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WO2004063736A1 - Procede et dispositif de controle photothermique de flans d'aciers - Google Patents

Procede et dispositif de controle photothermique de flans d'aciers Download PDF

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Publication number
WO2004063736A1
WO2004063736A1 PCT/FR2003/003786 FR0303786W WO2004063736A1 WO 2004063736 A1 WO2004063736 A1 WO 2004063736A1 FR 0303786 W FR0303786 W FR 0303786W WO 2004063736 A1 WO2004063736 A1 WO 2004063736A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blank
heating
blanks
steel
heat source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2003/003786
Other languages
English (en)
Inventor
Jean Philippe
Noëlle MICQUE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
USINOR SA
Original Assignee
USINOR SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by USINOR SA filed Critical USINOR SA
Priority to AU2003299339A priority Critical patent/AU2003299339A1/en
Publication of WO2004063736A1 publication Critical patent/WO2004063736A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72—Investigating presence of flaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20—Metals
    • G01N33/204—Structure thereof, e.g. crystal structure
    • G01N33/2045—Defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/44—Resins; Plastics; Rubber; Leather

Definitions

  • the present invention relates to the field of non-destructive testing of glued steel blanks, that is to say made up of thin pieces of steel superimposed and glued together by means of a polymer core.
  • This type of glued blanks is encountered, for example, in the automotive industry, where it is sought to ensure a reinforcement of the structure by means of an additional thickness, with a part glued locally on a main blank: this method of reinforcement covers in particular the opening elements (parts intended for the location of the hinges, the door handles or the tailgate of vehicles, very mechanically stressed), the suspension cups, the side members.
  • the typical range of individual thickness of thin pieces of steel used in this local reinforcement technique is from 0.5 to 3 millimeters.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for photothermal control of bonded steel blanks for the detection of possible defects.
  • the subject of the invention is a process for controlling blanks made of pieces of steel of individual thickness between 0.5 and 3 mm superimposed and glued together by a polymer core, characterized in that the '' blanks are heated by a heat source with a uniform surface energy density related to the directly heated surface, between 6 and 28J / cm 2 and a power density greater than 10 W / cm 2 , allowed to cool these so as to obtain a maximum thermal difference between the different areas of the blanks having been heated simultaneously.
  • the thermal distribution of blanks is recorded by infrared thermography, and it is compared to a reference thermal distribution corresponding to that of a blank without defects, or to a thermal distribution corresponding to those of blanks having defects whose size or nature are considered acceptable, and a decision is made by thresholding for acceptance or rejection blanks.
  • the invention may advantageously have one or more of the following characteristics:
  • the blanks are heated by infrared radiation.
  • the heat source is located at a distance of 10 to 30 mm from the upper part of the glued blanks
  • the heating is preferably carried out on the side of the thinnest of the pieces
  • Thermographic recording is carried out on the same side as the heat source in relation to the blanks -
  • the directly heated surface of the blanks has a coating based on zinc or aluminum
  • the blanks are planar or have non-planar parts
  • a local variation in polymer thickness is evaluated by a proportional variation in the local temperature.
  • the invention also relates to a blank control device made of pieces of steel of individual thickness between 0.5 and 3mm superimposed and bonded together by a polymer core, comprising a heating means whose density surface energy reported on the surface of the blanks heated directly is between 6 and 28J / cm 2 and the power density greater than 10 W / cm 2 , an infrared thermography camera, means of measurement and display of the temperatures of the blanks, thresholding means making it possible to decide on the acceptance or rejection of the monitored blanks.
  • the heating means is an infrared radiant lamp
  • the wavelength of the infrared radiant lamp is advantageously between 0.3 and 1 micrometer.
  • the heating means consists of a generator and a means for blowing hot air.
  • the spectral detection band of the infrared thermography camera is advantageously between 2.5 and 14.5 micrometers
  • control device comprises a device for moving relative blanks at constant speed with respect to the heating means.
  • FIG. 1 shows schematically the thermal cycle observed after a brief heating on the surface of a bonded blank, with or without defect.
  • FIG. 2 illustrates the evolution of the maximum temperature and the maximum contrast of bonded blanks with a defect, with the density of heating energy.
  • - Figure 3 shows the evolution of the thermal contrast as a function of the energy density, depending on whether the temperature measurement is performed on the same side as the heat source or on the opposite side.
  • - Figure 4 illustrates the influence of the thickness of the polymer layer on the maximum thermal contrast.
  • FIG. 5 illustrates an example of distribution of isotherms on the surface of a blank having a bonding defect.
  • FIG. 6 shows a second example of the distribution of isotherms on the surface of a bonded blank also having a defect.
  • FIG. 1 schematically presents the case of a blank (steel-polymer- steel) perfectly bonded (curve A) or with a bonding defect (curve B) such as a local excess thickness or a lack of polymer resulting in a local vacuum between the two steel sheets.
  • the two blanks are subjected to simultaneous heating.
  • Figure 1 illustrates the evolution, as a function of time, of the temperature of the surface on the same side as the heat source. After the start of heating, in both cases considered, the temperature rises initially simultaneously to pass through a maximum ⁇ m .
  • the absolute value of the temperature in the blank with a fault ( ⁇ m B) is however higher, due to the lower local thermal conductivity.
  • the thermal contrast C which represents the temperature difference at a given instant between the two cases considered, is maximum at the instant t m . In the vicinity of this instant, a possible fault will therefore be detected with optimal precision.
  • the maximum contrast is designated by C m .
  • the heating must be kept within a certain limit to avoid damaging the polymer ensuring the connection of the metal parts.
  • the energy surface density Es is the product of the power surface density Ps of the heat source (power / surface heated directly by the source) by the exposure time t e , this term designating the heating time in the case of a stationary source relative to the blank, or else the time of passage of a given point of the blank under the source in the case of a relative displacement.
  • the inventors found that it was not it is possible to obtain satisfactory results when the power density is too low, even if the exposure time is long. From tests carried out under different conditions, the inventors have demonstrated that a surface power density of minimum power of 10 W / cm 2 is necessary to obtain efficient heating.
  • the inventors have also demonstrated that these conditions are obtained satisfactorily, by heating by infrared radiation or by forced convection.
  • the distance between the heating source and the upper part of the blank must not be more than 30 mm, otherwise the heating efficiency will be reduced and the surface area of the heated area will be enlarged excessively, the value of which is different from that heated directly opposite the source. However, this distance must not be less than 10 mm, on pain of excessive local heating of the polymer.
  • the temperature measurement by thermography is carried out either on the side of the blank heated by the source, or on the opposite side.
  • Figure 3 shows the variation of the absolute value of the maximum contrast C m as a function of the energy density of source.
  • the temperature measurement carried out on the same side as that of the source makes it possible to obtain a better thermal contrast (greater by 2 ° C) than that carried out on the opposite side (curve D) to the heating source.
  • it is preferable to carry out the control on the same side as that of the source particularly when the energy density involved is low, so as to obtain a significantly contrast higher than 5 ° C, and therefore increased sensitivity to the presence of faults.
  • the inventors have shown that it is advantageous to carry out the control on the side of the thinnest product to obtain the highest contrast.
  • control method according to the invention is applicable both on planar glued blanks as on blanks having complex shapes, in particular obtained after stamping the glued blanks.
  • the heat source is located at a distance from the upper part of the blanks between 10 and 30 mm.
  • the method according to the invention is suitable for controlling the parade of glued blanks: in this case, the blanks parade for example under a fixed device for heating by radiation or by convection, then under a fixed thermography camera. In this way, the blanks are in relative motion relative to the heat source.
  • the constant speed of passage V of the parts (determining the exposure time te) is chosen so as to obtain a power density on heating greater than 10 W / cm 2 .
  • the distance L separating the heating device from that of temperature measurement is chosen from the maximum contrast time t m , that is to say substantially equal to V xt m . In this way, the thermal maps established are established in conditions close to those of maximum contrast.
  • FIG. 4 showing for example the maximum thermal contrast recorded on a blank made of a piece of steel with a thickness of 1.7 mm bonded by polymer to another piece of steel of 0.75 mm, indicates that there is a linear relationship between the thickness of the polymer layer and the local temperature.
  • any local relative decrease or increase in temperature is likely to reflect the presence of a defect, its nature (under-thickness or over-thickness with respect to nominal polymer thickness)
  • the wavelength is preferably between 0.3 and 1 micrometer.
  • the emissivity of the product is the highest in the short wavelengths, and its absorptivity is greatest.
  • the sample being heated to a relatively low temperature emits the most energy in a range of long wavelengths. This is why the spectral band of the detection camera is advantageously between 2.5 and 14.5 micrometers.
  • the infrared thermography apparatus advantageously comprises the following elements:
  • One or more opto-electronic transducers which explore the infrared image by opto-mechanical or electric means, - A system for editing images in visible light, visually translating the thermal image,
  • Example 1
  • the method according to the invention was applied with the aim of detecting defects on bonded blanks of 100 ⁇ 150 mm 2 consisting of two pieces of 0.8 mm electrogalvanized steel and a polymer core of 0.4 mm thickness.
  • the radiant lamp is located at a height of 20 mm from the blanks.
  • the temperature distribution on the surface of the blanks is evaluated using a thermography camera with a spectral band of 7.9 to 14.5 micrometers, located on the same side as the heating source with respect to the blanks.
  • FIG. 5 illustrates the distribution of the isotherms (the values indicated being expressed in degrees Celsius) on the surface of a blank having a defect: A heating of approximately 15 ° C. relative to the average temperature in the center of the blank clearly indicates a local absence of polymer.
  • Example 2 The bonded blank having a defect presented in Example 1 was subject to control in other conditions: it was heated in the procession by forced convection by means of a blown hot air generator . The hot air blowing means is located at a distance of 20 mm from the blank.
  • the surface energy and power density used under these conditions are 23 J / cm 2 and 400 W / cm 2 respectively .
  • the temperature distribution measured by a thermographic camera located downstream in the direction of movement of the products 50 mm from the heating zone, highlights a thermal contrast of 5 ° C allowing easy viewing of bonding defects.
  • Example 3
  • the method according to the invention was applied to the detection of defects on blanks made of a piece of steel of 1.2 mm on which a piece of circular steel 0.7 mm thick is bonded.
  • the heating and the thermographic control were carried out under the same conditions as in Example 1.
  • FIG. 6 illustrates the distribution of the isotherms on the surface of the blank, the values indicated being expressed in degrees Celsius.
  • the difference of around 10 ° C between these different zones reflects the uneven distribution of the polymer between the periphery and the center of the circular part.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle de flans constitués de pièces d'acier d'épaisseur comprise entre 0,5 et 3mm, superposées et collées entre elles par une âme de polymère : On chauffe les flans grâce à une source de chaleur avec une densité d'énergie surfacique comprise entre 6 et 28J/cm<2> et une densité de puissance supérieure à 10 W/cm<2>, puis on laisse refroidir les flans de manière à obtenir un écart thermique maximal entre les différentes zones ayant été chauffées de manière simultanée. On enregistre la répartition thermique des flans par thermographie infrarouge, et on compare celle-ci à une répartition thermique de référence correspondant à celle d'un flan sans défaut, ou à une répartition thermique correspondant à celles de flans comportant des défauts dont la taille ou la nature sont considérées comme acceptables, et on décide par seuillage de l'acceptation ou du rejet des flans.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE PHOTOTHERMIQUE DE FLANS D' ACIERS
La présente invention concerne le domaine du contrôle non-destructif des flans d'aciers collés, c'est-à-dire constitués de pièces minces d'acier superposées et collées entre elles au moyen d'une âme de polymère. Ce type de flans collés se rencontre par exemple dans l'industrie automobile, où l'on cherche à assurer un renforcement de la structure par l'intermédiaire d'une surépaisseur, avec une pièce collée localement sur un flan principal : ce mode de renfort vise notamment les ouvrants (parties destinées à l'emplacement des charnières, des poignées de porte ou des hayons arrière des véhicules, très sollicitées mécaniquement), les coupelles de suspension, les longerons. La gamme typique d'épaisseur individuelle des pièces minces d'acier mise en œuvre dans cette technique de renforcement local va de 0,5 à 3 millimètres.
Parmi les structures collées acier-polymère-acier, on trouve également les tôles « sandwich », qui contribuent à une réduction notable des nuisances acoustiques.
Dans le cas de flans collés très sollicités mécaniquement, il est indispensable de procéder systématiquement à un contrôle non destructif en ligne lors de la fabrication pour garantir la tenue mécanique ultérieure. Les défauts que l'on cherche à détecter sur ces flans collés sont divers : manque local ou variation d'épaisseur de polymère, manque d'adhésion entre l'âme de polymère et les pièces d'acier. Il faut également tenir compte du fait qu'un procédé de contrôle efficace doit intégrer les caractéristiques d'une ligne de production industrielle : contrôle de plusieurs pièces par minute, pièces parfois en mouvement au moment du contrôle. II est déjà connu un procédé de contrôle non-destructif par thermographie, dont le principe est le suivant : on excite la pièce à contrôler par un apport de chaleur localisé au voisinage de sa surface. Cet apport impulsionnel donne ensuite lieu à un transfert de chaleur conductif au cours duquel la diffusion thermique est influencée par tout ce qui peut modifier les échanges au voisinage de la région excitée : dans le cas particulier de pièces collées, les défauts tels que les excès de polymère, délaminations, sont équivalents à des résistances thermiques et se traduisent par un échauffement supérieur à celui d'une région saine. Naturellement, la détection de la différence de température (ou « contraste thermique ») entre une région comportant un défaut et une région exempte de défaut n'est possible que si cette différence est supérieure à un certain seuil, afin de distinguer sans ambiguïté la présence d'un défaut de celle de fluctuations locales (« bruit ») inévitables. Ceci est d'autant plus difficile que le matériau possède une bonne diffusivité thermique, puisque la température a tendance à s'uniformiser très rapidement.
Jusqu'à présent, la détection de défauts sur flans collés d'aciers nus ou revêtus en faible épaisseur s'est heurtée à la difficulté de définir un procédé de chauffage et des paramètres adaptés, car la diffusivité et la réflectivité élevées des pièces sont des obstacles importants à la création de contrastes thermiques suffisants. Il est par ailleurs difficile d'effectuer la détection de défauts dans des conditions industriellement acceptables : ainsi, on ne peut envisager industriellement de diminuer la réflectivité des surfaces, même de façon temporaire (peinture, huile, eau) pour faciliter le chauffage des flans d'aciers.
Le but de la présente invention est de mettre à disposition un procédé et un dispositif de contrôle photothermique de flans d'aciers collés pour la détection d'éventuels défauts.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle de flans constitués de pièces d'acier d'épaisseur individuelle comprise entre 0,5 et 3mm superposées et collées entre elles par une âme de polymère, caractérisé par le fait que l'on chauffe les flans grâce à une source de chaleur avec une densité d'énergie surfacique uniforme rapportée à la surface chauffée directement, comprise entre 6 et 28J/cm2 et une densité de puissance supérieure à 10 W/cm2, on laisse refroidir ceux-ci de manière à obtenir un écart thermique maximal entre les différentes zones des flans ayant été chauffées de manière simultanée. On enregistre la répartition thermique de des flans par thermographie infrarouge, et on compare celle-ci à une répartition thermique de référence correspondant à celle d'un flan sans défaut, ou à une répartition thermique correspondant à celles de flans comportant des défauts dont la taille ou la nature sont considérées comme acceptables, et on décide par seuillage de l'acceptation ou du rejet des flans. L'invention peut présenter avantageusement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- Le chauffage des flans est effectué par rayonnement infrarouge.
- Le chauffage des flans est réalisé par convection forcée
- La source de chaleur est située à une distance de 10 à 30 mm de la partie supérieure des flans collés
- Sur des flans constitués de deux pièces d'acier d'épaisseur inégale, le chauffage est effectué préférentiellement du côté de la plus mince des pièces
- L'enregistrement thermographique est effectué du même côté que la source de chaleur par rapport aux flans - La surface directement chauffée des flans comporte un revêtement à base de zinc ou d'aluminium
- Les flans sont plans ou comportent des parties non-planes
- Les flans sont en mouvement relatif par rapport au système de chauffage
- Une variation locale d'épaisseur de polymère est évaluée par une variation proportionnelle de la température locale.
- L'invention a également pour objet un dispositif de contrôle de flans constitués de pièces d'acier d'épaisseur individuelle comprise entre 0,5 et 3mm superposées et collées entre elles par une âme de polymère, comprenant un moyen de chauffage dont la densité surfacique d'énergie rapportée à la surface des flans chauffée directement est comprise entre 6 et 28J/cm2 et la densité de puissance supérieure à 10 W/cm2, une caméra de thermographie infrarouge, des moyens de mesure et de visualisation des températures des flans, des moyens de seuillage permettant de décider de l'acceptation ou du rejet des flans contrôlés. - Préférentiellement, le moyen de chauffage est une lampe radiante infrarouge
- La longueur d'onde de la lampe radiante infrarouge est avantageusement comprise entre 0,3 et 1 micromètre.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de chauffage est constitué d'un générateur et d'un moyen de soufflage d'air chaud.
- La bande spectrale de détection de la caméra de thermographie infrarouge est avantageusement comprise entre 2,5 et 14,5 micromètres
- Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de contrôle comprend un dispositif de déplacement relatif à vitesse constante des flans par rapport au moyen de chauffage.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence aux figures 1 à 6, annexées selon lesquelles :
- la figure 1 présente schématiquement le cycle thermique observé après un chauffage bref à la surface d'un flan collé, avec ou sans défaut.
- La figure 2 illustre l'évolution de la température maximale et du contraste maximal de flans collés comportant un défaut, avec la densité d'énergie de chauffage.
- La figure 3 présente l'évolution du contraste thermique en fonction de la densité d'énergie, suivant que la mesure de température est effectuée du même côté que la source de chaleur ou du côté opposé. - La figure 4 illustre l'influence de l'épaisseur de la couche de polymère sur le contraste thermique maximal.
- La figure 5 illustre un exemple de répartition des isothermes sur la surface d'un flan comportant un défaut de collage.
- La figure 6 présente un second exemple de la répartition des isothermes à la surface d'un flan collé comportant également un défaut.
Pour illustrer l'évolution de la température superficielle provoquée par un chauffage bref appliqué grâce à une source d'énergie de densité surfacique uniforme sur une face d'un flan, la figure 1 présente schématiquement le cas d'un flan (acier-polymère-acier) collé de façon parfaite (courbe A) ou comportant un défaut de liaison (courbe B) tel qu'une surépaisseur locale ou un manque de polymère se traduisant par un vide local entre les deux tôles d'acier. Les deux flans sont soumis à un chauffage simultané. La figure 1 illustre l'évolution, en fonction du temps, de la température de la surface située du même côté que la source de chaleur. Après le début du chauffage, dans les deux cas considérés, la température s'élève initialement de manière simultanée pour passer par un maximum θm. La valeur absolue de la température dans le flan comportant un défaut (θmB) est cependant plus élevée, en raison de la conductibilité thermique locale moindre. Lors du refroidissement ultérieur, l'écart de température entre les courbes A et B passe par un maximum à un instant tm. Le contraste thermique C, qui représente l'écart de température à un instant donné entre les deux cas considérés, est maximal à l'instant tm. Au voisinage de cet instant, un défaut éventuel sera donc détecté avec une précision optimale. Le contraste maximal est désigné par Cm.
A partir d'essais réalisés dans différentes conditions sur des flans constitués de pièces d'acier nu ou revêtu collées, l'épaisseur individuelle de ces pièces étant comprise entre 0,5 et 3mm, les inventeurs ont pu mettre en évidence (figure 2) que la température maximale θm et le contraste Cm dépendaient de la densité surfacique d'énergie thermique Es.
- Le chauffage doit être suffisamment important pour générer un contraste thermique significatif entre une zone avec et une zone sans défaut. La figure 2 indique qu'un contraste d'au moins 5°C est créé si la densité d'énergie est supérieure à 6 J/cm2
- Par ailleurs, le chauffage doit être maintenu dans une certaine limite pour éviter d'endommager le polymère assurant la liaison des parties métalliques. Pour des pièces collées à chaud à la presse, il convient de ne pas dépasser une température de 90°C en surface du produit sous peine d 'altérer la liaison entre l'acier et le polymère. Cette condition revient à limiter la densité d'énergie à 28J/cm2 et définit le domaine de l'invention illustré par la figure 2.
- La densité surfacique d'énergie Es est le produit de la densité surfacique de puissance Ps de la source de chaleur (puissance/surface chauffée directement par la source) par le temps d'exposition te, ce terme désignant la durée de chauffage dans le cas d'une source fixe par rapport au flan, ou bien le temps de passage d'un point donné du flan sous la source dans le cas d'un déplacement relatif. Les inventeurs ont constaté qu'il n'était pas possible d'obtenir des résultats satisfaisants lorsque la densité de puissance est trop faible, même si le temps d'exposition est long. A partir d'essais effectués dans différentes conditions, les inventeurs ont mis en évidence qu'une densité surfacique de puissance minimale de 10 W/cm2 est nécessaire pour obtenir un chauffage efficace.
- Les inventeurs ont également mis en évidence que ces conditions sont obtenues de façon satisfaisante, par chauffage par rayonnement infrarouge ou par convection forcée. La distance entre la source de chauffage et la partie supérieure du flan ne doit pas être supérieure à 30 mm sous peine de diminuer l'efficacité du chauffage et de provoquer un élargissement excessif de surface de la zone chauffée, dont la valeur est alors différente de celle chauffée directement en regard de la source. Mais cette distance ne doit pas être inférieure à 10 mm sous peine d'un échauffement local excessif du polymère. - Dans son principe, la mesure de température par thermographie est effectuée soit du côté du flan chauffé par la source, soit du côté opposé. A partir d'essais réalisés sur deux pièces électrozinguées de 0.8mm collées par une couche de polymère de 0.4 mm d'épaisseur, la figure 3 indique la variation de la valeur absolue du contraste maximal Cm en fonction de la densité d'énergie de la source. La mesure de température effectuée du même côté que celui de la source (courbe C) permet d'obtenir un meilleur contraste thermique (supérieur de 2°C) que celui effectué du côté opposé (courbe D) à la source de chauffage. Ainsi, même si la mesure est possible suivant ce dernier mode, il est préférable d'effectuer le contrôle du même côté que celui de la source, particulièrement lorsque la densité d'énergie mise en jeu est faible, de façon à obtenir un contraste significativement supérieur à 5°C, et donc une sensibilité accrue à la présence de défauts. De plus, lorsque les deux produits collés ont une épaisseur sensiblement différente, les inventeurs ont mis en évidence qu'il est avantageux d'effectuer le contrôle du côté du produit le plus mince pour obtenir le contraste le plus élevé.
A partir d'essais effectués sur des flans collés constitués de pièces d'aciers d'épaisseur allant de 0,5 à 3 mm, les inventeurs ont mis en évidence que les conditions du procédé de contrôle définies selon l'invention sont adaptées à la détection de défauts sur flans constitués à partir de pièces d'acier nu, ou d'acier revêtu (revêtement à base de zinc ou d'aluminium) - Le procédé de contrôle selon l'invention est applicable aussi bien sur des flans collés plans que sur des flans comportant des formes complexes, notamment obtenus après emboutissage des flans collés. Dans ce cas, la source de chaleur est située à une distance de la partie supérieure des flans comprise entre 10 et 30 mm. - Le procédé selon l'invention est adapté à un contrôle au défilé de flans collés : dans ce cas, les flans défilent par exemple sous un dispositif fixe de chauffage par radiation ou par convection, puis sous une caméra fixe de thermographie. De la sorte, les flans sont en mouvement relatif par rapport à la source de chaleur. La vitesse constante de passage V des pièces (déterminant le temps d'exposition te ) est choisie de façon à obtenir une densité de puissance au chauffage supérieure à 10 W/cm2. La distance L séparant le dispositif de chauffage de celui de mesure de température est choisie à partir du temps de contraste maximal tm, c'est à dire sensiblement égale à V x tm. De la sorte, les cartographies thermiques établies sont établies dans les conditions voisines de celles du contraste maximal. - Les inventeurs ont également établi de manière nouvelle que le procédé selon l'invention permet d'évaluer le type de défaut (manque ou surépaisseur de polymère) et sa nocivité. La figure 4, présentant par exemple le contraste thermique maximal relevé sur un flan constitué d'une pièce d'acier d'épaisseur de 1 ,7 mm collée par polymère sur une autre pièce d'acier de 0,75 mm, indique qu'il existe une relation linéaire entre l'épaisseur de la couche de polymère et la température locales. Ainsi, par rapport à une situation nominale (épaisseur de polymère conforme à celle visée), toute diminution ou augmentation relative locale de température est susceptible de traduire la présence d'un défaut, sa nature (sous- épaisseur ou sur-épaisseur par rapport à l'épaisseur nominale de polymère) Ceci crée les conditions d'un système de tri précis, basé sur un seuil d'acceptabilité des défauts. - Lorsque le chauffage est effectué par lampe infrarouge, la longueur d'onde est de préférence comprise entre 0,3 et 1 micromètre. En effet, l'émissivité du produit est la plus élevée dans les courtes longueurs d'onde, et son absorptivité la plus grande. De plus, l'échantillon étant chauffé à température relativement basse, émet le plus d'énergie dans une gamme de grandes longueurs d'ondes. C'est pourquoi la bande spectrale de la caméra de détection est avantageusement comprise entre 2,5 et 14,5 micromètres. - Sans que cette description soit limitative, l'appareillage de thermographie infrarouge comprend avantageusement les éléments suivants :
- Un système optique adapté à un domaine spectral de l'infrarouge,
- Un ou plusieurs transducteurs opto-électroniques qui explorent l'image infrarouge par des moyens opto-mécaniques ou électriques, - Un système d'édition d'images en lumière visible, traduisant visuellement l'image thermique,
- Des moyens de mesure en temps réel,
- Un système de seuillage,
- Des moyens d'archivage analogique et/ou numérique. La présente invention va être maintenant illustrée à partir des exemples suivants : Exemple 1 :
On a appliqué le procédé selon l'invention dans le but de détecter des défauts sur flans collés de 100x150 mm2 constitués de deux pièces d'aciers électrozinguées de 0,8 mm et d'une âme de polymère de 0,4 mm d'épaisseur. Des flans ont été chauffés au défilé (vitesse de défilement constante V= 25 mm/s) au moyen d'une lampe radiante infrarouge avec une densité d'énergie spécifique de 26 J/cm2, une densité spécifique de puissance de 10 W/cm2. La lampe radiante est située à une hauteur de 20 mm par rapport aux flans. La répartition de température à la surface des flans est évaluée grâce à une caméra de thermographie dotée d'une bande spectrale de 7,9 à 14,5 micromètres, située du même côté que la source de chauffage par rapport aux flans. Cette caméra est située en aval dans le sens de défilement des produits à une distance de 50 mm du système de chauffage. Dans ces conditions, le contraste thermique est proche du contraste thermique maximal, ce qui permet une meilleure précision de détection des défauts éventuels. La figure 5 illustre la répartition des isothermes (les valeurs indiquées étant exprimées en degrés Celsius) sur la surface d'un flan comportant un défaut : Un échauffement d'environ 15°C par rapport à la température moyenne au centre du flan traduit nettement une absence locale de polymère. Exemple 2 : Le flan collé comportant un défaut présenté dans l'exemple 1 a fait l'objet de contrôle dans d'autres conditions : celui-ci a été chauffé au défilé par convection forcée au moyen d'un générateur d'air chaud soufflé. Le moyen de soufflage d'air chaud est situé à une distance de 20 mm du flan. La densité d'énergie et de puissance surfaciques mises en œuvre dans ces conditions sont respectivement de 23 J/cm2 et 400 W /cm2. La répartition de température, mesurée par une caméra thermographique située en aval dans le sens de défilement des produits à 50 mm de la zone de chauffage, met en évidence un contraste thermique de 5°C autorisant une visualisation aisée des défauts de collage. Exemple 3 :
Le procédé selon l'invention a été appliqué à la détection de défauts sur flans constitués d'une pièce d'acier de 1 ,2 mm sur laquelle est collée une pièce d'acier circulaire de 0,7mm d'épaisseur. Le chauffage et le contrôle thermographique ont été effectués dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1.
La figure 6 illustre la répartition des isothermes à la surface du flan, les valeurs indiquées étant exprimées en degrés Celsius. La différence d'environ 10°C entre ces différentes zones traduit la répartition inégale du polymère entre la périphérie et le centre de la pièce circulaire. L'intérêt du procédé et du dispositif selon l'invention réside notamment dans la possibilité d'un contrôle rapide, non destructif, et totalement automatisé des flans d'acier collés, éliminant la nécessité d'un contrôle statistique destructif plus long et d'une moindre fiabilité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle d'au moins un flan constitué d'au moins deux pièces d'acier d'épaisseur individuelle comprise entre 0,5 et 3mm superposées et collées entre elles par une âme de polymère, caractérisé en ce que :
- on chauffe l'au moins un flan grâce à une source de chaleur avec une densité d'énergie surfacique uniforme rapportée à la surface chauffée directement, comprise entre 6 et 28J/cm2 et une densité de puissance supérieure à 10 W/cm2,
- on laisse refroidir l'au moins un flan de manière à obtenir un écart thermique maximal entre les différentes zones de l'au moins un flan ayant été chauffées de manière simultanée,
- on enregistre la répartition thermique de l'au moins un flan par thermographie infrarouge,
- on compare la répartition thermique obtenue sur l'au moins un flan à une répartition thermique de référence correspondant à celle d'un flan sans défaut, ou à une répartition thermique correspondant à celles de flans comportant des défauts dont la taille ou la nature sont considérées comme acceptables, et on décide par seuillage de l'acceptation ou du rejet de l'au moins un flan
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit chauffage est effectué par rayonnement infrarouge
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit chauffage est effectué par convection forcée
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite source de chaleur est située à une distance de la partie supérieure de l'au moins un flan, comprise entre 10 et 30 mm
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 de contrôle d'au moins un flan constitué d'au moins deux pièces d'acier d'épaisseur inégale, caractérisé en ce que ledit chauffage est effectué du côté de la plus mince desdites pièces d'acier
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit enregistrement thermographique est effectué du même côté que ladite source de chaleur par rapport à l'au moins un flan
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la surface directement chauffée de l'au moins un flan comporte un revêtement à base de zinc ou d'aluminium
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'au moins un flan est plan
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'au moins un flan comporte des parties non planes
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que l'au moins un flan est en mouvement relatif par rapport à ladite source de chaleur
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'une variation locale d'épaisseur dudit polymère est évaluée à partir d'une variation proportionnelle de la température locale.
12. Dispositif de contrôle d'au moins un flan constitué d'au moins deux pièces d'acier d'épaisseur individuelle comprise entre 0,5 et 3mm superposées et collées entre elles par une âme de polymère, caractérisé en ce qu'il comprend :
- Un moyen de chauffage dont la densité surfacique d'énergie rapportée à la surface dudit au moins un flan chauffée directement est comprise entre 6 et 28J/cm2 et la densité de puissance supérieure à 10 W/cm2
- Une caméra de thermographie infrarouge
- Des moyens de mesure et de visualisation des températures de l'au moins un flan
- Des moyens de seuillage permettant de décider de l'acceptation ou du rejet de l'au moins un flan contrôlé
13. Dispositif de contrôle selon la revendication 12 caractérisé en ce que ledit moyen de chauffage est une lampe radiante infrarouge
14 Dispositif de contrôle selon la revendication 13 caractérisé en ce que la longueur d'onde de ladite lampe radiante infrarouge est comprise entre 0,3 et 1 micromètre
15. Dispositif de contrôle selon la revendication 12 caractérisé en ce que le moyen de chauffage est constitué d'un générateur et d'un moyen de soufflage d'air chaud
16. Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que la bande spectrale de détection de ladite caméra de thermographie infrarouge est comprise entre 2,5 et 14,5 micromètres
17. Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 12 à 16 caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de déplacement relatif à vitesse constante de l'au moins un flan par rapport audit moyen de chauffage.
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