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Dans le processus de fabrication d'aimants, éléments de base, entre autres, de moteurs et de générateursgénérateurs, le contrôle qualité est une étape aussi indispensable que coûteuse en temps et en argent. Grâce au travail des chercheurs allemands du IIS (Fraunhofer Institute for Integrated Circuits), la tâche pourrait bientôt être grandement simplifiée. L'équipe de Klaus-Dieter Taschka a en effet développé une caméra en ligne qui renseigne sur certaines propriétés des champs magnétiques. Même si elle ne fournit pas des images au sens où nous l'entendons habituellement, elle génère des graphiques directement exploitables par les spécialistes. Le tout en temps réel. Le système peut donc être intégré sur ligne de production et ainsi détecter rapidement tout défaut de fabrication.
Rappelons que les lignes de champs magnétiques sont invisibles à l'œilœil humain. Il est toutefois possible de les matérialiser grâce à de la limaille de fer. Car, quand on approche un aimant d'une poudre de fer, la limaille s'aimante légèrement et s'oriente selon les lignes du champ magnétique qu'il produit. Cependant, la technique n'est évidemment pas aisée à transposer dans un processus industriel.
La limaille de fer permet de révéler les lignes du champ magnétique d’un aimant. © Newton Henry Black
Des capteurs à effet Hall minuscules
Dans une caméra numérique classique, on trouve des capteurscapteurs photosensibles grâce auxquels un rayonnement lumineux est converti en un signal électrique qui est lui-même traité ensuite pour être transformé en image numériquenumérique. Sur le même principe, pour élaborer leur caméra, les chercheurs de l'IIS ont utilisé des capteurs magnétiques d'une grande précision. Des capteurs semblables dans leur principe de fonctionnement à ceux qui sont testés depuis plusieurs années pour la régulation du trafic des avions au sol, dans les aéroports. On en trouve également dans les ordinateurs portables ou dans les tablettes numériques, par exemple. Ils permettent dans ce cas de détecter la fermeture de leur couvercle. Ces capteurs, dits à effet Hall, sont la plupart du temps fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurssemi-conducteurs afin d'en améliorer la sensibilité. Mis en présence d'un champ magnétique perpendiculaire au courant électriquecourant électrique qui les traverse, ils enregistrent l'apparition d'une tension électrique proportionnelle à l'intensité de ce champ.
L'outil inventé par les chercheurs allemands se présente sous la forme d'un assemblage de capteurs à effet Hall 3D fixés sur un support plan. Ces capteurs ont été conçus et fabriqués au sein même du laboratoire afin de détecter un champ magnétique, quelle que soit son orientation dans l'espace. Ils ne mesurent pas plus de 0,1 x 0,1 mm. Grâce à cette nouvelle caméra, il est possible de déterminer avec une grande précision la force et la direction d'un champ magnétique en 32 points espacés seulement de 2,5 mm. De quoi faire apparaître les lignes de champ sur une longueur de 8 cm. La caméra enregistre 1.000 mesures par seconde. Elle fournit donc 1.000 images par seconde, un chiffre à comparer avec les 25 images qui défilent dans le même temps sur nos écrans de télévision. Cette rapidité d'exécution permet de surveiller les évolutions des lignes de champ en temps réel. Et d'intégrer cette sorte de caméra ultra rapide au cœur même des lignes de production, pour vérifier la qualité des produits pendant que ceux-ci défilent sur les courroies transporteuses.
La prochaine étape de ces scientifiques du IIS est la mise au point d'une caméra, 2D cette fois, capable de fournir des images en couleurcouleur sur des surfaces de 40 x 40 mm et à une vitessevitesse, toujours élevée, de 100 images par seconde.
