WO2013057103A1 - Method and system for the laser-ultrasound-based control of parts having specular reflectivity - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of structural health control.
- the present invention relates more particularly to a system and method for ultrasonic laser testing of specularly reflective pieces.
- the method and system of the present invention are applicable in cases where diffuse reflectivity exists.
- a fundamental parameter is the reflectivity of the surface of the controlled part. This reflectivity has a directivity diagram specific to each coating at the wavelength of the laser considered.
- the light is reflected by the surface, more or less specularly depending on the nature of the surface (depending on the material used and roughness). To carry out ultrasound detection, it is necessary to collect some of this reflected light. The collected light is then directed to an interferometer whose response is analyzed by photodetectors.
- Non-destructive testing operations performed by laser ultrasound are generally performed with a detection laser whose power is controlled on the amount of light received at the input of the interferometer.
- a detection laser whose power is controlled on the amount of light received at the input of the interferometer.
- the photodetectors saturate, which makes the measurement difficult to exploit or totally unworkable.
- the reaction time of the power modulator can sometimes cause disturbances, the time that the power passes from the maximum position to minimum.
- the present invention intends to overcome the disadvantages of the prior art by proposing a method for measuring an unsaturated signal, even in the case of parts having a very specular surface.
- the present invention relates, in its most general sense, to a method of ultrasonic laser testing of specular reflectivity parts comprising:
- a step of measuring said detection laser reflected on said piece characterized in that said measurement is performed with two different collection angles, the collection axes being angularly offset and the method implementing two demodulation means.
- the principle of the double collection makes it possible to dispense with specular reflections that can saturate the detectors.
- said collection axes are angularly offset by an angle of between five and fifteen degrees.
- said two demodulation means are constituted by two interferometers.
- said two demodulation means consist of a double input interferometer.
- said interferometer is a Fabry-
- said interferometers are photorefractive crystal interferometers.
- said method generates two output signals, and these two output signals are digitized and stored.
- the present invention also relates to a laser ultrasound control system of specular reflectivity parts comprising:
- Means for measuring said detection laser reflected on said piece characterized in that said measurement is made with two different collection angles, the collection axes being angularly offset and said system further comprising two demodulation means.
- FIG. 1 illustrates the system according to the present invention.
- FIG. 1 shows a detection laser 10 reflecting on a part 20. A measurement with two different angles of collection is performed simultaneously. Thus, if one of the collection axes 51, 52 receives a specular reflection having the damaging effect of the saturation of the detector, then the other axis will see a diffuse reflection more conducive to a measurement. It is therefore fundamental that the two collection axes are angularly offset by an angle, preferably but not exclusively between five and fifteen degrees, but it is necessary that they observe the same point of measurement.
- interferometers may for example be confocal Fabry-Perot interferometers (that is to say interferometers equipped with two confocal mirrors used either in reflection or in transmission - the interfering wave with itself in a cavity and the intensity transmitted to the output in this type of interferometer depending on the wavelength of the incoming light), or photorefractive crystal interferometers.
- Both output signals 41 and 42 are digitized and stored. Finally, it is the signal from the unsaturated detector that will be retained for the measurement. The electrical signal obtained at the output is unsaturated.
- the system according to the present invention and the method according to the present invention are intended to be implanted in ultrasonic laser measurement systems.
- Collection optics must be duplicated and staggered. We then identify a main collection axis and a secondary collection axis.
- the collected light must be used in the same way as in the previous case with a simple collection, that is to say that the collected light is analyzed in an interferometer in order to convert the vibrations of the surface into an electrical signal which reflects the variations of the ultrasonic wave. This is applied on both collection axes.
- the signal obtained is digitized and stored. It follows an analysis of the saturation of the detectors and in case of saturation of the main detector, it is the signal from the secondary detector which is taken into account in the construction of cartographies.
- the light intensity varies as a function of the wavelength of the light beam analyzed.
- the wavelength is proportional to the speed of movement of the ultrasound. So, in case of movement of the surface that reflects the laser beam, the intensity varies.
- a photodiode is placed at the output of the interferometer, this photodiode allowing the conversion of photons into electrons, and thus an electrical signal is obtained.
- A-scan in the terminology of Non Destructive Testing or NDT
- the present invention applies advantageously, but not exclusively, to composite parts.
- This system can be completely transparent to the user. This is an improvement that can be integrated by Laser Ultrasonic Systems suppliers / integrators.
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Abstract
The invention relates to a method for the laser-ultrasound-based control of parts having specular reflectivity, said method comprising the steps of: generating a detection laser (10) to be reflected off a part (20), and measuring the detection laser (10) reflected off the part (20). The method is characterised in that the measurement is taken using two different collection angles, the collection axes being offset angularly, and using two demodulation means (31, 32). The invention also relates to a system for the laser-ultrasound-based control of parts having specular reflectivity.
Description
PROCEDE ET SYSTEME DE CONTROLE PAR ULTRASONS LASER DE PIECES A REFLECTIVITE SPECULAIRE METHOD AND SYSTEM FOR LASER ULTRASOUND CONTROL OF SPECULAR REFLECTIVITY PARTS
Domaine de l'invention Field of the invention
La présente invention se rapporte au domaine du contrôle de la santé des structures. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un système et à un procédé de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire. Le procédé et le système selon la présente invention s'appliquent dans les cas où il existe une réflectivité diffuse. Une technologie appelée Ultrasons Laser (« Laser Ultrasonics » ouThe present invention relates to the field of structural health control. The present invention relates more particularly to a system and method for ultrasonic laser testing of specularly reflective pieces. The method and system of the present invention are applicable in cases where diffuse reflectivity exists. A technology called Ultrasonic Laser ("Laser Ultrasonics" or
« Laser Based Ultrasound » en terminologie anglo-saxonne) est utilisée pour le contrôle. "Laser Based Ultrasound" is used for the control.
Etat de la technique State of the art
Lors du contrôle par ultrasons laser, un paramètre fondamental est la réflectivité de la surface de la pièce contrôlée. Cette réflectivité présente un diagramme de directivité propre à chaque revêtement à la longueur d'onde du laser considéré. La lumière est réfléchie par la surface, de façon plus ou moins spéculaire selon la nature de la surface (en fonction du matériau utilisé et de la rugosité). Pour réaliser la détection des ultrasons, il est nécessaire de collecter une partie de cette lumière réfléchie. La lumière collectée est ensuite dirigée vers un interféromètre dont la réponse est analysée par des photodétecteurs. During laser ultrasonic testing, a fundamental parameter is the reflectivity of the surface of the controlled part. This reflectivity has a directivity diagram specific to each coating at the wavelength of the laser considered. The light is reflected by the surface, more or less specularly depending on the nature of the surface (depending on the material used and roughness). To carry out ultrasound detection, it is necessary to collect some of this reflected light. The collected light is then directed to an interferometer whose response is analyzed by photodetectors.
Dans le cas d'une réflexion très spéculaire, la quantité de lumière reçue par les détecteurs peut provoquer une saturation de ces derniers, ce qui engendre des erreurs sur la mesure. Après la construction des cartographies
des pièces contrôlées, ces erreurs ne permettent pas d'effectuer un diagnostic fiable. In the case of a very specular reflection, the amount of light received by the detectors can cause a saturation of the latter, which leads to errors in the measurement. After the construction of the cartographies controlled parts, these errors do not allow a reliable diagnosis.
Aujourd'hui, les opérations de contrôles non destructifs réalisées par ultrasons laser sont généralement réalisées avec un laser de détection dont la puissance est asservie sur la quantité de lumière reçue à l'entrée de l'interféromètre. Dans le cas de surface très spéculaire, même à puissance minimale, il peut arriver que les photodétecteurs saturent, ce qui rend la mesure difficilement exploitable voire totalement inexploitable. De plus, le temps de réaction du modulateur de puissance peut parfois provoquer des perturbations, le temps que la puissance passe de la position maximale à minimale. Today, non-destructive testing operations performed by laser ultrasound are generally performed with a detection laser whose power is controlled on the amount of light received at the input of the interferometer. In the case of very specular surface, even at minimum power, it may happen that the photodetectors saturate, which makes the measurement difficult to exploit or totally unworkable. In addition, the reaction time of the power modulator can sometimes cause disturbances, the time that the power passes from the maximum position to minimum.
Exposé de l'invention La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé permettant de mesurer un signal non saturé, même dans le cas de pièces ayant une surface très spéculaire. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention intends to overcome the disadvantages of the prior art by proposing a method for measuring an unsaturated signal, even in the case of parts having a very specular surface.
A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire comportant : For this purpose, the present invention relates, in its most general sense, to a method of ultrasonic laser testing of specular reflectivity parts comprising:
• une étape de génération d'un laser de détection destiné à se réfléchir sur une pièce ; A step of generating a detection laser intended to reflect on a part;
• une étape de mesure dudit laser de détection réfléchi sur ladite pièce ; caractérisé en ce que ladite mesure est réalisée avec deux angles de collection différents, les axes de collection étant décalés angulairement et le procédé mettant en œuvre deux moyens de démodulation. A step of measuring said detection laser reflected on said piece; characterized in that said measurement is performed with two different collection angles, the collection axes being angularly offset and the method implementing two demodulation means.
Ainsi, le principe de la double collection permet de s'affranchir des réflexions spéculaires pouvant saturer les détecteurs.
De préférence, lesdits axes de collection sont décalés angulairement d'un angle compris entre cinq et quinze degrés. Thus, the principle of the double collection makes it possible to dispense with specular reflections that can saturate the detectors. Preferably, said collection axes are angularly offset by an angle of between five and fifteen degrees.
Selon un mode de réalisation, lesdits deux moyens de démodulation sont constitués par deux interféromètres. According to one embodiment, said two demodulation means are constituted by two interferometers.
Selon un mode de réalisation, lesdits deux moyens de démodulation sont constitués par un interféromètre à double entrée. Selon une variante, ledit interféromètre est un interféromètre de Fabry-According to one embodiment, said two demodulation means consist of a double input interferometer. According to one variant, said interferometer is a Fabry-
Pérot confocal. Perot confocal.
Selon une autre variante, lesdits interféromètres sont des interféromètres à cristaux photoréfractifs. According to another variant, said interferometers are photorefractive crystal interferometers.
Avantageusement, ledit procédé génère deux signaux en sortie, et ces deux signaux de sortie sont numérisés et stockés. Advantageously, said method generates two output signals, and these two output signals are digitized and stored.
La présente invention se rapporte également à un système de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire comportant : The present invention also relates to a laser ultrasound control system of specular reflectivity parts comprising:
• des moyens de génération d'un laser de détection destiné à se réfléchir sur une pièce ; Means for generating a detection laser intended to be reflected on a part;
• des moyens de mesure dudit laser de détection réfléchi sur ladite pièce ; caractérisé en ce que ladite mesure est réalisée avec deux angles de collection différents, les axes de collection étant décalés angulairement et ledit système comportant en outre deux moyens de démodulation. Means for measuring said detection laser reflected on said piece; characterized in that said measurement is made with two different collection angles, the collection axes being angularly offset and said system further comprising two demodulation means.
Brève description des dessins
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles : Brief description of the drawings The invention will be better understood by means of the description, given below purely for explanatory purposes, of one embodiment of the invention, with reference to the figures in which:
• la Figure 1 illustre le système selon la présente invention. • Figure 1 illustrates the system according to the present invention.
Description détaillée des modes de réalisation de l'invention La Figure 1 illustre le système selon la présente invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS OF THE INVENTION FIG. 1 illustrates the system according to the present invention.
Selon le principe de la détection des ultrasons par ultrasons laser, lorsqu'une surface bouge, il y a une présence d'ultrasons et la lumière du laser de détection est réfléchie par ladite surface et va porter une information de vitesse. La longueur d'onde est légèrement décalée si la surface bouge. Dans un interféromètre ou moyen de démodulation, on met en évidence le fait que l'intensité du signal transmis est directement proportionnelle à la variation de vitesse (effet Doppler). La Figure 1 représente un laser de détection 10 se réfléchissant sur une pièce 20. Une mesure avec deux angles de collection différents est réalisée simultanément. Ainsi, si l'un des axes de collection 51 , 52 reçoit une réflexion spéculaire ayant pour effet néfaste la saturation du détecteur, alors l'autre axe verra une réflexion diffuse plus propice à effectuer une mesure. Il est donc fondamental que les deux axes de collection soient décalés angulairement d'un angle a, de préférence mais non exclusivement comprise entre cinq et quinze degrés, mais il est nécessaire qu'ils observent le même point de mesure. According to the principle of ultrasound detection by laser ultrasound, when a surface moves, there is a presence of ultrasound and the detection laser light is reflected by said surface and will carry a speed information. The wavelength is slightly shifted if the surface moves. In an interferometer or demodulation means, it is highlighted that the intensity of the transmitted signal is directly proportional to the speed variation (Doppler effect). Figure 1 shows a detection laser 10 reflecting on a part 20. A measurement with two different angles of collection is performed simultaneously. Thus, if one of the collection axes 51, 52 receives a specular reflection having the damaging effect of the saturation of the detector, then the other axis will see a diffuse reflection more conducive to a measurement. It is therefore fundamental that the two collection axes are angularly offset by an angle, preferably but not exclusively between five and fifteen degrees, but it is necessary that they observe the same point of measurement.
Cette solution requiert également la mise en oeuvre de deux moyens de démodulation 31 , 32 représentés sur la Figure 1 , c'est-à-dire deux interféromètres ou bien un interféromètre à double entrée. Ces interféromètres peuvent par exemple être des interféromètres de Fabry-Pérot confocaux (c'est- à-dire des interféromètres équipés de deux miroirs confocaux utilisés soit en réflexion, soit en transmission - l'onde interférant avec elle-même dans une
cavité et l'intensité transmise à la sortie dans ce type d'interféromètre dépendant de la longueur d'onde de la lumière entrante), ou bien des interféromètres à cristaux photoréfractifs. Les deux signaux en sortie 41 et 42 sont numérisés et stockés. En final, c'est le signal issu du détecteur non saturé qui sera retenu pour la mesure. Le signal électrique obtenu en sortie est non saturé. Il n'y a plus d'éblouissement, contrairement à l'état de la technique. Ainsi, dans une grande majorité de cas d'application, on obtiendra en chaque point de mesure un signal qui ne sera pas saturé, ce qui ne pouvait être obtenu dans le cas d'une simple collection. En effet, grâce à la présente invention, si un angle de collection est dans le domaine spéculaire, l'autre angle de collection ne le sera pas puisque les deux angles sont décalés. This solution also requires the implementation of two demodulation means 31, 32 shown in Figure 1, that is to say two interferometers or a dual-input interferometer. These interferometers may for example be confocal Fabry-Perot interferometers (that is to say interferometers equipped with two confocal mirrors used either in reflection or in transmission - the interfering wave with itself in a cavity and the intensity transmitted to the output in this type of interferometer depending on the wavelength of the incoming light), or photorefractive crystal interferometers. Both output signals 41 and 42 are digitized and stored. Finally, it is the signal from the unsaturated detector that will be retained for the measurement. The electrical signal obtained at the output is unsaturated. There is no glare, unlike the state of the art. Thus, in the great majority of cases of application, one will obtain at each point of measurement a signal which will not be saturated, which could not be obtained in the case of a simple collection. Indeed, thanks to the present invention, if a collection angle is in the specular range, the other collection angle will not be because the two angles are offset.
Le système selon la présente invention et le procédé selon la présente invention sont destinés à être implantés dans les systèmes de mesure laser ultrasons. Les optiques de collection doivent être dupliquées et décalées. On identifie alors un axe de collection principal et un axe de collection secondaire. La lumière collectée doit être utilisée de la même façon que dans le cas antérieur avec une simple collection, c'est-à-dire que la lumière collectée est analysée dans un interféromètre afin de convertir les vibrations de la surface en signal électrique qui traduit les variations de l'onde ultrasonore. Ceci est appliqué sur les deux axes de collection. Le signal obtenu est numérisé et stocké. Il s'ensuit une analyse de la saturation des détecteurs et en cas de saturation du détecteur principal, c'est le signal issu du détecteur secondaire qui est pris en compte dans la construction de cartographies. The system according to the present invention and the method according to the present invention are intended to be implanted in ultrasonic laser measurement systems. Collection optics must be duplicated and staggered. We then identify a main collection axis and a secondary collection axis. The collected light must be used in the same way as in the previous case with a simple collection, that is to say that the collected light is analyzed in an interferometer in order to convert the vibrations of the surface into an electrical signal which reflects the variations of the ultrasonic wave. This is applied on both collection axes. The signal obtained is digitized and stored. It follows an analysis of the saturation of the detectors and in case of saturation of the main detector, it is the signal from the secondary detector which is taken into account in the construction of cartographies.
En sortie des deux moyens de démodulation 31 , 32 ou interféromètres, l'intensité lumineuse varie en fonction de la longueur d'onde du faisceau lumineux analysé. Or, La longueur d'onde est proportionnelle à la vitesse de déplacement des ultrasons. Donc, en cas de mouvement de la surface qui réfléchit le faisceau laser, l'intensité varie. Une photodiode est placée en sortie de l'interféromètre, cette photodiode permettant la conversion de photons en
électrons, et on obtient ainsi un signal électrique. Ainsi, on a un signal électrique en fonction du temps (« A-scan » dans la terminologie du Contrôle Non-Destructif ou CND), ce signal étant équivalent à ce qu'on obtient par une méthode conventionnelle de contrôle par ultrasons. At the output of the two demodulation means 31, 32 or interferometers, the light intensity varies as a function of the wavelength of the light beam analyzed. However, the wavelength is proportional to the speed of movement of the ultrasound. So, in case of movement of the surface that reflects the laser beam, the intensity varies. A photodiode is placed at the output of the interferometer, this photodiode allowing the conversion of photons into electrons, and thus an electrical signal is obtained. Thus, we have an electrical signal as a function of time ("A-scan" in the terminology of Non Destructive Testing or NDT), this signal being equivalent to that obtained by a conventional method of ultrasonic control.
La présente invention s'applique avantageusement, mais non exclusivement, à des pièces composites. The present invention applies advantageously, but not exclusively, to composite parts.
Les utilisateurs de ce système sont les techniciens en charge du contrôle qualité des fabrications. Cependant, ce système peut être entièrement transparent pour l'utilisateur. Il s'agit d'une amélioration qui peut être intégrée par les fournisseurs/intégrateurs de systèmes Laser Ultrasons. The users of this system are the technicians in charge of the quality control of the fabrications. However, this system can be completely transparent to the user. This is an improvement that can be integrated by Laser Ultrasonic Systems suppliers / integrators.
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.
The invention is described in the foregoing by way of example. It is understood that the skilled person is able to realize different variants of the invention without departing from the scope of the patent.
Claims
1 . Procédé de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire comportant : 1. A method of ultrasonic laser control of specular reflectivity parts comprising:
• une étape de génération d'un laser de détection (10) destiné à se réfléchir sur une pièce (20) ; A step of generating a detection laser (10) for reflection on a part (20);
• une étape de mesure du faisceau lumineux généré par ledit laser de détection (10) réfléchi sur ladite pièce (20) ; caractérisé en ce que ladite mesure est réalisée avec deux angles de collection différents, les axes de collection (51 , 52) étant décalés angulairement et le procédé mettant en œuvre deux moyens de démodulation (31 , 32) associés à des moyens de mesure disposés sur les deux axes de collection (51 , 52) ; A step of measuring the light beam generated by said detection laser (10) reflected on said piece (20); characterized in that said measurement is made with two different collection angles, the collection axes (51, 52) being angularly offset and the method implementing two demodulation means (31, 32) associated with measuring means arranged on the two collection axes (51, 52);
en ce que lesdits deux moyens de démodulation (31 , 32) sont constitués par un interféromètre à double entrée ; et in that said two demodulation means (31, 32) consist of a double input interferometer; and
en ce que ledit interféromètre est un interféromètre de Fabry-Pérot confocal. in that said interferometer is a confocal Fabry-Perot interferometer.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits axes de collection (51 , 52) sont décalés angulairement d'un angle (a) compris entre cinq et quinze degrés. 2. Method according to claim 1, characterized in that said collection axes (51, 52) are angularly offset by an angle (a) between five and fifteen degrees.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits deux moyens de démodulation (31 , 32) sont constitués par deux interféromètres. 3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that said two demodulation means (31, 32) consist of two interferometers.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits interféromètres sont des interféromètres à cristaux photoréfractifs. 4. Method according to claim 3, characterized in that said interferometers are photorefractive crystal interferometers.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il génère deux signaux (41 , 42) en sortie, et en ce que ces deux signaux de sortie (41 , 42) sont numérisés et stockés. 5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it generates two signals (41, 42) at the output, and in that these two output signals (41, 42) are digitized and stored.
6. Système de contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire comportant : 6. Ultrasonic laser control system of specular reflectivity parts comprising:
• des moyens de génération d'un laser de détection (10) destiné à se réfléchir sur une pièce (20) ; • means for generating a detection laser (10) for reflection on a part (20);
• des moyens de mesure du faisceau lumineux généré par ledit laser de détection (10) réfléchi sur ladite pièce (20) ; caractérisé en ce que ladite mesure est réalisée avec deux angles de collection différents, les axes de collection (51 , 52) étant décalés angulairement et ledit système comportant en outre deux moyens de démodulation (31 , 32) associés à des moyens de mesure disposés sur les deux axes de collection (51 , 52) ; • means for measuring the light beam generated by said detection laser (10) reflected on said workpiece (20); characterized in that said measurement is made with two different collection angles, the collection axes (51, 52) being angularly offset and said system further comprising two demodulation means (31, 32) associated with measuring means arranged on the two collection axes (51, 52);
en ce que lesdits deux moyens de démodulation (31 , 32) sont constitués par un interféromètre à double entrée ; et in that said two demodulation means (31, 32) consist of a double input interferometer; and
en ce que ledit interféromètre est un interféromètre de Fabry-Pérot confocal. in that said interferometer is a confocal Fabry-Perot interferometer.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2981454A1 (en) | 2013-04-19 |
| FR2981454B1 (en) | 2014-08-22 |
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