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Mesure d'épaisseur
par courants de Foucault

Mesure de conductivité
par courants de Foucault

Mesure de distane
par courants de Foucault

Détection de défauts
par courants de Foucault

MESURE D'EPAISSEUR

Sciensoria a mis au point un procédé inédit pour mesurer l'épaisseur des matériaux conducteurs. Avec une sonde posée sur un seul côté de la cible, sans contact mécanique, l'appareil de mesure indique l'épaisseur sous la sonde. La cible peut être plane ou incurvée, de matériau quelconque (à part les matériaux magnétiques nécessitent une mise en oeuvre plus complexe).

Les avantages de notre technologie :

  • Mesure par un seul capteur disposé devant la cible à mesurer
  • Bonne tolérance par rapport à la variation d'entrefer (lift-off), à l'inclinaison
  • Stable par rapport aux variations de la matière (compensation de la variation de la conductivité électrique)
  • Spot de mesure de faible diamètre
  • Large plage de mesure
  • Mesure d'épaisseur de parois de tubes, de produits fermés, sans étalonnage préalable

Nouveau :

Demandez notre vidéo : "Démonstration du fonctionnement du système Conducsens/TKSens" en cliquant ici

l_flag_united_kingdom.gifAsk for our video: "Demonstration of a simultaneous measurement of thickness and conductivity of the system Conducsens" en cliquant ici

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Mesure de l'épaisseur d'une plaque

Mesure de l'épaisseur de la paroi d'un tube

Mesure de l'épaisseur de feuilles minces retour accueil

 

Pour la mesure d'épaisseur, la méthode des courants de Foucault est un complément idéal à la méthode aux ultrasons. En effet, si les ultrasons fonctionnent très bien avec les grandes épaisseurs, les courants de Foucault excellent dans les faibles épaisseurs.

A mesure que l'épaisseur augmente, la sensibilité de la méthode diminue, ce qui est dû à l'effet de peau.

Dans cette expérience, on se propose de mesure l'épaisseur d'une feuille aluminium alimentaire. D'après les données fabricants qu'on peut trouver sur l'emballage, l'épaisseur nominale du produit est de 12 µm.

Cette valeur peut être déterminée avec une bonne précision à l'aide d'un simple pied-à-coulisse : on empile 10 épaisseurs de feuille, ce qui fait une épaisseur totale de 120 µm. C'est un ordre de grandeur mesurable par cet instrument. En divisant la valeur lue par 10, on retrouve bien 12 µm. L'erreur de mesure a été divisée également par 10, ce qui confère une bonne précision à la méthode.

Pour mesurer l'épaisseur de la feuille par courants de Foucault, on doit déterminer la conductivité du matériau à l'avance car la feuille est trop mince pour une mesure simultanée de 2 paramètres simultanément.

 

La conductivité électrique de la feuille n'est pas indiquée par le fabricant. D'après la littérature, on sait que la conductivité de l'aluminium est environ 33 MS/m. Cette valeur peut également être vérifiée par une méthode à contact : on découpe une bande d'une largeur de 10 mm, d'une longueur de 297 mm. On mesure la résistance  R de la bande avec un impédance mètre, elle vaut 0.075 ohm.

est la résistivité du matériau, la section de la bande. On trouve :

(ohm*mètre)

la conductivité électrique étant l'inverse de la résistivité . Elle vaut

(S/m), soit presque 33 MS/m

 

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Une fois la conductivité électrique déterminée, elle peut être entrée dans le logiciel de mesure comme un paramètre de l'application.

Maintenant, mesurons l'épaisseur du produit avec les courants de Foucault. Pour ce faire, poser simplement une sonde sur la feuille. Il n'y a aucun contact électrique entre la sonde et la feuille. Pour vérifier la plage de lift-off autorisé, on introduit des cales de 0,1 mm d'épaisseur entre la sonde et la feuille aluminium. Une mesure multi-fréquences entre 50 kHz et 800 kHz donne, pour différentes valeurs du lift-off (voir graphique en bas à gauche).

La mesure indique en même temps la largeur d'entrefer (graphique en bas à droite).

 

     

Mesure de l'épaisseur de feuille mince en aluminium

 

 

 

Mesure de l'épaisseur : les valeurs mesurées par courants de Foucault restent très proches de la valeur nominale fournie par le fabricant, malgré le fait que l'entrefer augmente

 

Mesure de l'entrefer : très bonne linéarité ! On remarque que l'entrefer initial dû à la fabrication de la sonde est de 0.25 mm.

Remarque : La mesure par courants de Foucault est largement plus rapide et plus simple à mettre en oeuvre qu'une mesure par contact. Elle est également plus précise et stable car les petits plis et les grains de poussière n'ont aucune influence sur la mesure.

Mesure de l'épaisseur de tubes en inconel, titane par courants de Foucault retour accueil

 

La mesure d'épaisseur par courants de Foucault présente plusieurs avantages : elle est rapide, peut être faite sans contact mécanique ou à travers d'une couche d'isolant. Elle ne nécessite pas de liquide couplant comme les ultrasons.

Dans les installations industrielles existantes, il est préférable que la mesure s'effectue sur le côté d'un tube, depuis l'extérieur. L'étalonnage de linéarisation n'est pas disponible car on ne connaît pas exactement le matériau du tube.

Les inconvénients des courants de Foucault jusqu'à une époque récente résident dans le fait qu'ils sont sensibles à la matière du tube, et que l'incertitude de la position de la sonde sur le tube ainsi que la courbure du tube causent de fortes erreurs de mesure. Notre technologie permet de contourner ces difficultés.

Dans l'exemple ci-dessous, on applique une sonde sur une génératrice du tube à mesurer. La sonde était tenue à la main. Aucun étalonnage de linéarisation n'a été effectué avant la mesure.

Matériel utilisé : Conducsenstm/TK-Senstm

   

Mesure de l'épaisseur de la paroi d'un tube
par une sonde à courants de Foucault

 

 

Résultat de mesure de l'épaisseur de tubes en inconel :

  • courbe rouge : valeurs vraies (déterminées par un moyen mécanique)
  • courbe verte : valeurs déterminées par courants de Foucault (sans aucun étalonnage préalable)

Mesure de l'épaisseur d'un tube de générateurs de vapeurs
en inconel
(diamètre externe OD = 19 mm approx.) en laboratoire

 

 

    Mesure en ligne de l'épaisseur de tôle aluminium en sortie de laminoirretour accueil

 

L'épaisseur de la tôle en cours de laminage est constamment mesurée. La valeur lue est utilisée pour effectuer un réglage en continu du système afin d'atteindre une régularité optimale.

La précision sur l'épaisseur de la feuille laminée permet également une économie substantielle de la matière première.

 

 

Le capteur est installé au-dessus de la feuille à mesurer et
peut être incliné légèrement

   

 

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Mesure en ligne de l'épaisseur : installation industrielle chez Péchiney

Mesure en ligne de l'épaisseur de fond de tube en aluminium (fabrication d'airbags, bombes d'aérosol) retour accueil

 

Applications similaires

  • mesure de l'épaisseur de fond de tubes aérosols

Applications relatives

  • mesure de conductivité de pastilles aluminium

   

Principe de mesure de l'épaisseur du fond de tube

 

Caractéristiques techniques

1. Epaisseur nominale

0,425 mm

2. Précision

typique 10 microns (0,01 mm) et peut atteindre 3 microns.

3. Vitesse de contrôle

0,7 s par tube

4. Variation acceptable de la distance capteur-cible (pour rester dans la précision optimale)

0,5 mm

 

 

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Installation industrielle : les tubes sont mesurés à leur sortie de la presse d'emboutissage

Mesure en ligne de l'épaisseur de paroi de tubes en composite carbonne retour accueil

 

Détermination de la concentricité des surfaces interne et externe du tube par la mesure de l'épaisseur de la paroi sur 4 points de sa circonférence. Le capteur n'est pas en contact avec le tube qui est chaud à la sortie du four

   

Principe de la mesure de concentricité

   

 

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Photo : mesure de l'épaisseur de tube en composite carbonne

Mesure en ligne de l'épaisseur de cuivre sur circuit imprimé double-face retour accueil

 

Pendant la production de plaques de circuits imprimés, il arrive qu'une couche de cuivre vienne se coller en trop à la surface du circuit. Avec 2 capteurs à courants de Foucault, il est possible de déterminer si l'épaisseur de chacune des 2 faces du circuit comporte des couches extra on non.

Le système tolère des petites variations de la position de la plaque par rapport aux capteurs

     
     
     
     
     

Détection de corrosion cachée dans une structure double-plaques rivetées en aluminium (coque d'avion) retour accueil

   

   

Détection de corrosion cachée. La sonde peut ne pas être en contact avec la surface.

   

 

   

 

   

 

   

 

 

Mesure de l'épaisseur de dépôt d'aluminium ultrafin sur verre (fabrication de tubes cathodique) retour accueil

 

Dans le cas des épaisseurs fines, la conductivité électrique doit être connue à l'avance. Elle peut être déterminée par une mesure de conductivité par courants de Foucault sur une épaisseur connue (déterminée par un moyen sûre).

   

L'épaisseur du dépôt d'aluminium (200 nm) est mesurée avec une précision de 10 nm !

   

 

   

 

   

 

   

 

 

Mesure de l'épaisseur de la paroi de tubes en aluminium (fabrication de radiateurs de moteurs thermiques) retour accueil

   

   

Mesure de l'épaisseur de la paroi de tube aluminium (valeur nominale 300 nm)

Voir image

 

Mesure de distance retour accueil

Mesure de distance par la méthode multi-fréquences retour accueil

Pour mesurer la distance entre le capteur et une cible, nous utilisons la technique multi-fréquences pour éviter l'influence du matériau de la cible et améliorer la précision de la mesure.

Comme on le sait, le signal d'un capteur inductif (ou à courants de Foucault) dépend fortement du matériau de la cible. Lorsqu'on mesure la distance sur des cibles de natures différentes, la mesure devient imprécise, d'où la nécessité de ré-étalonner le capteur.

La mesure multi-fréquences permet de s'affranchir de la nature de la cible et de ne pas avoir à ré-étalonner le capteur à chaque fois que la cible change. Par exemple, le système reconnaît automatiquement si la cible est magnétique (ferreuse) ou amagnétique (non ferreuse) et effectue les corrections nécessaires.

Mesure de l'épaisseur de revêtement non conducteur déposé sur un substrat conducteur retour accueil

Le capteur est posé directement sur la surface du revêtement à mesurer. La distance entre le capteur et le substrat conducteur est exactement l'épaisseur du revêtement.

Le substrat peut être magnétique (c'est le cas des métaux ferreux comme les aciers) ou amagnétique (comme l'aluminium, le cuivre, l'argent, ..).

Mesure de l'ovalité /l'excentricité de tubes ou d'objets ronds retour accueil

Le capteur mesure la distance entre lui et un point précis de l'objet à mesurer. Si celui-ci est un arbre tournant, le signal du capteur reste constant si l'arbre est bien centré, on présente des fluctuations si l'arbre est mal centré. On détecte donc l'excentricité de l'arbre.

Mesure de vibration retour accueil

Lorsqu'une cible vibre, la distance entre elle et le capteur varie. La mesure de distance permet donc de mesurer la vibration d'un objet sans le toucher. Cette méthode est avantageuse par rapport aux méthodes avec contact car elle ne modifie par le comportement de la vibration.

Certaines vibrations sont de basses fréquences et ne produisent pas de sons audibles. La méthode du capteur inductif (ou à courants de Foucault) permet de capter ces vibrations, alors que l'analyse acoustique reste inefficace.

Mesure de niveau d'un liquide conducteur retour accueil

Certains liquides ne peuvent pas être sondés par les méthodes traditionnelles : liquides fortement corrosifs, liquides très chauds comme les métaux en fusion, liquides contenus dans un récipient.

Puisque le capteur à courants de Foucault peut mesurer la position d'un plan de liquide conducteur de manière sans contact tout en restant insensible aux saletés, à l'encrassement et à l'humidité, il convient particulièrement à ce genre d'application.

Détermination de la position d'un objet dans un milieu complexe retour accueil

Le champ magnétique basse fréquence qu'utilise les capteurs inductifs (ou à courants de Foucault) pénètre dans le milieux non conducteurs, à travers le verre, le bois, l'huile, la poussière, le sol, l'eau, le cuir et les matières plastiques,... C'est un outil de détection d'objets métalliques par excellence.

Il est même possible de détecter les objets métalliques parmi d'autres objets métalliques. Voici 2 exemples :

1) Détection de la présence d'un objet métallique à travers une paroi également métallique : retour accueil

Dans cette application, il faut compter le nombre de passages de dents devant le capteur afin de déduire la position de l'arbre de la roue. La roue est confinée dans un récipient géant en métal afin d'éviter de polluer le milieu extérieur. En choissisant une fréquence d'excitation optimale du capteur et une structure particulière, il est possible de détecter le passage de dents à travers la paroi métallique.

2) Détection de la position d'une boucle métallique sur une machine comportant plusieurs éléments métalliques retour accueil

Cette application consiste à détecter la position horizontale x et la position verticale y d'une boucle métallique (tringle de pneumatique) sur une machine de fabrication de pneumatiques. La tringle doit être posée bien droite, sinon le pneu équipé de cette tringle risque de ne pas être équilibré. Avec un tel pneu, la voiture risque de tourner à gauche ou à droite quand on accélère.

Outre la tringle, d'autres éléments métalliques de la machine bougent pendant la pose de la tringle et risquent ainsi de perturber la mesure de position.

Pour éviter cet ecueil, nous avons utilisé un capteur multi-éléments comportant 5 capteurs élémentaires. Chacun de ces capteurs capte des informations sur tous les éléments métalliques mais ces informations ne sont pas identiques, du fait des positions différentes des capteurs élémentaires. Ces informations seront ensuite "brassées" par un calculateur, qui permet de restituer la vraie position de la tringle, en rejetant toutes les perturbations causées par les autres éléments métalliques.

Mesure de conductivité électrique retour accueil

Mesure sans contact de la conductivité électrique des matériaux solides

La mesure de la conductivité électrique d'un matériau est très importante car ce paramètre détermine la qualité de certains produits. Par exemle, dans la fabrication d'électrodes en graphite carbone, l'électrode doit satisfaire un profil de conductivité déterminé.

Avantages de notre technologie:

  1. Mesure de conductivité des matériaux très faiblement conducteurs : graphite, composite carbone
  2. Mesure multi-fréquences : la précision est améliorée, l'influence des paramètres nuisibles (variation d'entrefer, d'épaisseur, défauts ponctuels..) supprimée
  3. Mesure possible sur des produits très fins : le système de mesure prend en compte l'épaisseur du produit mesuré, et déduit son influence du résultat de la mesure.

Mesure sans contact de la conductivité électrique d'un matériau

Mesure de conductivité électrique de feuilles minces retour accueil

 

Dans un exemple donné plus haut, on s'est proposé de mesurer l'épaisseur d'une feuille aluminium mince (12 µm d'épaisseur). La conductivité électrique de cette feuille, mesurée par une méthode avec contact, était de 33 003 300 S/m (33 MS/m).

Au lieu de mesurer l'épaisseur de la feuille, on peut mesurer sa conductivité électrique par courants de Foucault.

Dans ce cas, il faut fixer la valeur de l'épaisseur à 12 µm car il n'est pas possible de mesurer les 2 paramètres en même temps pour une feuille très mince (voir documentation de Conducsens/TK-Sens)

     
 

 

Résultats de mesure de conductivité électrique de feuille aluminium 12 µm avec l'entrefer croissant

Adéquation entre les données expérimentales et simulées sur 10 fréquences d'excitation

Mesure de conductivité électrique de composites carbone (CFRP) retour accueil

 

Un matériau composite carbone est compose de fibres de carbone et de la résine époxy. Les fibres ne sont pas toujours en contact, ce qui rend difficile l’application de la méthode de 4-points pour la mesure de la conductivité électrique. La méthode des courants de Foucault permet d’introduire du courant électrique dans toutes les fibres, le problème est donc résolu. Le temps de mesure est très court, de l’ordre de quelques secondes.Les 3 échantillons ci-contre ont été fabriqués par un même process mais ont 3 épaisseurs différentes : 2.6 mm, 5 mm et 10 mm. Le but de l’expérience est de mesurer leur conductivité électrique.

CONDUCSENS™ indique :

  • Pour la plaque de 2.6 mm, la conductivité estimée est de 14 372 S/m    
  • Pour la plaque de 5 mm, la conductivité estimée est de 14 685 S/m  
  • Pour la plaque de 10 mm,  la conductivité estimée est de 14 810 S/m

   

Mesure de la conductivité électrique de 3 plaques en composite carbone (CFRP) de 3 épaisseurs différentes

 

Les courbes d’impédance ci-contre montrent l’excellent adéquation entre les valeurs mesurées et les valeurs prédites par un modèle numérique (il y a 6 courbes : 3 mesurées et 3 prédites). Il est à noter que les 3 différentes plaques donnent 3 différentes courbes, mais leurs valeurs de conductivité électrique estimée sont quasiment identiques. Ceci est parfaitement logique car les 3 plaques ont été fabriquées selon le même process.

 

Commentaire : si l'on ne tenaient pas compte de la valeur réelle de l'épaisseur des échantillons et considérait qu'elle est à 2,6 mm pour tous les 3 échantillons, les estimations de la conductivité seraient :

  • 14 667 S/m
  • 25 414 S/m
  • 38 305 S/m

Visiblement, les 2 dernières sont fausses.

   

Résultat de mesure de conductivité électrique sur les 3 plaques de composite carbone :

  • Courbe bleue : résultats de mesure de conductivité sur les 3 échantillons
    en tenant compte de leur épaisseur
  • Courbe rouge : résultats de mesure de conductivité en considérant que les épaisseurs sont toutes égales à 2,6 mm

Mesure de conductivité électrique de métaux ferreux retour accueil

 

Mesure de conductivité électrique d’un inox magnétique (z3cn18/10)

La conductivité électrique d’une bar ronde en inox (voir ci-contre) a été mesurée. La référence du métal est z3cn18/10. Les mesures d’impédance montrent que le métal est  ferromagnétique. Par conséquent, la recherche de la perméabilité magnétique a été activée dans le logiciel.

Conducsens™ indique :

  • Largeur d’entrefer estimée : 0.01 mm
  • Conductivité estimée : 1,546,476 S/m
  • Perméabilité estimée : 1.20

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La figure ci-contre montre la bonne adéquation entre les valeurs mesurées et les valeurs prédites par un modèle numérique.

 

Mesure de conductivité électrique de fonte d'acier

Voir l'article sur la mesure de la conductivité des métaux ferreux (pdf)

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Applications de la mesure de conductivité des métaux ferreux

  • Mesure de l'épaisseur des parois en métaux ferreux : connaissant la conductivité électrique du matériau, on peut déduire son épaisseur grâce à une mesure à 4 contacts (l'épaisseur en question ne pouvant être mesurée à l'aide des courants de Foucault car trop épaisse)
  • Conception de circuits magnétiques : de nombreuses éléments de circuits magnétiques sont faites à partir des aciers doux. Il est nécessaire de déterminer la conductivité électrique des matériaux afin d'optimiser les éléments en conception. Il est aussi nécessaire d'assurer que la matière première possède les caractéristiques attendues.

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Vidéo publique : "Démonstration d'une mesure de conductivité électrique d'un métal ferreux (acier XC10) "

 

Mesure de conductivité électrique du graphite retour accueil

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mesure de conductivité électrique sur les 6 faces d'un cube de graphite

Electrode en graphite en cours de contrôle (UCAR La Léchère)

 

Commentaire : seule la méthode des courants de Foucault permet la mesure de conductivité électrique sur les 6 faces d’un cube de graphite. Avec la méthode de 4 points, il aurait fallu élaborer des barreaux, ce qui détruit la configuration cubique de
l’objet.

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Tri de contacts électriques selon leur orientationretour accueil

 

Les contacts électriques utilisés dans les disjoncteurs comportent 2 faces : une face traitée spécialement pour supporter les arcs qui sont générés lors des ouvertures/fermetures du circuit. L'autre face comporte une couche de brasure : elle est destinée à être soudée sur le circuit électrique.

Lors de la fabrication, si les 2 faces sont interverties, la conséquence sera grave : la face à braser n'est pas du tout faite pour supporter les arcs, elle va s'user très rapidement. De même, la face contact n'est pas faite pour être soudée, la soudure se fera très mal. Ceci pose un problème de qualité importante.

A l'aide d'un capteur à courants de Foucault, on peut détecter la face de contact et la face à braser par une mesure de conductivité. La technologie de Sciensoria permet une mesure sans contact et très rapide, ce qui constitue un avantage pour des technologies concurrentes pour lesquelles le capteur doit être en contact mécanique avec la pièce et le temps de mesure est grand (de l'ordre de 1 seconde)

 

Tri de nuances d'acier retour accueil

 

Grâce à une bobine encerclante, on tri des objets en acier selon leur nuance.

Cette vidéo http://www.sciensoria.fr/zscope_zplan.wmv propose une démonstration pédagogique réalisée à l'aide de l'appareil Z-Scope de Sciensoria.

 
     

Tri de matériaux selon leurs conductivités retour accueil

En milieu industriel, les courants de Foucault permettent de trier les objets selon leurs caractéristiques physiques à la volée : l'objet inspecté passe à travers un capteur encerclant et laisse sa signature électromagnétique. Un programme informatique analyse cette signature et détermine si l'objet est conforme aux critères préfixés.

Séparation du plomb de l'étain retour accueil

Le plomb devient prohibé dans plusieurs pays en raison de sa toxicité. A la place, on préfère utiliser l'étain. Un appareil à courants de Foucault se trouve au cœur d'un système de tri de billes en plomb et en étain. Ce système permet de détecter les cartouches contenant les billes de plomb sans les toucher. L'application est destinée à la douane.

 

Tri des axes de roulements à billes en acier retour accueil

Dans cette application, il faut déterminer si un axe (destiné au roulements à billes) est traité ou non. De même, il faut savoir si le traitement a été effectué correctement : la zone traitée doit être situéé de manière centrée par rapport à la longueur de l'axe.

 

 

Détection - Dimensionnement de défauts / fissuresretour accueil

Détection - Dimensionnement de défauts sur tubes échangeur

Dans cette application, il faut détecter les petites fissures sur les tubes échangeurs de générateurs de vapeur dans les centrales nucléaires.

Ces fissures sont parfois très petites : leur profondeur n'éxcède pas 10% de l'épaisseur de la paroi du tube. De plus, il faut détecter de telles fissures à partir de l'intérieur du tube, même si la fissure se trouve sur la face externe (défauts externes).

Sciensoria a mis au point un capteur à champs tournants qui permet de détecter à la fois les fissures internes ou externes, longitudinales ou transversales.

Tubes de générateur de vapeur

 

Signal de fissures transversales externes fourni par un capteur à champs tournants : les pics positifs et les pics négatifs indiquent le début et la fin d'une entaille transversale externe

Visualiser le DOSSIER COMPLET 

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Détection - Dimensionnement de défauts sur ressorts de suspension de véhicule  

Un morceau de ressort fissuré

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Sciensoria a mis au point une méthode de traitement du signal unique, qui permet de détecter un défaut même lorsque la distance entre le capteur et la cible varie. Dans l'exemple du ressort fissuré ci-dessus, les signaux bruts (courbes 1 et 2 à gauche) ont été combinés pour donner une courbe unique qui indique la présence et la gravité d'un défaut par un signal qui varie entre 0 et 1. Le niveau "1" correspond au défaut le plus important.

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Détection de défauts sur tubes en aluminium retour accueil

Les tubes en feuilles d'aluminium enroulées destinés à la fabrication de récipients de produits cosmétiques ou de médicament comportent des défauts particulièrement difficiles à détecter. Un petit trou d'épingle suffit pour provoquer une fuite, alors que sa détection reste une tâche ardue.

Exemple de trous sur un tube

Sciensoria a mis au point un capteur particulièrement sensible, qui permet de détecter ces petits défauts sur un tube en défilement.

Signature des défauts sur un tube fait de feuilles d'aluminium enroulées

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