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TRADUCTEUR ULTRASONORE DE CONTACT, A ELEMENTS
MULTIPLES, SABOT FLEXIBLE ET PROFILOMETRE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un
traducteur ultrasonore de contact à éléments multiples
(en anglais, phased array ultrasonic contact
transducer).
Ce traducteur est utilisable dans le
domaine industriel pour effectuer des contrôles non
destructifs, dans le domaine médical, et dans tout
domaine nécessitant que le traducteur soit en contact
avec la surface d'un objet à contrôler et soit
suffisamment flexible pour épouser la forme de cette
surface (les mots déformable , souple et
flexible étant synonymes dans la présente
description).
A titre d'exemples d'applications, on peut
citer, dans le domaine industriel, le contrôle de
bourrelets de soudure, de coudes et de piquages, et
dans le domaine médical, le contrôle de l'os du talon
ainsi que le contrôle du crâne.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les traducteurs ultrasonores de contact à
élément unique (en anglais, single element ultrasonic
contact transducers) sont de plus en plus remplacés par
des traducteurs à éléments multiples dans lesquels
l'excitation électrique des éléments est pilotée à
l'aide de lois de retards (en anglais, delay laws) pour
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focaliser l'énergie ultrasonore en différents points
d'un objet à contrôler par synchronisation spatio-
temporelle.
Ces opérations sont menées à l'aide de
systèmes de commande qui sont capables de commander
simultanément plusieurs centaines d'éléments et de lois
de retards.
Ces techniques connues sont relativement
bien adaptées au contrôle de pièces dont les surfaces
sont planes ou dont la rugosité est faible par rapport
à la longueur d'onde des ultrasons. Dans ces
conditions, le couplage acoustique est assuré et
l'énergie transmise dans de telles pièces est
suffisante pour effectuer le contrôle.
En revanche, les performances de ces
techniques qui utilisent un unique ou de multiples
éléments standard sont rapidement limitées lors du
contrôle de géométries ou de surfaces complexes. Pour
résoudre ce problème, différentes voies sont
actuellement explorées.
Une solution connue consiste à traiter les
signaux, lors de leur émission ou de leur réception, à
l'aide d'algorithmes mathématiques très complexes. De
telles méthodes utilisent des traducteurs placés au
contact d'objets à contrôler ou à distance de ces
derniers. Ces méthodes sont donc difficiles à mettre en
oeuvre et sont assez rapidement limitées car les
signaux sont fortement perturbés par l'interface
complexe entre un traducteur et un objet à contrôler ou
par la nécessité de connaître exactement les paramètres
de l'acquisition, tels que les paramètres géométriques.
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Le couplage acoustique peut être optimisé
en associant un traducteur à un dispositif qui assure
une immersion locale (première solution) ou à un sabot
(en anglais, wedge) souple en silicone (seconde
solution).
La première solution peut être très
difficile à mettre en oeuvre, voire impossible à
utiliser, puisqu'elle nécessite d'étanchéifier
localement une tuyauterie. La seconde solution, bien
qu'elle optimise le couplage acoustique, ne compense
pas les aberrations subies par le faisceau ultrasonore
au passage de l'interface entre le sabot et la pièce à
contrôler.
Par ailleurs, il existe des traducteurs
flexibles qui compensent, dans une certaine mesure, les
variations de géométrie pour optimiser le couplage
acoustique et qui intègrent un profilomètre (en
anglais, profilometer). Ce dernier permet de compenser,
à l'aide de lois de retards, les aberrations que peut
subir le faisceau ultrasonore lors de la traversée
d'une interface complexe.
A ce propos, on peut citer les traducteurs
flexibles de contact, tels que les traducteurs TCI,
c'est-à-dire les traducteurs de contact intelligents
(en anglais, smart flexible transducers) et les
traducteurs conformables (en anglais, conformable
transducers). Le fonctionnement de tels traducteurs est
expliqué dans les documents suivants auxquels on se
reportera
[1] WO 00/33292, TRANSDUCTEUR ULTRASONORE
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DE CONTACT, A ELEMENTS MULTIPLES , ( MULTIELEMENT
ULTRASONIC CONTACT TRANSDUCER ), correspondant à US
6,424,597,
[2] WO 2005/050617, TRANSDUCTEUR
ULTRASONORE DE CONTACT, A MULTIPLES ELEMENTS EMETTEURS
ET MOYENS DE PLAQUAGE DE CES ELEMENTS , ( ULTRASONIC
CONTACT TRANSDUCER COMPRISING MULTIPLE EMITTING
ELEMENTS AND MEANS FOR PRESSING SAID ELEMENTS ),
correspondant à US 2007/0167800.
Cependant, un traducteur de ce type est mis
directement en contact avec une pièce à contrôler, ce
qui conduit à l'existence d'une zone morte de plusieurs
millimètres sous la surface de la pièce, zone dans
laquelle aucun contrôle ne peut être effectué.
Pour résoudre ce problème, il est connu
d'associer une ligne à retard à chaque élément du
traducteur dit TCI ou conformable mais cela se
fait au détriment de la flexibilité de ce traducteur.
De plus, la proximité des éléments que
comporte ce traducteur est un paramètre indissociable
de la sensibilité de ce dernier. En effet, pour assurer
la flexibilité du traducteur, les éléments sont séparés
par des rotules ou par un corps mou qui nuit aux
performances du traducteur et ces caractéristiques en
font un traducteur spécifique.
Enfin, les limites technologiques de
réalisation des éléments réduisent la directivité de
tels traducteurs et ne permettent pas de faire des
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contrôles avec de grands angles d'inclinaison du
faisceau ultrasonore.
EXPOSE DE L'INVENTION
5 La présente invention a pour but de
remédier aux inconvénients précédents.
Dans l'invention, un traducteur rigide
standard à éléments multiples est muni d'un sabot dont
au moins la face avant est flexible. Le couplage
acoustique entre l'ensemble des éléments et un objet à
contrôler est assuré par le sabot dont la face avant
déformable est capable d'épouser la forme d'une surface
complexe.
En outre, selon un autre aspect de
l'invention, on utilise en temps réel l'information sur
la déformation locale de cette face avant pour
compenser les lois de retards lors de la focalisation
des ondes ultrasonores.
Certes, il existe des techniques qui
utilisent un traducteur à éléments multiples, monté sur
un sabot flexible sans instrumentation, et dans
lesquelles la surface de l'objet à contrôler est connue
a priori. Des paramètres tels que les lois de retards
sont alors appliqués en fonction de la position du
traducteur.
Ces techniques sont intéressantes dans le
cas d'une surface faiblement irrégulière mais leur
intérêt devient très limité lorsque la surface est
gauche, à cause des erreurs de positionnement du
traducteur quant à son altitude, son inclinaison et son
emplacement, et de la méconnaissance du profil de la
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surface. Pour remédier à cela, de lourdes procédures
d'étalonnage sont alors mises en oeuvre.
La présente invention est plus simple à
mettre en oeuvre ; elle utilise un traducteur classique,
à éléments multiples, que l'on monte sur un sabot dont
la face avant est flexible et que l'on équipe d'un
profilomètre. Ce profilomètre permet à des moyens
électroniques de commande de calculer la déformation de
la face avant et les lois de retards adaptées.
L'application de ces lois de retards en
temps réel par les moyens électroniques de commande
permet de compenser les variations de surface lors de
la formation du faisceau ultrasonore et de maintenir
des caractéristiques optimisées pour ce dernier dans
l'objet contrôlé.
Pour tenir compte des géométries complexes,
il existe aussi des traducteurs ultrasonores de contact
flexibles, à éléments multiples. Ces traducteurs
permettent un bon couplage acoustique et sont pourvus
d'une instrumentation (voir les documents [1] et [2]).
Mais les performances de ces traducteurs
sont limitées lorsqu'il s'agit de focaliser des ondes
ultrasonores avec de fortes inclinaisons ; de plus, ces
traducteurs conduisent à une zone morte importante sous
la surface de l'objet contrôlé.
La présente invention utilise, quant à
elle, la réfraction des ondes ultrasonores, ce qui est
le meilleur moyen de focaliser ces ondes avec de fortes
inclinaisons, sous la surface de l'objet contrôlé. De
plus, le sabot joue le rôle de ligne à retard et permet
de réduire la zone morte, ou zone d'écoute, sous cette
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surface.
Par ailleurs, les techniques connues
utilisent soit un sabot souple sans instrumentation,
soit un traducteur flexible à éléments multiples,
couplé à un profilomètre.
L'intérêt de la présente invention réside
dans le maintien d'un couplage optimisé avec l'objet en
utilisant un sabot, dont au moins la face avant est
flexible, et un profilomètre qui est intégré au
traducteur.
Ce profilomètre permet de fournir les
variations de géométrie à un processeur dans lequel est
implémenté un algorithme de calcul des lois de retards
adaptées.
De façon précise, la présente invention a
pour objet un traducteur ultrasonore à éléments
multiples, ce traducteur comprenant :
- un ensemble d'éléments qui sont
rigidement solidaires les uns des autres, au moins une
partie des éléments servant d'émetteurs d'ultrasons, et
- un sabot ayant une face avant, destinée à
être en contact avec la surface d'un objet à contrôler,
et une face arrière qui est opposée à la face avant et
dont l'ensemble des éléments est rendu solidaire,
ce traducteur étant caractérisé en ce qu'au
moins la face avant du sabot est flexible pour être
applicable contre la surface de l'objet, et en ce que
le traducteur comprend en outre un profilomètre pour
mesurer des variations de la surface de l'objet et
fournir des signaux représentatifs de ces variations,
en vue de permettre aux émetteurs d'ultrasons
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d'engendrer un faisceau ultrasonore focalisé, dont les
caractéristiques sont maîtrisées par rapport à l'objet.
De préférence, la totalité du sabot est
flexible.
Selon un mode de réalisation préféré du
traducteur objet de l'invention, le sabot comprend une
enveloppe déformable et un fluide qui est contenu dans
l'enveloppe déformable.
De préférence, le traducteur objet de
l'invention comprend en outre une partie rigide dont le
profilomètre est rendu rigidement solidaire.
Selon un mode de réalisation préféré de
l'invention, le profilomètre comprend :
- des éléments mécaniques, chaque élément
mécanique comprenant une partie qui est mobile par
rapport à la partie rigide du traducteur et comprend
des première et deuxième extrémités, la première
extrémité de la partie mobile étant apte à presser la
face avant du sabot contre la surface de l'objet, et
- des moyens de mesure pour mesurer la
distance de la deuxième extrémité de chacune des
parties mobiles par rapport à la partie rigide du
traducteur, ces moyens de mesure étant aptes à fournir
des signaux représentatifs des distances ainsi
mesurées.
Selon un mode de réalisation particulier,
les éléments mécaniques forment deux rangées parallèles
de part et d'autre du sabot.
Selon un mode de réalisation préféré du
dispositif objet de l'invention, la partie rigide du
traducteur comporte des trous parallèles, dans lesquels
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les parties mobiles sont respectivement aptes à
coulisser, et chaque élément mécanique comprend en
outre des moyens élastiques qui sont aptes à éloigner,
de la partie rigide, la première extrémité de la partie
mobile correspondant à cet élément mécanique.
Selon un mode de réalisation particulier de
l'invention, les moyens de mesure sont aptes à mesurer
optiquement la distance de la deuxième extrémité de la
partie mobile de chaque élément mécanique par rapport à
une zone de la partie rigide et comprennent :
- des moyens d'émission de lumière, fixés à
la partie rigide et aptes à émettre une lumière vers la
deuxième extrémité, cette deuxième extrémité étant apte
à réfléchir cette lumière, et
- des moyens de réception de lumière, fixés
à la partie rigide et aptes à recevoir la lumière ainsi
réfléchie, ces moyens de réception de lumière étant
aptes à fournir des signaux représentatifs de la
distance de cette deuxième extrémité par rapport à la
zone correspondante.
De préférence, le traducteur objet de
l'invention comprend en outre des moyens de commande,
aptes à :
- engendrer des impulsions d'excitation des
émetteurs d'ultrasons,
- établir, à partir des signaux fournis par
le profilomètre, des lois de retards permettant aux
émetteurs d'ultrasons d'engendrer le faisceau
ultrasonore focalisé, et
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- appliquer ces lois de retards aux
impulsions d'excitation de manière à engendrer le
faisceau ultrasonore focalisé.
Selon un premier mode de réalisation
5 particulier de l'invention, le reste des éléments de
l'ensemble d'éléments rigidement solidaires les uns des
autres servent de récepteurs d'ultrasons, destinés à
fournir des signaux permettant la formation d'images
relatives à l'objet.
10 Selon un deuxième mode de réalisation
particulier de l'invention, tous les éléments de
l'ensemble d'éléments rigidement solidaires les uns des
autres servent à la fois d'émetteurs et de récepteurs
d'ultrasons, les récepteurs d'ultrasons étant destinés
à fournir des signaux permettant la formation d'images
relatives à l'objet.
L'invention s'applique à tout contrôle
bidimensionnel ou tridimensionnel nécessitant une
compensation des lois de retards pour corriger une
aberration surfacique.
Pour ce qui concerne les géométries à deux
dimensions, l'invention permet par exemple de contrôler
les tuyauteries de fort diamètre, notamment les
bourrelets de soudure qui sont présents sur ces
dernières.
Pour ce qui concerne les géométries à trois
dimensions, l'invention permet par exemple de contrôler
des piquages, des coudes et, plus généralement, toute
pièce à géométrie tridimensionnelle.
Dans le domaine médical, l'invention
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s'applique notamment aux échographies du calcanéum (os
du talon), du crâne et des seins.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à
la lecture de la description d'exemples de réalisation
donnés ci-après, à titre purement indicatif et
nullement limitatif, en faisant référence aux dessins
annexés, sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement le
principe de l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective
schématique d'un mode de réalisation particulier du
traducteur, objet de l'invention,
- la figure 3 est une vue en coupe
schématique du traducteur de la figure 1, montrant le
sabot flexible et les émetteurs-récepteurs d'ultrasons
de ce traducteur, et
- la figure 4 est une autre vue en coupe
schématique du traducteur de la figure 1, montrant le
profilomètre de ce traducteur.
EXPOSÉ DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Le traducteur ultrasonore 1 conforme à
l'invention, qui est schématiquement représenté sur la
figure 1, est destiné à contrôler un objet 2 et
comprend essentiellement un traducteur ultrasonore
rigide classique 4, un sabot 6 et un profilomètre 8.
Le traducteur classique 4 comprend un
ensemble d'éléments piézoélectriques 10 qui sont
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rigidement solidaires les uns des autres et servent à
la fois d'émetteurs et de récepteurs d'ultrasons.
La face avant 11 du sabot 6 est destinée à
être en contact avec la surface de l'objet à contrôler
2 et sa face arrière 12, opposée à sa face avant, est
fixée au traducteur classique 4 et en contact avec ce
dernier. En outre, au moins la face avant du sabot 6
est flexible pour être applicable contre la surface de
l'objet 2 mais, dans l'exemple, la totalité du sabot 6
est flexible pour simplifier la conception du
traducteur 1 conforme à l'invention.
Le profilomètre 8 est destiné à mesurer des
variations de la surface de l'objet 2 et à fournir des
signaux électriques représentatifs de ces variations,
en vue de permettre aux émetteurs d'ultrasons
d'engendrer, dans l'objet 2, un faisceau ultrasonore
focalisé F dont les caractéristiques sont maîtrisées
par rapport à cet objet.
On précise que le traducteur ultrasonore
classique 4 et le profilomètre 8 sont rendus rigidement
solidaires d'une partie 9 du traducteur 1 conforme à
l'invention. Cette partie 9 est rigide et constitue le
corps du traducteur 1.
Dans l'exemple de la figure 1, le
traducteur 1 conforme à l'invention est muni de moyens
de commande 13 qui sont électriquement reliés au
traducteur classique 4 et au profilomètre 8 et sont
aptes à :
- engendrer des impulsions électriques
d'excitation des éléments 10 pour que ces derniers
émettent des ultrasons,
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- établir, à partir des signaux fournis par
le profilomètre 8 et grâce à un algorithme de calcul
approprié, des lois de retards permettant aux éléments
d'engendrer le faisceau ultrasonore focalisé F, et
5 - appliquer ces lois de retards aux
impulsions d'excitation de manière à engendrer ce
faisceau F.
En outre, dans l'exemple de la figure 1,
les moyens de commande 13 sont aptes à traiter les
10 signaux électriques qu'ils reçoivent des éléments
piézoélectriques, ces derniers servant alors de
récepteurs d'ultrasons, afin de former des images
relatives à l'objet. Ces images sont affichées sur un
moniteur vidéo 14.
De plus, dans l'exemple de la figure 1, le
traducteur 1 conforme à l'invention est fixé à un bras
mécanique articulé 16. Ce bras articulé permet
d'obtenir la position et l'orientation du transducteur
dans le repère fixe de l'objet à contrôler 2. Des
capteurs 18, dont est muni le bras 16, permettent de
situer ce traducteur dans l'espace et de mesurer son
orientation au cours de son déplacement par rapport à
l'objet 2, comme cela est indiqué dans les documents
[1] et [2] auxquels on se reportera.
La position et l'orientation fournies par
les capteurs 18 sont utilisées par les moyens de
commande 13 pour déterminer les positions du traducteur
par rapport à l'objet 2.
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Les figures 2 à 4 montrent schématiquement,
mais de façon plus détaillée que la figure 1, le
traducteur 1 conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective de
ce traducteur 1 qui présente un plan de symétrie ; la
figure 3 en est une vue en coupe suivant ce plan de
symétrie, ce dernier coupant le sabot 6 ; et la figure
4 en est une autre vue en coupe suivant un autre plan
qui est parallèle au plan de symétrie et coupe une
rangée d'éléments mobiles que comporte le profilomètre
8.
Sur la figure 3, on voit donc le sabot 6.
Ce dernier comprend une enveloppe déformable 20 et un
fluide 22 qui est contenu dans l'enveloppe déformable.
Par ailleurs, cette enveloppe comporte une extension
latérale 24 au niveau de la face avant 11 du sabot, ce
qui lui donne sensiblement la forme d'un chapeau. En
outre, l'enveloppe 20 est fermée, à sa base (du côté de
la face avant 11), par une feuille déformable 25.
Le profilomètre 8 comprend (figure 4)
- des éléments mécaniques 26, chaque
élément mécanique comprenant une partie 28 qui est
mobile par rapport au corps 9 du traducteur 1 et
comprend des première et deuxième extrémités 30 et 32,
la première extrémité 30 de la partie mobile 28 étant
apte à presser la face avant 11 du sabot 6 contre la
surface de l'objet 2 (figure 1), et
- des moyens de mesure 34 pour mesurer la
distance de la deuxième extrémité 32 de chacune des
parties mobiles 28 par rapport au corps 9 du traducteur
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1, ces moyens de mesure 34 étant aptes à fournir des
signaux représentatifs des distances ainsi mesurées.
Dans l'exemple représenté, les éléments
mécaniques 26 forment deux rangées parallèles R1 et R2
5 (figure 2) de part et d'autre du sabot 6. On voit la
rangée R1 plus en détails sur la figure 4. Cette
configuration n'est nullement limitative ; il pourrait
ainsi n'y avoir qu'une rangée R1, d'un côté ou de
l'autre du sabot 6.
10 Le corps 9 du traducteur 1 comporte des
trous parallèles 36, dans lesquels les parties mobiles
28, ou pistons, sont respectivement aptes à coulisser,
et chaque élément mécanique 26 comprend en outre des
moyens élastiques 38, des ressorts dans l'exemple, qui
15 sont aptes à éloigner, du corps 9, la première
extrémité 30 du piston 28 correspondant à cet élément
mécanique 26.
Les moyens de mesure 34 sont aptes à
mesurer optiquement la distance de la deuxième
extrémité 32 du piston de chaque élément mécanique 26
par rapport à une zone 40 du corps 9 et comprennent :
- des moyens d'émission de lumière 42,
fixés au corps 9 et aptes à émettre une lumière vers la
deuxième extrémité 32, cette deuxième extrémité étant
apte à réfléchir cette lumière, et
- des moyens de réception de lumière 44,
fixés au corps 9 et aptes à recevoir la lumière ainsi
réfléchie, ces moyens de réception de lumière 44 étant
aptes à fournir des signaux représentatifs de la
distance de cette deuxième extrémité 32 par rapport à
la zone correspondante 40.
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On revient à présent, de façon plus
détaillée, sur les divers composants du traducteur 1.
La déformation de la partie souple, c'est-
à-dire le sabot 6, de ce traducteur 1 vaut par exemple
5 mm pour une force d'appui de 10 à 20 newtons. Cette
partie souple est maintenue par le traducteur classique
4 qui est lui-même rigidement solidaire du corps 9. Ce
dernier définit la référence géographique du traducteur
1 dans le repère de l'objet 2 à contrôler.
Le corps 9 est fixé au bras 16 (figure 1)
qui est pourvu de moteurs (non représentés) pour
permettre le déplacement du traducteur 1 afin de
contrôler diverses zones de l'objet 2 (figure 1). Dans
un autre mode de réalisation, le déplacement du
traducteur 1 est manuel et il est rendu possible grâce
à un encodeur et à un inclinomètre (non représentés).
En outre, des douilles à billes 46 sont
logées dans le corps 9, comme on le voit sur la figure
4 - voir aussi le document [2] . Dans ces douilles à
billes 46 se déplacent les pistons 28 dont le diamètre
vaut par exemple 3 mm.
Les extrémités 30 des pistons ont une forme
hémisphérique (diamètre 5 mm par exemple) et sont en
contact avec des clinquants 48 (figure 2) pour mieux se
déplacer. Ces clinquants sont des feuilles métalliques
qui sont fixées par l'intermédiaire de clips 49 sur les
rebords (extension latérale 24) du sabot flexible 6,
comme on le voit sur la figure 2, et sont présentes
pour donner aux rebords une tenue transversale. Ces
rebords du sabot flexible 6 sont également tenus par
quatre glissières 50 qui sont rendues solidaires du
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corps 9, comme on le voit sur la figure 2.
En accord avec les déformations autorisées,
les courses des pistons 28 vont, dans l'exemple, de
mm à 8 mm.
5 Le corps 9 est conçu de manière à faciliter
l'installation du traducteur classique 4 et sa fixation
sur des inserts 52, ou écrous, qui sont surmoulés dans
le sabot 6, comme on le voit sur la figure 3, en tenant
compte de l'encombrement du traducteur classique 4 et
d'un toron de câbles coaxiaux 54 par lequel ce
traducteur 4 est relié électriquement aux moyens de
commande 13 (figure 1). Le traducteur classique 4 est
pourvu de vis (non représentées) que l'on visse dans
les inserts (depuis l'extérieur du sabot). Seuls deux
des quatre inserts utilisés sont visibles sur la figure
3.
Sur cette dernière, les références X et Y
représentent respectivement une direction normale à la
face avant 11 du sabot 6 et une direction normale à la
face arrière 12 de ce sabot. Dans l'exemple, l'angle OG
entre les directions X et Y vaut 100.
Sur les figures 2 et 4, la référence 56
désigne un presse-étoupe qui est associé au toron de
câbles 54 et la référence 58 désigne un organe qui est
rendu rigidement solidaire du corps 9 et permet de
fixer ce dernier au bras 16 (figure 1).
Au corps 9 est fixée une carte
optoélectronique 60, ou circuit de mesure, qui porte
les moyens de mesure 34 et sert donc à la mesure des
hauteurs respectives des pistons. La carte 60 intègre
un couple de moyens démission-réception 42, 44 par
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piston 28. Dans l'exemple, les moyens d'émission 42
sont des diodes électroluminescentes et les moyens de
réception sont des photodétecteurs 44.
Chaque diode électroluminescente émet de la
lumière en direction de l'extrémité 32 du piston
correspondant, cette extrémité la réfléchit et le
photodétecteur correspondant 44 détecte la lumière
réfléchie. La mesure de l'éloignement de la tête du
piston (extrémité 32) se fait par l'intermédiaire de la
lumière réfléchie par la tête du piston et du courant
engendré par le photodétecteur correspondant.
Les spécifications de la carte 60 sont
identiques à celles des moyens d'émission-réception de
lumière que comporte le traducteur ultrasonore de
contact décrit dans le document [2] auquel on se
reportera. Un câble 61 relie cette carte 60 aux moyens
de commande 12 (figure 1) et intègre l'ensemble des
liaisons électriques des diodes électroluminescentes et
des photodétecteurs avec ces moyens de commande 12.
Les points de mesure sont donc situés dans
le repère du traducteur 1 en des endroits particuliers
(zones 40) qui sont définis par les positions des
pistons 28. Les tensions fournies par les
photodétecteurs 44 sont mesurées pour des altitudes
particulières des têtes des pistons afin de créer une
table de conversion.
Au cours d'une mesure et à l'aide de cette
table de conversion, ou table d'étalonnage, les
tensions sont converties en millimètres.
Les coordonnées des points de mesure sont
représentatives de la surface de l'objet à contrôler et
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sont ensuite utilisées par un algorithme qui
reconstruit cette surface à l'aide d'une fonction
d'interpolation. Une deuxième fonction permet de
recalculer les coordonnées des éléments 10 du
traducteur classique 4 par rapport à la surface de
l'objet, cette surface étant reconstruite dans le
repère de l'objet ou du traducteur classique 4.
Un autre algorithme permet de calculer les
trajets acoustiques séparant les éléments 10 du point
focal du faisceau ultrasonore F (figure 1).
Ces trajets sont ensuite convertis en temps
de vol puis en retards. Ces retards permettent
d'obtenir des lois de retards optimisées pour compenser
les variations de la surface de l'objet contrôlé. Ces
mêmes lois sont ensuite utilisées par les moyens de
commande 13 pour commander individuellement les
éléments 10.
Comme on l'a déjà mentionné, le traducteur
classique rigide 4 est fixé au sabot flexible 6. Ce
dernier comporte une enveloppe déformable 20, par
exemple en silicone, qui est remplie d'un fluide 22,
par exemple le silicone ou même l'eau. L'enveloppe 20
est fine et déformable pour encaisser les variations de
volume qui sont provoquées par les variations de la
surface de l'objet.
La base du sabot 6 comporte une fine
feuille de silicone qui constitue le prolongement
latéral 24 mentionné plus haut. Comme on le voit sur
les figures 2, 3 et 4, les pistons 28 appuient sur
cette feuille et assurent ainsi le couplage acoustique
par la détente des ressorts 38.
CA 02721255 2010-10-12
WO 2009/130216 PCT/EP2009/054738
La feuille déformable 25 est par exemple
aussi en silicone et elle est par exemple collée au
prolongement latéral 24.
Comme on l'a vu plus haut, les pistons 28
5 associés aux ressorts 38 coulissent dans le corps 9 qui
sert également de référence d'altitude à la carte de
mesure 60 ; sur cette carte se trouvent les couples de
diodes électroluminescentes 42 et de photodétecteurs 44
qui sont situés au droit de chaque piston 28 et dont
10 les fonctions sont respectivement d'émettre une onde
lumineuse vers la tête 32 de chaque piston et de
convertir en tension l'intensité optique réfléchie par
cette tête ; ces tensions sont alors converties en
altitudes pour reconstruire la surface de l'objet
15 contrôlé.
Sur les figures 2 et 3, on voit que le
corps 9 est pourvu de deux autres pistons 62 qui sont
placés de part et d'autre du sabot 6, entre les rangées
de pistons R1 et R2, pour plaquer le prolongement
20 latéral 24 du sabot contre l'objet à contrôler. Ces
pistons 62 coulissent dans des trous 64 prévus dans le
corps 9. Des ressorts 66 sont prévus pour pousser les
têtes hémisphériques 68 des pistons 62 vers le
prolongement latéral 24 comme on le voit.
Des clinquants rectangulaires 70 sont
encore fixés à ce prolongement latéral 24 par
l'intermédiaire de clips 72 et les pistons 62 appuient
sur le prolongement latéral 24 par l'intermédiaire des
clinquants 70 comme on le voit. Sur les figures 2 à 4,
les axes 74 servent à guider les ressorts de détente
76.
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WO 2009/130216 PCT/EP2009/054738
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Les vis 78, 80, 82 des figures 2 et 4
servent à fixer divers éléments du corps 9 les uns aux
autres.
Dans une variante de l'invention, on peut
utiliser des capteurs inertiels pour obtenir la
position et l'orientation du traducteur 1, comme on l'a
mentionné dans le document [2].
On précise en outre que les diodes
électroluminescentes 42 peuvent être commandées de
façon à émettre des faisceaux lumineux continus ou, au
contraire, discontinus, en particulier des impulsions
lumineuses.
De plus, dans une variante du traducteur 1,
au lieu d'utiliser les émetteurs-récepteurs de lumière
42-44, des fibres optiques sont alimentées par une
unique source lumineuse, ou par plusieurs sources
lumineuses à raison d'une source par fibre, et sont
utilisées pour transmettre la lumière vers les
deuxièmes extrémités respectives 32 des parties mobiles
28, et d'autres fibres optiques sont utilisées pour
transmettre les lumières respectivement réfléchies par
ces deuxièmes extrémités à des photodétecteurs. La ou
les sources et les photodétecteurs peuvent être placés
dans les moyens de commande 13 où sont traités les
photocourants engendrés par les photodétecteurs lorsque
ces derniers reçoivent les lumières réfléchies (voir
document [ 2 ]) .
Dans les exemples de l'invention, que l'on
vient de décrire, les moyens de mesure de distance,
permettant de détecter des déplacements des pistons,
sont des moyens optiques, permettant donc une détection
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optique de ces déplacements.
Cependant, ces moyens optiques peuvent être
remplacés par des moyens magnétiques.
Dans un exemple non représenté, on remplace
chaque ensemble diode 42-photodétecteur 44 de la figure
3 par un capteur à effet Hall et l'on fixe un aimant
sur l'extrémité 32 de la partie mobile du piston
correspondant. Le capteur à effet Hall est ainsi apte à
fournir un signal qui est fonction de la distance entre
ce capteur et cet aimant. En utilisant des moyens
appropriés de commande du capteur et de traitement des
signaux fournis par celui-ci, on est encore capable de
mesurer la distance recherchée (voir aussi le document
[2])
En outre, les exemples de l'invention, que
l'on a donnés, utilisent des éléments à la fois
émetteurs et récepteurs d'ultrasons. L'homme du métier
peut adapter ces exemples au cas de traducteurs
comprenant des éléments seulement prévus pour émettre
des ultrasons et d'autres éléments seulement prévus
pour recevoir des ultrasons.
De plus, dans l'invention, on peut utiliser
un traducteur comprenant une barrette linéaire
d'éléments ultrasonores 10 mais l'invention n'est pas
limitée à un tel traducteur. De même que dans les
documents [1] et [2], on peut utiliser un traducteur
matriciel, comprenant une matrice d'éléments
ultrasonores 10.
