FR3044770A1

FR3044770A1 - Procede de controle d'un objet par ultrasons

Info

Publication number: FR3044770A1
Application number: FR1561913A
Authority: FR
Inventors: Herve Stoppiglia; Pascale Pommier
Original assignee: Constellium Issoire SAS
Current assignee: Constellium Issoire SAS
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2017-06-09
Also published as: CN108369214A; EP3387422A1; WO2017098117A1; US20180372688A1

Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle d'un objet par ultrasons, en appliquant une sonde ultrasonore multiéléments, comportant une pluralité de transducteurs élémentaires, contre l'objet. Le procédé comporte : l'activation successive de transducteurs élémentaires, de telle sorte que lors de son activation, chaque transducteur émette une onde ultrasonore incidente vers ledit objet ; - suite à chaque activation d'un transducteur élémentaire, l'acquisition, par une pluralité de transducteurs élémentaires, d'un signal de détection représentatif d'une onde réfléchie par l'objet au cours de la propagation de ladite onde ultrasonore dans ce dernier. L'objet est divisé en points, dits points de maillage. Chaque signal de détection acquis est ensuite utilisé pour calculer, en chaque point du maillage, un paramètre représentatif de l'objet à réfléchir une onde ultrasonore incidente. Le procédé comporte, lors de ce calcul, une sélection d'un groupe de transducteurs parmi les transducteurs élémentaires de la sonde.

Description

Procédé de contrôle d'un objet par ultrasons Description

DOMAINE TECHNIQUE

Le domaine technique de l'invention est le contrôle non destructif d'objets, en particulier des pièces mécaniques, par ultrasons. L'invention s'applique en particulier à la détection de défauts dans des pièces ou dans des structures.

ART ANTERIEUR L'utilisation d'ultrasons permet d'effectuer des contrôles non destructifs dans le domaine médical et le domaine industriel. Une application connue, dans l'industrie, est le contrôle de l'intégrité ou de la qualité d'objets, afin de détecter des défauts. La principale méthode mise en oeuvre est l'échographie, dont le principe est de disposer une sonde à la surface d'un objet, la sonde émettant une onde impulsionnelle ultrasonore depuis cette surface. Au cours de sa propagation dans l'objet, l'onde ultrasonore interagit avec des éventuels défauts présent dans l'objet. Lorsque l'onde rencontre un défaut, une onde réfléchie se forme, entraînant l'apparition d'échos pouvant être détectés à la surface de l'objet, à partir desquels on peut établir une position d'un ou plusieurs défauts dans l'objet.

Il est actuellement courant d'utiliser des sondes dites multiéléments, formées par des transducteurs élémentaires répartis côte à côte, selon un agencement mono ou bi dimensionnel. Chaque transducteur élémentaire est formé d'un matériau piézoélectrique, apte à produire et/ou à détecter une onde ultrasonore, dans une gamme de fréquence généralement comprise entre 100 kHz et 50 MHz. Chaque transducteur élémentaire est alors apte à être utilisé en tant qu'émetteur et en tant que récepteur.

Lors du contrôle d'un objet, chaque transducteur élémentaire d'une sonde multiéléments est successivement activé, de façon à former un émetteur. Lors de chaque activation d'un transducteur élémentaire, les transducteurs élémentaires de la sonde sont utilisés, en tant que détecteurs, pour détecter un écho provenant de l'objet. Si la sonde comporte N transducteurs élémentaires, à chaque activation d'un de ces transducteurs élémentaires, on recueille N signaux détectés. Après avoir successivement activé les N transducteurs de la sonde, on recueille N2 signaux détectés, chaque signal détecté correspondant à un couple émetteur/détecteur. Des algorithmes ont été développés, permettant, à partir de ces signaux détectés, de déterminer une position d'un ou plusieurs défaut(s) dans l'objet.

Ce type de contrôle est à présent opérationnel. Cependant, lorsque la sonde est appliquée au contact d'un objet à contrôler, en particulier un objet métallique, le contrôle est affecté d'une zone, dite zone morte, s'étendant à partir de la surface de l'objet contre laquelle est appliquée la sonde, selon une faible profondeur, dans laquelle la qualité du contrôle n'est pas optimale. Aussi, à l'heure actuelle, on considère qu'une sonde multiéléments n'est pas complètement adaptée à un contrôle de qualité réalisé sur des objets de faible épaisseur, ou sur les premiers millimètres de l'épaisseur d'un objet.

Les inventeurs ont cherché à résoudre ce problème, en améliorant la qualité des résultats obtenus, en particulier dans les premiers millimètres ou centimètres de profondeur dans un objet.

EXPOSE DE L'INVENTION

Un premier objet de l'invention est un procédé de contrôle d'un objet, en particulier un objet industriel, comportant les étapes suivantes : a) application d'une sonde multiéléments face audit objet, ladite sonde comportant une pluralité de transducteurs élémentaires, chaque transducteur élémentaire étant apte à émettre une onde ultrasonore vers ledit objet et/ou à détecter une onde ultrasonore réfléchie dans ledit objet ; b) activation d'un desdits transducteurs élémentaires, dit transducteur d'émission, de façon à ce que ce dernier émette une onde ultrasonore, dite onde incidente, vers ledit objet ; c) acquisition, par une pluralité desdits transducteurs élémentaires, dits transducteur de détection, d'un signal de détection représentatif d'une onde réfléchie dans l'objet sous l'effet de ladite onde incidente se propageant dans l'objet, chaque signal de détection étant associé audit transducteur d'émission et à un desdits transducteurs de détection ; d) répétition des étapes b) et c) en activant successivement plusieurs transducteurs élémentaires de la sonde, de façon à acquérir des signaux de détection associés à différents transducteurs d'émission ; e) à partir des signaux de détection acquis lors de chaque étape c), maillage de l'objet selon plusieurs points, dits points du maillage, et calcul, en chaque point du maillage, d'un paramètre, représentant une aptitude de l'objet à réfléchir une onde incidente audit point de maillage. le procédé étant caractérisé en ce que, l'étape e) comporte les sous-étapes suivantes : i) sélection, pour au moins un point du maillage, d'un nombre de transducteurs élémentaires d'émission inférieur au nombre de transducteurs élémentaires constituant la sonde multiéléments ; ii) calcul dudit paramètre audit point du maillage en considérant les signaux de détection associés aux transducteurs d'émission ainsi sélectionnés.

De préférence, les sous-étapes i) et ii) sont mises en oeuvre pour chaque point du maillage, ou pour chaque point du maillage situé à une profondeur, vis-à-vis de la dite sonde multiéléments, inférieure à une profondeur dite limite, cette profondeur limite pouvant être prédéterminée.

De préférence, lors de la sous étape ii), le calcul du paramètre audit point du maillage est réalisé en ne considérant que les signaux de détection détectés par les transducteurs sélectionnés lors de la sous-étape i).

Le procédé peut comporter l'une quelconque des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon les combinaisons techniquement réalisables : L'objet est un objet métallique, pouvant être notamment destiné à une application aéronautique. Il peut s'agir d'une plaque parallélépipédique, d'un cylindre ou présentant toute autre forme adaptée à être placée au contact de ladite sonde multiéléments. L'invention s'applique particulièrement aux matériaux dans lesquels la vitesse d'une onde ultrasonore émise par lesdits transducteurs élémentaires est supérieure à 5000 m.s'1, et en particulier comprise entre 5000 et 7000 m.s'1.

Lors de l'étape i), le nombre de transducteurs élémentaires sélectionnés pour ledit point du maillage dépend d'une profondeur dudit point par rapport à ladite sonde multiéléments. Cette profondeur correspond à une distance entre ledit point et la sonde multiélément.

Lors de l'étape i), le nombre de transducteurs élémentaires sélectionnés pour ledit point de maillage dépend d'une profondeur moyenne d'une région d'intérêt préalablement déterminée dans l'objet. L'angle limite d'émission est défini en fonction d'un lobe principal d'émission d'un transducteur d'émission. Un tel lobe est présent dans une distribution angulaire de l'amplitude d'une onde ultrasonore émise par ledit transducteur d'émission. L'angle limite d'émission peut être déterminé par le calcul d'un ratio entre une vitesse de l'onde dans l'objet sur un produit de la fréquence de l'onde par une dimension du transducteur, ce ratio correspondant à une tangente de cet angle limite d'émission.

La sonde multiéléments définit un plan de détection, selon lequel s'étendent les transducteurs élémentaires. Les transducteurs sélectionnés lors de la sous-étape i) sont compris dans un cône, dit cône de sélection, défini pour chaque point du maillage, ce cône de sélection : • s'étendant entre un sommet, correspondant audit point de maillage, et ledit plan de détection, selon un demi-angle correspondant à l'angle limite d'émission ; • comportant une hauteur, joignant ledit sommet au le plan de détection, cette hauteur étant orthogonale audit plan de détection.

La sonde multiéléments définit un pas, correspondant à une distance entre les centres de deux transducteurs élémentaires adjacents. Lors de la sous-étape i), la sélection est réalisée, pour un point, voire pour chaque point du maillage, par : • une estimation d'un angle limite d'émission associé à un transducteur élémentaire ; une détermination d'une profondeur dudit point du maillage par rapport à la sonde; une détermination du transducteur élémentaire le plus proche dudit point, dit transducteur proximal ; un calcul d'un produit de la tangente dudit angle limite d'émission par ladite profondeur ; une détermination d'un nombre de transducteurs élémentaires sélectionnés autour dudit transducteur proximal en divisant ledit produit calculé par ledit pas de ladite sonde multiéléments. L'étape e) comporte, les sous-étapes suivantes : pour chaque point du maillage, détermination d'un temps de parcours d'une onde incidente émise par un transducteur d'émission, puis réfléchie au niveau dudit point, avant d'être détectée par un transducteur de détection, lesdits transducteurs d'émission et de détection formant un couple émetteur/détecteur auquel est associé ledit temps de parcours ; pour chaque point du maillage, sommation de l'amplitude de chaque signal de détection associé à un couple transducteur d'émission / transducteur de réception, audit temps de parcours associé au même couple émetteur/détecteur, de façon à obtenir une amplitude dite cumulée audit point ; l'amplitude cumulée, obtenue à chaque point du maillage, représentant une aptitude de l'objet, audit point, à réfléchir une onde incidente.

Le procédé comporte une étape f) de localisation d'un défaut dans l'objet, à partir des paramètres déterminés en chaque point, lors de l'étape e), et en particulier à partir d'une image formée à l'aide de chaque paramètre calculé lors de l'étape e). A chaque point du maillage correspond une profondeur par rapport à la sonde multiéléments, les sous-étapes i) et ii) étant mises en oeuvre pour une pluralité de points de maillage dont la profondeur est inférieure à une profondeur limite, inférieure à 2 cm, voire à 1 cm.

La sonde multiéléments est appliquée contre ladite surface de l'objet, une fine épaisseur d'un fluide de couplage, notamment sous une forme de gêl ou de liquide, pouvant être intercalée entre ladite sonde et ladite surface de l'objet, de façon à améliorer une transmission d'une onde ultrasonore entre chaque transducteur élémentaire et l'objet.

Un deuxième objet de l'invention est un support d'enregistrement d'informations, comportant des instructions pour l'exécution du procédé décrit dans la présente demande, ces instructions étant aptes à être exécutées par un microprocesseur.

Un troisième objet de l'invention est une sonde ultrasonore multiéléments, comportant une pluralité de transducteurs élémentaires, chaque transducteur élémentaire étant apte à émettre et/ou à détecter une onde ultrasonore, ladite sonde étant caractérisée en ce qu'elle comprend un calculateur, par exemple un microprocesseur, apte à mettre en œuvre le procédé décrit dans cette demande. L'invention sera mieux comprise dans la description d'un exemple détaillé de réalisation donné ci-après, à titre non limitatif, cette description se basant sur les figures listées ci-dessous.

FIGURES

La figure IA représente une onde ultrasonore, émise par un transducteur élémentaire d'une sonde multiéléments, se propageant dans un objet. La figure IB représente une onde ultrasonore, réfléchie par un défaut présent dans un objet, se propageant vers des transducteurs élémentaires d'une sonde multiéléments. La figure IC illustre deux signaux, respectivement * détectés par deux transducteurs élémentaires adjacents, chaque signal représentant une détection de l'onde réfléchie évoquée en lien avec la figure IB. La figure 1D montre deux transducteurs adjacents de la sonde multiéléments, ces transducteurs définissant un pas de ladite sonde.

La figure 2 représente les principales étapes d'un procédé de contrôle d'un objet selon l'art antérieur.

Les figures 3A et 3B montrent deux images d'un défaut dans l'objet localisé respectivement à une profondeur de 10 mm et de 3 mm de la sonde ultrasonore multiéléments. L'échelle des niveaux de gris est représentée sous la forme d'une barre horizontale.

Les figures 4A et 4B montrent un diagramme d'émission de transducteurs élémentaires, ce diagramme comprenant un lobe principal et deux lobes secondaires. Ces figures représentent respectivement une configuration selon laquelle, l'objet étant maillé en différents points de maillage, un point de maillage de l'objet est et n'est pas positionné dans le lobe principal d'un transducteur élémentaire.

La figure 5A représente un cône de sélection, associé à un point de maillage de l'objet, sous lequel ledit point de maillage voit des transducteurs élémentaires de la sonde multiéléments, dans le premier lobe d'émission desquels est situé ledit point de maillage.

La figure 5B représente des cônes de sélection associés à différents points de maillage de l'objet, répartis selon différentes profondeurs.

La figure 6 représente les principales étapes d'un procédé selon l'invention.

Les figures 7A et 7B sont des images obtenues respectivement avec et sans mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'échelle des niveaux de gris est représentée sous la forme d'une barre horizontale.

EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS

Les figures IA et IB représentent une sonde ultrasonore multiéléments 1, comportant N de transducteurs élémentaires h à 1N disposés côte à côte, en s'étendant selon une direction D dans un plan, dit plan de détection Pi. Chaque transducteur élémentaire comporte un matériau piézoélectrique, permettant l'émission et la détection d'une onde ultrasonore. La sonde est appliquée contre un objet 2 afin de le contrôler. Dans cet exemple, l'objet examiné est une plaque formée d'un premier matériau, par exemple un alliage d'aluminium, susceptible de comporter un défaut 3, en l'occurrence une cavité d'air. L'objectif du contrôle est de détecter et de localiser le défaut 3. Dans d'autres applications, le défaut peut être une présence de corrosion, une variation locale de la porosité ou, de façon plus générale, toute singularité locale entraînant une variation de l'impédance acoustique dans l'objet. Ainsi, d'une façon générale, l'objet est un objet destiné à un usage industriel. Il s'agit notamment d'un objet métallique.

Un des transducteurs élémentaires 1,, dit transducteur d'émission, peut être activé, de façon à émettre une onde ultrasonore 10, dite onde incidente, se propageant dans l'objet 2. Comme indiqué en relation avec l'art antérieur, la fréquence / de cette onde incidente 10 peut s'étendre entre 100 kHz et 50 MHz. De préférence, cette fréquence / est comprise entre 1 et 15 MHz. Dans cet exemple, elle s'élève à 5 MHz.

En présence d'un défaut dans l'objet, une onde ultrasonore réfléchie 12 se forme, et se propage à travers l'objet, selon la même fréquence / que l'onde d'émission 10. Cette onde réfléchie 12 se forme à l'interface du défaut. Elle est due à une variation locale de l'impédance acoustique au niveau de cette interface. L'onde réfléchie 12 se propage vers la sonde multiéléments 1 et peut alors être détectée par plusieurs transducteurs élémentaires lj, dits transducteurs de détection, y compris par le transducteur élémentaire 1, ayant émis l'onde incidente 10. Dans cet exemple, on dispose de N = 64 transducteurs élémentaires. L'onde réfléchie 12 est détectée par les N transducteurs élémentaires, chacun formant un signal de détection Sy, l'indice i désignant le transducteur d'émission et l'indice j désignant le transducteur de détection.

La figure IC représente les signaux Sy et Sy_! respectivement détectés par deux transducteurs lj, et lj_i adjacents, en fonction du temps. La détection de l'onde réfléchie 12 se manifeste, sur chacun de ces signaux, par une variation caractéristique de l'amplitude, ou pattern de détection, constituant une signature du défaut. Le décalage temporel de la signature entre ces deux signaux est dû au temps de parcours, ou temps de vol, de l'onde réfléchie 12 entre le défaut 3 et chaque transducteur de détection.

La figure 1D représente deux transducteurs adjacents ln, ln-i. Ces transducteurs présentent, selon une direction D selon laquelle les transducteurs de la sonde multiéléments 1 sont alignés, une dimension a, correspondant ici à une largeur. Ils sont espacés d'un espace intertransducteur e. La somme de la dimension a et de l'espace inter-transducteur e forme un pas Δ de la sonde multiéléments 1. Ce pas Δ correspond à une distance entre les centres de deux transducteurs élémentaires adjacents, ou à une distance bords à bords de deux transducteurs adjacents.

La sonde multiéléments 1 est de préférence appliquée au contact de l'objet, et s'appuie sur une surface de l'objet, dite surface d'appui. Cela n'exclut pas la présence éventuelle d'un fluide de couplage, se présentant notamment sous la forme d'un gel ou d'un liquide, intercalé entre la sonde multiéléments 1 et l'objet 2, de façon à améliorer une transmission d'une onde ultrasonore entre chaque transducteur élémentaire et l'objet, qu'il s'agisse d'une onde incidente ou d'une onde réfléchie.

On va à présent décrire un procédé classique de contrôle d'un objet, en lien avec la figure 2. Ce procédé est connu sous le nom de FMC-TFM, signifiant « Full Matrix Capture - Total Focusing Method ».

Selon une première étape 100 d'application, la sonde 1 est appliquée en vis-à-vis de l'objet 2, et de préférence au contact d'une face de ce dernier ou au contact d'une cale reposant sur l'objet.

Selon une étape d'acquisition 120, chaque transducteur 1, est successivement activé, et devient alors un transducteur d'émission. Lors de l'activation d'un transducteur 1,, on acquiert des signaux de détection Sy détectés par les N transducteurs de la sonde multiéléments 1. Aussi, à chaque activation d'un transducteur 1,, on acquiert N signaux de détection Sy. Après l'activation successive des N transducteurs élémentaires li...lN, on dispose de N2 signaux de détection Sy, correspondant chacun à un couple émetteur 1,- détecteur lj.

Selon une étape 140, l'objet analysé 2 est discrétisé selon un maillage comportant K points dits points du maillage Mk, avec 1 < k < K. L'indice k représente par exemple une coordonnée du point de maillage Mk dans l'objet. A chaque point Mk du maillage, on peut calculer un temps de parcours ty d'une onde acoustique, de fréquence /, se propageant entre un transducteur d'émission 1, et le point Mk, puis entre ce point et un transducteur de réception lj. Les temps de parcours peuvent être obtenus, pour chaque point du maillage Mk, en considérant les N2 couples émetteur/détecteur précédemment évoqués. On peut alors constituer, pour chaque point du maillage Mk, une matrice Tk, avec Tk (i,j) = ty , la dimension de cette matrice étant (N,N). Cette étape de calcul de chaque temps de parcours ty peut être réalisée avant ou après l'étape d'acquisition 120. Chaque temps de parcours ty correspond à l'instant auquel une onde 12, réfléchie consécutivement à l'émission d'une onde incidente 10 par un transducteur d'émission ΙΟ,, atteint un transducteur de détection 10j, l'instant auquel l'onde incidente est émise correspondant à l'instant t = 0. L'étape suivante 160, dite de focalisation, consiste à sommer, pour chaque point Mk du maillage, les amplitudes des signaux Sy respectivement à chaque instant ty, ou dans un intervalle temporel <5ty situé autour de cet instant. On peut alors calculer, pour chaque point Mk du maillage, une somme, dite somme cohérente A(k), (ou amplitude cumulée), de l'amplitude de chaque signal Sy à chaque instant ty , de telle sorte que :

(1)

Cette somme cohérente représente une réflectivité de l'objet à chaque point Mk du maillage. Par réflectivité, on entend un paramètre représentant l'aptitude à former une onde réfléchie à partir d'une onde incidente de propageant dans l'objet.

Au cours d'une étape 180 d'interprétation, les amplitudes associées aux différents points Mk du maillage peuvent être rassemblées pour constituer une matrice A représentant une distribution spatiale de l'amplitude cumulée A(k) dans l'objet. Une telle matrice peut être représentée sous la forme d'une image / de reconstruction, attribuant un code couleur à chaque amplitude cumulée A(k). Ce procédé permet de détecter, ainsi que de localiser, la présence de défauts 3 dans l'objet 2.

La sonde multiéléments 1 comprend également une unité de calcul, ou processeur 20, par exemple un microprocesseur, apte à traiter chaque signal de détection détecté par les transducteurs lj. En particulier, le processeur est un microprocesseur relié à une mémoire programmable 22 dans laquelle est stockée une séquence d'instructions pour effectuer les opérations de traitement de spectres et de calculs décrites dans cette description. Ces instructions peuvent être sauvegardées sur un support d'enregistrement, lisible par le processeur, de type disque dur, CDROM ou autre type de mémoire. Le processeur peut être relié à une unité d'affichage 24, par exemple un écran.

Les figures 3A et 3B représentent des images obtenues en mettant en œuvre une sonde ultrasonore multiéléments reliée à un système d'acquisition électronique portable de type « Gekko », commercialisé par la société M2M. Cette sonde dispose notamment de 64 transducteurs élémentaires, de fréquence 5MHz, de largeur a égale à 0.8 mm alignés selon une direction D, l'espacement e entre deux transducteurs adjacents s'élevant à 0.2 mm.

Les figures 3A et 3B correspondent respectivement au résultat du contrôle d'une plaque d'aluminium, comportant une cavité d'air 3 de diamètre 0.8 mm située respectivement à une profondeur de 10 mm et de 3 mm par rapport à une surface d'appui, contre laquelle est appliquée la sonde 1. Cette cavité est obtenue en pratiquant un trou à fond plat dans la plaque d'aluminium.

Le défaut 3 est détecté sur ces deux images mais il apparaît plus nettement lorsqu'il est situé en profondeur, (image 3A) en raison d'un rapport signal à bruit plus favorable. Lorsqu'il est situé à

faible profondeur (image 3B), le rapport signal à bruit est médiocre. Ainsi, un défaut localisé à une faible profondeur est susceptible de ne pas être correctement identifié.

Les inventeurs ont établi un lien entre ce problème et le diagramme d'émission d'un transducteur élémentaire. En effet, l'émission d'une onde acoustique par un transducteur piézoélectrique n'est pas isotrope. Le champ de pression acoustique présente un lobe principal 10p et plusieurs lobes secondaires 10s, comme représenté sur les figures 4A et 4B. Autrement dit, l'amplitude d'une onde acoustique émise par un transducteur est distribuée spatialement selon un lobe principal et un ou plusieurs lobes secondaires.

Le lobe principal est d'autant plus fin que la profondeur par rapport à la sonde multiéléments est faible. Ainsi, un point maillage Mk peut être situé à l'intérieur du lobe principal d'un transducteur élémentaire, comme représenté sur la figure 4A, mais peut ne pas être situé à l'intérieur du lobe principal d'un autre transducteur élémentaire de la sonde, comme le montre la figure 4B.

On peut attribuer un angle limite d'émission Θ à chaque transducteur, cet angle délimitant le lobe principal précédemment évoqué. Cet angle limite d'émission est, par exemple, défini en déterminant la position du premier minimum local de part et d'autre du lobe principal. Cet angle limite d'émission est représenté sur les figures 4A et 4B. De façon réciproque, comme représenté sur la figure 5A, à chaque point Mk du maillage de l'objet 2 peut être associé un cône Qk, dit cône de sélection, de demi-angle Θ, délimitant les transducteurs élémentaires dans le lobe principal desquels se situe ledit point Mk. Un des principes de base de l'invention est alors de sélectionner, parmi les transducteurs élémentaires de la sonde, ceux pour lesquels le point Mk est placé dans le lobe principal 10p. L'angle limite d'émission Θ est considéré comme connu, par exemple sur la base d'essais expérimentaux préliminaires, de données constructeur ou par un calcul théorique. Dans cet exemple, on considère que cet angle Θ est telque : (2), où

/ désigne la fréquence de l'onde 10 émise dans l'objet 2 ; a représente la dimension de chaque transducteur élémentaire selon la direction D selon laquelle les transducteurs s'étendent, évoquée en lien avec la figure 1D ; c désigne la vitesse d'une onde ultrasonore dans l'objet à la fréquence de l'onde émise dans l'objet ;

De préférence, l'invention s'applique à des objets constitués de matériaux dans lesquels la vitesse c de l'onde ultrasonore est comprise entre 5000 et 7000 m.s"1. La dimension a de chaque transducteur élémentaire est généralement comprise entre 0.5 mm et 2 mm.

En considérant une plaque d'aluminium (c = 6200 m.s1), une fréquence / de 5 MHz et une dimension a égale à 0.8 mm, on obtient tan(0) « 1.5. Cela correspond à un angle limite d'émission Θ d'environ 57°.

Dans cet exemple, on suppose que l'angle limite d'émission Θ est le même pour tous les transducteurs élémentaires de la sonde multiéléments 1. A chaque point du maillage Mk, on peut déterminer un transducteur dit proximal lp le plus proche dudit point. On peut en outre associer, à chaque point du maillage Mk, une profondeur zk par rapport à la sonde multiéléments 1, qui correspond à la distance la plus courte entre ledit point et la sonde multiéléments 1. La sélection des transducteurs consiste à définir un nombre S de transducteurs élémentaires lis.....ls, s'étendant de part et d'autre du transducteur proximal lp, de façon que le point du maillage Mk est situé dans le lobe principal 10pde chaque transducteur ainsi sélectionné. Cette sélection peut être entreprise pour tout ou partie des points du maillage Mk de l'objet.

Comme on peut le voir sur la figure 5A, on peut associer, à chaque point du maillage Mk, un cône de sélection Qk, dont le sommet correspond au point Mk, dont le demi-angle d'ouverture correspond à l'angle limite d'émission Θ. Ce cône comporte une hauteur h perpendiculaire au plan Pi selon lesquels s'étendent les transducteurs. Cette hauteur passe par le transducteur proximal lp. Les S transducteurs sélectionnés (lis....ls) sont ceux s'étendant à l'intérieur de ce cône de sélection. Ces transducteurs sont représentés en grisé sur la figure 5A. On note qu'à chaque point Mk du maillage correspond un cône de sélection Qk différent. Les transducteurs sélectionnés constituent un groupe de sélection Gs, représenté par une accolade sur les figures 5A et 5B.

Dans le cas d'une sonde monodimensionnelle, comme représenté sur la figure 5A, le nombre de transducteurs sélectionnés S est tel que :

(3)

Dans cet exemple, tan(0) est obtenu selon (2), d'où :

(4) où :

zk désigne une profondeur du point de maillage Mk dans l'objet ; / désigne la fréquence d'émission de l'onde émise dans l'objet ; a représente la largeur de chaque transducteur élémentaire, ici égale à 0.8 mm ; e représente un espacement entre deux transducteurs adjacents, ici égale à 0.2 mm ; la somme a + e correspond au pas Δ de la sonde multiéléments, précédemment défini, ici égal à 1 mm.

Ainsi, le nombre de transducteurs sélectionnés S peut être tel que :

(5) a étant un facteur de réduction tel que 0 < a < 1. De préférence 0.8 < a < 1, de façon à maximiser le nombre de transducteurs sélectionnés, pour améliorer la qualité de la reconstruction.

La vitesse de l'onde ultrasonore c dans l'objet 2 dépend de la nature du matériau constituant l'objet. Aussi cette vitesse c est de préférence estimée sur l'objet examiné. Par exemple, lorsque l'objet est une plaque d'épaisseur connue, la vitesse de l'onde ultrasonore émise par un transducteur peut être déterminée en apposant la sonde contre une face de la plaque et en analysant les signaux détectés correspondant à une onde réfléchie par la face opposée.

Par rapport à l'art antérieur, le procédé de contrôle comporte, dans l'étape de calcul de la somme pondérée A(k) associée à chaque point Mk, une sélection des transducteurs d'émission à considérer, telle que décrite ci-dessus. Le calcul de la somme pondérée n'est effectué que sur la base de signaux détectés consécutivement à l'activation des transducteurs sélectionnés, ces derniers étant compris dans le cône de sélection Qk associé au point Mk. Ainsi, d'un point du maillage à un autre, la somme pondérée A(k) est en utilisant des signaux de détection Sy correspondant à des couples émetteur/détecteur pouvant être différents.

Comme on peut le voir sur la figure 5B, le nombre S de transducteurs délimités par le cône de sélection associé à un point du maillage dépend de la profondeur zk de ce point de maillage. Lorsque la profondeur zk est inférieure à une profondeur limite z{, le nombre S de transducteurs sélectionnés est inférieur au nombre N de transducteurs de la sonde. L'invention a alors pour effet de réduire le nombre de couples émetteur/détecteur à considérer lors du calcul de la somme pondérée A(k), en ne considérant que les émetteurs, voire les détecteurs, inclus dans le cône de sélection. Cela va l'encontre d'un préjugé selon lequel la qualité de la mesure est d'autant plus élevée que le nombre de couples émetteurs-détecteurs est élevé.

Au-delà de ladite profondeur limite zt, le cône de sélection Ωι< englobe la totalité des transducteurs de la sonde multiélément et l'invention n'a pas d'effet pour les calculs réalisés sur points du maillage placés au-delà de cette profondeur limite. Cette profondeur limite est obtenue en utilisant l'équation (5) en considérant S = N, soit :

En considérant N = 64, Δ = (a + e) = 1 mm, tan(0) = 2.48, on obtient zt « 5 mm. Ainsi, l'invention s'applique particulièrement à la partie de l'objet située à entre la surface d'appui, sur laquelle est placée la sonde, et les 5 premiers millimètres de l'objet. D'une façon générale, la profondeur limite z{ est généralement inférieure à 3 cm, voire à 2 cm, voire à 1 cm.

On va à présent décrire, en lien avec la figure 6, les principales étapes d'un procédé selon l'invention. Les étapes 100, 120 et 140 sont similaires à celles décrites en lien avec la figure 2. L'étape de calcul 160 comporte : une sous-étape 160a de sélection, pour chaque point du maillage Mk, d'un groupe Gsde transducteurs élémentaires, comprenant des transducteurs situés dans le cône de sélection Qk associé au dit point du maillage, ce cône dépendant de la profondeur zk de ce point et de l'angle limite d'émission Θ. une sous-étape de calcul 160b dans laquelle on ne considère que les signaux Sij détectés consécutivement à l'activation d'un transducteur sélectionné dans l'étape 160a. Autrement dit, lors de l'étape 160b, on ne considère que des signaux détectés Sj ; correspondant à un couple émetteur/détecteur dont l'émetteur, voire le détecteur, est un des transducteurs sélectionnés.

Selon un mode de réalisation, lors de la sous-étape 160b, on ne considère que les signaux détectés par les transducteurs sélectionnés lors de l'étape 160a. Aussi, l'amplitude cumulée A(k) calculée en chaque point du maillage Mk est :

(8)

Selon un autre mode de réalisation, lors de la sous-étape 160b, on considère les signaux détectés par l'ensemble des transducteurs constituant la sonde 1. Aussi, l'amplitude cumulée A(k) calculée en chaque point du maillage Mk est :

(9)

Selon une variante, le nombre S de transducteurs est prédéfini et s'applique quelle que soit la profondeur zk du point de maillage Mk. Il est inférieur au nombre N de transducteurs élémentaires constituant la sonde 1. Le nombre de transducteurs sélectionnés peut être déterminé en considérant une région d'intérêt de l'objet ROI, dans laquelle on souhaite une précision de contrôle accrue. La sélection est effectuée en considérant une profondeur moyenne zR0I des points du maillage présents dans la région d'intérêt. Cette région d'intérêt peut avoir été définie sur la base d'un contrôle préliminaire, ou en mettant en œuvre un procédé de l'art antérieur, tel que décrit en lien avec la figure 2. L'étape de sélection 160a peut être appliquée à tout ou partie des points Mk du maillage. Lorsque ces points sont situés à une profondeur zk de la sonde 1 inférieure à la profondeur limite z{ précédemment évoquée, le calcul de l'amplitude cumulée est réalisé sur la base d'un nombre de transducteurs d'émissions S inférieur au nombre des transducteurs N composant la sonde multiéléments.

On a réalisé un essai comparatif en contrôlant l'objet décrit en lien avec la figure 3B, comprenant un défaut localisé à une profondeur de 3 mm. Dans un premier temps, on a mis en œuvre un procédé selon l'art antérieur, décrit en lien avec la figure 2. Dans un second temps, on a mis en œuvre un procédé selon l'invention, représenté sur la figure 6, en sélectionnant, à chaque point du maillage, 16 transducteurs élémentaires. Les figures 7A et 7B représentent respectivement les résultats obtenus en mettant en œuvre l'invention et l'art antérieur. On observe que la figure 7A est moins bruitée que la figure 7B, ce qui atteste de l'efficacité de l'invention.

Bien que décrite en relation avec une sonde monodimensionnelle, dans laquelle les transducteurs s'étendent selon une ligne, l'invention s'applique à des sondes bidimensionnelles, par exemple matricielles, dans lesquelles les transducteurs sont répartis selon une matrice dans le plan de détection Pi. D'autre part, l'invention a été décrite en lien avec une détermination d'un défaut dans une pièce industrielle, en l'occurrence une plaque d'aluminium. Cette application n'est pas limitative et l'invention pourra s'appliquer à la détection de singularités dans d'autres types d'applications concernant le contrôle d'objets industriels.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de contrôle d'un objet (2) à usage industriel comportant les étapes suivantes : a) application d'une sonde multiéléments (1) face audit objet (2), ladite sonde comportant une pluralité de transducteurs élémentaires (li...lN), chaque transducteur élémentaire étant apte à émettre une onde ultrasonôre vers ledit objet et/ou à détecter une onde ultrasonore (12) réfléchie dans ledit objet ; b) activation d'un desdits transducteurs élémentaires (1,), dit transducteur d'émission, de façon à ce que ce dernier émette une onde ultrasonore, dite onde incidente (10),.vers ledit objet ; c) acquisition, par une pluralité desdits transducteurs élémentaires (lj), dits transducteurs de détection, d'un signal de détection (Su) représentatif d'une onde réfléchie (12) par l'objet sous l'effet de ladite onde incidente, chaque signal de détection étant associé audit transducteur d'émission (1,) et à un desdits transducteurs de détection (lj); d) répétition des étapes b) et c) en activant successivement plusieurs transducteurs élémentaires de la sonde, de façon à acquérir des signaux de détection (Sïj) associés à différents transducteurs d'émission (li) ; e) à partir des signaux de détection (Sy) acquis lors de chaque étape c), maillage de l'objet selon plusieurs points (Mk) et calcul, en chaque point du maillage (MO, d'un paramètre (A(k)) représentant une aptitude de l'objet, au dit point du maillage, à réfléchir une onde ultrasonore incidente ; le procédé étant caractérisé en ce que, l’étape e) comporte les sous-étapes suivantes : i) sélection, pour au moins un point du maillage (Mk), d'un nombre (S) de transducteurs d'émission (lis...ls) inférieur au nombre (N) de transducteurs élémentaires constituant ladite sonde multiéléments (1); ii) calcul dudit paramètre (A(k)) audit point du maillage (Mk) en considérant les signaux de détection (Sy) associés aux transducteurs d'émission (lis...ls) ainsi sélectionnés.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lors de l'étape i), le nombre de transducteurs d'émission (S) sélectionnés pour ledit point du maillage (MO dépend d'une profondeur (zfc) dudit point par rapport à ladite sonde multiéléments (1), ladite profondeur correspondant à une distance entre ledit point du maillage et ladite sonde multiéléments ;
3. Procédé de contrôle selon la revendication précédente, dans lequel les sous-étapes i) et ii) sont réalisées pour chaque point du maillage (MO de l'objet.
4. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors la sous-étape i), la sélection est réalisée en fonction d'un angle limite d'émission (Θ), selon lequel un transducteur d'émission (Ii) émet une onde incidente (10).
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit angle limite d'émission (Θ) est défini en fonction d'un lobe principal (10p) d'émission d'un transducteur d'émission (1,).
6. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel la sonde multiéléments (1) définissant un plan de détection (Pi), selon lequel s'étendent les transducteurs élémentaires (1i...1n), les transducteurs sélectionnés lors de la sous-étape i) sont compris dans un cône, dit cône de sélection (Ωι<), défini pour chaque point du maillage (Mk), ce cône de sélection : s'étendant entre un sommet, correspondant audit point de maillage (Mr), et le plan de détection, selon un demi-angle correspondant à l'angle limite d'émission (Θ) ; comportant une hauteur (h), joignant ledit sommet au plan de détection (Pi), cette hauteur étant orthogonale audit plan de détection.
7. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la sonde multiéléments définit un pas (Δ), correspondant à une distance entre les centres de deux transducteurs élémentaires (ln, ln-i) adjacents, et dans lequel lors de la sous-étape i), la sélection est réalisée, pour chaque point du maillage Mk, par : une estimation d'un angle limite d'émission (Θ) associé à un transducteur élémentaire il·); une détermination d'une profondeur (zk) dudit point par rapport à la sonde multiéléments ; une détermination du transducteur élémentaire (lp) le plus proche dudit point, dit transducteur proximal ; . un calcul d'un produit de la tangente dudit angle limite d'émission (Θ) par ladite profondeur (zk) ; une détermination d'un nombre (S) de transducteurs élémentaires sélectionnés autour dudit transducteur proximal, en divisant ledit produit par ledit pas (Δ) de ladite sonde multiéléments (1).
8. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape e) comporte, les sous-étapes suivantes : pour chaque point (Mk) du maillage, détermination d'un temps de parcours (tjj) d'une onde incidente émise par un transducteur d'émission (l·), puis réfléchie au niveau dudit point (Mk), avant d'être détectée par un transducteur de détection (lj), lesdits transducteurs d'émission et de détection formant un couple émetteur/détecteur auquel est associé ledit temps de parcours (tjj) ; pour chaque point du maillage (Mk), sommation d'une amplitude de chaque signal de détection (Sy) associé à un couple transducteur d'émission/transducteur de détection, audit temps de parcours (ty) associé au même couple émetteur/détecteur, de façon à obtenir, audit point, une amplitude dite cumulée (A(k)) ; l'amplitude cumulée (A(k)), obtenue pour chaque point du maillage (Mk), représentant une aptitude de l'objet, audit point, à réfléchir une onde incidente.
9. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une étape f) de localisation d'un défaut dans l'objet, à partir des paramètres (A(k)) déterminés en chaque point, lors de l'étape e).
10. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite sonde multiéléments (1) est disposée au contact dudit objet (10).
11. Procédé de contrôle selon la revendication 10, dans lequel un liquide ou un gel de couplage est intercalé entre ladite sonde et ledit objet, de façon à améliorer une transmission d'une onde ultrasonore entre chaque transducteur et l'objet.
12. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la vitesse d'une onde ultrasonore émise par chaque transducteur élémentaire, dans l'objet, est comprise entre 5000 et 7000 m.s1. »
13. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à chaque point de maillage correspond une profondeur (zk) par rapport à la sonde multiéléments (1), et dans lequel les sous-étapes i) et ii) de l'étape e) sont mises en œuvre pour une pluralité de points de maillage (Mk) dont la profondeur est inférieure à 2 cm ou inférieure à 1 cm.
14. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur, comportant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ces instructions étant aptes à être exécutées par un microprocesseur (20).
15. Sonde multiéléments à ultrasons (1), comportant une pluralité de transducteurs élémentaires (li...lN), chaque transducteur élémentaire étant apte à émettre et/ou à détecter une onde ultrasonore (10, 12), ladite sonde étant caractérisée en ce qu'elle comprend un microprocesseur (20) apte à mettre en oeuvre le procédé de contrôle objet d'une quelconque des revendications 1 à 13.