Brevet FR3029631A1 — publié le 20160610

DISPOSITIF DE CONTRÔLE COMPRENANT DEUX TÊTES MOBILES EMETTANT DES FAISCEAUX LASER L'invention se rapporte à un dispositif de contrôle comprenant deux têtes mobiles émettant des faisceaux laser. Le document FR-2.988.476 décrit un dispositif de contrôle non destructif par ultrasons de pièces en matériau composite de grandes dimensions, comme par exemple des panneaux d'un fuselage d'aéronef. Selon un mode de réalisation proposé par ce document, un dispositif de contrôle comprend un bras robotisé fixé sur un support, une tête de mesure supportée par le bras robotisé, un système de commande pilotant le bras robotisé de manière à déplacer la tête de mesure au-dessus d'une surface d'une pièce à contrôler. La tête de mesure comprend un module d'excitation et un module de mesure. Le module d'excitation est configuré pour générer un faisceau laser d'excitation qui est dirigé en direction d'une zone d'impact de la pièce à contrôler. Ce faisceau laser d'excitation produit au niveau de cette zone d'impact un échauffement localisé qui, par un effet thermoélastique, génère des ondes ultrasonores qui se propagent dans la pièce à contrôler. Les ondes ultrasonores sont réfléchies et génèrent au niveau de la surface de la pièce à contrôler des microdéformations. Ces microdéformations sont différentes d'une pièce à l'autre, en fonction notamment des défauts présents dans la pièce. Le module de mesure est configuré pour générer un faisceau laser de détection et pour détecter par interférométrie laser ces microdéformations et de la sorte un éventuel défaut dans la pièce à contrôler. Le dispositif de contrôle comprend une première source laser configurée pour générer un faisceau laser appelé faisceau laser d'excitation. Cette première source laser est, par exemple, de type CO2. Compte tenu de ses dimensions, cette première source laser est préférentiellement fixée sur un rail au sol et déportée de la tête de mesure. Par conséquent, le dispositif de contrôle comprend également un guide d'onde articulé, également appelé 3029631 2 BDS (pour Beam Delivery System en anglais), pour acheminer le faisceau laser généré par excitation de la source CO2 depuis la première source laser jusqu'à la tête de mesure. Le module de mesure comprend une deuxième source laser, par exemple un laser Nd-YAG, configurée pour générer un autre faisceau laser, appelé faisceau laser de détection, et un 5 interféromètre. La tête de mesure comprend au moins un système optique configuré pour superposer les faisceaux laser d'excitation et de détection au niveau de la zone d'impact, les déplacer et les orienter de manière à balayer la surface de la pièce à contrôler. Compte tenu des capacités de contrôle d'un tel dispositif, la durée de contrôle est 10 relativement longue pour les pièces de grandes dimensions, et peut atteindre une vingtaine d'heures pour un panneau de fuselage d'un aéronef. Pour certaines pièces, comme des panneaux avec des raidisseurs sur l'une de leurs faces, il est nécessaire d'effectuer le contrôle en deux étapes, une première étape pour contrôler la face extérieure sans raidisseur et une seconde étape pour contrôler la face intérieure du 15 panneau pourvue de raidisseurs, ce qui conduit à augmenter encore la durée de contrôle. Pour réduire la durée du contrôle d'une pièce, une solution peut consister à prévoir deux dispositifs de contrôle avec chacun un bras articulé, une tête de mesure, une source laser déportée pour générer le faisceau laser d'excitation et un guide d'onde articulé pour acheminer le faisceau laser d'excitation jusqu'à la tête de mesure. Cependant, cette solution 20 n'est pas envisageable en raison du coût d'une telle installation qui double tous les éléments. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de contrôle d'une pièce, ledit dispositif de contrôle comprenant une première tête de mesure mobile configurée pour émettre un 25 faisceau laser d'excitation en direction de la pièce à contrôler et une source laser pour générer un faisceau laser d'excitation source. Le dispositif de contrôle se caractérise en ce qu'il comprend une deuxième tête de mesure mobile configurée pour émettre un deuxième faisceau laser d'excitation en direction de la pièce à contrôler et un système de division pour diviser le faisceau laser d'excitation source en un premier faisceau laser d'excitation destiné à la première tête de mesure et en un deuxième faisceau laser d'excitation destiné à la deuxième tête de mesure. 3029631 3 Ce dispositif de contrôle permet de réduire la durée de contrôle en utilisant deux têtes de mesure simultanément. De plus, en présence d'une pièce avec une géométrie complexe, il est possible de réaliser l'opération de contrôle en une seule étape. Cependant, le fait de ne prévoir qu'une source laser pour générer un faisceau laser d'excitation source divisé en deux 5 faisceaux laser d'excitation permet de limiter le surcoût d'un tel dispositif de contrôle. Selon un mode de réalisation, le système de division est une lame séparatrice. Selon une première variante, le dispositif de contrôle comprend un premier guide d'onde pour acheminer le premier faisceau laser d'excitation depuis le système de division jusqu'à la première tête de mesure et un deuxième guide d'onde pour acheminer le deuxième faisceau 10 laser d'excitation depuis le système de division jusqu'à la deuxième tête de mesure. Selon un mode de réalisation de cette première variante, le premier guide d'onde et/ou le deuxième guide d'onde comprennent chacun : - un guide d'onde articulé qui comprend au moins deux tubes, des articulations et un jeu de miroirs prévus au niveau des articulations, et 15 - un guide d'onde amont configuré pour acheminer le premier faisceau laser d'excitation du système de division jusqu'au guide d'onde articulé. Selon une deuxième variante, le dispositif de contrôle comprend un jeu de miroirs positionnés et orientés de manière judicieuse pour acheminer le premier faisceau laser d'excitation du système de division jusqu'à la première tête de mesure et le deuxième 20 faisceau laser d'excitation du système de division jusqu'à la deuxième tête de mesure. Avantageusement, le dispositif de contrôle comprend une source laser de détection configurée pour générer un faisceau laser de détection initial et un deuxième système de division pour diviser le faisceau laser de détection initial en un premier faisceau laser de détection destiné à la première tête de mesure et un deuxième faisceau laser de détection 25 destiné à la deuxième tête de mesure. De préférence, le dispositif de contrôle comprend pour chaque faisceau laser de détection un amplificateur optique. Selon un mode de réalisation, chaque faisceau laser de détection est acheminé du deuxième système de division jusqu'à la tête de mesure correspondante grâce à une fibre optique. 30 D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard de l'unique figure qui est une représentation schématique d'un dispositif de contrôle qui illustre l'invention. 3029631 4 Sur cette figure, on a représenté en 10 une pièce à contrôler fixée sur un support 12 et un dispositif de contrôle 14. Selon une application, la pièce 10 est en matériau composite et correspond à une partie du fuselage d'un aéronef. 5 Ainsi, la pièce 10 a une forme courbe et comprend une face extérieure 16 sans raidisseur et une face intérieure 18 pourvue de raidisseurs 20. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce type de pièce à contrôler. Le dispositif de contrôle 14 comprend : un premier bras robotisé 22 supportant une première tête de mesure 24, 10 un deuxième bras robotisé 22' supportant une deuxième tête de mesure 24', au moins un poste de commande 26 configuré pour contrôler les mouvements des deux bras robotisés 22, 22' et des deux têtes de mesure 24, 24'. Selon un mode de réalisation, chaque bras robotisé 22 ou 22' comprend une base 28 éventuellement mobile, un premier segment 30 relié à la base par une première articulation 15 32, un deuxième segment 34 relié au premier segment 30 par une deuxième articulation 36, le deuxième segment 34 étant relié à la tête de mesure 24 ou 24' par une troisième articulation 38. Les bras robotisés 22, 22' ne sont pas plus décrits car ils peuvent être identiques aux bras robotisés de l'art antérieur. 20 Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de contrôle comprend pour les deux têtes de mesure 24, 24' une unique source laser d'excitation 48 pour générer un faisceau laser d'excitation source 50. Cette source laser d'excitation 48 est déportée des deux têtes de mesure 24, 24'. La source d'excitation 48 est de préférence fixe. Selon une application, la source laser d'excitation 48 est une source laser de type CO2. Cette source laser d'excitation 25 48 n'est pas plus décrite car elle peut être identique à celle de l'art antérieur. Selon une autre caractéristique, le dispositif de contrôle comprend pour les deux têtes de mesure 24, 24' une unique source de laser de détection 44, déportée des deux têtes de mesure 24, 24', configurée pour générer un faisceau laser de détection 50' dit initial. Cette unique source de laser de détection est de préférence fixe. 30 Le dispositif de contrôle comprend un module de mesure qui comporte, en plus de la source laser de détection 44, deux interféromètres 51, 51', un pour chaque tête de mesure 24, 24'. 3029631 5 Sur le plan fonctionnel, chaque interféromètre 51, 51' transmet au poste de commande 26 les valeurs mesurées sous la forme de signaux électriques. Selon un mode de réalisation, chaque tête de mesure 24 ou 24' comprend un système 40, 40' de superposition et d'orientation du faisceau laser d'excitation 42, 42' et de détection 5 46, 46' au niveau d'une zone d'impact. Comme pour l'art antérieur, chaque faisceau laser d'excitation 42, 42' produit au niveau de la zone d'impact un échauffement localisé qui, par un effet thermoélastique, génère des ondes ultrasonores qui se propagent dans la pièce à contrôler. En présence d'un défaut dans la pièce, les ondes ultrasonores sont réfléchies et génèrent au niveau de la surface de la 10 pièce à contrôler des microdéformations. Les différents éléments du module d'excitation ne sont pas plus détaillés car ils peuvent être identiques à ceux de l'art antérieur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation pour mesurer des microdéformations en surface de la pièce à contrôler, générées par le faisceau laser 15 d'excitation 42, 42'. Ainsi, pour chaque tête de mesure 24, 24', une autre technique que l'interférométrie pourrait être utilisée. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de contrôle comprend un premier système de division 52 pour diviser le faisceau laser d'excitation 50 source en un premier faisceau laser d'excitation 42 destiné à la première tête de mesure 24 et en un deuxième 20 faisceau laser d'excitation 42' destiné à la deuxième tête de mesure 24'. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de contrôle comprend un deuxième système de division 52' en sortie de la source laser de détection 44 pour diviser le faisceau laser de détection initial 50' en un premier faisceau laser de détection 46 destiné à la première tête de mesure 24 et en un deuxième faisceau laser de détection 46' destiné à la 25 deuxième tête de mesure 24'. Le dispositif de contrôle comprend pour chaque faisceau laser de détection 46, 46' un amplificateur optique 53, 53' pour assurer que la quantité de lumière sur les deux photodétecteurs implantés dans les interféromètres 51, 51' soit toujours la même. Le fait de prévoir deux amplificateurs distincts permet de pouvoir inspecter deux surfaces différentes. Les faisceaux laser de détection 46, 46' sont acheminés du deuxième 30 système de division 52' jusqu'aux têtes de mesure 24, 24' grâce à des fibres optiques 55, 55', une pour chaque faisceau laser de détection 46, 46'. 3029631 6 Selon un mode de réalisation, le premier système de division 52 est une lame séparatrice qui comprend une face d'entrée 54 qui réfléchit une partie du faisceau laser d'excitation 50 source pour obtenir le premier faisceau laser d'excitation 42 destiné à la première tête de mesure 24 et une face de sortie 56 via laquelle sort le deuxième faisceau laser d'excitation 5 42' destiné à la deuxième tête de mesure 24' après réfraction d'une partie du faisceau laser d'excitation 50 source. Avantageusement, le deuxième système de division 52' est identique au premier système de division 52. Selon une première variante, le dispositif de contrôle 10 comprend un premier guide d'onde 10 58 pour acheminer le premier faisceau laser d'excitation 42 depuis le système de division 52 jusqu'à la première tête de mesure 24 et un deuxième guide d'onde 60 pour acheminer le deuxième faisceau laser d'excitation 42' depuis le système de division 52 jusqu'à la deuxième tête de mesure 24'. Selon cette première variante, le premier guide d'onde 58 comprend : 15 un guide d'onde articulé qui comprend deux tubes 62.1 et 62.2 disposés l'un après l'autre, une première articulation 64.1 à une première extrémité du premier tube 62.1, une deuxième articulation 64.2 pour relier les tubes 62.1, 62.2 entre eux, une troisième articulation 64.3 pour relier le tube 62.2 à la première tête de mesure 24 et un jeu de miroirs 68 prévus au niveau des articulations 64.1 à 64.3, 20 un guide d'onde amont 66 qui comprend un tube creux qui s'étend du système de division 52 jusqu'à la première articulation 64.1 prévue à la première extrémité du premier tube 62.1. Le premier guide d'onde 58 comprend des actionneurs pour contrôler les mouvements des tubes 62.1 et 62.2 et les orientations des miroirs 66 en fonction des mouvements du premier 25 bras robotisé 22. De la même manière, le deuxième guide d'onde 60 comprend : un guide d'onde articulé qui comprend deux tubes 62.1' et 62.2' disposés l'un après l'autre, une première articulation 64.1' à une première extrémité du premier tube 62.1', une deuxième articulation 64.2' pour relier les tubes 62.1', 62.2' entre eux, une 30 troisième articulation 64.3' pour relier le tube 62.2' à la deuxième tête de mesure 24' et un jeu de miroirs 68' prévus au niveau des articulations 64.1' à 64.3', 3029631 7 un guide d'onde amont 70 qui comprend un tube creux et un périscope pour acheminer le deuxième faisceau laser d'excitation 42 depuis le système de division 52 jusqu'à la première articulation 64.1' prévue à la première extrémité du premier tube 62.1'. 5 Le deuxième guide d'onde 60 comprend des actionneurs pour contrôler les mouvements des tubes 62.1' et 62.2' et les orientations des miroirs 66' en fonction des mouvements du deuxième bras robotisé 22'. Avantageusement, les guides d'onde articulés des premier et deuxième guides d'onde 58 et 60 sont identiques. Seuls les guides d'onde amont 66 et 70 sont différents. 10 Selon cette première variante, le dispositif de contrôle 10 comprend un module de contrôle configuré pour contrôler les actionneurs des guides d'onde 58 et 60 et synchroniser les mouvements des bras robotisés 22, 22' pour limiter les risques d'interférence entre les mouvements des bras robotisés et des guides d'onde 58 et 60. Selon un mode de réalisation, ce module de contrôle est intégré dans le système de commande 26. 15 Selon une deuxième variante, le dispositif de contrôle 10 comprend un jeu de miroirs positionnés et orientés de manière judicieuse pour acheminer le premier faisceau laser d'excitation 42 du système de division 52 jusqu'à la première tête de mesure 24 et le deuxième faisceau laser d'excitation 42' du système de division 52 jusqu'à la deuxième tête de mesure 24'. 20 Contrairement à la première variante, les déplacements des bras articulés ne sont pas limités selon cette deuxième variante. En complément du jeu de miroirs, le dispositif de contrôle selon chacune des variantes comprend un écran de protection pour protéger les opérateurs. Le dispositif de contrôle permet de réduire la durée de contrôle en utilisant deux têtes de 25 mesure simultanément. De plus, en présence d'une pièce avec une géométrie complexe, il est possible de réaliser l'opération de contrôle en une seule étape, la première tête de mesure 24 étant utilisée pour contrôler la face extérieure 16 de la pièce et la deuxième tête de mesure 24' pour contrôler la face intérieure 18. Le fait de ne prévoir qu'une seule source pour les faisceaux laser d'excitation des deux têtes 30 de mesure 24, 24' permet de réduire les coûts. REVENDICATIONS1. Dispositif de contrôle d'une pièce, ledit dispositif de contrôle comprenant une première tête de mesure (24) mobile configurée pour émettre un premier faisceau laser d'excitation (42) en direction de la pièce à contrôler, une source laser (48) pour générer un faisceau laser d'excitation source (50), ledit dispositif de contrôle étant caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième tête de mesure (24') mobile configurée pour émettre un deuxième faisceau laser d'excitation (42') en direction de la pièce à contrôler et un système de division (52) pour diviser le faisceau laser d'excitation (50) source en un premier faisceau laser d'excitation (42) destiné à la première tête de mesure (24) et en un deuxième faisceau laser d'excitation (42') destiné à la deuxième tête de mesure (24'). 2. Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de division (52) est une lame séparatrice. 3. Dispositif de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un premier guide d'onde (58) pour acheminer le premier faisceau laser d'excitation (42) depuis le système de division (52) jusqu'à la première tête de mesure (24) et un deuxième guide d'onde (60) pour acheminer le deuxième faisceau laser d'excitation (42') depuis le système de division (52) jusqu'à la deuxième tête de mesure (24'). 4. Dispositif de contrôle selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier guide d'onde (58) comprend un guide d'onde articulé qui comprend au moins deux tubes (62.1, 62.2), des articulations (64.1, 64.2, 64.3) et un jeu de miroirs (68) prévus au niveau des articulations (64.1, 64.2, 64.3) et un guide d'onde amont (66) configuré pour acheminer le premier faisceau laser d'excitation (42) du système de division (52) jusqu'au guide d'onde articulé. 5. Dispositif de contrôle selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le deuxième guide d'onde (60) comprend un guide d'onde articulé qui comprend au moins deux tubes (62.1', 62.2'), des articulations (64.1', 64.2', 64.3') et un jeu de miroirs (68') prévus au niveau des articulations (64.1', 64.2', 64.3') et un guide d'onde amont (70) configuré pour acheminer le deuxième faisceau laser d'excitation (42') du système de division (52) jusqu'au guide d'onde articulé. 6. Dispositif de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un jeu de miroirs positionnés et orientés de manière judicieuse pour acheminer le premier 3029631 9 faisceau laser d'excitation (42) du système de division (52) jusqu'à la première tête de mesure (24) et le deuxième faisceau laser d'excitation (42') du système de division (52) jusqu'à la deuxième tête de mesure (24'). 7. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 5 qu'il comprend une source laser de détection (44) configurée pour générer un faisceau laser de détection initial (50') et un deuxième système de division (52') pour diviser le faisceau laser de détection initial (50') en un premier faisceau laser de détection (46) destiné à la première tête de mesure (24) et un deuxième faisceau laser de détection (46') destiné à la deuxième tête de mesure (24'). 10 8. Dispositif de contrôle selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque faisceau laser de détection (46, 46') un amplificateur optique (53, 53'). 9. Dispositif de contrôle selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que chaque faisceau laser de détection (46, 46') est acheminé du deuxième système de division (52') jusqu'à la tête de mesure (24, 24') correspondante grâce à une fibre optique (55, 55').