WO2015193604A1 - Procede de controle non destructif et sans contact d'un objet ayant une surface complexe par sondage, programme d'ordinateur et dispositif de sondage correspondants - Google Patents

Procede de controle non destructif et sans contact d'un objet ayant une surface complexe par sondage, programme d'ordinateur et dispositif de sondage correspondants Download PDF

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WO2015193604A1
WO2015193604A1 PCT/FR2015/051589 FR2015051589W WO2015193604A1 WO 2015193604 A1 WO2015193604 A1 WO 2015193604A1 FR 2015051589 W FR2015051589 W FR 2015051589W WO 2015193604 A1 WO2015193604 A1 WO 2015193604A1
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delays
waves
measurement signals
transmission delays
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Sébastien ROBERT
Léonard LEJEUNE
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Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays

Definitions

  • the present invention relates to a non-destructive and non-contact method of inspecting an object using a probe provided with a plurality of transducers. It also relates to a computer program and a sounding device for the implementation of this method.
  • the invention is particularly applicable to the field of non-destructive ultrasonic testing of mechanical parts having a complex shape, in particular during a total immersion test, in which a mechanical part is immersed in a liquid to be remotely probed at using a sensor also immersed in the liquid, for example in the aeronautical sector. More generally, the invention relates to any field in which it is desired to remotely probe a medium with a complex interface, whether by ultrasonic, sonic, or even electromagnetic waves.
  • the non-contact control can be performed, not only in total immersion, but also with the aid of a local immersion device using the water jet technique, such as for example implementation in the systems known as "squirter Systems” from Ultrasonic Sciences Ltd (http://www.ultrasonic-sciences.co.uk), or using a local immersion device using a multi-transducer probe mounted on a flexible membrane shoe filled with water, as described for example in the article by Bird et al, titled “Qualification of phased array inspection of thin welds", 18th World Conference on Nondestructive Testing (WCNDT), 16-20 April 2012, Durban, South Africa.
  • the non-contact control could also be applied to so-called airborne sensors, that is to say not requiring a coupling with a liquid to transmit the ultrasound inside the object to be controlled.
  • multi-transducer ultrasonic sensor technology is not yet developed in this area.
  • the invention relates more particularly to a method of non-destructive non-contact inspection comprising the following steps:
  • this document describes a method in which the aforementioned step loop is executed only once and in which the step of correcting the initial transmission delays from the intermediate measurement signals consists in proceeding two stages: firstly, an estimate of the unknown surface of the object is calculated explicitly from the intermediate measurement signals obtained on the occasion of a first shot; then a law of delays is calculated from this surface estimated and applied on the occasion of a second shot.
  • the initial transmission delays are zero delays. On the second shot, there is therefore no explicit correction of the initial emission delays but the direct application of the delay law established from the estimated surface of the object.
  • this document describes a method in which the loop of steps is executed several times but in which the step of correcting the initial transmission delays from the intermediate measurement signals does not proceed in the same way as in the US 2006/0195273 A1.
  • no estimate of the surface of the object is calculated in FR 2 963 443 B1
  • the delays in emission and the intermediate measurements of flight time between the transducers and the surface of the object on the occasion of an n-th shot being directly exploited to form the emission delays of the (n + 1) -th shot from the emission delays of the nth shot, without further recording or particular analysis.
  • This simplification in the processing of the intermediate measurement signals does not cause degradation of the final results thanks to the repetition of the step loop.
  • the initial emission delays are arbitrary, in particular they can be null by default or exploit a possible prior knowledge, even incomplete, of the surface of the object.
  • the B-scan obtained is then of much better quality and allows in particular a better detection of possible defects in the inspected object.
  • four to five iterations of the step loop may be sufficient to achieve a suitable result regardless of the type of geometry being inspected.
  • the method makes it possible to inspect the different geometries (plane with or without inclination, concave, convex) of the same object by using a single probe, for example a conventional probe with a plane geometry of its transducers.
  • This method further comprising the following steps:
  • the additional transmission delays are defined beforehand for focusing at an angle and / or at a desired depth beyond the surface of the object and on the basis of an assumption of flatness of this surface.
  • steps A, B, C, E, F and G are performed successively several times at times repeated in time.
  • the probe is moved relative to the object in a plurality of path-forming positions, and wherein, at each new position of the probe in the path, steps A, B, C, E, F and G are executed.
  • step D several sets of additional transmission delays relating to several delay laws are defined in step D and are associated with the different positions on the path at one set per position.
  • the new final measurement signals are processed in step G so as to produce a B-scan or S-scan image of the object.
  • the additional transmission delays are defined beforehand for focusing at an angle of approximately 45 ° with respect to the normal to an axis or plane of the transducers, in particular at an angle of between 40 ° and 50 ° compared to this normal.
  • control is done by ultrasound sounding using an ultrasonic probe for the emission of ultrasonic waves by the transducers.
  • a computer program downloadable from a communication network and / or recorded on a computer readable medium and / or executable by a processor, including instructions for performing the steps of a non-destructive testing method and without contact of an object according to the invention, when said program is executed on a computer.
  • an ultrasonic sounding device comprising a probe comprising a housing and a plurality of ultrasonic transducers attached to the housing, and control and processing means designed for: - A) controlling the transducers so that they emit to a surface of an object waves having initial emission delays with respect to each other,
  • control and processing means being furthermore designed for:
  • FIG. 1 schematically represents the general structure of a sounding device according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 illustrates the successive steps of a non-destructive and non-contact control method implemented by the sounding device of FIG. 1
  • FIG. 3 illustrates a first example of use of the probe of FIG. 1 for probing an object whose geometry is representative of a tube with variation of section,
  • FIG. 4 illustrates several intermediate steps of the execution of the method of FIG. 2 in the example of FIG. 3,
  • FIG. 5 illustrates B-scan images obtained from measurement signals recorded in the steps illustrated in FIG. 4,
  • FIGS. 6 and 7 illustrate other steps of the execution of the method of FIG. 2 in the example of FIG. 3, and
  • FIG. 8 illustrates a second example of use of the probe of FIG. 1 for the formation of an S-scan image.
  • a device 100 for probing an object 102 comprises an articulated arm 104, an ultrasound probe 106 attached to the articulated arm 104 and arm control means 108.
  • articulated arm adapted to control the articulated arm 104 so that the latter moves the probe 106 relative to the object 102.
  • the object 102 is for example a mechanical part which one wishes to examine by non-destructive control. It has an irregular surface 102A and is immersed in a liquid, such as water 1 10, the probe 106 being kept away from the object 102 and its surface 102A so that the water 1 10 separates them.
  • the probe 106 firstly comprises a housing 1 12, that is to say a non-deformable structural element which serves as a reference attached to the probe 106.
  • the probe 106 further comprises N transducers 1 14 ⁇ ..., 1 14 N arranged linearly in the housing 1 12 and attached to the latter.
  • the transducers 1 14-1, ..., 1 14 N are designed to emit ultrasonic waves towards the object 102 in response to control signals identified under the general reference C, in a main plane which is that of the figure.
  • the transducers 1 14 ⁇ ..., 1 14 No is further arranged for detecting echoes of the ultrasonic waves reflected on the surface 102A in the object 102 and to provide measurement signals identified by the general reference M or Mf corresponding to these echoes.
  • the sounding device 100 further comprises an electronic circuit 1 16 for controlling the transducers 1 14-1, 1 14 N of the probe 106 and for processing the measurement signals M or Mf.
  • the electronic circuit 1 16 is connected to the probe 106 in order to transmit to it the control signals C and in order to receive the signals of measure M or Mf.
  • the electronic circuit 1 16 is for example that of a computer.
  • the electronic circuit 1 16 has a central processing unit 1 18, such as a microprocessor designed to transmit the control signals C to the probe 106 and to receive from the probe 106 the measurement signals M or Mf, and a memory 120 in which a computer program 122 is recorded.
  • the computer program 122 includes an instruction loop 124 to 138 that may be executed one or more times.
  • an iteration rank p will be used to distinguish the different iterations of the instruction loop 124 to 138.
  • the initial execution of the loop corresponds to p equal to zero (first iteration), while each repetition of the loop corresponds to the value of p: p is equal to one for the first repetition (that is to say the second iteration), to two for the second repetition (that is to say the third iteration), etc.
  • the first law of delays in emission L ° comprises the initial delays of the law of retar
  • the initial delays of the initial delay law E ° are predefined in the computer program 122. These are, for example, zero delays (no delay between the transducers). 1, ..., 1 14 no), in particular in the case in which no information, even approximate, are known on the geometry of the 102A surface of the object 102.
  • the initial delays of the law initial delays E ° may be non-zero, and generate for example a wavefront partially adapted to the geometry of the object 102 as a first approximation. This variant is for example used in the case where the geometry of the surface 102A of the object 102 is already at least partially known.
  • the computer program 122 further comprises instructions 126 designed to control the transducers 1 14-1, ..., 1 14 N so that they emit to the object 102 ultrasonic waves having emission delays L P V ..., L P N some compared to others.
  • control signals C v are designed so that the transducers 1 14 ⁇ ..., 1 14 N emit pulsed ultrasonic waves of central frequency f, where f is the optimum operating frequency of the sensor, and for shifting in time these waves relative to each other with emission delays consistent with the law of delays l v .
  • emission delays are intended to compensate for the differences between the distances separating each transducer from the object 102 for the forward path, so that the ultrasonic waves emitted by the transducers 1 14-1, ..., 1 14 N reach at the same time the surface 102A of the object 102.
  • the instructions 128 are furthermore designed to record the signals of measure M p .
  • the instructions 128 are designed to record the measurement signal M of each transducer 1 14 n over a time window of predetermined duration and commencing, for example, when the control signal C of this transducer 1 14 n is issued.
  • the control signals C v including the delays of transmission of the law of delays l v , the recordings of the measurement signals M v also integrate these emission delays.
  • the reception offsets R v are intended to compensate for the differences between the distances separating each transducer from the object for the return path, so that the ultrasonic waves, which are supposed to be reflected at the same instant on the surface of the object 102 thanks to delays in issuing the law of delays l v , be synchronized and therefore considered in the record as reaching at the same time the transducers 1 14-1, ..., 1 14 No.
  • the computer program 122 therefore comprises instructions 132 designed to shift the recordings of the measurement signals M p as a function of the reception offsets R v .
  • the round-trip times t v take account of the delays of transmission of the law of delays l v and the offsets in reception R v .
  • the round-trip time ⁇ for each transducer 1 14 n is determined by detecting, for example, the maximum of the envelope of the corresponding measurement signal ⁇ , recorded in the offset record.
  • the computer program 122 further comprises instructions 136 designed to determine additional transmission delays complementary to a delay law E p + 1 from the round-trip times t v .
  • the complementary emission delays of the delay law E v + 1 are determined by the following formula:
  • the computer program 122 further comprises instructions 138 designed to evaluate a stopping test, in order to exit the instruction loop 124 to 138 if the stopping test is verified or to continue with a new iteration in the opposite case.
  • the instructions 138 are designed to return to the instructions 124 in order to cause a new iteration of the instruction loop 124 to 138, with the new complementary transmission delays of the delay law E v + 1 , of so that the set of complementary delay laws comprises p + 1 complementary delay laws E 1 , ..., E P + 1 .
  • this test means that, if the maximum difference between the round-trip times t v determined by the instructions 134 is less than then, it can be considered as a first approximation that these flight times
  • the instructions 138 may be designed to exit the instruction loop 124 to 138 after a predetermined number of executions of the loop, for example four or five, or p equal to three or four.
  • These additional transmission delays The 1 a, F), ..., the N a, F) relate to a delay law designed to focus the transmitted waves at a desired angle a and / or depth F beyond the surface. 102A of the object 102. If the desired focusing is only directional, without a particular focusing depth, then F is set to infinity ( ⁇ ).
  • the computer program 122 further comprises instructions 142 designed to control the transducers 1 14-1, ..., 1 14 N so that they emit to the object 102 ultrasonic waves having the emission delays of the the law of final delays Lf with respect to each other.
  • These control signals Cf are designed so that the transducers 1 14 ⁇ ..., 1 14 N emit impulse ultrasonic waves of central frequency f, and to shift in the time these waves relative to each other with emission delays consistent with the law of delays Lf.
  • the additional transmission delays previously defined and denoted V a, F),..., V N (a, F) are calculated as a function of at least one additional desired delay law. to focus the waves emitted by the transducers 1 14 ⁇ ..., 1 14 N at a desired angle a and / or depth F beyond the surface 102A of the object 102.
  • These additional transmission delays are calculated in a manner known per se, advantageously on the basis of a flatness hypothesis of the surface 102A and even parallelism with respect to the array of transducers 1 14-1, ..., 1 14 N. In particular, they can be estimated on a flat and horizontal portion (relative to the transducer array 1 14 ⁇ ..., 1 14 N ) known from the surface 102A of the object 102.
  • An index k intended to vary from 1 to K in order to follow the movement of the probe 106 along its inspection path, is initialized to 1 at step 202.
  • Step 202 is followed by a step 204 during which the probe 106 is in its position x k , k being equal to 1 during this first execution of step 204.
  • the index p introduced previously is initialized to zero.
  • the initial transmission delays of the initial delay law E ° at a given position are advantageously made equal to the last transmission delays of the delay law l v determined at a previous position including the immediately preceding position. This makes it possible to increase the inspection speeds of very large surface pieces by reducing the number of shots at each position.
  • the processing unit 18 January executing instructions 126 controls each transducer 1 14 n to emit ultrasonic waves to the object 102, the ultrasonic waves emitted by the transducers 1 14 ..., 1 14 N with emission delays consistent with the delay law 1 v .
  • the processing unit 18 January executing instructions 126 transmits each control signal C to 14 n corresponding transducer 1, the C v control signals including the transmission delays of the delay law l v.
  • each transducer 1 14 ⁇ ..., 1 14 N emits, following the reception of its control signal, a pulsed ultrasonic wave of central frequency f.
  • the pulses are time-shifted relative to each other according to the transmission delay law L p .
  • each transducer 1 14 n receives the echoes of the ultrasonic waves reflected on the surface 102A in the object 102.
  • each transducer 1 14 n provides its measurement signal ⁇ , measuring in particular the echoes of the ultrasonic waves on the surface of the object 102A 102.
  • 1 processing unit 18 executing the instructions 128 receives this signal ⁇ and records it.
  • steps 218i to 218 N the processing unit 1 18 executing the instructions 128 stops the recording of the signal ⁇ of the transducer 1 14 n .
  • the processing unit 118 executing the instructions 130 determines the reception offsets R v from the delay delays of the delay law l v .
  • the processing unit 1 18 executing the instructions 132 shifts the recordings of the measurement signals M v as a function of the reception offsets R v , in order to obtain the off-set recordings M.
  • the processing unit 118 executing instructions 136 determines new complementary transmission delays according to the law of delays E p + 1 from the round-trip times t v .
  • steps 220 to 226 make it possible to determine additional emission delays of the delay law E v + 1 from the measurement signals M v .
  • the processing unit 1 18 executing the instructions 138 determines the stopping or the continuation of the instruction loop 124 to 138, and, in the latter case, increments p by one unit before to return to step 206.
  • Lf L P + L '(a, F, k) - min [( ⁇ + L' ⁇ a, F, / c)), ..., (L V N + L ' N (a, F, / vs))]
  • the processing unit 1 18 executing the instructions 142 controls the transducers 1 14-1, ..., 1 14 N so that they emit to the object 102 ultrasonic waves having the delays of final transmission of the final delay law Lf with respect to each other.
  • the processing unit 1 18 executing instructions 142 transmits control signals to the transducers Cf 1 14-1, ..., 1 14 N control signals Cf including end transmission delays final delay law Lf.
  • the processing unit 1 18 executing the instructions 144 receives and processes the final measurement signals Mf originating from the waves transmitted with the final transmission delays of the final delay law! /, For example to produce a B-scan image of the object 102.
  • FIGS. 3 to 7 a first example of use of the non-destructive non-contact inspection method of FIG. 2 will be detailed.
  • the object 102 illustrated in FIG. 3 is a tube with section variation, a detail D of which is shown in section on the right-hand side of FIG. 3.
  • the probe 106 is intended to move along this tube (principal direction indicated by the axis ( ⁇ , ⁇ )) and at a distance from it by immersion in water 1 10.
  • the signals received and processed in a B-scan image during the four steps illustrated in FIG. 4 give the results illustrated in FIG. 5.
  • the surface 102A of the object 102 appears on a slope and the image is noisy beyond this surface.
  • the surface 102A gets closer and closer to a horizontal line and the quality of the B-scan image obtained improves.
  • FIG. 6.c) illustrates the application of the sum of the delay laws of FIGS. 6 (a) and 6 (b), as obtained at step 230 of the method 200 by the calculation of the final emission delays. of the law of final delays Lf. It can be seen that, although the surface 102A of the object 102 is not horizontal in x k , thanks to the addition, if appropriate, of the delay laws L '(45 °, ⁇ , k) and L 3 effected at the In step 230, finally, the 45 ° and no deep focus inspection desired in step 232 is finally obtained.
  • an S-scan image of an object 102 exhibiting defects Df (see FIG. 8.a) is desired.
  • the probe 106 is placed in a fixed position and controlled for example manually by a user.
  • the formation of such an S-scan image requires the application of several dozen delay laws L '(a, F) to cover an angular sector large enough with a good resolution, as for example shown in Figure 8.b).
  • L '(a, F) is calculated to generate a plane wave propagating in a direction oriented by an angle a in the object 102, with a varying from -45 ° to +45 ° for example.
  • the computer program instructions could be replaced by electronic circuits dedicated to the functions performed during the execution of these instructions.
  • the method according to the invention can be implemented with a mechanical displacement of the probe or by proceeding with an electronic displacement of a sub-opening along the total opening of the sensor where the transducers are located.

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Abstract

Ce procédé de contrôle non destructif et sans contact d'un objet (102) à l'aide d'une sonde (106) munie d'une pluralité de transducteurs (1141,...., 14N), comprend les étapes suivantes : commander les transducteurs (1141,...., 14N) afin qu'ils émettent vers une surface (102A) de l'objet (102) des ondes présentant des retards d'émission initiaux entre elles; exécuter au moins une fois une boucle d'étapes consistant à recevoir des signaux de mesure intermédiaires (M), corriger les retards d'émission des transducteurs à l'aide des signaux de mesure intermédiaires et commander les transducteurs afin qu'ils émettent des ondes présentant les retards d'émission corrigés (Lp); et recevoir des signaux de mesure finaux (M) résultant de la réflexion d'un front d'onde reçu simultanément sur ladite surface. En outre, des retards d'émission supplémentaires sont définis pour focaliser les ondes émises selon un angle et/ou à une profondeur souhaités au-delà de ladite surface (102A). Ils sont ajoutés aux derniers retards d'émission corrigés (Lp), les transducteurs sont commandés en tenant compte de ces ajouts (Lf) et de nouveaux signaux de mesures finaux (Mf) sont reçus et traités.

Description

PROCEDE DE CONTROLE NON DESTRUCTIF ET SANS CONTACT D'UN OBJET AYANT UNE SURFACE COMPLEXE PAR SONDAGE,
PROGRAMME D'ORDINATEUR ET DISPOSITIF DE SONDAGE
CORRESPONDANTS
La présente invention concerne un procédé de contrôle non destructif et sans contact d'un objet à l'aide d'une sonde munie d'une pluralité de transducteurs. Elle concerne également un programme d'ordinateur et un dispositif de sondage pour la mise en œuvre de ce procédé.
L'invention s'applique notamment au domaine du contrôle non destructif par ultrasons de pièces mécaniques ayant une forme complexe, en particulier lors d'un contrôle en immersion totale, dans lequel une pièce mécanique est plongée dans un liquide pour être sondée à distance à l'aide d'un capteur également plongé dans le liquide, par exemple dans le secteur aéronautique. Plus généralement, l'invention concerne tout domaine dans lequel on souhaite sonder à distance un milieu avec une interface complexe, que ce soit par des ondes ultrasonores, sonores, voire même électromagnétiques.
Dans le cas des ultrasons, le contrôle sans contact peut être réalisé, non seulement en immersion totale, mais aussi à l'aide d'un dispositif d'immersion locale utilisant la technique du jet d'eau, telle que par exemple mise en œuvre dans les systèmes connus sous le nom de « squirter Systems » de la société Ultrasonic Sciences Ltd (http://www.ultrasonic-sciences.co.uk), ou encore à l'aide d'un dispositif d'immersion locale utilisant une sonde à transducteurs multiples montée sur un sabot à membrane souple rempli d'eau, comme cela est par exemple décrit dans l'article de Bird et al, intitulé « Qualification of a phased array inspection of thin welds », 18th World Conférence on Nondestructive Testing (WCNDT), 16-20 avril 2012, Durban, Afrique du Sud. Le contrôle sans contact pourrait également s'appliquer à des capteurs dits aériens, c'est-à-dire ne nécessitant pas un couplage avec un liquide pour transmettre les ultrasons à l'intérieur de l'objet à contrôler. Cependant la technologie des capteurs ultrasonores à transducteurs multiples n'est pas encore au point dans ce domaine.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de contrôle non destructif sans contact comprenant les étapes suivantes :
- commander les transducteurs afin qu'ils émettent vers une surface de l'objet des ondes présentant des retards d'émission initiaux les unes par rapport aux autres, - exécuter au moins une fois la boucle d'étapes suivante, de manière à obtenir après au moins une itération un front d'onde reçu simultanément sur la surface :
• recevoir depuis les transducteurs des signaux de mesure intermédiaires, mesurant en particulier des échos dus à des réflexions des ondes sur ladite surface de l'objet,
• corriger les retards d'émission des transducteurs à l'aide des signaux de mesure intermédiaires et commander les transducteurs afin qu'ils émettent vers ladite surface de l'objet des ondes présentant les retards d'émission corrigés les unes par rapport aux autres,
- recevoir depuis les transducteurs des signaux de mesure finaux résultant de la réflexion d'un front d'onde reçu simultanément sur ladite surface de l'objet.
Un procédé de ce type est par exemple décrit dans la demande de brevet publiée sous le numéro US 2006/0195273 A1.
Plus précisément, ce document décrit un procédé dans lequel la boucle d'étapes précitée n'est exécutée qu'une seule fois et selon lequel l'étape de correction des retards d'émission initiaux à partir des signaux de mesure intermédiaires consiste à procéder en deux temps : tout d'abord, une estimation de la surface inconnue de l'objet est calculée de façon explicite à partir des signaux de mesure intermédiaires obtenus à l'occasion d'un premier tir ; puis une loi de retards est calculée à partir de cette surface estimée et appliquée à l'occasion d'un second tir.
Plus précisément également, dans ce document, les retards d'émission initiaux sont des retards nuls. Au second tir, il n'y a donc pas explicitement de correction des retards d'émission initiaux mais l'application directe de la loi de retards établie à partir de la surface estimée de l'objet.
Un autre procédé de ce type est également décrit dans le brevet publié sous le numéro FR 2 963 443 B1.
Plus précisément, ce document décrit un procédé dans lequel la boucle d'étapes est exécutée plusieurs fois mais selon lequel l'étape de correction des retards d'émission initiaux à partir des signaux de mesure intermédiaires ne procède pas de la même façon que dans le document US 2006/0195273 A1. En effet, aucune estimation de la surface de l'objet n'est calculée dans FR 2 963 443 B1 , les retards en émission et les mesures intermédiaires de temps de vol entre les transducteurs et la surface de l'objet à l'occasion d'un n-ième tir étant directement exploités pour former les retards en émission du (n+1 )-ième tir à partir des retards en émission du n- ième tir, sans autre enregistrement ou analyse particuliers. Cette simplification dans le traitement des signaux de mesure intermédiaires n'engendre pas de dégradation des résultats finaux grâce à la répétition de la boucle d'étapes. Selon ce procédé amélioré également, les retards d'émission initiaux sont quelconques, notamment ils peuvent être nuls par défaut ou exploiter une éventuelle connaissance a priori, même incomplète, de la surface de l'objet.
Ce procédé tel que décrit dans le document FR 2 963 443 B1 est connu sous le nom de technologie SAUL (de l'anglais « Surface-Adaptive ULtrasound).
Le B-scan obtenu est alors de bien meilleure qualité et permet notamment une meilleure détection de défauts éventuels dans l'objet inspecté. En général, quatre à cinq itérations de la boucle d'étapes peuvent suffire pour parvenir à un résultat convenable quel que soit le type de géométrie inspectée. Ainsi, le procédé permet d'inspecter les différentes géométries (planes avec ou sans inclinaison, concaves, convexes) d'un même objet en utilisant une sonde unique, par exemple une sonde conventionnelle avec une géométrie plane de ses transducteurs.
Du fait de la loi de retards finale appliquée, la surface de l'objet est toujours atteinte simultanément par le front d'onde, de sorte que le front d'onde pénètre toujours de la même façon dans l'objet. Ce procédé appliqué tel quel est donc idéalement adapté au contrôle de structures composites stratifiées issues, par exemple, de l'aéronautique (telles que des structures en polymère à renfort fibre de carbone dites PRFC). En revanche, il est moins adapté à l'inspection d'objets métalliques pour lesquels on souhaite former et maîtriser un faisceau focalisé dans le matériau pour améliorer la qualité de la détection de défauts.
Il peut ainsi être souhaité de prévoir un procédé de contrôle non destructif et sans contact d'un objet qui permette de s'affranchir au moins en partie du problème indiqué ci-dessus.
Il est donc proposé un procédé de contrôle non destructif et sans contact d'un objet à l'aide d'une sonde munie d'une pluralité de transducteurs, comprenant les étapes suivantes :
- A) commander les transducteurs afin qu'ils émettent vers une surface de l'objet des ondes présentant des retards d'émission initiaux les unes par rapport aux autres, - B) exécuter au moins une fois la boucle d'étapes suivante, de manière à obtenir après au moins une itération un front d'onde reçu simultanément sur la surface :
• recevoir depuis les transducteurs des signaux de mesure intermédiaires, mesurant en particulier des échos dus à des réflexions des ondes sur ladite surface de l'objet,
• corriger les retards d'émission des transducteurs à l'aide des signaux de mesure intermédiaires et commander les transducteurs afin qu'ils émettent vers ladite surface de l'objet des ondes présentant les retards d'émission corrigés les unes par rapport aux autres,
- C) recevoir depuis les transducteurs des signaux de mesure finaux résultant de la réflexion d'un front d'onde reçu simultanément sur ladite surface de l'objet,
ce procédé comportant en outre les étapes suivantes :
- D) définir des retards d'émission supplémentaires relatifs à une loi de retards conçue pour focaliser les ondes émises selon un angle et/ou à une profondeur souhaités au-delà de la surface de l'objet,
- E) ajouter les derniers retards d'émission corrigés aux retards d'émission supplémentaires pour former des retards d'émission finaux,
- F) commander les transducteurs afin qu'ils émettent vers l'objet des ondes présentant les retards d'émission finaux les unes par rapport aux autres, et
- G) recevoir et traiter de nouveaux signaux de mesure finaux issus des ondes émises avec les retards d'émission finaux.
Ainsi, la prise en compte de retards d'émission supplémentaires pour focaliser à l'intérieur de l'objet inspecté, selon un angle et/ou une profondeur souhaités, permet d'ajouter de la souplesse à la technologie SAUL précédemment introduite et donc de l'améliorer pour certaines applications, notamment pour l'inspection d'objets métalliques. Cela revient à exploiter la loi de retards issue de la technologie SAUL pour focaliser sous la surface complexe d'un objet et réaliser ainsi de l'imagerie adaptative en immersion. Cela permet surtout, grâce à une amélioration astucieuse de la technologie SAUL, d'adapter judicieusement un faisceau au-delà d'une surface complexe d'un objet sans avoir besoin de reconstruire la géométrie de cette surface. Il est alors possible de s'affranchir d'un calcul coûteux de lois de retards selon le principe de Fermât de recherche de trajets les plus courts, contrairement à ce qui est souvent préconisé dans l'état de la technique, et de parvenir à une imagerie temps réel autorisant des vitesses d'inspection accélérées avec des appareils à architecture électronique relativement simple, tels que les appareils de contrôle non destructif conventionnels.
De façon optionnelle, les retards d'émission supplémentaires sont définis préalablement pour une focalisation selon un angle et/ou à une profondeur souhaitée au-delà de la surface de l'objet et sur la base d'une hypothèse de planéité de cette surface.
De façon optionnelle également, les étapes A, B, C, E, F et G sont exécutées successivement à plusieurs reprises à des instants répétés dans le temps.
De façon optionnelle également, la sonde est déplacée par rapport à l'objet selon une pluralité de positions formant un trajet, et dans lequel, à chaque nouvelle position de la sonde sur le trajet, les étapes A, B, C, E, F et G sont exécutées.
De façon optionnelle également, plusieurs ensembles de retards d'émission supplémentaires relatifs à plusieurs lois de retards sont définis à l'étape D et sont associés aux différentes positions sur le trajet à raison d'un ensemble par position.
De façon optionnelle également, les nouveaux signaux de mesure finaux sont traités à l'étape G de manière à produire une image de type B-scan ou S-scan de l'objet.
De façon optionnelle également, les retards d'émission supplémentaires sont définis préalablement pour une focalisation selon un angle d'environ 45° par rapport à la normale à un axe ou plan des transducteurs, notamment selon un angle compris entre 40° et 50° par rapport à cette normale.
De façon optionnelle également, le contrôle se fait par sondage échographique à l'aide d'une sonde à ultrasons pour l'émission d'ondes ultrasonores par les transducteurs.
Il est également proposé un programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de contrôle non destructif et sans contact d'un objet selon l'invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
Enfin, il est également proposé un dispositif de sondage à ultrasons comportant une sonde comprenant un boîtier et une pluralité de transducteurs à ultrasons attachés au boîtier, et des moyens de commande et de traitement conçus pour : - A) commander les transducteurs afin qu'ils émettent vers une surface d'un objet des ondes présentant des retards d'émission initiaux les unes par rapport aux autres,
- B) exécuter au moins une fois la boucle d'étapes suivante, de manière à obtenir après au moins une itération un front d'onde reçu simultanément sur la surface :
• recevoir depuis les transducteurs des signaux de mesure intermédiaires, mesurant en particulier des échos dus à des réflexions des ondes sur ladite surface de l'objet,
• corriger les retards d'émission des transducteurs à l'aide des signaux de mesure intermédiaires et commander les transducteurs afin qu'ils émettent vers ladite surface de l'objet des ondes présentant les retards d'émission corrigés les unes par rapport aux autres,
- C) recevoir depuis les transducteurs des signaux de mesure finaux résultant de la réflexion d'un front d'onde reçu simultanément sur ladite surface de l'objet,
les moyens de commande et de traitement étant en outre conçus pour :
- D) définir des retards d'émission supplémentaires relatifs à une loi de retards conçue pour focaliser les ondes émises selon un angle et/ou à une profondeur souhaités au-delà de la surface de l'objet,
- E) ajouter les derniers retards d'émission corrigés aux retards d'émission supplémentaires pour former des retards d'émission finaux,
- F) commander les transducteurs afin qu'ils émettent vers l'objet des ondes présentant les retards d'émission finaux les unes par rapport aux autres, et
- G) recevoir et traiter de nouveaux signaux de mesure finaux issus des ondes émises avec les retards d'émission finaux.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement la structure générale d'un dispositif de sondage selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 illustre les étapes successives d'un procédé de contrôle non destructif et sans contact mis en œuvre par le dispositif de sondage de la figure 1 , - la figure 3 illustre un premier exemple d'utilisation de la sonde de la figure 1 pour sonder un objet dont la géométrie est représentative d'un tube avec variation de section,
- la figure 4 illustre plusieurs étapes intermédiaires de l'exécution du procédé de la figure 2 dans l'exemple de la figure 3,
- la figure 5 illustre des images B-scan obtenues à partir de signaux de mesure enregistrés aux étapes illustrées sur la figure 4,
- les figures 6 et 7 illustrent d'autres étapes de l'exécution du procédé de la figure 2 dans l'exemple de la figure 3, et
- la figure 8 illustre un deuxième exemple d'utilisation de la sonde de la figure 1 pour la formation d'une image S-scan.
En référence à la figure 1 , un dispositif de sondage 100 d'un objet 102 selon un mode de réalisation de l'invention comporte un bras articulé 104, une sonde à ultrasons 106 fixée au bras articulé 104 et des moyens 108 de commande de bras articulé conçus pour commander le bras articulé 104 afin que ce dernier déplace la sonde 106 par rapport à l'objet 102.
L'objet 102 est par exemple une pièce mécanique que l'on souhaite examiner par contrôle non destructif. Il présente une surface 102A irrégulière et est immergé dans un liquide, tel que de l'eau 1 10, la sonde 106 étant maintenue à distance de l'objet 102 et de sa surface 102A afin que l'eau 1 10 les sépare.
La sonde 106 comporte tout d'abord un boîtier 1 12, c'est-à-dire un élément de structure indéformable qui sert de référentiel attaché à la sonde 106.
La sonde 106 comporte en outre N transducteurs 1 14^ ...,1 14N disposés linéairement dans le boîtier 1 12 et attachés à ce dernier. Les transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N sont conçus pour émettre des ondes ultrasonores en direction de l'objet 102 en réponse à des signaux de commande identifiés sous la référence générale C, dans un plan principal qui est celui de la figure.
Les transducteurs 1 14^ ...,1 14N sont en outre conçus pour détecter des échos des ondes ultrasonores se réfléchissant sur la surface 102A et dans l'objet 102 et pour fournir des signaux de mesure identifiés sous la référence générale M ou Mf correspondant à ces échos.
Le dispositif de sondage 100 comporte en outre un circuit électronique 1 16 de commande des transducteurs 1 14-1 , 1 14N de la sonde 106 et de traitement des signaux de mesure M ou Mf. Le circuit électronique 1 16 est connecté à la sonde 106 afin de lui transmettre les signaux de commande C et afin de recevoir les signaux de mesure M ou Mf. Le circuit électronique 1 16 est par exemple celui d'un ordinateur. Le circuit électronique 1 16 présente une unité centrale de traitement 1 18, telle qu'un microprocesseur conçu pour émettre vers la sonde 106 les signaux de commande C et pour recevoir de la sonde 106 les signaux de mesure M ou Mf, et une mémoire 120 dans laquelle est enregistré un programme d'ordinateur 122.
Le programme d'ordinateur 122 comporte une boucle d'instructions 124 à 138 pouvant être exécutée une ou plusieurs fois. Dans la suite de la description, un rang d'itération p sera utilisé pour distinguer les différentes itérations de la boucle d'instructions 124 à 138. L'exécution initiale de la boucle correspond à p égal à zéro (première itération), tandis que chaque répétition de la boucle correspond à la valeur de p : p est égal à un pour la première répétition (c'est-à-dire la deuxième itération), à deux pour la deuxième répétition (c'est-à-dire la troisième itération), etc.
Le programme d'ordinateur 122 comporte tout d'abord des instructions 124 conçues pour déterminer une loi de retards en émission Lv = [Lp v ... , LP N], où Lv n est le retard d'émission à appliquer au transducteur 1 14n, à partir de retards initiaux définis selon une loi de retards initiale E° = {E°, ... , £"#) et, le cas échéant, de lois de retards d'émission complémentaires E1 = {E{, ... , ¾), Ev = [Ep , ... , Ε^] qui auront été déterminées par les instructions 136 décrites plus loin. Dans le mode de réalisation décrit, la loi de retards en émission lv est déterminée en additionnant les retards initiaux de la loi de retards initiale E° et les retards d'émission complémentaires des lois de retards complémentaires E1, Ev : Lp = E° + E1 +••• + EP. A la première exécution des instructions 124, c'est-à-dire lorsque p est égal à zéro, la première loi de retards en émission L° comporte les retards initiaux de la loi de retards initiale E° : L° = E°. Les retards initiaux de la loi de retards initiale E° sont prédéfinis dans le programme d'ordinateur 122. Il s'agit par exemple de retards nuls (aucun retard entre les transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N), en particulier dans le cas où aucune information, même approximative, n'est connue sur la géométrie de la surface 102A de l'objet 102. En variante, les retards initiaux de la loi de retards initiale E° peuvent être non nuls, et engendrent par exemple un front d'onde partiellement adapté à la géométrie de l'objet 102 en première approximation. Cette variante est par exemple utilisée dans le cas où la géométrie de la surface 102A de l'objet 102 est déjà au moins partiellement connue.
Le programme d'ordinateur 122 comporte en outre des instructions 126 conçues pour commander les transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N afin qu'ils émettent vers l'objet 102 des ondes ultrasonores ayant des retards d'émission LP V ... , LP N les unes par rapport aux autres. A cet effet, les instructions 126 sont conçues pour transmettre à la p-ième itération des signaux de commande C notés Cv = c , C aux transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N, où C est la commande transmise au transducteur 1 14n devant présenter un retard d'émission l?n. Ces signaux de commande Cv sont conçus pour que les transducteurs 1 14^ ...,1 14N émettent des ondes ultrasonores impulsionnelles de fréquence centrale f, où f est la fréquence de fonctionnement optimal du capteur, et pour décaler dans le temps ces ondes les unes par rapport aux autres avec des retards d'émission conformes à la loi de retards lv. Ces retards d'émission ont pour but de compenser les différences entre les distances séparant chaque transducteur de l'objet 102 pour le trajet aller, afin que les ondes ultrasonores émises par les transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N atteignent au même instant la surface 102A de l'objet 102.
Le programme d'ordinateur 122 comporte en outre des instructions 128 conçues pour recevoir à la p-ième itération, depuis les transducteurs, des signaux de mesure M notés Mv = [M , ... , Μ^], où M est le signal de mesure fourni par le transducteur 1 14n à la p-ième itération, mesurant en particulier les échos dus aux réflexions des ondes ultrasonores sur la surface 102A de l'objet 102. Les instructions 128 sont en outre conçues pour enregistrer les signaux de mesure Mp. Dans le mode de réalisation décrit, les instructions 128 sont conçues pour enregistrer le signal de mesure M de chaque transducteur 1 14n sur une fenêtre temporelle de durée prédéterminée et débutant, par exemple, lorsque le signal de commande C de ce transducteur 1 14n est émis. Les signaux de commande Cv incluant les retards d'émission de la loi de retards lv , les enregistrements des signaux de mesure Mv intègrent eux aussi ces retards d'émission.
Le programme d'ordinateur 122 comporte en outre des instructions 130 conçues pour déterminer des décalages en réception Rv =
Figure imgf000011_0001
... , RN V] des enregistrements des signaux de mesure Mv , à partir des retards d'émission de la loi de retards lv, étant le décalage en réception de l'enregistrement du signal de mesure Μζ. Dans le mode de réalisation décrit, les décalages en réception Rv sont déterminés au moyen de la formule suivante : R = max(L^, ... , LP N)— lv n. Les décalages en réception Rv ont pour but de compenser les différences entre les distances séparant chaque transducteur de l'objet pour le trajet retour, afin que les ondes ultrasonores, qui sont supposées se réfléchir au même instant sur la surface de l'objet 102 grâce aux retards d'émission de la loi de retards lv , soient synchronisées et donc considérées dans l'enregistrement comme atteignant au même instant les transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N.
Le programme d'ordinateur 122 comporte donc des instructions 132 conçues pour décaler les enregistrements des signaux de mesure Mp en fonction des décalages en réception Rv. Les enregistrements ainsi décalés sont notés M_p = {M , ... , ^], OÙ M est l'enregistrement décalé du signal M du transducteur 1 14n.
Le programme d'ordinateur 122 comporte en outre des instructions 134 conçues pour déterminer des temps de vol aller-retour tv = {t , ... , t^], où est le temps de vol aller-retour déterminé à partir de l'enregistrement décalé correspondant au transducteur 1 14n. Ainsi, les temps de vol aller-retour tv tiennent compte des retards d'émission de la loi de retards lv et des décalages en réception Rv. Dans le mode de réalisation décrit, le temps de vol aller-retour ΐζ pour chaque transducteur 1 14n est déterminé en détectant, par exemple, le maximum de l'enveloppe du signal de mesure correspondant Μζ, enregistré dans l'enregistrement décalé .
Le programme d'ordinateur 122 comporte en outre des instructions 136 conçues pour déterminer de nouveaux retards d'émission complémentaires d'une loi de retards Ep+1 à partir des temps de vol aller-retour tv. Dans le mode de réalisation décrit, les retards d'émission complémentaires de la loi de retards Ev+1 sont détermi yen de la formule suivante :
Figure imgf000012_0001
Le programme d'ordinateur 122 comporte en outre des instructions 138 conçues pour évaluer un test d'arrêt, afin de sortir de la boucle d'instructions 124 à 138 si le test d'arrêt est vérifié ou de poursuivre par une nouvelle itération dans le cas contraire. Dans ce dernier cas, les instructions 138 sont conçues pour revenir aux instructions 124 afin de provoquer une nouvelle itération de la boucle d'instructions 124 à 138, avec les nouveaux retards d'émission complémentaires de la loi de retards Ev+1, de sorte que l'ensemble des lois de retards complémentaires comprend les p+1 lois de retards complémentaires E1, ... , EP+1. Dans la présente description, c'est à ce moment que l'indice p est incrémenté d'une unité (p — p+1 ), de sorte que l'ensemble des lois de retards complémentaires est à ce moment de nouveau noté E1, ... , EV, en accord avec la description précédente des instructions 124. Dans le mode de réalisation décrit, le test d'arrêt consiste à vérifier que l'inégalité suivante est vérifiée : max(£ , ... , Ε^)≤— , où f est la fréquence centrale de fonctionnement des transducteurs et où Ev = E ,— , Ε' ] est la loi de retards complémentaire incluant les derniers retards d'émission complémentaires déterminés par les instructions 136 (où elle était notée Ev+1). Concrètement, ce test signifie que, si la différence maximale entre les temps de vol aller-retour tv déterminés par les instructions 134 est inférieure à alors il peut être considéré en première approximation que ces temps de vol
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sont égaux et que la surface 102A de l'objet 102 a bien été atteinte simultanément par toutes les ondes émises. En variante, les instructions 138 peuvent être conçues pour sortir de la boucle d'instructions 124 à 138 au bout d'un nombre prédéterminé d'exécutions de la boucle, par exemple quatre ou cinq, soit p égal à trois ou quatre.
Si le résultat du test d'arrêt commande de sortir de la boucle d'instructions 124 à 138, alors les instructions 138 sont conçues pour passer à des instructions 140 programmées pour déterminer les derniers retards d'émission corrigés par la boucle d'instructions 124 à 138, Lp = E° + E1 + - - + EV. Les instructions 140 sont en outre conçues pour déterminer une loi de retards finale Lf = {Lflt ... , LfN}, où Lfn est le retard d'émission final à appliquer au transducteur 1 14n, à partir des derniers retards d'émission corrigés de la loi de retards LP et de retards d'émission supplémentaires définis dans une loi de retards L'(a, F) = {V {a, F), ... , V N(a, F)}, où L'n(a, F) est le retard d'émission supplémentaire à appliquer au transducteur 1 14n, cette loi de retards supplémentaire étant elle-même définie dans le programme d'ordinateur 122. Ces retards d'émission supplémentaires L'1 a, F), ... , L'N a, F) sont relatifs à une loi de retards conçue pour focaliser les ondes émises selon un angle a et/ou à une profondeur F souhaités au-delà de la surface 102A de l'objet 102. Si la focalisation souhaitée est uniquement directionnelle, sans profondeur de focalisation particulière visée, alors on définit F à l'infini (∞). On a ainsi théoriquement :
Lf = W + L'(a, F)
En pratique, pour corriger un décalage qui est susceptible d'apparaître lorsque l'on additionne deux lois de retards, il est possible de définir les retards d'émission finaux de la façon suivante :
Lf = L? + L'(a, F) - min[(L? + L (a, F)) (l?N + L'N(a, F))]
Le programme d'ordinateur 122 comporte en outre des instructions 142 conçues pour commander les transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N afin qu'ils émettent vers l'objet 102 des ondes ultrasonores ayant les retards d'émission de la loi de retards finale Lf les unes par rapport aux autres. A cet effet, les instructions 142 sont conçues, comme les instructions 126, pour transmettre des signaux de commande C notés Cf = {C/1( ... , CfN] aux transducteurs 1 14^ ...,1 14N, où Cfn est la commande transmise au transducteur 1 14n devant présenter un retard d'émission Lfn. Ces signaux de commande Cf sont conçus pour que les transducteurs 1 14^ ...,1 14N émettent des ondes ultrasonores impulsionnelles de fréquence centrale f, et pour décaler dans le temps ces ondes les unes par rapport aux autres avec des retards d'émission conformes à la loi de retards Lf.
Enfin, le programme d'ordinateur 122 comporte des instructions 144 conçues pour recevoir, depuis les transducteurs, et traiter des signaux de mesure finaux M notés Mf = {Mflt ... , MfN}, où Mfn est le signal de mesure final fourni par le transducteur 1 14n, issus des ondes émises avec les retards d'émission finaux de la loi de retards Lf.
En référence à la figure 2, un procédé 200 de contrôle non destructif et sans contact mis en œuvre par le dispositif de sondage de la figure 1 va à présent être décrit.
Au cours d'une étape préalable 202, les retards d'émission supplémentaires définis précédemment et notés V a, F), ... , V N(a, F) sont calculés en fonction d'au moins une loi de retards supplémentaire souhaitée pour focaliser les ondes émises par les transducteurs 1 14^ ...,1 14N selon un angle a et/ou à une profondeur F souhaités au-delà de la surface 102A de l'objet 102. Ces retards d'émission supplémentaires sont calculés de façon connue en soi, avantageusement sur la base d'une hypothèse de planéité de la surface 102A et même de parallélisme par rapport au réseau de transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N. En particulier, ils peuvent être estimés sur une portion plane et horizontale (par rapport au réseau de transducteurs 1 14^ ...,1 14N) connue de la surface 102A de l'objet 102.
La sonde 106 étant amenée à être déplacée par rapport à l'objet 102 à l'aide du bras articulé 104, selon les applications et inspections visées, une ou plusieurs lois de retards peuvent être souhaitées dans l'objet 102 au cours du trajet destiné à être suivi par la sonde 106. Si une seule loi de retards est souhaitée tout au long du trajet, par exemple un angle d'incidence à 45° et une focalisation F =∞ à l'infini au- delà de la surface 102A de l'objet 102, alors une seule loi de retards supplémentaire L'(a, F) est définie. En revanche si plusieurs lois de retards successives sont souhaitées le long du trajet, alors plusieurs loi de retards supplémentaires doivent être définies. Elles sont associées à différentes positions de la sonde 106 sur le trajet considéré, par exemple à raison d'une loi de retards par position. En notant x^ xK les K différentes positions de la sonde 106 le long du trajet d'inspection prévu, on peut noter L'(a, F, 1), L'(a, F, K) les K lois de retards supplémentaires en émission.
Un indice k, destiné à varier de 1 à K de manière à suivre le déplacement de la sonde 106 le long de son trajet d'inspection, est initialisé à 1 à l'étape 202.
L'étape 202 est suivie d'une étape 204 au cours de laquelle la sonde 106 est dans sa position xk, k étant égal à 1 lors de cette première exécution de l'étape 204.
Au cours de cette étape 204, l'indice p introduit précédemment est initialisé à zéro. Au cours de cette même étape, de façon optionnelle, les retards initiaux E° = {E°, ... , £$} sont définis. Par défaut, ils peuvent être prédéfinis et tous nuls. Mais en variante, ils peuvent être non nuls pour tirer profit d'une connaissance a priori, même partielle, de la surface 102A de l'objet 102. En fonction de cette connaissance a priori, ils peuvent donc éventuellement être mis à jour à l'occasion de l'exécution de l'étape 204. Par exemple, dans le cas où l'objet présente de faibles variations de géométrie le long du trajet que suit la sonde 106, les retards d'émission initiaux de la loi de retards initiale E° à une position donnée sont avantageusement pris égaux aux derniers retards d'émission de la loi de retards lv déterminés à une position précédente, notamment la position directement précédente. Ceci permet d'augmenter les vitesses d'inspection de pièces de surfaces très étendues par diminution du nombre de tirs à chaque position.
Au cours d'une étape 206 suivante, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 124 détermine la loi de retards en émission lv = [Û^, ... , LP N) à partir des retards initiaux de la loi de retards initiale E° et, le cas échéant, des lois de retards complémentaires E1 , Ev qui auront été déterminées à l'étape 226 décrite plus loin.
Au cours d'étapes 208 à 208N, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 126 commande chaque transducteur 1 14n afin qu'il émette des ondes ultrasonores vers l'objet 102, les ondes ultrasonores émises par les transducteurs 1 14 ..., 1 14N ayant des retards d'émission conformes à la loi de retards lv . A cet effet, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 126 transmet chaque signal de commande C au transducteur 1 14n correspondant, les signaux de commande Cv incluant les retards d'émission de la loi de retards lv .
Au cours d'étapes 210 à 21 ON, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 128 débute, suite à la transmission de chaque signal de commande C vers le transducteur 1 14n correspondant, l'enregistrement du signal de mesure Μζ fourni par ce transducteur 1 14n. Au cours d'étapes λ ^ à 212N, chaque transducteur 1 14^ ...,1 14N émet, suite à la réception de son signal de commande, une onde ultrasonore impulsionnelle de fréquence centrale f. Ainsi, les impulsions sont décalées dans le temps les unes par rapport aux autres conformément à la loi de retards en émission Lp.
Au cours d'étapes 214i à 214N, chaque transducteur 1 14n reçoit les échos des ondes ultrasonores réfléchies sur la surface 102A et dans l'objet 102.
Au cours d'étapes 2161 à 216N, chaque transducteur 1 14n fournit son signal de mesure Μζ, mesurant en particulier les échos des ondes ultrasonores sur la surface 102A de l'objet 102. L'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 128 reçoit ce signal Μζ et l'enregistre.
Au cours d'étapes 218i à 218N, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 128 stoppe l'enregistrement du signal Μζ du transducteur 1 14n.
Au cours d'une étape 220, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 130 détermine les décalages en réception Rv à partir des retards d'émission de la loi de retards lv .
Au cours d'une étape 222, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 132 décale les enregistrements des signaux de mesure Mv en fonction des décalages en réception Rv, afin d'obtenir les enregistrements décalés M .
Au cours d'une étape 224, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 134 détermine les temps de vol aller-retour tp = {ί , ... ,
Figure imgf000016_0001
entre les transducteurs 1 14-1 . . .1 14N et l'objet 102 tenant compte des retards d'émission de la loi de retards lv et des décalages en réception Rv, à partir des enregistrements décalés M_p.
Au cours d'une étape 226, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 136 détermine de nouveaux retards d'émission complémentaires selon la loi de retards Ep+1 à partir des temps de vol aller-retour tv.
Ainsi, on remarquera que les étapes 220 à 226 permettent de déterminer des retards d'émission complémentaires de la loi de retards Ev+1 à partir des signaux de mesure Mv.
Au cours d'une étape 228, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 138 détermine l'arrêt ou la poursuite de la boucle d'instructions 124 à 138, et, dans ce dernier cas, incrémente p d'une unité avant de retourner à l'étape 206.
Si le test d'arrêt est vérifié, on passe à une étape 230 au cours de laquelle l'unité de traitement 1 18 exécute les instructions 140 pour déterminer les derniers retards d'émission corrigés par la boucle d'instructions 124 à 138, lv = E° + E1 + ··· + Ev, et pour déterminer les retards d'émission finaux de la loi de retards finale Lf à partir de ces derniers retards d'émission corrigés et des retards d'émission supplémentaires définis par la loi de retards L'(a, F, k) :
Lf = LP + L'(a, F, k) - min[(^ + L'^a, F, /c)) , ... , (LV N + L'N(a, F, /c))]
Au cours d'une étape 232, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 142 commande les transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N afin qu'ils émettent vers l'objet 102 des ondes ultrasonores ayant les retards d'émission finaux de la loi de retards finale Lf les unes par rapport aux autres. A cet effet, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 142 transmet les signaux de commande Cf aux transducteurs 1 14-1 , ...,1 14N, les signaux de commande Cf incluant les retards d'émission finaux de la loi de retards finale Lf.
Au cours d'une étape 234, l'unité de traitement 1 18 exécutant les instructions 144 reçoit et traite les signaux de mesure finaux Mf issus des ondes émises avec les retards d'émission finaux de la loi de retards finale !/, par exemple pour produire une image de type B-scan de l'objet 102.
Ensuite, au cours d'une étape 236, l'unité de traitement 1 18 détermine en fonction de la valeur de l'indice k si l'inspection de l'objet 102 est terminée ou non. Si k=K, on passe à une dernière étape 238 de fin d'inspection. Sinon, l'indice k est incrémenté d'une unité et le procédé est reporté à l'étape 204.
En référence aux figures 3 à 7, un premier exemple d'utilisation du procédé de contrôle non destructif sans contact de la figure 2 va être détaillé.
L'objet 102 illustré sur la figure 3 est un tube avec variation de section dont un détail D est représenté en coupe en partie droite de la figure 3. La sonde 106 est destinée à se déplacer le long de ce tube (direction principale indiquée par l'axe (Ο,χ)) et à une certaine distance de celui-ci en immersion dans l'eau 1 10.
Comme illustré sur la figure 4, pour une position xk donnée de la sonde 106 le long de son trajet parallèlement à l'axe (Ο,χ), cette position étant située en vis-à-vis de la zone de changement de section du tube 102, à la première exécution de l'étape 206, lorsque p = 0, une loi de retards L° dont tous les retards sont nuls est appliquée aux transducteurs de la sonde. Toutes les impulsions émises au même instant n'arrivent donc pas en même temps sur la surface du tube 102 dans cette zone de changement de section puisque la surface n'y est pas parallèle au réseau de transducteurs. A la deuxième exécution de l'étape 206, lorsque p = 1 , la loi de retards corrigée L1 engendre un front d'onde dont la propagation se rapproche de la normale à la surface du tube 102. A la troisième exécution de l'étape 206, lorsque p = 2, la loi de retards corrigée L2 engendre un front d'onde dont la propagation se rapproche encore plus de la normale à la surface du tube 102. Enfin, à la quatrième exécution de l'étape 206, lorsque p = 3, la loi de retards corrigée L3 engendre un front d'onde reçu simultanément sur la surface du tube 102.
Les signaux reçus et traités en image B-scan à l'occasion des quatre étapes illustrées sur la figure 4 donnent les résultats illustrés sur la figure 5. A p = 0, la surface 102A de l'objet 102 apparaît en pente et l'image est bruitée au-delà de cette surface. A p = 1 , puis p = 2, puis p = 3, la surface 102A se rapproche de plus en plus d'une droite horizontale et la qualité de l'image B-scan obtenue s'améliore.
La figure 6. a) illustre une application directe de la loi de retards supplémentaire L'(a, F, k), avec a = 45° et F =∞ à une position xk de la sonde 106 sur son trajet. On voit que cette application directe de la loi de retards souhaitée a priori pour une inspection à 45° sans focalisation en profondeur ne fonctionne pas à la position xk illustrée en raison de la surface 102A de l'objet 102 qui n'est pas horizontale à cet endroit du trajet d'inspection.
La figure 6.b) illustre l'application de la loi de retards L3 obtenue à la quatrième exécution de l'étape 206, lorsque p = 3, comme illustré dans la partie inférieure à droite de la figure 4. Le front d'onde est reçu simultanément sur la surface 102A du tube 102 de sorte qu'il correspond à une inspection à 0° sans focalisation en profondeur.
Enfin, la figure 6.c) illustre l'application de la somme des lois de retards des figures 6. a) et 6.b), comme obtenu à l'étape 230 du procédé 200 par le calcul des retards d'émission finaux de la loi de retards finale Lf. On voit que, bien que la surface 102A de l'objet 102 ne soit pas horizontale en xk, grâce à l'addition éventuellement recalée des lois de retards L'(45°,∞, k) et L3 effectuée à l'étape 230, on obtient bien finalement l'inspection à 45° et sans focalisation en profondeur souhaitée lors de l'étape 232.
En répétant les étapes 206 à 234 pour toutes les positions xk de la sonde 106, comme prévu par le procédé 200, on obtient finalement bien une inspection à 45° sans focalisation en profondeur dans le tube 102 tout au long du trajet suivi par la sonde 106. Ce résultat est illustré en trois positions différentes sur la figure 7.
Selon une autre application de l'invention illustrée sur la figure 8, une image de type S-scan d'un objet 102 présentant des défauts Df (cf. figure 8. a) est souhaitée. La sonde 106 est placée à une position fixe et contrôlée par exemple manuellement par un utilisateur. La formation d'une telle image S-scan nécessite l'application de plusieurs dizaines de lois de retards L'(a, F) pour couvrir un secteur angulaire suffisamment grand avec une bonne résolution, comme par exemple illustré sur la figure 8.b). A chaque tir ultrasonore, la loi de retards L'(a, F) est calculée pour engendrer une onde plane se propageant dans une direction orientée d'un angle a dans l'objet 102, avec a variant de -45° à +45° par exemple. Le calcul et l'enregistrement de chaque loi de retards est fait en supposant la sonde 106 fixe et parallèle à la surface 102A de l'objet 102. Même si aucune focalisation en profondeur n'est appliquée (F =∞), il est possible de procéder à une focalisation dynamique en réception pour reconstituer l'image S-scan.
En répétant les étapes 206 à 234 du procédé 200 à l'occasion de chaque tir ultrasonore, c'est-à-dire pour chaque loi de retards L'(a, F) nécessaire à l'obtention de l'image S-scan, il devient possible de compenser tout mouvement involontaire de l'utilisateur, par exemple toute déviation angulaire Θ de la sonde 106 comme illustré sur la figure 8.c). Un tel procédé permet ainsi de préserver la qualité de l'image S- scan même si le maintien de la sonde 106 au-dessus de l'objet inspecté ne peut pas être en pratique totalement fixe pendant toute la durée de la génération de l'image.
Il apparaît clairement qu'un procédé et un dispositif tels que ceux décrits précédemment permettent de procéder à des inspections à distance selon des critères souples de focalisation et de directions souhaités dans un objet, même avec une surface d'objet complexe ou une sonde difficile à immobiliser, grâce à une amélioration de la technologie SAUL.
On notera en outre que le procédé décrit précédemment permet une inspection en temps réel et à niveau de qualité élevé.
On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci- dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
En particulier, les instructions de programme d'ordinateur pourraient être remplacées par des circuits électroniques dédiés aux fonctions réalisées lors de l'exécution de ces instructions.
En outre, le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre avec un déplacement mécanique de la sonde ou bien en procédant à un déplacement électronique d'une sous ouverture le long de l'ouverture totale du capteur où sont situés les transducteurs.
Enfin, dans ce qui précède, l'invention a été illustrée par souci de simplicité à l'aide d'applications bidimensionnelles mais s'étend également directement à des applications d'imagerie tridimensionnelle en utilisant des capteurs à transducteurs multiples disposés matriciellement.
D'une façon plus générale, dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (200) de contrôle non destructif et sans contact d'un objet (102) à l'aide d'une sonde (106) munie d'une pluralité de transducteurs (1 14^ 1 14N), comprenant les étapes suivantes :
A) commander (208!, 208N) les transducteurs (1 1415 1 14N) afin qu'ils émettent vers une surface (102A) de l'objet (102) des ondes présentant des retards d'émission initiaux (L°) les unes par rapport aux autres,
B) exécuter au moins une fois la boucle d'étapes suivante, de manière à obtenir après au moins une itération un front d'onde reçu simultanément sur la surface (102A) :
• recevoir (216^ 216N) depuis les transducteurs (1 14^ 1 14N) des signaux de mesure intermédiaires (M), mesurant en particulier des échos dus à des réflexions des ondes sur ladite surface (102A) de l'objet,
• corriger (206) les retards d'émission des transducteurs (1 14^ 1 14N) à l'aide des signaux de mesure intermédiaires (M) et commander (208i, 208N) les transducteurs (1 14^ 1 14N) afin qu'ils émettent vers ladite surface (102A) de l'objet des ondes présentant les retards d'émission corrigés (Lp) les unes par rapport aux autres,
C) recevoir (216^ 216N) depuis les transducteurs (1 14^
1 14N) des signaux de mesure finaux (M) résultant de la réflexion d'un front d'onde reçu simultanément sur ladite surface (102A) de l'objet, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes :
D) définir (202) des retards d'émission supplémentaires (L') relatifs à une loi de retards conçue pour focaliser les ondes émises selon un angle et/ou à une profondeur souhaités au-delà de la surface (102A) de l'objet,
E) ajouter (230) les derniers retards d'émission corrigés (Lp) aux retards d'émission supplémentaires (L') pour former des retards d'émission finaux (Lf), F) commander (232) les transducteurs (1 14^ 1 14N) afin qu'ils émettent vers l'objet des ondes présentant les retards d'émission finaux (Lf) les unes par rapport aux autres, et
G) recevoir et traiter (234) de nouveaux signaux de mesure finaux (Mf) issus des ondes émises avec les retards d'émission finaux.
2. Procédé (200) de contrôle non destructif et sans contact selon la revendication 1 , dans lequel les retards d'émission supplémentaires (Ι_') sont définis préalablement (202) pour une focalisation selon un angle et/ou à une profondeur souhaitée au-delà de la surface (102A) de l'objet et sur la base d'une hypothèse de planéité de cette surface.
3. Procédé (200) de contrôle non destructif et sans contact selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les étapes A, B, C, E, F et G sont exécutées successivement à plusieurs reprises à des instants répétés dans le temps.
4. Procédé (200) de contrôle non destructif et sans contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la sonde (106) est déplacée par rapport à l'objet (102) selon une pluralité de positions (xk) formant un trajet, et dans lequel, à chaque nouvelle position de la sonde sur le trajet, les étapes A, B, C, E, F et G sont exécutées.
5. Procédé (200) de contrôle non destructif et sans contact selon la revendication 4, dans lequel plusieurs ensembles de retards d'émission supplémentaires (Ι_') relatifs à plusieurs lois de retards sont définis à l'étape D et sont associés aux différentes positions (xk) sur le trajet à raison d'un ensemble par position.
6. Procédé (200) de contrôle non destructif et sans contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les nouveaux signaux de mesure finaux (Mf) sont traités à l'étape G de manière à produire une image de type B-scan ou S-scan de l'objet (102).
7. Procédé (200) de contrôle non destructif et sans contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les retards d'émission supplémentaires (Ι_') sont définis préalablement pour une focalisation selon un angle d'environ 45° par rapport à la normale à un axe ou plan des transducteurs (1 14-1 , 1 14N), notamment selon un angle compris entre 40° et 50° par rapport à cette normale.
8. Procédé (200) de contrôle non destructif et sans contact selon la revendication 1 , dans lequel le contrôle se fait par sondage échographique à l'aide d'une sonde à ultrasons pour l'émission d'ondes ultrasonores par les transducteurs.
9. Programme d'ordinateur (122) téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support (120) lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur (1 18), caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de contrôle non destructif et sans contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
10. Dispositif de sondage à ultrasons comportant une sonde (106) comprenant un boîtier (1 12) et une pluralité de transducteurs (1 14-1 , 1 14N) à ultrasons attachés au boîtier (1 12), et des moyens de commande et de traitement (1 16) conçus pour :
A) commander les transducteurs (1 14-1 , 1 14N) afin qu'ils émettent vers une surface (102A) d'un objet (102) des ondes présentant des retards d'émission initiaux (L°) les unes par rapport aux autres,
B) exécuter au moins une fois la boucle d'étapes suivante, de manière à obtenir après au moins une itération un front d'onde reçu simultanément sur la surface (102A) :
• recevoir depuis les transducteurs (1 14^ 1 14N) des signaux de mesure intermédiaires (M), mesurant en particulier des échos dus à des réflexions des ondes sur ladite surface (102A) de l'objet,
• corriger les retards d'émission des transducteurs (1 14^ 1 14N) à l'aide des signaux de mesure intermédiaires (M) et commander les transducteurs (1 14-1 , 1 14N) afin qu'ils émettent vers ladite surface (102A) de l'objet des ondes présentant les retards d'émission corrigés (Lp) les unes par rapport aux autres,
C) recevoir depuis les transducteurs (1 14^ 1 14N) des signaux de mesure finaux (M) résultant de la réflexion d'un front d'onde reçu simultanément sur ladite surface (102A) de l'objet,
caractérisé en ce que les moyens de commande et de traitement (1 16) sont en outre conçus pour : D) définir des retards d'émission supplémentaires (Ι_') relatifs à une loi de retards conçue pour focaliser les ondes émises selon un angle et/ou à une profondeur souhaités au-delà de la surface (102A) de l'objet,
E) ajouter les derniers retards d'émission corrigés (Lp) aux retards d'émission supplémentaires (Ι_') pour former des retards d'émission finaux (Lf),
F) commander les transducteurs (1 14-1 , 1 14N) afin qu'ils émettent vers l'objet des ondes présentant les retards d'émission finaux (Lf) les unes par rapport aux autres, et
G) recevoir et traiter de nouveaux signaux de mesure finaux (Mf) issus des ondes émises avec les retards d'émission finaux.
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