TITRE : SYSTEME DE CONTROLE NON DESTRUCTIF D’UNE PIECE A INSPECTER

La présente invention concerne un système de contrôle non destructif d’une pièce à inspecter.

Ainsi par exemple, l’invention permet la robotisation de contrôles non destructifs par ultrasons et/ou courants de Foucault.

Un tel système est adaptable à différentes formes et tailles de pièces, comme par exemple des surfaces planes, cylindriques ou encore des pales d’hélice, permettant d’obtenir une cartographie précise et complète des éventuels défauts dans un référentiel de la pièce.

On sait qu’il existe déjà dans l’état de la technique un certain nombre de systèmes qui permettent d’obtenir une telle cartographie des défauts d’une pièce lors d’examens non destructifs.

On peut par exemple citer des systèmes mécaniques dotés de roues avec des codeurs permettant de réaliser un examen non destructif afin d’obtenir une cartographie des défauts de la pièce.

On connait également des systèmes qui utilisent des techniques optiques pour localiser dans l’espace un capteur par rapport à la pièce et ainsi obtenir une cartographie de celle-ci.

Cependant, tous ces systèmes présentent un certain nombre d’inconvénients dans la mesure où ils sont dédiés à une application ou à une géométrie particulières et nécessitent une mécanisation spécifique.

De tels systèmes ne sont donc pas polyvalents.

Si un investissement peut être justifié dans des industries où des pièces sont fabriquées en grande série, ce n’est souvent pas le cas dans l’industrie de façon générale où l’occurrence des pièces est faible et les configurations de contrôle souvent très spécifiques.

Le but de l’invention est donc de proposer un tel système.

À cet effet l’invention a pour objet un système de contrôle non destructif d’une pièce à inspecter, caractérisé en ce qu’il comporte un robot muni d’un bras à au moins six degrés de liberté, dont une extrémité porte-outil est équipée de moyens de contrôle non-destructif de la pièce et en ce que le robot est associé en outre à des moyens de pilotage des déplacements de ce bras et donc des moyens de contrôle selon une trajectoire de contrôle pour cartographier la pièce et notamment ses éventuels défauts.

Suivant d’autres caractéristiques du système selon l’invention, prises seules ou en combinaison :

- les moyens de contrôle non-destructif comportent des moyens de contrôle par courant de Foucault ;

- les moyens de contrôle non-destructif comportent des moyens de contrôle par ultra-sons ;

- il comporte un calculateur de trajectoire des moyens de contrôle non-destructif ;

- le calculateur de trajectoire détermine la trajectoire à partir de la géométrie de la surface de la pièce à inspecter, de la trajectoire d’inspection à réaliser et de la configuration d’inspection à réaliser ; la géométrie de la surface de la pièce à inspecter se présente sous la forme d’un modèle paramétrique de la surface dont les paramètres ont été identifiés au préalable ;

- la géométrie de la surface de la pièce à inspecter se présente sous la forme d’une représentation surfacique en trois dimensions issue d’un processus de numérisation 3D de cette pièce ; la trajectoire de l’inspection à réaliser se présente sous la forme d’un modèle paramétrique ; la trajectoire de l’inspection à réaliser se présente sous la forme d’un ensemble de positions désirées dans l’espace des moyens de contrôle ; la configuration d’inspection à réaliser comporte une orientation relative entre les moyens de contrôle non-destructif et la pièce ;

- le calculateur de trajectoire génère une consigne de mouvement instantané du bras de robot et donc des moyens de contrôle non-destructif ;

- le robot est associé à un calculateur de cartographie des éventuels défauts de la pièce ;

- il comporte des moyens de localisation respective de la pièce et du robot pour prendre en compte la position relative de ceux-ci ;

- les moyens de localisation respective de la pièce et du robot comprennent des moyens optiques infra-rouges.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :

[Fig. 1 , 2, 3] les figures 1 , 2 et 3 illustrent un exemple de réalisation d’un système de contrôle non destructif d’une pièce à inspecter, cette pièce étant par exemple une pale d’hélice illustrée sur la figure 1 , une portion de pale illustrée sur la figure 2 ou encore une pièce tubulaire illustrée sur la figure 3 ;

[Fig. 4] La figure 4 présente un schéma synoptique illustrant des moyens de pilotage d’un tel système ;

[Fig. 5, 6, 7 et 8] Les figures 5, 6, 7 et 8 illustrent différentes trajectoires d’une tête d’inspection par exemple sur une pale d’hélice; et

[Fig. 9] La figure 9 illustre un schéma synoptique d’une tête d’inspection entrant dans la constitution d’un système selon l’invention.

Un tel système de contrôle doit permettre d’assurer : une localisation précise des défauts sur une pièce lors d’un examen non destructif, la réalisation d’un examen non-destructif avec un asservissement de position dans l’espace (position/orientation du capteur de contrôle non destructif par rapport à la pièce), la réalisation d’un examen non destructif de manière répétable, c’est-à-dire qui a la capacité de revenir sur un défaut pour approfondir l’examen et reproductible, c’est-à-dire qui ne dépend pas de l’opérateur, la réalisation d’un examen non destructif de manière exhaustive, c’est-à-dire avoir la certitude d’avoir examiné toute la surface de la pièce, d’avoir la capacité d’adaptation à différentes tailles et formes de pièces, c’est-à- dire de ne plus avoir besoin d’une mécanique particulière pour chaque type de pièce, d’avoir la capacité de s’adapter à la géométrie réelle de la pièce, c’est-à-dire prendre en compte la mesure de surface exacte, et que le système soit générique pour utiliser une chaîne d’acquisition standard du marché.

Ainsi, la solution proposée consiste par exemple à utiliser un robot industriel doté d’un bras par exemple à au moins six degrés de liberté, dont une extrémité porte-outils est équipée de moyens de contrôle non-destructif de la pièce, et est adaptée pour déplacer ceux-ci sur la pièce à contrôler.

En complément, des moyens de localisation respective de la pièce et du robot pour prendre en compte la position de ceux-ci, et comprenant par exemple des moyens optiques infrarouges, peuvent également être mis en œuvre.

Ceci permet par exemple de déplacer le robot et/ou la pièce au cours de l’inspection lorsque cette inspection ne peut pas être réalisée d’une seule fois. Cette solution de système de contrôle non-destructif permet alors d’automatiser les contrôles et peut s’adapter à différentes formes et tailles de pièces tout en permettant un encodage de la trajectoire d’inspection effectuée pour obtenir une cartographie précise des défauts.

La polyvalence de cette solution permet de combler les inconvénients de l’état de la technique.

Une telle structure de système de contrôle est par exemple illustrée sur les figures 1 , 2 et 3.

Sur ces figures, le robot est désigné par la référence générale 1 et comporte un bras à au moins six degrés de liberté, désigné par la référence générale 2.

L’extrémité porte-outils 3 du bras, est équipée de moyens de contrôle non destructif de la pièce, ces moyens étant désignés par la référence générale 4.

Comme cela sera décrit plus en détails par la suite, ces moyens de contrôle non destructif peuvent par exemple comporter des moyens de contrôle par courants de Foucault et/ou par ultrasons.

Ce système peut alors être utilisé pour inspecter par exemple une pale d’hélice, désignée par la référence générale 5 sur la figure 1 , ou une portion quelconque de pale désignée par la référence générale 6 sur la figure 2, ou encore une pièce tubulaire comme celle désignée par la référence générale 7 sur la figure 3.

Un tel système comporte un calculateur ou module de trajectoire des moyens de contrôle non destructif, ce calculateur de trajectoire déterminant la trajectoire à partir de la géométrie de la surface de la pièce à inspecter, de la trajectoire d’inspection à réaliser et de la configuration d’inspection à réaliser.

Ceci est par exemple illustré sur la figure 4, dans laquelle le calculateur ou module de trajectoire est désigné par la référence générale 10 et reçoit donc en entrée des données de trajectoire d’inspection à réaliser désignées par la référence générale 1 1 , des données de configuration d’inspection à réaliser désignées par la référence générale 12 et des données de géométrie de la surface de la pièce à inspecter désignées par la référence générale 13.

La géométrie de la surface de la pièce à inspecter peut se présenter par exemple sous la forme d’un modèle paramétrique de la surface dont les paramètres ont été identifiés au préalable.

Cette géométrie de la surface de cette pièce à inspecter peut également se présenter sous la forme d’une représentation surfacique en trois dimensions issue par exemple d’un processus de numérisation 3D de cette pièce. La trajectoire de l’inspection à réaliser se présente quant à elle par exemple sous la forme d’un modèle paramétrique.

Cette trajectoire d’inspection peut également se présenter sous la forme d’un ensemble de positions désirées dans l’espace des moyens de contrôle.

La configuration de l’inspection à réaliser comporte quant à elle par exemple une orientation relative entre les moyens de contrôle non destructif et la pièce.

Ce calculateur ou module de trajectoire a donc pour rôle de fusionner l’ensemble de ces données pour aboutir à un ensemble de transformation homogène adaptée à la forme de la pièce à inspecter, et compatible avec la stratégie d’inspection.

Comme cela a été indiqué précédemment, des moyens de localisation respective de la pièce et du robot pour prendre en compte la position relative de ceux-ci, peuvent également être mis en œuvre.

De tels moyens de localisation sont désignés par la référence générale 14 sur cette figure 4.

Ces moyens de localisation comprennent par exemple des moyens optiques infrarouges.

Le calculateur de trajectoire génère alors une consigne ou des ordres de mouvement instantané du bras du robot et donc des moyens de contrôle non destructif.

Ces ordres sont appliqués au système de contrôle/commande du robot désigné par la référence générale 15 sur la figure 4 et donc au robot désigné par la référence générale 16.

Toutes ces informations sont également envoyées à un module d’encodage de trajectoire réalisée, désigné par la référence générale 17 sur cette figure 4, qui permet de piloter en conséquence la chaîne d’acquisition et de contrôle non destructif désignée par la référence générale 18.

On conçoit alors que le système met en œuvre un robot industriel associé à des moyens de contrôle non destructif de la pièce, et qu’une trajectoire de déplacement de celui-ci est générée à partir de la surface réelle à inspecter et de la trajectoire d’inspection à réaliser.

En cas de besoin, le robot et/ou la pièce sont localisés dans l’espace et une consigne de mouvement est générée à chaque instant pour piloter les déplacements du robot en prenant en compte les différentes informations et la position courante du centre outil du robot.

La position courante du centre outil du robot et la connaissance de la surface à inspecter sont utilisées pour encoder le mouvement de manière unique, cet encodage étant transmis à la chaîne d’acquisition et de contrôle non destructif pour réaliser la cartographie de la pièce.

Bien entendu, différents calculateurs ou modules de génération de trajectoires peuvent être envisagés, que ceux-ci soient hors ou en ligne.

Les figures 5, 6, 7 et 8 illustrent différents cas concrets d’inspection.

Ainsi, la figure 5 illustre le cas de l’inspection d’un tuyau. Dans ce cas, la géométrie de la surface est un cylindre ajusté sur un tuyau réel à l’aide d’une mesure de point, par exemple par point palpé avec une pointe sèche en bout de robot.

La trajectoire d’inspection est par exemple une grille cylindrique avec un balayage suivant l’axe du cylindre, et la configuration d’inspection est une orientation du capteur de contrôle non destructif longitudinale à la tuyauterie et normale à la surface en utilisant un mécanisme de fixation adaptable permettant de garantir l’appui du capteur comme cela sera décrit plus en détails par la suite.

Les figures 6 et 7 illustrent l’inspection d’une pale d’hélice.

La géométrie de la surface est alors un maillage triangulaire surfacique issu d’une numérisation 3D de la pale.

La trajectoire d’inspection est une grille rectangulaire projetée sur la surface avec un balayage suivant l’axe de dépôt par exemple du procédé de fabrication additif par dépôt de fil, et la configuration d’inspection est une orientation du point milieu de deux sondes utilisées, par exemple par méthode TOFD, normale à la surface et un sens de déplacement avec une orientation des capteurs longitudinale au sens de déplacement et l’utilisation des mécanismes de fixation adaptable permettant de garantir l’appui des capteurs comme cela sera décrit plus en détails par la suite.

Sur la figure 8, on voit plus en détails la génération de trajectoire dans le cas d’une inspection d’une pale d’hélice.

Bien entendu, d’autres pièces peuvent être envisagées.

On conçoit donc que le module de pilotage du robot, c’est-à-dire de contrôle/commande de haut niveau, exploite la connaissance de la trajectoire désirée, la mesure de la position courante du centre outil du robot relativement à la pièce et des paramètres de configuration du mouvement c’est-à-dire par exemple de vitesse et d’accélération, pour engendrer une consigne de mouvement instantané qui soit compatible avec la capacité du robot et les exigences du procédé de contrôle non destructif.

La combinaison de ce mode de pilotage avec le mécanisme d’adaptation supportant le capteur et le robot qui est localement doté de capacités d’adaptation en temps réel lors de l’inspection, rendent le système tolérant à des erreurs entre le modèle et la réalité. Ainsi par exemple, un robot piloté à bas niveau à l’aide d’un contrôleur en position articulaire peut être envisagé. La consigne cartésienne de haut niveau est convertie en consigne articulaire par le biais d’un algorithme de cinématique inverse, puis injectée dans ce contrôleur à bas niveau à une fréquence déterminée.

Une fonction d’interpolation géodésique peut également être utilisée pour définir le mouvement entre deux transformations homogènes.

Ceci est particulièrement intéressant dans le cas d’une surface cylindrique, lorsque la grille d’inspection a un pas radial important car cela évite par exemple de traverser la matière.

Il est à noter que ce principe de pilotage permet, moyennant quelques adaptations, par exemple une utilisation d’une consigne externe issue d’un périphérique d’interaction utilisateur, de télé opérer le robot et d’envisager par exemple des scénarios d’usage suivants, à savoir : un pilotage télé opéré du robot en contraignant le robot à rester en contact avec la surface à inspecter ou un pilotage télé opéré du robot suivant une grille de contrôle en laissant à l’opérateur uniquement le pilotage du sens et de la vitesse de déplacement.

Le module d’encodage de position du capteur permet de transformer quant à lui la position dans l’espace du robot en information codeur exploitable par le procédé de contrôle pour engendrer la cartographie d’inspection.

Ce module est également en charge de faire communiquer le système robotique avec la chaîne d’acquisition et de contrôle, et notamment de synchroniser les échanges d’information entre les différents modules.

La cartographie est par exemple réalisée par un logiciel de pilotage de la chaîne d’acquisition, et le logiciel de pilotage permet d’exploiter des informations des codeurs dont la source de données est issue de trames réseaux.

Ceci permet d’injecter dans le système d’acquisition l’encodage de la position du capteur à partir de la position du robot.

Le module de localisation dans l’espace permet quant à lui de prendre en compte des situations où la pièce et/ou le robot sont mobiles.

Ceci peut être le cas lorsque la pièce à contrôler est plus grande que l’espace de travail effectif du robot, ou lorsqu’il peut être intéressant de déplacer la pièce et/ou le robot pendant l’inspection pour des problèmes d’accessibilité.

Un tel déplacement peut également être nécessaire au vu de la forme de la pièce, lorsqu’il est utile de la déplacer pour accéder à certaines zones de celle-ci. La combinaison de ces moyens de localisation et de la stratégie de pilotage du robot fait alors que l’inspection peut a priori se faire sur une pièce en mouvement et/ou avec un robot en mouvement.

On a illustré sur la figure 9 une structure de capteur qui peut être mise en œuvre dans un système tel que décrit précédemment.

Cette structure de capteur est désignée par la référence générale 20 sur cette figure, et celle-ci est alors fixée à l’extrémité du bras de robot décrit précédemment.

Plus particulièrement, cette structure de capteur comporte une tête de capteur désignée par la référence générale 21 associée à au moins un élément de capteur désigné par la référence générale 22, et cette tête de capteur est alors fixée à l’extrémité du bras porte-outil 3 du bras de robot 2 décrit précédemment.

En fait, et comme cela est représenté sur cette figure 9, la tête de capteur peut être associée à deux éléments de capteur 22 et 23 montés de façon symétrique sur cette tête.

Ces éléments de capteurs sont alors par exemple des éléments complémentaires permettant un contrôle non destructif d’une pièce, par exemple par ultrasons ou encore par courant de Foucault.

Chaque élément de capteur tel que par exemple l’élément désigné par la référence générale 22 sur cette figure 9, comporte alors un support sur lequel est fixé l’élément de capteur proprement dit.

Sur cette figure, l’élément de capteur est fixé sur un support désigné par la référence générale 24, articulé à une première extrémité d’un premier bras de support, désigné par la référence générale 25, dont la seconde extrémité est articulée, selon un axe perpendiculaire à l’axe d’articulation du support à sa première extrémité, à une première extrémité d’un second bras de support, désigné par la référence générale 26, dont l’autre extrémité est montée déplaçable à coulissement dans la tête de capteur 21 .

On notera que ce second bras de support 26 est associé à des moyens de sollicitation de celui-ci vers l’extérieur de la tête de capteur, ces moyens de sollicitation comprenant par exemple un ressort de type hélicoïdal, désigné par la référence générale 27, placé autour de ce bras et en appui sur celui-ci et sur la tête de capteur.

Les extrémités correspondantes des bras de support comportent alors par exemple des paliers correspondants de réception de façon articulée de ces extrémités des bras, et ces paliers d’articulation des bras peuvent être associés à des moyens de limitation du débattement angulaire des bras et du support les uns par rapport aux autres.

On conçoit alors qu’une telle structure permet une très bonne adaptation de ces moyens aux contrôles à effectuer, que ce soit pour tenir compte de la forme de la pièce, de la trajectoire de contrôle et autres. On conçoit également qu’un tel système permet de maîtriser le positionnement du capteur par rapport à la pièce lors de l’inspection, de réaliser une cartographie de l’inspection, et d’obtenir ainsi un moyen de contrôle exhaustif, répétable et reproductible.

Bien entendu, de très nombreux modes de réalisation possibles encore de ce système peuvent être envisagés.