FR2763686A1 - Procede et dispositif de traitement de radiogrammes de soudure pour la detection de defauts de soudure - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de détection automatique des défauts de soudure qui consiste à éclairer de façon homogène une partie du radiogramme de soudure à traiter, à faire défiler, partie par partie, ce radiogramme devant un capteur CCD qui effectue une prise de vue de chaque partie du radiogramme, puis à traiter chaque image du radiogramme. L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.Application à la détection de défauts de soudure.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE RADIOGRAMMES
DE SOUDURE POUR LA DETECTION DE DEFAUTS DE SOUDURE
DESCRIPTION
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé et un dispositif de traitement de radiogrammes de soudure pour détecter les défauts de ces soudures. Elle trouve de nombreuses applications dans tous les domaines, où la qualité des soudures peut être contrôlée au moyen de radiogrammes.

Etat de la technique
Dans le domaine de la soudure, il est connu d'effectuer des radiogrammes des soudures et de les examiner pour en déterminer les défauts.

La méthode traditionnelle pour examiner les radiogrammes est une méthode visuelle. Un expert examine, au moyen d'une loupe micrométrique, les radiogrammes placés sur un négatoscope. L'inconvénient majeur de cette méthode concerne les résultats de l'examen visuel d'un même radiogramme (appelé aussi "film") qui peuvent différer en fonction de l'expert qui a effectué l'examen. De plus, l'expertise est variable d'un film à l'autre, même si elle est réalisée par un même expert. Ceci s'explique notamment par la fatigue visuelle de l'expert, liée au faible contraste et à la forte densité des films radiographiques. Cette méthode présente un autre inconvénient relatif à la difficulté de mesurer précisément les formes des défauts qui peuvent, en effet, présenter des aspects très différents, ce qui entraîne une imprécision des résultats quantitatifs.

Une méthode plus précise consiste à utiliser un microdensitomètre informatisé qui permet de fabriquer une image numérique du film radiographique.

Le microdensitomètre a l'avantage de réduire la fatigue visuelle de l'expert puisque celui-ci peut travailler sur une image agrandie et, éventuellement, améliorée par des techniques traditionnelles de traitement images. Ces techniques traditionnelles de traitement d'images peuvent même, dans certains cas, améliorer la précision des mesures quantitatives. Le microdensitomètre permet donc une meilleure précision de la mesure et une plus grande taille de l'image affichée, par rapport à la méthode de visualisation classique. Cependant, un microdensitomètre de qualité correcte présente un coût élevé et entraine un temps de numérisation du film qui peut être relativement long de plus, la mise en oeuvre d'une telle méthode nécessite l'emploi d'un personnel hautement qualifié ainsi que d'un expert, pour l'examen visuel.

Une autre méthode connue consiste à remplacer le microdensitomètre par des capteurs CCD associés à des instruments d'acquisition informatisés, dont le coût esc inférieur à celui d'un densitomètre, mais dont la qualité est sensiblement inférieure. Cette méthode utilise une table lumineuse qui éclaire le film radiographique par l'arrière en vis-à-vis du capteur
CCD. Cependant, la taille du capteur est généralement trop petite pour permettre de numériser, en une seule prise de vue, la totalité du radiogramme. Aussi, le capteur CCD est déplacé afin de reconstituer une image mosaique, c'est-à-dire de reconstituer la totalité de l'image du radiogramme à partir de plusieurs prises de vue.

De plus, le film radiographique doit être illuminé de manière homogène dans sa totalité, afin que les différentes prises de vue soient effectuées avec une même lumière, de façon à constituer une image du radiogramme correcte. Or, il est extrêmement difficile de construire une source lumineuse qui fournisse une lumière homogène sur une dimension relativement grande.

Aussi, puisque la source lumineuse ne permet pas d'obtenir une lumière totalement homogène, cette inhomogénéité doit être compensée. Or, le capteur CCD est déplacé tandis que la source lumineuse est fixe l'inhomogénéité fluctue donc d'une image à une autre image, ce qui rend sa compensation difficile et coûteuse en temps de calcul.

De plus, les films radiographiques sont denses, ce qui nécessite l'emploi d'une source lumineuse de forte puissance dont l'homogénéité est, de ce fait, encore plus difficile à obtenir.

Par ailleurs, cette méthode ne permet pas non plus de pallier aux déficiences de l'expert.

En outre, les images obtenues par cette méthode ne sont pas de qualité suffisante ; il faut donc effectuer des traitements de ces images, traitements qui font appel à des techniques élaborées et adaptées qui ne sont généralement pas disponibles dans les logiciels de traitement d'images courants et qui nécessitent donc un personnel hautement qualifié.

Exposé de l'invention
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients des différentes méthodes décrites précédemment. A cette fin, elle propose un procédé de détection automatique des défauts de soudure qui consiste à éclairer de façon homogène une partie du radiogramme de soudure à traiter, à faire défiler, partie par partie, ce radiogramme devant un capteur CCD qui effectue une prise de vue de chaque partie du radiogramme, puis à traiter chaque image du radiogramme. L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.

De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de traitement de radiogrammes de soudure pour la détection de défauts de soudure, qui se caractérise par le fait qu'il consiste
- à faire défiler un radiogramme, partie par partie, devant des moyens de prise d'images
- à éclairer de façon homogène la partie du radiogramme située en face des moyens de prise d'images
- à effectuer une prise d'image de la partie du radiogramme ainsi éclairée
- à répéter les étapes précédentes jusqu'à ce que toutes les parties du radiogramme aient défilé
- à traiter parallèlement les images des différentes parties du radiogramme, afin de déterminer les défauts de soudure.

Avantageusement, le traitement de chaque image du radiogramme de soudure consiste
- à éliminer le fond de l'image par reconstitution de ce fond par des approximation
- à rechercher, sur l'image, les contours des éventuels défauts de soudure
- à extraire les contours des défauts ; et
- à quantifier les défauts en caractérisant leurs formes.

L'invention concerne également le dispositif qui permet de mettre en oeuvre le procédé précédent. Ce dispositif comporte des moyens d'éclairage du radiogramme, des moyens de prise d'images numériques du radiogramme, et des moyens de traitement de ces images numériques. Ce dispositif se caractérise par le fait que
les moyens d'éclairage consistent en une sphère d'intégration fixe qui éclaire de façon homogène une partie du radiogramme selon un axe optique
les moyens de prise d'image consistent en un capteur CCD à temps d'intégration variable, positionné de manière fixe, face au radiogramme sur l'axe optique de la sphère d'intégration ; et
le radiogramme est positionné sur un porte-film apte à maintenir le radiogramme à distance constante entre le capteur CCD et la sphère d'intégration.

De façon avantageuse, le dispositif comporte au moins une table de déplacement sur laquelle est fixé le porte-film, cette table assurant le défilement du radiogramme devant le capteur CCD.

Selon l'invention, les moyens de traitement d'images comportent
- une unité de commande de la table de déplacement
- une unité d'acquisition des images prises par le capteur CCD
- une pluralité de processeurs de traitement organisée selon une architecture de type "processeur maitre/processeurs esclaves" pour assurer le traitement simultané de plusieurs images du radiogramme de soudure, puis assurer une fusion des résultats obtenus pour chaque traitement d'image.

Brève description des figures
- La figure 1 représente schématiquement le dispositif de traitement des radiogrammes de soudure, conforme à l'invention ;
- la figure 2 représente un diagramme fonctionnel montrant les principales étapes du procédé de l'invention ;
- les figures 3A à 3E montrent l'évolution d'une image de radiogramme de soudure au cours des différentes étapes du traitement permettant de déterminer les défauts de soudure.

Description détaillée de modes de
réalisation de l'invention
La figure 1 représente schématiquement le système de traitement de radiogrammes de soudure permettant de détecter automatiquement les défauts de soudure.

Ce système comporte un porte-film 2 à l'intérieur duquel est positionné le film 1, appelé aussi "radiogramme", ou "film radiographique". Ce porte-film 2 peut être, par exemple, un ensemble constitué de deux plaques de verre montées sur une monture métallique et entre lesquelles est positionné le radiogramme de soudure à examiner. Le porte-film a pour rôle de maintenir le film à distance constante du capteur et aussi de le mouvoir. C'est pourquoi, ce porte-film 2 est fixé sur un ensemble de déplacement, 3a, 3b. Cet ensemble de déplacement comporte une première table de déplacement 3a qui permet de déplacer le radiogramme 1 verticalement et une table de déplacement 3b qui permet de déplacer le radiogramme 1 horizontalement. De plus, le porte-film comporte des symboles d'orientation et d'étalonnage qui permettent un recalage automatique du film et un calcul du grandissement optique du système.

Le radiogramme défile pas par pas, c'est-à-dire partie par partie, devant un capteur CCD 5. Ce capteur CCD 5 est un capteur à temps d'exposition variable, c'est-à-dire qu'il permet un temps de pose pouvant aller au-delà de la minute, réduisant ainsi la luminosité nécessaire à l'observation du radiogramme.

Le champ du capteur CCD est insuffisant pour numériser en une seule fois tout le film radiographique ; c'est pourquoi le film est positionné dans un porte-film qui peut être déplacé dans le plan perpendiculaire à l'axe optique du capteur, grâce aux tables de déplacement micrométrique 3a et 3b. Le déplacement du film s'effectue partie par partie devant le capteur 5 qui effectue une prise de vue de chaque partie du radiogramme. Toutes les images des différentes parties du radiogramme sont ensuite positionnées côte à côte pour réaliser une image numérique totale du radiogramme
Pour effectuer les prises de vue du radiogramme, on éclaire tour à tour chaque partie du radiogramme au moyen d'une source lumineuse placée sur le même axe optique que le capteur CCD et le porte-film. Cette source lumineuse est une sphère d'intégration 4. Cette sphère d'intégration est réalisée à partir d'une sphère principale 4a et d'une sphère auxiliaire 4b. Chacune de ces sphères est creuse et revêtue sur sa paroi intérieure d'un revêtement mat et spectralement neutre, apte à diffuser la lumière. La sphère auxiliaire 4b contient une lampe incandescente 4e alimentée classiquement par une alimentation électrique of. Cette sphère auxiliaire 4b est accollée à la sphère principale 4a par l'intermédiaire d'une fenêtre dépolie 4c. Ainsi, la lumière émise par cette lampe incandescente est homogénéisée une première fois par le revêtement intérieur de la sphère auxiliaire 4b.

Cette lumière est transmise à la sphère principale 4a par le dépoli 4c où elle est homogénéisée une seconde fois par le revêtement intérieur de cette sphère principale. Cette lumière homogène est ensuite émise vers l'extérieur de la sphère d'intégration 4 par l'ouverture 4d, éclairant ainsi la partie du film radiographique 1 se trouvant en face du capteur 5. Plus précisément, l'ouverture 4d est placée à 90" de la fenêtre dépolie. Le diamètre de cette ouverture 4d est choisi de façon à ce que le champ du capteur CCD puisse être éclairé en totalité. Ainsi, au moment de la prise de vue par le capteur CCD, toute la partie du film radiographique photographiée à cet instant est éclairée par une même lumière homogène. L'image totale reconstruite à partir des différentes prises de vue sera donc homogène. I1 faut, toutefois, compenser l'inhomogénéité de l'ensemble capteur/source de lumière, au début des prises de vue ; pour cela on effectue une toute première prise de vue, à vide, c'est-à-dire qu'on effectue une prise de vue d'un plan neutre constituant un fond moyen, qu'on utilise comme référence pour régler l'homogénéité de l'ensemble capteur/source de lumière.

L'ensemble capteur-CCD/sphère-d' intégration /porte-film (appelé "banc d'acquisition") assure une diminution très nette de la durée de numérisation d'un film radiographique par rapport aux techniques antérieures.

L'ensemble du banc d'acquisition est commandé par une station de travail informatique 6 dans laquelle est insérée une carte d'acquisition 7, une unité de commandes 8 et une ou plusieurs cartes multiprocesseurs 9. La carte d'acquisition 7 assure l'acquisition des images prises par le capteur CCD 5.

La (ou les) carte(s) multiprocesseurs assure(nt) le traitement des images prises par le capteur CCD.

L'unité de commande assure le contrôle des tables de déplacement micrométrique 3a et 3b.

Les données acquises par la carte d'acquisition sont transmises au fur et à mesure à la carte multiprocesseurs 9. Les processeurs de cette carte 9 (au nombre de 1 à 8) sont organisés selon une architecture appelée "ferme de processeurs" (appelée en termes anglo-saxons "processor farming") qui est une architecture du type "processeur maître/processeurs esclaves". En d'autres termes, cette architecture est une architecture parallèle dans laquelle plusieurs processeurs identiques (processeurs esclaves) font une tache identique, sous le contrôle d'un processeur maître. Une telle architecture permet de scinder le traitement de l'image globale du radiogramme en plusieurs traitements séparés et simultanés dont les résultats sont fusionnés dans une ultime étape. La scission peut porter, par exemple, sur la répartition, entre les processeurs esclaves, des données ou bien des taches, et, en particulier, elle peut porter sur la séparation en plusieurs images de l'image globale du radiogramme.

Sur la figure 2, on a représenté un diagramme fonctionnel du procédé selon l'invention. Ce procédé consiste, tout d'abord, à faire défiler le radiogramme partie par partie devant le capteur CCD (bloc 11) . Le film radiographique défile de façon non continue, prise de vue par prise de vue, devant le capteur CCD. Le capteur CCD effectue alors une prise de vue (bloc 12) réalisant ainsi une image qui servira à construire l'image globale du radiogramme. Cette image est transmise à la ferme de processeurs pour être traitée (bloc 13).

Après chaque prise de vue, le film défile à nouveau d'un pas et ce jusqu'à ce que tout le film ait défilé devant le capteur CCD. La vérification du défilement de la totalité du film est représentée par le bloc 14 sur la figure 2. Si le film n'a pas défilé entièrement, le procédé reprend au bloc 11 pour faire une nouvelle prise de vue. Au contraire, si tout le radiogramme a défilé devant le capteur, on effectue, dans le bloc 15, la fusion de toutes les images réalisées par le capteur CCD et traitées par la ferme de processeurs.

Ces images sont traitées parallèlement par des processeurs organisés selon l'architecture de type "processor farming", afin de déterminer les défauts de soudure sur le radiogramme.

Le traitement de ces images va maintenant être décrit en relation avec les figures 3A et 3E.

Chacune de ces figures 3A à 3E montre une étape de traitement d'une image de défauts de soudure. La figure 3A est en fait l'image originale obtenue par le capteur
CCD lors de la prise de vue d'une des parties du radiogramme. L'image sur la figure 3A est inhomogène du point de vue des gris ; et il apparaît dessus quelques taches qui représentent des défauts de soudure. Cette inhomogénéité est due, d'une part, à la géométrie de la pièce radiographiée et, d'autre part, à l'asymétrie de la source de rayons X. Elle ne doit pas être confondue avec l'inhomogénéité éventuelle de l'ensemble capteur/source lumineuse. La première étape du traitement de cette image consiste à éliminer le fond du radiogramme qui est très fortement inhomogène. Cette étape d'élimination du fond du radiogramme consiste, tout d'abord, à calculer une image représentant le fond du radiogramme, c'est-à-dire le radiogramme sans défaut. Pour cela, l'image réelle est approximée par des fonctions mathématiques telles que les fonctions spline qui sont décrites, par exemple, dans le document "Analyse Numérique", chapitre VIII, sous la direction de S. BARANGER, Collection Enseignement des Sciences,
HERMANN, 1991, ou dans le document "Approximation et optimisation" de Pierre-Jean LAURENT, Chapitre 4,
Edition HERMANN.

L'élimination du fond de radiogramme consiste ensuite à soustraire l'image ainsi approximée (c'est-à-dire l'image du radiogramme sans défaut) à l'image originale pour obtenir une image redressée, montrée sur la figure 3B.

Le procédé de traitement de ces images consiste ensuite en une étape de recherche des contours et d'élimination du bruit de numérisation résiduelle.

Comme on peut le voir sur les figures 3A et 3B, les défauts apparaissent comme des taches sombres sur un fond plus clair. Ces taches sont des zones dont on cherche à définir les frontières, c'est-à-dire les contours. Pour cela, on utilise, par exemple, un filtre de traitement du signal connu sous le nom de filtre de
Canny-Dériche généralisé, décrit dans le document "Amélioration du filtre de Canny Dériche pour la détection des contours sous forme de rampe" de
E. BOURENNANE, M. PAINDAVOINE, F. TRUCHETET, Traitement du signal, volume 10, n" 4, 1993. La fonction de ce filtre de Canny Dériche est de faire apparaître sous la forme d'une ligne blanche les contours des taches, c'est-à-dire des défauts. La figure 3C montre les contours des taches obtenus par ce procédé.

Le procédé de traitement des images de l'invention consiste ensuite à extraire le contour des défauts par une méthode de ligne de partage des eaux, contrainte par des marqueurs issus d'une analyse de l'histogramme de l'image. Autrement dit, cette méthode de ligne de partage des eaux permet d'amener à une épaisseur unitaire les contours obtenus par un filtre de Canny Dériche. Cette méthode consiste à assimiler les contours fournis par le filtre de Canny Dériche à des lignes de crêtes d'un relief dont les creux seraient soit le défaut, soit le fond du radiogramme original. Les techniques de morphologie mathématiques permettent d'isoler ces lignes de crêtes. De telles techniques sont décrites, par exemple, dans le document "Morphologie mathematique" de M. SCHMITT et J.

MATTIOLI, aux Editions MASSON, Paris, 1993, ou dans le document "Algorithmes morphologiques à base de file d'attente et de lacets - Extension aux graphes" de L.

VINCENT, thèse présentée à l'Ecole Normale Supérieure des Mines de Paris en 1990. Toutefois, il reste toujours beaucoup trop de ces lignes de crêtes. On en élimine en marquant préalablement certains creux, grâce à une analyse approfondie des histogrammes des diverses zones de l'image. Cela permet de ne conserver que les contours les plus élevés entre deux zones marquées.

L'image obtenue après cette étape d'extraction des contours est représentée sur la figure 3D.

La dernière étape du traitement d'image du procédé de l'invention consiste à quantifier précisément les défauts en caractérisant leurs formes.

Autrement dit, il consiste à comptabiliser la surface et le périmètre des défauts, ainsi que leur distance par rapport aux bords de l'image. Cette mise en évidence des défauts de soudure est représentée sur l'image de la figure 3E.

Cette dernière image (figure 3E) montre donc des taches sombres entourées de lignes blanches qui sont la représentation des défauts à peine devinés sur la figure 3A.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement de radiogrammes de soudure pour la détection de défauts de soudure, caractérisé en ce qu'il consiste

- à faire défiler (11) un radiogramme, partie par partie, devant des moyens de prise d'images

- à éclairer (12) de façon homogène la partie du radiogramme située en face des moyens de prise d'images ;

- à effectuer une prise d'image (13) de la partie du radiogramme ainsi éclairée

- à répéter (14) les étapes précédentes jusqu'à ce que toutes les parties du radiogramme aient défilé

- à traiter parallèlement (15) les images des différentes parties du radiogramme afin de déterminer les défauts de soudure.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de chaque image du radiogramme de soudure consiste

- à éliminer le fond de l'image par une reconstruction approximée du fond

- à rechercher, sur l'image, les contours des éventuels défauts de soudure

- à extraire les contours des défauts ; et

- à quantifier les défauts en caractérisant leurs formes.

3. Dispositif de traitement de radiogrammes de soudures mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 1 ou 2, comportant

- des moyens d'éclairage (4) du radiogramme (1)

- des moyens de prise d'images numériques (5) du radiogramme ; et

- des moyens de traitement (6) de ces images numériques, caractérisé en ce que

- les moyens d'éclairage consistent en une sphère d'intégration (4a-4e) fixe, qui éclaire de façon homogène le radiogramme selon un axe optique

- les moyens de prise d'images consistent en un capteur CCD à temps d'intégration variable, positionné de manière fixe, face au radiogramme sur l'axe optique de la sphère d'intégration

- le radiogramme est positionné sur un porte-film (2) apte à maintenir le radiogramme à distance constante entre le capteur CCD et la sphère d'intégration.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une table de déplacement (3a-3b) sur laquelle est fixé le porte-film et qui assure le défilement du radiogramme devant le capteur CCD.

5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de traitements d'images comportent

- une unité de commande (8) de la table de déplacement

- une unité d'acquisition (7) des images prises par le capteur CCD

- une pluralité de processeurs de traitement (9) organisés selon une architecture de type "processeur maître/processeurs esclaves" pour assurer le traitement simultané de plusieurs images du radiogramme de soudure, puis une fusion des résultats obtenus pour chaque traitement d'image.