;      Applications des technologies du son

 

 
DANS CE NUMÉRO
   
 
 Mot du DG : Les ultrasons: une étonnante variété d'applications industrielles (suite)    
 
Logo Musilab
 Musilab voit grand ! (suite)    
 
 Mesure de niveau par ultrasons (suite))    
L'énergie du son au service de la production industrielle
   Détection des fuites: une affaire de son (suite))    
   Échographie d'animaux vivants (suite))    
 

 Contrôle non destructif par ultrasons (suite)    
   Mesure de débit par le son (suite)    
   Soudage plastique  Assemblage de matériaux thermofusibles (suite)    
   Soudure au pistolet... ultrasonique ! (suite)    
 

Musilab Inc., 960 rue St-Georges, Bureau 1104, Drummondville, Québec, J2C 6A2

Tél: (819) 478-4671 poste 256

  Soudage metaux  Soudure ultrasonique des métaux (suite)    
     Tranchage d'aliments (suite)    
 
  Emulsion  Mélange de ce qui ne se mélange pas (suite)    
 

   
 
 

Pour mieux faire partager sa passion pour les ultrasons et surtout voir si les technologies du son constituent des solutions à vos besoins, Musilab vous propose, lors d’une visite de son représentant, une courte session, personnalisée et gratuite, d’information et de sensibilisation. Vous pourrez alors apprécier le rôle que pourraient jouer les technologies du son dans votre recherche d’innovations ou de résolution de problèmes.

Accrédité par le ministère de l’Éducation, du Loisir et du Sport ainsi que le ministère du Développement Économique, de l’Innovation et de l’Exportation, Musilab a un mandat provincial exclusif d'aide aux entreprises en matière de technologies du son. Affilié au CÉGEP de Drummondville, notre Centre dispose de ressources humaines consacrées au service aux entreprises et d'une équipe de chercheurs capables de vous guider dans votre processus de recherche et de développement. De plus, une collaboration avec Musilab peut grandement faciliter l'obtention d'une aide financière de la part des instances gouvernementales québécoises et canadiennes.

Je souhaite que ce bulletin vous donne des solutions ou de nouvelles pistes de développement. N'hésitez pas à contacter notre service à la clientèle pour obtenir l'assistance d'un de nos experts.

Marcel Boutin, directeur général de Musilab

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En cours de rédaction des divers articles de ce numéro, dont les titres apparaissent au sommaire, les membres de notre équipe se sont dits eux-mêmes émerveillés par la quantité et la variété des applications de ces technologies dans le monde industriel.

Ce numéro du Sonar poursuit l'inventaire des applications industrielles des ultrasons, inventaire amorcé en janvier 2008 mais pourtant bien loin d'être complet.

En effet, les applications des technologies ultrasonores ne se comptent pas seulement par dizaines, mais plutôt par centaines tellement chaque année apporte une foison de nouveaux outils. Après des débuts modestes, du côté de l'exploration sous-marine ou de l'échographie médicale, les technologies des ultrasons ont maintenant envahi le monde industriel dans les domaines du métal, du plastique, de l'agroalimentaire et même de l'industrie du bois, du textile et de l'environnement. Étant moins coûteux, ils représentent un avantage concurrentiel important à une époque où plusieurs entreprises locales sont menacées par la compétition étrangère.

 

       
 
   
             
 

 

Afin de répondre adéquatement aux besoins grandissants de ses clients, Musilab travaille d’arrache pieds ces temps-ci pour améliorer son infrastructure et se doter de nouveaux équipements de laboratoire indispensables à ses futurs travaux de recherche.

 
     
         
 

Au cours des trois à cinq prochaines années, Musilab entend développer des solutions novatrices au moyen des technologies du son dans des secteurs d'activités reliés à certains des créneaux du développement de la région du Centre du Québec et de la province en général, à savoir l'agro-alimentaire et l'environnement ainsi que celui des papiers et textiles spécialisés. Ces secteurs offrent un grand potentiel d’applications aisément transférables à l'ensemble des milieux industriels. On y abordera notamment des applications telles que la télémétrie, l'échographie et le contrôle non destructif. Mentionnons que, dans le cadre de cette démarche, Musilab s’appliquera à maîtriser une technologie qui rendra possible l’inspection sans contact de divers types de produits avec des ultrasons générés par laser. Cette technologie est pleine de promesses en termes d’innovations et engendrera des gains substantiels de productivité chez les clients actuels et potentiels de Musilab.

Pour financer ce projet dont le coût s’élève à 2,5 millions $,  Musilab devra trouver des sources de financement. L’une d’elles pourrait provenir du fonds canadien pour l’innovation (FCI). Une demande est en cours de préparation et, si tout se déroule comme prévu, Musilab sera en mesure de démarrer son projet dès juillet 2009.

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Source : Vegason    

 

Il existe sur le marché plusieurs dispositifs ultrasoniques permettant de mesurer le niveau ou le volume du contenu d’un réservoir, qu’il s’agisse de liquides, de poudres, de granules ou de tout autre produit en vrac.

À l’aide d’une sonde ultrasonique émettrice-réceptrice placée dans le haut du réservoir, le dispositif calcule et affiche le niveau (hauteur ou volume) du contenu à partir de la mesure du temps de parcours aller-retour de l’onde et de son écho. Cette technologie est très fiable, et ce, même pour les matières dangereuses, lesquelles n’affectent en rien le bon fonctionnement du système.

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Source: Hielscher   

 

Les boissons gazeuses telles que les liqueurs douces et les bières contiennent une concentration élevée de gaz carbonique (CO2) et doivent être conservées dans des contenants hermétiques pour éviter leur dégradation.Les ultrasons viennent à la rescousse des fabricants en leur permettant de détecter les contenants défectueux directement sur la ligne de production.

À un endroit approprié sur la ligne, un vibrateur ultrasonique agite le contenant, ce qui crée une pression dans le breuvage gazéifié et le force à gicler par la moindre fissure. Le contenant défectueux est ainsi détecté et rejeté avant l’emballage.

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Source: Centre de développement du porc du Québec

 

 

En Europe, l’échographie des animaux par ultrasons avant l’abattage est l’une des techniques les plus utilisées pour évaluer  et prédire la qualité de la viande. Prenons l’exemple des porcs; dans plusieurs pays d’Europe, la valeur commerciale de la carcasse des porcs est basée sur la teneur en viande maigre (TVM) et c’est la raison pour laquelle le classement des carcasses de porcs est obligatoire dans les abattoirs européens.

Plus près de nous, le Centre de développement du porc du Québec utilise ce même type d'appareil à ultrasons dans le cadre d'un programme d'évaluation génétique. Cet appareil, calibré de façon précise et utilisé de manière approprié, permet de déterminer l'épaisseur de gras et la profondeur du muscle dans la région dorsale. Les données sont analysées par un logiciel expert puis enregistrées pour références.

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Transducteur unique - Source: Olympus NDT

 

 

Lorsqu’on applique un signal électrique alternatif ayant une fréquence supérieure à 15 kHz sur un transducteur constitué d’une pièce de céramique, ce dernier émet une onde acoustique ultrasonore. C’est l’effet piézoélectrique. À l’inverse, lorsqu’une onde ultrasonore frappe un capteur piézoélectrique, ce dernier génère un signal électrique de même fréquence que l’onde acoustique incidente. L’effet piézoélectrique est donc un phénomène réversible.
Il existe deux(2) types de transducteurs-capteurs : les éléments uniques qui émettent ou captent une seule onde à un moment donné et les éléments multiples (phased arrays, en anglais) qui peuvent émettre ou recevoir plusieurs ondes, simultanément ou séquentiellement, et qui peuvent couvrir une surface beaucoup plus grande que l’élément unique.

     
 

Transducteur multiéléments - Source: Olympus NDT

     
 

 

En voyageant dans un corps, les ondes ultrasonores génèrent un écho qui est aussi une onde ultrasonore. L'écho reflète tous les éléments constitutifs de ce corps, qui se retrouve à l'intérieur et à la périphérie de celui-ci, que ce soit une anomalie ou un défaut, un gaz, un liquide ou un solide. C'est là que réside le principe de l’échographie ultrasonique. Ce phénomène procure le grand avantage de pouvoir détecter des défauts sans avoir à détruire le produit (métal, plastique, matériaux composites, bois, etc.).

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Source: Hzyb

 

   (cliquez sur l'image avec le bouton droit et faites Lire;
Rembobiner pour arrêter)

Source: Krohne

 

 

Il existe sur le marché de nombreux modèles de débitmètres à ultrasons. Certains modèles s’installent de façon permanente sur  la conduite et le fluide circule à travers eux. D’autres sont portatifs et peuvent s’installer facilement sur les parois extérieures d’un grand nombre de conduites. Le principe de fonctionnement est le suivant: une onde ultrasonore émise par un transducteur voyage avec un certain angle dans le fluide en direction du capteur. Le temps de parcours de l’onde étant fonction de la vitesse d’écoulement du fluide, l’appareil peut ainsi calculer le débit. Les débitmètres à ultrasons sont fiables et précis et requièrent peu de maintenance.

Les débitmètres à ultrasons permettent de mesurer le débit des gaz et des liquides circulant dans une conduite et certains modèles peuvent détecter la présence de corps étrangers ou même mesurer le degré de turbidité du fluide.

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Les méthodes ultrasoniques d'assemblage de matériaux thermofusibles (ex. : plastique amorphe) sont connues et utilisées dans la grande entreprise manufacturière depuis plusieurs années.

Le principe de fonctionnement est le suivant:  des oscillations  mécaniques ultrasonores de 20 kHz à 60 kHz, selon l’application, sont transmises par une sonotrode aux pièces de plastiques qui s’échauffent et produisent l’effet désiré. L’opération est réalisée dans un temps très court (moins de 1 seconde) sans apport de matière.

Les deux animations présentées ci-contre illustrent des opérations de soudage et de rivetage de matériaux thermofusibles.     

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  Soudage

Animations Sonimat.fr: (cliquez sur l'image avec le bouton droit et faites Lire; Rembobiner pour arrêter)

Rivetage

     
 

 

 

 

     
 
   
 

 

Source: Eurosonic

Caractéristiques clés

  • Outil adaptable, compact, mobile et puissant
  • Résultat propre, étanche et solide
  • Retour rapide sur l’investissement
 

 

Ce pistolet permet de souder, riveter, coller et assembler des pièces de substances thermofusibles (ex. : plastique). Son bloc d’alimentation fournit des fréquences de 20 kHz et 35 kHz. D’autres fréquences ultrasonores peuvent être disponibles sur demande. Grâce à un régleur continu, la puissance peut être ajustée à volonté pour chaque application, assurant ainsi au procédé de soudage un haut degré de répétitivité. Sa poignée ergonomique permet de ne ressentir aucune fatigue même pendant des travaux relativement longs.

Principe de fonctionnement 


Les oscillations électriques produites par le générateur sont transformées par le convertisseur du pistolet en oscillations mécaniques. Celles-ci sont amenées sur l’ouvrage par une sonotrode fabriquée spécifiquement pour l’application correspondante.

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Il est maintenant possible de souder des pièces métalliques avec des ultrasons. Comme l’animation l’indique, l’énergie nécessaire au soudage est transmise aux pièces à souder par une sonotrode sous forme de vibrations mécaniques ultrasonores.
Les pièces à souder sont posées entre la sonotrode et l'enclume. Ces deux éléments comportent des stries qui permettent d'agripper et maintenir la pièce inférieure sur l'enclume et entraîner dans le mouvement longitudinal de la sonotrode la pièce supérieure. Une pression perpendiculaire au plan d'assemblage va provoquer par frottement l'assemblage par grippage des deux pièces.

Avantages :
• Excellente qualité de la soudure
• Temps de soudage très courts
• Pas d'apport de matériaux
• Conductibilité électrique excellente
• Procédé propre et non polluant
• Très faible consommation d'énergie
• Pas de préparation des surfaces à souder

 

 

 

Animation Sonimat.fr: (cliquez sur l'image avec le bouton droit et faites Lire; Rembobiner pour arrêter)

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L’une des applications les plus courantes des ultrasons dans le domaine agro-alimentaire est le tranchage. En effet, les trancheuses ultrasoniques sont de plus en plus utilisées par les fabricants d’aliments mous comme les pâtisseries (ex.: gâteaux, tartes), les fromages, les pâtés, etc.

   (cliquez sur l'image avec le bouton droit
et faites Lire; Rembobiner pour arrêter)

   

Source: Sodeva TDS

 

 

 

. Les trancheuses sont équipées d’un générateur ultrasonique de forte puissance qui fait vibrer une sonotrode ayant la forme d’une tranche. Les mouvements de la tranche sont souvent programmables afin de pouvoir découper les divers produits sous une grande variété de formes et de poids. Le tranchage alimentaire ultrasonique permet d’éviter le souillage, les dégâts et les pertes de temps. Puisque rien ne colle à une tranche qui vibre à une fréquence ultrasonore, on peut conclure aussi que les grands avantages de cette technologie sont la salubrité et la non contamination par le tranchage des aliments.

Les vidéos ci-contre présentent, à titre d'exemple, le tranchage d'oranges confites (gauche) et de fromage de chèvre (droite).

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Les ultrasons de forte puissance peuvent produire des émulsions. Une émulsion résulte du mélange intime de produits non miscibles entre eux, par exemple une huile quelconque avec de l'eau. Les émulsions sont couramment utilisées dans un grand nombre d'applications industrielles. Voir ci-contre une vidéo (de Hielscher) montrant la formation d'une émulsion huile-eau qui a été réalisée au moyen d'une sonotrode plongée et activée dans l'huile flottant sur l'eau. Certains additifs  peuvent aider l'émulsion à conserver ses propriétés physiques.

 

 

   (cliquez sur l'image avec le bouton droit et faites Lire;
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Musilab est l'un des 40 centres de transfert de technologies mandatés par le Ministère de l'Éducation du Québec. Affilié au Cégep de Drummondville, Musilab offre des services d'aide technique, de diffusion d'information et de recherche appliquée aux entreprises et organismesœuvrant dans le domaine ou susceptibles d'utiliser les technologies du son (audible et inaudible).

Dans le cadre de sa mission, Musilab vise à devenir, sur la scène québécoise, un partenaire recherché pour son expertise en matière de technologies du son.

Si vous souhaitez nous soumettre une problématique ou solliciter une rencontre sans frais avec l'un de nos conseillers techniques, n'hésitez pas à nous contacter.

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© 2008, Musilab Inc., tous droits réservés. Musilab est une organisation sans but lucratif soutenue financièrement par le Ministère de l'Éducation, du Loisir et du Sport et par le Ministère du Développement Économique, de l'Innovation et de l'Exportation du Gouvernement duQuébec