Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2006/114485 PCT/FR2005/001085
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Outil, capteur et dispositif de contrôle non destructif de paroi
La présente invention concerne un système de contrôle non
destructif de l'état des grandes structures industrielles telles que par
exemple les navires, les pipe-lines, les cuves de stockage.
Le contrôle non destructif est traditionnellement effectué par un
opérateur, qui applique manuellement sur ou à proximité de la surface de la
structure à contrôler une sonde de mesure. Cette sonde émet des
lo impulsions acoustiques ultrasonores ou électromagnétiques, qui se
propagent dans la matière de la structure et y sont partiellement réfléchies
par les fractures, les soudures, les chancres de corrosion, les parois, les
inhomogénéités. La sonde reçoit ces signaux réfléchis et les convertit en
signaux électriques qui sont affichés par un dispositif électronique.
L'opérateur exploite ces affichages pour mesurer par exemple l'épaisseur
de la matière au point où il a posé sa sonde.
Or, les moyens actuels sont inadaptés à l'exploration systématique
des surfaces de plusieurs dizaines à plusieurs milliers de mètres carrés des
grandes structures industrielles, comme par exemple les coques des
2 o navires.
En effet, l'opérateur fait aujourd'hui des mesures ponctuelles, au
voisinage du point où il pose sa sonde, dont la surface est de quelques
millimètres à quelques centimètres carrés. Pour réaliser le contrôle
exhaustif de très grandes structures à un pas d'échantillonnage régulier en
deux dimensions de quelques centimètres par quelques centimètres, il lui
faudrait déplacer la sonde plusieurs millions de fois, ce qui est impossible.
Les contrôles actuels sont donc très lacunaires : de grandes surfaces
restent inexplorées et l'on prend un risque statistique en faisant l'hypothèse
qu'entre deux points de mesure espacés, la structure ne présente aucun
3 o défaut.
Par ailleurs le travail de l'opérateur est pénible parce qu'il doit
souvent travailler en altitude sur un échafaudage, ou suspendu par des
cordes en l'air, ou en plongée sous la coque d'un navire, et les appareils de
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mesure actuels ne lui facilitent pas ce travail : il lui faut maintenir en
position
la sonde tout en réglant et en surveillant l'afficheur de l'appareil. Cet
effort
doit être répété pour un grand nombre de points à mesurer. Les contrôles
avec les moyens actuels sont donc longs et difficiles.
En outre, selon la technique actuelle, les points de mesure sont mal
repérés dans l'espace : les opérateurs marquent par exemple à la craie les
points où ils appliquent la sonde et prennent une photographie de ces
repères. Or, ces photographies ne suffisent pas pour tracer une carte de la
structure : elles visualisent la position approximative des endroits où ont
été
lo réalisés les mesures mais ne permettent pas de quantifier leurs positions
exactes dans l'espace.
Pour automatiser les contrôles, des appareils robotiques ont été
imaginés, comportant un bras manipulateur déplaçant automatiquement la
sonde de mesure, comme selon le document FR-A-2 794 716. Mais ces
ls systèmes se caractérisent par le fait qu'ils se guident sur des rails ou
sur
des points d'appuis. Lorsque le bras manipulateur a fini de déplacer la
sonde sur tout l'espace qu'il peut mécaniquement atteindre, il est
nécessaire de déplacer son rail de guidage ou son point d'appui pour
pouvoir couvrir une autre zone. Ces dispositifs ne sont donc pas autonomes
2 o et le déplacement répété du. point ou du rail d'appui représente une
contrainte handicapante lorsque la surface à contrôler est très vaste.
Le document WO 00/73739 décrit par ailleurs un système de mesure
de l'épaisseur de matériau d'une zone de test. Ce système peut comporter
dans un mode de réalisation une unité mobile déplaçant deux rangées de
25 capteurs de mesure d'épaisseur sous la commande d'un opérateur distant,
et en outre un système déterminant la position de l'unité mobile. L'autre
mode de réalisation décrit est le capteur porté en bandoulière par un
opérateur humain. Le capteur décrit est un capteur acoustique rempli d'un
milieu de couplage permettant la propagation d'ondes acoustiques émises
3 o depuis des transducteurs large bande vers une face de sortie. Ce milieu de
couplage est liquide, fluide, tel que de l'eau ou un gel, ou même solide, et
la
face de sortie est munie d'une membrane flexible pour séparer le milieu de
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couplage du milieu extérieur. Pour effectuer la mesure sur un objet non
submergé dans un fluide, on plaque la membrane contre l'objet à mesurer
avec une pression devant assurer que la face de sortie du capteur soit bien
adaptée à la surface de l'objet et soit bien couplée à celui-ci sans
utilisation
d'un milieu de couplage. Pour assurer une bonne adaptation de la
membrane à l'objet à mesurer, une pompe est prévue pour contrôler la
pression du milieu de couplage contre la membrane. Lorsque les mesures
sont effectuées sur un objet immergé dans un fluide, la membrane peut être
omise et le fluide sert de milieu de couplage.
En pratique, ce système de mesure est difficilement utilisable pour
effectuer des mesures sur des parois tridimensionnelles de grande taille.
En effet, la membrane appliquée sur la paroi s'use rapidement au
contact des aspérités de celle-ci.
Lorsque plusieurs capteurs sont prévus, il faut de plus que chaque
capteur soit bien appliqué contre la paroi, alors que l'on ne connaît pas à
l'avance pour une paroi tridimensionnelle la position exacte du point où doit
être positionné chaque capteur, qui change chaque fois que l'on déplace le
capteur dans une zone voisine de celle où la précédente mesure a été
effectuée. Ainsi, en pratique, ce système de mesure est difficilement
2 o automatisable avec plusieurs capteurs et ne peut fonctionner que par un
opérateur humain portant, déplaçant et appliquant manuellement un seul
capteur sur la paroi, ainsi que cela est décrit dans ce document.
Ce système de mesure présente donc les inconvénients exposés ci-
dessus pour les systèmes manuels, dans lesquels c'est l'opérateur humain
qui tient le capteur de mesure contre la paroi.
Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients
inhérents à l'état de la technique, en proposant un outil, un capteur et un
dispositif de contrôle non destructif permettant à la fois de déplacer et
d'appliquer le capteur contre la paroi ou la structure à contrôler, et ce sur
de
grandes surfaces de paroi et les grandes structures industrielles comme par
exemple les navires.
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L'invention prévoit un outil comportant plusieurs capteurs montés sur
un support qui est à la fois déformable, pour que les capteurs soient
déplaçables les uns par rapport aux autres, et qui sert au déplacement de
l'ensemble des capteurs le long de la paroi.
Des moyens de contrainte sont prévus pour que la face d'application
de chaque capteur se trouve contre la paroi, et des deuxièmes moyens de
glissement de la face d'application de chaque capteur contre la paroi sont
également prévus.
Chaque capteur est ainsi plaqué individuellement contre la paroi
lo avec deux degrés de liberté contre celle-ci, lui permettant d'être déplacé
contre celle-ci.
Les moyens de contrainte et les moyens de glissement sont par
exemple propres à chaque capteur et forment par exemple un coussin de
fluide injecté entre la face d'application du capteur et la paroi.
L'outil permet de plaquer les différents capteurs contre une paroi
tridimensionnelle pouvant avoir toute courbure, le support laissant les
capteurs suivre la courbure de la paroi et assumant les différences de
hauteur des capteurs au-dessus d'un plan fictif de l'outil, dues aux
différences de hauteur de la paroi au-dessus de ce plan fictif.
L'invention concerne également un dispositif de contrôle non
destructif de structures, composé d'une antenne ou outil comportant un ou
plusieurs capteurs de contrôle non destructif, et d'un robot mobile pouvant
déplacer cette antenne sur les parois desdites structures. L'antenne et le
robot comportent des moyens d'adhérer aux parois desdites structures, des
moyens de glisser ou de rouler sur ces parois, sans être guidés
mécaniquement par un dispositif fixé à ces parois, des moyens d'être
positionnés dans l'espace pendant les déplacements de l'antenne, des
moyens électroniques de calcul et d'interface avec les capteurs de
l'antenne capables de prendre des mesures sur la structure, des moyens
3 o de communication permettant de transmettre ces mesures à un calculateur
distant, et de recevoir des commandes d'un calculateur distant.
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L'antenne ou outil est par exemple composé d'un support en
matériau léger et flexible pouvant épouser les formes de la structure, par
exemple un tapis de mousse plastique ou un ensemble de lames souples,
support sur lequel sont fixés les capteurs.
5 Dans un mode de réalisation, l'antenne ou outil comprend des
aimants et le robot comprend des roues aimantées, qui retiennent l'outil
plaqué à la structure si cette structure peut être attirée par un aimant
comme l'acier des coques de navires, ou l'antenne et/ou le robot comprend
une jupe périphérique et un dispositif de succion aspirant l'air entre
io l'antenne et la structure dans les autres cas. Une disposition préférée des
aimants consistera à fabriquer les boîtiers desdits capteurs en matériau
aimanté. Ces dispositions présentent l'avantage consistant en ce que ces
capteurs se plaquent spontanément par leur aimantation en appui sur la
structure, la force magnétique remplaçant l'effort d'application de
l'opérateur
humain.
De préférence, l'antenne ou outil est munie de patins lui permettant
de glisser sur la surface de la structure.
Dans un mode de réalisation, l'outil est déplacé sur la surface de la
structure au moyen d'un robot roulant ou marchant et capable d'adhérer à
2 o cette dernière, par exemple au moyen d'aimants, de roues aimantées ou de
ventouses pneumatiques.
Dans une version simplifiée de l'invention, l'outil pourra être déplacé
sur la structure par la main de l'opérateur.
L'outil peut comprendre un alignement d'une dizaine à une centaine
de capteurs espacés entre eux de 1 à 10 centimètres.
Ces capteurs sont préférentiellement des palpeurs de contrôle non
destructif par ultrasons permettant la mesure de l'épaisseur de la matière
ou le contrôle de soudures au voisinage du palpeur, ou des sondes à
courants de Foucault. Dans le cas d'emploi de l'invention sur les coques de
3 o navires, ces palpeurs mesureront par exemple l'épaisseur des tôles
constituant la coque du navire.
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L'outil déplacé à la main, l'outil déplacé par le robot, ou le robot lui-
même emportent l'électronique d'interface des capteurs et un calculateur
de gestion du dispositif. Ce calculateur réalise les mesures et les transmet
au calculateur distant via des moyens de communication préférentiellement
de type modem radio. II reçoit de ce calculateur distant des ordres de
contrôle et assure le positionnement et le pilotage de l'ensemble robot et
antenne sur la surface de la structure.
La méthode de mesure employant le dispositif selon l'invention
consiste à déplacer l'outil sur toute la surface de la structure à contrôler
au
lo moyen du robot ou à la main, dans la direction orthogonale à sa plus
grande longueur, comme ûn balai. Pendant ce déplacement, en chaque
position de l'outil, les capteurs prennent chacun une mesure au point qu'ils
survolent. L'espacement entre capteurs, la vitesse d'avance de l'outil et la
cadence de prise de mesures sont fixés pour que la structure ainsi survolée
par l'outil soit contrôlée à un pas d'échantillonnage précis le long de sa
trajectoire, par exemple de l'ordre d'un centimètre.
La position du robot ou de l'outil déplacé à la main dans l'espace à 3
dimensions est mesurée au moyen d'un appareil connu selon l'état de l'art
et commercialisé par exemple chez le constructeur TRIMBLE dont
l'adresse est 645 South Mary Avenue ; Sunnyvale ; CA, USA ; 94088 - 3642
sous la désignation française de Station totale robotisée à cible active. Ce
type de dispositif, traditionnellement utilisé en topographie, comporte un
station de référence fixe posée par exemple sur le sol à une distance de
l'ordre de 10 à 100 mètres de la structure à contrôler, et un émetteur
optique appelé cible active que l'on fixe sur le robot ou sur l'outil.
Ladite
station de référence se pointe automatiquement en permanence sur
l'émetteur et en délivre la position géographique tridimensionnelle avec une
précision centimétrique à une cadence de l'ordre de la seconde. La position
du robot ou de l'outil, relevée par ces moyens de positionnement pendant
3 o ses déplacements sur la structure contrôlée, est transmise par la station
de
référence au calculateur distant pour y être enregistrée en même temps
que les mesures transmises par le robot, via des moyens de transmission
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préfèrentiellement de type modem radio. Le calculateur distant connaît ainsi
la position tridimensionnelle de l'outil et peut donc élaborer et transmettre
vers le robot des commandes de déplacement pour guider ce dernier le
long d'une trajectoire prescrite sur la structure.
Le calculateur distant dispose ainsi en temps réel de toutes les
mesures et des positions où ces mesures ont été relevées sur la structure.
Il calcule et représente avantageusement ces données à l'opérateur sous
forme de vues ergonomiques. Les types de représentations préférées sont
de type A-scan ou réel ou C-scan. Un autre type de représentation préférée
lo dessine la forme mesurée de la structure en 3 dimensions sur l'écran du
calculateur, et plaque sur cette forme les mesures qui y sont relevées. Ces
représentations peuvent contenir des tracés de lignes de contours
isovaleurs, peuvent faire apparaître par un codage en pseudo couleurs les
points de mesure anormaux, ou peuvent visualiser des différences
constatées avec des relevés de mesure antérieurs.
Dans le cas du déplacement manuel de l'outil à la surface de la
structure à contrôler, les mesures d'épaisseur pourront être affichées
directement sur l'outil au moyen d'un indicateur visuel, par exemple du type
à diodes électroluminescentes ou écran à cristaux liquides.
Dans une variante de l'invention destinée à réaliser le contrôle de
structures immergées sous l'eau, le robot et l'antenne sont rendus
étanches. Le système de positionnement décrit plus haut est dans ce cas
remplacé par un système de positionnement acoustique à base longue,
courte ou ultracourte, et les moyens de communication radio sont
remplacés par des moyens de communication filaires ou acoustiques connu
selon l'état de l'art. L'injection d'eau décrite n'est pas nécessaire pour
cette
variante.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux
3 o dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective d'un
dispositif de contrôle suivant l'invention,
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- la figure 2 schématiquement en perspective un robot équipé d'un
outil de contrôle suivant l'invention pour le déplacer sur une paroi à
contrôler,
- la figure 3 représente schématiquement en perspective un premier
mode de réalisation d'un outil pouvant être utilisé dans le dispositif suivant
l'invention,
- la figure 4 représente schématiquement en coupe transversale un
deuxième mode de réalisation d'un outil pouvant être utilisé dans le
dispositif suivant l'invention,
- la figure 5 représente schématiquement en coupe transversale
schématique un premier exemple de réalisation d'un capteur suivant
l'invention,
- la figure 6 représente schématiquement en coupe transversale
schématique un deuxième exemple de réalisation d'un capteur suivant
l'invention,
- la figure 7 représente en coupe horizontale schématique le capteur
selon la figure 6,
- la figure 8 représente un schéma électronique d'une unité de calcul
de données de mesure présente sur l'outil ou le robot,
- la figure 9 représente schématiquement en perspective un
troisième mode de réalisation d'un outil pouvant être utilisé dans le
dispositif suivant l'invention, et
- la figure 10 représente schématiquement en perspective un
quatrième mode de réalisation d'un outil pouvant être utilisé dans le
dispositif suivant l'invention.
Aux figures, le procédé de relevé de mesure effectué à l'aide du
dispositif de contrôle non destructif est décrit dans l'exemple d'une coque
de navire en acier.
A la figure 1, le dispositif comprend une antenne de mesure ou outil
3o de contrôle 1, qui comporte plusieurs capteurs de mesure 11 et qui est
déplacé, et par exemple traîné, par un robot 2 roulant sur la coque C du
navire N suivant une direction X en longueur et une direction Y en largeur et
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y adhérant au moyen de roues aimantées 4, la direction Z orientée de bas
en haut par rapport à la coque C étant perpendiculaire à X et Y. Les
capteurs 11 sont par exemple des capteurs de mesure locale d'épaisseur,
élaborant à l'aide de circuits d'interface et d'un calculateur 44 embarqué
décrits ci-dessous en référence à la figure 8, des données d'épaisseur
appelées données de mesure dans ce qui suit.
Le robot 2 et/ou l'outil 1 de contrôle comporte un moyen 3 de
transmission des données de mesure fournies à partir des capteurs 11 à un
calculateur 7, distant de l'outil. Dans le cas où l'outil est déplacé par le
robot
Zo 2, ce moyen 3 de transmission est par exemple un émetteur-récepteur 3
sans fil, par exemple à antenne, permettant d'établir un modem radio 8
avec le calculateur distant 7 également muni d'un émetteur-récepteur 71
correspondant.
La figure 2 montre le robot 2 comportant un moteur de propulsion 80
de préférence électrique, relié à ses roues aimantées 4 par des moyens de
transmission mécanique 32. Ces roues 4 comportent de préférence une
partie centrale aimantée 91, créant la force magnétique de plaquage de la
roue sur la coque C. Autour de la partie centrale 91 est fixé un pneu 92 en
matériau polymère souple empêchant le glissement de la roue sur la coque
C. Ce robot comporte préférentiellement des moyens 41 d'orienter ses
roues et des étages de transmission différentiels 55 de manière à pouvoir
modifier sa trajectoire et changer de direction sur la coque C, à la manière
d'une voiture automobile.
Le robot 2 et/ou l'outil 1 de contrôle comporte également un moyen 5
de suivi de la position de l'outil 1 sur la coque C. Aux figures 1 et 2, le
robot
2 comporte par exemple un émetteur optique 5 ou tout autre organe 5 de
signalement, dont la position est détectée en permanence par une station
de positionnement 6 fixée à terre. La station fixe de positionnement 6 est
munie de moyens 61 de transmission, par exemple par un modem radio 9
sans fil, de la position mesurée du robot vers le calculateur distant 7. Le
calculateur distant 7 envoie au robot 2, via l'émetteur 71 et le modem 8, des
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commandes qui lui permettent de diriger le robot 2 et l'outil 1 suivant une
trajectoire prescrite connue sur la coque du navire.
Dans le cas où l'outil 1 portant les capteurs 11 est déplacé
manuellement par un opérateur humain à la surface de la coque C, le
5 moyen 3 de transmission des données de mesure est par exemple un
élément filaire 300 reliant l'unité 100 à un calculateur 7 porté par cet
opérateur ou à un calculateur 7 situé en un autre endroit, par exemple sur
le pont du navire, ainsi que cela est représenté à la figure 9.
Dans le mode de réalisation de la figure 9, le moyen 5 de suivi de
1o position est par exemple formé par une ou plusieurs roues codeuses 56 de
contact avec la coque C, qui sont tournées vers la coque C pour tourner sur
celle-ci lors du déplacement de l'outil sur la coque C. Les roues 56
comportent par exemple une partie centrale aimantée 91, créant la force
magnétique de plaquage de la roue sur la coque C. Autour de la partie
1s centrale 91 est fixé un pneu 92, par exemple en matériau polymère souple,
empêchant le glissement de la roue sur la coque C. L'axe de rotation 57
des roues 56 est monté sur une partie rigide 12 de l'outil, et par exemple
deux roues 56 sont prévues de chaque côté de la largeur de l'embase 12.
Les roues 56 sont reliées à un encodeur 58 fournissant à l'unité 100 la
position de rotation de la ou des roue(s) codeuse(s) 56 et le nombre de
tours de roues effectué par rapport à une position initiale, ce qui permet de
connaître la position de l'outil 1 par rapport à cette position initiale. Les
différentes positions de l'outil 1 ainsi acquises peuvent être transmises au
calculateur 7 et être enregistrées avec les données de mesures obtenues
dans le calculateur 7. Ce mode de réalisation peut être utilisé aussi bien par
un opérateur humain que par le robot 2.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, l'outil 1 de contrôle
comprend n capteurs 11 (où n? 2 et n= 5 par exemple à la figure 3) et un
ensemble de n lames ressort allongées et souples 10, formant n bras 10
ayant chacun une première extrémité 13 et une deuxième extrémité 14
éloignée de et flexible par rapport à la première extrémité 13. Chaque
capteur 11 est fixé à la deuxième extrémité 14 d'un bras 10. Les premières
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extrémités 13 des bras 10 sont fixées côte à côte dans le sens de la largeur
à une embase 12 commune. Les capteurs 11 sont ainsi disposés côte à
côte en largeur en ayant leur face inférieure 30 d'application tournées d'un
même côté bas destiné à être tourné vers la coque C, les lames s'étendant
sensiblement dans la même direction longitudinale X. Les fixations aux
premières. et/ou deuxièmes extrémités 13, 14 des bras 10 peuvent
comporter une souplesse ou un degré de liberté en rotation ou de type
rotule, pour permettre en plus un léger pivotement de chaque capteur 11
par rapport à l'embase 12.
L'embase 12 sert à déplacer en commun les capteurs 11 sur la
coque C, est par exemple rigide et forme avec les bras 10 un support
déformable.
Dans le mode de réalisation de la figure 9, l'outil 1 peut comporter
une poignée ou manche 16, ou tout autre moyen de préhension, fixée à
l'embase 12 et plus généralement sur le support des capteurs 11, par
exemple dans le prolongement de l'embase 12 de l'autre côté des lames
10, pour qu'un opérateur humain puisse se saisir de l'outil 1 et effectuer des
mesures par les capteurs 11 et déplacer manuellement l'outil 1 avec
l'ensemble des capteurs 11 simultanément le long de la coque C. Par
2 o exemple, la poignée 16 est montée de manière amovible sur l'embase 12,
des moyens de montage amovible correspondants 17 étant prévus sur
l'embase 12.
A la figure 3, l'outil 1 peut également comporter des moyens de
montage 18 sur le robot 2, qui peuvent également être amovibles. A la
figure 2, la largeur de l'embase 12 est fixée sur l'arrière 22 du robot 2. Le
cas échéant, les moyens 16 et 18 sont identiques et permettent à la fois la
saisie manuelle de l'outil 1 et sa manipulation par le robot 2.
Les moyens de montage prévus sur l'embase peuvent permettre à la
fois la fixation de l'embase sur le robot et la fixation de moyens de
préhension manuels.
L'élasticité des lames souples 10 leur permet de fléchir et de se
détendre individuellement pour que les capteurs 11 soient retenus et
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mobiles les uns par rapport aux autres tout en caressant les contours de la
coque C pendant le déplacement de l'outil 1 à sa surface, à la manière de
doigts.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, l'outil 1 de contrôle
comporte un tapis déformable 110 sur lequel sont fixés les n capteurs 11.
Les capteurs 11 sont fixés par exemple par des inserts dans le tapis 110.
Les capteurs 11 ont leur face inférieure 30 d'application situées chacune
dans une ouverture 111 du tapis, les ouvertures 111 étant réparties côte à
côte en largeur sur un même surface inférieure 112 du tapis 110, destinée
1o à être tournée vers la coque C. Les faces inférieures 30 des capteurs 11
affleurent par exemple à la surface inférieure 112 du tapis 110. Les faces
inférieures 30 des capteurs 11 pourraient également légèrement faire saillie
de la surface inférieure 112 par les ouvertures 111. Le tapis 110 forme une
enveloppe souple des capteurs 11 et peut être une pièce en plastique ou
en tissu déformable, pouvant glisser sur la coque du navire en en épousant
les formes. Les tuyaux 20 et les câbles 62, décrits ci-dessous pour les
capteurs 11, traversent l'enveloppe 110. Dans ce mode de réalisation, les
capteurs 11 peuvent comporter des aimants ainsi que cela sera décrit ci-
dessous, ou l'enveloppe 110 peut comporter un ou plusieurs aimants 291
2 o répartis dans celle-ci. Des moyens 16 de préhension manuelle ou des
moyens 18 de montage sur le robot sont prévus sur la face supérieure 113
du tapis 110.
Dans le mode de réalisation de la figure 10, l'outil 1 de contrôle
comporte une embase 12, par exemple plane et rigide, comportant une
face inférieure 121 destinée à être tournée vers la coque C et une face
supérieure 122. L'embase 12 comporte des trous 123 de logement des
capteurs 11. Des ressorts 124 de traction relient la partie supérieure 125
des capteurs au bord 126 de leur trou 123 de logement. La partie
supérieure 125 est par exemple formée par un épaulement du boîtier 25
3 o des capteurs 11. L'extrémité supérieure des ressorts 124 est par exemple
fixée sous la partie supérieure 125 et l'extrémité inférieure des ressorts est
par exemple fixée au bord 126. Les capteurs 11 font saillie de la face
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inférieure 121 d'une distance prédéterminée lorsque l'embase 12 est à
l'horizontale, les ressorts 124 contraignant les capteurs à se déplacer de la
face supérieure 122 à la face inférieure 121. Lorsque l'on applique l'outil 1
sur la coque C, la face inférieure 30 d'application de chaque capteur 11 est
appliquée contre la coque C à l'encontre de la force exercée par les
ressorts 124 depuis l'embase 12 sur le capteur 11 guidé dans le trou 123.
Dans les différents modes de réalisation de l'outil 1, les moyens 16
ou 18 peuvent être creux et comporter des passages pour les connexions
extérieures de l'outil 1, à savoir dans les exemples décrits ci-dessous, les
lo tuyaux 20 d'alimentation en fluide des capteurs 11, les câbles 62
électriques des capteurs 11, le moyen 3 lorsqu'il est filaire, ainsi que cela
est représenté par exemple à la figure 4.
Dans le mode de réalisation de la figure 5 et dans le mode de
réalisation des figures 6 et 7, un capteur 11 comporte un boîtier 25
ls comportant une- face supérieure 27, la face inférieure 30 d'application
contre la coque C et une face latérale 28 s'étendant entre les faces
supérieure 27 et inférieure 30, le boîtier 25 étant par exemple de forme
générale cylindrique circulaire. Le boîtier 25 délimite une chambre dans
laquelle est fixé un organe 50 de mesure non destructif d'une grandeur
20 physique prédéfinie de la paroi de la coque C, comme par exemple son
épaisseur suivant la direction Z. Cet organe 50 de mesure comprend par
exemple un transducteur ultrasonore, formé par un élément piézo-
électrique convertissant un courant électrique en ondes de pression ainsi
que cela sera décrit ci-dessous, le capteur étant alors appelé palpeur
25 ultrasonore. L'organe 50 de mesure comporte une face inférieure de sortie
ou parlante 21, tournée vers la face inférieure 30 d'application, par laquelle
il émet les ondes vers cette face 30 et vers la coque C sous-jacente. Le
boîtier 25 comporte par exemple sur sa face latérale 28 un moyen 26 de
montage individuel à la deuxième extrémité 14 d'un bras 10, ce moyen 26
3 o de montage individuel étant par exemple un trou taraudé 26 permet de fixer
le capteur 11 au bras 10 qui le supporte. Des variantes pourront comporter
d'autres moyens de montage individuel sur les capteurs 11.
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Le boîtier 25 est aimanté ou comporte un aimant 29 pour maintenir
le capteur contre la coque C en acier par sa face 30. L'aimantation des
boîtiers des capteurs 11 assure leur adhérence et leur maintien en position
à la surface de la structure à contrôler lors de la mesure. L'aimant 29 est
par exemple prévu autour de l'organe 50, à proximité de la face inférieure
30.
Le capteur 11 comporte un patin inférieur 15 de glissement et de
protection, formant la face inférieure 30 d'application, qui permet au capteur
11 de glisser sur la coque C. Dans le cas particulier de l'emploi de palpeurs
1 o de contrôle non destructif par ultrasons, ces patins 15 seront
préférentiellement fixés sous le boîtier aimanté 25 des palpeurs 11 de
manière à ce que lesdits boîtiers 25, tout en étant retenus à la coque C par
leur aimantation, puissent glisser par leurs patins 15 sur cette coque C à
contrôler.
is Le patin 15 et la face inférieure 30 d'application comportent une
ouverture 24 située devant la face parlante 21 du capteur 11. La face
parlante 21 du capteur 11 est rigide et en retrait par rapport à la face
inférieure 30 d'application, ce retrait étant par exemple inférieur ou égal à
un millimètre.
20 On injecte un fluide F, comme par exemple de l'eau, dans l'ouverture
24 et l'espace 23 compris entre la face parlante 21 et la face 30
d'application. Le fluide F situé dans l'espace 23 permet la propagation des
ondes entre la face parlante 21 et la paroi de la coque C. Les patins 15
peuvent être constitués d'une matière suffisamment souple, par exemple un
25 feutre, pour être partiellement écrasés par la force magnétique du boîtier
25
aimanté le plaquant sur la coque C à contrôler, et jouer ainsi un rôle de
joint
retenant l'eau injectée dans l'espace 23 situé entre le capteur 11 et la
surface de la coque C à contrôler.
Un tuyau 20 extérieur d'injection amène un flux de fluide F dans
30 l'espace 23 entre la face parlante 21 du capteur 11 et la face inférieure
30
d'application vers la coque C à contrôler. Ce tuyau 20 est prévu pour
chaque capteur 11. Le tuyau 20 extérieur est par exemple raccordé à un
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trou d'amenée 51, prévu par exemple dans la face supérieure 27 du boîtier
25. L'organe 50 de mesure comporte par exemple une traversée étanche
52, qui va du trou supérieur 51 d'amenée jusqu'à l'ouverture 24 et l'espace
23 et dans laquelle est fixée l'extrémité du tuyau 20, par exemple environ à
5 mi-hauteur aux figures 5 et 6.
La pression du fluide injecté dans l'espace 23 à travers l'ouverture
inférieure 24 depuis le capteur 11 est suffisamment grande pour repousser
légèrement la face inférieure 30 et le patin 15 au-dessus de la paroi de la
coque C à l'encontre de la force d'aimantation du boîtier 25 sur cette paroi,
1o et créer un interstice entre la face inférieure 30 et la coque C, dans
lequel le
fluide F s'échappe ainsi que cela est représenté par les flèches à la figure
5. Le capteur 11 peut ainsi glisser sur le fluide passant entre cette face
inférieure 30 d'application et la coque C. Il se forme ainsi dans l'espace 23
et entre la face 30 d'application et la coque C un coussin de fluide, par
15 exemple d'eau, couplant et lubrifiant.
En variante, à la figure 6, le patin 15 comporte en plus un joint 19
faisant saillie de la face inférieure 30. Ce joint est par exemple en un
matériau souple tel qu'en caoutchouc.
Le boîtier 25 de chaque capteur ou palpeur 11 comporte un câble
électrique extérieur 62 pour la transmission des signaux entre des circuits
d'interface 33 d'une unité 100 du robot 2 ou de l'outil 1 et l'organe 50 de
mesure, ainsi que cela est décrit ci-dessous. Les organes 50 de mesure
ultrasonores sont traditionnellement fabriqués par de nombreux industriels,
dont par exemple la société IMASONIC S.A. ; 15, rue Alain Savary - 25000
Besançon - FRANCE. Par exemple, leur type ne sera pas de type à réseau
phasé et leur diamètre est choisi de l'ordre du centimètre. Des variantes
pourront comporter des palpeurs ultrasonores de géométries rectangulaire
ou circulaires et de dimensions comprises entre 0.5 centimètres et 10
centimètres selon la précision de mesure cherchée et le choix ou non
3 o d'utiliser des palpeurs à réseaux phasés. Le nombre des capteurs est
préférentiellement compris entre 8 et 64, ce qui donne à l'outil 1 une
largeur de mesure comprise entre 20 centimètres et 2 mètres.
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Les impulsions ultrasonores émises par les organes 50 des palpeurs
11 ont préférentiellement une fréquence centrale F0 de l'ordre de 5 MHz et
une bande passante B de l'ordre de 3 MHz. Pour améliorer la précision de
mesure, surtout dans le cas de structures métalliques, il sera possible, dans
une variante de l'invention, d'augmenter cette fréquence centrale F0 jusqu'à
MHz. De même, pour effectuer des mesures dans les matériaux plus
absorbants que l'acier comme les plastiques, les composites, le béton, il
sera préférable, dans une autre variante de l'invention, de réduire la
fréquence centrale FO à des valeurs plus petites, typiquement entre 100
1o kHz et 1 MHz pour augmenter l'énergie émise et mieux pénétrer ces
matériaux absorbants. La largeur de bande relative B/F préférée de
l'invention est comprise entre 40% et 60%.
La figure 8 représente un schéma fonctionnel de l'électronique de
l'unité 100. Cette unité 100 sert à la fourniture des données de mesure à
15 partir des capteurs 11. L'unité 100 peut être prévue sur l'outil déplacé à
la
main ainsi que cela est représenté à la figure 9, sur l'outil déplacé par le
robot ou sur le robot ainsi que cela est représenté à la figure 2. Les
circuits
d'interface 33 de l'unité 100 comportent un générateur 34 d'impulsions
électriques courtes I, d'amplitude préférentiellement supérieure à 200 Volts
2o et de durée préférentiellement inférieure à 100 nanosecondes, un
multiplexeur / démultiplexeur 35 commandé par un circuit d'adressage 36,
lui-même commandé par le calculateur 44, envoyant lesdites impulsions
électriques I séquentiellement vers tous les organe 50 des capteurs 11
de l'outil 1 à une vitesse de séquençage de l'ordre par exemple de 100
capteurs par seconde. A un instant donné, l'organe 50 d'un des capteurs 11
de l'outil 1 est sélectionné par le circuit d'adressage 36, reçoit l'impulsion
électrique I provenant du générateur 34 qui lui est acheminée par le
multiplexeur / démultiplexeur 35, et l'émet par sa face parlante 21 sous la
forme d'une impulsion ultrasonore de forme connue dans la paroi de la
coque C. Les signaux acoustiques provenant en écho de la paroi de la
coque C sont convertis par cet organe 50 du capteur 11 pendant les
quelques dizaines à quelques centaines de microsecondes suivant l'instant
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d'émission en signaux électriques 40, qui sont renvoyés par le câble 62 et
par le multiplexeur / démultiplexeur 35 vers un amplificateur 37. Puis, le
circuit d'adressage 36 fait commuter le multiplexeur / démultiplexeur 35 vers
le prochain capteur 11 de l'outil 1. Les signaux 40 amplifiés par
s l'amplificateur 37 sont transformés en signaux numériques par un
convertisseur analogique / numérique 38, dont ils sortent sous forme d'une
suite d'échantillons numériques codés de préférence sur plus de 10 bits et
à une fréquence d'échantillonnage de préférence supérieure à 10 MHz.
Ces échantillons numériques sortant du convertisseur 38 sont
lo préférentiellement traités numériquement par un circuit numérique 39 de
calcul dédié, pouvant être de type ASIC (Circuit intégré à application
spécifique), ou PLA (réseau logique programmable), ou DSP (processeur
numérique de signaux). Le circuit 39 extrait des échantillons numériques la
valeur de l'épaisseur de la paroi au point où était positionné le capteur 11 à
15 l'instant d'émission de l'impulsion ultrasonore. Une variante de
l'invention
consiste à stocker temporairement les échantillons numériques sortant du
convertisseur 38 dans une mémoire 45 puis de les faire traiter par le
calculateur embarqué 44. La valeur de l'épaisseur une fois calculée par le
circuit dédié 39 ou le calculateur 44 est transmise par le calculateur 44 au
20 moyen de l'émetteur 3 vers le calculateur distant 7.
Lorsque le calculateur 44 est prévu sur le robot 2, ce calculateur 44
reçoit du calculateur distant 7 via l'émetteur 71 et le récepteur 3 des ordres
de pilotage qu'il exécute par exemple en agissant sur ses moyens de
propulsion 55 et d'orientation 41. Le robot 2 peut être alimenté en énergie
25 par un câble électrique 46, et en fluide F pressurisé par un tuyau 47 pour
l'alimentation en eau des tuyaux d'injection d'eau 20 des capteurs 11.
