Brevet FR3093185A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : Dispositif et méthode de contrôle ultrasonore [0001] La présente invention se rapporte à un dispositif de contrôle ultrasonore d'une paroi présentant deux surfaces opposées. [0002] Un domaine d'application envisagé est notamment, mais non exclusivement, celui du contrôle des parois en matériau composite. [0003] Des dispositifs de contrôle ultrasonore connus fonctionnant par réflexion, permettent de déceler les défauts de compacité ou de discontinuité présents notamment dans les pièces métalliques. Le principe est de mettre en oeuvre, grâce à une source ultrasonore appliquée contre une surface de la pièce, un faisceau d'ondes ultrasonores à travers la pièce et de recueillir les signaux ultrasonores réfléchis sur la surface opposée de la pièce, au niveau de ladite source, laquelle joue cette fois le rôle de récepteur. Si la pièce métallique contient un défaut, une fraction de l'énergie ultrasonore se réfléchira sur le défaut et un signal supplémentaire apparaîtra au niveau de la source. [0004] Ces dispositifs utilisent comme source de vibrations ultrasonores un traducteur, lequel comporte un élément en céramique piézo-électrique qui fournit une vibration mécanique lorsqu'il est soumis à un courant électrique. Inversement, l'élément en céramique est apte à fournir un signal électrique en réponse à une sollicitation mécanique. De la sorte, le traducteur est non seulement apte à générer des faisceaux de vibrations ultrasonores, mais aussi à recueillir les signaux réfléchis pour qu'ils puissent être traités ensuite. [0005] D'autres dispositifs de contrôle ultrasonore connus nécessitent la mise en oeuvre de deux traducteurs identiques, l'un jouant le rôle d'émetteur, l'autre le rôle de récepteur. L'émetteur est appliqué sur l'une des surfaces de la pièce, tandis que le récepteur est appliqué sur l'autre surface coaxialement au droit de l'émetteur. Usuellement, l'émetteur et le récepteur sont respectivement installés aux extrémités des branches d'une fourche, de manière à être maintenus coaxialement. Aussi, un tel dispositif permet notamment de contrôler les bordures de pièce. [0006] La mise en oeuvre de tels dispositifs de contrôle ultrasonore est alors impossible pour contrôler les parties de pièces éloignées des bords et plus généralement les grandes structures. [0007] Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un dispositif de contrôle ultrasonore en transmission qui permette de contrôler aisément les pièces de grande surface. [0008] Dans le but de résoudre cc problème, il est proposé, selon un premier objet, un dispositif de contrôle ultrasonore en transmission d'une paroi présentant deux surfaces opposées, ledit dispositif comprenant : 2 - un émetteur ultrasonore portatif adapté à émettre un signal ultrasonore à travers ladite paroi lorsqu'il est appliqué contre l'une desdites surfaces opposées ; - un récepteur ultrasonore portatif adapté à être appliqué contre l'autre desdites surfaces opposées au droit dudit émetteur pour recevoir ledit signal ultrasonore ; et, - un organe de traitement pour comparer le signal ultrasonore reçu par ledit récepteur par rapport à un signal de référence, et pour évaluer la présence de défaut à l'intérieur de ladite paroi en fonction de la différence des signaux ; ledit émetteur et ledit récepteur comprennent en outre des dispositifs magnétiques pour pouvoir provoquer l'attraction dudit émetteur et dudit récepteur l'un vers l'autre à travers ladite paroi, tandis que ledit émetteur et ledit récepteur sont libres mécaniquement l'un de l'autre, et de manière à pouvoir entraîner simultanément ledit émetteur et ledit récepteur en mouvement glissant respectivement contre lesdites surfaces opposées. [0009] Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre des dispositifs magnétiques pour pouvoir maintenir l'émetteur et le récepteur coaxialement grâce aux forces d'attraction magnétiques qui s'exercent entre les deux à travers la paroi. De la sorte, il n'est nul besoin de recourir à un élément mécanique en U pour maintenir émetteur et récepteur, l'un en regard de l'autre, et de surcroît, le dispositif de contrôle selon l'invention peut être mis en oeuvre pour contrôler des parois dont les surfaces opposées sont inaccessibles avec une fourchette dont les branches sont respectivement équipées d'un émetteur et d'un récepteur. Il en est ainsi des parois de cuve par exemple. L'émetteur peut ainsi être entraîné en translation contre l'une des parois, tandis que le récepteur, grâce aux forces d'attraction magnétiques, est lui-même entraîné en translation contre l'autre paroi et demeure au droit de l'émetteur. Le contrôle de la paroi peut ainsi être réalisé en balayant celle-ci. Aussi, le dispositif de contrôle selon l'invention permet de détecter les défauts de compacité ou de discontinuité dans les matériaux amagnétiques, par exemple les matériaux composites, et notamment les défauts des pales d'éolienne réalisées dans ce type de matériau. S'agissant du signal de référence, il s'agit préférentiellement d'un signal sonore reçu du récepteur lorsque la paroi est dépourvue de défaut. [0010] De façon surprenante, et contrairement ce à quoi l'on pouvait s'attendre, le champ magnétique induit par les dispositifs magnétiques ne perturbe nullement les signaux ultrasonores traversant la paroi. [0011] Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, lesdits dispositifs magnétiques comprennent deux aimants permanents montés respectivement sur ledit générateur et sur ledit récepteur. Ainsi, l'émetteur comporte un premier aimant permanent, tandis que le récepteur comporte un second aimant permanent. Chaque aimant permanent présente un pôle magnétique nord et un pôle magnétique sud. Aussi, les aimants permanents du récepteur et de l'émetteur sont orientés de 3 manière à ce qu'ils s'attirent mutuellement à travers la paroi, autrement dit, en orientant un pôle sud vers un pôle nord. En outre, des aimants permanents au néodyme sont mis en oeuvre de manière à obtenir une attraction maximale. [0012] Aussi, selon une variante de réalisation, les dispositifs magnétiques comprennent deux électroaimants. Ils permettent notamment, de pouvoir faire varier l'intensité du champ magnétique en fonction de la rugosité des surfaces de la paroi et de son épaisseur. La mise en oeuvre d'électroaimants peut également permettre de résoudre une problématique de sécurité liée au pincement ou à l'écrasement. [0013] Selon un autre mode de mise en oeuvre, le récepteur et l'émetteur comportent respec- tivement une pluralité d'aimants. Les pluralités d'aimants sont ajustées de manière à obtenir une position angulaire de l'émetteur et du récepteur bien déterminée. Par exemple, chaque pluralité d'aimants comporte trois aimants. [0014] Préférentiellement, lesdits aimants permanents présentent une forme annulaire. De la sorte, les deux aimants du récepteur et de l'émetteur s'ajustent parfaitement de manière coaxiale de part et d'autre de la paroi. En outre, les deux aimants permanents de forme annulaire sont identiques, tant par la taille que par leurs propriétés magnétiques. [0015] Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, ledit émetteur comprend un traducteur ultrasonore fonctionnant en émission. Ainsi, le traducteur ultrasonore fonctionnant en émission comporte un élément en céramique piézo-électrique adapté à convertir un signal électrique en onde ultrasonore. [0016] Avantageusement, ledit traducteur ultrasonore fonctionnant en émission est installé coaxialement à l'intérieur de l'un (lesdits aimants permanents de forme annulaire. Ainsi, le traducteur ultrasonore, de symétrie cylindrique, est installé au centre de l'aimant permanent de forme annulaire, et il est apte à générer une onde mécanique à travers la paroi, laquelle se propage selon l'axe de symétrie de l'aimant. [0017] Préférentiellement, ledit récepteur comprend un traducteur ultrasonore fonctionnant en réception. Aussi, le traducteur ultrasonore fonctionnant en réception comporte un élément en céramique piézo-électrique qui permet la conversion d'une onde ultrasonore en un signal électrique. [0018] En outre, ledit traducteur ultrasonore fonctionnant en réception est, de préférence, installé coaxialement à l'intérieur de l'autre desdits aimants permanents de forme annulaire. De la sorte, les deux aimants permanents de forme annulaire s'ajustent au droit l'un de l'autre, de part et d'autre de la paroi, de manière coaxiale, de sorte que le traducteur ultrasonore fonctionnant en réception s'étend coaxialement au traducteur ultrasonore fonctionnant en émission de l'autre côté de la paroi. Le mouvement de l'émetteur ultrasonore contre la surface provoque simultanément le mouvement du récepteur ultrasonore contre l'autre surface grâce aux deux aimants permanents. Et de la sorte, les deux traducteurs ultrasonores demeurent coaxiaux. [0019] Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulier, ledit traducteur ul- trasonore est maintenu centré à l'intérieur dudit aimant permanent de forme annulaire au moyen d'une bague de centrage annulaire. La bague de centrage est par exemple réalisée dans un matériau polymère. [0020] Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, ledit émetteur et ledit récepteur présentent respectivement une surface d'application équipée d'organes de roulement. De la sorte, les forces de frottement du récepteur et de l'émetteur contre leur surface respective opposée sont réduites. Partant, le récepteur suit sans retard les mouvements de l'émetteur et les signaux ne sont nullement perturbés lors du mouvement. [0021] Préférentiellement, les organes de roulement comportent des billes. Ces billes permettent de diminuer plus encore la résistance au frottement du mouvement du récepteur et de l'émetteur sur les surfaces correspondantes. [0022] Selon un autre aspect, il est proposé une méthode de contrôle ultrasonore d'une paroi présentant deux surfaces opposées au moyen d'un dispositif du type décrit ci-dessus. Ladite méthode comprend les étapes suivantes : - on applique ledit émetteur contre l'une desdites surfaces opposées ; - on applique ledit récepteur contre l'autre desdites surfaces opposées au droit dudit émetteur de façon que ledit émetteur et ledit récepteur soient attirés l'un vers l'autre à travers ladite paroi ; et, - on entraîne ledit émetteur en mouvement glissant contre ladite une desdites surfaces opposées, ledit récepteur étant entraîné simultanément en mouvement glissant contre l'autre desdites surfaces opposées, tandis qu'on compare le signal ultrasonore reçu par ledit récepteur par rapport à un signal de référence, pour pouvoir évaluer la présence de défaut à l'intérieur de ladite paroi en fonction de la différence des signaux. De la sorte, en entraînant l'émetteur de manière continue contre la surface, le récepteur est lui-même entraîné parallèlement et simultanément contre la surface opposée. Partant, grâce à l'organe de traitement, on visualise sur un écran d'affichage le signal ultrasonore reçu, et on détecte un défaut dans la paroi durant le balayage en examinant l'atténuation du signal reçu par rapport au signal de référence. [fig. 1] est une vue schématique en perspective de dessous d'un élément du dispositif de contrôle selon l'invention ; [fig.2] est une vue schématique en perspective de dessus de l'élément représenté sur la figure [Fig.1] ; [fig.3] est une vue schématique en coupe axiale partielle du dispositif de contrôle selon l' invention ; [fig.4] est un synoptique du dispositif de contrôle selon l'invention ; et, [fig..5] est un organigramme de mise en oeuvre du dispositif de contrôle selon l'invention. [0023] La figure [fig.3] est une vue schématique partielle d'un dispositif de contrôle selon l'invention mis en oeuvre de part et d'autre d'une paroi en matériau amagnétique, et en l'espèce d'un matériau composite 10. Cette paroi 10 présente une première surface 12 opposée à une seconde surface 14. Le dispositif de contrôle comporte ainsi un émetteur ultrasonore portatif 16 en applique sur la première surface 12 de la paroi 10 et en regard, un récepteur ultrasonore portatif 18 en applique à l'opposé sur la seconde surface 14. [0024] L'émetteur ultrasonore portatif 16 comporte un premier support 20 et un premier traducteur ultrasonore 22 adapté à fonctionner en émission. Le premier traducteur ultrasonore 22 est de symétrie cylindrique de révolution et vient directement en contact avec la première surface 12 de la paroi 10. Par ailleurs, l'émetteur ultrasonore 16 comporte en outre un premier aimant permanent annulaire 24 s'étendant autour du premier traducteur 22 au voisinage de la première surface 12. [0025] Le premier support 20 comporte une première embase annulaire 26 de symétrie axiale d'axe A et présentant une face d'appui 25 opposée à une face libre 27. Aussi, le premier support 20 comporte un premier manchon 28 présentant une extrémité décolletée 30, emmanchée à l'intérieur de l'embase annulaire 26. L'extrémité décolletée 30 définit un épaulement et elle est insérée à l'intérieur de l'embase annulaire 26 selon une profondeur sensiblement égale à la demie épaisseur de l'embase annulaire 26. De la sorte, l'extrémité décolletée 30 et l'embase annulaire 26 définissent ensemble un espace annulaire 34 à l'intérieur duquel vient se loger le premier aimant permanent annulaires 24. Aussi, l'embase annulaire 26 présente, une collerette interne 35 s'étendant dans le prolongement de la face d'appui 25 et permettant de maintenir en prise le premier aimant permanent annulaire 24 entre l'extrémité décolletée 30 et précisément, la collerette interne 35. Cette collerette interne 35 présente une épaisseur minimale pour obtenir une force d'attraction magnétique maximale de l'aimant permanent annulaire 24, comme on l'expliquera ci-après. [0026] L'embase annulaire 26 comporte en outre des éléments d'appui réglables 36 permettant de faciliter le mouvement de l'émetteur ultrasonore 16 à la première surface 12 de la paroi 10 comme on l'expliquera ci-après. [0027] Ainsi, les éléments d'appui réglable 36 sont montés axialement dans l'épaisseur de l'embase annulaire 26. Ils comportent un patin 38 dans lequel est emprisonnée une 6 bille 40 apte à venir s'étendre sensiblement en saillie de la face d'appui 25 de la première embase annulaire 26. Aussi, le patin 38 est relié à une vis 42 traversant un écrou 44 solidaire de la face libre de la première embase annulaire 26 de manière à pouvoir régler la position axiale du patin 38. [0028] Aussi, on se reportera sur les figures [fig.1] et [Fig.2] illustrant en perspective respectivement en vue de dessous et en vue de dessus le premier support 20. On observera sur la figure [Fig.1] que la première embase annulaire 26 présente une forme extérieure octogonale et que les patins 38 équipés de leur bille 40 sont régulièrement distribués autour du premier aimant permanent annulaire 24. La figure [Fig.2] illustre à l'opposé, les vis 42 s'étendant à travers les écrous 44 et en saillie de la face libre 27 de l'embase 26. On y retrouve également le premier manchon 28. [0029] Ainsi, grâce aux huit vis 42, on règle la position axiale des patins 38 dans l'épaisseur de la première embase annulaire octogonale 26, de manière à ce que leurs billes 40 s'étendent sensiblement en saillie de la face d'appui 25 et viennent tangenter un même plan sensiblement parallèle à la face d'appui 25. [0030] En outre, on observera sur la figure [fig.2] que le premier manchon 28 présente un orifice radial 46 permettant de maintenir en position axiale le premier traducteur ultrasonore 22. [0031] S'agissant plus précisément du premier traducteur ultrasonore 22, illustré sur la figure 3, il comporte un premier boîtier cylindrique de révolution 48 présentant une première extrémité active 50, formant semelle, opposée à une première extrémité libre 52. Le boîtier cylindrique de révolution 48 est équipé, à l'intérieur au niveau de l'extrémité active 50, d'un élément piézo-électrique non représenté. Le boîtier cylindrique est alors engagé à l'intérieur du manchon 28 de manière à ce que l'extrémité active 50 puisse venir en contact contre la première surface 12 de la paroi 10. Aussi, le boîtier cylindrique 48 est maintenu en position fixe par rapport au manchon 28 grâce à une vis non représentée engagée dans l'orifice radial 46 lequel est exclusivement représenté sur la figure [fig.2] [0032] Selon un autre mode de mise en oeuvre, non représenté, le boîtier cylindrique du traducteur ultrasonore est monté à coulissement à l'intérieur du manchon et il y est relié au moyen d'un ressort de rappel de manière à ce que l'extrémité active formant semelle demeure en contact permanent avec la première surface lors du mouvement de l'émetteur sur la surface. Ce mode de mise en oeuvre est particulièrement adapté 7 lorsque la surface à contrôler n'est pas parfaitement plane. [0033] Aussi, on observera que le premier traducteur ultrasonore 22 est alors installé à l'intérieur du premier manchon 28 de manière à ce que son extrémité active 50 vienne affleurer le plan moyen venant tangenter les billes 40 des patins 38. [0034] En revanche, le premier aimant permanent annulaire 24 est installé dans l'espace annulaire 34 en prise entre l'extrémité décolletée 30 du premier manchon de révolution 48 et la collerette 35 de manière à être maintenu sensiblement en retrait de la face d'appui 25 dc la première embase annulaire octogonale 26. Partant, le premier aimant permanent annulaire 24 ne vient pas directement en contact avec la première surface 12. [0035] S'agissant du récepteur ultrasonore portatif 18, en applique sur la seconde surface 14 de la paroi 10, il comporte un second support 20' identique en tout point au premier support 20. Le second support 20' comporte une seconde embase annulaire octogonale 26' de symétrie axiale et présentant une seconde face d'appui 25' opposée à une seconde face libre 27'. Aussi, le second support 20' comporte un second manchon 28' présentant une seconde extrémité décolletée 30' emmanchée à l'intérieur de la seconde embase annulaire octogonale 26'. [0036] En revanche, le récepteur ultrasonore 18 comprend un second traducteur ultrasonore 22' adapté à fonctionner, lui, en réception. Cc second traducteur ultrasonore 22', de symétrie cylindrique dc révolution, vient directement en contact avec la seconde surface 14 de la paroi 10. Par ailleurs, le récepteur ultrasonore 18 comporte en outre un second aimant permanent annulaire 24' s'étendant autour du second traducteur 22' installé dans le second espace annulaire 34' en prise entre la seconde extrémité décolletée 30' du second manchon de révolution 28' et la seconde collerette 35'. De la sorte, le second aimant permanent annulaire 24' est maintenu sensiblement en retrait de la seconde face d'appui 25' de la seconde embase annulaire octogonale 26'. [0037] Par ailleurs, les deux aimants permanents annulaires 24, 24' sont orientés, quant à leur polarité, dans des sens opposés pai- rapport à leur support 20, 20', de manière à pouvoir s'attirer l'un l'autre lorsque l'émetteur ultrasonore 16 et le récepteur ultrasonore 18 sont ajustés de part et d'autre de la paroi 10 comme illustré sur la figure 3. [0038] La seconde embase annulaire octogonale 26' est équipée de seconds éléments d'appui réglables 36' montés axialement dans l'épaisseur de la seconde embase annulaire octogonale 26'. Ils comportent un second patin 38' dans lequel est emprisonnée une seconde bille 40' apte à venir s'étendre sensiblement en saillie de la seconde face d'appui 25'. Aussi, le second patin 38' est relié à une seconde vis 42' traversant un second écrou 44' solidaire de la seconde face libre de la seconde embase annulaire octogonale 26' de manière à pouvoir régler la position axiale du second patin 38'. 8 [0039] Quant au second traducteur ultrasonore 22', il comporte un second boîtier cy- lindrique de révolution 48' présentant une seconde extrémité active 50' opposée à une seconde extrémité libre 52'. Le second boîtier cylindrique de révolution 48' est équipé, à l'intérieur au niveau de la seconde extrémité active 50', d'un élément piézoélectrique non représenté. Le boîtier cylindrique est alors engagé à l'intérieur du second manchon 28' de manière à cc que l'extrémité active 50' puisse venir en contact contre la seconde surface 14 de la paroi 10. Aussi, le second boîtier cylindrique 48' est maintenu en position fixe par rapport au second manchon 28' grâce à une vis non représentée de manière analogue au premier boîtier cylindrique 48. [0040] Aussi, on observera que le second traducteur ultrasonore 22' est alors installé à l'intérieur du second manchon 28' de manière à ce que son extrémité active 50' vienne affleurer le plan moyen venant tangenter les secondes billes 40' des seconds patins 38'. [0041] Aussi, les deux aimants permanents annulaires 24, 24' sont des aimants au néodyme, suffisamment puissants pour que l'émetteur 16 et le récepteur 18 puissent exercer l'un sur l'autre des efforts leur permettant, non seulement de se maintenir en position fixe respectivement contre les première 12 et seconde 14 surfaces lorsqu'ils sont au repos, tandis que les traducteurs ultrasonores 22, 22' s'étendent coaxialemcnt, mais aussi, de demeurer au droit l'un de l'autre, quand l'un ou l'autre du récepteur 18 et de l'émetteur 16 est entraîné en translation. Autrement dit, si l'émetteur 16 est par exemple entraîné en translation contre la première surface 12 de la paroi 10, le récepteur 18 sera parallèlement entraîné en translation, et en regard de l'émetteur 16, sur la seconde surface 14. Les traducteurs ultrasonores 22, 22' demeureront coaxiaux. [0042] On se reportera à présent sur la figure [fig.4] montrant en perspective la paroi 10, et schématiquement par rapport à la figure [Fig. 3], l'émetteur 16 et le récepteur 18 en regard, respectivement appliqués contre la première surface 12 et la seconde surface 14. Aussi, l'émetteur 16 et le récepteur 18 sont reliés à un dispositif de commande 54, ou poste ultrasonore, respectivement par l'intermédiaire d'un câble d'alimentation 56 et d'un câble de réception 58. Le dispositif de commande 54, ou poste ultrasonore, inclut un organe de traitement et un écran de visualisation permettant de visualiser le signal ultrasonore détecté par le récepteur 18. [0043] Ainsi, conformément à la méthode de contrôle selon l'invention, et selon l'organigramme de la figure [fig.5] , dans une première étape 60, on applique l'émetteur 16 contre la première surface 12 puis dans une deuxième étape consécutive 62, on applique le récepteur 18 contre la deuxième surface 14 opposée, et ce, au droit de l'émetteur 16 de façon que l'émetteur 9 16 et le récepteur 18 soient attirés l'un vers l'autre à travers la paroi 10. Aussi, grâce au dispositif de commande 54, ou poste ultrasonore, on alimente l'émetteur 16 et plus particulièrement le premier traducteur ultrasonore 22, par exemple à une fréquence de 4 MHz, tandis qu'on enregistre de l'autre côté le signal reçu par le second traducteur ultrasonore 22'. Selon une troisième étape 64, on entraîne l'émetteur 16 en mouvement glissant contre la première surface 12, et le récepteur 18 est alors entraîné simultanément en mouvement glissant contre la seconde surface opposée 14. Ce mouvement glissant est rendu plus aisée, tant celui de l'émetteur 16 que du récepteur 18, grâce aux billes 40,40'. On procède avantageusement à un balayage scrupuleux de la portion de paroi 10 à contrôler. [0044] Aussi, grâce à l'organe de traitement, selon une quatrième étape 66, on compare le signal ultrasonore reçu par le récepteur 18 par rapport à un signal de référence, pour pouvoir évaluer la présence de défauts à l'intérieur de la paroi 10 en fonction de la différence des signaux. Ce signal de référence est par exemple établi dans une portion de paroi que l'on sait exempte de tout défaut, de discontinuité ou défaut de compacité. En effet, lorsque la paroi comporte un défaut interne, par définition non visible depuis l'extérieur, l'onde ultrasonore qui la traverse est sensiblement perturbée par rapport à une portion de paroi exempte de défaut. 10