WO2014096700A1 - Dispositif et procede de controle non destructif de profiles metalliques - Google Patents

Dispositif et procede de controle non destructif de profiles metalliques Download PDF

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WO2014096700A1
WO2014096700A1 PCT/FR2013/053161 FR2013053161W WO2014096700A1 WO 2014096700 A1 WO2014096700 A1 WO 2014096700A1 FR 2013053161 W FR2013053161 W FR 2013053161W WO 2014096700 A1 WO2014096700 A1 WO 2014096700A1
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elementary transducers
pattern
elementary
transducers
tube
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PCT/FR2013/053161
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English (en)
Inventor
Raphaël MICHEL
Alexandre Noel
Michel Vahe
Original Assignee
Vallourec Tubes France
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    • G01N2291/2634—Surfaces cylindrical from outside

Definitions

  • the invention relates to the field of non-destructive testing of metallurgical products, in particular of profiles of considerable length, typically between a few meters and several tens of meters.
  • Tubes of great length are widely used.
  • tubes also known by the English equivalent of "boilers”, oil and gas
  • line pipes tubes for drilling, extraction, and transport
  • mechanical engineering whether in civil engineering, or in the automotive and aeronautics sectors.
  • the tubes are likely to have defects related to their manufacture, such as inclusions of material in steel or absences of material for example. In general, any heterogeneity in the steel matrix is seen as a defect that is likely to impair the mechanical strength of the tube in use.
  • the metal tubes are checked immediately after their manufacture, not only to detect any defects, but also, if necessary, to determine information useful for assessing the dangerousness of these defects, in particular the size , depth, position, nature or orientation.
  • the control of the tube represents a manufacturing step, in the same way as the more conventional stages of shaping in particular.
  • Ultrasonic waves are emitted and the resulting echoes are studied for those that can not be attributed to the geometry of the tube. Inclusions or absences of matter are variations within the propagation medium of the wave, and thus generate echoes when struck by ultrasonic waves.
  • the intensity of the echo produced by a defect depends on the angle at which the wave hits it.
  • the correspondingly oriented defects that is to say perpendicular to the direction of propagation, are detected mainly with a certain tolerance, of the order of one or two degrees.
  • the defects are not purely longitudinal or transverse, but return a more or less important echo in one or the other of these directions.
  • a longitudinal defect is called a defect which generates, in response to a corresponding orientation shot, an echo intensity greater than a defined threshold.
  • This threshold is set by calibration using positional notches (depth and orientation) and standardized dimensions.
  • the orientation of a defect can be likened to its larger reflection surface.
  • the duration of the control depends mainly on the time required for the travel of the ultrasonic waves in the tube, back and forth, and, to a certain extent, that of the processing of the signals received in return. To reconcile the imperatives of production rates and safety, it has become customary to limit the number of ultrasound shots and to search for defects oriented at certain inclinations only.
  • Recent developments in the art are directed to control methods further allowing the detection of defects of different orientations, while limiting the number of shots to maintain an acceptable control rate.
  • No. 5,473,943 discloses an ultrasonic wave control device comprising nine ultrasonic sensors or translators distributed around the tube to be inspected. Such a device makes it possible to detect defects oriented in nine different directions from each other. The number of directions that can be controlled remains limited by the number of sensors. In addition, this device allows to inspect a small area of the tube, which involves advancing the tube very slowly relative to the sensors, or to multiply the number of sensors. A low feed rate is incompatible with the production requirements, while the increase in the number of sensors poses problems of cost and adjustment.
  • phased array or “sequentially controlled” ultrasonic sensors in French, also called “multi-element linear translators”.
  • These sensors comprise a plurality of electroacoustic transducers, in the form of piezoelectric elements, distributed on an active face of the sensor, in a main direction.
  • these transducers may be aligned with each other and form what is sometimes called a “transducer array”. Sensors with a Such a distribution is called “one-dimensional”.
  • the transducers are excited one after the other, sequentially, so as to combine the ultrasonic waves thus produced to form an optionally deflected deflected wave beam (focusing point in front of the sensor), which makes it possible to inspect a tube as to the existence of defects oriented in a corresponding direction.
  • An ultrasonic wave control device comprising a "phased array" type sensor of dimension one, the elementary transducers of which are distributed around the tube to be controlled.
  • a phased array type sensor of dimension one, the elementary transducers of which are distributed around the tube to be controlled.
  • Such a device makes it possible to detect defects of almost all the inclinations, but only in a reduced section of the tube. Since only a zone of very small longitudinal extent can be inspected at one time, the operation imposes a low speed of advance of the tube. This results in too much inspection time for an industrial application to be considered.
  • the device in question requires a different sensor per tube diameter to inspect.
  • a non-destructive testing installation for metallurgical products is known from WO2003 / 50527, in which a "phased array" sensor of dimension one is used. Each transducer element is energized once and then a processing circuit analyzes the overall response of the tube to this single emission, which is called a "shot” in the art. From a firing made in the transverse direction of the tube, it is possible to determine the presence not only of defects arranged perpendicularly to this direction but also of defects having an inclination relative to this perpendicular direction of between plus and minus 10 °. .
  • three sensors are used: two sensors dedicated to the detection of defects oriented longitudinally or having an inclination with respect to this longitudinal direction of between plus and minus 20 °, and an additional sensor for detecting defects oriented transversely to the tube and / or measure the thickness of this tube.
  • the installation in question gives overall satisfaction.
  • the Applicant has sought to improve the existing.
  • the proposed metallurgical product control device is of the type comprising an ultrasonic sensor comprising a plurality of elementary transducers operable independently of each other and distributed in a pattern of dimension two, a first electronic capable of exciting each of the elementary transducers according to at least a temporal law corresponding to an ultrasound wave firing in a targeted direction, and an electronic second capable of processing at least a portion of the signals picked up by each of the elementary transducers.
  • Each temporal law is arranged in such a way that the corresponding firing produces a beam of ultrasonic waves generally diverging around the intended direction away from the ultrasonic sensor.
  • the proposed metallurgical product control method comprises the provision of an ultrasonic sensor comprising a plurality of elementary transducers operable independently of each other and distributed in a pattern of two dimensions, the excitation of each of the elementary transducers to produce a shot of ultrasonic waves corresponding to a generally divergent beam around a target direction away from the ultrasonic sensor, and the processing of at least a portion of signals picked up by each of the elementary transducers in response to ultrasound firing.
  • the proposed device emits an ultrasonic wave beam that diverges around the intended direction.
  • a zone of the larger tube is traversed by the ultrasonic waves resulting from this shot.
  • This larger area of "insonification” makes it possible to detect faults that have a greater inclination with respect to the target direction than in conventional devices.
  • the proposed device can detect defects of any inclination with a single sensor, excited in a limited number of times, while maintaining a good rate of control.
  • transverse defects also called “circumferential" that is to say, defects extending perpendicularly.
  • longitudinal defects which extend along this generatrix, and defects at any angle with the generatrix of the tube to be controlled.
  • FIG. 1 shows schematically a non-destructive testing device for a tube, in front view
  • FIG. 1 shows the device of Figure 1 in side view
  • FIG. 3 represents an electroacoustic sensor for use in the device of FIG. 1, in front view;
  • - Figure 4 shows the sensor of Figure 3 seen in section along a line IV-IV;
  • FIG. 5 represents a block diagram of a control and processing electronics for the electro-acoustic sensor of FIG. 3;
  • FIG. 6A shows a diagram illustrating a firing direction for an ultrasonic beam in space
  • FIG. 6B represents a diagram illustrating an array of elementary transducers
  • FIGS. 7A and 7B respectively represent a first and a second delay table for a multi-element matrix electroacoustic sensor
  • FIG. 8 represents a perspective view of an array of elementary transducers, in working position with respect to a tube to be tested, and a bar chart showing delay values applied to these transducers for longitudinal firing according to a first variant of a first embodiment of the invention
  • FIG. 9A represents in isolation the table and the diagram of FIG. 8, seen in perspective;
  • Fig. 10A shows the bar chart of Fig. 9A in side view;
  • Fig. 11A shows the bar chart of Fig. 9A in front view
  • Figure 12 is similar to Figure 8 for a transverse shot
  • FIG. 13A is similar to FIG. 8 for an oblique shot;
  • FIG. 14 shows the table and the diagram of FIG. 13A in perspective, from a different angle of view;
  • FIGS. 9B, 10B, 11B and 13B are similar respectively to FIGS. 9A, 10A, 11A and 13A for a second variant of the first embodiment
  • FIGS. 15 and 16 are similar to FIGS. 7A and 7B for different excitation conditions;
  • FIGS. 17, 18A and 18B show so-called "insonification" diagrams for a reference device, a device according to the first embodiment of the invention, and a device according to the second embodiment of the invention respectively ;
  • Appendix A.1 indicates, in tabular form, delay values corresponding to the first variant of the first embodiment of the invention
  • - Appendix A.2 indicates, in tabular form, delay values corresponding to the second variant of the first embodiment of the invention
  • - Appendix A.3 shows, in tabular form, laws for the transposition of delay values for different firing directions;
  • Appendix A.4 shows, in tabular form, delay values corresponding to a second embodiment of the invention
  • Appendix A.5 is an addressing matrix of the elementary transducers of an electroacoustic sensor.
  • An ultrasonic wave control installation comprises a bench 1 supporting a metal tube 3 to be controlled and an ultrasonic sensor 5, applied against the peripheral surface of the tube 3, and connected to a control and processing electronics 6.
  • the ultrasonic sensor 5 is sometimes referred to as "translator" in the art.
  • the senor 5 and the tube 3 are in helical relative displacement.
  • the tube 3 moves relative to the bench 1 in a helical movement about an axis corresponding to its longitudinal axis, while the sensor 5 is held in position relative to the bench 1.
  • the bench 1 can be equipped with rollers rotary inclined relative to the longitudinal axis of the tube 3.
  • the tube 3 can be driven in a rotational movement only relative to the bench 1, while the sensor 5 slides in the longitudinal direction of the bench 1.
  • the sensor 5 can be mounted on a movable carriage relative to the bench 1.
  • the sensor 5 can rotate around the tube 3, while the latter is translated relative to the bench 1.
  • the relative helical movement between the sensor 5 and the tube 3 to control the entire tube 3 by means of a sensor 5 of reduced span with respect to the circumference of the tube 3. It could instead be provided with a larger number of sensors arranged in a ring around the tube 3, and ensure a firing sequence which guarantee an overlap when the tube 3 slides with respect to the sensor 5.
  • a coupling medium, or a coupling medium, for example in the form of a gel, can be inserted between the sensor 5 and the peripheral surface of the tube 3.
  • the installation can comprise a box filled with water, or any other liquid coupling medium in which the tube 3 and the sensor 5 are immersed.
  • FIGS 3 and 4 show a sensor 7, so-called “mosaic” type, which can be used as a sensor 5 in the installation of Figures 1 and 2.
  • Mosaic sensors are sometimes referred to as "multi-element translators” in the art.
  • the sensor 7 comprises a plurality of bars 9 of piezoelectric material, here regularly distributed in a pattern array ("array" in English). As shown, the sensor 7 corresponding to what is generally called a “multi-element matrix translator” in the art.
  • the bars 9 are embedded in a matrix 11 of electrically inert polymer material.
  • the bars 9 are electrically and acoustically independent of each other.
  • Each bar 9 may be energized individually so as to generate ultrasonic pulses, without these pulses reaching the neighboring bars 9.
  • Each bar 9 thus forms an elementary transducer, which can operate independently of the other bars 9.
  • the sensor 7 has an emitting surface which is not made of a homogeneous and solid piezoelectric material, unlike conventional sensors. On the contrary, the emitting surface of the sensor 7 is made of a composite material comprising a polymer matrix and a plurality of elements made of piezoelectric material.
  • the sensor 7 here comprises sixty-four bars 9, regularly distributed in a square pattern of eight bars 9 side.
  • Each bar 9 here has a square section, whose side is less than 1 millimeter and greater than 0.1 millimeter.
  • the spacing is of the order of one-tenth of a millimeter on the opposite sides of the adjacent bars 9.
  • the square pattern is just one example of a two-dimensional pattern.
  • a multi-element sensor is said to have a two-dimensional pattern when its elementary transducers are distributed in two directions distinct from each other on an active surface of the sensor, the one used for transmitting and receiving the sensor. ultrasonic waves. More generally, the invention can be implemented with any two-dimensional pattern.
  • Each bar 9 is attached to an electric cable 13 of its own and which connects to a control and processing electronics.
  • the electric cables 13 are grouped together in a sheath represented by the block referenced 15 in FIG.
  • the sensor 7 comprises a housing 17 to which is attached the sheath 15 and which houses the bars 9.
  • the housing 17 is closed by an adaptation layer 19 in contact with the active surface of each of the bars 9.
  • the bars 9 are in contact with a metal plate 21 through a face opposite their face in contact with the matching layer 19 to achieve a ground.
  • the space that remains free in the housing 17 is filled with a lining 23.
  • Figure 5 shows an example of a working electronics 25 for an ultrasonic sensor, which may be of the type of sensor 7 described above.
  • the working electronics 25 comprise an excitation circuit 27 connected individually to each of the elementary transducers 29 of the sensor in question.
  • the elementary transducers 29 are distributed in a pattern corresponding to a square-shaped array of eight side transducers.
  • an elementary transducer Ci, j is indicated by its position in the table (line i, column j).
  • the excitation circuit 27 of FIG. 5 is in each case connected to a single elementary transducer Ci, j of each column only. In practice, the excitation circuit 27 is connected to each elementary transducer Ci, j individually.
  • the working electronics 25 also comprises an acquisition circuit 31 capable of recording and processing the signals coming from waves picked up by the elementary transducers 29.
  • Each elementary transducer Ci, j is connected individually to a respective analog-digital converter 33 which samples the output signal Si, j (t) of the transducer Ci, j in question, and feeds a memory 35 with the numerical representation Si, j, k thus obtained, over at least a predefined period of time.
  • the contents of the memory 35 can be processed by means of a computing unit 37, for example a microcomputer.
  • an analog / digital converter 33 of FIG. 5 is each time connected to a single piezoelectric element Ci, j of each line only.
  • each analog / digital converter 33 is connected to all the elementary transducers Ci, j of its line, individually.
  • the elementary transducers 29 are excited individually and sequentially.
  • the term "firing" is the process of sending a series of pulses to each elementary transducer Ci, j.
  • a shot corresponds to the implementation of a temporal excitation law which determines, for each elementary transducer Ci, j, a respective delay ti, j with respect to a time reference common to all the elementary transducers Ci, j .
  • the elementary transducers jointly produce an ultrasonic wave beam.
  • An excitation law is calculated so as to aim at a particular direction, which implies that the elementary transducers 29 together produce a beam of ultrasonic waves propagating along that particular direction, or firing direction.
  • the firing direction is inclined relative to the normal to the main plane of the active surface of the sensor when the latter is flat, or to the central zone of this surface when it is flat. is curved.
  • the ultrasonic wave beam can be seen as a deflected beam. This beam diverges around the target direction.
  • the firing direction corresponds substantially to the normal to the main plane of the active surface of the sensor when it is flat, or the central area of this surface when it is curved.
  • the ultrasonic wave beam is divergent. In particular, this beam is defocused.
  • the propagation direction D of an ultrasonic wave beam also referred to herein as the primary direction, can be defined by means of the following quantities:
  • ⁇ a first angle ⁇ , or "angle of deflection", that this direction of propagation makes with the normal N at the main plane of the sensor C (when the multielement sensor is not flat, the normal is then considered to be the central zone of this sensor);
  • obliquity angle a second angle ⁇ , called "obliquity angle”, or “obliquity” in short, what does the propagation direction D with a reference direction R, the latter being related to the sensor C and to the geometry thereof , in a plane P perpendicular to the normal N to the sensor C.
  • the sensor C is preferably positioned relative to a tube to be inspected in such a way that the main plane of the sensor C is directed in a direction tangential to the tube, or, in other words, that the normal N at the main plane of this sensor C at the geometric center S coincides with a radius of the tube in question.
  • a firing in a direction of propagation D makes it possible to detect the defects correspondingly oriented in the tube, that is to say perpendicular to the direction corresponding to the obliquity of the direction of propagation D, or making a certain angle with this direction perpendicular.
  • the ultrasonic wave beam used for the inspection diverges around its direction of propagation D.
  • Figure 6B It shows a table 41 of elementary transducers, distributed in a square pattern. Without any limiting character on the invention, Table 41 here comprises 8 ⁇ 8 elementary transducers.
  • the pattern has a first axis of symmetry x and a second axis of symmetry y, respectively corresponding to the mediators of the sides of the pattern.
  • the ultrasonic sensor is positioned relative to the tube to be controlled so that the first axis of symmetry x or the second axis of symmetry y of the pattern corresponds to the longitudinal direction of the tube.
  • the sensor is arranged so that the first axis of symmetry x corresponds to the transverse direction of the tube to be controlled.
  • the first axis of symmetry x serves as a reference direction to the measurement of the obliquity angle ⁇ .
  • the second axis of symmetry y of table 41 corresponds to the longitudinal direction of the tube.
  • At least one shot is made in a particular obliquity direction, which corresponds to the orientation of the desired defects.
  • provision is made for successively performing an ultrasonic firing in each of several firing directions which differ from each other by the value of their respective obliquity ⁇ (i 1, 2, ... n), measured with respect to the direction of the first axis of symmetry x of the sensor 41.
  • the obliquities 9i are determined so as to regularly cover an angular sector of 2 ⁇ radians (360 °). It is thus possible to control the tube as to the existence of defects irrespective of the orientation of these defects in the tube.
  • the shot rank is only indicative, what is important is that after the eight shots, we covered the entire angular sector of 2 ⁇ radians.
  • the order in which shots are fired does not matter. This is due, in particular, to the fact that, according to the invention, it is possible to modify the direction of propagation of an ultrasonic beam without modifying the orientation of the ultrasonic sensor relative to the tube.
  • each temporal excitation law comprises at least two sub-laws each defining the delay values to be applied to the transducers of a respective subset of table 41 so that the elementary transducers of the corresponding subassembly jointly produce a primary beam of ultrasonic waves in a respective propagation direction, the respective propagation directions of the primary beams diverging relative to each other and with respect to the firing direction Di of the beam resulting in moving away from the ultrasonic sensor.
  • the primary beams are not focused, that is to say they have no focus, neither direct nor reverse (a reverse focusing is also sometimes called "defocusing").
  • primary beams may have a distant focus in comparison to the distance separating the sensor from the tube to be controlled.
  • each primary beam has a focus point more than one meter away from the sensor, while the sensor is at a distance from the tube of between 30 and 40 millimeters.
  • the primary beams are each defocused, that is to say they have a reverse focus. The focal length is behind the ultrasonic sensor when considering the path of ultrasonic waves.
  • the respective emission directions of the primary beams form a respective angle on either side of the direction of propagation.
  • the sub-laws are arranged so that the corresponding primary beams meet a target surface of the tube to be controlled corresponding to the target direction, in respective zones of penetration of this surface which are adjacent to each other.
  • This first variant of the first embodiment corresponds to the emission of a deflected and divergent ultrasonic wave beam, which beam results from the emission of multi-directional beams, in particular bi-directional.
  • the sub-beams are devoid of focus or have a distant focus.
  • Each primary beam is deflected and diverges with respect to the direction Di.
  • the ultrasonic waves produced by the different elementary transducers propagate mainly in a parallel manner with each other.
  • delay values are applied to a corresponding subset of elementary transducers following a linear law.
  • each temporal excitation law defines delay values to be applied to at least part of the transducers of table 41 so that these elementary transducers jointly produce a primary beam of ultrasonic wave which extends in a direction of emission, or primary direction, corresponding to the direction of fire Di and diverges around this direction of fire away from the ultrasonic sensor.
  • This second variant of the first embodiment corresponds to the emission of an ultrasonic wave beam diverging and deflected with respect to the normal N to the main plane of the sensor.
  • a diverging beam has an angle of divergence.
  • the value of this angle can be determined experimentally, possibly by means of simulations which make it possible to visualize the resulting beam. In practice, it seeks divergence angle values that cover the largest possible angular sector while maintaining a good quality of detection. This limits the number of shots required to inspect the tube as to the existence of any inclination defect. For example one can seek to cover an angular sector of 40 °. For example, a divergence angle value of 22.5 ° can be used.
  • the elementary transducers of table 41 located on one side of the first axis of symmetry x form a first subset and go jointly generating an unfocused ultrasonic wave beam inclined at a - ⁇ angle with respect to the obliquity of the direction Dl.
  • the elementary transducers located on the other side of the first axis of symmetry x form a second subset and will generate an unfocused ultrasonic wave beam inclined by an angle + ⁇ relative to this obliquity.
  • the two primary beams are connected in the direction D1 in a resultant beam, that is to say they are superimposed or join in the direction D1 to ensure a transmission of energy in the direction D1, so that the resulting beam is energetically homogeneous between the directions (D1 - ⁇ ) and (D1 + ⁇ ) on the surface of the tube.
  • Table 70 generically shows the delay values to be applied to each elementary transducer of table 41.
  • the value Bi, j of the delay to be applied to the elementary transducer Ci, j of table 41 is in line i, column j of table 70.
  • Table 71 is similar to Table 70.
  • Table 71 generically shows the delay values to be applied to fire in the first direction D1.
  • the delays applied to the transducers of one of the subassemblies are deduced from those to be applied to the transducers of the other subassemblies by a symmetry whose axis corresponds to the first direction of symmetry x of the table 41.
  • the value B2, 3 of the delay to be applied to the elementary transducer C2, 3 is equal to the value B2, 6 to be applied to the elementary transducer C2, 6.
  • the same temporal excitation sub-law is applied to each of the two subsets of elementary transducers of Table 41.
  • the table in Appendix A.3 shows the transposition laws which make it possible, from the delay values obtained for a firing in the first direction D1, to deduce delay values for firing in the fifth direction D5 by virtue of the symmetry of the sensor.
  • the delay values to be applied to the elementary transducers Ci, j for a firing in the fifth direction D5 are deduced from the values calculated for firing on D 1 by the transformation indicated in Appendix A.3.
  • the delay values to be applied to the elementary transducers Ci, j for a firing in the third direction D3 are calculated in a manner analogous to that made for the first direction D1.
  • the elementary transducers of table 41 located on one side of the second axis of symmetry y (top in FIG. 6B) form a first subset and will jointly generate an unfocused and inclined ultrasonic wave beam of an angle. ⁇ with respect to the obliquity of the direction D3.
  • the elementary transducers located on the other side of the second axis of symmetry y (bottom in FIG. 6B) form a second subset and will generate an unfocused ultrasonic wave beam inclined at an angle + ⁇ relative to this obliquity.
  • the two primary beams are connected in the D3 direction in a resulting beam, to ensure energy transmission in the direction D3, so that the resulting beam is energetically homogeneous between directions (D3 - ⁇ ) and (D3 + ⁇ ) on the surface of the tube.
  • Appendix A.3 shows that one can deduce from the delay values for a firing in the direction D3, by symmetry, the delay values for the seventh direction D7 (along the first axis of symmetry x.
  • the elementary transducers of table 41 located on one side of a diagonal of the pattern corresponding to the direction D2 (top in FIG. 6B) form a first subset and will jointly generate an unfocused and inclined ultrasonic wave beam. an angle - ⁇ with respect to the obliquity of the direction D2.
  • the elementary transducers located on the other side of this diagonal (at the bottom in FIG. 6B) form a second subset and will generate an unfocused ultrasonic wave beam inclined at an angle + ⁇ with respect to this obliquity.
  • the two primary beams are connected in the direction D2 so that the resulting beam is energetically homogeneous between the directions (D2 - ⁇ ) and (D2 + ⁇ ) on the surface of the tube. This results in a large focal spot on the surface of the tube, or isonif ⁇ cation zone, which allows the search for defects fairly widely inclined relative to the direction corresponding to the obliquity of the direction of fire.
  • Annex A.3 shows that one can deduce from the delay values for a firing in the direction D2, by symmetry, the delay values for the fourth direction D4 (according to the second axis of symmetry y, as also shown in FIG. Annex A.1.4); then for the sixth direction D6, from the delay values corresponding to the direction D4, by symmetry along the first axis x.
  • Delay values for a firing in the eighth direction D8 are deduced from the delay values corresponding to the direction D2, by symmetry along the first axis x, or from the delay values corresponding to the direction D6, by symmetry along the second axis y. .
  • Appendix A.5 shows a plan for addressing elements distributed in a square pattern, which plane can be used for the elementary transducers of Table 41 for example.
  • the number 1, or a minimum address value is assigned to an elementary transducer disposed at a corner of the square pattern.
  • Element No. 1 is in column C1 of line L1 of the table in Annex A.5.
  • the number 64, or a maximum address value is assigned to the elementary transducer which is diametrically opposed to the transducer # 1. This element is located at column C8 of line L8 in the table of FIG. Annex A.5.
  • the elements are mutually ordered by increasing address values and arranged, in that order, in rows and then in columns of the same line.
  • transducers whose address values follow each other are found in the same line of the pattern.
  • the address values are successive whole numbers between 1 and 64.
  • Figure 8 shows a portion 80 of a multi-element sensor in a working position with respect to a portion 82 of a tube to be controlled.
  • Part 80 corresponds to an array of elementary transducers, which forms a square pattern, for example similar to Table 41 of Figure 6B.
  • the longitudinal direction of the tube is referenced Y.
  • the direction normal to the main plane of the portion 80 corresponds to a radial direction of the tube, denoted Z.
  • the direction normal to the plane defined by the directions Y and Z is denoted X.
  • the portion 80 is disposed with respect to the tube portion 82 so that the axes of symmetry of the pattern y and x corresponding to the mediators of the sides of the pattern are aligned respectively along the directions Y and X.
  • the elementary transducers of the part 80 are organized according to the addressing plan described above in relation to Appendix A.5.
  • the portion 80 is disposed relative to the tube portion 82 so that the X direction of the tube corresponds to a first axis of symmetry x separating the elements No. 4 and No. 5, while the direction Y corresponds to the second axis of symmetry separating the elements No. 25 and No. 33.
  • the elements No. 1 to No. 8 are arranged in the direction Y, in the direction of this direction indicated by the arrow of Figure 8.
  • the first axis of symmetry x of the Part 80 is disposed in the transverse direction X of the tube portion 82, while the second axis of symmetry is disposed in the longitudinal direction Y of the tube.
  • Appendix A.1.1 shows, in tabular form, an example of delay values to be applied to the elementary transducers of the part 80 to fire in the transverse direction X of the tube portion 82, that is to say say the direction Dl of Figure 6B.
  • the elementary transducers are arranged in accordance with the addressing plan defined in Annex A.5.
  • the value of the delay to be applied to element No. i is in the table of Annex A.1.1 at the same position (row, column) as address i in the table in Annex A.5.
  • the delay to be applied to element No. 28, which is at the intersection of column C4 and line L4 of the table in Annex A.5, is 369 nanoseconds, which is at the intersection of Column C4 and Line L4 of the Table in Appendix A.1.1.
  • FIGS. 9A, 10A and 11A show the delay values of Appendix A.1.1 in the form of a two-dimensional bar graph 84, whose base coincides with part 80.
  • Each bar, or stick, of diagram represents the delay of the respective elementary transducer which coincides with its base.
  • the height of the stick which is represented as an elongation in the Z direction, is proportional to the value of the delay to be applied to the elementary transducer in question.
  • FIG. 10A shows the diagram 84 seen from the right, that is to say in projection in a plane of directions X, Z and of normal direction Y. It distinguishes the elementary transducers Nos . 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56 and 64.
  • the applied delay value increases linearly from transducer # 8, near a first side of the square pattern, to transducer # 64, opposite this first side.
  • This linear evolution of the applied delays is shown schematically by a line 86 in FIG. 10A.
  • Appendix A.1.1 shows that the same linear growth law applies to elementary transducers of each alignment in the X direction, that is to say in the elements of each of columns C1 to C8 of the table in Annex A.1.1.
  • Figure 11 A shows the diagram 84 seen from the front, that is to say when projected into a plane of directions Y, Z and normal direction opposite to the direction X.
  • this mediator makes a partition of the part 80 into two subsets of elementary transducers to which two delay sub-laws are applied.
  • a first delay sub-law applies to the elementary transducers located to the left of this mediator in FIG. 11A, in particular the transducers Nos . 1 to 4, while a second delay sub-law applies to the transducers. elementaries located to the right of this mediator, in particular transducers Nos . 5 to 8.
  • the value of the applied delay decreases linearly from transducer No. 1, close to a second side of the square pattern, to transducer No. 4, close to the mediator of the first side.
  • This linear evolution of the applied delays is shown schematically by a line 88 in FIG. 11 A.
  • Appendix A.1.1 shows that the same law of linear decay applies to the elementary transducers of each alignment in the direction Y situated on the same side. of the mediator, that is, in the table in Appendix A.1.1, the elements of each of lines L1 to L8 at the intersection of columns C1 to C4.
  • the value of the applied delay increases linearly from the No. 5 transducer, near the mediator of the first side, to the No. 8 transducer, opposite the second side.
  • This linear evolution of the applied delays is shown schematically by a line 90 in FIG. 11A.
  • the lines 88 and 90 are symmetrical with respect to the X, Z plane containing the mediator of the first side of the square pattern.
  • Appendix A.1.1 shows that the same law of growth linear shall apply to the elementary transducers of each alignment in the Y direction located on the same side of the perpendicular bisector, that is, in the table of Annex A.1.1, to the elements of each of lines L1 to L8 located at the intersection of columns C5 to C8.
  • FIG. 12 is similar to FIG. 8 and relates to the case firing in the longitudinal direction of the tube, that is to say in the direction Y of the tube, that is to say the direction D3 of Figure 6A.
  • FIG. 12 is similar to FIG. 8 and relates to the case firing in the longitudinal direction of the tube, that is to say in the direction Y of the tube, that is to say the direction D3 of Figure 6A.
  • the portion 80 of the multi-element sensor is in a working position with respect to a portion 82 of a control tube similar to that of Figure 8. Compared to the position of Figure 8, the portion 80 may have been moved in the longitudinal direction Y and / or angularly relative to the central axis of the tube portion 82 , for example due to a relative helical movement between the tube and the sensor.
  • Annex A.1.2 collates the delay values to be applied to the elementary transducers of part 80, when these are organized according to the addressing scheme described above in relation to Annex A.5.
  • the same linear growth law applies to the elementary transducers of each alignment in the Y direction, that is to say to the elements of each of the lines L1 to L8 of the table in Appendix A.1.2.
  • the value of the applied delay increases linearly transducers close to one side of the square pattern perpendicular to the Y direction, to the transducers opposite that side.
  • the delay values of the table can deviate from a strictly linear evolution, because these values are rounded. Given the resolution of devices conventionally implemented in the field, of the order of 5 nanoseconds, these rounds have virtually no effect on the detection of defects.
  • Identical delay values are applied to the elementary transducers arranged symmetrically with respect to the mediator of the portion 80 which extends in the Y direction.
  • the elementary transducers of each of the two subsets together produce a respective ultrasonic wave beam.
  • the two beams thus produced respectively extend in two respective directions, each inclined at the same angle, in absolute value, with respect to the direction of emission of the resulting beam, as in the case of firing in the longitudinal direction. of the tube.
  • Each of these two primary beams deviates from the intended direction away from part 80.
  • FIG. 14 is similar to FIG. 8 and relates to the case of a so-called "oblique" shot, that is to say in a direction inclined at 45 ° with respect to the axis of the tube in an X, Y plane that is, the direction D2 of FIG. 6B.
  • Figure 14 shows the delay values to be applied to the elementary transducers of the portion 80 in the form of a bar chart 130.
  • Figure 13A shows the diagram 130 from a different angle of view.
  • the portion 80 of the multi-element sensor is in a working position with respect to a portion 82 of a control tube similar to that of FIG. 8. With respect to the position of FIG. 8, the portion 80 may have been displaced. in the longitudinal direction Y and / or angularly with respect to the central axis of the tube portion 82, for example due to a relative helical movement between the tube and the sensor.
  • Annex A.1.3 collects delay values to be applied to the elementary transducers of part 80, when these are organized according to the addressing scheme described above in relation to Annex A.5.
  • the respective linear growth laws apply to the elementary transducers of each alignment in the X direction, that is, the elements of each of columns C1 to C8 of the table in Appendix A.1.3.
  • the value of the applied delay linearly increases transducers close to the first side of the square pattern, to the transducers opposite to this first side.
  • the elementary transducers of each of two subsets, separated from each other by the diagonal of the square pattern jointly produce a respective ultrasonic wave beam. .
  • the two beams thus produced respectively extend in two respective directions, each inclined at the same angle, in absolute value, with respect to the direction of emission of the resulting beam.
  • the firing direction D2 corresponds to an axis of symmetry of table 41, namely one of the diagonals of the square pattern. This diagonal delimits two subsets of elementary transducers, a lower subset and an upper subset.
  • the delay values to be applied to the first of these subsets differ from the delay values to be applied to the symmetrical transducers of the second of these subsets.
  • First delay values Bi, j are first calculated to be applied to all the elementary transducers Ci, j of Table 41 so that they together emit an unfocused ultrasonic wave beam, deflected in a direction D2. p. These values are grouped generically in Table 70.
  • Second delay values Ai, j are then calculated to apply all the elementary transducers Ci, j of table 41 so that they transmit jointly.
  • the delay values of the law corresponding to the other corners are stored, namely, in the example, the second value Al, l and the first value B8.8. Delayed final values for the elements Ci, j of the upper part of table 41 are assigned the second delay values Ai, j.
  • the final delay values for the elements Ci, j of the lower part of table 41 are deduced by linear interpolation from the first delay values Bi, j.
  • the value of the corner delay corresponding to the part of the array whose values are to be determined is used first to calculate the delay values of the column and the corresponding line by linear interpolation. Then, one interpolates each time between a value of the determined diagonal and the value at the end of row or column.
  • FIGS. 9B, 10B, 11B and 13B illustrate delay values to be applied to the elementary transducers in the second embodiment of the invention.
  • the elementary transducers jointly produce a defocused primary beam deflected with respect to the normal to the main plane of the sensor.
  • a diverging beam may be considered as an inverted-focus beam, that is to say one which has a virtual focal point situated behind the multi-element sensor according to the direction of firing of the ultrasonic waves.
  • At least some of the elementary transducers of the sensor are preferably applied delay values which follow a parabolic law.
  • these delay values are obtained from a law close to a parabolic law, corresponding, for example, to a plurality of linear laws each approaching a portion of the same parabola.
  • a diverging and deflected beam may be defined by the deflection angle value a and a value of a beam opening angle, or divergence angle ⁇ .
  • the angle of deflection a is determined as a function of the diameter of the tube to be controlled and the distance separating the sensor from this tube. It is different for each shot according to the directions Dl, D2 and D3. For shots following the other directions, the values of the deflection angle a are deduced from the symmetries of the pattern of the sensor.
  • the value of the divergence angle ⁇ can be the same for all the shots, whatever the target direction. We seek the widest angle of divergence compatible with criteria of quality and / or speed that we set.
  • the value of the angle of divergence may be due to the fact that the number of shots is set due to a production imperative. This results in a minimum value of the divergence angle ⁇ .
  • the value of the angle of divergence can also result from a quality criterion, related to the size of the defects that one wishes to be able to detect. This imposes a maximum value the angle of divergence ⁇ . In most applications, the value of the divergence angle ⁇ will be chosen to best meet these criteria.
  • Figures 9B, 10B and 11B are similar to Figures 9A, 10A and 11A. They show in the form of a bar chart 140 an example of delay values to be applied to the elementary transducers of the portion 80 of the sensor to produce a shot in the transverse direction X of the tube portion 82.
  • the transducers are addressed according to in Annex A.5.
  • the delay values are collated in the table in Appendix A.2.1.
  • FIG. 10B shows the diagram 140 seen from the right, that is to say in projection in a plane of directions X, Z and of normal direction Y. It distinguishes the elementary transducers Nos . 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56 and 64.
  • the value of the applied delay increases parabolically from transducer # 8, near a first side of the square pattern, to transducer # 64, opposite this first side.
  • This parabolic evolution of the applied delays is schematized for a portion of parabola 142 in FIG. 10B.
  • Annex A.2.1 shows that the same growth law applies to the elementary transducers of each alignment in the X direction, ie to the elements of each of columns C1 to C8 of the table in Annex A. .2.1.
  • Figure 11B shows the diagram 140 seen from the front, that is to say when projected into a plane of directions Y, Z and normal direction opposite to the direction X.
  • Identical delay values are applied to the elementary transducers arranged symmetrically with respect to the mediator of the portion 80 which extends in the direction X.
  • This mediator makes a partition of the portion 80 into two subsets of elementary transducers to which two delay sub-laws are respectively applied.
  • a first delay sub-law applies to elementary transducers located on one side of this mediator, in particular transducers Nos . 1 to 4 located to the left of this mediator in FIG. 11B.
  • a second delay sub-law applies to the elementary transducers located on the other side of this mediator, in particular to the transducers numbers 5 to 8 located to the right of this mediator in FIG. 11B
  • the value of the applied delay follows a parabolic law of the transducer No. 1, close to one side of the square pattern, to the transducer No. 8, remote from this side.
  • This evolution of the delays applied is shown schematically for a parabola portion 144 in FIG. 11B.
  • transducer # 5 The applied delay value increases from transducer # 5, near the mediator, to transducer # 8.
  • Appendix A.2.1 shows that the same parabolic growth law applies to the elementary transducers of each alignment in the Y direction located on the same side of the mediator, that is, in the table of the Annex A.2.1 to the elements of each of lines L1 to L8 at the intersection of columns C5 to C8.
  • the elementary transducers of each of the two subsets together produce an ultrasonic wave beam that extends in the X direction and diverges away from the 80 of the sensor.
  • the table in Appendix A.2.2 collects delay values that can be applied to the elementary transducers to jointly produce a divergent ultrasonic wave beam that extends in the Y direction. Identical delay values are applied to the elementary transducers. arranged symmetrically with respect to the mediator of the portion 80 which is arranged in the direction X. This mediator makes a partition of the portion 80 into two subsets of elementary transducers, which are respectively applied two sub-laws of delay.
  • FIG. 13B is similar to FIG. 13A and relates to the case of a so-called "oblique" shot, that is to say in a direction inclined at 45 ° with respect to the axis of the tube in an X, Y plane that is, the direction D2 of FIG. 6B.
  • FIG. 13B shows the delay values to be applied to the elementary transducers of the part 80 in the form of a bar chart 150.
  • the portion 80 of the multi-element sensor is in a working position with respect to a portion 82 of a control tube similar to that of FIG. 8. With respect to the position of FIG. 8, the portion 80 may have been displaced. in the longitudinal direction Y and / or angularly with respect to the central axis of the tube portion 82, for example due to a relative helical movement between the tube and the sensor.
  • Annex A.2.3 collates the delay values to be applied to the elementary transducers of part 80, when these are organized according to the addressing scheme described above in relation to Annex A.5.
  • Respective parabolic growth laws apply to the elementary transducers of each alignment in the Y direction, i.e. to the elements of each of lines L1 to L8 of the table in Appendix A.2.3. Each time, the value of the applied delay parabolically increases transducers close to one side of the square pattern to the transducers opposite to that side with respect to the X direction. Respective parabolic growth laws apply to the elementary transducers of each alignment in the X direction, i.e. the elements of each of columns C1 to C8 of the table in Appendix A.2.3. In each case, the value of the applied delay parabolically increases transducers close to one side of the square pattern to the transducers opposite to that side with respect to the Y direction.
  • the elementary transducers of each of two subsets jointly produce an ultrasonic wave beam. extending in the direction D2 and diverging with respect to this direction as it moves away from the sensor.
  • the diverging beam can be defined by a value of beam opening angle, or divergence angle ⁇ .
  • the first axis of symmetry x and the second axis of symmetry y of the pattern of table 41 delimit four subsets of elementary transducers to which is applied each time the same sub-law of delay.
  • the table in Appendix A.4 shows an example of the delay values to be applied to the elementary transducers to generate a divergent and non-deflected resultant beam relative to the direction normal to the active surface of the sensor.
  • this divergent beam results from a defocused primary beam.
  • the delay value increases with the distance to each of the first axis of symmetry x and the second axis of symmetry y.
  • the divergent and deflected beam results from at least two unfocused and deflected primary beams respectively generated by a subset of elementary transducers.
  • the diverging and deflected beam results from at least one diverging and deflected primary beam.
  • sensor symmetry is used to calculate delay sub-laws that apply to a subset of the elementary transducers.
  • the ultrasonic waves received as a response to a shot are processed to detect any echoes resulting from the presence of defects or imperfections.
  • the treatment of the received ultrasonic waves comprises the application of a so-called "inverse" delay law of the delay law used for the emission of the ultrasonic waves during a shot.
  • the treatment of the received ultrasonic waves comprises the application of a specific delay value Ri, j to the signal received at each elementary transducer Ci, j of the sensor.
  • the value of delay in receiving Ri, j is calculated from the delay value Ei, j applied to the elementary transducer Ci, j on transmission, according to the following formula:
  • the max value (E i, j) represents the maximum delay value of the delay values applied to the elementary transducers E i, j of the sensor.
  • the calculation of an inverse delay law can be done using the software that allowed the calculation of the law of emission delay, using a spreadsheet or manually.
  • defects or imperfections oriented in a manner corresponding to the direction of the shot are detected. It can also detect defects slightly inclined relative to this direction, within the limit of the opening of the primary beam, usually a lower signal-to-noise ratio.
  • the treatment of the received ultrasonic waves comprises the application of the known technique by the document WO 03/050527.
  • the received signals are processed by applying several inverse delay laws, each corresponding to an obliquity value included in the primary beam.
  • These inverse delay laws are conventionally calculated by the known technique of WO 03/050527.
  • the different values of obliquities are distinguished from each other by a value of 5 °.
  • defects in the inspected tube section are detected according to the different obliquities included in the primary beam resulting from this firing, each time having a substantially identical signal-to-noise ratio.
  • this second development defects whose orientation is both included in the opening of the ultrasonic wave beam corresponding to the firing and inclined with respect to the obliquity of the main direction of this beam are detected with a better ratio signal on noise.
  • this second development improves the detection of fine defects.
  • the device presents in this case a better resolution.
  • the inclined defects of 0, +/- are particularly effectively detected. 5 °, +/- 10 °, +/- 15 °, +/- 20 ° with respect to the main direction of the beam.
  • Figure 17 corresponds to a reference configuration. In this configuration, 72 shots were fired, each time in a direction of obliquity of 5 ° with respect to the previous shot.
  • Fig. 17 shows an insonification zone 170 at -6 decibels, or focal area, where the maximum energy is concentrated. Area 170 has an elliptical crown shape and is substantially homogeneous. The insonification zone 170 is about 50 millimeters by 30 millimeters.
  • FIG. 18A corresponds to the configuration according to the first variant of the first embodiment, in the case where the so-called “brush” or “paintbrush” technique is applied in English, in post-processing.
  • the parameter ⁇ is 15 °. Only 8 shots were necessary to obtain the result of figure 18 A. The amplitudes are practically homogeneous for all the directions concerned.
  • FIG. 18A shows an insonification zone 180 whose appearance is close to an elliptical crown.
  • the insonification zone 180 is approximately 50 millimeters by millimeter, which is very close to the reference zone of FIG. 17.
  • FIG. 18B corresponds to the configuration according to the second embodiment, in the case where the so-called "brush" technique is applied in post-processing.
  • the beam is defocused at 25 millimeters.
  • Figure 18B shows an area of insonification 185 whose pace is elliptical.
  • the 185 decibel area measures 80 millimeters by 60 millimeters, which is close to the reference area of Figure 17.
  • the area at -6 decibels is wider than for the first embodiment.
  • the central part of the ellipse is also insonified, while this area has less utility for tube inspection.
  • FIG. 18B shows a more homogeneous insonification zone 185, corresponding to a substantially identical energy level for all the directions inspected.
  • FIG. 18A shows a central zone of the ellipse which is not insonified, which results in a better signal on noise.
  • the second embodiment mode offers a greater rate of inspection.
  • FIGS. 17, 18A and 18B No insonification diagram corresponding to the second variant of the first embodiment is shown.
  • Such a diagram has a wider elliptical insonification zone than those shown in FIGS. 17, 18A and 18B. This results in a relative loss of energy and a lower signal-to-noise ratio.
  • this diagram shows a greater homogeneity according to the targeted directions, which facilitates the inspection. In particular, it is not necessary to compensate for energy differences between the different directions.
  • the Applicant has managed to satisfactorily control a tube as to the existence of defects oriented in any manner in eight shots, while retaining the usual advance speeds in the art.
  • a device which makes it possible to control a tube as to the existence of defects of any inclination at a speed compatible with the production rates. This speed increase results in particular because any repositioning of the sensor relative to the tube between two successive shots, of different directions, is useless.
  • This device for each direction of interest, generated by respective portions of a square array sensor beams of ultrasonic waves diverging from the target direction and which connect at the moment of striking the outer surface of the tube to control.
  • This device is not limited to a sensor having a square pattern. It can be used equivalently with a sensor in which the elementary transducers are organized in a rectangle. It can also be used a sensor in which the elementary transducers are distributed circularly.
  • the portions of the pattern dedicated to each diverging beam correspond to an angular sector of the pattern.
  • successive firing can be performed on the different sectors, with delay laws that can be calculated using software similar to the one known as "CIVA".
  • the invention may also be viewed as a method of controlling a long metallurgical product, particularly a tube, wherein the described device is repeatedly used to draw it in each of the directions D1 to D8.
  • the invention can also be seen as a method for controlling metallurgical products, in which an ultrasound wave firing is produced in a targeted direction by means of an ultrasonic probe comprising a plurality of elementary transducers, operable independently of one another. others and distributed in a pattern of dimension two by applying a temporal excitation law to the elementary transducers, this temporal excitation law comprising one or more sub-laws for each of them sequentially exciting a subset of at least one of the plurality of transducers elementary, each sub-law being arranged in such a way that the excitation of the elementary transducers of the corresponding subset produces a primary beam of respective ultrasonic waves, and the sub-law or laws being further arranged so that said firing corresponds to an ultrasonic wave beam resulting from the primary beams of ultrasonic waves respecti fs subsets of elementary transducers, said resulting beam diverging around the intended direction away from the ultrasonic sensor.
  • a value of the angle ⁇ of 20 ° has been described by way of example, in particular in the context of a shot according to D1.
  • the value of this angle can be adapted according to the size of the elementary transducers.
  • the value of this angle can be increased as the size of the transducers decreases.
  • sub-laws are applied so as to simultaneously excite elementary transducers arranged in mutual symmetry with respect to a preferred direction of said pattern.
  • the axes of symmetry of a square pattern have been described as privileged directions, the invention is in no way limited to this particular embodiment. Patterns of different shapes each correspond to privileged directions of these patterns.
  • a pattern, where the transducer elements are shaped in angular sectors and arranged in symmetry with respect to certain radial directions, for example inclined at 120 ° from each other, has these radial directions as privileged directions.
  • an ultrasonic sensor of matrix shape comprising 64 elements distributed in a square pattern of 8 elements on 8 elements.
  • the invention is limited neither by this number of elements, nor by this particular pattern.
  • an ultrasonic firing allows to inspect a longitudinal section of a tube as to the existence of defects.
  • To control this tube over its entire length one can move the tube and the ultrasonic sensor relative to each other.
  • a multi-element matrix ultrasound sensor whose pattern is subdivided into elementary sub-patterns and each sub-pattern is made to work simultaneously with the others in the manner of an isolated ultrasonic sensor. A longer portion of the tube to be inspected is thus inspected.
  • an ultrasonic sensor may comprise 256 elements distributed in a rectangular pattern of 8 elements on 32 elements.
  • this sensor By arranging this sensor in such a way that the length of the pattern corresponds to the length of the tube, there are virtually 8 multi-element square pattern sensors of 8 elements on 8 elements arranged along the length of the tube. And we can operate these 8 sensors simultaneously for inspector a large length of the tube, each shot.
  • the invention is not limited to the embodiments described above, by way of example only, but encompasses all the variants that may be considered by those skilled in the art.
  • Annex A.1 Delay values corresponding to the first embodiment, first variant (in nanoseconds)
  • Annex A.2 Delay values corresponding to the first embodiment, second variant (in nanoseconds)
  • Annex A.4 Delay values corresponding to the second embodiment (in nanoseconds)
  • Appendix A.5 addressing matrix of elementary transducers of a sensor

Landscapes

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Abstract

Dispositif et procédé de contrôle non destructif de profilés métalliques Un dispositif de contrôle de produits métallurgiques du type comprend un capteur ultrasonore comprenant une pluralité de transducteurs élémentaires (29) opérables indépendamment les uns des autres et répartis selon un motif de dimension deux. Une première électronique (27) est capable d'exciter chacun des transducteurs élémentaires selon au moins une loi temporelle correspondant à un tir d'ondes ultrasonores selon une direction visée. Une seconde électronique (31) est capable de traiter une partie au moins de signaux captés par chacun des transducteurs élémentaires. Chaque loi temporelle est agencée de manière que le tir correspondant produise un faisceaud'ondes ultrasonores généralement divergent autour de la direction visée en s'éloignant du capteur ultrasonore. Procédé de contrôle correspondant.

Description

Dispositif et procédé de contrôle non destructif de profilés métalliques L'invention concerne le domaine des contrôles non destructifs de produits métallurgiques, en particulier de profilés de longueur importante, typiquement comprise entre quelques mètres et plusieurs dizaines de mètres.
Pour mieux faire comprendre l'invention, celle-ci sera décrite dans le contexte des produits généralement tubulaires, notamment des tubes, en tant qu'exemples de produits métallurgiques. Pour autant, l'invention a vocation à s'appliquer plus largement.
Des tubes de grande longueur sont largement utilisés. Comme domaines d'application, on peut citer par exemple la production électrique où l'on utilise des tubes dits "chaudières", aussi connus par l'équivalent anglais de "boilers", du pétrole et du gaz où l'on emploie des tubes pour le forage, l'extraction, et le transport ("line pipes"), ou encore la construction mécanique, que ce soit en génie civil, ou dans les secteurs de l'automobile et de l'aéronautique. Comme la plupart des produits métallurgiques, les tubes sont susceptibles de présenter des défauts liés à leur fabrication, tels que des inclusions de matière dans l'acier ou des absences de matière par exemple. De manière générale, toute hétérogénéité dans la matrice d'acier est vue comme un défaut qui est susceptible de nuire à la résistance mécanique du tube en service.
C'est pourquoi on contrôle les tubes métalliques dès après leur fabrication, non seulement pour y détecter d'éventuels défauts, mais aussi, le cas échéant, pour déterminer des informations utiles à l'évaluation de la dangerosité de ces défauts, notamment la taille, la profondeur, la position, la nature ou encore l'orientation. Lorsqu'on fabrique un lot de tubes, il est souhaitable d'en contrôler le plus grand nombre, et le plus sûrement possible. Certains acteurs du domaine, comme la Demanderesse, contrôlent chaque tube produit, individuellement. Le contrôle du tube représente une étape de fabrication, au même titre que les étapes plus classiques de mise en forme notamment.
Parce qu'ils influent la cadence de production, les procédés de contrôle mis en œuvre se doivent d'être économiques, rapides, tout en demeurant fiables. On recherche également des procédés de contrôle pratiquement automatiques.
On utilise en particulier des techniques de contrôle utilisant les ondes ultrasonores. On émet des ondes ultrasonores et l'on étudie les échos résultants, à la recherche de ceux qui ne peuvent être imputés à la géométrie du tube. Les inclusions ou les absences de matière constituent des variations au sein du milieu de propagation de l'onde, et génèrent de ce fait des échos lorsqu'ils sont frappés par des ondes ultrasonores.
L'intensité de l'écho produit par un défaut dépend de l'angle selon lequel l'onde le frappe. Pour une direction de propagation de l'onde ultrasonore -dans le tube, on détecte principalement les défauts orientés de manière correspondante, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction de propagation, avec une certaine tolérance toutefois, de l'ordre d'un ou deux degrés.
En pratique, les défauts ne sont pas purement longitudinaux ou transversaux, mais renvoient un écho plus ou moins important dans l'une ou l'autre de ces directions. Par exemple, on qualifie de défaut longitudinal un défaut qui génère en réponse à un tir d'orientation correspondante un écho d'intensité supérieur à un seuil défini. Ce seuil est fixé par étalonnage à l'aide d'entailles de position (profondeur et orientation) et dimensions normalisées. L'orientation d'un défaut peut être assimilée à sa plus grande surface de réflexion. La durée du contrôle dépend principalement du temps nécessaire au trajet des ondes ultrasonores dans le tube, aller et retour, et, dans une certaine mesure, de celui du traitement des signaux captés en retour. Pour concilier les impératifs liés aux cadences de production et à la sécurité, on a pris l'habitude de limiter le nombre de tirs d'ultrasons et de ne rechercher que les défauts orientés selon certaines inclinaisons uniquement.
Classiquement, on cherche à détecter les défauts dont l'inclinaison est la plus répandue, généralement les défauts orientés parallèlement à la génératrice du tube.
De récents développements dans la technique visent des procédés de contrôle permettant en outre la détection de défauts d'orientations différentes, tout en limitant le nombre de tirs pour conserver une cadence de contrôle acceptable.
On connaît par US 5,473,943 un dispositif de contrôle par ondes ultrasonores comprenant neuf capteurs, ou traducteurs, ultrasonores répartis autour du tube à contrôler. Un tel dispositif permet de détecter des défauts orientés selon neuf directions différentes les unes des autres. Le nombre de directions qui peuvent être contrôlées demeure limité par le nombre de capteurs. En outre, ce dispositif ne permet d'inspecter qu'une zone du tube de faible étendue, ce qui implique de faire avancer le tube très lentement par rapport aux capteurs, ou de multiplier le nombre de capteurs. Une faible vitesse d'avance est incompatible avec les exigences de production, tandis que l'augmentation du nombre de capteurs pose des problèmes de coût et de réglage.
Certains des développements récents utilisent des capteurs ultrasonores dit "phased array", ou "en réseau et commandés séquentiellement" en français, aussi appelés "traducteurs linéaires multi-éléments". Ces capteurs comprennent une pluralité de transducteurs électroacoustiques, sous la forme d'éléments piézoélectriques, répartis sur une face active du capteur, selon une direction principale. Par exemple, ces transducteurs peuvent être disposés de manière alignée les uns avec les autres et former ce que l'on appelle parfois une "barrette de transducteurs". Les capteurs présentant une telle répartition sont dits "de dimension une". Les transducteurs sont excités les uns après les autres, séquentiellement, de manière à combiner les ondes ultrasonores ainsi produites pour former un faisceau d'ondes défléchi, éventuellement focalisé (point de focalisation en avant du capteur), qui permet d'inspecter un tube quant à l'existence de défauts orientés selon une direction correspondante.
On connaît également un dispositif de contrôle par ondes ultrasonores comprenant un capteur de type "phased array" de dimension une, dont les transducteurs élémentaires sont répartis autour du tube à contrôler. Un tel dispositif permet de détecter des défauts d'à peu près toutes les inclinaisons, mais uniquement dans un tronçon réduit du tube. Du fait que seule une zone de très faible étendue longitudinale peut être inspectée en une fois, le fonctionnement impose une faible vitesse d'avance du tube. Il en résulte un temps d'inspection trop important pour qu'une application industrielle puisse être envisagée. En outre, le dispositif en question nécessite un capteur différent par diamètre de tube à inspecter.
On connaît par WO2003/50527 une installation de contrôle non destructif pour des produits métallurgiques, dans laquelle on utilise un capteur de type "phased array" de dimension une. Chaque élément transducteur est excité une fois puis un circuit de traitement analyse la réponse globale du tube à cette unique émission, que l'on appelle un "tir" dans la technique. A partir d'un tir effectué selon la direction transversale du tube, on est capable de déterminer la présence non seulement de défauts disposés perpendiculairement à cette direction mais également de défauts présentant une inclinaison par rapport à cette direction perpendiculaire comprise entre plus et moins 10°.
En pratique, on utilise trois capteurs : deux capteurs dédiés à la détection de défauts orientés longitudinalement ou présentant une inclinaison par rapport à cette direction longitudinale comprise entre plus et moins 20°, et un capteur supplémentaire pour détecter les défauts orientés transversalement au tube et/ou mesurer l'épaisseur de ce tube. L'installation en question donne globalement satisfaction.
Elle permet de contrôler un tube quant à l'existence de défauts orientés selon un nombre limité d'orientations. Pour contrôler le tube quant à l'existence de défauts présentant une orientation quelconque, il est nécessaire de multiplier le nombre de capteurs ou de modifier à plusieurs reprises l'orientation des capteurs par rapport au tube, à chaque fois pour viser une direction différente.
La Demanderesse a cherché à améliorer l'existant.
Le dispositif de contrôle de produits métallurgiques proposé est du type comprenant un capteur ultrasonore comprenant une pluralité de transducteurs élémentaires opérables indépendamment les uns des autres et répartis selon un motif de dimension deux, une première électronique capable d'exciter chacun des transducteurs élémentaires selon au moins une loi temporelle correspondant à un tir d'ondes ultrasonores selon une direction visée, et une seconde électronique capable de traiter une partie au moins de signaux captés par chacun des transducteurs élémentaires. Chaque loi temporelle est agencée de manière que le tir correspondant produise un faisceau d'ondes ultrasonores généralement divergent autour de la direction visée en s'éloignant du capteur ultrasonore.
Le procédé de contrôle de produits métallurgiques proposé comprend la prévision d'un capteur ultrasonore comprenant une pluralité de transducteurs élémentaires opérables indépendamment les uns des autres et répartis selon un motif de dimension deux, l'excitation de chacun des transducteurs élémentaires pour produire un tir d'ondes ultrasonores correspondant à un faisceau généralement divergent autour d'une direction visée en s'éloignant du capteur ultrasonore, et le traitement d'une partie au moins de signaux captés par chacun des transducteurs élémentaires en réponse au tir ultrasonore. Contrairement aux procédés et dispositifs classiques, qui cherchent à défléchir et à focaliser un faisceau d'ondes ultrasonores selon la direction d'inspection visée, le dispositif proposé émet un faisceau d'ondes ultrasonores qui diverge autour de la direction visée.
Pour un tir visant une direction particulière, une zone du tube plus étendue se trouve parcourue par les ondes ultrasonores résultant de ce tir.
Cette zone "d'insonifïcation" plus étendue permet de détecter des défauts qui présentent une plus grande inclinaison par rapport à la direction visée que dans les dispositifs classiques.
Le dispositif proposé permet de détecter des défauts de toute inclinaison à l'aide d'un unique capteur, excité en un nombre limité de fois, tout en conservant une bonne cadence de contrôle. En particulier, il est possible de détecter à l'aide d'un unique capteur et d'un nombre limité de tirs, des défauts transversaux, également qualifiés de "circonférentiels", c'est- à-dire des défauts s'étendant perpendiculairement à la génératrice du tube, des défauts longitudinaux, qui s'étendent suivant cette génératrice, et des défauts faisant un angle quelconque avec la génératrice du tube à contrôler.
Le gain de productivité et de fiabilité est manifeste.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un dispositif de contrôle non destructif pour un tube, en vue de face ;
- la figure 2 représente le dispositif de la figure 1 en vue de côté ;
- la figure 3 représente un capteur électroacoustique à usage dans le dispositif de la figure 1 , en vue de face ; - la figure 4 représente le capteur de la figure 3 vu en coupe selon une ligne IV-IV ;
- la figure 5 représente un schéma fonctionnel d'une électronique de commande et de traitement pour le capteur électro acoustique de la figure 3 ;
- la figure 6A représente un schéma illustrant une direction de tir pour un faisceau ultrasonore dans l'espace ; - la figure 6B représente un schéma illustrant un tableau de transducteurs élémentaires ;
- les figures 7A et 7B représentent respectivement un premier et un second tableau de retards pour un capteur électroacoustique matriciel multi-éléments ;
- la figure 8 représente une vue en perspective d'un tableau de transducteurs élémentaires, en position de travail par rapport à un tube à contrôler, et un diagramme à bâtons montrant des valeurs de retard appliquées à ces transducteurs pour un tir longitudinal selon une première variante d'un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 9 A représente isolément le tableau et le diagramme de la figure 8, vus en perspective ; - la figure 10A représente le diagramme à bâtons de la figure 9 A, en vue de côté ;
- la figure 11 A représente le diagramme à bâtons de la figure 9 A en vue de face ;
- la figure 12 est analogue à la figure 8 pour un tir transversal ;
- la figure 13A est analogue à la figure 8 pour un tir oblique ; - la figure 14 montre le tableau et le diagramme de la figure 13 A en perspective, sous un angle de vue différent ;
- les figures 9B, 10B, 11B et 13B sont analogues respectivement aux figures 9 A, 10 A, 11A et 13A pour une seconde variante du premier mode de réalisation ;
- les figures 15 et 16 sont analogues aux figures figure 7A et 7B pour des conditions d'excitation différentes ; - les figures 17, 18A et 18B montrent des schémas dits "d'insonifîcation" pour un dispositif de référence, un dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention, et un dispositif selon le second mode de réalisation de l'invention respectivement ;
- l'annexe A.1 indique, sous forme de tableaux, des valeurs de retard correspondant à la première variante du premier mode de réalisation de l'invention ;
- l'annexe A.2 indique, sous forme de tableaux, des valeurs de retard correspondant à la seconde variante du premier mode de réalisation de l'invention ; - l'annexe A.3 indique, sous forme de tableau, des lois de transposition de valeurs de retard pour différentes directions de tir ;
- l'annexe A.4 indique, sous forme de tableaux, des valeurs de retard correspondant à un second mode de réalisation de l'invention ;
- l'annexe A.5 est une matrice d'adressage des transducteurs élémentaires d'un capteur électroacoustique.
Les dessins et les annexes comprennent des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à la description de l'invention mais encore à sa définition, le cas échéant. On fait référence aux figures 1 et 2.
Une installation de contrôle par ondes ultrasonores comprend un banc 1 supportant un tube métallique 3 à contrôler et un capteur ultrasonore 5, appliqué contre la surface périphérique du tube 3, et relié à une électronique de commande et de traitement 6. Le capteur ultrasonore 5 est parfois désigné "traducteur" dans la technique.
Pour le contrôle, le capteur 5 et le tube 3 sont en déplacement relatif hélicoïdal. Ici, le tube 3 se déplace par rapport au banc 1 selon un mouvement hélicoïdal autour d'un axe correspondant à son axe longitudinal, tandis que le capteur 5 est maintenu en position par rapport au banc 1. Le banc 1 peut être équipé de galets rotatifs inclinés par rapport à l'axe longitudinal du tube 3.
En variante, le tube 3 peut être animé d'un mouvement de rotation uniquement par rapport au banc 1, tandis que le capteur 5 coulisse selon la direction longitudinale du banc 1. Le capteur 5 peut être monté sur un charriot mobile par rapport au banc 1. Selon une autre variante encore, le capteur 5 peut tourner autour du tube 3, tandis que ce dernier est translaté par rapport au banc 1. Le mouvement relatif hélicoïdal entre le capteur 5 et le tube 3 permet de contrôler l'ensemble du tube 3 à l'aide d'un capteur 5 d'envergure réduite par rapport à la circonférence du tube 3. On pourrait en remplacement prévoir un nombre plus important de capteurs, disposés en couronne autour du tube 3, et assurer une séquence de tir qui garantisse un recouvrement lorsque le tube 3 coulisse par rapport au capteur 5.
Un milieu de couplage, ou couplant, par exemple sous la forme d'un gel, peut être intercalé entre le capteur 5 et la surface périphérique du tube 3. En variante, l'installation peut comprendre un caisson rempli d'eau, ou de tout autre médium de couplage liquide, dans lequel sont immergés le tube 3 et le capteur 5.
On fait référence aux figures 3 et 4. Elles montrent un capteur 7, de type dit "mosaïque", qui peut être utilisé en tant que capteur 5 dans l'installation des figures 1 et 2. Les capteurs mosaïques sont parfois désignés "traducteurs multi-éléments" dans la technique. Le capteur 7 comprend une pluralité de barreaux 9 en matériau piézoélectrique, ici régulièrement répartis selon un motif en tableau ("array" en anglais). Tel que représenté, le capteur 7 correspondant à ce que l'on appelle généralement un "traducteur matriciel multi-éléments" dans la technique. Les barreaux 9 sont noyés dans une matrice 11 en matériau polymère électriquement inerte. Les barreaux 9 sont électriquement et acoustiquement indépendants les uns des autres. Chaque barreau 9 peut être excité individuellement de manière à générer des impulsions ultrasonores, sans que ces impulsions n'atteignent les barreaux 9 voisins. Chaque barreau 9 forme ainsi un transducteur élémentaire, qui peut fonctionner indépendamment des autres barreaux 9.
Le capteur 7 présente une surface émettrice qui n'est pas constituée en un matériau piézoélectrique homogène et massif, à la différence des capteurs classiques. Au contraire, la surface émettrice du capteur 7 est réalisée en un matériau composite comprenant une matrice de polymère et une pluralité d'éléments en matériau piézoélectrique.
Le capteur 7 comprend ici soixante-quatre barreaux 9, régulièrement répartis selon un motif en carré de huit barreaux 9 de côté. Chaque barreau 9 présente ici une section carrée, dont le côté est inférieur à 1 millimètre et supérieur à 0,1 millimètre. L'écartement est de l'ordre du dixième de millimètre sur les côtés en regard des barreaux 9 adjacents.
Le motif en carré n'est qu'un exemple d'un motif à deux dimensions. On dit qu'un capteur multi-éléments présente un motif de dimension deux lorsque ses transducteurs élémentaires sont répartis selon deux directions distinctes l'une de l'autre sur une surface active du capteur, celle qui sert à l'émission et la réception d'ondes ultrasonores. Plus généralement, l'invention peut être mise en œuvre avec tout motif à deux dimensions. Chaque barreau 9 est attaché à un câble électrique 13 qui lui est propre et qui le relie à une électronique de commande et de traitement. Les câbles électriques 13 sont regroupés dans une gaine représentée par le bloc référencé 15 sur la figure 4.
Le capteur 7 comprend un boîtier 17 auquel est attachée la gaine 15 et qui loge les barreaux 9. Le boîtier 17 est fermé par une couche d'adaptation 19 en contact avec la surface active de chacun des barreaux 9. Les barreaux 9 sont en contact avec une plaque métallique 21 par l'intermédiaire d'une face opposée à leur face en contact avec la couche d'adaptation 19 pour réaliser une mise à la masse. L'espace qui reste libre dans le boîtier 17 est rempli d'une garniture 23.
La figure 5 montre un exemple d'une électronique de travail 25 pour un capteur ultrasonore, qui peut être du type du capteur 7 décrit plus haut.
L'électronique de travail 25 comprend un circuit d'excitation 27 relié individuellement à chacun des transducteurs élémentaires 29 du capteur en question. Ici, les transducteurs élémentaires 29 sont distribués selon un motif correspondant à un tableau de forme carrée de huit transducteurs de côté. Sur la figure 5, un transducteur élémentaire Ci,j est repéré par sa position dans le tableau (ligne i, colonne j). Aux fins de simplification du dessin, le circuit d'excitation 27 de la figure 5 est à chaque fois relié à un unique transducteur élémentaire Ci,j de chaque colonne uniquement. En pratique, le circuit d'excitation 27 est relié à chaque transducteur élémentaire Ci,j individuellement . L'électronique de travail 25 comprend encore un circuit d'acquisition 31 capable d'enregistrer et de traiter les signaux issus d'ondes captées par les transducteurs élémentaires 29. Chaque transducteur élémentaire Ci,j est relié individuellement à un convertisseur analogique numérique 33 respectif qui échantillonne le signal de sortie Si,j(t) du transducteur Ci,j en question, et alimente une mémoire 35 avec la représentation numérique Si,j,k ainsi obtenue, au moins sur une période temporelle prédéfinie. Le contenu de la mémoire 35 peut être traité au moyen d'une unité de calcul 37, par exemple un microordinateur.
Aux fins de simplification du dessin, un convertisseur analogique/numérique 33 de la figure 5 est à chaque fois relié à un unique élément piézoélectrique Ci,j de chaque ligne uniquement. En pratique, chaque convertisseur analogique/numérique 33 est relié à tous les transducteurs élémentaires Ci,j de sa ligne, de manière individuelle.
Les transducteurs élémentaires 29 sont excités individuellement et séquentiellement. On appelle "un tir" le processus qui consiste à faire émettre une série d'impulsions à chaque transducteur élémentaire Ci,j. Un tir correspond à la mise en œuvre d'une loi temporelle d'excitation qui détermine, pour chaque transducteur élémentaire Ci,j, un retard respectif ti,j par rapport à une référence temporelle commune à l'ensemble des transducteurs élémentaires Ci,j. Ainsi excités, les transducteurs élémentaires produisent conjointement un faisceau d'ondes ultrasonores. Une loi d'excitation est calculée de manière à viser une direction particulière, ce qui implique que les transducteurs élémentaires 29 produisent ensemble un faisceau d'ondes ultrasonores qui se propage selon cette direction particulière, ou direction de tir.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la direction du tir est inclinée par rapport à la normale au plan principal de la surface active du capteur lorsque celle-ci est plane, ou à la zone centrale de cette surface lorsque celle-ci est courbe. Le faisceau d'ondes ultrasonores peut être vu comme un faisceau défléchi. Ce faisceau diverge autour de la direction visée.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, la direction du tir correspond sensiblement à la normale au plan principal de la surface active du capteur lorsque celui-ci est plat, ou à la zone centrale de cette surface lorsque celle-ci est courbe. Le faisceau d'ondes ultrasonores est divergent. En particulier, ce faisceau est défocalisé.
On fait référence à la figure 6A.
Elle montre un capteur multiélément C généralement plat, de forme carrée, dont le centre géométrique est référencé S.
La direction de propagation D d'un faisceau d'ondes ultrasonores, aussi appelée ici direction primaire, peut être définie au moyen des grandeurs suivantes :
- un premier angle a, ou "angle de déflexion", que fait cette direction de propagation avec la normale N au plan principal du capteur C (lorsque le capteur multiélément n'est pas plat, on considère alors la normale à la zone centrale de ce capteur) ;
- un second angle Θ, dit "angle d'obliquité", ou "obliquité" en bref, que fait la direction de propagation D avec une direction de référence R, cette dernière étant liée au capteur C et à la géométrie de celui-ci, dans un plan P perpendiculaire à la normale N au capteur C.
Le capteur C se positionne de préférence par rapport à un tube à inspecter de telle manière que le plan principal du capteur C soit dirigé selon une direction tangentielle au tube, ou, autrement dit, que la normale N au plan principal de ce capteur C au centre géométrique S coïncide avec un rayon du tube en question.
Un tir selon une direction de propagation D permet de détecter les défauts orientés de manière correspondante dans le tube, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction correspondant à l'obliquité de la direction de propagation D, ou faisant un certain angle avec cette direction perpendiculaire.
Selon l'invention, le faisceau d'ondes ultrasonores utilisé pour l'inspection diverge autour de sa direction de propagation D.
On fait référence à la figure 6B. Elle fait apparaître un tableau 41 de transducteurs élémentaires, répartis selon un motif en carré. Sans aucun caractère limitatif sur l'invention, le tableau 41 comprend ici 8 x 8 transducteurs élémentaires. Le motif présente un premier axe de symétrie x et un second axe de symétrie y, correspondant respectivement aux médiatrices des côtés du motif.
De préférence, le capteur ultrasonore se positionne par rapport au tube à contrôler de manière que le premier axe de symétrie x ou le second axe de symétrie y du motif corresponde à la direction longitudinale du tube. Par convention, on considère que, sur la figure 6B, le capteur est disposé de manière que le premier axe de symétrie x corresponde à la direction transversale du tube à contrôler. Le premier axe de symétrie x sert de direction de référence à la mesure de l'angle d'obliquité Θ. Dans cette position relative du capteur ultrasonore et du tube, le second axe de symétrie y du tableau 41 correspond à la direction longitudinale du tube.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention, on réalise au moins un tir selon une direction d'obliquité particulière, qui correspond à l'orientation des défauts recherchés.
Dans un développement avantageux du premier mode de réalisation de l'invention, on prévoit de réaliser successivement un tir ultrasonore selon chacune de plusieurs directions de tir qui diffèrent les unes des autres par la valeur de leur d'obliquité respective θί (i = 1, 2, ... n), mesurée par rapport à la direction du premier axe de symétrie x du capteur 41. Les obliquités 9i sont déterminées de manière à couvrir régulièrement un secteur angulaire de 2π radians (360°). On peut ainsi contrôler le tube quant à l'existence de défauts quelle que soit l'orientation de ces défauts dans le tube. Dans un développement encore plus avantageux, on réalise huit tirs ultrasonores successifs qui diffèrent les uns des autres par la valeur de leur d'obliquité respective 9i (i = 1, 2, 8).
Le tableau suivant recense les caractéristiques des différents tirs.
Rang du tir Direction de tir Obliquité (par rapport à la direction x) 1 Dl Θ1 = 0°
2 D2 Θ2 = 45°
3 D3 Θ3 = 90°
4 D4 Θ4 = 135°
5 D5 Θ5 = 180°
6 D6 Θ6 = 225°
7 D7 Θ7 = 270°
8 D8 Θ8 = 315°
Dans ce tableau, le rang du tir n'est qu'indicatif, ce qui importe, c'est qu'à l'issue des huit tirs, on ait couvert l'ensemble du secteur angulaire de 2π radians. L'ordre dans lequel sont réalisés les tirs importe peu. Cela est dû, notamment, au fait que, selon l'invention, il est possible de modifier la direction de propagation d'un faisceau ultrasonore sans modifier l'orientation du capteur ultrasonore par rapport au tube.
À chaque tir correspond une loi d'excitation temporelle respective qui fait se propager le faisceau d'ondes ultrasonores résultant selon une direction particulière Di, i:=l, 8, visée ou direction de tir.
Selon une première variante du premier mode de réalisation de l'invention, chaque loi d'excitation temporelle comprend au moins deux sous-lois définissant chacune les valeurs de retard à appliquer aux transducteurs d'un sous-ensemble respectif du tableau 41 de manière que les transducteurs élémentaires du sous-ensemble correspondant produisent conjointement un faisceau primaire d'ondes ultrasonores selon une direction de propagation respective, les directions de propagation respectives des faisceaux primaires divergeant les unes par rapport aux autres et par rapport à la direction de tir Di du faisceau résultant en s'éloignant du capteur ultrasonore.
Dans une première forme de cette première variante, les faisceaux primaires ne sont pas focalisés, c'est-à-dire qu'ils ne présentent aucune focalisation, ni directe, ni inverse (une focalisation inverse est aussi parfois appelée "défocalisation"). Par exemple, les faisceaux primaires peuvent présenter une focalisation lointaine en comparaison de la distance séparant le capteur du tube à contrôler. Par exemple, chaque faisceau primaire présente un point de focalisation éloigné de plus d'un mètre du capteur, tandis que ce dernier se trouve à une distance du tube comprise entre 30 et 40 millimètres. Dans une seconde forme de cette première variante, les faisceaux primaires sont chacun défocalisés, c'est-à-dire qu'ils présentent une focalisation inverse. La focale se trouve en arrière du capteur ultrasonore lorsque l'on considère le trajet des ondes ultrasonores.
Les directions d'émission respectives des faisceaux primaires forment un angle respectif de part et d'autre de la direction de propagation.
Les sous-lois sont agencées de manière que les faisceaux primaires correspondants rencontrent une surface cible du tube à contrôler correspondant à la direction visée, en des zones de pénétration respectives de cette surface qui soient adjacentes les unes des autres.
Cette première variante du premier mode de réalisation correspond à l'émission d'un faisceau d'ondes ultrasonores défléchi et divergent, lequel faisceau résulte de l'émission de faisceaux multi-directifs, en particulier bi-directifs. Les sous- faisceaux sont dépourvus de focalisation ou présentent une focalisation lointaine.
Chaque sous-loi est déterminée de manière que le sous-ensemble de transducteurs élémentaires correspondant produise un faisceau, dit primaire, dont la direction de propagation forme un angle d'inclinaison β par rapport à la direction visée Di, i := 1, ..., 8, d'un côté ou de l'autre de cette direction.
La direction de propagation de chaque faisceau primaire est telle qu'elle présente une obliquité qui se déduit de l'obliquité θί, i:= 1, 8 de la direction de propagation Di, i:= 1, 8, du faisceau résultant par l'addition, respectivement la soustraction, de la valeur de l'angle d'inclinaison β. Chaque faisceau primaire est défléchi et diverge par rapport à la direction visée Di. Dans un faisceau non focalisé, les ondes ultrasonores produites par les différents transducteurs élémentaires se propagent principalement de manière parallèle entre elles. Pour obtenir un faisceau primaire non focalisé, on applique à un sous-ensemble correspondant de transducteurs élémentaires des valeurs de retard qui suivent une loi linéaire. Le faisceau d'ondes ultrasonores résultant des faisceaux primaires diverge autour de la direction de tir Di, i:= 1 , ... , 8, en s'éloignant du capteur ultrasonore.
Selon une seconde variante du premier mode de réalisation de l'invention, chaque loi d'excitation temporelle définit des valeurs de retard à appliquer à une partie au moins des transducteurs du tableau 41 de manière que ces transducteurs élémentaires produisent conjointement un faisceau primaire d'ondes ultrasonores qui s'étend selon une direction d'émission, ou direction primaire, correspondant à la direction de tir Di et diverge autour de cette direction de tir en s'éloignant du capteur ultrasonore. Cette seconde variante du premier mode de réalisation correspond à l'émission d'un faisceau d'ondes ultrasonores divergent et défléchi par rapport à la normale N au plan principal du capteur.
Un faisceau divergent présente un angle de divergence. La valeur de cet angle peut être déterminée expérimentalement, éventuellement à l'aide de simulations qui permettent de visualiser le faisceau résultant. En pratique, on cherche des valeurs d'angle de divergence qui permettent de couvrir le plus grand secteur angulaire possible tout en conservant une bonne qualité de détection. Ceci limite le nombre de tirs nécessaires à l'inspection du tube quant à l'existence de défaut d'inclinaison quelconque. Par exemple on peut chercher à couvrir un secteur angulaire de 40°. Par exemple, on peut utiliser une valeur d'angle de divergence de 22,5°.
On s'intéresse d'abord à la construction d'une loi d'excitation temporelle permettant un tir selon la première direction Dl, dans le cas de la première variante de réalisation.
Les transducteurs élémentaires du tableau 41 situés d'un côté du premier axe de symétrie x (côté gauche sur la figure 6B) forment un premier sous-ensemble et vont générer conjointement un faisceau d'ondes ultrasonores non focalisé et incliné d'un angle -β par rapport à l'obliquité de la direction Dl . Les transducteurs élémentaires situés de l'autre côté du premier axe de symétrie x (côté droit sur la figure 6B) forment un second sous-ensemble et vont générer un faisceau d'ondes ultrasonores non focalisé et incliné d'un angle +β par rapport cette obliquité. Les deux faisceaux primaires se raccordent suivant la direction Dl en un faisceau résultant, c'est-à-dire qu'ils se superposent ou se rejoignent selon la direction Dl pour assurer une transmission d'énergie selon la direction Dl, de manière telle que le faisceau résultant soit énergétiquement homogène entre les directions (Dl - β) et (Dl + β) à la surface du tube. Il en résulte une large tâche focale à la surface du tube, ou zone d'isonifïcation, qui permet la recherche de défauts assez largement inclinés par rapport à la direction correspondant à l'obliquité de la direction du tir.
On fait référence à la figure 7A.
Le tableau 70 montre de manière générique les valeurs de retard à appliquer à chaque transducteur élémentaire du tableau 41. La valeur Bi,j du retard à appliquer au transducteur élémentaire Ci,j du tableau 41 se trouve en ligne i, colonne j du tableau 70. On fait référence à la figure 7B
Le tableau 71 est analogue au tableau 70. Le tableau 71 montre de manière générique les valeurs de retard à appliquer pour réaliser un tir selon la première direction Dl . Les retards appliqués aux transducteurs de l'un des sous-ensembles se déduisent de ceux à appliquer aux transducteurs de l'autre des sous-ensembles par une symétrie dont l'axe correspond à la première direction de symétrie x du tableau 41. La valeur Bi,j du retard à appliquer au transducteur Ci,j est égale à la valeur Bi,n-j+l du retard à appliquer au transducteur Ci,n-j+l, le nombre entier n correspondant au nombre de transducteurs élémentaires dans une ligne du tableau 41 (ici, n = 8). Par exemple, la valeur B2,3 du retard à appliquer au transducteur élémentaire C2,3 est égale à la valeur B2,6 à appliquer au transducteur élémentaire C2,6. Vu autrement, la même sous-loi d'excitation temporelle est appliquée à chacun des deux sous-ensembles de transducteurs élémentaires du tableau 41. Pour un sous-ensemble de transducteurs élémentaires, l'ensemble des valeurs de retard Bi,j telles que i:= 1 à 8 et j:= 1 à 4 peut être calculé en application des lois de calcul de propagation et d'interférence des ondes ultrasonores qui sont connues du technicien du domaine. Ce calcul peut notamment être réalisé à la main, à l'aide d'un tableur, ou au moyen d'un logiciel spécifique, par exemple du type connu sous le nom de "CIVA", distribué par la société EXTENDE.
Le tableau de l'annexe A.3 montre des lois de transposition qui permettent, à partir des valeurs de retard obtenues pour un tir selon la première direction Dl, de déduire des valeurs de retard pour le tir selon la cinquième direction D5 grâce à la symétrie du capteur. Les valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires Ci,j pour un tir selon la cinquième direction D5 se déduisent des valeurs calculées pour le tir selon D 1 par la transformation indiquée en annexe A.3.
Les valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires Ci,j pour un tir selon la troisième direction D3 se calculent de manière analogue à ce qui a été fait pour la première direction Dl .
Les transducteurs élémentaires du tableau 41 situés d'un côté du second axe de symétrie y (en haut sur la figure 6B) forment un premier sous-ensemble et vont générer conjointement un faisceau d'ondes ultrasonores non focalisé et incliné d'un angle -β par rapport à l'obliquité de la direction D3. Les transducteurs élémentaires situés de l'autre côté du second axe de symétrie y (en bas sur la figure 6B) forment un second sous- ensemble et vont générer un faisceau d'ondes ultrasonores non focalisé et incliné d'un angle +β par rapport cette obliquité. Les deux faisceaux primaires se raccordent suivant la direction D3 en un faisceau résultant, pour assurer une transmission d'énergie selon la direction D3, de manière telle que le faisceau résultant soit énergétiquement homogène entre les directions (D3 - β) et (D3 + β) à la surface du tube. Il en résulte une large tâche focale à la surface du tube, ou zone d'isonifïcation, qui permet la recherche de défauts assez largement inclinés par rapport à la direction correspondant à l'obliquité de la direction du tir. L'annexe A.3 montre que l'on peut déduire des valeurs de retard pour un tir selon la direction D3, par symétrie, les valeurs de retard pour la septième direction D7 (selon le premier axe de symétrie x.
On s'intéresse à un tir selon la direction D2.
Les transducteurs élémentaires du tableau 41 situés d'un côté d'une diagonale du motif correspondant à la direction D2 (en haut sur la figure 6B) forment un premier sous- ensemble et vont générer conjointement un faisceau d'ondes ultrasonores non focalisé et incliné d'un angle -β par rapport à l'obliquité de la direction D2. Les transducteurs élémentaires situés de l'autre côté de cette diagonale (en bas sur la figure 6B) forment un second sous-ensemble et vont générer un faisceau d'ondes ultrasonores non focalisé et incliné d'un angle +β par rapport cette obliquité. Les deux faisceaux primaires se raccordent suivant la direction D2 de manière telle que le faisceau résultant soit énergétiquement homogène entre les directions (D2 - β) et (D2 + β) à la surface du tube. Il en résulte une large tâche focale à la surface du tube, ou zone d'isonifïcation, qui permet la recherche de défauts assez largement inclinés par rapport à la direction correspondant à l'obliquité de la direction du tir.
L'annexe A.3 montre que l'on peut déduire des valeurs de retard pour un tir selon la direction D2, par symétrie, les valeurs de retard pour la quatrième direction D4 (selon le second axe de symétrie y; comme le montre également l'annexe A.1.4) ; puis pour la sixième direction D6, à partir des valeurs de retard correspondant à la direction D4, par symétrie selon le premier axe x. Des valeurs de retard pour un tir selon la huitième direction D8 se déduisent des valeurs de retard correspondant à la direction D2, par symétrie selon le premier axe x, ou des valeurs de retard correspondant à la direction D6, par symétrie selon le second axe y. L'annexe A.5 montre un plan d'adressage d'éléments répartis selon un motif en carré, lequel plan peut être utilisé pour les transducteurs élémentaires du tableau 41 par exemple. On attribue, en tant qu'adresse, le numéro 1, ou une valeur d'adresse minimale, à un transducteur élémentaire disposé en un coin du motif en carré. L'élément n° 1 se trouve dans la colonne Cl de la ligne Ll du tableau de l'annexe A.5. On attribue, en tant qu'adresse, le numéro 64, ou une valeur d'adresse maximale, au transducteur élémentaire qui se trouve diamétralement opposé au transducteur n° 1. Cet élément se trouve colonne C8 de la ligne L8 dans le tableau de l'annexe A.5. Depuis l'élément d'adresse minimale, jusqu'à l'élément d'adresse maximale, les éléments sont mutuellement ordonnés par valeurs d'adresse croissantes et disposés, dans cet ordre, en lignes puis en colonnes d'une même ligne. Dit autrement, on trouve dans une même ligne du motif des transducteurs dont les valeurs d'adresse se suivent les unes les autres. Dans le tableau de l'annexe A.5, les valeurs d'adresses sont des nombres entiers successifs compris entre 1 et 64.
La figure 8 montre une partie 80 d'un capteur multiélément dans une position de travail par rapport à une portion 82 d'un tube à contrôler. La partie 80 correspond à un tableau de transducteurs élémentaires, qui forme un motif carré, par exemple analogue au tableau 41 de la figure 6B. La direction longitudinale du tube est référencée Y. La direction normale au plan principal de la partie 80 correspond à une direction radiale du tube, notée Z. La direction normale au plan défini par les directions Y et Z est notée X. La partie 80 est disposée par rapport à la portion de tube 82 de manière que les axes de symétrie du motif y et x correspondant aux médiatrices des côtés du motif soient alignés respectivement suivant les directions Y et X.
Aux fins d'exemple, les transducteurs élémentaires de la partie 80 sont organisés selon le plan d'adressage décrit plus haut en relation avec l'annexe A.5. La partie 80 est disposée par rapport à la portion de tube 82 de manière que la direction X du tube corresponde à un premier axe de symétrie x séparant les éléments n° 4 et n° 5, tandis que la direction Y correspond à la un second axe de symétrie y séparant les éléments n° 25 et n° 33. Les éléments n° 1 à n° 8 sont disposés suivant la direction Y, dans le sens de cette direction indiquée par la flèche de la figure 8. Dit autrement, le premier axe de symétrie x de la partie 80 est disposé selon la direction tranversale X de la portion de tube 82, tandis que le second axe de symétrie y est disposé selon la direction longitudinale Y du tube.
L'annexe A.1.1 montre, sous forme de tableau, un exemple de valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires de la partie 80 pour effectuer un tir selon la direction transversale X de la portion de tube 82, c'est-à-dire la direction Dl de la figure 6B. Dans le tableau de l'annexe A.1.1, les transducteurs élémentaires sont rangés conformément au plan d'adressage défini par l'annexe A.5. La valeur du retard à appliquer à l'élément n° i se trouve dans le tableau de l'annexe A.1.1 à la même position (ligne, colonne) que l'adresse i dans le tableau de l'annexe A.5. Par exemple, le retard à appliquer à l'élément n° 28, lequel se trouve à l'intersection de la colonne C4 et de la ligne L4 du tableau de l'annexe A.5, est de 369 nanosecondes, valeur qui se trouve à l'intersection de la colonne C4 et de la ligne L4 du tableau de l'annexe A.1.1.
Les figures 9 A, 10A et 11A montrent les valeurs de retard de l'annexe A.1.1 sous la forme d'un diagramme à bâtons 84 en deux dimensions, dont la base coïncide avec la partie 80. Chaque barre, ou bâton, du diagramme représente le retard du transducteur élémentaire respectif qui coïncide avec sa base. La hauteur du bâton, qui est représentée sous la forme d'un allongement suivant la direction Z, est proportionnelle à la valeur du retard à appliquer au transducteur élémentaire en question. La figure 10A montre le diagramme 84 vu de droite, c'est-à-dire en projection dans un plan de directions X,Z et de direction normale Y. On y distingue les transducteurs élémentaires nos 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56 et 64.
La valeur du retard appliqué croît linéairement du transducteur n°8, proche d'un premier côté du motif en carré, au transducteur n°64, opposé à ce premier côté. Cette évolution linéaire des retards appliqués est schématisée par une droite 86 sur la figure 10A. L'annexe A.1.1 montre que la même loi de croissance linéaire s'applique aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction X, c'est-à-dire aux éléments de chacune des colonnes Cl à C8 du tableau de l'annexe A.1.1.
La figure 11 A montre le diagramme 84 vu de face, c'est-à-dire en projection dans un plan de directions Y,Z et de direction normale opposée à la direction X. On y distingue les transducteurs élémentaires nos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8, ainsi que les valeurs de retard appliquées à chaque transducteur élémentaire de la partie 80.
Des valeurs de retard identiques sont appliquées aux transducteurs élémentaires disposés de manière symétrique par rapport à la médiatrice de la partie 80 qui s'étend selon la direction X. Dit autrement, cette médiatrice réalise une partition de la partie 80 en deux sous-ensembles de transducteurs élémentaires auxquels sont appliquées deux sous-lois de retard. Une première sous-loi de retard s'applique aux transducteurs élémentaires situés à gauche de cette médiatrice sur la figure 11 A, en particulier les transducteurs nos 1 à 4, tandis qu'une seconde sous-loi de retard s'applique aux transducteurs élémentaires situés à droite de cette médiatrice, en particulier les transducteurs nos 5 à 8.
La valeur du retard appliqué décroît linéairement du transducteur n°l, proche d'un second côté du motif en carré, au transducteur n°4, proche de la médiatrice du premier côté. Cette évolution linéaire des retards appliqués est schématisée par une droite 88 sur la figure 11 A. L'annexe A.1.1 montre que la même loi de décroissance linéaire s'applique aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction Y situé de ce même côté de la médiatrice, c'est-à-dire, dans le tableau de l'annexe A.1.1 , aux éléments de chacune des lignes Ll à L8 situés à l'intersection des colonnes Cl à C4.
La valeur du retard appliqué croît linéairement du transducteur n°5, proche de la médiatrice du premier côté, au transducteur n°8, opposé au second côté. Cette évolution linéaire des retards appliqués est schématisée par une droite 90 sur la figure 11 A. Les droites 88 et 90 sont symétriques par rapport au plan X, Z contenant la médiatrice du premier côté du motif en carré. L'annexe A.1.1 montre que la même loi de croissance linéaire s'applique aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction Y situé de ce même côté de la médiatrice, c'est-à-dire, dans le tableau de l'annexe A.1.1, aux éléments de chacune des lignes Ll à L8 situés à l'intersection des colonnes C5 à C8.
Une fois excités séquentiellement, conformément aux valeurs de retard exposées plus haut, les transducteurs élémentaires de chacun des deux sous-ensembles produisent conjointement un faisceau d'ondes ultrasonores respectif. Les deux faisceaux ainsi produits s'étendent respectivement suivant deux directions respectives, référencée 92 et 94 sur la figure 11A, inclinées chacune d'un même angle, en valeur absolue, par rapport à la direction d'émission du faisceau résultant, direction notée 96 sur la figure 11 A. Chacun de ces deux faisceaux, que l'on peut qualifier de primaire, s'écarte de la direction visée en s'éloignant de la partie 80. La figure 12 est analogue à la figure 8 et concerne le cas d'un tir selon la direction longitudinal du tube, c'est-à-dire selon la direction Y du tube, c'est-à-dire la direction D3 de la figure 6A. La figure 12 montre les valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires de la partie 80 sous la forme d'un diagramme à bâtons 120. La partie 80 du capteur multiélément se trouve dans une position de travail par rapport à une portion 82 d'un tube à contrôler analogue à celle de la figure 8. Par rapport à la position de la figure 8, la partie 80 peut avoir été déplacée selon la direction longitudinale Y et/ou angulairement par rapport à l'axe central de la portion de tube 82, du fait par exemple d'un mouvement relatif hélicoïdal entre le tube et le capteur.
L'annexe A.1.2 rassemble les valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires de la partie 80, lorsque ceux-ci sont organisés selon le plan d'adressage décrit plus haut en relation avec l'annexe A.5. Une même loi de croissance linéaire s'applique aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction Y, c'est-à-dire aux éléments de chacune des lignes Ll à L8 du tableau de l'annexe A.1.2. La valeur du retard appliqué croît linéairement des transducteurs proches d'un côté du motif en carré perpendiculaire à la direction Y, aux transducteurs opposés à ce côté. Les valeurs de retard du tableau peuvent s'écarter d'une évolution strictement linéaire, du fait que ces valeurs sont arrondies. Compte tenu de la résolution des appareils classiquement mis en œuvre dans le domaine, de l'ordre de 5 nanosecondes, ces arrondies sont pratiquement sans effet sur la détection des défauts.
Des valeurs de retard identiques sont appliquées aux transducteurs élémentaires disposés de manière symétrique par rapport à la médiatrice de la partie 80 qui s'étend selon la direction Y.
Une même loi de décroissance linéaire s'applique aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction X situé de ce même côté de la médiatrice, c'est-à- dire, dans le tableau de l'annexe A.1.2, aux éléments de chacune des colonnes Cl à C8 situés à l'intersection des lignes Ll à L4. À chaque fois, la valeur du retard appliqué décroît linéairement du transducteur le plus proche d'un côté du motif en carré perpendiculaire à la direction X au transducteur le plus proche de la médiatrice du second côté.
Une même loi de croissance linéaire s'applique aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction X situés de ce même côté de la médiatrice, c'est-à- dire, dans le tableau de l'annexe A.1.2, aux éléments de chacune des colonnes Cl à C8 situés à l'intersection des lignes L5 à L8. À chaque fois La valeur du retard appliqué croît linéairement du transducteur le plus proche de la médiatrice du second côté au transducteur opposé au premier côté.
Une fois excités séquentiellement, conformément aux valeurs de retard exposées plus haut, les transducteurs élémentaires de chacun des deux sous-ensembles produisent conjointement un faisceau d'ondes ultrasonores respectif. Les deux faisceaux ainsi produits s'étendent respectivement suivant deux directions respectives, inclinées chacune d'un même angle, en valeur absolue, par rapport à la direction d'émission du faisceau résultant, que dans le cas d'un tir selon la direction longitudinale du tube. Chacun de ces deux faisceaux primaires s'écarte de la direction visée en s'éloignant de la partie 80.
On fait référence aux figures 13A et 14.
La figure 14 est analogue à la figure 8 et concerne le cas d'un tir dit "oblique", c'est-à- dire selon une direction inclinée à 45° par rapport à l'axe du tube dans un plan X,Y, c'est-à-dire la direction D2 de la figure 6B. La figure 14 montre les valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires de la partie 80 sous la forme d'un diagramme à bâtons 130. La figure 13A montre le diagramme 130 sous un angle de vue différent.
La partie 80 du capteur multiélément se trouve dans une position de travail par rapport à une portion 82 d'un tube à contrôler analogue à celle de la figure 8. Par rapport à la position de la figure 8, la partie 80 peut avoir été déplacée selon la direction longitudinale Y et/ou angulairement par rapport à l'axe central de la portion de tube 82, du fait par exemple d'un mouvement relatif hélicoïdal entre le tube et le capteur.
L'annexe A.1.3 rassemble des valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires de la partie 80, lorsque ceux-ci sont organisés selon le plan d'adressage décrit plus haut en relation avec l'annexe A.5.
Des lois de croissance linéaire respectives s'appliquent aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction Y, c'est-à-dire aux éléments de chacune des lignes Ll à L8 du tableau de l'annexe A.1.3. À chaque fois, la valeur du retard appliqué croît linéairement des transducteurs proches du second côté du motif en carré, aux transducteurs opposés à ce second côté.
Des lois de croissance linéaire respectives s'appliquent aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction X, c'est-à-dire aux éléments de chacune des colonnes Cl à C8 du tableau de l'annexe A.1.3. À chaque fois, la valeur du retard appliqué croît linéairement des transducteurs proches du premier côté du motif en carré, aux transducteurs opposés à ce premier côté. Une fois excités séquentiellement, conformément aux valeurs de retard exposées plus haut, les transducteurs élémentaires de chacun de deux sous-ensembles, séparés l'un de l'autre par la diagonale du motif en carré, produisent conjointement un faisceau d'onde ultrasonore respectif. Les deux faisceaux ainsi produits s'étendent respectivement suivant deux directions respectives, inclinées chacune d'un même angle, en valeur absolue, par rapport à la direction d'émission du faisceau résultant. Chacun de ces deux faisceaux primaires s'écarte de la direction visée en s'éloignant de la partie 80. Plus généralement, on s'intéresse maintenant à la construction d'une loi d'excitation temporelle permettant un tir oblique, par exemple selon la deuxième direction D2, dans le cas de la première variante de réalisation.
La direction de tir D2 correspond à un axe de symétrie du tableau 41, à savoir l'une des diagonales du motif en carré. Cette diagonale délimite deux sous-ensembles de transducteurs élémentaires, un sous-ensemble inférieur et un sous-ensemble supérieur.
Du fait de la courbure du tube à contrôler, les valeurs de retard à appliquer au premier de ces sous-ensembles diffèrent des valeurs de retard à appliquer aux transducteurs symétriques du second de ces sous-ensembles.
On fait référence de nouveau référence à la figure 7A.
On calcule d'abord de premières valeurs de retard Bi,j à appliquer à l'ensemble des transducteurs élémentaires Ci,j du tableau 41 pour que ceux-ci émettent ensemble un faisceau d'ondes ultrasonores non focalisé, défléchi selon une direction D2-p. Ces valeurs sont regroupées de manière générique dans le tableau 70.
On fait référence à la figure 15.
On calcule ensuite de secondes valeurs de retard Ai,j à appliquer l'ensemble des transducteurs élémentaires Ci,j du tableau 41 pour que ceux-ci émettent conjointement un faisceau d'ondes ultrasonores non focalisé, défléchi selon une direction ϋ2+β. Ces valeurs sont regroupées de manière générique dans le tableau 73.
On fait référence à la figure 16.
On choisit ensuite l'une des directions d'émission ϋ2+β et ϋ2-β pour la diagonale du motif du tableau 41, c'est-à-dire que l'on attribue finalement aux transducteurs Ci,i de la diagonale soit les premières valeurs de retard Bi,i soit les secondes valeurs de retard Ai,i. Par convention, on peut choisir les valeurs qui maximisent le retard aux transducteurs qui se trouvent à chacune des extrémités de cette diagonale. À titre d'exemple, on considère, dans le cas du tableau 72 de la figure 16, que ce critère est vérifié par les valeurs A8,l et Al, 8 du tableau 73, et non les valeurs B8,l et Bl,8 du tableau 70, du fait d'un besoin énergétique plus important dans la direction correspondant aux éléments A lié à une réponse plus faible dans cette direction, faiblesse qui découle de la géométrie du tube.
On mémorise les valeurs de retard de la loi correspondant aux autres coins, à savoir, dans l'exemple, la seconde valeur Al,l et la première valeur B8,8. On attribue en tant que valeurs finales de retard pour les éléments Ci,j de la partie supérieure du tableau 41 les secondes valeurs de retard Ai,j. Les valeurs finales de retard pour les éléments Ci,j de la partie inférieure du tableau 41 sont déduites par interpolation linéaire à partir des premières valeurs de retard Bi,j. On utilise d'abord la valeur du retard au coin correspondant à la partie du tableau dont les valeurs sont à déterminées pour calculer les valeurs de retard de la colonne et de la ligne correspondante par interpolation linéaire. Puis, on interpole à chaque fois entre une valeur de la diagonale déterminée et la valeur en extrémité de ligne ou de colonne.
Dit autrement, on conserve les valeurs de la moitié du tableau correspondant à la diagonale, tandis que les autres valeurs de retard sont légèrement modifiées, par interpolation linéaire à partir des valeurs initialement obtenues. On fait maintenant référence aux figures 9B, 10B, 11B et 13B qui illustrent des valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires dans la seconde variante de réalisation de l'invention. Selon cette seconde variante de réalisation, les transducteurs élémentaires produisent conjointement un faisceau primaire défocalisé et défléchi par rapport à la normale au plan principal du capteur. Pour le calcul de lois de retard, un faisceau divergent peut être considéré comme un faisceau à focalisation inversée, c'est-à-dire qui présente un lieu de focalisation virtuel situé en arrière du capteur multiélément selon la direction de tir des ondes ultrasonore. Pour obtenir un faisceau résultant défocalisé, on applique de préférence à certains au moins des transducteurs élémentaires du capteur des valeurs de retard qui suivent une loi parabolique. En variante ces valeurs de retard sont obtenues à partir d'une loi proche d'une loi parabolique, correspondant par exemple à une pluralité de lois linéaires approchant chacune une portion d'une même parabole.
Outre l'obliquité de sa direction primaire, un faisceau divergent et défléchi peut être défini par la valeur d'angle de déflexion a et une valeur d'un angle d'ouverture de faisceau, ou angle de divergence δ. L'angle de déflexion a est déterminé en fonction du diamètre du tube à contrôler et de la distance séparant le capteur de ce tube. Il est différent pour chacun des tirs selon les directions Dl, D2 et D3. Pour les tirs suivant les autres directions, les valeurs de l'angle de déflexion a se déduisent des symétries du motif du capteur. La valeur de l'angle de divergence δ peut être la même pour l'ensemble des tirs, quelle que soit la direction visée. On cherche le plus grand angle de divergence compatible avec des critères de qualité et/ou de rapidité que l'on se fixe. Par exemple, la valeur de l'angle de divergence peut découler du fait que le nombre de tirs est fixé du fait d'un impératif de production. Il en résulte une valeur minimale de l'angle de divergence δ. La valeur de l'angle de divergence peut également découler d'un critère de qualité, lié à la taille des défauts que l'on souhaite pouvoir détecter. Cela impose une valeur maximale de l'angle de divergence δ. Dans la plupart des applications, la valeur de l'angle de divergence δ sera choisie de manière qu'elle réponde au mieux à ces critères.
Ces grandeurs peuvent être déterminées par essais successifs, ou simulation, sur des entailles étalons dont l'orientation et la profondeur respective correspondent aux défauts que l'on recherche dans le tube.
Par exemple, une valeur de l'angle de divergence δ de 22,5° peut être utilisée. Les figures 9B, 10B et 11B sont analogues aux figures 9A, 10A et 11A. Elles montrent sous la forme d'un diagramme à bâtons 140 un exemple de valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires de la partie 80 du capteur pour produire un tir selon la direction transversale X de la portion de tube 82. Les transducteurs sont adressés conformément à l'annexe A.5. Les valeurs de retard sont rassemblées dans le tableau de l'annexe A.2.1.
La figure 10B montre le diagramme 140 vu de droite, c'est-à-dire en projection dans un plan de directions X,Z et de direction normale Y. On y distingue les transducteurs élémentaires nos 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56 et 64.
La valeur du retard appliqué croît de manière parabolique du transducteur n°8, proche d'un premier côté du motif en carré, au transducteur n°64, opposé à ce premier côté. Cette évolution parabolique des retards appliqués est schématisée pour une portion de parabole 142 sur la figure 10B. L'annexe A.2.1 montre que la même loi de croissance s'applique aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction X, c'est-à-dire aux éléments de chacune des colonnes Cl à C8 du tableau de l'annexe A.2.1.
La figure 11B montre le diagramme 140 vu de face, c'est-à-dire en projection dans un plan de directions Y,Z et de direction normale opposée à la direction X. On y distingue les transducteurs élémentaires nos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8, ainsi que la valeur de retard appliquée aux transducteurs élémentaires de la partie 80. Des valeurs de retard identiques sont appliquées aux transducteurs élémentaires disposés de manière symétrique par rapport à la médiatrice de la partie 80 qui s'étend selon la direction X. Cette médiatrice réalise une partition de la partie 80 en deux sous- ensembles de transducteurs élémentaires auxquels sont respectivement appliquées deux sous-lois de retard. Une première sous-loi de retard s'applique aux transducteurs élémentaires situés d'un côté de cette médiatrice, en particulier aux transducteurs nos 1 à 4 situés à gauche de cette médiatrice sur la figure 11B, .Une seconde sous-loi de retard s'applique aux transducteurs élémentaires situés de l'autre côté de cette médiatrice, en particulier aux transducteurs numéros 5 à 8 situés à droite de cette médiatrice sur la figure 11B
La valeur du retard appliqué suit une loi parabolique du transducteur n°l, proche d'un côté du motif en carré, au transducteur n°8, éloigné de ce côté. Cette évolution des retards appliqués est schématisée pour une portion de parabole 144 sur la figure 11B.
La valeur du retard décroît du transducteur n°l au transducteur n°4. L'annexe A.2.1 montre que la même loi de décroissance parabolique s'applique aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction Y situé de ce même côté de la médiatrice, c'est-à-dire, dans le tableau de l'annexe A.2.1, aux éléments de chacune des lignes Ll à L8 situés à l'intersection des colonnes Cl à C4.
La valeur du retard appliqué croît du transducteur n°5, proche de la médiatrice, au transducteur n°8. L'annexe A.2.1 montre que la même loi de croissance parabolique s'applique aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction Y situé de ce même côté de la médiatrice, c'est-à-dire, dans le tableau de l'annexe A.2.1, aux éléments de chacune des lignes Ll à L8 situés à l'intersection des colonnes C5 à C8.
Une fois excités séquentiellement, conformément aux valeurs de retard exposées plus haut, les transducteurs élémentaires de chacun des deux sous-ensembles produisent conjointement un faisceau d'ondes ultrasonores qui s'étend selon la direction X et qui diverge en s'éloignant de la partie 80 du capteur. Le tableau de l'annexe A.2.2 rassemble des valeurs de retard qui peuvent être appliquées aux transducteurs élémentaires pour produire conjointement un faisceau d'ondes ultrasonores divergent qui s'étend selon la direction Y. Des valeurs de retard identiques sont appliquées aux transducteurs élémentaires disposés de manière symétrique par rapport à la médiatrice de la partie 80 qui est disposée selon la direction X. Cette médiatrice réalise une partition de la partie 80 en deux sous-ensembles de transducteurs élémentaires, auxquels sont respectivement appliquées deux sous-lois de retard.
La figure 13B est analogue à la figure 13A et concerne le cas d'un tir dit "oblique", c'est-à-dire selon une direction inclinée à 45° par rapport à l'axe du tube dans un plan X,Y, c'est-à-dire la direction D2 de la figure 6B. La figure 13B montre les valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires de la partie 80 sous la forme d'un diagramme à bâtons 150.
La partie 80 du capteur multiélément se trouve dans une position de travail par rapport à une portion 82 d'un tube à contrôler analogue à celle de la figure 8. Par rapport à la position de la figure 8, la partie 80 peut avoir été déplacée selon la direction longitudinale Y et/ou angulairement par rapport à l'axe central de la portion de tube 82, du fait par exemple d'un mouvement relatif hélicoïdal entre le tube et le capteur.
L'annexe A.2.3 rassemble les valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires de la partie 80, lorsque ceux-ci sont organisés selon le plan d'adressage décrit plus haut en relation avec l'annexe A.5.
Des lois de croissance paraboliques respectives s'appliquent aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction Y, c'est-à-dire aux éléments de chacune des lignes Ll à L8 du tableau de l'annexe A.2.3. À chaque fois, la valeur du retard appliqué croît de manière parabolique des transducteurs proches d'un côté du motif en carré aux transducteurs opposés à ce côté par rapport à la direction X. Des lois de croissance paraboliques respectives s'appliquent aux transducteurs élémentaires de chaque alignement selon la direction X, c'est-à-dire aux éléments de chacune des colonnes Cl à C8 du tableau de l'annexe A.2.3. À chaque fois, la valeur du retard appliqué croît de manière parabolique des transducteurs proches d'un côté du motif en carré aux transducteurs opposés à ce côté par rapport à la direction Y.
Une fois excités séquentiellement, conformément aux valeurs de retard exposées plus haut, les transducteurs élémentaires de chacun de deux sous-ensembles, séparés l'un de l'autre par la diagonale du motif en carré, produisent conjointement un faisceau d'onde ultrasonore s'étendant selon la direction D2 et divergeant par rapport à cette direction à mesure qu'il s'éloigne du capteur.
De manière analogue à ce qui a été décrit plus haut en rapport avec la première variante de réalisation, on peut utiliser les différentes symétries du motif du capteur pour déduire certaines lois de retard de lois calculées pour d'autres directions de tir.
On s'intéresse maintenant au second mode de réalisation de l'invention, dans lequel les transducteurs élémentaires produisent conjointement un faisceau résultant divergent non défléchi, qui s'étend selon la direction normale au plan principal du capteur. Dans ce second mode de réalisation, on effectue un unique tir d'ondes ultrasonores. Le faisceau divergent peut être défini par une valeur d'angle d'ouverture de faisceau, ou angle de divergence δ.
Dans ce mode de réalisation, le premier axe de symétrie x et le second axe de symétrie y du motif du tableau 41 délimitent quatre sous-ensembles de transducteurs élémentaires auxquels est appliquée à chaque fois une même sous-loi de retard. Le tableau de l'annexe A.4 indique un exemple de valeurs de retard à appliquer aux transducteurs élémentaires pour générer un faisceau résultant divergent et non défléchi par rapport à la direction normale à la surface active du capteur. Ici, ce faisceau divergent résulte d'un faisceau primaire défocalisé. À chaque fois, la valeur de retard croît avec l'éloignement à chacun du premier axe de symétrie x et du second axe de symétrie y.
On vient de décrire deux variantes de réalisation d'un premier mode de réalisation de l'invention permettant de réaliser séquentiellement des tirs selon des directions distinctes. Dans chacun de ces tirs, on "insonifïe" une large portion du tube à inspecter, en produisant un faisceau résultant divergent. Une portion importante du tube se trouve parcourue par les ondes ultrasonores résultant du tir. La déflection du faisceau résultant permet de détecter la présence de défauts présentant une orientation correspondante par rapport au tube. Selon une première variante, le faisceau divergent et défléchi résulte d'au moins deux faisceaux primaires non focalisés et défléchis, respectivement générés par un sous-ensemble de transducteurs élémentaires. Dans une seconde variante, le faisceau divergent et défléchi résulte d'au moins un faisceau primaire divergent et défléchi.
On vient également de décrire un second mode de réalisation, qui permet de réaliser un unique tir pour détecter la présence de défauts quelle que soit leur inclinaison. Là encore, le caractère divergent du faisceau permet d'insonifier une large partie du tube à contrôler.
À chaque fois, on utilise la symétrie du capteur pour calculer des sous-lois de retard qui s'appliquent à un sous-ensemble des transducteurs élémentaires.
Les ondes ultrasonores reçues en tant que réponse à un tir sont traitées afin d'y détecter d'éventuels échos résultants de la présence de défauts ou d'imperfections.
Dans un premier développement de l'invention, le traitement des ondes ultrasonores reçues comprend l'application d'une loi de retard dite "inverse" de la loi de retard ayant servi à l'émission des ondes ultrasonores lors d'un tir. Dit autrement, le traitement des ondes ultrasonores reçues comprend l'application d'une valeur de retard spécifique Ri,j au signal reçu à chaque transducteur élémentaire Ci,j du capteur. La valeur de retard en réception Ri,j se calcule à partir de la valeur de retard Ei,j appliquée au transducteur élémentaire Ci,j à l'émission, selon la formule suivante :
Ri,j = max(Ei,j) - Ei,j
La valeur max(Ei,j) représente la valeur de retard maximale des valeurs de retard appliquées aux transducteurs élémentaires Ei,j du capteur.
Le calcul d'une loi de retard inverse peut se faire à l'aide du logiciel ayant permis le calcul de la loi de retard d'émission, à l'aide d'un tableur ou de manière manuelle. On détecte ainsi principalement, dans la section de tube inspectée, des défauts ou imperfections orientés de manière correspondante à la direction du tir. On peut également y détecter des défauts légèrement inclinés par rapport à cette direction, dans la limite de l'ouverture du faisceau primaire, généralement un rapport signal sur bruit plus faible.
Avantageusement, dans un second développement, le traitement des ondes ultrasonores reçues comprend l'application de la technique connue par le document WO 03/050527. Pour chaque tir, on traite les signaux reçus en appliquant plusieurs lois de retard inverses, correspondant chacune à une valeur d'obliquité comprise dans le faisceau primaire. Ces lois de retard inverses sont calculées classiquement par la technique connue par WO 03/050527. Par exemple, les différentes valeurs d'obliquités se distinguent les unes des autres d'une valeur de 5°. À la suite d'un tir, on détecte, dans la section de tube inspectée, des défauts orientés selon les différentes obliquités comprises dans le faisceau primaire résultant de ce tir avec, à chaque fois, un rapport signal sur bruit pratiquement identique. Dans ce second développement, les défauts dont l'orientation est à la fois comprise dans l'ouverture du faisceau d'ondes ultrasonores correspondant au tir et inclinée par rapport à l'obliquité de la direction principale de ce faisceau sont détectés avec un meilleur rapport signal sur bruit. Dit autrement, ce second développement améliore la détection des défauts fins. Dit autrement encore, le dispositif présente dans ce cas une meilleure résolution. Par exemple, avec un faisceau en émission présentant un angle d'ouverture de 40°, et l'application de lois de retard correspondant à des inclinaisons respectives de 5°, on détecte de manière particulièrement efficace les défauts inclinés de 0, +/- 5°, +/- 10°, +/- 15°, +/- 20° par rapport à la direction principale du faisceau.
On fait référence aux figures 17, 18A et 18B.
Ces figures représentent les zones dites "d'insonifïcation", c'est-à-dire frappées par une partie au moins de l'un des faisceaux ultrasonores utilisés pour inspecter toutes les orientations possibles des défauts. Ces figures résultent de simulations.
La figure 17 correspond à une configuration de référence. Dans cette configuration, on a réalisés 72 tirs, à chaque fois selon une direction d'obliquité de 5° par rapport au tir précédent. La figure 17 montre une zone d'insonifïcation 170 à -6 décibels, ou zone focale, où se concentre le maximum d'énergie. La zone 170 présente une forme de couronne elliptique et est pratiquement homogène. La zone d'insonifïcation 170 mesure environ 50 millimètres par 30 millimètres.
La figure 18A correspond à la configuration selon la première variante du premier mode de réalisation, dans le cas où l'on applique la technique dite du "pinceau", ou "paintbrush" en anglais, en post-traitement. Le paramètre β vaut 15°. Seuls 8 tirs ont été nécessaires pour obtenir le résultat de la figure 18 A. Les amplitudes sont pratiquement homogènes pour l'ensemble des directions visées. La figure 18A montre une zone d'insonifïcation 180 dont l'allure se rapproche d'une couronne elliptique. La zone d'insonifïcation 180 mesure environ 50 millimètres par 35 millimètre, ce qui est très proche de la zone de référence de la figure 17.
La figure 18B correspond à la configuration selon le second mode de réalisation, dans le cas où l'on applique la technique dite du "pinceau" en post-traitement. Le faisceau est défocalisé à 25 millimètres. La figure 18B montre une zone d'insonifïcation 185 dont l'allure est elliptique. La zone 185 décibels mesure 80 millimètres par 60 millimètres, ce qui est proche de la zone de référence de la figure 17. La zone à -6 décibels est plus large que pour le premier mode de réalisation. La parie centrale de l'ellipse se trouve également insonifïée, alors que cette zone présente une moindre utilité pour l'inspection du tube.
Par rapport à la figure 18A, la figure 18B montre une zone d'insonifîcation 185 plus homogène, correspondant à un niveau d'énergie pratiquement identique pour l'ensemble des directions inspectées.
Par rapport à la figure 18B, la figure 18A montre une zone centrale de l'ellipse qui n'est pas insonifié, ce dont il résulte un meilleur signal sur bruit. Cependant, le mode second mode de réalisation offre une plus grande cadence d'inspection.
Aucun diagramme d'insonifîcation correspondant à la seconde variante du premier mode de réalisation n'est montré. Un tel diagramme présente une zone d'insonifîcation elliptique plus large que celles montrées sur les figures 17, 18A et 18B. Il en résulte une relative perte d'énergie et un rapport signal sur bruit moindre. Pour autant, ce diagramme présente une plus grande homogénéité selon les directions visées, ce qui facilite l'inspection. En particulier, il n'est pas nécessaire de compenser les différences énergétiques entre les différentes directions visées. La Demanderesse est parvenue à contrôler de manière satisfaisante un tube quant à l'existence de défauts orientés de manière quelconque en huit tirs seulement, tout en conservant les vitesses d'avance habituelles dans la technique.
On vient de décrire un dispositif qui permet de contrôler un tube quant à l'existence de défauts de toute inclinaison à une vitesse compatible avec les cadences de production. Ce gain de vitesse résulte notamment du fait que tout repositionnement du capteur par rapport au tube entre deux tirs successifs, de directions différentes, est inutile. Dans le dispositif en question, pour chaque direction visée, on fait générer par des portions respectives d'un capteur multiéléments carré des faisceaux d'ondes ultrasonores divergeant par rapport à la direction visée et qui se raccordent au moment de frapper la surface extérieure du tube à contrôler. Ce dispositif n'est pas limité à un capteur présentant un motif carré. Il peut être utilisé de manière équivalente avec un capteur dans lequel les transducteurs élémentaires sont organisés en un rectangle. Il peut également être utilisé un capteur dans lequel les transducteurs élémentaires seraient répartis circulairement. Dans ce cas, les portions du motif dédiées à chaque faisceau divergent correspondent à un secteur angulaire du motif. On peut par exemple réaliser des tirs successifs sur les différents secteurs, avec des lois de retard qui peuvent être calculées à l'aide de logiciels analogues à celui connu sous le nom de "CIVA". L'invention peut également vue comme un procédé de contrôle d'un produit métallurgique long, en particulier un tube, dans lequel on utilise de manière répétée le dispositif décrit pour le faire tirer selon chacune des directions Dl à D8.
L'invention peut encore être vue comme un procédé de contrôle de produits métallurgiques, dans lequel on produit un tir d'ondes ultrasonores selon une direction visée à l'aide d'un palpeur ultrasonore comprenant une pluralité de transducteurs élémentaires, opérables indépendamment les uns des autres et répartis selon un motif de dimension deux en appliquant une loi temporelle d'excitation aux transducteurs élémentaires, cette loi temporelle d'excitation comprenant une ou plusieurs sous-lois pour chacune exciter séquentiellement un sous-ensemble au moins de la pluralité de transducteurs élémentaires, chaque sous-loi étant agencée de manière que l'excitation des transducteurs élémentaires du sous-ensemble correspondant produise un faisceau primaire d'ondes ultrasonores respectif, et la ou les sous-lois étant en outre agencées de manière que ledit tir corresponde à un faisceau d'ondes ultrasonores résultant des faisceaux primaires d'ondes ultrasonores respectifs des sous-ensembles de transducteurs élémentaires, ledit faisceau résultant divergeant autour de la direction visée en s'éloignant du capteur ultrasonore.
On a décrit une valeur de l'angle β de 20° à titre d'exemple, en particulier dans le cadre d'un tir selon Dl . La valeur de cet angle peut être adaptée en fonction de la taille des transducteurs élémentaires. Par exemple, on peut augmenter la valeur de cet angle lorsque la taille des transducteurs diminue. Selon un aspect de l'invention, on applique des sous-lois de manière à exciter simultanément des transducteurs élémentaires disposés en symétrie mutuelle par rapport à une direction privilégiée dudit motif. Bien que l'on ait décrit les axes de symétrie d'un motif en carré en tant que directions privilégiés, l'invention n'est nullement limitée à cette réalisation particulière. A des motifs de formes différentes correspondent à chaque fois des directions privilégiées de ces motifs. Par exemple, un motif, où les éléments transducteurs sont conformés en secteurs angulaires et disposés en symétrie par rapport à certaines directions radiales, par exemple inclinées de 120° les unes des autres, possède ces directions radiales en tant que directions privilégiées.
On a décrit plus particulièrement un capteur ultrasonore de forme matricielle comprenant 64 éléments répartis selon un motif en carré de 8 éléments sur 8 éléments. L'invention n'est limitée ni par ce nombre d'éléments, ni par ce motif particulier. A chaque fois, un tir ultrasonore permet d'inspecter un tronçon longitudinal d'un tube quant à l'existence de défauts. Pour contrôler ce tube sur l'ensemble de sa longueur, on peut déplacer le tube et le capteur ultrasonore l'un par rapport à l'autre. Dans un développement de l'invention, on peut utiliser plusieurs capteurs ultrasonores disposés les uns à côté des autres selon la direction longitudinale du tube à contrôler. En faisant travailler ces capteurs simultanément les uns aux autres, on peut inspecter, pour chaque position relative du capteur et du tube, un tronçon plus long de ce tube. Dans un autre développement encore, on peut utiliser un capteur ultrasonore matriciel multiéléments dont on décompose le motif en sous-motifs élémentaires et l'on fait travailler chaque sous-motif simultanément aux autres à la manière d'un capteur ultrasonore isolé. On inspecte ainsi une plus longue portion du tube à contrôler. Par exemple, un tel capteur ultrasonore peut comprendre 256 éléments répartis selon un motif rectangulaire de 8 éléments sur 32 éléments. En disposant ce capteur de telle manière que la longueur du motif corresponde à la longueur du tube, on dispose virtuellement de 8 capteurs multiéléments à motif carré de 8 éléments sur 8 éléments disposés suivant la longueur du tube. Et l'on peut faire fonctionner ces 8 capteurs de manière simultanée pour inspecteur une longueur importante du tube, à chaque tir. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits plus haut, à titre d'exemple uniquement, mais englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art.
Annexe A.1 : Valeurs de retard correspondant au premier mode de réalisation, première variante (en nanosecondes)
Annexe A.1.1 : tir selon la direction Dl
Figure imgf000043_0001
Annexe A.1.2 : tir selon la direction D3
Cl C2 C3
Li 114 290 464 639 813 986 1159 1332
L2 77 252 427 601 775 949 1122 1294
L3 39 214 389 563 737 911 1084 1256
L4 0 175 350 525 699 872 1045 1217
L5 0 175 350 525 699 872 1045 1217
L6 39 214 389 563 737 911 1084 1256
L7 77 252 427 601 775 949 1122 1294
L8 114 290 464 639 813 986 1159 1332
Annexe A.1.3 : tir selon la direction D2
Cl C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
Li 0 157 314 471 627 782 937 1091
L2 116 230 387 544 700 855 1010 1164
L3 233 346 460 616 772 928 1083 1237
L4 349 462 575 688 844 1000 1155 1309
L5 466 578 691 803 916 1071 1226 1381
L6 582 694 806 918 1030 1142 1297 1451
L7 699 810 922 1033 1145 1256 1367 1522
L8 815 926 1037 1148 1259 1370 1481 1592
Annexe A.1.4 : tir selon la direction D4
Cl C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
Li 815 926 1037 1148 1259 1370 1481 1592
L2 699 810 922 1033 1145 1256 1367 1522
L3 582 694 806 918 1030 1142 1297 1451
L4 466 578 691 803 916 1071 1226 1381
L5 349 462 575 688 844 1000 1155 1309
L6 233 346 460 616 772 928 1083 1237
L7 116 230 387 544 700 855 1010 1164
L8 0 157 314 471 627 782 937 1091
Annexe A.2 : Valeurs de retard correspondant au premier mode de réalisation, seconde variante (en nanosecondes)
Annexe A.2.1 : tir selon la direction Dl
Figure imgf000046_0001
Annexe A.2.2 : tir selon la direction D3
Cl C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
Li 133 194 277 381 506 652 817 1002
L2 67 128 211 316 441 587 754 939
L3 22 84 167 272 398 544 711 897
L4 0 62 145 250 376 523 690 876
L5 0 62 145 250 376 523 690 876
L6 22 84 167 272 398 544 711 897
L7 67 128 211 315 441 587 754 939
L8 133 194 277 381 506 652 817 1002
Annexe A.2.3 : tir selon la direction D2
Cl C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
Li 0 30 83 158 255 373 512 672
L2 56 86 139 213 310 428 567 726
L3 134 164 216 291 387 504 642 801
L4 234 264 316 390 485 602 739 897
L5 355 385 436 510 604 720 857 1013
L6 497 527 578 651 745 860 995 1150
L7 660 689 740 812 905 1019 1153 1307
L8 842 871 922 993 1085 1198 1330 1483
Annexe A.3 : lois de transposition des valeurs de retard
Direction de tir Valeurs de retard Transformation
Dl Calculées Néant
D2 Calculées Néant
D3 Calculées Néant
D4 Déduites des valeurs de D2 Bi,j := Bi, n+l-j
D5 Déduites des valeurs de Dl Bi,j := Bn+l-i, j
D6 Déduites des valeurs de D4 Bi,j := Bn+l-i, j
D7 Déduites des valeurs de D3 Bi,j := Bn+l-i, j
D8 Déduites des valeurs de D6 Bi,j := Bi, n+l-j
Annexe A.4 : valeurs de retard correspondant au second mode de réalisation (en nanosecondes)
Cl C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
Li 582 456 365 310 310 365 456 582
L2 456 330 239 184 184 239 330 456
L3 365 239 148 93 93 148 239 365
L4 310 184 93 38 38 93 184 310
L5 310 184 93 38 38 93 184 310
L6 365 239 148 93 93 148 239 365
L7 456 330 239 184 184 239 330 456
L8 582 456 365 310 310 365 456 582
Annexe A.5 : matrice d'adressage des transducteurs élémentaires d'un capteur
Cl C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
Li n° 1 n°2 n°3 n°4 n° 5 n°6 n° 7 n° 8
L2 n°9 n° 10 n° 11 n° 12 n° 13 n° 14 n° 15 n° 16
L3 n° 17 n° 18 n° 19 n° 20 n°21 n° 22 n° 23 n° 24
L4 n° 25 n° 26 n° 27 n° 28 n° 29 n°30 n°31 n° 32
L5 n°33 n° 34 n°35 n°36 n°37 n°38 n°39 n° 40
L6 n°41 n° 42 n° 43 n° 44 n° 45 n° 46 n° 47 n° 48
L7 n° 49 n°50 n°51 n° 52 n°53 n° 54 n°55 n°56
L8 n°57 n°58 n°59 n° 60 n°61 n° 62 n° 63 n° 64

Claims

Revendications
1. Dispositif de contrôle de produits métallurgiques du type comprenant :
- un capteur ultrasonore (5;7;C) comprenant une pluralité de transducteurs élémentaires (9) opérables indépendamment les uns des autres et répartis selon un motif
(41) de dimension deux ;
- une première électronique (27) capable d'exciter chacun des transducteurs élémentaires selon au moins une loi temporelle correspondant à un tir d'ondes ultrasonores selon une direction visée ;
- une seconde électronique (31) capable de traiter une partie au moins de signaux captés par chacun des transducteurs élémentaires ;
caractérisé en ce que :
- chaque loi temporelle est agencée de manière que le tir correspondant produise un faisceau d'ondes ultrasonores généralement divergent autour de la direction visée en s'éloignant du capteur ultrasonore.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque loi temporelle comprend au moins une sous-loi temporelle pour l'excitation d'au moins un sous-ensemble respectif des transducteurs élémentaires (9).
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel chaque sous-ensemble de transducteurs élémentaires correspond à une portion respective du motif (41).
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel lesdites portions du motif correspondent dans leur ensemble à une partition dudit motif.
5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel chaque sous-loi est agencée de manière que l'excitation des transducteurs élémentaires (9) du sous- ensemble correspondant produise un faisceau primaire d'ondes ultrasonores respectif, et ledit faisceau d'ondes ultrasonores généralement divergent résulte des faisceaux primaires d'ondes ultrasonores respectifs des sous-ensembles de transducteurs élémentaires (9).
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque loi temporelle est agencée de manière que l'excitation des transducteurs élémentaires (9) correspondante produise un ou plusieurs faisceaux primaires, et ledit faisceau d'ondes ultrasonore généralement divergent résulte du ou des faisceaux primaires d'ondes ultrasonores.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel chaque faisceau primaire s'étend selon une direction respective qui s'écarte de la direction visée en s'éloignant du capteur ultrasonore.
8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel chaque faisceau primaire est sensiblement dépourvu de focalisation. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel chaque faisceau primaire est défocalisé selon la direction visée.
10. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel chaque loi temporelle est agencée de manière que l'excitation des transducteurs élémentaires (9) correspondante produise un unique faisceau primaire d'ondes ultrasonores défocalisé selon la direction visée.
11 Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, dans lequel les faisceaux primaires rencontrent une surface cible correspondant à la direction visée en des zones de pénétration respectives de cette surface qui sont adjacentes les unes des autres.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les faisceaux primaires s'étendent suivant des directions respectives inclinées sensiblement d'un même angle de part et d'autre de la direction visée.
13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque direction visée correspond à une direction privilégiée respective du motif.
14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel chaque direction privilégiée correspond à un axe de symétrie du motif. 15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le motif correspond à un tableau de forme carré ou rectangulaire.
16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pluralité de transducteurs élémentaires est répartie sur une surface active du capteur ultrasonore, et chaque direction visée est inclinée par rapport à une direction normale à la surface active en une position centrale du motif.
17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel la pluralité de transducteurs élémentaires est répartie sur une surface active du capteur ultrasonore, et la direction visée est normale à la surface active, au moins en une position centrale du motif.
18. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la partition du motif correspond à des axes de symétrie de ce motif qui correspondent à la direction visée.
19. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel certaines au moins des lois temporelles comprennent des sous-lois identiques pour l'excitation simultanée des transducteurs élémentaires disposés en symétrie mutuelle par rapport à une direction privilégiée du motif.
20. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les directions visées sont inclinées les unes par rapport aux autres de manière sensiblement identique.
21. Procédé de contrôle de produits métallurgiques comprenant les étapes suivantes : A. prévoir un capteur ultrasonore (5;7;C) comprenant une pluralité de transducteurs élémentaires (9) opérables indépendamment les uns des autres et répartis selon un motif (41) de dimension deux ; B. exciter chacun des transducteurs élémentaires pour produire un tir d'ondes ultrasonores correspondant à un faisceau généralement divergent autour d'une direction visée en s'éloignant du capteur ultrasonore ;
C. traiter une partie au moins de signaux captés par chacun des transducteurs élémentaires en réponse au tir ultrasonore.
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