ENDOSCOPE ET PROCEDE POUR SON UTILISATION

Arrière-plan de l'invention La présente Invention concerne le domaine du contrôle de pièces mécaniques, et en particulier le contrôle de pièces mécaniques difficilement accessibles.

L'homme du métier connaît l'utilisation d'endoscopes pour le contrôle visuel de pièces mécaniques difficilement accessibles. Un endoscope, tel qu'utilisé dans la mécanique, le bâtiment, mais aussi la médecine,, comprend typiquement une tête endoscopique, un dispositif d'affichage d'images captées à travers ladite tête endoscopique, et un organe allongé relié à la tête endoscopique. Ainsi., la tête endoscopique peut être insérée à travers un orifice étroit et guidée moyennant l'organe allongé vers un sujet d ^' Inspection pour procéder à une inspection visuelle à travers la tête endoscopique et le dispositif d'affichage. On connaît, parmi ces endoscopes, des endoscopes rigides, mais aussi des endoscopes flexibles pour contourner des obstacles dans la trajectoire de la tête endoscopique. En outre, on connaît aussi des endoscopes optiques, dans lesquels la tête endoscopique est reliée au dispositif d'affichage par au moins une fibre optique transmettant directement la lumière captée par la tête endoscopique. et des endoscopes vidéo, dans lesquels la tête endoscopique comprend un capteur vidéo connecté; par connexion îllalre ou sans fl, au dispositif d'affichage. En outre, un tel endoscope est normalement aussi équipé d'un dispositif d'éclairage, bien directement sur la tête endoscopique, bien relié à celle-ci par au moins une fibre optique, permettant ainsi d'éclairer les sujets d'Inspection pour leur inspection visuelle.

Toutefois _, , dans certains cas, une simple inspection visuelle est insuffisante pour déterminer l'état d'intégrité d'une pièce mécanique. Ainsi, certains défauts cachés à une simple inspection visuelle peuvent être décèles grâce à un contrôle fréquence!, dit aussi « ping test », Dans un tel contrôle fréquentlel, te sujet d'inspection est soumis à au moins une impulsion pour déclencher une vibration et l'analyse des fréquences de cette réponse mécanique vibratoire permet de déceler d'éventuels défauts dans le sujet d'inspection ou simplement de caractériser ce sujet dd' ^' iinnssppeeccttiioonn.. DDaannss ssaa vveerrssiioonn llaa ppiluuss s siimmppllee,, uunn iinnssppeecctteeuurr ffrraappppee llééggèèrreemmeenntt llee ssuujjeett,, dd''iinnssppeeccttiioonn eett ééccoouuttee s iee ssoonn éémmiiss ppaarr cceelluuii--ccii eenn rrééppoonnssee..

TToouutteeffooiiss,, ddaannss ll''ééttaatt ddee llaa tteecchhnniiqquuee,, ppoouurr eeffffeeccttuueerr uunn tteell ccoonnttrrôôllee f frreéqquueennttiieell ssuurr uunnee p piièèccee ddiiffffiicciilleemmeenntt aacccceessssiibbllee,, iill eesstt ssoouuvveenntt nnéécceessssaaiirree ddee llaa ddéémmoonntteerr,, ccee qquuii ppeeuutt êêttrree ttrrèèss ccooûûtteeuuxx eenn tteemmppss eett mmaaiinn dd''œœuuvvrree.. E Enn oouuttrree,, l laa rrééaalliissaattiioonn dduu ccoonnttrrôôllee ffrreéqquueennttiieell ssuurr uunnee ppiièèccee ddéémmoonnttééee ppeeuutt nnuuiirree àà ssaa rreepprréésseennttaattiivviittéé,.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. En particulier, Sa présente divulgation vise à proposer un endoscope qui permette d'effectuer non seulement un contrôle visuel, mais aussi un contrôle fréquentiel d'une pièce difficilement accessible.

Dans au moins un mode de réalisation, ce but est atteint grâce au fait que la tête endoscopique de l'endoscope comprend un dispositif de contrôle fréquentiel comprenant au moins un capteur de vibrations, un élément de contact pour l'excitation mécanique d'un sujet de contrôle fréquentiel, et un actionneur pour impulser ledit élément de contact contre le sujet de contrôle fréquentiel.

Grâce à ces dispositions, cette tête endoscopique peut être guidée visuellement vers un sujet de contrôle fréquentiel difficilement accessible, pour mettre cette pièce à portée du capteur de vibrations et de l'élément de contact afin d'effectuer un contrôle fréquentiel de ce sujet.

Le dispositif de contrôle fréquentiel peut en particulier comprendre au moins un microsystème électromécanique, incluant le capteur de vibrations et/ou au moins l'actionneur de l'élément de contact pour l'excitation mécanique du sujet de contrôle fréquentiel, ce qui permet de limiter l'encombrement de la tête endoscopique afin de permettre son accès à des endroits particulièrement inaccessibles.

Pour permettre une capture particulièrement précise de la réponse vibratoire du sujet d'inspection, le capteur de vibrations peut notamment être un microphone.

Afin de permettre le contoumement d'obstacles dans la trajectoire de la tête endoscopique, l'endoscope peut être un endoscope flexible, c'est à dire un endoscope dont ledit organe allongé peut fléchir de, par exemple, au moins 30°. Alternativement, toutefois, l'endoscope peut être un endoscope rigide, c'est-à-dire un endoscope dont l'organe allongé ne peut pas fléchir de cette manière.

L'endoscope peut être un endoscope optique, c'est-à-dire un endoscope dans lequel la tête endoscopique est reliée au dispositif d'affichage d'images à travers au moins une fibre optique. Alternativement, toutefois, l'endoscope peut être un endoscope vidéo, c'est-à-dire un endoscope dans lequel la tête endoscopique comprend un capteur vidéo connecté au dispositif d'affichage dlmages.

Bien sûr, l'endoscope peut comprendre e outre un dispositif d'éclairage. En particulier, ce dispositif d'éclairage peut être monté directement sur la tête endoscopique, ou connecté à celle-ci à travers au moins une fibre optique.

Par ailleurs, Pactionneur peut être distinct du capteur de vibrations, mais peut également être combiné avec celui-ci, notamment si î'actionneur est un actionneur piézoélectrique, magnétique ou électromécanique. D'autre part, d'autres types d'actionneurs, notamment les actionneurs pneumatiques et les ressorts élastiques, peuvent: également être envisagés pour impulser le percuteur. L'actionneur peut être configuré pour effectuer une impulsion unique de l'élément de contact contre le sujet d'inspection, de manière à provoquer la réponse vibratoire du sujet par simple impact, ou bien générer une vibration de l'élément de contact, permettant ainsi une analyse de la réponse du sujet de contrôle fréquentiel à au moins une fréquence d'excitation prédéterminée,

Alternativement à l'incorporation de l'élément de contact et: l'actionneur sur la même tête endoscopique que le capteur de vibrations, la présente divulgation concerne aussi un ensemble comprenant un premier endoscope avec une tête endoscopique comprenant un dispositif de contrôle fréquentiel avec un capteur de vibrations,, un dispositif d'affichage dlmages captées à travers cette tête endoscopique, et un organe allongé relié à cette tête endoscopique, ainsi qu'un deuxième endoscope comprenant une tête endoscopique avec au moins un élément de contact pour l'excitation mécanique du sujet de contrôle fréquentiel, u actionneur pour l'Impulsion de l'élément de contact contre le sujet de contrôle fréquentiel, un dispositif d'affichage d'Images captées à travers la tête endoscopique du deuxième endoscope, et un organe allongé relié à la tête endoscopique dudit deuxième endoscope. Un unique dispositif peut éventuellement servir à l'affichage d ^' images du premier et du deuxième endoscope, de manière à rnutuaiiser des ressources,- et tant ie premier comme le deuxième endoscope peuvent être des endoscopes optiques ou vidéo, flexibles ou rigides. Tous tes types d'actionneurs susmentionnés sont également envisageables dans cette alternative.

L'invention concerne également un procédé d'utilisation de cet endoscope pour un contrôle fréquentiel d'un sujet d'inspection. Dans au moins un mode de réalisation ce procédé peut comprendre l'approche guidée de la tête endoscopique au sujet d'inspection, l'excitation du sujet d'inspection par impulsion de l'élément de contact, par l'actionneur, contre le sujet d'Inspection, afin de provoquer une réponse vibratoire, et la réception de iadite réponse vibratoire, à travers le capteur de vibrations. La réponse vibratoire captée par le capteur de vibrations peut ensuite faire notamment l'objet d'une analyse fréquentielle pour déterminer l'état d'intégrité du sujet d'inspection.

Brève description des dessins

L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de plusieurs modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs, La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :

- fa figure 1Â illustre schématiquement un endoscope suivant un premier mode de réalisation ;

· ^■■■ la figure 18 est une vue de détail de la tête endoscopique de l'endoscope de la figure 1A ;

-- les figures 2A à 2C illustrent: schématiquement des modes d'utilisation de l'endoscope de la figure 1A pour l'inspection de différentes pièces d'une turbomachine ;

- la figure 3 illustre schématiquement la tête endoscopique d'un endoscope suivant un deuxième mode de réalisation ;

- la figure 4 illustre schématiquement: la tête endoscopique d'un endoscope suivant un troisième mode de réalisation ; - la figure 5 illustre schématiquement la tête endoscopique d ^' un endoscope suivant un quatrième mode de réalisation ; et

- la figure 6 illustre schématiquement un ensemble d'un premier et un deuxième endoscope suivant un sixième mode de réalisation,

Description détaillée de l'Invention

Un endoscope 1 suivant un premier mode de réalisation est illustré sur les figures 1Â et 18. Cet endoscope 1 comprend une tête endoscopique 2, un dispositif d'affichage 3, et un organe allongé 4 en forme de tige reliant la tête endoscopique 2 au dispositif d'affichage 3 et permettant ilnsertfon de la tête endoscopique 2 dans des espaces étroits tout en affichant à un utilisateur à l'extérieur, à travers le dispositif d'affichage 3, des images captées à travers cette tête endoscopique 2. Dans le mode de réalisation illustré, cet organe allongé 4 est flexible., pouvant fléchir d'au moins 30°, et possiblement d'au moins 90°, entre ses deux extrémités, afin de pouvoir contourner des obstacles dans la trajectoire de la tête endoscopique 2, Dans des modes de réalisation alternatifs, toutefois, cet organe allongé peut être sensiblement rigide.

La tlgure 1B illustre une vue détaillée de la tête endoscopique 2 de l'endoscope i suivant ce premier mode de réalisation. Ainsi, l ^' endoscope 1 suivant ce premier mode de réalisation est un endoscope vidéo, et on peut donc apprécier sur la tête endoscopique 2 un capteur vidéo 5, qui peut être, par exemple, un capteur du type DTC {« dispositif à transfert de charge », aussi connu comme CCD suivant son acronyme anglais) ou CMOS (« complementary métal oxide semîconductor », c ^' est-à-dire semiconducteur à oxydes métalliques complémentaires), un dispositif d'éclairage 6, qui peut être, par exemple,, une diode électroluminescente,, ainsi qu'un dispositif de contrôle fréquentiel 7 comprenant un élément de contact 8, un actionneur 9 apte à impulser l'élément de contact 8 contre un sujet de contrôle fréquentiel, et un capteur de vibrations 10 apte à capter des vibrations du sujet de contrôle fréquentiel en réponse à son excitation mécanique par l'élément de contact 8, L'actionneur 9 peut être configuré pour effectuer une Impulsion unique de l'élément de contact 8 contre le sujet: de contrôle, de manière à exciter sa vibration par simple Impact, ou bien pour le mettre en vibration contre le sujet de contrôle, Le matériau de l'élément de contact: 8 peut être sélectionné en fonction de son utilisation, Ainsi, par exemple,, si le dispositif de contrôle fréquentiel 7 est configuré pour exciter la réponse vibratoire du sujet de contrôle par simple impact, l'élément de contact S peut être en un matériau comparativement dur, tel qu'une céramique ou un matériau métallique. Si par contre l'élément de contact 8 est destiné à transmettre une vibration de l'actlonneur 9 au sujet de contrôle fréquentiel, un matériau moins dur, comme notamment un élastomère ou autre polymère synthétique,, peut être utilisé pour cet élément de contact 8.

Dans ce premier mode de réalisation,, l'actlonneur 9 et le capteur de vibrations 10 sont deux microsystèmes électromécaniques distincts, L'actlonneur 9 peut être, par exemple, piézoélectrique, électrostatique, ou électromagnétique, tandis que le capteur de vibrations 10 est un microphone pouvant aussi être, par exemple, piézoélectrique, électrostatique, ou électromagnétique. Alternativement, toutefois, l'actlonneur 9 peut être un acttonneur pneumatique, tandis que Se capteur de vibrations 10 peut être un autre type de capteur de vibration avec ou sans contact, tel que, par exemple un accéléromètre ou vibromètre laser ou un microphone à fibre optique,

Le capteur vidéo 5 est connecté au dispositif d'affichage 3 à travers l'organe allongé 4, et l'actlonneur 9 et le capteur de vibrations 10 peuvent également être connectés, à travers cet organe allongé 4, à des dispositifs de, respectivement, commande et analyse de signaux (non illustrés), pour pouvoir déclencher une impulsion de l'élément de contacts contre le sujet de contrôle fréquentiel et ensuite analyser les vibrations de ce sujet de contrôle fréquentiel en réponse â cette Impulsion afin d'évaluer son intégrité. Ces connexions peuvent être filaires, par exemple électriques ou par fibre optique, ou bien sans fil, à travers des transpondeurs radio ou ultrasonîques, par exemple,

Ainsi, lors de son utilisation, la tête endoscopique 2 peut être introduite dans un espace restreint et difficilement accessible et guidée visuellement jusqu'au sujet de contrôle fréquentiel grâce aux images captées par le capteur vidéo 5 avec la lumière du dispositif d'éclairage 6. A proximité dudit sujet de contrôle fréquentiel, l'actlonneur 9 peut être activé pour Impulser Pélément de contact 8 contre le sujet: de contrôle fréquentiel. Des vibrations sont déclenchées dans le sujet de contrôle fréquentiei par cette impulsion, et ces vibrations sont captées par le capteur 10 afin d'être éventuellement transmises à travers l'organe allongé 4 pour leur analyse servant à déterminer {Intégrité du sujet de contrôle fréquentiei,

Les figures 2A à 2C illustrent des exemples d'application de ce!: endoscope et procédé de contrôle fréquentiei dans l'inspection de pièces difficilement accessibles dans une turbomachine, plus spécifiquement un turbomoteur 20 comprenant un compresseur centrifuge 21, une chambre de combustion 22, une turbine axiale haute pression 23 solidaire en rotation du compresseur 21, une turbine axiale basse pression 24, un arbre de sortie de puissance 25 solidaire en rotation de la turbine axiale basse pression 24, et une transmission mécanique 26, reliée à l'arbre de sortie de puissance 25 et comprenant une suite de pignons 27 en engrènement.

Sur la figure 2Â, on voit ainsi l'utilisation de l'endoscope 1 dans le contrôle visuel et fréquentiei de pales du compresseur centrifuge 21. Pour cela, la tête endoscopique a été introduite à travers la prise d'air du turbomoteur 20 et guidée vers le compresseur centrifuge 21. A part l'inspection visuelle des pales du compresseur 21 à travers le dispositif d'affichage 3 de l'endoscope 1, l'utilisateur peut également effectuer un contrôle fréquentiei en activant l'actionneur 9 pour impulser l'élément de contact 8 contre chaque pale, déclenchant des vibrations qui seront: captées par le capteur de vibrations 10 pour ensuite être éventuellement analysées pour déceler des défauts qui ne seraient Indécelables par une simple inspection visuelle,

Sur la figure 2B, on voit l'utilisation de l'endoscope 1 dans le contrôle visuel et fréquentiei de paies de la turbine axiale haute pression 23. Pour cela, la tête endoscopique 2 a été introduite à travers l'échappement du turbomoteur 20 et sa turbine axiale basse pression 24 vers la turbine axiale haute pression 23, Le contrôle visuel et fréquentiei des pales de la turbine axiale basse pression 24 peut donc être effectué de manière analogue à celui des pales du compresseur 21 illustré sur la figure 2A.

Sur la figure 2C, on voit l'utilisation de l'endoscope 1 dans le contrôle visuel et fréquentiei d'un pignon 27 de la transmission mécanique 26, I i, après ouverture d'un couvercle d'inspection 28 dans Sa transmission mécanique 26, la tête endoscopique 2 y est introduite pour effectuer le contrôle visuel et fréquentie! du pignon 27, en conditions réelles d'engrènement, de manière analogue à ceux des pa es des figures 2A et 28,

Des modes de réalisation alternatifs sont également envisageables pour l'endoscope. Ainsi, sur la figure 3 est illustrée la tête endoscopique 2 d'un endoscope 1 suivant un deuxième mode de réalisation; dans lequel l'actionneur 9 et le capteur de vibrations 10 sont intégrés dans un seul microsystème électromécanique. Ainsi,, le même élément piézoélectrique,, électromagnétique ou électrostatique servant à impulser l'élément de contact 8 contre le sujet de contrôle fréquertiel sert aussi à capter ensuite la réponse vibratoire de ce suje de contrôle fréquentie!. Le reste des éléments de cet endoscope i sont équivalents à ceux du premier mode de réalisation et reçoivent donc les mêmes références numériques,

Dans les deux modes de réalisation précédents, l'élément de contact est solidaire de son actionneur, ce qui limite sa portée. Dans le troisième mode de réalisation illustré sur la figure 4, l'élément de contact 8 est formé par une bille, retenue dans la tête endoscopique 2, contre l'action d'un ressort formant l'actionneur 9, par un électroaimant 30. La désactlvation de cet électroaimant 30 provoque ainsi l'impulsion de l'élément de contact 8 contre le sujet de contrôle,, qu'il va impacter de manière à provoquer sa réponse vibratoire par simpie percussion ou impact» D'autres types d'açtionneurs, comme par exemple des actionneurs pneumatiques ou magnétiques, sont toutefois aussi envisageables alternativement à celui-ci. L ^' élément de contact S, même s'il peut s'éloigner de la tête endoscopique 2, reste toutefois attaché à celle-ci par un fil 31, évitant ainsi de contaminer l'espace dans lequel s ^' effectue l'inspection. Les autres éléments de l'endoscope 1 sont équivalents à ceux du premier mode de réalisation, et reçoivent en conséquence les mêmes références numériques,

Dans les trois modes de réalisation précédents, l'endoscope i est un endoscope vidéo. Il est toutefois également envisageable d'appliquer les mêmes principes à un endoscope optique, tel que celui du quatrième mode de réalisation, dont la tête endoscopique 2 est illustrée sur la figure 5. Ainsi, cette tête endoscopique 2 comporte non pas un capteur vidéo mais un objectif optique 40, relié au dispositif d'affichage à l'autre bout de l'organe allongé 4 par des fibres optiques 41, Ce dispositif d'affichage pourra donc être un simple viseur optique, Par ailleurs, pour limiter encore plus l'encombrement et la complexité de la tête endoscopique 2, le dispositif d'éclairage n'est pas monté sur celle-ci, mais aussi de l'autre bout de l'organe allongé 4, et l'organe allongé contient aussi d'autres fibres optiques 42 pour transmettre à la tête endoscopique la lumière émise par ce dispositif d'éclairage. Les autres éléments de cet: endoscope 1 sont équivalents à ceux du deuxième mode de réalisation, et reçoivent en conséquence les mêmes références numériques.

Par ailleurs, il n'est pas indispensable que l'endoscope soit flexible.

I! n'est pas non plus Indispensable que les moyens destinés à provoquer la réponse vibratoire soient installés sur la même tête endoscopique que le capteur de vibrations destiné à la capter. Ainsi, dans un sixième mode de réalisation illustré sur la figure 6, on utilise un ensemble de deux endoscopes 1 et 1Λ Le premier endoscope 1 est analogue à celui du premier mode de réalisation à part l'absence de l'élément de contact 8 et l'actionneur 9 sur sa tête endoscopique 2. En effet, ces éléments sont: rapportés sur la tête endoscopique 2' du deuxième endoscope 1% également analogue à celui du premier mode de réalisation sauf pour l'absence d'un capteur de vibrations. Il est ainsi possible, grâce à cet ensemble, de déclencher les vibrations du sujet de contrôle fréquentiel à un endroit, avec le deuxième endoscope l' et capter ces vibrations à un autre endroit, avec le premier endoscope 1. Le reste des éléments des premier et deuxième endoscopes 1, l' sont équivalents à ceux de l'endoscope 1 du premier mode de réalisation et reçoivent en conséquence les mêmes chiffres de référence.

Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est: évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. En particulier, même si les deux endoscopes de l'ensemble du sixième mode de réalisation sont analogues à celui du premier mode de réalisation, on peu aussi incorporer dans chacun d'entre eux des caractéristiques des autres modes de réalisation alternativement ou en complément à celles illustrées. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens iliustratif plutôt que restrictif,