FR2666420A1

FR2666420A1 - Device for transmitting infrared radiation to an object for a controlled time period

Info

Publication number: FR2666420A1
Application number: FR9011009A
Authority: FR
Inventors: Tretout Herve; Marin Jean-Yves; Haziza Gilles; Elsensohn Thierry; Bernard Olivier
Original assignee: Dassault Aviation SA
Current assignee: Dassault Aviation SA
Priority date: 1990-09-05
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1992-03-06
Anticipated expiration: 2010-09-05
Also published as: FR2666420B1

Abstract

Device for infrared illumination of a controlled duration, which can be used especially for inspecting components using controlled infrared thermography, including a lamp (1) containing a filament through which an electrical current may pass, and a reflector mounted so as to rotate about an axis passing in the vicinity of the lamp, with means (11, 12) for driving the reflector in rotation at a speed calculated as a function of the desired irradiation duration and means (14) for absorbing the radiation emitted by the lamp and deflected by the reflector into a direction other than that of the object. Preferably, the reflector (6) is elliptical or parabolic, the filament (2) being close to its focus, and the absorption means comprising a casing cooled by liquid.

Description

La presente invention est relative à un dispositif pour envoyer un rayonnement infrarouge sur un objet pendant un intervalle de temps contrôlé. The present invention relates to a device for sending infrared radiation onto an object during a controlled time interval.

Le procédé de contrôle de pièces métallurgiques ou autres par la technique dite "thermographie infrarouge stimulée" comporte-une-exposi-tion de la-pièce à contrôler à un flux bref de chaleur. Des procédés de thermographie connus permettent ensuite de détecter les défauts d'homogénéité superficiels, ou plus profonds, de la pièce. The method of controlling metallurgical or other parts by the technique known as "stimulated infrared thermography" comprises-an-exposure of the part to be checked to a brief flow of heat. Known thermography methods then make it possible to detect surface, or deeper, homogeneity defects in the part.

Les moyens techniques actuels pour fournir le flux de chaleur comprennent soit des tubes éclairs, soit des tubes chauffants émettant dans l'infrarouge.Current technical means for providing the heat flow include either flash tubes or infrared emitting heating tubes.

Avec le premier type d'éléments chauffants, la durée de l'éclair de chaleur est courte, de l'ordre de quelques milli-secondes. Cette durée permet une exploitation optimale des phénomènes thermiques, car la durée de stimulation thermique est inférieure au temps d'apparition des contrastes thermiques liés aux défauts. Cependant, l'énergie délivrée, qui est de l'ordre de 5 kilojoule, est relativement faible, alors que la puissance nécessaire, de l'ordre de 1 mégawatt, peut entraîner la dégradation de certains matériaux, comme les composites. With the first type of heating element, the duration of the heat flash is short, of the order of a few milliseconds. This duration allows optimal exploitation of thermal phenomena, since the duration of thermal stimulation is less than the time of appearance of thermal contrasts linked to faults. However, the energy delivered, which is of the order of 5 kilojoule, is relatively low, while the power required, of the order of 1 megawatt, can lead to the degradation of certain materials, such as composites.

D'autre part, l'alimentation électrique nécessaire fait appel à des systèmes capacitifs volumineux et chers.On the other hand, the necessary power supply calls for large and expensive capacitive systems.

Avec le deuxième type d'éléments chauffants, les inconvénients sont sensiblement inverses. En effet, l'inertie thermique du filament de tungstène, qui est l'élément résistif du tube, implique des temps d'échauffement et de refroidissement relativement lents. With the second type of heating element, the disadvantages are substantially opposite. In fact, the thermal inertia of the tungsten filament, which is the resistive element of the tube, involves relatively slow heating and cooling times.

Cependant, l'énergie délivrée est relativement élevée, de l'ordre de 20 kilojoule et l'alimentation électrique peut être réalisée à l'aide du secteur, éventuellement avec en plus un transformateur, et en tout cas de façon peu coûteuse et peu encombrante.However, the energy delivered is relatively high, of the order of 20 kilojoule and the electrical supply can be carried out using the sector, possibly with an additional transformer, and in any case in an inexpensive and space-saving manner. .

La technique actuelle ne permet donc pas de contrôler à volonté la durée d'illumination de façon simple et pour un prix peu élevé, tout en fournissant une énergie relativement importante. The current technique therefore does not make it possible to control the duration of illumination at will in a simple manner and for a low price, while providing relatively large energy.

La présente invention a donc pour objet de fournir un dispositif qui permette de chauffer une pièce avec une durée d'illumination qui puisse être commandée, par exemple entre 0,1 et plusieurs secondes, tout en étant de réalisation simple et peu coûteuse. The object of the present invention is therefore to provide a device which makes it possible to heat a room with an illumination duration which can be controlled, for example between 0.1 and several seconds, while being simple and inexpensive to produce.

De plus, le système selon l'invention doit permettre de chauffer de la manière la plus homogène possible une surface étendue, d'être utilisé avec une fréquence de répétition élevée, de permettre d'adapter la source de chaleur à la surface chauffée en juxtaposant plusieurs modules côte à côte, de permettre l'adaptation de la puissance du flux de chauffage au matériau à contrôler. In addition, the system according to the invention must allow the most homogeneous heating of an extended surface, to be used with a high repetition frequency, to allow the heat source to be adapted to the heated surface by juxtaposing several modules side by side, to adapt the power of the heating flow to the material to be controlled.

Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un dispositif pour envoyer un rayonnement infrarouge sur un objet pendant un intervalle de temps contrôle, ce dispositif comportant une lampe contenant un filament qui peut être parcouru par un courant électrique, et un réflecteur destine à envoyer le rayonnement infrarouge emis par la lampe en direction de l'objet, ce dispositif ayant pour particularité que le réflecteur est monté rotatif autour d'un axe passant au voisinage de la lampe, en ce qu'il est prévu des moyens pour entraîner le réflecteur en rotation à une vitesse calculée en fonction de la durée d'irradiation désirée, en ce qu'il est prévu des moyens pour absorber le rayonnement émis par la lampe et dévié par le réflecteur dans une direction autre que celle de l'objet. To obtain this result, the invention provides a device for sending infrared radiation onto an object during a controlled time interval, this device comprising a lamp containing a filament which can be traversed by an electric current, and a reflector intended to send the infrared radiation emitted by the lamp towards the object, this device having the particularity that the reflector is rotatably mounted about an axis passing in the vicinity of the lamp, in that means are provided for driving the reflector in rotation at a speed calculated as a function of the desired irradiation time, in that means are provided for absorbing the radiation emitted by the lamp and deflected by the reflector in a direction other than that of the object.

En disant que l'axe de rotation du réflecteur passe à proximité de la lampe, on entend qu'il est placé assez près de celle-ci pour que, dans sa rotation, le réflecteur passe d'une position d'illumination, où il renvoie. le rayonnement vers l'objet, à une position d'occultation, où il est situé entre la lampe et l'objet, si bien qu'il se comporte alors en plus comme un obturateur, qui arrête le rayonnement direct de la lampe vers l'objet. By saying that the axis of rotation of the reflector passes close to the lamp, it is meant that it is placed close enough to the latter so that, in its rotation, the reflector passes from an illumination position, where it returns. the radiation towards the object, at a concealed position, where it is located between the lamp and the object, so that it then additionally behaves like a shutter, which stops direct radiation from the lamp towards the 'object.

Pour permettre des temps d'exposition aussi faibles que 0,1 seconde, les résistances à la rotation du réflecteur-obturateur doivent être aussi faibles que possible, qu'il s'agisse de frottements ou de forces d'inertie, ce qui impose diverses contraintes aux réalisations pratiques. To allow exposure times as low as 0.1 seconds, the resistance to rotation of the shutter-reflector must be as low as possible, whether friction or inertial forces, which imposes various constraints to practical achievements.

De préférence, la lampe est pourvue d'un filament rectiligne, le réflecteur a la forme d'une fraction de cylindre a section elliptique ou parabolique, un foyer de l'ellipse ou de la parabole se trouvant sur le filament ou à proximité de celui-ci, et ledit filament se trouve sur l'axe de rotation du réflecteur. Preferably, the lamp is provided with a rectilinear filament, the reflector in the form of a fraction of cylinder with elliptical or parabolic section, a focus of the ellipse or the parabola being on the filament or close to that -ci, and said filament is on the axis of rotation of the reflector.

Ce mode de réalisation permet de placer le sommet du réflecteur à faible distance du filament, et par conséquent, de réduire les forces d'inertie à puissance égale. This embodiment makes it possible to place the top of the reflector at a short distance from the filament, and consequently to reduce the inertial forces at equal power.

De préférence aussi, les moyens pour absorber le rayonnement non désiré comprennent un carter métallique refroidi par une circulation de liquide. Preferably also, the means for absorbing the unwanted radiation comprise a metal casing cooled by a circulation of liquid.

Un refroidissement énergique permet de réaliser un ensemble compact, et par conséquent, de réduire les dimensions du réflecteur, ce qui réduit également son inertie. Vigorous cooling makes it possible to produce a compact assembly, and consequently to reduce the dimensions of the reflector, which also reduces its inertia.

Si l'on désire de grandes puissances de rayonnement tout en conservant les avantages résultant de la faible inertie, on prévoit avantageusement que le dispositif est compris de plusieurs dispositifs élémentaires, comprenant chacun une lampe, un réflecteur rotatif, des moyens d'absorption du rayonnement dévié et des moyens d'entraînement du réflecteur, le dispositif comprenant en outre des moyens pour synchroniser entre-eux lesdits moyens d'entraînement de telle façon qu'un objet peut être simultanément illuminé par toutes les lampes. If large radiation powers are desired while retaining the advantages resulting from the low inertia, it is advantageously provided that the device is comprised of several elementary devices, each comprising a lamp, a rotary reflector, means for absorbing the radiation. deflected and means for driving the reflector, the device further comprising means for synchronizing said means between them so that an object can be simultaneously illuminated by all the lamps.

L'invention va être décrite de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique illustré avec les dessins, parmi lesquels
Figure 1 est une coupe longitudinale, selon la ligne
I-I de la figure 2, d'un dispositif selon l'invention.The invention will be described in more detail with the aid of a practical example illustrated with the drawings, among which
Figure 1 is a longitudinal section along the line
II of Figure 2, of a device according to the invention.

Figure 2 est une coupe transversale, selon la ligne Il-Il de la figure 1, et
Figure 3 est une vue analogue à la figure 2, mais avec le réflecteur représenté en position de fermeture, et non d'ouverture comme à la figure 2.Figure 2 is a cross section along the line Il-Il of Figure 1, and
Figure 3 is a view similar to Figure 2, but with the reflector shown in the closed position, and not the open position as in Figure 2.

Figure 4 est un schéma, en perspective, d'un appareillage formé de plusieurs dispositifs selon l'invention. Figure 4 is a diagram, in perspective, of an apparatus formed of several devices according to the invention.

L'élément principal du dispositif décrit est un tube, ou "lampe", formé d'un fil de tungstène rectiligne 2, placé à l'intérieur d'un tube transparent 3, également rectiligne. Des bornes d'amenée de courant, non représentées, sont prévues aux extrémités du tube 1. The main element of the device described is a tube, or "lamp", formed of a straight tungsten wire 2, placed inside a transparent tube 3, also straight. Current supply terminals, not shown, are provided at the ends of the tube 1.

Celui-ci est porté, au voisinage de ses extrémités, par des supports 4, eux-mêmes montés dans un carter 5.The latter is carried, near its ends, by supports 4, themselves mounted in a casing 5.

Un réflecteur 6, en forme de portion de cylindre à section elliptique, est monté avec ses génératrices parallèles au fil 2. Il est lui-même porté, à ses extrémités, par deux couronnes 7, 8, elles-mêmes supportées par le carter par l'intermédiaire d'un roulement à rouleaux 9 et d'un roulement à billes 10, concentrique aux supports 4, si bien que le réflecteur peut pivoter autour d'un axe de rotation confondu avec le fil 2. Le cas échéant, d'autres types de palier peuvent convenir, mais on préfère les dispositions décrites qui réduisent les frottements au maximum. A reflector 6, in the form of a portion of cylinder with elliptical section, is mounted with its generatrices parallel to the wire 2. It is itself carried, at its ends, by two crowns 7, 8, themselves supported by the casing by by means of a roller bearing 9 and a ball bearing 10, concentric with the supports 4, so that the reflector can pivot around an axis of rotation coincident with the wire 2. If necessary, other types of bearings may be suitable, but the described arrangements are preferred which reduce friction as much as possible.

Selon la forme de l'ellipse qui forme la section transversale du réflecteur, et la position du fil 2, le rayonnement réfléchi par le réflecteur peut être parallèle, convergent ou divergent. En particulier, si l'ellipse se rapproche d'une parabole, et si le fil 2 est au foyer de cette parabole, un rayonnement réfléchi sera sensiblement parallèle. Des dispositions un peu différentes peuvent être choisies selon le problème qui se pose, soit en modifiant la forme du réflecteur, soit en le déplaçant par rapport au fil 2. Depending on the shape of the ellipse which forms the cross section of the reflector, and the position of the wire 2, the radiation reflected by the reflector can be parallel, convergent or divergent. In particular, if the ellipse approaches a parabola, and if the wire 2 is at the focus of this parabola, a reflected radiation will be substantially parallel. Slightly different arrangements can be chosen according to the problem which arises, either by modifying the shape of the reflector, or by moving it relative to wire 2.

A l'intérieur du carter est également prévu un moteur d'entraînement 11, disposé de façon à faire tourner le réflecteur à une vitesse choisie à l'avance grâce à une courroie d'entraînement 12. Dans un autre modèle, l'entraînement est assuré par des engrenages. Inside the housing is also provided a drive motor 11, arranged so as to rotate the reflector at a speed chosen in advance by means of a drive belt 12. In another model, the drive is ensured by gears.

Le carter 5 est en deux parties assemblées de façon démontable par des vis non représentées : d'une part, un carter de moteur 13, qui contient le moteur 11, la transmission 12, une des couronnes 7 et le roulement correspondant 9, et d'autre part, un capotage 14, qui porte l'autre couronne 8 et le roulement associé 10. Si on désire utiliser un tube 1 de longueur différente, il suffit de remplacer le réflecteur 6 et le capotage 14 par un réflecteur 5 et un capotage de dimensions adaptées. The housing 5 is in two parts assembled in a removable manner by screws not shown: on the one hand, a motor housing 13, which contains the motor 11, the transmission 12, one of the crowns 7 and the corresponding bearing 9, and d on the other hand, a cowling 14, which carries the other crown 8 and the associated bearing 10. If it is desired to use a tube 1 of different length, it suffices to replace the reflector 6 and the cowling 14 by a reflector 5 and a cowling of suitable dimensions.

Dans la pratique, le dispositif est adapté à supporter toutes les lampes de la gamme du type "T3" de PHILIPS et
GENERAL ELECTRIC. Le capotage 14 comporte en outre une chambre de refroidissement 15, alimentée par un courant d'eau, ou d'un autre fluide, qui circule entre une buse d'entrée 16 et une buse de sortie 17.In practice, the device is suitable for supporting all the lamps of the PHILIPS "T3" type range and
GENERAL ELECTRIC. The cowling 14 further comprises a cooling chamber 15, supplied with a stream of water, or of another fluid, which circulates between an inlet nozzle 16 and an outlet nozzle 17.

Sur les figures 2 et 3, on a représenté par des flèches 18 la direction du rayonnement réfléchi. Dans le cas de la figure r le rayonnement 'échappe vers l'extérieur en direction d'une pièce à étudier 19, cependant que, dans le cas de la figure 3, le réflecteur ayant tourné de 1800, la pièce à étudier 19 ne reçoit plus aucun rayonnement.
On conçoit qu'il est possible, en faisant varier la vitesse de rotation du moteur 11, de fixer à volonté la durée d'illumination de la pièce 19.In Figures 2 and 3, there is shown by arrows 18 the direction of the reflected radiation. In the case of Figure r the radiation 'escapes outward towards a workpiece 19, however, in the case of Figure 3, the reflector having rotated 1800, the workpiece 19 does not receive no more radiation.
It will be appreciated that it is possible, by varying the speed of rotation of the motor 11, to set the duration of illumination of the part 19 at will.

La vitesse de rotation du moteur 11 peut être uniforme, mais, dans la pratique, on prévoit plutôt que le moteur est arrêté pendant un temps variable, qui correspond, par exemple, à la mise en place ou au remplacement de la pièce à étudier, le réflecteur étant alors dans la situation de la figure 3, puis le moteur est actionné pour faire faire au réflecteur un tour complet, à une vitesse définie, ce qui illumine la pièce pendant un temps déterminé. A la fin de ce tour, le réflecteur revient à la position de la figure 3 et s'y arrête jusqu'à une nouvelle opération. The speed of rotation of the motor 11 can be uniform, but, in practice, it is rather provided that the motor is stopped for a variable time, which corresponds, for example, to the setting up or replacement of the part to be studied, the reflector then being in the situation in FIG. 3, then the motor is actuated to cause the reflector to make a complete revolution, at a defined speed, which illuminates the room for a determined time. At the end of this turn, the reflector returns to the position of FIG. 3 and stops there until a new operation.

Dans une variante, le réflecteur fait un demi-tour à partir de la position de la figure 3 et s'immobilise dans la position de la figure 2 pendant le temps d'illumination désiré. Il revient ensuite à la position initiale en tournant d'un demi-tour, soit dans le même sens, soit en sens opposé. Il peut aussi traverser la position de la figure 2 à une vitesse réduite, contrôlée. In a variant, the reflector makes a U-turn from the position in FIG. 3 and stops in the position in FIG. 2 for the desired illumination time. It then returns to the initial position by turning half a turn, either in the same direction or in the opposite direction. It can also cross the position of FIG. 2 at a reduced, controlled speed.

Des moteurs pas-à-pas se prêtent particulièrement bien à de tels modes d'utilisation, par exemple un moteur "Microstepping" de DIGIPLAN. Stepper motors lend themselves particularly well to such modes of use, for example a "Microstepping" motor from DIGIPLAN.

Le carter est en métal léger, de façon à procurer une bonne dissipation thermique, en liaison avec le liquide de refroidissement. The housing is made of light metal, so as to provide good heat dissipation, in conjunction with the coolant.

Dans la pratique, cet appareil simple et très peu coûteux permet d'obtenir sans peine des durées d'illumination réglables entre 0,1 et 1 seconde ou plus. In practice, this simple and very inexpensive device makes it possible to easily obtain illumination durations adjustable between 0.1 and 1 second or more.

Pour l'illumination de pièces de grandes dimensions, ou de forme non régulière, on peut associer plusieurs dispositifs tels que celui qu'on vient de décrire, à condition de prévoir que les moteurs il sont commandés de façon synchronisée. La figure 4 montre comment plusieurs dispositifs, dont on n'a représenté que les fils 2 et les réflecteurs 6, sont disposés pour illnniner ensemble une pièce 19 de grandes dimensions. For the illumination of parts of large dimensions, or of non-regular shape, it is possible to associate several devices such as that which has just been described, provided that the motors are controlled synchronously. FIG. 4 shows how several devices, of which only the wires 2 and the reflectors 6 have been shown, are arranged to illnnine together a part 19 of large dimensions.

Claims

1. Device for sending infrared radiation onto an object during a controlled time interval, this device comprising a lamp (1) containing a filament which can be traversed by an electric current, and a reflector intended to send the infrared radiation emitted by the lamp towards the object,

characterized in that the reflector (6) is rotatably mounted about an axis passing through the lamp (1), in that there are means (11, 12) for driving the reflector in rotation at a speed calculated in depending on the desired irradiation time, in that means (14) are provided for absorbing the radiation emitted by the lamp and deflected by the reflector in a direction other than that of the object.

2. Device according to claim 1, characterized in that the lamp is provided with a straight filament (2), the reflector (6) has the shape of a fraction of a cylinder with elliptical or parabolic section, a focus of the ellipse or the dish located on or near the filament (2), and said filament is on the axis of rotation of the reflector.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the means for absorbing the unwanted radiation comprise a metal covering (14) cooled by a circulation of liquid (15-17).

4. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a motor housing (5) which contains the drive means (11, 12) of the reflector, and on which is mounted, so removable, a cover (14) capable of absorbing the radiation from the lamp, the motor housing and the cover each carry a support for the lamp and a bearing for the reflector, so that it is possible to replace the lamp with a another of different length by replacing only the cowling and the reflector with similar pieces of suitable length.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is composed of several elementary devices, each comprising a lamp, a rotary reflector, means for absorbing the deflected radiation and means for driving the reflector, the device further comprising means for synchronizing said drive means with one another so that an object can be simultaneously illuminated by all the lamps.