Brevet FR3160013A1 — publié le 20250912

L’invention concerne un porte-sonde adapté pour porter une sonde ultrasonore pour la réalisation d’un contrôle ultrasonore d’une pièce à contrôler, le porte-sonde (100, 200) comprenant une partie inférieure (102, 202) et une partie supérieure (101, 201), la partie inférieure étant configurée pour porter la sonde ultrasonore et la partie supérieure comprenant une interface de connexion (110) configurée pour la connexion du porte-sonde, selon une liaison complète de l’interface de connexion, à un effecteur apte à déplacer le porte-sonde dans l’espace dans des positions programmées, et comprenant des compliances dans les parties supérieures et inférieures. Dispositif porte-sonde pour contrôle automatisé par ultrasons L’invention appartient au domaine des contrôles non destructifs. Plus particulièrement, mains non exclusivement, l’invention appartient au domaine du contrôle par ultrasons de pièces composites complexes de grandes dimensions notamment dans le domaine aéronautique, telles que des panneaux raidis ou des longerons. Le contrôle non destructif d’une structure en matériau composite peut être réalisé par ultrasons. Cette technique permet, notamment, de détecter et de quantifier des défauts non visibles depuis la surface de la pièce. À titre d’exemple non-limitatif les défauts détectables et quantifiables en termes d’étendus sont des délaminages, la présence de porosités, des manques ou essorage de résine ou des ruptures de fibres, y compris dans des pièces de forte épaisseur. L’automatisation de ce contrôle, où une sonde ultrasonore est déplacée par un dispositif robotisé permet, par la connaissance de la position précise de la sonde par rapport à la pièce, d’obtenir une cartographie de la santé matière, après un traitement informatique des informations reçues de la sonde ultrasonore et ainsi, notamment, de localiser précisément ces défauts. La sonde ultrasonore, distante de la pièce inspectée, comprend au moins un émetteur, le plus souvent sous la forme d’un élément piézoélectrique qui dans une configuration d’émetteur est apte générer une sollicitation mécanique dans un domaine de fréquence de l’ordre du mégahertz (10 6 s -1 ) agissant sur une surface externe de la pièce, générant ainsi une onde qui se propage dans la pièce. Chaque défaut rencontré dans la structure de la pièce génère des réflexions et des diffusions de cette onde. Ainsi, en captant le signal modifié par sa propagation dans la pièce, soit au moyen d’un autre élément piézoélectrique ou du même élément piézoélectrique mais configuré en capteur, il est possible, connaissant les modes de propagation, de réflexion et de diffusion des ondes ultrasonore dans le matériau constituant la pièce objet de l’inspection, de dresser une cartographie des hétérogénéités et plus particulièrement des défauts présents dans la pièce en importance, étendue et localisation. Les techniques de contrôle ultrasonore sont connues de l’homme du métier et sont notamment décrites dans leurs principes en ce qui concerne les matériaux composites par exemple dans le document « Ultrasonic C-Scan inspection of composite materials » A. Fahr et al. Engineering Journal of Qatar University, Vol. 5 1992, pp 201-222. Afin que l’onde de pression acoustique générée par l’élément piézoélectrique agissant en émetteur soit transmise dans le matériau inspecté et ne soit pas simplement réfléchie par la surface de la pièce, un moyen de couplage, entre l’émetteur et la surface de la pièce est nécessaire. Il en est de même pour l’élément utilisé en tant que capteur. Ce couplage réalise en quelque sorte une adaptation d’impédance acoustique entre la face de l’élément piézoélectrique et la surface de la pièce. Ainsi, une couche de couplage est interposée entre un élément piézoélectrique, agissant en émetteur ou en capteur, et la surface de la pièce. Selon l’art antérieur, cette couche de couplage est d’une manière générale sous forme de liquide ou de gel. Selon des exemples de mise en œuvre, la couche de couplage acoustique est réalisée par une immersion de la pièce, par un jet d’eu entre la pièce et le capteur, par un gel soit déposé directement sur la pièce ou compris dans un sabot attaché à l’élément piézoélectrique comprenant optionnellement un film d’eau entre la pièce et l’élément piézoélectrique ou son sabot, sans que ces exemples ne soient limitatifs. Quelque soit la technologie de couplage, la réalisation de mesures fiables nécessite que la distance entre l’élément piézoélectrique et la surface de la pièce, c’est-à-dire l’épaisseur de la couche de couplage, soit conservée dans une tolérance relativement serrée, de l’ordre de ± 0,5 mm, de même que l’orientation de la sonde par rapport à la surface de la pièce, qui en général doit être contenue dans une plage de ± 2°. Pour un contrôle automatisé où la sonde est déplacée par un moyen robotisé relativement à la pièce, la programmation des trajectoires imposées par le robot à la sonde est réalisée à partir d’un fichier CAO de la pièce. Cependant, la pièce réelle, tout en étant conforme du point de vue dimensionnel, peut s’écarter sensiblement des formes définies dans le fichier CAO. De plus le positionnement de la pièce réelle dans l’espace du robot ne correspond pas de manière parfaite au positionnement considéré lors de la programmation des trajectoires. Plus particulièrement, sur une pièce de forme complexe et de grande dimension, ces écarts, certes faibles, sont suffisants pour que localement la position de la sonde relativement à la pièce et telle que programmée, sorte sensiblement des tolérances de positionnement et d’orientation assurant un contrôle dans de bonnes conditions. L’invention vise à résoudre les inconvénients de l’art antérieur et concerne à cette fin un porte-sonde adapté pour porter une sonde ultrasonore pour la réalisation d’un contrôle ultrasonore d’une pièce à contrôler, le porte-sonde comprenant une partie inférieure et une partie supérieure, la partie inférieure étant configurée pour porter la sonde ultrasonore et la partie supérieure comprenant une interface de connexion configurée pour la connexion du porte-sonde, selon une liaison complète de l’interface de connexion, à un effecteur apte à déplacer le porte-sonde dans l’espace dans des positions programmées, dans lequel : la partie supérieure est liée à l’interface de connexion par un dispositif supérieur de compliance configuré pour permettre un débattement limité avec un rappel élastique supérieur de la partie supérieure relativement à l’interface de connexion selon au moins un axe de translation ; la partie inférieure est liée à la partie supérieure par un dispositif inférieur de compliance configuré pour permettre des débattements angulaires selon au moins deux axes de rotation sécants de la partie inférieure relativement à la partie supérieure ; la partie inférieure comprend au moins deux éléments roulants (125) de diamètre d 1 et d 2 , la position de la sonde ultrasonore étant fixe par rapport audits éléments roulants , lesquels sont configurés pour entrer en contact avec la pièce à contrôler pour définir une distance et une orientation de la sonde ultrasonore relativement à au moins une surface de la pièce à contrôler ; et caractérisé en ce qu’au moins un des axes sécants de rotation est distant d’une valeur respectivement inférieure ou égale à d 1 et inférieure ou égale à d 2 relativement aux axes de rotation de chacun des au moins deux éléments roulants. Ainsi le porte-sonde permet de conserver la sonde dans une configuration de distance et d’orientation vis-à-vis de la surface de la pièce adaptée à la réalisation du contrôle dans de bonnes conditions même en cas d’écart entre les points programmé de l’effecteur et la position réelle de la surface. Plus particulièrement la distribution des compliances en translation et en rotation entre la partie supérieure et la partie inférieure ainsi que le positionnement au plus proche de la surface de la pièce à contrôler d’au moins une compliance en rotation permet d’assurer le maintien d’une distante constante entre la sonde ultrasonore et la surface à contrôler indépendamment des écarts entre les points et trajectoires programmés et la position effective de la pièce à contrôler dans l’espace de l’effecteur. L’invention peut être mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante Fig.1 FIG. 1 montre selon un e vue en perspective un premier exemple de réalisation d’un porte-sonde Fig.2 FIG. 2 montre selon une vue en perspective un deuxième exemple de réalisation d’un porte-sonde ; Fig.3 FIG. 3 montre figure 3A un exemple de réalisation de la partie inférieure d’un porte-sonde pour le contrôle d’un rayon concave, figure 3B un exemple de réalisation de la partie inférieure d’un porte-sonde pour le contrôle d’un rayon convexe. FIG. 1 selon un exemple de réalisation du porte-sonde (100) adapté au contrôle d’un raidisseur, celui-ci comprend une partie supérieure (101) et une partie inférieure (102). La partie supérieure (101) comprend une interface de connexion (110) adaptée pour la préhension du porte-sonde par un effecteur par exemple un robot anthropomorphique ou un portique et pour assurer une liaison complète du porte-sonde avec cet effecteur par exemple au moyen d’une pince. La partie inférieure (102) porte une sonde ultrasonore (150) adaptée, dans cet exemple, pour réaliser un contrôle ultrasonore sur une face d’un raidisseur (191) s’étendant sensiblement perpendiculairement à une peau (192), au cours d’un déplacement (195) du porte-sonde relativement à la pièce à contrôler (191. 192), ce déplacement étant réalisé au moyen de l’effecteur selon une trajectoire programmée alors que la pièce à contrôler ainsi qu’au moins la partie inférieure (102) du porte sonde sont immergées dans ne piscine. La sonde ultrasonore est liée à la partie inférieure (102) du porte sonde par un mécanisme offrant des compliances en rotation selon au moins deux axes sécants, qui, selon cet exemple de réalisation, comprennent un premier axe (121) sensiblement parallèle à la face du raidisseur (191) et perpendiculaire à la peau (191), et un second axe (122) sensiblement parallèle à la face du raidisseur (191) et parallèle à la peau (191). La peau (192) est ici représentée place mais peut présenter une ou deux courbures de rayons relativement élevées comme dans le cas d’un panneau d fuselage ou de voilure d’un aéronef. La partie inférieure comprend également 2 rouleaux (125) de diamètre d 1 =d 2 =d aptes à rouler sur la peau (192) durant le contrôle et ainsi assurer le positionnement par rapport à cette peau de la sonde ultrasonore (150). Selon un mode de réalisation (non représenté) la partie inférieure pourrait comprendre une paire de rouleaux additionnels venant en appui sur la face du raidisseur (191) à contrôler, dans ce cas les premiers rouleaux (125) seraient remplacés des billes aptes à rouler sur la surface de la peau. Ces éléments roulants, rouleaux et/ou billes, définissent une position de la sonde ultrasonore (150) dans la partie inférieure du porte-sonde, et étant en contact avec au moins une surface de la pièce à contrôler, assurent un positionnement précis de la sonde ultrasonore relativement à la pièce. Les axes de rotation (121, 122) de la compliance inférieure sont situés le plus proche possible des surfaces de guidage de la sonde ultrasonore c’est-à-dire des surfaces objet du contrôle ultrasonore et des surfaces avec lesquelles les éléments roulants sont en contact. Ainsi, un axe de rotation est distant de l’axe d’un rouleau ou du centre d’une bille d’une distance égale ou inférieure à d où d et le diamètre de l’élément roulant. La partie supérieure (101) du porte-sonde comprend un dispositif de compliance élastique liant la partie inférieure (102) du porte-sonde à l’interface de connexion (110). Ledit dispositif de compliance autorise un débattement en translation limité et selon au moins un axe (111, 112). Dans le cas de FIG. 1 , le dispositif de compliance agit selon deux directions (111, 112) de translation. FIG. 2 selon un autre exemple de réalisation adapté au contrôle d’un panneau plan ou courbe, le porte-sonde (200) comprend une interface de connexion (110), dans une partie supérieure (201), une sonde ultrasonore (250) pour contrôler une surface du panneau, deux éléments roulants sous la forme de rouleaux (225) apte à rouler sur la surface à contrôler du panneau et dont le diamètre est adapté aux courbures de celui-ci. A partie inférieure comprend des compliances selon deux axes de rotation (221, 222) sécants, situés au plus proche de la surface à contrôler. La partie supérieure (201) comprend un mécanisme de compliance en translation selon un axe (212) Dans les deux exemples de réalisation FIG. 1 et FIG. 2 les débattements angulaires autour des axes de compliance (121, 122, 221, 222) sont de l’ordre de ± 10°. Los du contrôle d’une pièce la partie inférieure (102, 202) du porte-sonde est immergée. Avantageusement la partie supérieure comprend un ou plusieurs indicateurs de compliance (141, 142, 242). Ces indicateurs de compliance permettent de visualiser la position des dispositifs de compliance selon les différentes directions de compliance de la parti supérieure et ainsi de contrôler visuellement au cours de la réalisation d’une trajectoire correspondant à un programme de déplacement d’un contrôle ultrasonore, que ces déplacements relatifs du porte-sonde par rapport à interface de connexion restent dans les limites des débattements autorisés par ces compliances et, par suite, que la sonde ultrasonore reste bine en contact avec les surfaces de la pièce faisant l’objet du contrôle. FIG. 3 montre différente configuration de partie inférieures associées avec une partie supérieure telle que représentée FIG. 1 pour le contrôle de différentes formes de surfaces à contrôler. Par exemple figure 3A pour le contrôle dans un rayon concave (301) comprenant deux jeux de rouleaux (325, 326) perpendiculaires et 3 axes (321, 322, 323) de compliance angulaire. figure 3B pour le contrôle d’un rayon convexe. Porte-sonde adapté pour porter une sonde ultrasonore pour la réalisation d’un contrôle ultrasonore d’une pièce à contrôler, le porte-sonde (100, 200) comprenant une partie inférieure (102, 202) et une partie supérieure (101, 201), la partie inférieure étant configurée pour porter la sonde ultrasonore et la partie supérieure comprenant une interface de connexion (110) configurée pour la connexion du porte-sonde, selon une liaison complète de l’interface de connexion, à un effecteur apte à déplacer le porte-sonde dans l’espace dans des positions programmées, dans lequel : la partie supérieure (101, 201) est liée à l’interface de connexion (110) par un dispositif supérieur de compliance configuré pour permettre un débattement limité avec un rappel élastique supérieur de la partie supérieure relativement à l’interface de connexion selon au moins un axe (111, 112, 212) de translation ; la partie inférieure (102, 202) est liée à la partie supérieure par un dispositif inférieur de compliance configuré pour permettre des débattements angulaires selon au moins deux axes de rotation (121, 122, 221, 222, 321, 322, 323) sécants de la partie inférieure relativement à la partie supérieure ; la partie inférieure comprend au moins deux éléments roulants (125, 225, 325, 326) de diamètre d 1 et d 2 , la position de la sonde ultrasonore étant fixe par rapport audits éléments roulants , lesquels sont configurés pour entrer en contact avec la pièce à contrôler pour définir une distance et une orientation de la sonde ultrasonore relativement à au moins une surface de la pièce à contrôler ; et caractérisé en ce qu’au moins un des axes sécants de rotation est distant d’une valeur respectivement inférieure ou égale à d 1 et inférieure ou égale à d 2 relativement aux axes de rotation de chacun des au moins deux éléments roulants.