EP3286560A1 - Moyen acoustique de détection, de localisation et d'évaluation d'impacts subis par une structure - Google Patents

Moyen acoustique de détection, de localisation et d'évaluation d'impacts subis par une structure

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Publication number
EP3286560A1
EP3286560A1 EP16722067.2A EP16722067A EP3286560A1 EP 3286560 A1 EP3286560 A1 EP 3286560A1 EP 16722067 A EP16722067 A EP 16722067A EP 3286560 A1 EP3286560 A1 EP 3286560A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acoustic
sensors
impact
control
control means
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16722067.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Colin
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.)
Airbus SAS
Original Assignee
Airbus SAS
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 Airbus SAS filed Critical Airbus SAS
Publication of EP3286560A1 publication Critical patent/EP3286560A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60—Testing or inspecting aircraft components or systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
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    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/46—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by spectral analysis, e.g. Fourier analysis or wavelet analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
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    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/269—Various geometry objects
    • G01N2291/2694—Wings or other aircraft parts

Definitions

  • the invention relates to the general problem of quality control in the fields of manufacture and repair of parts and structures.
  • the invention relates more particularly to the detection of impacts that may be experienced by parts for which rigorous quality monitoring must be ensured, such as, for example, parts and aeronautical structures made of composite material that may be damaged during their manufacture. , their assembly or their repair.
  • Structural damage does not occur only during the commercial or operational operation of an aircraft. They may also be caused by operators who are involved in the construction or final assembly of aeronautical parts.
  • the invention relates to a device for performing the detection and location of an impact on a structure, located in a measurement volume and in which operators and / or vehicles evolve.
  • the device comprises:
  • At least three acoustic sensors arranged not aligned within the measurement volume and such that a wave acoustic noise emitted at any point of the measurement volume can be received in direct propagation by each of the sensors;
  • control and control means configured to process the signals corresponding to the acoustic waves received by the at least three acoustic sensors in order to detect an occurrence of an impact at the level of the structure and in order to locate a point of said structure at the the origin of an acoustic wave following the impact and detected by acoustic sensors.
  • a suitable sensitivity acoustic sensors advantageously microphones, inaudible shocks or whose intensity would not be perceived by people working on the structure can be detected and avoid late interventions following a defect discovered later.
  • the device also comprises at least one optical pointer producing at a distance a point illumination, for example in the form of a visible light spot, and arranged in the measurement volume so that points of view a structure in the measurement volume can be illuminated by the at least one optical pointer, said optical pointer being actuated by the control and control means so as to designate an impact point located on the structure by illuminating a corresponding location of the structure.
  • at least one optical pointer producing at a distance a point illumination, for example in the form of a visible light spot, and arranged in the measurement volume so that points of view a structure in the measurement volume can be illuminated by the at least one optical pointer, said optical pointer being actuated by the control and control means so as to designate an impact point located on the structure by illuminating a corresponding location of the structure.
  • control and control means are configured to identify and designate the source of an acoustic emission only if it is located in a limited area of the measurement volume including the volume actually occupied. by the structure.
  • an analysis of the sound waves received by the sensors includes a continuous determination of the respective amplitudes and frequencies of the acoustic waves received and a determination of a level and a spectrum of ambient noise, integrated over a determined period of time. , a difference between an acoustic signal level measured at a given instant and a sound signal level of the ambient noise being compared to a fixed threshold.
  • control and control means are also configured to characterize the detected impact from an amplitude and a spectrum of the received acoustic wave.
  • control and control means are also configured to eliminate unwanted acoustic waves such as the multiple reflections of the acoustic waves on walls and on objects, other than the structure, contained in the measurement volume.
  • the control and control means realize the location of the point of impact by triangulation, and or by trilateration, and or by analysis of differences in amplitude and / or phase between the signals corresponding to the acoustic waves received by the acoustic sensors.
  • the accuracy of this location may be less, at least in theory, to one centimeter provided that the quality of the measurement chain implemented.
  • the control and control means realize the visual designation of a localized point of impact by directing the light beam emitted by the at least one optical pointer so as to illuminate a location in the volume of the monitored space of which a Acoustic wave received is assumed to originate and correspond to a point of impact.
  • the device comprises a plurality of optical pointers arranged in the measurement volume, a priori arranged in said measurement volume or in the vicinity thereof, to allow to illuminate points of different zones of the structure on which zones Impacts must be detected in the event of an impact occurring.
  • the acoustic sensors are directional sensors arranged around the zone of the enclosure in which the structure is located and oriented in the direction of the latter so as to cover all or part of the volume of said structure.
  • the positions of the acoustic sensors and the optical pointers are advantageously raised, the raised positions being then memorized by the control and control means.
  • the optical pointers are laser pointers producing a quasi-point lighting in the visible range, whose light spot formed on the structure is of reduced size even with relatively distant pointers and remains visible under the conditions of ordinary illumination of a light. workshop.
  • the invention therefore consists essentially of a sensitive acoustic means in the field of audible and associated electronics for automatically detecting, identifying, locating and quantifying impacts on structures, such as aeronautical structures, which may take place in a production plant or in a final assembly line at the industrial level.
  • the acoustic means is preferably associated optical means for designating areas located on the structures.
  • FIG. 1 a first schematic illustration showing the device according to the invention
  • the invention consists first of all in implementing in a chamber 12, a manufacturing or assembling shed for example, delimiting in this example a measurement volume 12a where is placed a structure 1 1 considered, several " electronic ears “sensitive to sounds, so as to capture the acoustic waves produced by said structure in response to received shocks, shocks caused for example by the fall of tools or the collision of gear 16 moving in the enclosure in the vicinity of the structure 1 1.
  • the structure 1 1 considered is for example, as in the example illustrated by the figures, an aeronautical structure (fuselage or aircraft wing in particular) made in whole or in part of composite material or metal.
  • the device is of course applicable to other types of structures.
  • the device according to the invention comprises a plurality of acoustic sensors 13 arranged in the volume of 12a, or in its immediate vicinity, arranged to receive an acoustic wave 18 emitted by the structure 1 1 in response to an impact.
  • the acoustic sensors 13 are consequently chosen with a sensitivity and a frequency range adapted to the sounds emitted and which must be detected as part of the monitoring to be performed in the measurement volume.
  • Such parameters are in practice a function of the dimensions of the measurement volume, which partly determines a distance between the acoustic sensors and the locations of a structure that may be at the origin of an acoustic wave, and possibly other characteristics of the acoustic measurements. acoustic sensors such as their directivity.
  • Said sensors at least three sensors, are positioned in the measurement volume so as not to be all aligned.
  • the sensors 13 may be arranged, in sufficient number, so as to detect an acoustic wave with at least three sensors in as much as possible, the entire interior space of the enclosure.
  • the number of sensors 13 used and their positions in the enclosure 12 may be defined so as to cover a measurement volume 12a inside the more restricted enclosure , for example a volume encompassing the structure 1 1 and its more or less immediate neighborhood.
  • the acoustic sensors 13 used are preferably microphones having a directivity diagram, favoring the detection of acoustic waves in the direction of the structure so as to cover at least the whole of the measurement volume zone in which locates the structure 1 1 or limited for a given part of the structure, said directivity diagram being chosen to limit the sensitivity of the microphone considered to the waves coming from other directions than those of the structure or part of structure monitored, to the waves reflected by the walls of the enclosure 12 in particular.
  • the acoustic sensors 13 are connected to a control and control system 15 to which acoustic measurements of each of the sensors are transmitted, for example in the form of electrical signals produced by the conversion of the acoustic waves 18 received by each of the sensors 13.
  • the links between the control and control system 15 and the acoustic sensors 13, represented by the links 131 in FIG. 1, may be simple wired links or alternatively, in the case where the sensors used are micro-transmitters, radio links of various types (dedicated frequency links, Bluetooth TM links, etc.).
  • the acoustic measurements made by a sensor are transmitted to the control and control system 15 in analog form or transmitted in digital form after having been converted by the sensor or electronics associated with the sensor.
  • the dating can be done by the sensor itself provided that each sensor receives a clock signal or has a clock synchronized on a time base common to all sensors.
  • the dating can be carried out by the control and monitoring system when it receives the signals from the different sensors, provided that the signal transmission chains between each sensor and the control and control system do not introduce differences of significant time between the different sensors, or at least that these differences in signal transmission time are known and controlled.
  • the ordinary electronic means make it easy for those skilled in the art to guarantee a dating precision of signals of 0.1 milliseconds or less.
  • the command and control system 15 mainly comprises means for acquiring and storing the electrical signals transmitted by the acoustic sensors, the acquisition being carried out continuously; these signals possibly being multiplexed on a single acquisition channel.
  • the control and control system 15 also comprises means for performing the processing of these signals, advantageously in digital form, so as to identify the signals corresponding to an acoustic wave 18 following a shock 17 on the structure 1 1, and a computer (PC type, for example) equipped with software to interpret the detected signals, and to characterize the corresponding shock (nature, intensity position, etc .).
  • a computer PC type, for example
  • the digital processing means measure the amplitude of each of the received signals and perform a time and frequency analysis.
  • the digital processing means also perform the elimination by any appropriate known method, spectral analysis or correlation in particular, signals corresponding to the parasitic sound waves received by the acoustic sensors 13, the waves from multiple reflections in particular.
  • the detection and characterization of the signals of interest can be carried out in different ways.
  • the detection can thus be performed by comparing the measured amplitude with one or more amplitude thresholds characterizing the amplitude of the acoustic wave emitted by the structure as well as spectral analysis, these parameters providing general qualitative information on the nature of the the impact, simple drop of tools or collision with a machine 16 in displacement 19 near the structure.
  • control and control system comprises a database in which are stored acoustic energy thresholds coupled to certain frequency spectrums previously determined and corresponding to known shocks between tools or other objects and structures of the same type as the structure 1 1 considered, the identification of a signal of interest to one or other of the shocks already listed provides more precise information on the amplitude, origin and nature of the potential damage.
  • the digital processing means also perform, when signals of interest have been detected, a location of a zone 17 of the structure as being at the probable origin of the acoustic wave 18 corresponding to these signals, in practice the area of the structure that has been impacted, and potentially damaged.
  • This location is performed by any known method from the acoustic signals picked up by the various sensors 13 arranged in the measurement volume 12a, for example by triangulation (goniometric analysis), and or by trilateration (analysis of differences in the dates of reception of the signals ) and or analysis of the amplitude and / or phase differences between the acoustic signals received by the different sensors.
  • the measurement of a time difference between the moments when an acoustic signal is received by each of two sensors makes it possible to calculate a surface, a hyperboloid, of the space which corresponds to the set of points of the space whose difference of distances to the two defined points by the position of the sensors is constant, said distance difference being in this case the distance traveled by an acoustic signal, in the physical conditions of the enclosure, during the measured time difference of reception of the acoustic signals.
  • the sensors whose positions in the measurement space are known, then correspond to the positions of the foci of the hyperboloid.
  • the surfaces are then calculated for each set of two sensors, ie three surfaces corresponding to the cases of three sensors considered two by two, and the intersections of these surfaces lead to the determination of a point, or a volume according to the uncertainties of measurement, which at least in theory is the source of the acoustic wave received by each sensor.
  • This result is obtained provided that the three sensors considered are not aligned and that the source of the acoustic wave emitted is not in the plane determined by the three sensors, which can generally be obtained by an arrangement of the three sensors so that the plane they determine is not secant with the monitored structure.
  • an increase in the number of sensors 13 in the measurement volume 12a in addition to limiting the number or dimensions of masked areas of the structure 1 1, can remove any ambiguities and improve the accuracy with which the area of an impact on the structure can be located.
  • the command and control system also includes means for informing those responsible for managing such incidents, that an occurrence of shock has been identified on the structure 1 1 and where 17 impact probably occurred.
  • Said means can undertake various actions, depending on the desired procedure. Said means can for example communicate the occurrence of an incident to an operator located in a control room and responsible for the management of incidents that may occur in the enclosure.
  • the communication can then take the form of a message sent directly by the command and control system to the operator's console, the message comprising mainly a position of the incident (coordinate of the point of impact on the structure) as well as possibly a message indicating the probable cause of the damage.
  • the communication can also be completed, in a preferred embodiment illustrated in FIG. 2, by the emission of a light beam 21 pointed at the localized zone of the impact 17 and intended to visually signal this zone, by a spot 22, an operator 23 responsible for assessing the damage and decide a repair procedure.
  • the device according to the invention then comprises a set of optical pointers 14 associated with the measurement volume 12a, for example arranged inside the chamber 12, in known positions, so as to be able to direct at least one light beam on any point of the structure 1 1.
  • the pointers 14 are orientable and controlled by the control and control system 15 to which they are connected by links 141, wired or radio links to receive orientation signals.
  • the optical pointers are laser sources emitting a light beam producing on the structure a substantially punctiform illumination.
  • the device according to the invention evaluates the energy of the shock caused according to the origin and the amplitude of the sound wave then alarms a monitoring operator and possibly indicates visually the location on the structure at the origin of the acoustic wave that has been detected.
  • control and control means 15 are configured so as to identify and designate the source 17 of an acoustic emission only if it is identified as being situated in a limited zone of the volume of the acoustic emission. measure 12a encompassing the volume actually occupied by the structure 1 1.
  • control and control means 15 carry out the optical designation only on instructions from an operator, for example issued by the operator when he is stationed in the measurement zone.
  • a device such as the one according to the invention being intended for autonomous operation, its installation in a given enclosure 12 includes, as much as needs, a calibration phase, during which the device makes the acquisition of the respective positions of the different acoustic sensors and the positions and orientations of the different optical pointers, as well as the acquisition of response curves of each of the sensors under the measurement conditions, for example by the implementation of calibrated sound sources.

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Abstract

Le dispositif réalise la détection et la localisation d'un impact (17) sur une structure (11). Le dispositif comporte au moins trois capteurs acoustiques (13) de telle façon qu'une onde acoustique (18) émise en un point quelconque d'un volume de mesure (12a) puisse être reçue en propagation directe par chacun des capteurs (13), et comporte des moyens de commande et de contrôle (15) configurés pour traiter les signaux correspondants aux ondes acoustique reçues par les capteurs (13) acoustiques, détecter occurrence d'un impact (17), localiser un point de la structure à l'origine d'une onde acoustique (18). Au moins un pointeur optique (14) est actionné par les moyens de commande et de contrôle (15) de façon à désigner un point d'impact (17) localisé sur la structure en éclairant (22) un emplacement correspondant de ladite structure.

Description

Moyen acoustique de détection, de localisation
et d'évaluation d'impacts subis par une structure
DO A INE AN i. ':NVS! 'HCN
L'invention se rapporte au problème général du contrôle qualité dans les domaines de la fabrication et de la réparation de pièces et de structures. L'invention concerne plus particulièrement la détection d'impacts pouvant être subis par des pièces pour lesquelles doit être assuré un suivi rigoureux de qualité, tel que par exemple les pièces et les structures aéronautiques en matériau composite pouvant subir des endommagements au cours de leur fabrication, de leur assemblage ou de leur réparation.
CAA TAA TA AA ; vSK~ÎA,H■ A R T fiN fï mE'jR
Les dommages structuraux n'apparaissent pas seulement au cours de l'exploitation commerciale ou opérationnelle d'un aéronef. Ils peuvent aussi être causés par des intervenants qui opèrent au stade de la construction ou de l'assemblage final des pièces aéronautiques.
Ainsi, lorsqu'un opérateur fait, par exemple, tomber un outil sur un structure, ou lorsqu'un conducteur d'engin motorisé, se déplaçant à l'intérieur d'une aire d'assemblage, heurte accidentellement un fuselage en cours d'assemblage, il peut arriver pour diverses raisons que cet incident ne soit pas détecté de sortes que des dommages éventuels, non décelables par simple inspection visuelle, en particulier dans le cas de structures en matériaux composites, ne peuvent pas être identifiés ni réparés avant la livraison d'un sous-ensemble, avant assemblage final des structures ou avant la livraison au client.
Il s'ensuit que, pour atteindre le niveau exigé de fiabilité et de qualité des structures livrées, des contrôles doivent être réalisés et que, dans le cas où un dommage est constaté très tardivement lors de la phase d'assemblage, sa réparation occasionne une perte de temps pouvant engendrer des retards de livraison qui se traduisent généralement par des pénalités financières supportées par le fabricant de l'aéronef. Il n'existe pas à ce jour de moyen technique permettant de manière simple et automatique, autrement dit sans intervention d'un opérateur, de détecter et d'identifier des incidents de ce type survenant à l'intérieur d'une aire de fabrication ou d'assemblage et pour transmettre à une autorité de contrôle une information d'alerte susceptible d'induire la mise en œuvre d'une procédure destinée à évaluer le dommage et de décider rapidement de la nécessité de procéder à une réparation.
Par suite, les seules mesures actuellement mises en œuvre, hormis un contrôle final systématique de l'ensemble de l'assemblage nécessitant des moyens de contrôle capables de détecter un dommage non décelable par inspection visuelle, consiste en des procédures strictes visant à responsabiliser chaque opérateur de façon à ce que le signalement d'aucun incident de ce type, lorsqu'il est perçu, ne soit omis. De telles procédures peuvent, de manière extrême, inclure une surveillance visuelle constante de l'aire de fabrication ou d'assemblage concernée par des opérateurs assignés à cette tâche.
PRESENTA TION ON ; ON/ON T 'ON Un but de l'invention est de proposer un dispositif pouvant fonctionner de manière continue et sans interférer avec les personnes travaillant dans l'environnement d'une structure pour détecter en temps réel des événements anormaux du type « chocs sur la structure ».
Il est ainsi possible d'intervenir dans les meilleures conditions dans le cas de la survenue de ces événements anormaux, en particulier d'intervenir au plus tôt à un stade où les contrôles et les réparations éventuelles seront les moins coûteux.
A cet effet l'invention a pour objet un dispositif pour réaliser la détection et la localisation d'un impact sur une structure, située dans un volume de mesure et dans lequel évoluent des opérateurs et/ou des véhicules.
Le dispositif comporte:
- au moins trois capteurs acoustiques agencés non alignés à l'intérieur du volume de mesure et de telle façon qu'une onde acoustique émise en un point quelconque du volume de mesure puisse être reçue en propagation directe par chacun des capteurs ;
- des moyens de commande et de contrôle configurés pour traiter les signaux correspondants aux ondes acoustique reçues par les au moins trois capteurs acoustiques afin de détecter une occurrence d'un impact au niveau de la structure et afin de localiser un point de ladite structure à l'origine de d'une onde acoustique consécutive à l'impact et détectée par les capteurs acoustiques.
Ainsi, sans aucune intervention des personnes travaillant sur la structure, et sans aucune gêne provoquée à ces personnes pendant leurs activités il est détecté les chocs se produisant sur la structure et l'emplacement des chocs sur la structure.
Par une sensibilité adaptée des capteurs acoustiques, avantageusement des microphones, des chocs inaudibles ou dont l'intensité ne serait pas perçue par les personnes travaillant sur la structure peuvent être détectés et éviter des interventions tardives suite à un défaut découvert ultérieurement.
Dans une forme de réalisation, le dispositif comporte également au moins un pointeur optique produisant à distance un éclairement ponctuel, par exemple sous la forme d'une tache lumineuse visible, et disposé dans le volume de mesure de façon à ce que des points d'une structure dans le volume de mesure puissent être éclairés par l'au moins un pointeur optique, ledit pointeur optique étant actionné par les moyens de commande et de contrôle de façon à désigner un point d'impact localisé sur la structure en éclairant un emplacement correspondant de la structure.
Ainsi l'emplacement d'un impact supposé sur la structure est directement et visiblement identifié sans interprétation par un opérateur.
Dans une forme de réalisation, les moyens de commande et de contrôle sont configurés de façon à n'identifier et désigner la source d'une émission acoustique que si celle-ci est située dans une zone limitée du volume de mesure englobant le volume occupé réellement par la structure.
Ainsi les zones non concernées par la surveillance réalisée par le dispositif ne produisent pas d'alertes qui seraient sans intérêt a priori comme des chocs produits par une activité normale dans le contexte d'un atelier et de la manutention d'outillages.
Dans une forme de réalisation, une analyse des ondes sonores reçues par les capteurs comporte une détermination continue des amplitudes et des fréquences respectives des ondes acoustiques reçues et une détermination d'un niveau et d'un spectre de bruit ambiant, intégré sur une durée déterminée, un écart entre un niveau de signal acoustique mesuré à un instant donné et un niveau de signal acoustique du bruit ambiant étant comparé à un seuil fixé.
Il est ainsi discriminé les signaux acoustiques pouvant résulter d'un événement exceptionnel comme dans le cas d'un choc sur la structure.
Dans une forme de réalisation, les moyens de commande et de contrôle sont également configurés de façon à caractériser l'impact détecté, à partir d'une amplitude et d'un spectre de l'onde acoustique reçue.
Il est ainsi apporté des informations à l'attention des opérateurs sur la nature et l'intensité des causes ayant pu conduire à l'onde acoustique observée, par exemple en faisant référence à un catalogue d'événements connus.
Avantageusement, les moyens de commande et de contrôle sont également configurés pour éliminer des ondes acoustiques parasites telles que les réflexions multiples des ondes acoustiques sur des parois et sur des objets, autres que la structure, contenus dans le volume de mesure.
Il est ainsi limité le nombre de fausses détections qui pourraient enclencher des investigations inutiles.
Les moyens de commande et de contrôle réalisent la localisation du point d'impact par triangulation, et ou par trilatération, et ou par analyse des différences d'amplitude et/ou de phases entre les signaux correspondant aux ondes acoustiques reçues par les capteurs acoustiques.
Par la mise en œuvre de ces méthodes prises indépendamment, ou en combinaison pour en améliorer la précision si nécessaire, il est obtenu une localisation sur la structure de la source de l'onde acoustique.
La précision de cette localisation peut être inférieure, au moins en théorie, à un centimètre sous réserve que la qualité de la chaîne de mesure mise en œuvre. Les moyens de commande et de contrôle réalisent la désignation visuelle d'un point d'impact localisé en dirigeant le faisceau lumineux ém is par l'au moins un pointeur optique de façon à éclairer un emplacement dans le volume de l'espace surveillé duquel une onde acoustique reçue est supposée provenir et correspondre à un point d'impact.
De préférence, le dispositif comporte une pluralité de pointeurs optiques agencés dans le volume de mesure, a priori agencé dans ledit volume de mesure ou à proximité de celui-ci, pour permettre d'éclairer des points de différentes zones de la structure sur lesquelles zones il doit être détecté des impacts en cas d'occurrence d'un impact.
Il est avantageux de répartir ces pointeurs dans le volume de mesure ou à proximité de ce volume pour assurer la possibilité de pointer sinon toutes au moins le maximum de zones de la structure susceptibles de subir un choc. La multiplicité des pointeurs limite les zones d'ombres, par exemple créées par la structure elle-même ou par des outillages, susceptible d'interdire d'éclairer des points particuliers de la structure surveillée.
Dans une forme de réalisation, les capteurs acoustiques sont des capteurs directionnels disposés autour de la zone de l'enceinte dans laquelle se situe la structure et orientés en direction de cette dernière de sorte à couvrir toute ou partie du volume de ladite structure.
Il ainsi amélioré les limites de la zone surveillée et évité le traitement de signaux sans intérêt vis-à-vis de la détection des chocs.
Pour prendre en compte les conditions réelles dans le volume de mesure, avantageusement, il est relevé les positions des capteurs acoustiques et des pointeurs optiques, les positions relevées étant ensuite mémorisées par les moyens de commande et de contrôle.
Avantageusement, les pointeurs optiques sont des pointeurs laser produisant un éclairage quasi ponctuel dans le domaine visible, dont la tache lumineuse formée sur la structure est de dimensions réduite même avec des pointeurs relativement distant et reste visible dans les conditions d'éclairement ordinaire d'un atelier.
L'invention consiste donc essentiellement en un moyen acoustique sensible dans le domaine de l'audible et d'une électronique associée destinés à détecter, identifier, localiser et quantifier automatiquement les impacts sur des structures, telles que des structures aéronautiques, qui peuvent avoir lieu en usine de production ou en ligne d'assemblage final chez les industriels. Au moyen acoustique est de préférence associé un moyen optique de désignation de zones localisées sur les structures.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui s'appuie à titre d'exemple de réalisation sur les figures annexées qui présentent:
- la figurel , une première illustration schématique présentant le dispositif selon l'invention;
- la figure 2, une seconde illustration schématique présentant le dispositif selon l'invention;
Les éléments présents sur les deux figures, sont référencés par un même nombre repère.
De manière générale l'invention consiste en premier lieu à mettre en œuvre dans une enceinte 12, un hangar de fabrication ou d'assemblage par exemple, délimitant dans cet exemple un volume de mesure 12a où est placée une structure 1 1 considérée, plusieurs "oreilles électroniques" sensibles aux sons, de façon à capter les ondes acoustiques produites par ladite structure en réponse à des chocs reçus, chocs provoqués par exemple par la chute d'outils ou la collision d'engins 16 évoluant dans l'enceinte au voisinage de la structure 1 1 .
La structure 1 1 considérée est par exemple, comme dans l'exemple illustré par les figures, une structure aéronautique (fuselage ou aile d'aéronef notamment) réalisée en tout ou partie en matériau composite ou encore en métal. Cependant le dispositif est bien entendu applicable à d'autres types de structures.
Comme illustré par la figure 1 , le dispositif selon l'invention comporte une pluralité de capteurs acoustiques 13 disposés dans le volume de mesure 12a, ou à ses abords immédiats, agencés de façon à recevoir une onde acoustique 18 émise par la structure 1 1 en réponse à un choc.
Les capteurs acoustiques 13 sont en conséquence choisis avec une sensibilité et un domaine de fréquences adaptés aux sons émis et qui doivent être détectés dans le cadre de la surveillance devant être assurée dans le volume de mesure.
De tels paramètres sont en pratique fonction des dimensions du volume de mesure, qui conditionne en partie une distance entre les capteurs acoustiques et les emplacements d'une structure pouvant être à l'origine d'une onde acoustique, et éventuellement d'autres caractéristiques des capteurs acoustiques telles que leurs directivité.
Lesdits capteurs, au minimum trois capteurs, sont positionnés dans le volume de mesure de façon à ne pas se trouver tous alignés.
D'une façon générale les capteurs 13 peuvent être disposés, en nombre suffisant, de façon à détecter une onde acoustique avec au moins trois capteurs dans, autant que possible, la totalité de l'espace intérieur de l'enceinte. Cependant dans un mode de mise en œuvre particulier de l'invention, le nombre de capteurs 13 utilisés et leurs positions dans l'enceinte 12 peuvent être définis de façon à couvrir un volume de mesure 12a à l'intérieur de l'enceinte plus restreinte, par exemple un volume englobant la structure 1 1 et son voisinage plus ou moins immédiat.
Selon l'invention, les capteurs acoustiques 13 utilisés sont préférentiellement des microphones présentant un diagramme de directivité, privilégiant la détection des ondes acoustiques en direction de la structure de façon à couvrir au moins l'ensemble de la zone du volume de mesure dans lequel se situe la structure 1 1 ou limité pour une partie déterminée de la structure, ledit diagramme de directivité étant choisi pour limiter la sensibilité du microphone considéré aux ondes provenant d'autres directions que celles de la structure ou partie de structure surveillée, aux ondes réfléchies par les parois de l'enceinte 12 notamment.
Cependant, des microphones omnidirectionnels peuvent également être utilisés, d'autres méthodes, de traitement du signal en particulier ou encore le traitement de parois de l'enceinte 12 pour limiter les réflexions acoustiques, pouvant être mises en œuvre pour ne pas prendre en compte les ondes acoustiques sans relation directe avec la structure. Selon l'invention également, les capteurs acoustiques 13 sont reliés à un système de commande et de contrôle 15 auquel sont transmis des mesures acoustiques de chacun des capteurs, par exemple sous la forme de signaux électriques produits par la conversion des ondes acoustiques 18 reçues par chacun des capteurs 13. Les liaisons entre le système de commande et de contrôle 15 et les capteurs acoustiques 13, représentées par les liaisons 131 sur la figure 1 , peuvent être de simples liaisons filaires ou alternativement, dans le cas où les capteurs utilisés sont des microémetteurs, des liaisons radioélectriques de types divers (liaisons à fréquences dédiées, liaisons Bluetooth™, etc....).
Suivant différentes architectures système, les mesures acoustiques effectuées par un capteur sont transmises au système de commande et de contrôle 15 sous forme analogique ou transmise sous forme numérique après avoir été converties par le capteur ou une électronique associée au capteur.
Quelque soit le mode de transmission mis en œuvre entre les capteurs 13 et le système de commande et de contrôle 15, il sera pris es précautions nécessaires pour que les signaux acoustiques, ayant une même origine sur la structure 1 1 , reçus par différents capteurs 13 et transmis au système de commande et de contrôle 15 soit datés de sorte que le moment où un signal acoustique parvient sur un capteur soit identifié avec précision, au moins en relatif entre les différents capteurs.
La datation peut être réalisée par le capteur lui même sous réserve que chaque capteur reçoive un signal d'horloge ou dispose d'une horloge synchronisée sur une base de temps commune à tous les capteurs.
La datation peut être réalisée par le système de commande et de contrôle lorsqu'il reçoit les signaux des différents capteurs, sous réserve que les chaînes de transmission du signal entre chaque capteur et le système de commande et de contrôle n'introduisent pas de différences de temps significatives entre les différents capteurs, ou pour le moins que ces différences de temps de transmission des signaux soient connues et maîtrisées.
Il doit être pris en considération dans le présent dispositif que la synchronisation des mesures réalisées par les différents capteurs, dont la précision conditionne le résultat recherché, s'adresse à des signaux acoustique dont les vitesses de propagation en conditions atmosphériques ordinaires sont de l'ordre de 300 m/s.
Il s'en déduit qu'une synchronisation avec une précision de 0,1 milliseconde introduit des erreurs de mesures de l'ordre du centimètre sur les distances, ce qui correspond à une précision suffisante pour les besoins de la localisation d'un événement sur la structure 1 1 .
Les moyens électroniques ordinaires permettent sans difficulté à l'homme du métier de garantir une précision de datation des signaux de 0,1 milliseconde ou moins.
Le système de commande et de contrôle 15, quant à lui, comporte principalement des moyens d'acquisition et de mémorisation des signaux électriques transmis par les capteurs acoustiques, l'acquisition étant réalisée en continu; ces signaux étant éventuellement multiplexés sur une voie d'acquisition unique.
Le système de commande et de contrôle 15 comporte également des moyens pour réaliser le traitement de ces signaux, avantageusement sous forme numérique, de façon à identifier les signaux correspondant à une onde acoustique 18 consécutive à un choc 17 sur à la structure 1 1 , ainsi qu'un calculateur (de type PC, par exemple) équipé d'un logiciel pour interpréter les signaux détectés, et pour caractériser le choc correspondant (nature, position intensité, etc....).
Pour ce faire, les moyens de traitement numérique selon l'invention effectuent la mesure de l'amplitude de chacun des signaux reçus et procèdent à une analyse temporelle et fréquentielle.
Ils réalisent également en continu une estimation de l'amplitude et du spectre de l'ambiance sonore (i.e. du bruit ambiant) et enregistre l'ambiance sonore de manière répétitive sur des durées données, une durée d'une minute par exemple, de façon notamment à déterminer les fréquences et un seuil d'amplitude permettant de distinguer les signaux d'intérêt parmi des signaux constituant a priori le bruit ambiant.
Par ailleurs les moyens de traitement numérique effectuent également l'élimination par toute méthode connue appropriée, analyse spectrale ou corrélation notamment, des signaux correspondant aux ondes sonores parasites reçues par les capteurs acoustiques 13, les ondes provenant de réflexions multiples notamment. Selon l'invention la détection et la caractérisation des signaux d'intérêt peut être effectuée de différentes façons.
La détection peut ainsi être réalisée en comparant l'amplitude mesurée à un ou plusieurs seuils d'amplitude caractérisant l'amplitude de l'onde acoustique émise par la structure ainsi que par analyse spectrale, ces paramètres fournissant des informations qualitatives générales sur la nature de l'impact, simple chute d'outils ou collision avec une engin 16 en déplacement 19 à proximité de la structure.
Alternativement, dans le cas où le système de commande et de contrôle comporte une base de données dans laquelle sont mémorisés des seuils d'énergie acoustique couplés à certains spectres fréquentiels précédemment déterminés et correspondant à des chocs connus entre des outils ou autre objets et des structures de même type que la structure 1 1 considérée , l'identification d'un signal d'intérêt à l'un ou l'autre des chocs déjà répertoriés permet de disposer d'information plus précises sur l'amplitude, l'origine et la nature du dommage potentiel occasionné.
Les moyens de traitement numérique effectuent également, lorsque que des signaux d'intérêt ont été détectés, une localisation d'une zone 17 de la structure comme étant à l'origine probable de l'onde acoustique 18 correspondant à ces signaux, en pratique la zone de la structure ayant subi un choc, et potentiellement un endommagement.
Cette localisation est réalisée par toute méthode connue à partir des signaux acoustiques captés par les différents capteurs 13 disposés dans le volume de mesure 12a, par exemple par triangulation (analyse goniométrique), et ou par trilatération (analyse des différences de dates de réception des signaux), et ou analyse des différences d'amplitude et/ou de phases entre les signaux acoustiques reçus par les différents capteurs.
Par exemple la mesure d'une différence de temps entre les instants où un signal acoustique est reçu par chacun de deux capteurs, les signaux étant identifiés comme ayant la même source par exemple en raison des similitudes de leurs spectres, permet de calculer une surface, un hyperboloïde, de l'espace qui correspond à l'ensemble des points de l'espace dont la différence des distances aux deux points définis par la position des capteurs est constante, ladite différence des distances étant dans ce cas la distance parcourue par un signal acoustique, dans les conditions physiques de l'enceinte, pendant la différence de temps mesurées de réception des signaux acoustiques. De manière connue, les capteurs, dont les positions dans l'espace de mesure sont connues, correspondent alors aux positions des foyers de l'hyperboloïde.
Les surfaces sont alors calculées pour chaque ensemble de deux capteurs, soit trois surfaces correspondant aux cas de trois capteurs considérés deux à deux, et les intersections de ces surfaces conduisent à la détermination d'un point, ou d'un volume suivant les incertitudes de mesure, qui au moins en théorie est la source de l'onde acoustique reçue par chaque capteur. Ce résultat est obtenu sous réserve que les trois capteurs considérés ne soient pas alignés et que la source de l'onde acoustique émise ne se trouve pas dans le plan déterminé par les trois capteurs, ce qui peut en général être obtenu par un agencement des trois capteurs de sorte que le plan qu'ils déterminent ne soit pas sécant avec la structure surveillée.
Il doit être noté que si en pratique la méthode conduit à identifier mathématiquement plusieurs points comme étant une source possible de l'onde acoustique émise, seuls seront considérés les points situés dans un volume occupé effectivement par la structure surveillé, les points situés en dehors de ce volume pouvant être éliminés.
Il doit également être noté que si trois capteurs au moins doivent être mis en œuvre pour déterminer une localisation, une augmentation du nombre de capteurs 13 dans la volume de mesure 12a, outre qu'il permet de limiter le nombre ou les dimensions de zones masquées de la structure 1 1 , permet de lever d'éventuelles ambiguïtés et d'améliorer la précision avec laquelle la zone d'un impact sur la structure peut être localisée.
Comme déjà précisé, la détermination d'une différence de temps, équivalent à une distance, à laquelle les signaux acoustiques d'une même origine sont reçus par deux capteurs suppose que les signaux soit datés avec la précision requise. Une fois localisée la position de la zone d'impact 17 est mémorisée, avec éventuellement les paramètres descriptifs de la nature de l'événement, tel qu'il a été interprété, à l'origine de l'impact (collision, chute d'objet, etc....). Selon l'invention, le système de commande et de contrôle comporte également des moyens permettant d'avertir des intervenants chargés de la gestion de tels incidents, qu'une occurrence de choc a été identifiée sur la structure 1 1 et à quel endroit 17 l'impact s'est probablement produit. Ces moyens peuvent entreprendre des actions diverses, selon le mode opératoire souhaité. Lesdits moyens peuvent par exemple communiquer la survenue d'un incident à un opérateur situé dans une salle de contrôle et chargé de la gestion des incidents pouvant survenir dans l'enceinte considérée.
La communication peut alors prendre la forme d'un message envoyé directement par le système de commande et de contrôle à la console de l'opérateur, le message comportant principalement une position de l'incident (coordonnée du point d'impact sur la structure) ainsi qu'éventuellement un message indiquant la cause probable du dommage.
La communication peut également être complétée, dans une forme de réalisation préférée illustré par la figure 2, par l'émission d'un faisceau lumineux 21 pointé sur la zone localisée de l'impact 17 et destiné à signaler visuellement cette zone, par un spot lumineux 22, à un opérateur 23 chargé d'évaluer les dommages causés et de décider d'une procédure de réparation.
Dans cette forme de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte alors un ensemble de pointeurs optiques 14 associé au volume de mesure 12a, par exemple disposés à l'intérieur de l'enceinte 12, en des positions connues, de façon à pouvoir diriger au moins un faisceau lumineux sur n'importe quel point de la structure 1 1 . Selon l'invention les pointeurs 14 sont orientables et pilotés par le système de commande et de contrôle 15 auquel ils sont reliés par des liaisons 141 , liaisons filaires ou radio électriques pour recevoir des signaux d'orientation.
Dans une forme de réalisation préférée, les pointeurs optiques sont des sources laser émettant un faisceau lumineux produisant sur la structure un éclairement sensiblement ponctuel. Ainsi, si un incident a été détecté, le dispositif selon l'invention évalue l'énergie du choc occasionné en fonction de l'origine et de l'amplitude de l'onde sonore puis alarme un opérateur de surveillance et indique éventuellement de manière visuelle l'emplacement sur la structure à l'origine de l'onde acoustique ayant été détectée.
Dans une forme de réalisation particulière, les moyens de commande et de contrôle 15 sont configurés de façon à n'identifier et désigner la source 17 d'une émission acoustique que si celle-ci est identifiée comme étant située dans une zone limitée du volume de mesure 12a englobant le volume occupé réellement par la structure 1 1 .
Avantageusement dans ce cas, les moyens de commande et de contrôle 15 ne procèdent à la désignation optique que sur instructions d'un opérateur, par exemple émises par l'opérateur lorsqu'il est à poste dans la zone de mesure.
Il est à noter qu'un dispositif tel que celui selon l'invention étant destiné à un fonctionnement autonome, sa mise en place dans une enceinte 12 donnée inclut, autant que de besoins, une phase de calibration, durant laquelle le dispositif fait l'acquisition des positions respectives des différents capteurs acoustiques et des positions et orientations des différents pointeurs optiques, ainsi que l'acquisition de courbes de réponse de chacun des capteurs dans les conditions des mesures, par exemple par la mise en œuvre de sources sonores étalonnées.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif pour réaliser la détection et la localisation d'un impact (17) sur une structure (1 1 ), ladite structure étant située dans un volume de mesure (12a) dans lequel évoluent des opérateurs (23) et/ou des véhicules (16), caractérisé en ce qu'il comporte:
- au moins trois capteurs acoustiques (13) agencés non alignés à l'intérieur du volume de mesure (12a) et de telle façon qu'une onde acoustique (18) émise en un point quelconque du volume de mesure (12a) puisse être reçue en propagation directe par chacun des capteurs (13);
- des moyens de commande et de contrôle (15) configurés pour traiter des signaux correspondants aux ondes acoustique reçues par les au moins trois capteurs (13) acoustiques afin de détecter occurrence d'un impact (17) au niveau de la structure et de localiser un point de ladite structure à l'origine d'une onde acoustique (18) consécutive à l'impact et détectée par les capteurs acoustiques (13).
Dispositif suivant la revendication 1 comportant en outre au moins un pointeur optique (14) produisant à distance dudit pointeur un éclairement ponctuel (22) et disposé dans le volume de mesure (12a) de façon à ce que des points d'une structure (1 1 ) dans le volume de mesure puissent être éclairés par l'au moins un pointeur optique (14), ledit au moins un pointeur optique (14) étant actionné par les moyens de commande et de contrôle (15) de façon à désigner un emplacement dans le volume de mesure, duquel une onde acoustique reçue est supposée provenir, et correspondre à un point d'impact (17) localisé sur la structure en éclairant (22) un emplacement correspondant de ladite structure.
Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel les moyens de commande et de contrôle (15) sont configurés de façon à n'identifier et désigner la source d'une émission acoustique que si celle-ci est située dans une zone limitée du volume de mesure (12a) englobant un volume occupé réellement par la structure (1 1 ).
4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'analyse des ondes sonores reçues par les au moins trois capteurs (13) comporte une détermination continue des amplitudes et des fréquences respectives des ondes acoustiques reçues et une détermination d'un niveau et d'un spectre de bruit ambiant, intégré sur une durée déterminée, un écart entre un niveau de bruit mesuré à un instant donné et le niveau du bruit ambiant étant comparé à un seuil fixé.
5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande et de contrôle (15) sont également configurés de façon à caractériser l'impact détecté, à partir d'une amplitude et d'un spectre de l'onde acoustique reçue.
6 - Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les moyens de commande et de contrôle (15) sont également configurés pour éliminer des ondes acoustiques parasites telles que les réflexions multiples des ondes acoustiques sur des parois et sur des objets, autres que la structure (1 1 ), contenus dans le volume de mesure.
7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande et de contrôle (15) réalisent la localisation du point d'impact (17) par au moins une des méthodes de : triangulation, trilatération, analyse des différences d'amplitude et ou de phases, appliquées aux ondes acoustiques reçues par les capteurs acoustiques (13). 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 2, dans lequel les moyens de commande et de contrôle (15) réalisent la désignation visuelle (22) d'un point d'impact localisé en dirigeant le faisceau lumineux (21 ) émis par l'au moins un pointeur optique de façon à éclairer une zone de la structure (1 1 ) identifiée comme le point d'impact (17). - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 2, comportant une pluralités de pointeurs optiques (14) agencés dans le volume de mesure (12a) ou à proximité dudit volume pour permettre d'éclairer des points de différentes zones de la structure (1 1 ) sur lesquelles zones il doit être détecté des impacts en cas d'occurrence d'un impact. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les capteurs acoustiques (13) utilisés sont des capteurs directionnels disposés autour de la zone de l'enceinte (12) dans laquelle se situe la structure (1 1 ) et orientés en direction de cette dernière. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les positions des au moins trois capteurs acoustiques (13) et des pointeurs optiques (14), sont des positions relevées et mémorisées par les moyens de commande et de contrôle (15). - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 2, dans lequel les pointeurs optiques (14) sont des pointeurs laser produisant un éclairage quasi ponctuel.
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