La présente invention concerne un appareil de contrôle des défauts de pièces, notamment dans les pièces de fonderie, de métallurgie etc.. permettant en sortie de fabrication de trier les pièces comportant des défauts trop importants. L'appareil contrôle les défauts de matière qui ont une influence sur l'élasticité du matériau comme les variations de taux de nodularité des fontes à graphite sphéroidale ou les traitements thermiques, les défauts globaux de géométrie dus par exemple aux ouver¬ tures, à l'usure ou aux décentrage des moules, les défauts localisés comme les fissures, les retassures ... Plusieurs techniques existent déjà pour réaliser cette détection.

Il existe par exemple des systèmes de contrôle des pièces par résonance qui utilisent un marteau qui frappe sur la pièce, le son capté par un microphone ou par induction dans un solénαide est ensuite filtré pour sélectionner une des fréquences de résonance parmi l'ensemble des fréquences caractéristiques de la pièce, cette fréquence est ensuite comparée À un seuil déterminé.

Comme les fréquences de résonance sont fonction des variables telles que les caractéristiques du matériau, (coefficient d'élasticité et densité) , des formes ou des dimensions de la pièce et des défauts ponctuels, une méthode comme celle qui vient d'être décrite qui n'uti¬ lise qu'une seule des fréquences de résonance ne permet pas de déter¬ miner les différentes variables, puisqu'on obtient une seule équation a plusieurs inconnues . D'autre part la méthode qui consiste à exciter la pièce par choc pour en analyser le spectre a l'inconvénient d'être difficile a mettre en oeuvre dans un atelier car le signal à analyser est grandement perturbé par les paroles et les bruits ambiants, et il est difficile de mesurer les fréquences de résonances à faible surtension, car cette technique demanderait une analyse du signal par transformée de Fourier par exemple qui serait longue et coûteuse pour obtenir la précision requise.

Tenant compte de l'intérêt porté par les constructeurs de posséder un outil de contrôle fiable, rapide et automatisable, l'invention a pour but de fournir un appareil palliant les divers inconvénients précités, en excitant successivement les différentes résonances caractéristiques de la pièce pour en mesurer la fréquence et éventuellement la surtension et par un traitement des données recueil¬ lies qui conduit à obtenir les différentes caractéristiques de la pièce.

FEUILLE DE REMP ACEMENT

L'invention concerne plus précisément un appareil de contrôle de défauts de pièces, notamment dans des pièces de fonderie ou de métallurgie comportant une pluralité de couples excitateur de vibrations et capteur de vibration émises à partir d'une pièce dont il convient de mesurer les fréquences de résonance sonore pour en évaluer la qualité.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles: la figure l 'illustre sché atique ent un appareil conforme à l'invention, la figure 2 est un schéma illustrant un circuit de génération de mesure et de traitement conforme à l'invention. Pour plus de clarté les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. Comme le montre la figure 1, on dispose des couples d'excitateur et de capteur de vibration disposés près de la pièce (1) a contrôler par exemple (EAl, Ml et EA2, M2) .

Les excitateurs EAl, EA2 et les capteurs Mi, M2 sont reliés à un circuit (2) de génération de mesure et de traitement. Dans cet exemple ne sont représentés que deux couples d'excitateur et de capteur qui permettent par exemple de mesurer les modes de vibration verticaux pour EA2 et horizontaux pour EAl, mais il est possible d'étendre le procédé en ajoutant d'autres couples pour obtenir des modes de résonance en rotation par exemple.

La pièce (1) est posée sur un support (non représenté), et choisi de préférence dans une matière élastique qui n'amortit pas les vibrations, de telle sorte que la position du support par rapport aux noeuds de vibration devient moins critique.

Dans l'exemple décrit l'excitateur EAl et ou EA2 est un électroaimaπt dont la bobine (3) est parcourue par un courant, le capteur de vibra¬ tion Ml et ou M2 est un microphone, mais tout autre dispositif d'exci- tation mécanique et tout capteur de vibration conviennent, d'autant mieux que l 'excitateur et le capteur n'utilisent pas le même phénomène physique pour éviter un couplage direct entre l'excitateur et le cap¬ teur. Dans un exemple nullement limitatif on peut utiliser un excita¬ teur magnétique et un microphone à électret. On dispose plusieurs électroaimants à des endroits déterminés près de la pièce (1), ces endroits sont des ventres de vibrations, pour

FEU3LLE DE PΞJ^ LAÇSîîΛEM

obtenir le maximum de modes de résonances mécaniques et donc avoir le maximum d'informations indépendantes sur cette pièce (1). Chaque capteur Ml et ou M2 est dispose le plus près possible de l'exci¬ tateur auquel il est associé et dans le même sens. Afin d' obtenir un maximum de mesures dans le minimum de temps avec la meilleure précision possible et la meilleure insensibilité aux bruits ambiants on utilise la pièce (1) comme un élément de contrôle- de la fréquence d'un oscillateur dont on mesure la fréquence. Deux couples ⁽ EAl, Ml ⁾ et ⁽ EA2, M2) sont ici décrits mais comme cela a déjà été précédemment indiqué ce nombre de couple peut être augmenté. Comme le montre la figure 2 qui est l'illustration du circuit (2) de génération de mesure et de traitement de la figure 1, cet oscillateur est constitué de la pièce (l) à contrôler (non représenté sur la figure 1), qui se comporte comme un ensemble de filtres à bande passante étroite, que l'on stimule en vibration à un instant donné à l'une de ses fréquences, la vibration est captée par l'un des capteurs (Ml ou M2) sélectionné par un sélectionneur d'entrée SELE (10) selon que la borne d'entrée (a) où la borne (b) est sélectionnée. La sortie (50) du sélectionneur SELE (10) est reliée à un filtre programmable FILT (20) dont la bande passante est suffisamment large par rapport à celle de la pièce (1) pour ne pas en influencer la mesure. La sortie (51) du filtre (20) est reliée à la borne (a) d'entrée du sélectionneur SEL0 (11) dont la sortie (52) est reliée à l'entrée d'un filtre FILT (21) du même type que celui du filtre FILT (20). La sortie (53) du filtre FILT (21) est reliée à l'entrée d'un déphaseur programmable DEPH (30), dont la sortie (54) est reliée à un amplificateur de puissance AMPL (40) programmable en niveau. La sortie (55) de cet ampli icateur est reliée à l'entrée d'un sélectionneur de sortie SELS (12) dont la borne de sortie (a) est reliée à l'excitateur EAl, la deuxième borne de sortie (b) est reliée à 1 'excitateur EA2.

Dans la figure 2 on a représenté le cas ou les sélectionneurs SELE (10) et SELS (12) sélectionnent respectivement le capteur Ml et l'excitateur EAl qui fait vibrer la pièce (l),la vibration recueillie par le capteur Ml est ainsi filtrée par les filtres FILT (20) et FILT (21) puis dépha- sée par DEPH (30) et amplifiée par AMPL (40). Cette chaîne constitue un

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oscillateur dont la fréquence est caractéristique de celle de la réso¬ nance de la pièce (1) si la fréquence centrale des filtres est centrée sur la fréquence de la résonance sélectionnée de la pièce ⁽ 1 ⁾ et si la phase de toute la chaine a été compensée par le déphaseur DEPH (30). Un microcalculateur (60) ou microprocesseur est relié de manière clas¬ sique aux commandes des sélectionneurs SELE (10) et SELS (12) pour choisir l'un des modes de résonance, dans notre exemple décrit il permet de choisir entre les modes horizontaux et verticaux selon que les contacts (a) ou (b) sont fermés. Le microcalculateur ⁽ 60) est également relié aux commandes de program¬ mation des filtres FILT (20) et FILT (21) par la liaison (71) ce qui permet de sélectionner une des fréquences parmi l'ensemble des fré¬ quences de la pièce (1). Le microcalculateur ⁽ 60) est relié à la commande de phase du déphaseur programmable DEPH (30), par la commande (72) ce qui permet de compenser les déphasages des différents éléments de la chaine, déphasages provo¬ qués en particulier par le temps de propagation du son dans l'air, par le capteur et par l'excitateur concerné. Un fréquencemètre ⁽ 80) a son entrée reliée par exemple à la sortie du filtre FILT (21) et sa sortie (73) reliée au microcalculateur (60).

Le icrocaiculateur (60) est relié (liaison 75) d'une part à un conver¬ tisseur numérique analogique CNA (90) dont la sortie (74) est reliée à la commande de niveau de l'amplificateur AMPL (40). D'autre part ce microcalculateur (60) est relié à la sortie d'un convertisseur analo- gique numérique CAN (71) par la liaison (76), dont l'entrée est reliée à la sortie ⁽ 51) du premier filtre FILT (20), ce qui permet d'une part de programmer une montée rapide du niveau de vibration en programmant au début d'un cycle de mesure une forte amplitude d'excitation, puis lorsque le niveau de vibration de la pièce (1) mesuré par le CAN (91) est suffisant, le microcalculateur (60) diminue le niveau de l'excita¬ tion. Ceci constitue un asservissement du niveau de la vibration de la pièce ⁽ 1) pour obtenir un niveau sonore suffisamment fort pour pouvoir mesurer la fréquence mais limité pour pouvoir passer rapidement à une prochaine mesure sur une autre fréquence de résonance. La commande ⁽ 77 ⁾ du sélectionneur SEL0 (11) est reliée au microcalcu¬ lateur ⁽ 60). Dans la figure 2 ce sélectionneur (11) est représenté en

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position fermée sur la borne d'entrée (a) ce qui permet d'obtenir une chaine bouclée pendant la mesure de la fréquence.

Pour faciliter le démarrage de l'oscillation et donc accélérer les vitesses de mesure, la borne d'entrée (b) du sélectionneur SELO (11) est reliée durant cette phase de démarrage a la sortie (53) du filtre

FILT (21) tandis que la borne (a) est déconnectée. Du fait de cette opération le filtre FILT (21) constitue ainsi un oscillateur dont le signal de sortie amplifié va exciter la pièce (1) et aider le démarrage de l 'oscillation. Dès que le niveau mesuré par le convertisseur analo- gique numérique CAN ⁽ 91 ⁾ est suffisamment fort on remet SELO (11) dans sa première position. Cette opération permet d'éviter la mise en oeuvre d 'un générateur auxiliaire. Les deux solutions pouvant être l'une et

1 'autre envisagées.

Le microcalculateur (60) programme les fréquences successives en fonc- tion des modes préalablement choisis des filtres FILT (20) et (21), la phase du déphaseur DEPH (30) et fait la saisie des différentes fréquences de résonances par le fréquencemètre (80) pour les différents couples d'excitateur et de capteur concernés. L'ensemble des résultats des mesures est ensuite traité par le calculateur a l'aide d'un modèle mathématique qui est spécifique à chaque type ou série de pièces.

A ce microcalculateur (60) sont connectés les périphériques habituels

( écran , clavier, mémoires ...) qui n'ont pas été représentés sur les figures.

Ce modèle mathématique a été au préalable déterminé sur un premier lot de pièces dont on mesure les paramètres caractéristiques par des méthodes habituelles, on note par exemple le coefficient d'élasticité, le poids, les défauts localisés.

Par le moyen de l'appareil on mesure les fréquences de résonances.

A l'aide d'une méthode statistique par exemple une méthode de régression linéaire on détermine les coefficients d'un système de 4 équations linéaires du type: dfl=all*dΕ+al2*dP+al3*dDl+al4*dD2 df2≈a21*dE+a22*dP+a23*dDl+a24*dD2 df3≈a31*dE+a32*dP+a33*dDl+a34#dD2 df4=a4l*dE+a42*dP+a43*dDH-a44*dD2

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ou dfl à df4 représentent les écarts de fréquence par rapport aux fréquences nominales de quatre modes de résonance, dE,dP,dDl ,dD2 représentent les écarts des caractéristiques d'une pièce

(1) par exemple respectivement les écarts du module d'élasticité, les écarts de poids, un premier défaut localisé, un deuxième défaut localisé, ail a a44 représentent les coefficients de sensibilité de chaque caractéristique de la pièce ⁽ 1) pour l'une des fréquences de résonance.

Ce système d'équation peut être représenté sous forme matricielle par:

soit : (VECTEUR DES FREQUENCES)=(MATRICE ai j) * (VECTEUR DES CARACTERISTIQUES DE PIECE). En choisissant convenablement les modes de fréquences de résonances il est possible d'obtenir une MATRICE aij non dégénérée qui soit inversible : (MATRICE bij)= inverse (MATRICE aij). D'au 1 'équation (2) : (VECTEUR DES CARACTERISTIQUES DE PIECE)=(MATRICE bij) * (VECTEUR DES FREQUENCES). Soit l'équation (3):-

On est alors en possession des éléments qui permettent la mise en route du contrôle de série. L'appareil de contrôle mesure pour chaque pièce (1 ⁾ , les fréquences de résonance ou les écarts dfl à df4 , il utilise le système d'équation (3) pour obtenir les caractéristiques dE,dP,dDl, dD2 qui sont comparées à des seuils établis à la demandes de l'utili¬ sateur pour accepter ou refuser la pièce (1).

Dans cet exemple nous avons montré un système de 4 équations à 4 inconnues, mais le raisonnement est identique pour des systèmes d'ordre différent. L'appareil peut être couplé à un automatisme de chargement et d'éjection des pièces qui permet de faire du contrôle de grandes séries.

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