« On ne voit bien qu’avec le DAIS, l’essentiel est invisible pour les yeux » – Un regard respectueux sur une grande invention aérospatiale canadienne, l’équipement d’inspection non destructif Diffracto DAIS, et un peu plus, partie 1

1 juin 2024

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Par : Rénald Fortier

Ingenium - Musées des sciences et de l’innovation du Canada

$Un technicien effectuant la première détection de corrosion, sur une cellule d’essai de type Boeing Modèle 727, à l’aide d’un équipement d’essai non destructif Diffracto DAIS-500, 1992. Conseil national de recherches Canada.$

Un technicien effectuant la première détection de corrosion, sur une cellule d’essai de type Boeing Modèle 727, à l’aide d’un équipement d’essai non destructif Diffracto DAIS-500, 1992. Conseil national de recherches Canada.

Salutations, fidèle ami(e) lectrice ou lecteur, et bienvenue une fois de plus dans le monde merveilleux de la science et de la technologie.

Cette fois-ci, votre humble serviteur aimerait jeter un coup d’œil à quelques-uns des innombrables objets qu’on retrouve dans la collection de l’incomparable Musée de l’aviation et de l’espace du Canada, à Ottawa, Ontario. Il s’agit de deux têtes d’inspection DAIS, de leur ordinateur et des composants nécessaires à leur fonctionnement. Le musée les a acquis en juin 2014, soit il y a 10 ans.

Et oui, j’ai pris la liberté de paraphraser une phrase d’un des livres les plus populaires jamais publiés, la nouvelle de 1943 du comte Antoine Marie Jean-Baptiste Roger de Saint-Exupéry, Le Petit Prince, en écrivant le titre de cet article, mais revenons à notre histoire.

Commençons ce numéro de notre incroyaaable blogue / bulletin / machin par une déclaration radicale : la technologie canadienne au cœur du dit numéro, à savoir le Diffracto D-sight Aircraft Inspection System (DAIS), ou système d’inspection d’aéronefs Diffracto D-sight, un équipement d’essais non destructifs, est une retombée du Space Transportation System, un système de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) connu dans le monde entier pour ses Space Shuttles, ou navettes spatiales.

Votre humble serviteur a-t-il besoin de vous rappeler que la NASA est mentionnée dans de très nombreux numéros de ce même blogue / bulletin / machin, et ce depuis mars 2018? Je ne pensais pas. Commençons notre voyage le long du chemin de la mémoire.

Notre fascinante histoire commence au début des années 1980. Même s’il s’agit d’une petite firme, Diffracto Limited de Windsor, Ontario, est un acteur majeur dans la conception et production de systèmes de vision utilisés pour le guidage de robots, les inspections et les mesures.

L’histoire de Diffracto commence à la University of Windsor à… Windsor, Ontario, avec 5 talentueux doctorants en génie et leur tout aussi talentueux professeur, Walter P.T. North. Un de ces étudiants est un Américain nommé Timothy R. « Tim » Pryor qui devient le directeur fondateur de la firme. Le financement provient à l’origine d’un organisme provincial, Ontario Development Corporation de Toronto, Ontario.

Diffracto avait été créée à Windsor en 1973 pour développer une sorte de technologie de faisceau laser capable de mesurer et vérifier des pièces de machines, mais revenons au début des années 1980.

À l’époque, la NASA est intriguée par l’idée de développer un système de caméra vidéo informatisé qui faciliterait le travail des astronautes qui tentent de saisir des objets dans l’espace à l’aide du Shuttle Remote Manipulator System, ou télémanipulateur de la navette spatiale, un bras robotique fameusement connu plus tard sous le nom de Canadarm.

Une brève digression si je peux me le permettre. Le premier Canadarm est exposé au Musée de l’aviation et de l’espace du Canada depuis mai 2013. Cette icône de l’ingénierie canadienne est prêtée en permanence à cette institution, gracieuseté de la NASA et de l’Agence spatiale canadienne (ASC). Fin de la digression.

Le susmentionné système de caméra vidéo informatisée est développé conjointement par le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) et la firme qui avait supervisé le développement du Canadarm, Spar Aerospace Limited de Weston, Ontario. Un prototype de ce système, le Space Vision System (SVS), ou système de vision spatiale, est plus ou moins prêt lorsque la navette spatiale Challenger est perdue en janvier 1986.

La catastrophe de Challenger donne lieu à une enquête massive. Toutes les navettes survivantes sont clouées au sol jusqu’en septembre 1988. Ce retard dans les opérations, aussi sérieux soit-il, permet à l’ASC, au CNRC et à SPAR Aerospace de développer le prototype d’un Advanced Space Vision System (ASVS), ou système perfectionné de vision spatiale. Neptec Design Group Incorporated d’Ottawa joue un rôle important dans ce travail par la suite.

Le nouveau système de vision vise à améliorer la capacité des astronautes à voir ce qui se passe à l’extérieur d’une navette spatiale ou de l’International Space Station (ISS), ou station spatiale internationale.

Et oui, vous avez raison, ami(e) lecteur, le CNRC est également mentionné à de très nombreuses reprises dans notre vous savez quoi, et ce depuis mars 2018. Et c’est vous qui digressez.

Le SVS va dans l’espace en octobre 1992, à bord de la navette spatiale Columbia. Cet équipage comprend l’astronaute Steven Glenwood MacLean, né à Ottawa, comme spécialiste de la charge utile. MacLean, qui devient président de l’ASC en septembre 2008, est gestionnaire de programme pour l’ASVS entre 1987 et 1993.

L’ASVS est testé dans l’espace en novembre 1995, à bord d’une navette spatiale, Atlantis. Cet équipage comprend également un astronaute canadien, le spécialiste de mission Chris Austin Hadfield.

Fin 1998, l’ASVS participe à la mise en place des premiers éléments de l’ISS.

Croiriez-vous qu’un prototype de l’ASVS se trouve dans la collection du magnifique Musée de l’aviation et de l’espace du Canada? Mais revenons au dispositif au cœur de ce numéro de notre blogue / bulletin / machin.

Outre l’ASVS, le susmentionné SVS inspire le développement de versions commerciales / industrielles. Diffracto obtient une licence pour effectuer ce travail. Alors qu’ils expérimentent avec leurs système, ses ingénieurs sont intrigués par la façon dont la lumière se reflète sur les objets qui doivent être manipulés par le Canadarm.

Les ingénieurs de Diffracto examinent l’idée de base du DAIS, appelé effet Diffracto-sight ou D-sight, en 1983, à la demande du CNRC. Soutenue par cet organisme de renommée mondiale à travers son Programme des projets industries / laboratoires et son Programme d’aide à la recherche industrielle, la firme développe le concept D-sight et aurait mis au point les premières unités d’essais dès 1984-85. Ces appareils sont capables de détecter de très petits (0.025 mm / 0.01 pouce?) défauts.

Avant que je ne l’oublie, le D-sight utilise la lumière réfléchie deux fois par la surface plane ou modérément incurvée d’un matériau, composant ou structure afin de voir de petites distorsions ou déformations de surface. De tels défauts pourraient indiquer la présence de problèmes internes.

Diffracto brevète son système D-sight en 1986.

La première application de cette technologie a lieu dans des usines automobiles où un certain nombre de postes de contrôle qualité plus ou moins fermés sont installés pour inspecter des pièces embouties en tôle brute, panneaux extérieurs de carrosserie, carrosseries peintes, etc.

General Motors Corporation commence à utiliser des postes développés par Diffracto au plus tard en 1985-86, pour évaluer des pièces de carrosserie de certains types de véhicules fabriqués dans l’usine d’Oshawa, Ontario, exploitée par sa filiale canadienne, General Motors of Canada Limited. Des postes similaires sont vraisemblablement mis en place dans au moins une usine américaine du géant automobile.

Voyez-vous, le General Motors Technical Center et la petite firme ontarienne travaillent en effet ensemble depuis 1977. À vrai dire, le géant automobile américain acquiert une participation minoritaire dans Diffracto en 1984.

Ford Motor Company commence à utiliser des postes de Diffracto dans les années 1980. Chrysler Corporation le fait au plus tard en 1988.

Et oui, ces firmes sont mentionnées à plusieurs reprises dans notre vous savez quoi depuis janvier 2018, février 2019, octobre 2018 et janvier 2019, mais je digresse.

Examen de l’aile d’une automobile à l’aide d’un poste de contrôle qualité Diffracto D-sight. James J. Haggerty, éd. Spin-off 1988 (Washington : U.S. Government Printing Office, 1988), 129.

Diffracto affirme que les systèmes utilisés par les constructeurs automobiles peuvent détecter jusqu’à 94 % des défauts présents sur des tôles embouties, ce qui est nettement mieux que ce que les méthodes conventionnelles peuvent réaliser, soit 50 %.

Remarquez, Diffracto exporte également certains de ses produits en Europe et Asie, au Japon par exemple. Sa distributrice en Europe est une firme ouest-allemande, Hommelwerke Gesellschaft mit beschränkter Haftung, une filiale d’une firme sidérurgique ouest-allemande. Il est intéressant de noter que cette firme, Otto Wolff Aktiengesellschaft, acquiert une participation minoritaire dans Diffracto au début des années 1980, à une époque où la petite firme canadienne est sur le point de s’effondrer.

Au milieu des années 1980 toutefois, Diffracto est considéré comme un des chefs de file nord-américains dans le domaine des systèmes robotiques de vision. Elle dispose même d’une filiale américaine par l’intermédiaire de laquelle elle exerce l’essentiel de ses activités aux États-Unis.

En 1990, cependant, Diffracto vend à son principal concurrent, une firme américaine du nom de Perceptron Incorporated, la technologie qu’elle avait développée pour aider les constructeurs automobiles à assembler des pièces. Compte tenu d’une probable diminution des ventes dans les mois et années à venir, la direction de Diffracto décide de se retirer de ce secteur alors que tout va bien.

La direction de Diffracto décide de mettre tous ses œufs dans le même panier, à savoir le D-sight. Une nouvelle étape dans l’histoire de la firme commence.

Remarquez, Diffracto développe également une machine des plus intéressantes entre le milieu et la fin des années 1980, le Programmable Airfoil Contouring System (PACS), le premier système automatisé de test et réparation de pales de moteurs à réaction au monde.

Comme vous le savez, les moteur à réaction contiennent des centaines de pales, montées en rangées dans son compresseur et sa turbine. Les tester à la main est un processus long et fastidieux. Quelques motoristes américains se tournent vers le PACS pour effectuer les travaux plus rapidement et avec plus de précision.

Remarquez, encore, les pales des moteurs à réaction peuvent également s’user ou être endommagées. Une fois réparées, par soudage par exemple, elles doivent être meulées pour reprendre leur forme d’origine. Avant le développement du PACS, ce travail était réalisé à la main par des techniciens qualifiés. Le nouvel appareil effectue ce travail plus rapidement et avec plus de précision. La United States Navy est la première organisation à utiliser le PACS à des fins de réparation, en 1993, mais je digresse.

Ayant entendu parler du travail effectué par les dispositifs D-sight dans l’industrie automobile, certains ingénieurs travaillant à l’Établissement aéronautique national (EAN) du CNRC, une organisation connue à partir de 1990 sous le nom d’Institut de recherche aérospatiale (IRA), se demandent si le D-sight pourrait être utile dans l’industrie aérospatiale.

Une de ces personnes est un ingénieur polonais-canadien du nom de Jerzy P. Komorowski, futur directeur général de l’IRA (2005-17).

Incidemment, l’EAN et l’IRA sont mentionnés dans un numéro de décembre 2022 de notre blogue / bulletin / machin. Le premier est également mentionné dans un numéro de février 2024 de cette même publication impressionnante, tandis que le second est ainsi béni en juillet 2018.

Et oui, ami(e) lectrice ou lecteur, vous avez tout à fait raison, le susmentionné Pryor quitte Diffracto en 1988 pour diriger une firme dont le but est de développer des senseurs visioniques pour des marchés autres que les industries automobile et aérospatiale. Sensor Adaptive Machines Incorporated de Windsor est détenue conjointement par Pryor (60 %) et Diffracto, mais revenons à notre histoire.

Après avoir contacté Diffracto en 1987, l’EAN mène des expérimentations entre 1988 et 1991. Les premiers essais utilisent des systèmes dits ouverts. En d’autres termes, le matériau, composant ou structure à tester est placé(e) à proximité d’une source de lumière montée sur un trépied avec un écran spécial suspendu à un support. Même si l’effet D-sight peut être visualisé directement, une caméra peut également être utilisée pour enregistrer l’image réfléchie par l’écran directement sur la surface de l’objet examiné.

Conscient de la nécessité de limiter ou exclure la lumière ambiante, l’EAN mène le premier essai d’essai du D-sight lié à l’aérospatiale la nuit, peut-être en 1994, juste à l’extérieur du bâtiment principal de ce qui est alors le Musée national de l’aviation, l’actuel Musée de l’aviation et de l’espace du Canada, sur le prototype de l’avion de ligne à décollage et atterrissage courts de Havilland Canada Dash 7 livré à ce musée national en octobre 1988.

Le gondolement du fuselage découvert lors du premier essai d’essai du D-sight lié à l’aérospatiale, organisé de nuit, juste à l’extérieur du bâtiment principal de ce qui est alors le Musée national de l’aviation, sur le prototype de l’avion de ligne à décollage et atterrissage courts de Havilland Canada Dash 7, Ottawa, Ontario, vers 1994. Conseil national de recherches Canada.

Les surfaces du fuselage choisies pour l’examen sont recouvertes d’un liquide surligneur, du kérosène dans ce cas particulier, pour augmenter leur réflectivité et éliminer les éventuelles particules de saleté. Ce kérosène est appliqué manuellement, à la raclette. Étant donné que le kérosène est un liquide inflammable, l’équipe d’inspection doit faire preuve de prudence en tout temps.

Il est intéressant de noter que cette inspection enregistre un gondolement du fuselage résultant d’un atterrissage dur qui est invisible à l’œil nu.

Le second essai a lieu en 1994 dans une installation de Canadair Incorporated construite à Mirabel, Québec, pour effectuer des travaux de maintenance sur la flotte de chasseurs supersoniques McDonnell Douglas CF-188 du Commandement aérien des Forces canadiennes. Les surfaces testées sont les ailes et la queue d’un de ces aéronefs.

Pour contrôler la lumière provenant des fenêtres et plafonniers, une tente doit être érigée avant l’examen de la surface supérieure des ailes. Ce problème conduit au développement d’une tête d’inspection fermée optimisée pour l’inspection des surfaces en polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC). Ce DAIS-1000 est initialement envisagé pour répondre aux besoins de numérisation rapide et grande surface des Forces canadiennes.

À son tour, l’espace entre les pylônes sous les ailes utilisés pour transporter des réservoirs de carburant ou armes, des bombes ou missiles par exemple, conduit à la conception, vers 1991, d’une tête d’inspection, le DAIS-500, avec une zone de visualisation deux fois plus petite que celle de la tête d’inspection du DAIS-1000.

Croiriez-vous que, dans le but de maintenir le poids de la tête d’inspection aussi bas que possible, le personnel de l’IRA utilise certaines des premières tiges composites en graphite mises sur le marché pour maintenir ensemble les corps en tôle des dites têtes?

Incidemment, le DAIS-500 peut être fixé à une perche extensible, ce qui permet à un opérateur d’effectuer des inspections dans des sections d’un aéronef autrement hors de portée.

L’essai réalisé à Mirabel détecte des sites de dommages par impact et met en évidence la nécessité de contrôler l’application du fluide surligneur afin de réduire les interférences causées par la rugosité relative des surfaces en PRFC tout en maintenant la sensibilité à la présence de dommages d’impact à peine visibles.

Il faut bien sûr noter que la collection de classe mondiale du Musée de l’aviation et de l’espace du Canada comprend un CF-188.

Il convient également de noter que le processus qui conduit à l’attribution du contrat de maintenance à Canadair de Cartierville / Montréal, Québec, est quelque peu controversé.

Comme il fallait s’y attendre, le ministère de la Défense nationale lance un concours pour sélectionner le groupe de firmes canadiennes qui fournirait un soutien technique aux systèmes sophistiqués des CF-188 qu’il avait décidé de commander, en avril 1980.

Après un certain temps, seuls deux groupes menés respectivement par Canadair et Bristol Aerospace Limited, une filiale de Rolls-Royce Limited basée à Winnipeg, Manitoba, demeurent dans la course. Le ministère de la Défense nationale semble favoriser l’offre de cette dernière pour son coût moins élevé et ses aspects techniques supérieurs. Cette information peut, je répète peut, être partagée avec la direction de Bristol Aerospace.

L’annonce de la victoire du groupe dirigé par Canadair à l’automne 1986 a par conséquent l’effet d’une bombe.

De nombreux journaux et magazines dénoncent la décision du gouvernement fédéral. La réaction des médias de l’Ouest canadien est particulièrement forte. Le gouvernement aurait rompu sa parole et favorisé une région du Canada, le Québec, plutôt qu’une autre.

Pourquoi cela est-il ainsi, demandez-vous, ami(e) lectrice ou lecteur? Eh bien, le gouvernement dirigé par Martin Brian Mulroney peut avoir accordé à Canadair ce contrat très lucratif pour assurer la stabilité financière de cet avionneur pendant de nombreuses années. Ceci étant dit (tapé?), il peut aussi avoir voulu préserver sa base électorale au Québec. Quoi qu’il en soit, la décision repose dans une certaine mesure sur l’absence d’une politique industrielle canadienne en matière d’aéronautique / aérospatiale.

Comme vous le savez sans doute, Mulroney préserve bel et bien sa base électorale au Québec lors des élections fédérales de novembre 1988. Cette même base n’est pas aussi bien préservée dans l’Ouest canadien.

Incidemment, Mulroney est mentionné dans des numéros de janvier et octobre 2021 de notre blogue / bulletin / machin.

Et oui, on peut soutenir que, sans la décision controversée du gouvernement Mulroney, Canadair n’aurait pas été en mesure de développer le fameux, sinon carrément révolutionnaire avion à réaction régional Bombardier CRJ, un avion de ligne qui effectue son premier vol en 1991.

Même si le kérosène se révèle être un fluide surligneur très efficace, l’EAN opte assez tôt pour un produit dégraissant ininflammable qui s’évapore rapidement et ne laisse aucun résidu. Remarquez, ce produit est encore appliqué manuellement, à la raclette.

Dans l’ensemble, les tests D-sight sont effectués par des équipes de deux personnes. Un des membres de l’équipe utilise la raclette pour appliquer le produit dégraissant sur une zone de 2 à 2.5 m (6.5 à 8.25 pieds) de longueur, ce qui permet à l’autre membre de l’équipe de placer 4 ou 5 fois la tête d’inspection sur un fuselage ou une aile pendant que son collègue s’occupe de l’acquisition des données.

Le produit dégraissant est toujours appliqué le long de la ligne que suivrait l’opérateur lors de l’inspection (de gauche à droite ou de bas en haut). L’appliquer à angle droit par rapport à la direction d’inspection introduit de nombreuses interférences.

Les têtes de rivets saillantes constituent une autre source d’interférence. Le produit dégraissant s’accumule sur elles avant de baver vers le bas. En conséquence, la personne qui tient la raclette doit utiliser celle-ci entre les positionnements pour essuyer chacune des zones sur lesquelles l’autre membre de l’équipe placerait la tête d’inspection.

L’ordinateur hôte est toujours laissé au sol. Un câble le relie à la tête d’inspection. Les membres de l’équipe peuvent ainsi se tenir debout sur une aile ou plate-forme surélevée tandis que l’ordinateur hôte est positionné en toute sécurité, à l’écart.

C’est la méthode utilisée en 1997, je crois, pour inspecter le fuselage de deux avions de transport de personnalités Canadair / Bombardier CC-144 Challenger utilisés par le Commandement aérien des Forces canadiennes. Et oui, la collection du Musée de l’aviation et de l’espace du Canada comprend un Challenger.

Terminer cette première partie de notre examen de l’histoire du DAIS en mentionnant l’impressionnante collection du Musée de l’aviation et de l’espace du Canada n’est pas quelque chose que votre humble serviteur avait prévu, mais ça marche pour moi. À très bientôt.

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