CA2461506C

CA2461506C - Device and method for detecting defects in a wood or wood-based product from its acoustic signature

Info

Publication number: CA2461506C
Application number: CA2461506A
Authority: CA
Inventors: Richard Kronland-Martinet; Henri Bailleres; Philippe Guillemain; Gilles Calchera; Loic Brancheriau; Jean-Denis Lanvin; David Grenier
Original assignee: CENTRE TECHNIQUE DU BOIS ET DE L'AMEUBLEMENT; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Centre de Cooperation Internationalel en Recherche Agronomique pour le Development CIRAD
Current assignee: CENTRE TECHNIQUE DU BOIS ET DE L'AMEUBLEMENT; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Centre de Cooperation Internationalel en Recherche Agronomique pour le Development CIRAD
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2012-11-13
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: CA2461506A1; WO2003027670A1; FR2830082B1; EP1432982A1; FR2830082A1

Abstract

Dispositif et méthode de détection de défauts (1) dans un objet (2) comprenant des moyens d'excitation locale de la surface (3) de l'objet (2) comportant au moins un élément frottant (4), des moyens de détection de la réponse vibratoire de l'objet (2) et des moyens de traitement du signal détecté. Les éléments frottants (4) comportent avantageusement des brosses. Les moyens de détection comportent des microphones (7), placés à proximité des brosses ou des accéléromètres (7), couplés auxdites brosses. Les moyens de traitement du signal comportent une carte d'acquisition (8) et un ordinateur (10). Des moyens de défilement (11) font avancer l'objet (2) à vitesse constante par rapport aux moyens d'excitation et de détection, ou inversement. Ce dispositif et cette méthode peuvent avantageusement être mis en oeuvre pour un contrôle industriel non destructif de pièces de bois massives assemblées et de produits à base de bois (carrelets, panneaux,...) afin de détecter rapidement des défauts (délaminations, soufflures,...).Device and method for detecting defects (1) in an object (2) comprising means for locally exciting the surface (3) of the object (2) comprising at least one rubbing element (4), detection means the vibratory response of the object (2) and means for processing the detected signal. The friction elements (4) advantageously comprise brushes. The detection means comprise microphones (7), placed near the brushes or accelerometers (7), coupled to said brushes. The signal processing means comprise an acquisition card (8) and a computer (10). Scrolling means (11) advance the object (2) at a constant speed relative to the excitation and detection means, or vice versa. This device and this method can advantageously be used for non-destructive industrial control of assembled solid wood parts and wood-based products (squares, panels, etc.) in order to quickly detect defects (delamination, blistering, ...).

Description

Dispositif et méthode de détection de défauts dans un produit en bois ou à base de bois à partir de sa signature acoustique La présente invention concerne un dispositif et une méthode pour la détection en temps réel de défauts dans un objet manufacturé en bois ou à base de bois.
L'optimisation des étapes de fabrication industrielle dans 1â
filière bois passe par un contrôle accru de la qualité des produits en amont de la chaîne de production. En effet, un défaût de fabrication détecté à un stade précoce dans la chaîne de production n'entraînera qu'un coût limité pour son traitement.
Cette recherche d'optimisation répond également à un souci de garantie de qualité et de respect de spécifications strictes des produits fabriqués.
Le type de défaut que l'on désire détecter consiste principalement en des inhomogénéités dans un produit en bois ou à base de bois. Celles-ci peuvent résulter de la séparation d'un matériau en deux ou plusieurs couches, de la présence d'inclusion, de singularité, ou d'un manque de liaison entre deux ou plusieurs couches d'un matériau laminé ou plaqué. Ces dernières sont appelées communément des "délaminations". Elles peuvent apparaître dans des produits reconstituës à base de bois tels que des carrelets qui consistent en des âmes constituées de plusieurs essences sur lesquelles sont collées des planchettes de quelques millimètres d'épaisseur donnant ainsi à ladite structure, l'apparence de bois massif. Ces types d'adhésion défectueuse peuvent résulter, par exemple, d'un manque de colle. Le même type de problème peut apparaître dans les panneaux à base de bois constitués d'une âme et de placages.
Divers dispositifs ont ainsi vu le jour pour le contrôle non destructif de produits bois. Un premier type de dispositifs permet la mesure directe et localisée de la densité du produit bois au moyen de rayons X (Lanvin JD. et al. (1998) Classement des bois de structure au moyen d'un densimètre à rayons X, J. Phys. IV
France (8) pp : 561-567 ; Brevet US-4,941,357 ; machine Device and method for detecting defects in a product made of wood or wood from its acoustic signature The present invention relates to a device and a method for real-time detection of defects in an object manufactured in wood or wood.
Optimization of industrial manufacturing stages in 1a the wood industry goes through an increased control of the quality of products upstream of the production line. Indeed, a defeat of manufacturing detected at an early stage in the chain of production will result in a limited cost for its treatment.
This search for optimization also responds to a desire to guarantee of quality and respect of strict specifications of manufactured products.
The type of defect that one wishes to detect consists mainly in inhomogeneities in a wood product or based on wood. These can result from the separation of a material in two or more layers, the presence inclusion, singularity, or lack of connection between two or multiple layers of a laminated or plated material. These The latter are commonly called "delaminations". They may appear in reconstituted wood-based products such as squares which consist of souls made up of several species on which are glued boards of a few millimeters thick thus giving to said structure, the appearance of solid wood. These types of faulty membership may result, for example, from a lack of glue. The same type of problem may appear in panels based on wood consisting of a soul and veneers.
Various devices have thus emerged for non-compliance destructive of wood products. A first type of device allows the direct and localized measurement of the density of the wood product X-ray medium (Lanvin JD et al., 1998) Wood ranking structure using an X-ray densimeter, J. Phys. IV
France (8) pp: 561-567; U.S. Patent 4,941,357; machine

2 "StenOgraph" de GreCon, Inc.). Ces dispositifs donnent accès à la cartographie densitométrique exacte de chaque produifi permettant ainsi une bonne évaluation de leur qualité interne. Un second t~pe de dispositifs ufiilisant les ultrasons et basé sur les variations d'absorption d'énergie dans le milieu firaversé a également été
proposé (machine "UPU 2000" de GreCon, Inc.).
L'analyse de la diffusion de la chaleur dans une structure en bois est aussi une méthode adaptée pour la détection de défauts.
Une méthode de thermographie infrarouge a notamment été
dëveloppée par l'institut Wilhelm Klauditz Institut (Meinlschmidfi P.
et al. Zerst~rungsfreie Fehlererkennung mittels Thermografie, Holzfehlererkennung, Seite 780 - Nummer 52 - Holz-Zentralblatfi).
D'aufires méthodes encore visent à évaluer le module d'élasticité
statique (CAE Machinery Ltd.) ou dynamique (Oison Insfiruments Inc., Sandes S.A.).
On connaît, par ailleurs, une méthode de détection non destructive de délaminations (Brevet US-3,937,065) dans laquelle on soumet la surface d'un objefi à tester à des chocs transvérses ("tapping mode") à une fréquence de 60 Hz et on détecte la réponse acoustique émise par l'objet. Cependant, comme cette méthode de sondage de la surface de l'objet n'est pas continue, son application à la détection de défauts dans des produits bois à
un niveau industriel est inadaptée.
L'objecfiif de la présente invention est donc de proposer un dispositif et une méthode simple dans leur conception et dans leur mode opératoire, rapide et économique pour la détection de défauts dans un objet en temps réel.
A cet effet, l'invention concerne un dispositif de détection de défauts dans un objet comprenant - des moyens d'excitation locale de la surface de l'objet, - des moyens de détection de la réponse vibratoire de l'objet, - des moyens de traitement du signal vibratoire mesuré.
Selon l'invention, les moyens d'excitation locale de la surface de l'objet comportent au moins un élément frottant. 2 "StenOgraph" by GreCon, Inc.). These devices give access to the accurate densitometric mapping of each product allowing thus a good evaluation of their internal quality. A second t ~ pe of ultrasound-utilizing devices based on variations of energy absorption in the firaversé environment was also proposed ("UPU 2000" machine from GreCon, Inc.).
The analysis of the diffusion of heat in a structure wood is also a suitable method for detecting defects.
In particular, a method of infrared thermography has been developed by the Institute Wilhelm Klauditz Institute (Meinlschmidfi P.
et al. Zerst ~ rungsfreie Fehlererkennung mittels Thermografie, Holzfehlererkennung, Seite 780 - Nummer 52 - Holz-Zentralblatfi).
Other methods still aim to evaluate the modulus of elasticity static (CAE Machinery Ltd.) or dynamic (Oison Insfiruments Inc., Sandes SA).
In addition, a non-detection method is known destructive delamination (US Patent 3,937,065) in which the surface of an object to be tested is subjected to transverteous shocks ("tapping mode") at a frequency of 60 Hz and detects the acoustic response emitted by the object. However, as this method of probing the surface of the object is not continuous, its application to the detection of defects in wood products to an industrial level is inadequate.
The object of the present invention is therefore to propose a device and a simple method in their design and in their operating mode, fast and economical for the detection of defects in an object in real time.
For this purpose, the invention relates to a device for detecting defects in an object comprising local excitation means of the surface of the object, means for detecting the vibratory response of the object, - Means of processing the vibratory signal measured.
According to the invention, the local excitation means of the surface of the object comprise at least one rubbing element.

3 On entend par "élément frottant", un élément qui, mis en contact avec un objet à tester, est soumis à un frottement avec ce dernier. Un contact continu est maintenu par la pression exercée par l'élément sur l'objet à tester, ce dernier étant déplacé par rapport audit élément, ou inversement. On appelle "objet", tout produit en bois ou à base de bois.
Dans diffërents modes de réalisation particuliers ayant chacun ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles - les éléments frottants comportent des brosses ;
- la longueur et l'épaisseur des poils de la brosse sont adaptées pour rapprocher leur fréquence de résonance de la fréquence de résonance caractéristique des défauts ;
- les moyens de détection comportent des capteurs de vibration placés à proximité des éléments frottants ;
- les éléments frottants sont des brosses et les moyens de détection comportent des capteurs de vibrations couplés aux brosses;
- des moyens de défilement produisent un mouvement rélatif de l'objet à vitesse contrôlée par rapport aux moyens d'excitation et de détection ;
- il comporte plusieurs éléments frottants qui sont décalés les uns par rapport aux autres dans l'axe d'avancement de l'objet testë ;
- les réponses acoustiques de l'objet sont comprises entre Hz et 20.000 Hz.
L'invention concerne également une méthode de détection de défauts dans un objet dans laquelle - on excite localement la surface d'un objet, 30 - on détecte la réponse vibratoire de l'objet, - on traite le signal. détecté. .
Selon l'invention :
- on utilise au moins un élément frottant pour exciter la surface de l'objet testé, 3 "Rubbing element" means an element which, when contact with an object to be tested, is subjected to friction with this latest. Continuous contact is maintained by the pressure exerted by the element on the object to be tested, the latter being moved by report to that element, or vice versa. We call "object", everything product made of wood or wood.
In various particular embodiments having each its particular advantages and likely many possible technical combinations the rubbing elements comprise brushes;
- the length and thickness of the bristles of the brush are adapted to bring their resonant frequency closer to the resonance frequency characteristic of defects;
the detection means comprise sensors of vibration placed near the rubbing elements;
- the rubbing elements are brushes and the means of detection include vibration sensors coupled to brushes;
scrolling means produce a relative movement of the controlled speed object with respect to the excitation means and detection;
- It has several rubbing elements that are offset relative to each other in the axis of advancement of the object tested;
- the acoustic responses of the object are between Hz and 20,000 Hz.
The invention also relates to a detection method of defects in an object in which - we excite locally the surface of an object, The vibratory response of the object is detected, the signal is processed. detected. .
According to the invention:
at least one rubbing element is used to excite the surface of the object tested,

4 - on traite numériquement et en temps réel le signal détecté
sur un ordinateur, - on fait défiler à vitesse contrôlée l'objet testé par rapport aux moyens d'excitation et de défection.
Dans différents modes de réalisation particuliers ayant chacun ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles - on définit avant de tester un ensemble d'objets de même type, la signature vibratoire caractéristique d'un desdits objets ne présentant pas de défauts, on compare ensuite le signal vibratoire mesuré pour chacun des objets de l'ensemble à ladite signature.
L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif de détection de défauts dans un objet, selon l'invention ;
- la figure 2 montre un exemple type de fenétres d'affichage en temps réel : le signal temporel 14 constitue la référence - son amplitude' maximale calculée sur un intervalle de temps peut constituer un seuil de détection - le signal temporel 15 est mesuré
lorsque l'élément frottant rencontre un défaut ;
- la figure 3 est une vue schématique de dessus d'un carrelet présentant un défaut lié aux lignes de collage.
On entend par - défaut - d'un objet 2, une imperfection matérielle de l'objet 2 caractérisée par la présence d'au moins une inhomogénéité 1 dans ledit objet 2. Ce type d'inhomogénéité
1 peut, par exemple, être un noeud dans le bois, une inclusion ou une délamination dans un matériau constitué de couches laminées ou plaquées, ce type de défaut 1 étant, en général, caché.
Le dispositif de détection de défauts 1, selon l'invention, est basé sur l'analyse de la réponse vibratoire d'un objet 2 sous l'action d'une excitation continue. Le dispositif comprend' donc des moyens d'excitation locale de la surface 3 de l'objet 2 comportant au moins un élément frottant 4 (voir figure 1 ). Dans un mode de réalisation préféré, les moyens d'excitation locale de la surface 3 de l'objet 2 comportent des brosses. Ces brosses comprennent des poils 5 fixés à un support 6 de type plaque. Ces poils 5 sont principalement définis par leur longueur, leur section et (surs propriétés intrinsèques (masse volumique, module d'Young,..).
Avantageusement, ces poils 5 sont métalliques. 4 - the signal detected is processed numerically and in real time on a computer, - the object tested is speed-controlled the means of excitation and defection.
In different particular embodiments having each its particular advantages and likely many possible technical combinations - we define before testing a set of objects of the same type, the characteristic vibratory signature of one of those objects does not presenting no defects, the vibration signal is then compared measured for each of the objects of the set to said signature.
The invention will be described in more detail with reference to attached drawings in which FIG. 1 is a schematic representation of the device defect detection in an object, according to the invention;
- Figure 2 shows a typical example of display windows in real time: the time signal 14 constitutes the reference - its amplitude 'calculated over a time interval can constitute a detection threshold - the time signal 15 is measured when the rubbing element encounters a defect;
FIG. 3 is a schematic view from above of a plaice with a defect related to the bonding lines.
The default of an object 2, an imperfection material of object 2 characterized by the presence of at least an inhomogeneity 1 in said object 2. This type of inhomogeneity 1 can, for example, be a knot in the wood, an inclusion or delamination in a material consisting of laminated layers or plated, this type of defect 1 being, in general, hidden.
The defect detection device 1, according to the invention, is based on the analysis of the vibratory response of an object 2 under the action of a continuous excitation. The device therefore includes local excitation means of the surface 3 of the object 2 comprising at least one rubbing element 4 (see Figure 1). In a mode of preferred embodiment, the local excitation means of the surface 3 of object 2 have brushes. These brushes include bristles 5 fixed to a support 6 of the plate type. These hairs 5 are mainly defined by their length, section and (s) intrinsic properties (density, Young's modulus, ..).
Advantageously, these bristles 5 are metallic.

5 Lors de la mise en oeuvre de plusieurs éléments frottants 4 pour obtenir une caractérisation de l'objet 2 testé non plus linéaire, donc unidimensionnelle, mais planaire (deux dimensions), les éléments frottants 4 sont décalés les uns par rapport aux autres dans l'axe d'avancement dudit objet 2. Ce positionnement permet d'éviter d'éventuelles interactions entre les éléments frottants 4.
Lorsque la brosse. est en frottement avec l'objet 2, les poils 5 entrent en interaction avec les aspérités de la surface 3 de l'objet 2 et c'est une série de micro-chocs qui excite localement ledit objet 2. La réponse vibratoire d'une structure à une excitation étant reliée à ses caractéristiques matériaux et géométriques, toute modification de ces grandeurs par la présence d'inhomogénéités 1 se répercute dans le spectre fréquentiel de la réponse vibratoire. Des moyens de détection permettent donc d'acquérir la réponse acbustique rayonnée par l'objet 2 sous l'effet de l'excitation locale de la surface 3. Les moyens de détection comportent, dans un mode de réalisation, un capteur de vibration 7 placë à proximité d'un élément frottant 4. Dans un mode de réalisation .préféré, ces capteurs de vibration sont des microphones. Dans le cas où plusieurs éléments frottants 4 sont mis en oeuvre, les microphones 7 sont choisis directionnels et sont placés à proximité immédiate de chaque élément frottant 4 et de l'objet 2.
Le signal acoustique étant détecté par un microphone 7, de bande passante 30 Hz à 20.000 Hz, il se voit transformer une variation de pression sonore en une variation de tension analogique de l'ordre de 50 mV. Ce signal électrique est reçu sur une carte d'acquisition 8. II est dans un premier temps filtré, amplifié puis numérisé, à l'aide d'un convertisseur analogique/numérique 9. Ce signal est enfin traité par un micro-When implementing several rubbing elements 4 to obtain a characterization of the object 2 tested either linear, therefore unidimensional, but planar (two dimensions), the friction elements 4 are offset with respect to others in the axis of advancement of said object 2. This positioning avoids possible interactions between elements rubbing 4.
When the brush. is in friction with the object 2, the hairs 5 interact with the roughness of surface 3 of object 2 and it's a series of micro-shocks that excites locally said object 2. The vibratory response of a structure to an excitation being connected to its material and geometric characteristics, any modification of these quantities by the presence of inhomogeneities 1 is reflected in the frequency spectrum of the vibratory response. Detection means therefore allow to acquire the acbustic response radiated by object 2 under the effect of the local excitation of the surface 3. The means of in one embodiment, a sensor of vibration 7 placed near a rubbing element 4. In a preferred embodiment, these vibration sensors are microphones. In the case where several rubbing elements 4 are implemented, the microphones 7 are chosen directional and are placed in the immediate vicinity of each rubbing element 4 and of the object 2.
The acoustic signal being detected by a microphone 7, bandwidth 30 Hz to 20,000 Hz, he sees himself transforming a sound pressure variation in a voltage variation analog of the order of 50 mV. This electrical signal is received on an acquisition card 8. It is initially filtered, amplified then digitized, using a converter This signal is finally processed by a micro-

6 ordinateur 10 ou tout système informatique capable de traiter l'information.
Dans un mode de réalisation, des moyens de défilement 11 permettent de faire avancer l'objet 2 à vitesse constante par rapport aux moyens d'excitation et de détection. Dans un autre mode de réalisation, des moyens de défilement 11 permettent de faire avancer des moyens d'excitation et de détection à vitesse constante par rapport à l'objet 2. Avantageusement, ces moyens de défilement 11 comportent des rouleaux de défilement. La vitesse de dëfilement est comprise entre 0 et 50 m par minute.
Les éléments du dispositif selon l'invention ne sauraient être limités à la description qui précède et sont susceptibles de modifications avec l'évolution des technologies. L'utilisation de microphones 7 comme moyens de détection peut par exemple, étre remplacée par la mise en oeuvre de capteurs de vibration directement couplés aux brosses. Avantageusement, ces capteurs de vibration sont alors des accéléromètres. D'autres éléments frottants 4 peuvent également être mis en oeuvre, dans le cadre de l'invention, tels que des stylets, patins, languettes.
L'invention concerne également une méthode de détection de défauts 1 dans un objet 2 dans laquelle on excite localement la surface 3 de l'objet 2 à tester au moyen d'au moins un élément frottant 4. Cette excitation locale de la surface 3 de l'objet 2 est continue. Les éléments frottants 4 comportent avantageusement des brosses. On détecte alors la réponse acoustique émise par l'objet 2 par des moyens de détection. Ces derniers comportent, dans un mode de réalisation préféré, des capteurs de vibration 7 placés à proximité des éléments frottants 4. Avantageusement, ces capteurs de vibration sont des microphones.
Dans un mode de réalisation, on fait défiler à vitesse contrôlée l'objet 2 par rapport aux moyens d'excitation et de détection. Dans un autre mode de réalisation, on fait défiler les moyens d'excitation et de détection à vitesse contrôlée par rapport à l'objet 2. On envoie ensuite en temps réel le signal acoustique détecté sur un ordinateur 10, ainsi que la vitesse de défilement de 6 computer 10 or any computer system capable of processing information.
In one embodiment, scrolling means 11 make it possible to advance the object 2 at constant speed by compared to the excitation and detection means. In another embodiment, scrolling means 11 make it possible to advance means of excitation and detection at speed constant with respect to object 2. Advantageously, these means scroll 11 comprise scroll rollers. The speed of travel is between 0 and 50 m per minute.
The elements of the device according to the invention can not be limited to the foregoing description and are likely to changes with the evolution of technologies. The use of microphones 7 as detection means can for example, be replaced by the implementation of vibration sensors directly coupled to the brushes. Advantageously, these sensors vibration are then accelerometers. Other elements rubbers 4 can also be used in the context of of the invention, such as stylets, pads, tongues.
The invention also relates to a detection method of defects 1 in an object 2 in which one excites locally the surface 3 of the object 2 to be tested by means of at least one element 4. This local excitation of the surface 3 of the object 2 is keep on going. The friction elements 4 advantageously comprise brushes. The acoustic response emitted by the object 2 by detection means. These include, in a preferred embodiment, vibration sensors 7 placed near the rubbing elements 4. Advantageously, these vibration sensors are microphones.
In one embodiment, one scrolls at a speed controlled the object 2 with respect to the means of excitation and detection. In another embodiment, scrolls means of excitation and detection at controlled speed compared to the object 2. Then sends in real time the acoustic signal detected on a computer 10, as well as the scroll speed of

7 l'objet ou des moyens d'excitation efi de détection pour la prendre en compte lors du traitement numérique.
Dans un premier mode de ' réalisafiion, on traite numériquement ce signal grâce à un logiciel et on visualise en fiemps réel une représentation du signal par son amplitude 12 au cours du temps 13 sur une fenêtre d'affichage. Dans un deuxième mode de réalisation, on détecfie automatiquement le signal par la fixation d'un seuil de détecfiion, soit sur l'amplitude du signal fiemporel, soit sur sa représentation fréquentielle.
~ On définit avant de tester un ensemble d'objets 2 de mëme type, la signature acoustique 14 caractérisfiique d'un desdits objets 2 ne présenfiant pas de défauts 1. Ce calibrage préalable à
partir d'un objet 2 sain permet donc de comparer l'amplitude du signal acoustique mesuré 15 pour chacun des objets 2 de l'ensemble à ladite signature 14. La réponse vibratoire d'un objet 2 à une excitation locale de sa surface 3 étant reliée à ses caractéristiques matériaux et géométriques, la présence d'inhomogénéités 1 dans ledit objet se traduit par un signal d'amplitude différente 15 de la signature 14 émise par un objet 2 sain dans la représenfiation amplitude-temps (voir figure 2) de la réponse vibratoire. Cette différence d'amplitude devient significative lorsque les modes de vibration des poils 5 de la brosse sont proches en fréquence des modes desdites inhomogénéités 1. La vitesse de défilement de l'objefi à tesfier 2 étant connue, on peut ainsi détecter en temps réel la présence et la position d'un défaut 1.
Sur la figure 2, l'axe des abscisses 13 représente l'échelle de temps (s) de l'axe des ordonnées 12, l'échelle des amplitudes (en unités arbitraires).
Une théorie a été développée pour expliquer l'amplification des modes vibratoires issus des inhomogénéités 1. Cette théorie fait référence à un couplage entre les modes de vibrations de la brosse et ceux de l'objet 2 à tester. Ces modes étant proches les uns des aufires, on assisterait à des phénomènes de résonances rendant la détection des inhomogénéités 1 très aisée. On cherche ô
donc à adapter la longueur et l'épaisseur des poils 5 de la brosse préalablement à toute mesure d'un ensemble d'objets 2, pour rapprocher leurs fréquences des fréquences spécifiques des défauts 1.
La surface 3 de l'objet 2 présentant une résistance aux frottements, les poils 5 desdites brosses sont mis en vibration.
On distingue alors deux types de vibrations. La première est celle des poils en contact avec la surface 3 de l'objet 2.
L'excitation de ces poils est engendrée par leur frottement avec la surface 3. Le deuxième type de vibration des poils 5 concerne ceux qui, sans contact avec la surface 3, sont excités par leurs voisins.
Une approche simplifiée pour déterminer les fréquences propres de vibrations des poils 5 de la brosse consiste alors à
modéliser lesdits poils 5 en utilisant les hypothèses et le modèle de Bernoulli en dynamique des poutres.
L'équation donnant les fréquences propres est __ _l _Cn _EI ( 1 ) f n 2'rt L~
oü L est la longueur du poil 5, n le rang du mode (n = 1,2), E le module d'Young, I le moment quadratique, p la masse linéique du poil 5 et Cn les constantes associées au mode de rang n.
On tient également compte des conditions aux limites, i.e. la poutre est soit "encastrée-libre" pour un poil 5 non en contact avec la surface 3 de l'objet 2, soit "encastrée-appuyée" pour un poil 5 en contact sur la surface 3.
Dans un exemple de réalisation particulière (voir figure 3), on considère des carrelets 16 rectangulaires minces en bois présentant des défauts 1 liés. au pas des lignes de collage 17 de dimensions typiques 5 cm par 2 cm. On observe alors pour ces défauts 1, deux modes de vibration aux fréquences suivantes f1 = 7500 Hz et f2 = 11.500 Hz. Pour des moyens de détection faisant intervenir des brosses métalliques, on cherchera donc à

adapter la longueur et l'épaisseur des poils 5 métalliques de façon à approcher leurs fréquences de vibrations de ces dernières valeurs. En prenant, par exemple, des poils de longueur 2.8 cm et de section 0.38 mm, on obtient en utilisant l'équation (1 ) des fréquences théoriques à environ 9.000 Hz et 13.000 Hz suffisamment proches des modes de vibrations observés pour les inhomogénéités 1 pour obtenir l'amplification en amplitude de ces dern fières.
Ce dispositif et cette méthode peuvent avantageusement être mis en oeuvre pour un contrôle industriel non destructif de pièces de bois assemblées et de produits à base de bois (carrelets, panneaux,...) afin de détecter rapidement des défauts (délaminations, soufflures,..). 7 the object or means of excitation efi detection to take it in account during digital processing.
In a first mode of realization, one treats numerically this signal thanks to a software and one visualizes in real time a representation of the signal by its amplitude 12 at course of time 13 on a display window. In a second embodiment, the signal is automatically detected by the setting a detection threshold, either on the amplitude of the signal timeless, either on its frequency representation.
~ We define before testing a set of objects 2 of the same type, the acoustic signature 14 characterisfiic of one of said objects 2 not preserning defects 1. This calibration prior to from a healthy object 2 therefore makes it possible to compare the amplitude of the measured acoustic signal 15 for each of the objects 2 of the assembly to said signature 14. The vibratory response of an object 2 to a local excitation of its surface 3 being connected to its material and geometric characteristics, the presence of inhomogeneities 1 in said object results in a signal of different amplitude 15 of the signature 14 emitted by an object 2 healthy in the amplitude-time representation (see Figure 2) of the vibratory response. This amplitude difference becomes significant when the vibration modes of the bristles 5 of the brush are close in frequency modes of said inhomogeneities 1. The scrolling speed of the object to tesfier 2 being known, one can thus detect in real time the presence and the position of a fault 1.
In FIG. 2, the abscissa 13 represents the scale of time (s) of the ordinate axis 12, the amplitude scale (in arbitrary units).
A theory has been developed to explain the amplification vibratory modes resulting from inhomogeneities 1. This theory refers to a coupling between the vibration modes of the brush and those of object 2 to test. These modes being close to one of the aufires, we would witness phenomena of resonances making the detection of inhomogeneities 1 very easy. We search oh therefore to adapt the length and the thickness of the bristles 5 of the brush prior to any measurement of a set of objects 2, for bring their frequencies closer to specific frequencies defects 1.
The surface 3 of the object 2 exhibiting resistance to friction, the bristles 5 of said brushes are set in vibration.
There are two types of vibrations. The first is that of the bristles in contact with the surface 3 of the object 2.
The excitation of these hairs is generated by their friction with the surface 3. The second type of hair vibration 5 concerns those who, without contact with surface 3, are excited by their neighbors.
A simplified approach to determine frequencies of vibrations of the bristles 5 of the brush then consists of model said hair 5 using the assumptions and the model of Bernoulli in dynamics of the beams.
The equation giving the eigenfrequencies is __ _l _Cn _EI (1) fn 2'rt L ~
where L is the length of the hair 5, n the rank of the mode (n = 1,2), E the Young's modulus, I the quadratic moment, p the mass hairline 5 and Cn constants associated with the mode of rank not.
We also take into account the boundary conditions, ie the beam is either "recessed-free" for a pile 5 not in contact with the surface 3 of the object 2, either "recessed-supported" for a hair 5 in contact on the surface 3.
In a particular embodiment (see FIG. 3), we consider thin square 16 wooden squares with 1 related defects. in step of the glue lines 17 of typical dimensions 5 cm by 2 cm. We then observe for these defects 1, two modes of vibration at the following frequencies f1 = 7500 Hz and f2 = 11.500 Hz. For detection means involving metal brushes, we will seek to adapt the length and thickness of the metal bristles so to approach their vibration frequencies of these last values. By taking, for example, hairs of length 2.8 cm and of section 0.38 mm, one obtains using the equation (1) of theoretical frequencies at around 9,000 Hz and 13,000 Hz sufficiently close to the vibration patterns observed for inhomogeneities 1 to obtain amplitude amplification of these last proud.
This device and this method can advantageously be implemented for non-destructive industrial control of assembled pieces of wood and wood-based products (squares, panels, ...) to quickly detect faults (delaminations, blowholes, ..).

Claims

claims

1. Device for detecting defects in a wooden or base object of wood including:
means of local acoustic excitation of the surface of the object, means for detecting the vibratory response of the object to said local acoustic excitation, and means for processing the measured vibratory signal, characterized in that the local excitation means of the surface of the object comprise at least one rubbing element adapted to cause said local acoustic excitation by friction, and in that the responses acoustic detected are between 30 Hz and 20 000 Hz.

2. Device for detecting defects according to claim 1, characterized in that the friction elements comprise brushes whose fur are adapted to acoustically excite said surface via a series of micro-shock with its asperities.

3. Device for detecting defects according to claim 2, characterized in that the length and thickness of the bristles of the brush are adapted to bring their resonant frequency closer to the resonance frequency characteristic of defects.

4. Device for detecting defects according to claim 1 or 3, characterized in that the detection means comprise sensors of vibrations, placed near the rubbing elements.

5. Device for detecting defects according to claim 4 when dependent on claim 2, characterized in that the means for detection comprise vibration sensors coupled to the brushes.

6. Device for detecting defects according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that it also comprises means for scrolling to produce a relative motion of the controlled rate object by compared to the excitation and detection means.

7. Device for detecting defects according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that it comprises several elements rubbing which are offset relative to each other in the axis of advancement of the object tested.

8. Method of detecting defects in a wooden object or based of wood, in which:
a local acoustic excitation of the surface of said object, the vibratory response of the object is detected at the said excitation local acoustics, and, the detected signal is processed, characterized in that:
at least one friction element is used to excite friction the surface of the object tested, - we detect acoustic responses of the object between 30 Hz and 20,000 Hz, the signal detected on a digital signal is processed digitally in real time computer, - the tested object is scrolled at a controlled speed with respect to the excitation and detection means.

9. Method of detecting defects according to claim 9, characterized in that one defines before testing a set of objects of the same type, the characteristic vibratory signature of one of the said objects not exhibiting of defects, we then compare the vibratory signal measured for each of the objects of together to said signature.

The method of detecting defects according to claim 9, characterized in that said or each rubbing element is a brush of which hairs have natural frequencies close to those of the vibration modes of the defects to be detected.