La Corée développe un système d'inspection tridimensionnelle sans contact pour les supraconducteurs à haute température

L'Institut coréen de recherche en électrotechnologie (KERI) a récemment annoncé que l'équipe de recherche de Ha Hong-su et Park In-sung du Centre de recherche sur les dispositifs cryogéniques a développé un système d'inspection tridimensionnelle sans contact de très haute précision, capable de mesurer en continu l'épaisseur et la largeur des supraconducteurs à haute température. L'institut affirme qu'il s'agit du premier système de ce type au monde destiné aux supraconducteurs à haute température.

Les chercheurs Ha Hong-su et Park In-sung du KERI posent à côté d'un supraconducteur à haute température devant le système d'inspection tridimensionnelle sans contact de très haute précision. [Institut coréen de recherche en électrotechnologie]

Lorsque la température est inférieure à un seuil spécifique, la résistance d'un supraconducteur à haute température s'approche de zéro, permettant un transport de courant élevé avec de faibles pertes. Ces matériaux sont des éléments clés des aimants supraconducteurs utilisés dans les dispositifs de fusion nucléaire, les équipements d'imagerie par résonance magnétique médicale et les équipements électriques à haute performance. Ces conducteurs se présentent généralement sous forme de rubans d'une épaisseur de seulement quelques dizaines de micromètres, plus fins qu'une feuille de papier A4, d'une largeur d'environ 4 à 12 millimètres et d'une longueur pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres. Les aimants supraconducteurs sont généralement constitués de plusieurs centaines de couches de conducteurs étroitement enroulées.

Pour ce type de matériau, un écart d'épaisseur de quelques micromètres sur un seul conducteur peut avoir un impact. Lorsque les conducteurs sont empilés couche après couche, les écarts minimes sont amplifiés, ce qui modifie les dimensions et la forme globales de l'aimant et provoque une concentration de contraintes locales, augmentant ainsi les risques d'endommagement de l'aimant, d'instabilité du champ magnétique ou de dégradation des performances de l'équipement.

Les méthodes d'inspection par contact existantes peuvent rayer ou contaminer la surface du conducteur, tandis que les méthodes sans contact sont sensibles aux vibrations du processus de transport du conducteur, ce qui réduit la précision des mesures. Pour effectuer une inspection de section transversale à haute précision, il est généralement nécessaire de découper le conducteur et de l'observer au microscope, ce qui rend le processus d'inspection coûteux et difficile à réaliser en continu en ligne.

L'équipe de recherche a cette fois combiné un mécanisme de transport rouleau à rouleau avec des capteurs laser confocaux chromatiques disposés en vis-à-vis sur les faces supérieure et inférieure, permettant au conducteur d'être scanné pendant son transport d'une bobine à l'autre. Les capteurs laser installés de part et d'autre du conducteur scannent rapidement sa surface et mesurent simultanément les distances entre les surfaces supérieure et inférieure. Cette méthode de mesure laser confocale maintient une stabilité de mesure satisfaisante même sur des surfaces métalliques à haute réflectivité telles que l'argent et le cuivre.

Selon le KERI, même lorsque le conducteur se déplace à une vitesse de 100 mètres par heure avec des vibrations, le système maintient l'erreur de mesure dans une limite de ±1,5 micromètre ; lorsque la vitesse de déplacement latéral du capteur est contrôlée à 4 millimètres par seconde ou moins, l'erreur de mesure répétée peut être réduite à moins de 0,2 micromètre. Cette précision représente une très petite fraction du diamètre d'un cheveu humain.

Ce système permet d'inspecter en continu des supraconducteurs à haute température de plusieurs centaines de mètres de long sans découpe ni contact, et de générer en temps réel des images tridimensionnelles des variations d'épaisseur du conducteur, déterminant si sa section transversale présente des convexités ou des concavités. L'équipe de recherche estime que cette technologie contribue à détecter à un stade précoce de la production des défauts microscopiques invisibles à l'œil nu, réduisant ainsi les risques de qualité lors de la fabrication des aimants supraconducteurs.

Outre les supraconducteurs à haute température, cette technologie d'inspection peut également être appliquée au contrôle qualité d'autres matériaux avancés produits en continu, notamment les feuilles de cuivre et d'aluminium pour batteries secondaires, les produits métalliques laminés, les matériaux pour cellules solaires à couches minces et les films minces de précision pour composants électroniques.

L'équipe de recherche prévoit de développer cette technologie en un système intelligent de contrôle qualité, permettant aux données de mesure d'interagir en temps réel avec les équipements de production pour ajuster automatiquement les paramètres de processus tels que l'électrodéposition et le laminage. Ha Hong-su a déclaré que les variations microscopiques d'épaisseur des supraconducteurs à haute température, bien qu'invisibles à l'œil nu, affectent les performances et la fiabilité de l'ensemble de l'aimant supraconducteur après l'empilement de plusieurs centaines de couches.