CAPTEUR PIEZO-ELECTRIQUE MULTI-ELEMENT OPTIMISE L'invention concerne un transducteur ultrasonique et un procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de soudure.The invention relates to an ultrasonic transducer and a method for ultrasonic testing of a weld zone.
L'invention concerne plus particulièrement le domaine de la soudure automobile, notamment la soudure par points pour lier des tôles de diverses épaisseurs, qu'il s'agisse de tôles de structure ou de tôles de carrosserie. Il est connu d'utiliser le contrôle non destructif 10 par ultrasons pour contrôler la qualité des points de soudure lors de l'assemblage de tôles entre elles. Le contrôle s'effectue généralement en ligne et permet de détecter la présence de défauts dans les points de soudure et de mesurer la dimension de ces points qui présentent une 15 forme généralement symétrique et le plus souvent ovoïde. On connaît le dispositif de contrôle par ultrasons RSWA (« Resistance Spot Weld Analyser ») de la société TESSONICS qui comprend un transducteur multiéléments comportant une pluralité de capteurs à ultrasons 20 élémentaires agencés selon une matrice pour l'inspection non destructive des points soudés. Ce transducteur peut comporter 15 x 15 capteurs à ultrasons élémentaires, par exemple. Ces capteurs à ultrasons élémentaires ou éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores peuvent à la fois 25 émettre et recevoir des ultrasons. Ce sont généralement des capteurs piézo-électriques convertissant une onde ultrasonore en courant électrique et vice-versa. Ce dispositif de contrôle par ultrasons permet une analyse quasiment en temps réel et de réaliser une cartographie de 30 la zone de soudure. Ce type de dispositif de contrôle par ultrasons présente cependant des inconvénients tels qu'un coût important dû à un nombre important de capteurs élémentaires sur le transducteur. Ce nombre important de capteurs élémentaires nécessite un système de pilotage du capteur lourd et complexe ainsi qu'un système de traitement de données puissant. Ce type de dispositif de contrôle par ultrasons peine à restituer des résultats en temps réel, du fait des temps de traitement longs. De plus, les capteurs élémentaires présentent une taille trop importante, de sorte que le capteur multiéléments dans son ensemble ne donne pas une précision meilleure qu'un capteur mono-élément sur les points de soudure d'une caisse automobile. Par conséquent, c'est un dispositif de contrôle difficile à déployer dans certains secteurs, notamment sur une chaîne de soudure de caisses automobiles. On connait des documents US 2008/ 245150, US 2007/ 282543 et US 4 694 434 des dispositifs avec des capteurs formant de matrices.The invention relates more particularly to the field of automotive welding, including spot welding to bind sheets of various thicknesses, whether structural sheets or body sheets. It is known to use non-destructive testing 10 by ultrasound to control the quality of the weld points during the assembly of sheets together. The control is generally carried out in line and makes it possible to detect the presence of defects in the weld points and to measure the dimension of these points, which have a generally symmetrical and most often ovoid shape. The ultrasonic testing device RSWA ("Resistance Spot Weld Analyzer") of the company TESSONICS is known which comprises a multi-element transducer comprising a plurality of elementary ultrasonic sensors arranged in a matrix for the non-destructive inspection of the welded points. This transducer may comprise 15 x 15 elementary ultrasonic sensors, for example. These elementary ultrasonic sensors or ultrasonic wave transmitter / receiver elements can both transmit and receive ultrasound. These are usually piezoelectric sensors converting an ultrasonic wave into an electric current and vice versa. This ultrasonic testing device allows almost real-time analysis and mapping of the weld area. This type of ultrasonic testing device, however, has drawbacks such as a significant cost due to a large number of elementary sensors on the transducer. This large number of elementary sensors requires a heavy and complex sensor control system as well as a powerful data processing system. This type of ultrasonic control device has difficulty in rendering results in real time, because of the long processing times. In addition, the elementary sensors have a size too large, so that the array sensor as a whole does not give better accuracy than a single-element sensor on the welding points of a car fund. Consequently, it is a control device which is difficult to deploy in certain sectors, in particular on a chain of welding of automobile boxes. Document US 2008/245150, US 2007/282543 and US 4,694,434 are known devices with die forming sensors.
L'invention concerne un transducteur ultrasonique pour le contrôle par ultrasons d'une zone de soudure, ledit transducteur comprenant une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de soudure, à 25 recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de soudure. Ces éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores ont un coût relativement important, il est donc important d'en limiter le nombre tout en permettant une mesure optimisée. 30 L'invention vise ainsi à proposer un transducteur ultrasonique et un procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de soudure optimisée pour une utilisation dans une chaîne de soudure de caisses automobiles, nécessitant un nombre limité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores tout en permettant des mesures fiables. Le transducteur ultrasonique selon l'invention est 5 destiné au contrôle par ultrasons d'une zone de soudure, ledit transducteur comprend une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de soudure et à recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de 10 soudure, les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores sont agencés de façon à obtenir un transducteur ultrasonique avec une surface de détection formée par au moins deux ensembles d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores qui s'étendent suivant au moins deux directions 15 différentes (X, Y) , chaque ensemble d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores comprend au moins un alignement d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores, il est caractérisé en ce qu'au moins un élément émetteur/récepteur d'ondes ultrasonores est disposé 20 à l'intersection des deux directions. La position d'un élément émetteur/récepteur au centre, soit à l'intersection des deux directions, permet, dans le cas d'un point de soudure, de détecter la présence d'une retassure au centre du point soudé. 25 Selon une première variante, les deux ensembles d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores s'étendent suivant deux directions (X, Y) perpendiculaires. Selon une deuxième variante, le transducteur comprend trois ensembles d'éléments émetteurs/récepteurs 30 d'ondes ultrasonores s'étendant suivant trois directions (X, Y, Z) différentes et sécantes en un même point. Le point d'intersection des trois droites constitue alors le centre où est placé au moins un élément émetteur/récepteur. Selon une disposition particulière, les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores constituent au 5 moins une ligne continue. Une ligne continue permet de mesurer selon une direction donnée la qualité de la soudure. Selon une autre disposition, les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores constituent au moins une ligne discontinue. Il est ainsi possible de 10 limiter le nombre d'éléments émetteurs/récepteurs, tout en pouvant mesurer de façon satisfaisante une direction donnée. Ceci permet de réduire le cout du transducteur. L'invention concerne également un procédé de contrôle par ultrasons d'une zone de soudure avec un 15 dispositif ultrasonique comprenant un transducteur muni d'une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores, ledit procédé comprenant: - une étape de positionnement du transducteur en regard de la zone de soudure, 20 - une étape d'émission d'ondes ultrasonores par les éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores en direction de la zone de soudure, générant des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de soudure, - une étape de réception par les éléments 25 émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores desdites ondes ultrasonores réfléchies, et une étape de traitement des ondes ultrasonores réfléchies, il est caractérisé en ce que le transducteur présente au moins une des caractéristiques précédentes. 30 D'autres avantages pourront encore apparaître l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre d'exemple : - La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de contrôle par ultrason lors de l'inspection 5 d'un point de soudure - Les figures 2 et 3 représentent schématiquement des variantes de transducteur en forme d'étoile avec au moins une ligne continue, - Les figures 4 et 5 représentent d'autres variantes 10 en forme d'étoile avec au moins une ligne discontinue, Les figures 6 à 9, représentent encore d'autres variantes d'étoile avec des lignes composées de plusieurs alignements continus ou discontinus, Les figures 10 et 11 montrent d'autres variantes 15 avec des éléments émetteur/récepteur disposés de façon alignée, - Les figures 12 et 13 représentent schématiquement des variantes de transducteurs en forme de croix. La figure 1 représente schématiquement un dispositif 20 de contrôle par ultrasons lors de l'inspection d'une zone de soudure. Plus particulièrement, ce dispositif est utilisé pour le contrôle de défaut sur des points de soudure. Ces points de soudure ont un diamètre maximal de 9 mm environ. Le dispositif de contrôle par ultrasons comprend un 25 transducteur ultrasonique 1 comprenant une pluralité d'éléments émetteurs/récepteurs 3 d'ondes ultrasonores destinés à émettre des ondes ultrasonores en direction de la zone de soudure 2 et à recevoir des ondes ultrasonores réfléchies sur la zone de soudure 2. Les éléments 30 émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores 3 sont des vibrateurs piézo-électriques disposés dans une matrice ou en forme de réseau. Chaque élément du transducteur fonctionne à la fois en tant qu'émetteur de l'onde ultrasonore et récepteur de l'écho ultrasonore. Le transducteur ultrasonique 1 est relié à un boîtier électronique 9 par des moyens de liaison souples 10. Ce boîtier électronique 9 comprend des moyens d'alimentation du transducteur, un circuit de détection de signaux pour recevoir un écho d'onde ultrasonore réfléchie sur la zone de soudure 2 et le transformer en signal électrique, un processeur de signaux pour traiter le signal électrique détecté et le mettre en corrélation avec le réseau d'éléments émetteurs/récepteurs 3 maillés dans la zone d'image tridimensionnelle de l'objet à contrôler, ce qui génère des données d'image tridimensionnelle, et un processeur d'affichage pour détecter la taille/position de la zone de soudure 2 et la taille/position d'un défaut de soudure à partir de la répartition de l'intensité des données d'image tridimensionnelle générées par le processeur de signaux et afficher le résultat de la détection et les données d'image tridimensionnelle provenant du processeur de signaux. Le dispositif de contrôle par ultrasons s'applique à toute inspection (point soudé, retassure, inclusion, etc...) et plus particulièrement à l'inspection d'objets ayant une forme symétrique telle qu'ovoïde par exemple. Il s'applique de préférence à des objets de dimension maximale de 9 mm mais peut s'appliquer à des objets plus grands. Pour les zones de soudure présentant une certaine symétrie, comme dans le cas d'un point soudé, il permet de déterminer les dimensions de ce point. Les éléments émetteurs/récepteurs 3 d'ondes ultrasonores sont agencés de façon à obtenir un transducteur ultrasonique 1 ayant une surface de détection 4 formant un motif d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores en forme de croix, comme illustré par les figure 11 ou 12, ou d'étoile, comme illustré par les figures 2 à 10.An ultrasonic transducer for ultrasonic testing of a weld zone, said transducer comprising a plurality of ultrasonic wave emitter / receiver elements for emitting ultrasonic waves towards the weld zone, at 25 receive ultrasonic waves reflected on the weld area. These ultrasonic wave transmitter / receiver elements have a relatively high cost, so it is important to limit the number while allowing an optimized measurement. The invention thus aims at providing an ultrasonic transducer and a method of ultrasonic testing of an optimized welding zone for use in a welding chain of automobile boxes, requiring a limited number of wave transmitter / receiver elements. ultrasound while allowing reliable measurements. The ultrasonic transducer according to the invention is intended for ultrasonic testing of a welding zone, said transducer comprises a plurality of ultrasonic wave transmitter / receiver elements for emitting ultrasonic waves towards the welding zone and In receiving ultrasonic waves reflected on the solder area, the ultrasonic wave transmitter / receiver elements are arranged to obtain an ultrasonic transducer with a detection surface formed by at least two sets of transmitter / receiver elements. ultrasonic waves which extend in at least two different directions (X, Y), each set of ultrasonic wave transmitter / receiver elements comprises at least one array of ultrasonic wave transmitter / receiver elements, is characterized in that at least one ultrasonic wave transmitter / receiver element is disposed at the intersection of the two directions s. The position of a transceiver element in the center, at the intersection of the two directions, makes it possible, in the case of a weld spot, to detect the presence of a shrinkage at the center of the welded point. According to a first variant, the two sets of ultrasonic wave transmitter / receiver elements extend in two perpendicular directions (X, Y). According to a second variant, the transducer comprises three sets of ultrasonic wave transmitter / receiver elements extending in three different directions (X, Y, Z) intersecting at one and the same point. The point of intersection of the three lines then constitutes the center where at least one transmitter / receiver element is placed. According to one particular arrangement, the ultrasonic wave transmitter / receiver elements constitute at least one continuous line. A continuous line makes it possible to measure in a given direction the quality of the weld. According to another arrangement, the emitter / receiver elements of ultrasonic waves constitute at least one discontinuous line. It is thus possible to limit the number of transmitter / receiver elements while being able to satisfactorily measure a given direction. This reduces the cost of the transducer. The invention also relates to a method of ultrasonic testing of a welding zone with an ultrasonic device comprising a transducer provided with a plurality of ultrasonic wave transmitter / receiver elements, said method comprising: a positioning step the transducer facing the welding zone, a step of emitting ultrasonic waves by the ultrasonic wave emitter / receiver elements towards the welding zone, generating ultrasonic waves reflected on the welding zone, a step of reception by the ultrasonic wave emitter / receiver elements of said reflected ultrasonic waves, and a step of treatment of the reflected ultrasonic waves, it is characterized in that the transducer has at least one of the preceding characteristics. Other advantages may still be apparent to those skilled in the art on reading the examples below, illustrated by the appended figures given by way of example: FIG. 1 is a schematic view of a control device by ultrasonically in the inspection of a weld spot - Figures 2 and 3 show schematically star-shaped transducer variants with at least one continuous line, - Figures 4 and 5 show other variants 10 in The star shape with at least one dashed line. FIGS. 6 to 9 still show other star variants with lines consisting of several continuous or discontinuous alignments. FIGS. 10 and 11 show other variants with Transmitter / receiver elements arranged in an aligned manner, - Figures 12 and 13 schematically represent variants of cross-shaped transducers. FIG. 1 schematically represents an ultrasonic inspection device 20 during the inspection of a welding zone. More particularly, this device is used for the control of defect on welding points. These weld points have a maximum diameter of about 9 mm. The ultrasound control device comprises an ultrasonic transducer 1 comprising a plurality of ultrasonic wave transmitter / receiver elements 3 for emitting ultrasonic waves towards the weld zone 2 and for receiving ultrasonic waves reflected on the zone 2. The ultrasonic wave transmitter / receiver elements 3 are piezoelectric vibrators arranged in a matrix or in the form of a grating. Each element of the transducer functions as both an emitter of the ultrasonic wave and an ultrasound echo receiver. The ultrasonic transducer 1 is connected to an electronic box 9 by flexible connection means 10. This electronic box 9 comprises means for supplying the transducer, a signal detection circuit for receiving an ultrasound wave echo reflected on the zone welding 2 and converting it into an electrical signal, a signal processor for processing the detected electrical signal and correlating it with the network of mesh transmitter / receiver elements 3 in the three-dimensional image area of the object to be monitored, which generates three-dimensional image data, and a display processor for detecting the size / position of the weld zone 2 and the size / position of a weld defect from the data intensity distribution three-dimensional image generated by the signal processor and display the result of the detection and the three-dimensional image data from the processor of the ignaux. The ultrasonic testing device is applicable to any inspection (soldered point, shrink, inclusion, etc ...) and more particularly to the inspection of objects having a symmetrical shape such as for example. It is preferably applied to objects with a maximum dimension of 9 mm but can be applied to larger objects. For the weld areas having a certain symmetry, as in the case of a welded point, it allows to determine the dimensions of this point. The ultrasonic wave transmitter / receiver elements 3 are arranged to obtain an ultrasonic transducer 1 having a detection surface 4 forming a pattern of cross-shaped ultrasound wave transmitter / receiver elements, as illustrated by FIGS. or 12, or star, as illustrated in Figures 2 to 10.
La surface de détection 4 est formée par au moins deux ensembles 5a, 5b d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores s'étendant suivant au moins deux directions différentes (X, Y). Ces directions ne sont pas parallèles. Chaque ensemble 5a, 5b d'éléments émetteurs/récepteurs d'ondes ultrasonores comprend au moins un alignement 6 d'éléments émetteurs/récepteurs 3 d'ondes ultrasonores. Les ensembles 5 sont alignés selon plusieurs directions, et peuvent être constitués d'une rangée unique (figures 2 à 5) ou de plusieurs en quinconce (figures 6 à 9), ou en rang (figures 9 à 12). Dans l'exemple illustré figure 2, la surface de détection 4 est constituée de cinq ensembles 5a, 5b, 5c, 5d et 5e constituant trois alignements 6a, 6b et 6c suivant trois directions différentes (X, Y et Z), définissant une surface de détection 4 en forme d'étoile. L'ensemble 5a constitue un alignement 6a continu, tandis que les ensembles 5c et 5d forment l'alignement 6b discontinu et les ensembles 5b et 5e forment l'alignement 6c discontinu. Dans cet exemple la zone centrale n'est couverte que par un nombre limité d'éléments émetteurs/récepteurs 3 placés au milieu de l'alignement 6a. A la figure 3, les alignements 6a et 6b sont continus, ils sont formés chacun par un seul ensemble 5a ou 5c. Ici, la partie centrale est couverte d'un nombre plus important d'éléments émetteurs/récepteurs 3 que dans l'exemple de la figure 2.The detection surface 4 is formed by at least two sets 5a, 5b of ultrasonic wave transmitter / receiver elements extending in at least two different directions (X, Y). These directions are not parallel. Each set 5a, 5b of ultrasonic wave transmitter / receiver elements comprises at least one alignment 6 of emitter / receiver elements 3 of ultrasonic waves. The assemblies 5 are aligned in several directions, and may consist of a single row (Figures 2 to 5) or several staggered (Figures 6 to 9), or row (Figures 9 to 12). In the example illustrated in FIG. 2, the detection surface 4 consists of five assemblies 5a, 5b, 5c, 5d and 5e constituting three alignments 6a, 6b and 6c in three different directions (X, Y and Z), defining a surface sensor 4 in the form of a star. The assembly 5a constitutes a continuous alignment 6a, while the assemblies 5c and 5d form the discontinuous alignment 6b and the assemblies 5b and 5e form the discontinuous alignment 6c. In this example, the central zone is covered only by a limited number of transmitter / receiver elements 3 placed in the middle of the alignment 6a. In Figure 3, the alignments 6a and 6b are continuous, they are each formed by a single assembly 5a or 5c. Here, the central part is covered with a larger number of transmitter / receiver elements 3 than in the example of FIG.
Dans l'exemple de la figure 4, il y a sept ensembles 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f et 5g constituant trois alignements 6a, 6b et 6c. L'ensemble 5g se décompose en deux sous ensembles 5g et 5g'. Tous ces alignements sont discontinus, l'alignement 6a étant constitué des ensembles 5a, 5g' et 5f, l'alignement 6b des ensembles 5c, 5g et 5d et l'alignement 6c des ensembles 5 b et 5e. La partie centrale est ici constituée de l'ensemble 5g qui forme le croisement de deux sous ensembles 5g et 5g' appartenant à deux alignements différents 6a et 6b. A la figure 5, l'ensemble 5g n'appartient qu'à un seul alignement, l'alignement 6a. Les figures 6 et 7 reprennent les modes de réalisations des figures 2 et 3 mais avec des ensembles 5a, 5b, 5c et 5e constitués de plusieurs éléments émetteurs/récepteurs 3 alignés et disposés en quinconce. Les surfaces couvertes sont ainsi plus importantes. De la même façon, les figures 8 et 9 correspondent au figures 4 et 5 avec des ensembles 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f et 5g avec plusieurs éléments émetteurs/récepteurs 3 alignés et disposés en quinconce. Aux figures 10 et 11, les éléments émetteurs/récepteurs 3 sont alignés selon l'alignement 6a, 6b ou 6c et aussi selon une direction perpendiculaire à cet alignement. Dans cet exemple, la figure 10 est équivalente à la figure 6 avec des éléments émetteurs/récepteurs 3 alignés perpendiculairement au lieu d'être en quinconces, et la figure 11 correspond à la figure 9. Dans les exemples des figures 12 et 13, les éléments 30 émetteurs/récepteurs 3 sont disposés selon des alignements 6a et 6b perpendiculaires l'un par rapport à l'autre. Ils sont chacun composé de d'ensemble 5a et 5c pour l'alignement 6a, et, 5b et 5d pour l'alignement 6b. L'alignement 6a est continu sur la figure 13 et discontinu sur la figure 12.In the example of Figure 4, there are seven sets 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f and 5g constituting three alignments 6a, 6b and 6c. The assembly 5g is broken down into two subsets 5g and 5g '. All these alignments are discontinuous, the alignment 6a consisting of the sets 5a, 5g 'and 5f, the alignment 6b of the sets 5c, 5g and 5d and the alignment 6c of the sets 5b and 5e. The central part here consists of the assembly 5g which forms the crossing of two subsets 5g and 5g 'belonging to two different alignments 6a and 6b. In FIG. 5, the assembly 5g belongs to only one alignment, the alignment 6a. Figures 6 and 7 show the embodiments of Figures 2 and 3 but with assemblies 5a, 5b, 5c and 5e consist of several emitter / receiver elements 3 aligned and arranged in staggered rows. The covered surfaces are thus more important. In the same way, FIGS. 8 and 9 correspond to FIGS. 4 and 5 with assemblies 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f and 5g with several emitter / receiver elements 3 aligned and arranged in staggered rows. In FIGS. 10 and 11, the emitter / receiver elements 3 are aligned according to the alignment 6a, 6b or 6c and also in a direction perpendicular to this alignment. In this example, FIG. 10 is equivalent to FIG. 6 with emitter / receiver elements 3 aligned perpendicularly instead of being quincunxed, and FIG. 11 corresponds to FIG. 9. In the examples of FIGS. 12 and 13, FIGS. Transmitter / receiver elements 3 are arranged in alignments 6a and 6b perpendicular to one another. They are each composed of set 5a and 5c for alignment 6a, and 5b and 5d for alignment 6b. The alignment 6a is continuous in FIG. 13 and discontinuous in FIG. 12.