de détection (10) réfléchi sur ladite pièce (20) ; caractérisé en ce que ladite mesure est réalisée avec deux angles de collection différents, les axes de collection (51, 52) étant décalés angulairement et ledit système comportant en outre deux moyens de démodulation (31, 32).20