Brevet FR3009090A1 — publié le 20150130

CAPTEUR PIEZO-ELECTRIQUE MULTI-ELEMENT OPTIMISE L'invention concerne un transducteur ultrasonique et un procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de soudure. L'invention concerne plus particulièrement le domaine de la soudure automobile, notamment la soudure par points pour lier des tôles de diverses épaisseurs, qu'il s'agisse de tôles de structure ou de tôles de carrosserie. Il est connu d'utiliser le contrôle non destructif 10 par ultrasons pour contrôler la qualité des points de soudure lors de l'assemblage de tôles entre elles. Le contrôle s'effectue généralement en ligne et permet de détecter la présence de défauts dans les points de soudure et de mesurer la dimension de ces points qui présentent une 15 forme généralement symétrique et le plus souvent ovoïde. On connaît le dispositif de contrôle par ultrasons RSWA (« Resistance Spot Weld Analyser ») de la société TESSONICS qui comprend un transducteur multiéléments comportant une pluralité de capteurs à ultrasons 20 élémentaires agencés selon une matrice pour l'inspection non destructive des points soudés. Ce transducteur peut comporter 15 x 15 capteurs à ultrasons élémentaires, par exemple. Ces capteurs à ultrasons élémentaires ou éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores peuvent à la fois 25 émettre et recevoir des ultrasons. Ce sont généralement des capteurs piézo-électriques convertissant une onde ultrasonore en courant électrique et vice-versa. Ce dispositif de contrôle par ultrasons permet une analyse quasiment en temps réel et de réaliser une cartographie de 30 la zone de soudure. Ce type de dispositif de contrôle par ultrasons présente cependant des inconvénients tels qu'un coût important dû à un nombre important de capteurs élémentaires sur le transducteur. Ce nombre important de capteurs élémentaires nécessite un système de pilotage du capteur lourd et complexe ainsi qu'un système de traitement de données puissant. Ce type de dispositif de contrôle par ultrasons peine à restituer des résultats en temps réel, du fait des temps de traitement longs. De plus, les capteurs élémentaires présentent une taille trop importante, de sorte que le capteur multiéléments dans son ensemble ne donne pas une précision meilleure qu'un capteur mono-élément sur les points de soudure d'une caisse automobile. Par conséquent, c'est un dispositif de contrôle difficile à déployer dans certains secteurs, notamment sur une chaîne de soudure de caisses automobiles. On connait des documents US 2008/ 245150, US 2007/ 282543 et US 4 694 434 des dispositifs avec des capteurs formant de matrices. L'invention concerne un transducteur ultrasonique pour le contrôle par ultrasons d'une zone de soudure, ledit transducteur comprenant une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de soudure, à 25 recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de soudure. Ces éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores ont un coût relativement important, il est donc important d'en limiter le nombre tout en permettant une mesure optimisée. 30 L'invention vise ainsi à proposer un transducteur ultrasonique et un procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de soudure optimisée pour une utilisation dans une chaîne de soudure de caisses automobiles, nécessitant un nombre limité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores tout en permettant des mesures fiables. Le transducteur ultrasonique selon l'invention est 5 destiné au contrôle par ultrasons d'une zone de soudure, ledit transducteur comprend une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de soudure et à recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de 10 soudure, les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores sont agencés de façon à obtenir un transducteur ultrasonique avec une surface de détection formée par au moins deux ensembles d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores qui s'étendent suivant au moins deux directions 15 différentes (X, Y) , chaque ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores comprend au moins un alignement d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores, il est caractérisé en ce qu'au moins un élément émetteur/récepteur d'ondes ultrasonores est disposé 20 à l'intersection des deux directions. La position d'un élément émetteur/récepteur au centre, soit à l'intersection des deux directions, permet, dans le cas d'un point de soudure, de détecter la présence d'une retassure au centre du point soudé. 25 Selon une première variante, les deux ensembles d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores s'étendent suivant deux directions (X, Y) perpendiculaires. Selon une deuxième variante, le transducteur comprend trois ensembles d'éléments émetteurs/récepteurs 30 d'ondes ultrasonores s'étendant suivant trois directions (X, Y, Z) différentes et sécantes en un même point. Le point d'intersection des trois droites constitue alors le centre où est placé au moins un élément émetteur/récepteur. Selon une disposition particulière, les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores constituent au 5 moins une ligne continue. Une ligne continue permet de mesurer selon une direction donnée la qualité de la soudure. Selon une autre disposition, les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores constituent au moins une ligne discontinue. Il est ainsi possible de 10 limiter le nombre d'éléments émetteurs/récepteurs, tout en pouvant mesurer de façon satisfaisante une direction donnée. Ceci permet de réduire le cout du transducteur. L'invention concerne également un procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de soudure avec un 15 dispositif ultrasonique comprenant un transducteur muni d'une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores, ledit procédé comprenant: - une étape de positionnement du transducteur en regard de la zone de soudure, 20 - une étape d'émission d'ondes ultrasonores par les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores en direction de la zone de soudure, générant des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de soudure, - une étape de réception par les éléments 25 émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores desdites ondes ultrasonores réfléchies, et une étape de traitement des ondes ultrasonores réfléchies, il est caractérisé en ce que le transducteur présente au moins une des caractéristiques précédentes. 30 D'autres avantages pourront encore apparaître l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre d'exemple : - La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de contrôle par ultrason lors de l'inspection 5 d'un point de soudure - Les figures 2 et 3 représentent schématiquement des variantes de transducteur en forme d'étoile avec au moins une ligne continue, - Les figures 4 et 5 représentent d'autres variantes 10 en forme d'étoile avec au moins une ligne discontinue, Les figures 6 à 9, représentent encore d'autres variantes d'étoile avec des lignes composées de plusieurs alignements continus ou discontinus, Les figures 10 et 11 montrent d'autres variantes 15 avec des éléments émetteur/récepteur disposés de façon alignée, - Les figures 12 et 13 représentent schématiquement des variantes de transducteurs en forme de croix. La figure 1 représente schématiquement un dispositif 20 de contrôle par ultrasons lors de l'inspection d'une zone de soudure. Plus particulièrement, ce dispositif est utilisé pour le contrôle de défaut sur des points de soudure. Ces points de soudure ont un diamètre maximal de 9 mm environ. Le dispositif de contrôle par ultrasons comprend un 25 transducteur ultrasonique 1 comprenant une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs 3 d'ondes ultrasonores destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de soudure 2 et à recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de soudure 2. Les éléments 30 émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores 3 sont des vibrateurs piézo-électriques disposés dans une matrice ou en forme de réseau. Chaque élément du transducteur fonctionne à la fois en tant qu'émetteur de l'onde ultrasonore et récepteur de l'écho ultrasonore. Le transducteur ultrasonique 1 est relié à un boîtier électronique 9 par des moyens de liaison souples 10. Ce boîtier électronique 9 comprend des moyens d'alimentation du transducteur, un circuit de détection de signaux pour recevoir un écho d'onde ultrasonore réfléchie sur la zone de soudure 2 et le transformer en signal électrique, un processeur de signaux pour traiter le signal électrique détecté et le mettre en corrélation avec le réseau d'éléments émetteurs/récepteurs 3 maillés dans la zone d'image tridimensionnelle de l'objet à contrôler, ce qui génère des données d'image tridimensionnelle, et un processeur d'affichage pour détecter la taille/position de la zone de soudure 2 et la taille/position d'un défaut de soudure à partir de la répartition de l'intensité des données d'image tridimensionnelle générées par le processeur de signaux et afficher le résultat de la détection et les données d'image tridimensionnelle provenant du processeur de signaux. Le dispositif de contrôle par ultrasons s'applique à toute inspection (point soudé, retassure, inclusion, etc...) et plus particulièrement à l'inspection d'objets ayant une forme symétrique telle qu'ovoïde par exemple. Il s'applique de préférence à des objets de dimension maximale de 9 mm mais peut s'appliquer à des objets plus grands. Pour les zones de soudure présentant une certaine symétrie, comme dans le cas d'un point soudé, il permet de déterminer les dimensions de ce point. Les éléments émetteurs/récepteurs 3 d'ondes ultrasonores sont agencés de façon à obtenir un transducteur ultrasonique 1 ayant une surface de détection 4 formant un motif d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores en forme de croix, comme illustré par les figure 11 ou 12, ou d'étoile, comme illustré par les figures 2 à 10. La surface de détection 4 est formée par au moins deux ensembles 5a, 5b d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores s'étendant suivant au moins deux directions différentes (X, Y). Ces directions ne sont pas parallèles. Chaque ensemble 5a, 5b d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores comprend au moins un alignement 6 d'éléments émetteurs/récepteurs 3 d'ondes ultrasonores. Les ensembles 5 sont alignés selon plusieurs directions, et peuvent être constitués d'une rangée unique (figures 2 à 5) ou de plusieurs en quinconce (figures 6 à 9), ou en rang (figures 9 à 12). Dans l'exemple illustré figure 2, la surface de détection 4 est constituée de cinq ensembles 5a, 5b, 5c, 5d et 5e constituant trois alignements 6a, 6b et 6c suivant trois directions différentes (X, Y et Z), définissant une surface de détection 4 en forme d'étoile. L'ensemble 5a constitue un alignement 6a continu, tandis que les ensembles 5c et 5d forment l'alignement 6b discontinu et les ensembles 5b et 5e forment l'alignement 6c discontinu. Dans cet exemple la zone centrale n'est couverte que par un nombre limité d'éléments émetteurs/récepteurs 3 placés au milieu de l'alignement 6a. A la figure 3, les alignements 6a et 6b sont continus, ils sont formés chacun par un seul ensemble 5a ou 5c. Ici, la partie centrale est couverte d'un nombre plus important d'éléments émetteurs/récepteurs 3 que dans l'exemple de la figure 2. Dans l'exemple de la figure 4, il y a sept ensembles 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f et 5g constituant trois alignements 6a, 6b et 6c. L'ensemble 5g se décompose en deux sous ensembles 5g et 5g'. Tous ces alignements sont discontinus, l'alignement 6a étant constitué des ensembles 5a, 5g' et 5f, l'alignement 6b des ensembles 5c, 5g et 5d et l'alignement 6c des ensembles 5 b et 5e. La partie centrale est ici constituée de l'ensemble 5g qui forme le croisement de deux sous ensembles 5g et 5g' appartenant à deux alignements différents 6a et 6b. A la figure 5, l'ensemble 5g n'appartient qu'à un seul alignement, l'alignement 6a. Les figures 6 et 7 reprennent les modes de réalisations des figures 2 et 3 mais avec des ensembles 5a, 5b, 5c et 5e constitués de plusieurs éléments émetteurs/récepteurs 3 alignés et disposés en quinconce. Les surfaces couvertes sont ainsi plus importantes. De la même façon, les figures 8 et 9 correspondent au figures 4 et 5 avec des ensembles 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f et 5g avec plusieurs éléments émetteurs/récepteurs 3 alignés et disposés en quinconce. Aux figures 10 et 11, les éléments émetteurs/récepteurs 3 sont alignés selon l'alignement 6a, 6b ou 6c et aussi selon une direction perpendiculaire à cet alignement. Dans cet exemple, la figure 10 est équivalente à la figure 6 avec des éléments émetteurs/récepteurs 3 alignés perpendiculairement au lieu d'être en quinconces, et la figure 11 correspond à la figure 9. Dans les exemples des figures 12 et 13, les éléments 30 émetteurs/récepteurs 3 sont disposés selon des alignements 6a et 6b perpendiculaires l'un par rapport à l'autre. Ils sont chacun composé de d'ensemble 5a et 5c pour l'alignement 6a, et, 5b et 5d pour l'alignement 6b. L'alignement 6a est continu sur la figure 13 et discontinu sur la figure 12. REVENDICATIONS1. Transducteur ultrasonique (1) pour le contrôle par ultrasons d'une zone de soudure (2), ledit 5 transducteur (1) comprenant une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores (3) destinés émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de soudure (2) et à recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de soudure (2), les éléments 10 émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores (3) étant agencés de façon à obtenir un transducteur ultrasonique (1) ayant une surface de détection (13) formée par au moins deux ensembles (5a, 5b) d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores (3) s'étendant suivant au moins deux directions 15 différentes (X, Y), chaque ensemble (5a, 5b) d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores comprenant au moins un alignement (6) d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores, caractérisé en ce qu'au moins un élément émetteur/récepteur d'ondes ultrasonores (3) est 20 disposé à l'intersection des deux directions et que les éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores d'au moins un des deux ensembles (5a, 5b) forment une ligne discontinue. 25 2. Transducteur ultrasonique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux ensembles (5a, 5b) d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores s'étendent suivant deux directions (X, Y) perpendiculaires. 30 3. Transducteur ultrasonique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend troisensembles (5a, 5b, 5c) d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores s'étendant suivant trois directions (X, Y, Z) différentes et sécantes en un même point (A). 4. Transducteur ultrasonique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores d'au moins un des deux ensembles (5a, 5b) forment au moins une ligne continue. 5. Procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de soudure (2) avec un dispositif ultrasonique comprenant un transducteur (1) muni d'une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores, ledit procédé 15 comprenant: - une étape de positionnement du transducteur (1) en regard de la zone de soudure (2), - une étape d'émission d'ondes ultrasonores par les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores en 20 direction de la zone de soudure (2), générant des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de soudure (2), - une étape de réception par les éléments émetteurs/récepteurs (3) d'ondes ultrasonores desdites ondes ultrasonores réfléchies, et 25 - une étape de traitement des ondes ultrasonores réfléchies, caractérisé en ce que le transducteur est tel que défini dans une des revendications 1 à 4.