Brevet FR3015698A1 — publié le 20150626

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine du contrôle de pièces mécaniques, et en particulier le contrôle de pièces mécaniques difficilement accessibles. L'homme du métier connaît l'utilisation d'endoscopes pour le contrôle visuel de pièces mécaniques difficilement accessibles. Un endoscope, tel qu'utilisé dans la mécanique, le bâtiment, mais aussi la médecine, comprend typiquement une tête endoscopique, un dispositif d'affichage d'images captées à travers ladite tête endoscopique, et un organe allongé relié à la tête endoscopique. Ainsi, la tête endoscopique peut être insérée à travers un orifice étroit et guidée moyennant l'organe allongé vers un sujet d'inspection pour procéder à une inspection visuelle à travers la tête endoscopique et le dispositif d'affichage. On connaît, parmi ces endoscopes, des endoscopes rigides, mais aussi des endoscopes flexibles pour contourner des obstacles dans la trajectoire de la tête endoscopique. En outre, on connaît aussi des endoscopes optiques, dans lesquels la tête endoscopique est reliée au dispositif d'affichage par au moins une fibre optique transmettant directement la lumière captée par la tête endoscopique, et des endoscopes vidéo, dans lesquels la tête endoscopique comprend un capteur vidéo connecté, par connexion filaire ou sans fil, au dispositif d'affichage. En outre, un tel endoscope est normalement aussi équipé d'un dispositif d'éclairage, bien directement sur la tête endoscopique, bien relié à celle-ci par au moins une fibre optique, permettant ainsi d'éclairer les sujets d'inspection pour leur inspection visuelle. Toutefois, dans certains cas, une simple inspection visuelle est insuffisante pour déterminer l'état d'intégrité d'une pièce mécanique. Ainsi, certains défauts cachés à une simple inspection visuelle peuvent être décelés grâce à un contrôle fréquentiel, dit aussi « ping test ». Dans un tel contrôle fréquentiel, le sujet d'inspection est soumis à au moins une impulsion pour déclencher une vibration et l'analyse des fréquences de cette réponse mécanique vibratoire permet de déceler d'éventuels défauts dans le sujet d'inspection ou simplement de caractériser ce sujet d'inspection. Dans sa version la plus simple, un inspecteur frappe légèrement le sujet d'inspection et écoute le son émis par celui-ci en réponse. Toutefois, dans l'état de la technique, pour effectuer un tel contrôle fréquentiel sur une pièce difficilement accessible, il est souvent nécessaire de la démonter, ce qui peut être très coûteux en temps et main d'oeuvre. En outre, la réalisation du contrôle fréquentiel sur une pièce démontée peut nuire à sa représentativité. Objet et résumé de l'invention La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. En particulier, la présente divulgation vise à proposer un endoscope qui permette d'effectuer non seulement un contrôle visuel, mais aussi un contrôle fréquentiel d'une pièce difficilement accessible. Dans au moins un mode de réalisation, ce but est atteint grâce au fait que la tête endoscopique de l'endoscope comprend un dispositif de contrôle fréquentiel comprenant au moins un capteur de vibrations. Grâce à ces dispositions, cette tête endoscopique peut être guidée visuellement vers un sujet de contrôle fréquentiel difficilement accessible, pour mettre cette pièce à portée du capteur de vibrations afin d'effectuer un contrôle fréquentiel de ce sujet. Le dispositif de contrôle fréquentiel peut en particulier comprendre au moins un microsystème électromécanique, incluant le capteur de vibrations et/ou au moins un actionneur d'un élément de contact pour l'excitation mécanique du sujet de contrôle fréquentiel, ce qui permet de limiter l'encombrement de la tête endoscopique afin de permettre son accès à des endroits particulièrement inaccessibles. Pour permettre une capture particulièrement précise de la réponse vibratoire du sujet d'inspection, le capteur de vibrations peut notamment 30 être un microphone. Afin de permettre le contournement d'obstacles dans la trajectoire de la tête endoscopique, l'endoscope peut être un endoscope flexible, c'est à dire un endoscope dont ledit organe allongé peut fléchir de, par exemple, au moins 30°. Alternativement, toutefois, l'endoscope peut être un 35 endoscope rigide, c'est-à-dire un endoscope dont l'organe allongé ne peut pas fléchir de cette manière. L'endoscope peut être un endoscope optique, c'est-à-dire un endoscope dans lequel la tête endoscopique est reliée au dispositif d'affichage d'images à travers au moins une fibre optique. Alternativement, toutefois, l'endoscope peut être un endoscope vidéo, c'est-à-dire un endoscope dans lequel la tête endoscopique comprend un capteur vidéo connecté au dispositif d'affichage d'images. Bien sûr, l'endoscope peut comprendre en outre un dispositif d'éclairage. En particulier, ce dispositif d'éclairage peut être monté directement sur la tête endoscopique, ou connecté à celle-ci à travers au moins une fibre optique. Afin de provoquer la réponse vibratoire du sujet de contrôle fréquentiel, la tête endoscopique peut comporter aussi un élément de contact pour son excitation mécanique. Par ailleurs, le dispositif de contrôle fréquentiel peut comprendre au moins un actionneur pour impulser ledit élément de contact contre un sujet de contrôle fréquentiel. Cet actionneur peut être distinct du capteur de vibrations, mais peut également être combiné avec celui-ci, notamment si l'actionneur est un actionneur piézoélectrique, magnétique ou électromécanique. D'autre part, d'autres types d'actionneurs, notamment les actionneurs pneumatiques et les ressorts élastiques, peuvent également être envisagés pour impulser le percuteur. L'actionneur peut être configuré pour effectuer une impulsion unique de l'élément de contact contre le sujet d'inspection, de manière à provoquer la réponse vibratoire du sujet par simple impact, ou bien générer une vibration de l'élément de contact, permettant ainsi une analyse de la réponse du sujet de contrôle fréquentiel à au moins une fréquence d'excitation prédéterminée. Par ailleurs, il est aussi envisageable de provoquer la réponse vibratoire du sujet de contrôle fréquentiel par des moyens autres qu'un élément de contact monté sur la tête endoscopique du même endoscope portant le capteur de vibrations. Par exemple, la présente divulgation concerne aussi un ensemble comprenant un premier endoscope avec une tête endoscopique comprenant un dispositif de contrôle fréquentiel avec un capteur de vibrations, un dispositif d'affichage d'images captées à travers cette tête endoscopique, et un organe allongé relié à cette tête endoscopique, ainsi qu'un deuxième endoscope comprenant une tête endoscopique avec au moins un élément de contact pour l'excitation mécanique du sujet de contrôle fréquentiel, un dispositif d'affichage d'images captées à travers la tête endoscopique du deuxième endoscope, et un organe allongé relié à la tête endoscopique dudit deuxième endoscope. Un unique dispositif peut éventuellement servir à l'affichage 5 d'images du premier et du deuxième endoscope, de manière à mutualiser des ressources, et tant le premier comme le deuxième endoscope peuvent être des endoscopes optiques ou vidéo, flexibles ou rigides. Par ailleurs, le deuxième endoscope peut aussi comporter un actionneur pour l'impulsion de l'élément de contact contre le sujet de contrôle fréquentiel. Pour ce 10 rôle, tous les types d'actionneurs susmentionnés sont également envisageables. L'invention concerne également un procédé d'utilisation de cet endoscope pour un contrôle fréquentiel d'un sujet d'inspection. Dans au moins un mode de réalisation ce procédé peut comprendre l'approche 15 guidée de la tête endoscopique au sujet d'inspection, l'excitation du sujet d'inspection afin de provoquer une réponse vibratoire, et la réception de ladite réponse vibratoire, à travers le capteur de vibrations. La réponse vibratoire captée par le capteur de vibrations peut ensuite faire notamment l'objet d'une analyse fréquentielle pour déterminer l'état 20 d'intégrité du sujet d'inspection. Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de plusieurs modes de 25 réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1A illustre schématiquement un endoscope suivant un premier mode de réalisation ; - la figure 1B est une vue de détail de la tête endoscopique de 30 l'endoscope de la figure 1A ; - les figures 2A à 2C illustrent schématiquement des modes d'utilisation de l'endoscope de la figure 1A pour l'inspection de différentes pièces d'une turbomachine ; - la figure 3 illustre schématiquement la tête endoscopique d'un 35 endoscope suivant un deuxième mode de réalisation ; - la figure 4 illustre schématiquement la tête endoscopique d'un endoscope suivant un troisième mode de réalisation ; - la figure 5 illustre schématiquement la tête endoscopique d'un endoscope suivant un quatrième mode de réalisation ; - la figure 6 illustre schématiquement un endoscope suivant un cinquième mode de réalisation ; - la figure 7 illustre schématiquement un ensemble d'un premier et un deuxième endoscope suivant un sixième mode de réalisation. Description détaillée de l'invention Un endoscope 1 suivant un premier mode de réalisation est illustré sur les figures lA et 1B. Cet endoscope 1 comprend une tête endoscopique 2, un dispositif d'affichage 3, et un organe allongé 4 en forme de tige reliant la tête endoscopique 2 au dispositif d'affichage 3 et permettant l'insertion de la tête endoscopique 2 dans des espaces étroits tout en affichant à un utilisateur à l'extérieur, à travers le dispositif d'affichage 3, des images captées à travers cette tête endoscopique 2. Dans le mode de réalisation illustré, cet organe allongé 4 est flexible, pouvant fléchir d'au moins 30°, et possiblement d'au moins 90°, entre ses deux extrémités, afin de pouvoir contourner des obstacles dans la trajectoire de la tête endoscopique 2. Dans des modes de réalisation alternatifs, toutefois, cet organe allongé peut être sensiblement rigide. La figure 1B illustre une vue détaillée de la tête endoscopique 2 de l'endoscope 1 suivant ce premier mode de réalisation. Ainsi, l'endoscope 1 suivant ce premier mode de réalisation est un endoscope vidéo, et on peut donc apprécier sur la tête endoscopique 2 un capteur vidéo 5, qui peut être, par exemple, un capteur du type DTC (« dispositif à transfert de charge », aussi connu comme CCD suivant son acronyme anglais) ou CMOS (« complementary metal oxide semiconductor », c'est-à-dire semiconducteur à oxydes métalliques complémentaires), un dispositif d'éclairage 6, qui peut être, par exemple, une diode électroluminescente, ainsi qu'un dispositif de contrôle fréquentiel 7 comprenant un élément de contact 8, un actionneur 9 apte à impulser l'élément de contact 8 contre un sujet de contrôle fréquentiel, et un capteur de vibrations 10 apte à capter des vibrations du sujet de contrôle fréquentiel en réponse à son excitation mécanique par l'élément de contact 8. L'actionneur 9 peut être configuré pour effectuer une impulsion unique de l'élément de contact 8 contre le sujet de contrôle, de manière à exciter sa vibration par simple impact, ou bien pour le mettre en vibration contre le sujet de contrôle. Le matériau de l'élément de contact 8 peut être sélectionné en fonction de son utilisation. Ainsi, par exemple, si le dispositif de contrôle fréquentiel 7 est configuré pour exciter la réponse vibratoire du sujet de contrôle par simple impact, l'élément de contact 8 peut être en un matériau comparativement dur, tel qu'une céramique ou un matériau métallique. Si par contre l'élément de contact 8 est destiné à transmettre une vibration de l'actionneur 9 au sujet de contrôle fréquentiel, un matériau moins dur, comme notamment un élastomère ou autre polymère synthétique, peut être utilisé pour cet élément de contact 8. Dans ce premier mode de réalisation, l'actionneur 9 et le capteur de vibrations 10 sont deux microsystèmes électromécaniques distincts. L'actionneur 9 peut être, par exemple, piézoélectrique, électrostatique, ou électromagnétique, tandis que le capteur de vibrations 10 est un microphone pouvant aussi être, par exemple, piézoélectrique, électrostatique, ou électromagnétique. Alternativement, toutefois, l'actionneur 9 peut être un actionneur pneumatique, tandis que le capteur de vibrations 10 peut être un autre type de capteur de vibration avec ou sans contact, tel que, par exemple un accéléromètre ou vibromètre laser ou un microphone à fibre optique. Le capteur vidéo 5 est connecté au dispositif d'affichage 3 à travers l'organe allongé 4, et l'actionneur 9 et le capteur de vibrations 10 peuvent également être connectés, à travers cet organe allongé 4, à des dispositifs de, respectivement, commande et analyse de signaux (non illustrés), pour pouvoir déclencher une impulsion de l'élément de contact8 contre le sujet de contrôle fréquentiel et ensuite analyser les vibrations de ce sujet de contrôle fréquentiel en réponse à cette impulsion afin d'évaluer son intégrité. Ces connexions peuvent être filaires, par exemple électriques ou par fibre optique, ou bien sans fil, à travers des transpondeurs radio ou ultrasoniques, par exemple. Ainsi, lors de son utilisation, la tête endoscopique 2 peut être introduite dans un espace restreint et difficilement accessible et guidée visuellement jusqu'au sujet de contrôle fréquentiel grâce aux images 30156 9 8 7 captées par le capteur vidéo 5 avec la lumière du dispositif d'éclairage 6. A proximité dudit sujet de contrôle fréquentiel, l'actionneur 9 peut être activé pour impulser l'élément de contact 8 contre le sujet de contrôle fréquentiel. Des vibrations sont déclenchées dans le sujet de contrôle 5 fréquentiel par cette impulsion, et ces vibrations sont captées par le capteur 10 afin d'être éventuellement transmises à travers l'organe allongé 4 pour leur analyse servant à déterminer l'intégrité du sujet de contrôle fréquentiel. Les figures 2A à 2C illustrent des exemples d'application de cet 10 endoscope et procédé de contrôle fréquentiel dans l'inspection de pièces difficilement accessibles dans une turbomachine, plus spécifiquement un turbomoteur 20 comprenant un compresseur centrifuge 21, une chambre de combustion 22, une turbine axiale haute pression 23 solidaire en rotation du compresseur 21, une turbine axiale basse pression 24, un 15 arbre de sortie de puissance 25 solidaire en rotation de la turbine axiale basse pression 24, et une transmission mécanique 26, reliée à l'arbre de sortie de puissance 25 et comprenant une suite de pignons 27 en engrènement. Sur la figure 2A, on voit ainsi l'utilisation de l'endoscope 1 dans le 20 contrôle visuel et fréquentiel de pales du compresseur centrifuge 21. Pour cela, la tête endoscopique a été introduite à travers la prise d'air du turbomoteur 20 et guidée vers le compresseur centrifuge 21. A part l'inspection visuelle des pales du compresseur 21 à travers le dispositif d'affichage 3 de l'endoscope 1, l'utilisateur peut également effectuer un 25 contrôle fréquentiel en activant l'actionneur 9 pour impulser l'élément de contact 8 contre chaque pale, déclenchant des vibrations qui seront captées par le capteur de vibrations 10 pour ensuite être éventuellement analysées pour déceler des défauts qui ne seraient indécelables par une simple inspection visuelle. 30 Sur la figure 2B, on voit l'utilisation de l'endoscope 1 dans le contrôle visuel et fréquentiel de pales de la turbine axiale haute pression 23. Pour cela, la tête endoscopique 2 a été introduite à travers l'échappement du turbomoteur 20 et sa turbine axiale basse pression 24 vers la turbine axiale haute pression 23. Le contrôle visuel et fréquentiel des pales de la 35 turbine axiale basse pression 24 peut donc être effectué de manière analogue à celui des pales du compresseur 21 illustré sur la figure 2A. Sur la figure 2C, on voit l'utilisation de l'endoscope 1 dans le contrôle visuel et fréquentiel d'un pignon 27 de la transmission mécanique 26. Ici, après ouverture d'un couvercle d'inspection 28 dans la transmission mécanique 26, la tête endoscopique 2 y est introduite pour effectuer le contrôle visuel et fréquentiel du pignon 27, en conditions réelles d'engrènement, de manière analogue à ceux des pales des figures 2A et 2B. Des modes de réalisation alternatifs sont également envisageables pour l'endoscope. Ainsi, sur la figure 3 est illustrée la tête endoscopique 2 d'un endoscope 1 suivant un deuxième mode de réalisation, dans lequel l'actionneur 9 et le capteur de vibrations 10 sont intégrés dans un seul microsystème électromécanique. Ainsi, le même élément piézoélectrique, électromagnétique ou électrostatique servant à impulser l'élément de contact 8 contre le sujet de contrôle fréquentiel sert aussi à capter ensuite la réponse vibratoire de ce sujet de contrôle fréquentiel. Le reste des éléments de cet endoscope 1 sont équivalents à ceux du premier mode de réalisation et reçoivent donc les mêmes références numériques. Dans les deux modes de réalisation précédents, l'élément de contact est solidaire de son actionneur, ce qui limite sa portée. Dans le troisième mode de réalisation illustré sur la figure 4, l'élément de contact 8 est formé par une bille, retenue dans la tête endoscopique 2, contre l'action d'un ressort formant l'actionneur 9, par un électroaimant 30. La désactivation de cet électroaimant 30 provoque ainsi l'impulsion de l'élément de contact 8 contre le sujet de contrôle, qu'il va impacter de manière à provoquer sa réponse vibratoire par simple percussion ou impact. D'autres types d'actionneurs, comme par exemple des actionneurs pneumatiques ou magnétiques, sont toutefois aussi envisageables alternativement à celui-ci. L'élément de contact 8, même s'il peut s'éloigner de la tête endoscopique 2, reste toutefois attaché à celle-ci par un fil 31, évitant ainsi de contaminer l'espace dans lequel s'effectue l'inspection. Les autres éléments de l'endoscope 1 sont équivalents à ceux du premier mode de réalisation, et reçoivent en conséquence les mêmes références numériques. Dans les trois modes de réalisation précédents, l'endoscope 1 est un 35 endoscope vidéo. Il est toutefois également envisageable d'appliquer les mêmes principes à un endoscope optique, tel que celui du quatrième mode de réalisation, dont la tête endoscopique 2 est illustrée sur la figure 5. Ainsi, cette tête endoscopique 2 comporte non pas un capteur vidéo mais un objectif optique 40, relié au dispositif d'affichage à l'autre bout de l'organe allongé 4 par des fibres optiques 41. Ce dispositif d'affichage pourra donc être un simple viseur optique. Par ailleurs, pour limiter encore plus l'encombrement et la complexité de la tête endoscopique 2, le dispositif d'éclairage n'est pas monté sur celle-ci, mais aussi de l'autre bout de l'organe allongé 4, et l'organe allongé contient aussi d'autres fibres optiques 42 pour transmettre à la tête endoscopique la lumière émise par ce dispositif d'éclairage. Les autres éléments de cet endoscope 1 sont équivalents à ceux du deuxième mode de réalisation, et reçoivent en conséquence les mêmes références numériques. Par ailleurs, il n'est pas indispensable que l'endoscope soit flexible, ni qu'il comporte un actionneur pour l'impulsion du percuteur contre le sujet de contrôle. Ainsi, dans l'endoscope optique rigide suivant un cinquième mode de réalisation illustré sur la figure 6, l'élément de contact 8 est un percuteur directement monté sur la tête endoscopique 2, et son impulsion contre l'objet de contrôle peut être directement actionnée par l'utilisateur en déplaçant axialement l'endoscope 1. Les autres éléments de cet endoscope 1 sont équivalents à ceux des modes de réalisation précédents, et reçoivent en conséquence les mêmes références numériques. Il n'est pas non plus indispensable que les moyens destinés à provoquer la réponse vibratoire soient installés sur la même tête endoscopique que le capteur de vibrations destiné à la capter. Ainsi, dans un sixième mode de réalisation, on utilise un ensemble de deux endoscopes 1 et 1'. Le premier endoscope 1 est analogue à celui du premier mode de réalisation à part l'absence de l'élément de contact 8 et l'actionneur 9 sur sa tête endoscopique 2. En effet, ces éléments sont rapportés sur la tête endoscopique 2' du deuxième endoscope 1', également analogue à celui du premier mode de réalisation sauf pour l'absence d'un capteur de vibrations. Il est ainsi possible, grâce à cet ensemble, de déclencher les vibrations du sujet de contrôle fréquentiel à un endroit, avec le deuxième endoscope 1' et capter ces vibrations à un autre endroit, avec le premier endoscope 1. Le reste des éléments des premier et deuxième endoscopes 1, 1' sont équivalents à ceux de l'endoscope 1 du premier mode de réalisation et reçoivent en conséquence les mêmes chiffres de référence. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes 5 modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. En particulier, même si les deux endoscopes de 10 l'ensemble du sixième mode de réalisation sont analogues à celui du premier mode de réalisation, on peut aussi incorporer dans chacun d'entre eux des caractéristiques des autres modes de réalisation alternativement ou en complément à celles illustrées. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. 15 REVENDICATIONS1. Endoscope (1) comprenant : une tête endoscopique (2) ; un dispositif (3) d'affichage d'images captées à travers ladite tête endoscopique (2) ; et un organe allongé (4) relié à la tête endoscopique (2) ; et caractérisé en ce que ladite tête endoscopique (2) comprend aussi un dispositif (7) de contrôle fréquentiel comprenant au moins un capteur de vibrations (10). 2. Endoscope (1) suivant la revendication 1, dans lequel ledit dispositif de contrôle fréquentiel (7) comprend au moins un microsystème électromécanique. 3. Endoscope (1) suivant l'une quelconque des revendications 15 précédentes, dans lequel ledit capteur de vibrations (10) est un microphone. 4. Endoscope (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit organe allongé (4) peut fléchir d'au moins 30°. 20 5. Endoscope (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite tête endoscopique (2) est reliée au dispositif d'affichage d'images (3) à travers au moins une fibre optique (41). 6. Endoscope (1) suivant l'une quelconque des revendications 25 précédentes, dans lequel ladite tête endoscopique comprend un capteur vidéo (5) connecté au dispositif d'affichage d'images (3). 7. Endoscope (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un dispositif d'éclairage (6). 8. Endoscope (1) suivant l'une quelconque des revendications 30 précédentes, dans lequel ledit dispositif de contrôle fréquentiel comprend aussi un élément de contact (8) pour l'excitation mécanique d'un sujet de contrôle fréquentiel. 9. Endoscope (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de contrôle fréquentiel (7) 35 comprend au moins un actionneur (9) pour impulser ledit élément de contact (8) contre le sujet de contrôle fréquentiel. 10. Endoscope (1) suivant la revendication 9, dans lequel ledit actionneur (9) est piézoélectrique. 11. Ensemble comprenant un premier endoscope (1) suivant l'une 5 quelconque des revendications 1 à 6, et un deuxième endoscope (1') comprenant : une tête endoscopique (2') avec au moins un élément de contact (8) pour l'excitation mécanique d'un sujet de contrôle fréquentiel ; un dispositif (3') d'affichage d'images captées à travers la tête 10 endoscopique (2') dudit deuxième endoscope (1') ; et un organe allongé (4') relié à la tête endoscopique (2') dudit deuxième endoscope (1'). 12. Procédé d'utilisation d'un endoscope (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour un contrôle fréquentiel d'un 15 sujet d'inspection, comprenant les étapes suivantes : approche guidée de la tête endoscopique (2) au sujet d'inspection ; excitation du sujet d'inspection, afin de provoquer une réponse vibratoire ; 20 réception de ladite réponse vibratoire , à travers le capteur de vibrations (10).