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WO 2015/101732 PCT/FR2014/053436
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Dispositif et ensemble pour le contrôle non-destructif d'une pièce
composite, et procédé de contrôle non-destructif d'une pièce composite
par ultrasons en transmission
La présente invention concerne le domaine du contrôle non-
destructif de pièces en matériaux composites, et se rapporte à un dispositif
pour le contrôle non-destructif d'une pièce composite, à un ensemble
comprenant ledit dispositif et ladite pièce, ainsi qu'a un procédé de contrôle
non-destructif d'une pièce composite par ultrasons en transmission.
Un procédé de fabrication ou de réparation d'une pièce en matériau
composite comprend généralement une étape visant à contrôler si ladite pièce
est conforme à un cahier des charges préalablement défini. Il convient
typiquement de vérifier que la pièce fabriquée ou réparée ne présente aucun
défaut, notamment de collage ou de délaminage.
Ce procédé de contrôle est habituellement réalisé au moyen d'un
dispositif de contrôle non-destructif.
Parmi les procédés de contrôle non-destructif, on connaît de l'état
de la technique le procédé de contrôle par émission d'ultrasons en
transmission, consistant à envoyer des ondes ultrasonores dans la pièce
fabriquée ou réparée, puis à analyser le signal lorsque les ondes ont traversé
ladite pièce.
Un tel procédé peut être mis en oeuvre par un dispositif de contrôle
ultrasons en transmission, comprenant classiquement un transducteur
ultrasonore émetteur et un transducteur ultrasonore récepteur.
Le contrôle de la pièce peut être réalisé soit manuellement par un
opérateur qui déplace les transducteurs émetteur et récepteur sur la surface
de
la pièce à contrôler, soit automatiquement par l'intermédiaire de bras
robotisés
reliant chaque transducteur afin de balayer la surface de la pièce.
Un tel dispositif automatisé est très avantageux par rapport au
contrôle manuel en ce qu'il assure un positionnement relatif constant entre
les
transducteurs.
Toutefois, la présence des bras supportant et déplaçant les
transducteurs limite voire rend impossible l'accessibilité à certaines zones
de la
pièce à contrôler lorsque la pièce à contrôler présente un profil courbe. En
outre, la fabrication des bras automatisés est onéreuse.
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On connaît de l'art antérieur la demande de brevet européen
publiée sous le numéro EP 1 500 929, qui tente de résoudre ces inconvénients
en prévoyant un dispositif de contrôle par ultrasons présentant un couplage
magnétique entre les sondes émettrice et réceptrice.
La figure 1 illustre une sonde 1. La sonde 1 comprend un carter 3
renfermant un transducteur ultrasonore 5, émetteur ou récepteur, positionné à
côté d'aimants 7, 9.
Les sondes sont disposées de part et d'autre de la pièce à
contrôler, de sorte que la sonde conductrice, reliée par exemple à un bras
robotisé, pilote le déplacement de la sonde suiveuse grâce à la présence des
aimants.
Cela permet de s'affranchir de la présence d'un deuxième bras
robotisé relié à la sonde suiveuse, ce qui permet de réduire les coûts de
fabrication du dispositif de contrôle.
Toutefois, afin de permettre un bon positionnement des sondes
entre elles, chaque sonde a besoin de plusieurs corps magnétiques disposés
autour du transducteur, ce qui conduit à des sondes particulièrement
encombrantes et peu adaptées au contrôle de pièces au profil courbe.
En outre, lorsque la pièce à contrôler est une pièce réparée, il est
fréquent que la pièce à contrôler comprenne d'autres pièces rapportées, ne
pouvant être ôtées le temps du contrôle, limitant alors l'accessibilité des
sondes à la pièce à contrôler.
On connaît également de l'art antérieur la demande de brevet US
2006/0053892, qui décrit également un dispositif de contrôle par ultrasons
dont
les sondes émettrice et réceptrice sont couplées magnétiquement de façon à
disposer d'une sonde conductrice et d'une sonde suiveuse.
Comme représenté sur la figure 2, le couplage magnétique est ici
accompli par l'intermédiaire d'un seul corps magnétique torique 11 par sonde
1, le transducteur 5 étant positionné à l'intérieur du corps magnétique
torique.
Afin de limiter l'impact que la forme torique du corps magnétique
engendre sur la puissance magnétique développée, il est nécessaire de prévoir
un tore présentant un diamètre important afin de fournir une puissance
magnétique suffisante pour attirer l'aimant situé de l'autre côté de la pièce
à
contrôler.
Ainsi, dans ce dispositif de l'art antérieur, la surface de contact
entre l'une des sondes et la pièce à contrôler présente un diamètre au moins
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égal à celui du tore du corps aimanté. Le dispositif de contrôle est
particulièrement encombrant, et par conséquent peu adapté au contrôle de
pièces courbes.
La présente invention vise à résoudre les inconvénients de l'art
antérieur et des inventions précitées, et se rapporte à cet effet à un
dispositif
pour le contrôle non-destructif d'une pièce composite, remarquable en ce qu'il
comprend :
- au moins deux corps magnétiques, au moins l'un desdits au
moins deux corps magnétiques étant adapté pour exercer une force d'attraction
pour permettre un maintien mutuel, ou de l'un par l'autre, des corps
magnétiques de part et d'autre de ladite pièce, lesdits corps magnétiques
étant
destinés à être positionnés directement sur au moins une paroi de la pièce à
contrôler,
- au moins une sonde ultrasonore émettrice positionnée sur l'un
desdits corps magnétiques, et au moins une sonde ultrasonore réceptrice
positionnée sur l'autre desdits corps magnétiques.
Ainsi, en prévoyant de disposer les corps magnétiques directement
sur les parois de la pièce à contrôler, de part et d'autre de la pièce à
contrôler,
et en prévoyant une sonde émettrice et une sonde réceptrice chacune
positionnée sur un corps magnétique, seul les corps magnétiques sont au
contact des parois de la pièce à contrôler. Ainsi, la surface de contact entre
le
dispositif de contrôler et la pièce à contrôler est considérablement réduite
par
rapport à l'art antérieur, ce qui permet de limiter l'encombrement du
dispositif
de contrôle au niveau de la surface de contact de la pièce à contrôler, et en
conséquence d'améliorer considérablement par rapport à l'art antérieur
l'accessibilité à certaines zones de la pièce à contrôler.
Selon des caractéristiques toutes optionnelles du dispositif selon
l'invention :
- au moins un desdits corps magnétiques comprend une bague de
maintien conformée pour supporter au moins une desdites sondes ;
- au moins un corps magnétique est de forme sensiblement
cylindrique, ce qui permet d'assurer une répartition du champ magnétique le
long de l'axe longitudinal du corps magnétique, et ainsi de déplacer les
sondes
de façon simultanée ;
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- au moins un corps magnétique est réalisé en matériau
magnétique dur tel qu'un alliage de néodyme, de fer et de bore, cet alliage
offrant de bonnes propriétés magnétiques ;
- la sonde ultrasonore émettrice comprend en outre au moins un
transducteur ultrasonore émetteur et la sonde ultrasonore réceptrice comprend
en outre au moins un transducteur ultrasonore récepteur.
La présente invention concerne également un ensemble
comprenant une pièce composite à contrôler et au moins un dispositif pour le
contrôle non-destructif de ladite pièce, ledit dispositif comprenant au moins
deux corps magnétiques et au moins une sonde ultrasonore émettrice et au
moins une sonde ultrasonore réceptrice, ledit ensemble étant remarquable en
ce que les corps magnétiques sont positionnés de part et d'autre de la pièce à
contrôler, directement sur une paroi de ladite pièce, au moins l'un desdits au
moins deux corps magnétiques exerçant une force d'attraction adaptée pour
permettre un maintien mutuel, ou de l'un par l'autre, des corps magnétiques de
part et d'autre de ladite pièce, et en ce que lesdites sondes ultrasonores
émettrice et réceptrice sont respectivement positionnées sur l'un et l'autre
desdits corps magnétiques.
L'invention se rapporte enfin à un procédé de contrôle non-
destructif d'une pièce composite par ultrasons en transmission, remarquable en
ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes visant à :
- positionner de part et d'autre de la pièce à contrôler au moins
deux corps magnétiques, de façon à ce qu'au moins l'un desdits au moins deux
corps magnétiques exerce une force d'attraction pour permettre un maintien
mutuel, ou de l'un par l'autre, des corps magnétiques de part et d'autre de
ladite pièce, lesdits corps magnétiques étant positionnés directement sur une
paroi de la pièce à contrôler,
- positionner au moins une sonde ultrasonore émettrice sur l'un des
corps magnétiques, et au moins une sonde ultrasonore réceptrice sur l'autre
des corps magnétiques.
Le procédé selon l'invention comprend en outre une étape visant à
humidifier la pièce à contrôler, par exemple par vaporisation.
En outre, optionnellement, on positionne lesdits au moins deux
corps magnétiques sensiblement en vis-à-vis l'un de l'autre.
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D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente
invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à
l'examen
des figures ci-annexées, dans lesquelles :
- les figures 1 et 2 illustrent des exemples de réalisation de
5 sondes
pour dispositif de contrôle non-destructif d'une pièce
composite selon l'art antérieur ;
- la figure 3 représente un dispositif pour le contrôle non-
destructif d'une pièce composite selon l'invention, monté sur
une pièce composite que l'on souhaite contrôler.
Sur l'ensemble des figures, des références identiques ou
analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou
analogues.
On se réfère à la figure 3, illustrant un ensemble 20 comprenant
une pièce composite 21 à contrôler et un dispositif 23 selon l'invention pour
le
contrôle non-destructif de la pièce composite 21.
La pièce composite à contrôler peut être, à titre d'exemple illustratif
non limitatif, une structure composite dite sandwich , comprenant une
première peau dite peau interne et une deuxième peau dite peau
externe , séparées par une structure en nids d'abeilles fréquemment appelée
N IDA .
Ce type de structure composite trouve notamment une application
dans le domaine aéronautique, et équipe fréquemment certaines sections des
nacelles pour turboréacteur d'aéronef. Ce type de structure composite permet
d'absorber au moins partiellement les ondes acoustiques générées par la
nacelle.
Après la fabrication ou la réparation d'une telle structure composite,
il est fréquemment procédé à un contrôle non-destructif, afin de vérifier que
ladite pièce est conforme à un cahier des charges prédéterminé.
Pour cela, selon l'invention, le dispositif 23 pour le contrôle non
destructif d'une pièce composite 21 comprend un premier corps magnétique 25
et un deuxième corps magnétique 27 disposés de part et d'autre de la pièce
21, positionnés directement sur les parois 29, 31 de la pièce 21 à contrôler.
Selon l'invention, la paroi 26 du corps magnétique 25 est au
contact de la paroi 29 de la pièce 21 à contrôler, et la paroi 28 du corps
magnétique 27 est au contact de la paroi 31 de la pièce 21.
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On entend par corps magnétique tout corps adapté pour exercer
une force magnétique ou pour réagir à un champ magnétique extérieur. Dans
ce deuxième cas, le corps magnétique peut être par exemple un corps
ferromagnétique ne générant pas lui-même de champ magnétique, mais étant
susceptible de réagir à un champ magnétique externe.
Les corps magnétiques 25, 27 du dispositif selon l'invention sont de
préférence réalisés en matériau magnétique dur tel qu'un alliage de néodyme,
de fer et de bore (NdFeB). Dans ce cas, les deux corps magnétiques 25, 27
exercent une force d'attraction l'un sur l'autre permettant un maintien
mutuel,
ou de l'un par l'autre, des corps magnétiques de part et d'autre de la pièce
21.
Bien sûr, il va de soi que tout autre alliage conférant des propriétés
magnétiques suffisantes pour permettre aux corps magnétiques de s'attirer
lorsqu'ils sont positionnés de part et d'autre de la pièce à contrôler peut
être
envisagé.
Les corps magnétiques 25, 27 sont de préférence de forme
sensiblement cylindrique, ce qui permet d'assurer une répartition du champ
magnétique essentiellement le long de l'axe longitudinal du corps magnétique,
mais là aussi il peut tout à fait être envisagé un corps magnétique présentant
une forme géométrique autre, telle que parallélépipédique par exemple.
Les dimensions des corps magnétiques sont en outre adaptées à la
pièce à contrôler, c'est-à-dire que les corps magnétiques présentent des
dimensions conformées pour que les corps magnétiques s'attirent entre eux de
part et d'autre de la pièce.
L'épaisseur des corps magnétiques varie en fonction de l'épaisseur
de la pièce à contrôler, la surface de contact entre les corps magnétiques et
la
pièce à contrôler restant avantageusement inchangée quelle que soit
l'épaisseur de ladite pièce.
Le dispositif 23 de contrôle comprend en outre des sondes
ultrasonores émettrice 33 et réceptrice 35, la sonde émettrice 33 étant
supportée par le corps magnétique 25 par l'intermédiaire d'une bague de
maintien 37 solidaire du corps magnétique 25, et la sonde réceptrice 35 étant
supportée par le corps magnétique 27 par l'intermédiaire d'une bague de
maintien 39 solidaire du corps magnétique 27.
Les bagues de maintien peuvent être fixées aux corps magnétiques
par tout moyen de fixation connu de l'homme du métier, et peuvent également
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être en matériau magnétique de façon à ce que les corps magnétiques 25, 27
et/ou les bagues de maintien s'attirent.
Selon une alternative non représenté sur les figures, les sondes
émettrice et réceptrice sont directement supportées par les corps aimantés, et
sont positionnées directement sur les parois opposées aux parois 26 et 28 des
corps magnétiques 25,27.
Les sondes ultrasonores émettrice 33 et réceptrice 35 comprennent
en outre respectivement un transducteur ultrasonore émetteur et un
transducteur ultrasonore récepteur, non représentés sur les figures. Les
transducteurs ultrasonores utilisés sont bien connus de l'homme du métier et
ne seront pas d'avantage décrits dans la présente description.
En outre, les sondes 33, 35 sont destinées à être reliées à un
dispositif d'acquisition et de traitement des données, non représenté.
Selon une caractéristique connue de l'art antérieur, au moins une
des deux sondes peut être pilotée par un bras de commande, automatisé, qui
permet le déplacement des deux sondes couplées magnétiquement.
Le procédé de contrôle selon l'invention est réalisé par les étapes
suivantes.
On positionne les deux corps magnétiques 25, 27 directement et
respectivement sur les parois 29, 31 de la pièce 21 à contrôler, lesdits corps
étant par exemple positionnés sensiblement en vis-à-vis l'un de l'autre afin
d'assurer une bonne transmission des ondes depuis la sonde émettrice vers la
sonde réceptrice. Ainsi, les corps magnétiques 25, 27 exercent une force
d'attraction permettant un maintien mutuel, ou de l'un par l'autre, de part et
d'autre de la pièce 21.
On positionne ensuite la sonde ultrasonore émettrice 33 sur le
corps magnétique 25, dont le maintien est par exemple assuré grâce à la
bague de maintien 37, puis on positionne sur le corps magnétique 27 la sonde
ultrasonore réceptrice 35, par exemple maintenue au moyen de la bague de
maintien 39.
Le procédé de contrôle non-destructif par ultrasons en transmission
selon l'invention peut en outre comprendre une étape visant à disposer un gel
de couplage entre la sonde ultrasonore et le corps aimanté qui la supporte.
Cela permet avantageusement d'assurer une bonne propagation des ondes
ultrasonores dans la pièce 21 à contrôler. Il peut également être envisagé,
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alternativement ou en complément, d'humidifier la pièce à contrôler, par
exemple par vaporisation.
Les ondes ultrasonores se propagent successivement depuis le
transducteur émetteur de la sonde 33 vers le corps magnétique 25, traversent
le corps magnétique 25, puis traversent la pièce 21 à contrôler, puis
traversent
le corps magnétique 27 avant d'être captées par le transducteur récepteur de
la sonde réceptrice 35.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement avantageux
lorsque l'on souhaite contrôler une pièce composite présentant un profil
courbe, tel qu'un panneau acoustique sandwich par exemple.
En effet, grâce à la présente invention, en prévoyant de disposer
les corps magnétiques directement sur les parois de la pièce à contrôler, de
part et d'autre de la pièce à contrôler, et en prévoyant une sonde émettrice
et
une sonde réceptrice chacune supportée par un corps magnétique, seul les
corps magnétiques sont au contact des parois de la pièce à contrôler, ce qui
permet de réduire sensiblement l'encombrement par rapport aux dispositifs
connus de l'art antérieur.
En outre, grâce à la présente invention, la taille des corps
magnétiques est optimisée, ce qui permet de bénéficier d'un bon rapport
encombrement/poids/performance magnétique.
Enfin, le couplage magnétique des corps aimantés directement
supportés par la pièce à contrôler permet également un bon alignement des
sondes ultrasonores, et en conséquence une propagation optimale desdites
ondes.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes
de réalisation du dispositif de contrôle, décrites ci-dessus uniquement à
titre
d'exemples illustratifs, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes
faisant intervenir les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que
leurs
combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
A cet effet, la description fait référence à une pièce composite
acoustique équipant notamment une nacelle pour turboréacteur d'aéronef. Il va
de soi que le dispositif de contrôle et le procédé revendiqués ci-après ne
sont
en aucun cas limités au contrôle de ce type de pièce, mais concernent le
contrôle de toute pièce composite, acoustique ou non.
