Un nouveau système diagnostique a été développé pour le contrôle en temps réel des diamètres, des vitesses et des températures des particules en vol. Le système est basé sur le capteur d'image CCD non intensifié assurant une haute sensibilité dans la région spectrale proche de l’infrarouge. Un logiciel original pour le calibrage, le traitement d'images de jets de poudre et l'analyse statistique des paramètres de particules est la partie essentielle de ce système.

Le système de diagnostic a été testé dans des conditions industrielles réelles en vue de trois modes de visualisation: visualisation du jet (image réele de la structure du jet et son évolution, en appliquant les différentes échèles spatiales et temporelles); interaction particule-substrat (adhérance de la particule, éclaboussement de la particule), visualisation de la zone proche du substrat pour contrôler le rebond de la poudre; dynamique de croissance du revêtement, y compris des évaluations quantitatives de son épaisseur en temps réel. Le flux de particules est visualisé en temps réel, ce qui peut être utilisé pour contrôler sa position, sa direction, sa densité et son homogénéité.

Le système diagnostique est doté d’une haute capacité de détection:

limite de détection de particules est de 2 µm,

gamme de températures détectable est de 1200 à 3500 °C

gamme de vitesses est de 1 m/s à 900 m/s.

Le module de la caméra comporte un nombre de composants électroniques, y compris un obturateur (la gamme de temps d'exposition est de 1 µs à 1 s) et une carte de traitement de signal 12 bits. L'information de chaque pixel est transmise à l'ordinateur sous forme numérique par l’interface PCI, permettant une capacité de lecture jusqu'à 5 images par seconde. Une matrice logique programmable (vitesse de 4ns) est utilisée pour générer les signaux numériques permettant de contrôler l’obturateur et de lire les données à une vitesse de 30 MHz. La numérisation de chaque pixel avec une résolution de 12 bits est réalisée pour effectuer le transfert complet de la trame de la matrice de CCD et assurer une mesure précise des paramètres énergétiques des particules chaudes. Le débit de transfert de données du port rapide est de 300 Mbit/s.

Visualisation du jet Les particules en vol sont présentées sur l'image comme les traits légers de différentes largeurs, longueurs et intensités (Fig.16). La longueur d’un trait est proportionnelle au temps d'exposition. La largeur est proportionnelle au diamètre de la particule. Un algorithme spécial (dénommé «la résolution sub-pixel» et appliqué pour le traitement d'image grise) en combinaison avec un procédé d’élimination de la déformation optique et de l'irrégularité de la matrice CCD permettent d’atteindre une résolutions de 2 µm dans la mesure du diamètre de particules.

Exemples d'application Le système diagnostique développé a été testé en vue d’application dans les différentes technologies industrielles: projection plasma, HVOF, projection par flamme (Flame Spraying) et Wire Spraying. Un large éventail de poudres métalliques et d’équipements de projection bien connus (Plasma Techik, Sulzer Metco, TAFA, CDS, etc.) a été utilisé dans les expériences. Les données de la nouvelle caméra CCD sur le procédé de projection thermique en utilisant le système TAFA ont été employées dans les essais. La projection de la poudre Cr2O3 (taille de particules -45+22µm) a été analysée. La caméra CCD a été visée au centre du jet de plasma à une distance de projection typique de la buse du canon plasma. Une image typique des histogrammes de vitesse, de température, et de diamètre de particules dans les conditions normales de projection thermique est présentée à droite.