WO2016087315A1 - Procede et dispositif d'imagerie par ultrasons avec filtrage des artefacts dus aux echos de geometrie - Google Patents

Procede et dispositif d'imagerie par ultrasons avec filtrage des artefacts dus aux echos de geometrie Download PDF

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WO2016087315A1
WO2016087315A1 PCT/EP2015/077804 EP2015077804W WO2016087315A1 WO 2016087315 A1 WO2016087315 A1 WO 2016087315A1 EP 2015077804 W EP2015077804 W EP 2015077804W WO 2016087315 A1 WO2016087315 A1 WO 2016087315A1
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WO
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imaged
ultrasonic
point
receivers
flight times
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PCT/EP2015/077804
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Ekaterina IAKOVLEVA
Philippe BREDIF
Sylvain Chatillon
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Publication date
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    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52025—Details of receivers for pulse systems

Definitions

  • the invention relates to the field of ultrasound imaging. It applies in particular to non-destructive testing of parts. Non-destructive testing is intended to detect the presence of possible defects in a room, to locate and size.
  • the invention more particularly relates to an ultrasonic imaging method using a multi-element transducer and based on the reconstruction technique called "focusing in all points”.
  • phased array transducers In the field of non-destructive ultrasonic testing, the use of phased array transducers has greatly increased the possibilities of inspection of industrial components. Compared to a single-element transducer, a multi-element transducer is used to focus an ultrasonic wave beam at a given point in a room by assigning appropriate emission delays to the different elements of the transducer. The multiplication of delay laws makes it possible to image very large areas of the room. A multipoint focusing can also be done synthetically by post-processing the acquisition signals of the different elements. One of the most developed synthetic focus methods is called "point-in-point reconstruction" (FTP).
  • FTP point-in-point reconstruction
  • the FMC acquisition method consists in emitting, successively by M ultrasound emitters, an ultrasonic wave in the part to be imaged, and in acquiring, via N ultrasonic receivers, the echoes originating from the propagation of the waves emitted in the part to be inspected. The method thus leads to the formation of M x N elementary signals.
  • the FTP reconstruction method consists of summing coherently the elementary signals so as to obtain amplitude maxima, corresponding to constructive interferences, for the points of the room where are actually located defects generating echoes of the emitted ultrasonic waves.
  • the coherence of the signals is determined from the theoretical travel times of the ultrasonic waves propagating in the room between a given transmitter and a receiver and passing through the point considered.
  • the FTP method was initially developed for direct mode synthetic focusing.
  • the direct mode refers to direct paths of the ultrasonic wave between a transmitter, a point of the area to be imaged, and a receiver.
  • the direct mode involves paths devoid of reflection on a surface of the room.
  • the FTP method was then generalized to other modes of reconstruction.
  • This is called multi-modal reconstruction, taking into account ultrasonic wave paths involving one or more reflections on surfaces of the part to be imaged.
  • paths comprising a reflection of the ultrasonic wave on the bottom of the part, that is to say the surface of the part opposite to that insonified by the transmitting multi-element transducer.
  • corner echo mode. Reflection can occur before or after an interaction with the point to be reconstructed. Some paths may also include reflection before interacting with the point to be reconstructed, and reflection afterwards. This is called "indirect" mode.
  • the FTP focus in the corner echo mode and the indirect mode focus complement the information provided by the FTP focus in direct mode, because they exploit contributions involving other physical phenomena and from interactions with different parts of the network. piece and defect. In particular, they make it possible to image other parts of the defect.
  • the echo corner reconstruction has the advantage of imaging a defect of the part over its entire length, and not only its ends.
  • multimode FTP focusing has the drawback of generating amplitude maxima having no physical origin in the part.
  • the theoretical flight time of the path calculated for the current mode may be identical to, or substantially identical to, the flight time of a actual contribution and corresponding to a different propagation mode in the room.
  • the theoretical travel time of a wave echo corner can be substantially equal to the actual travel time in direct mode and interacting with the bottom of the room. This is particularly the case for the points to be reconstructed located below the multi-element transducer.
  • the FTP method in corner echo mode can therefore interpret a live-mode back echo as echo in corner echo mode from a fault located under the sensor.
  • a first method is known for filtering artifacts due to interferences between reconstruction modes which has been the subject of a French patent application on behalf of the applicant and published under the number FR 2999292.
  • this method has the drawback of be limited to filtering artifacts only for FTP focus in corner echo mode.
  • This method applies to the different indications present in a reconstruction for a given mode in order to predict the artifacts that will be associated with them in another reconstruction mode.
  • This method is Also used as a filter to eliminate artifacts from geometry echo or fault echoes.
  • this method has the disadvantage of applying only to zones containing echoes whose origin is identifiable.
  • the invention makes it possible to filter the artifacts due to the interferences generated by so-called geometric echoes which correspond to echoes of the ultrasonic wave on singular points of the part to be imaged, such as points on the bottom or the surface of the part. or an edge of the piece.
  • the invention is applicable regardless of the mode of reconstruction chosen in particular echo corner path mode or indirect path.
  • the invention thus relates to an ultrasound imaging method for imaging an area of a room using an imaging device comprising M transmitters capable of emitting an ultrasonic signal into the room to be imaged and N receivers capable of receiving one of the ultrasonic signals 5 £ y - (t) coming from the part to be imaged, the index i designating one of the emitters, the index; designating one of the receivers, and t being a variable representing the time, said method being characterized in that it comprises the following steps:
  • the ultrasonic imaging method further comprises a step of acquiring a set of M x N ultrasonic signals 3 ⁇ 4 (t), where M is the number of emitters that can emit a ultrasonic signal in the part to be imaged, N is the number of receivers able to receive one of the ultrasonic signals 3 ⁇ 4 (t) from said piece to be imaged.
  • the reflection surface of the part comprising the specular reflection points for the determination of the geometrical flight times is chosen from a surface of the bottom of the part or a surface of the top of the part .
  • the flight times Tij (P) retained to determine the sum of the amplitudes extracted from the signals 3 ⁇ 4 (t) at said flight times T i; (P) are those for which the difference, in absolute value, between their value and the value of each geometric flight time ⁇ 9 ⁇ 07 ⁇ determined, is strictly greater than a threshold ⁇ depending on the pulse width of the ultrasonic signal.
  • each path between a transmitter i and a receiver is formed of several portions, each portion being defined between two successive interaction points, the interaction points being the emitters i, the receivers the points P, and reflecting surfaces of the part to be imaged, each sequence of points of interaction. interaction defining a mode.
  • the flight times Tij (P) are determined as a function of a polarization of the ultrasonic signal in each portion of the path between the transmitter / ' and the receiver y considered.
  • the invention also relates to an ultrasound imaging device for imaging an area of a room, the device comprising M transmitters capable of transmitting an ultrasound signal in said room to be imaged, N receivers able to receive one M x N ultrasonic signals 5 £ y - (t) from said piece to be imaged, where the index ⁇ designates one of the emitters, the index; designates one of the receivers, and t is a variable representing the time and processing means configured to perform the ultrasound imaging method according to the invention.
  • the invention also relates to an ultrasound imaging device for imaging an area of a room, the device comprising:
  • the index i designates one of the emitters, the index; designates one of the receivers, and t is a variable representing the time
  • Storage means for each point P of said zone to be imaged and for each transceiver pair / y, of a flight time Tij (P) corresponding to a theoretical duration necessary for the ultrasonic signal 3 ⁇ 4 (t) to traverse a path from the transmitter i to the receiver; through the point P,
  • Processing means configured to determine, for each point P of said zone to be imaged, the sum of the amplitudes extracted from the signals 3 ⁇ 4 (t) at the flight times r £ y - (P) whose value is substantially different from the value geometrical flight times ⁇ ⁇ 60171 determined.
  • the device further comprises means for displaying the image consisting of the values of said sum of amplitudes for each point P.
  • FIG. 1 shows schematically an example of a room to be imaged on which is disposed a multi-element transducer
  • FIG. 2 illustrates a first reconstruction mode, called direct mode
  • FIGS. 3A and 3B illustrate a second reconstruction mode, called corner echo mode
  • FIG. 4 illustrates a third mode of reconstruction, called indirect mode
  • FIG. 5A represents an example of a direct mode path with transverse polarization of the ultrasonic wave and FIG. 5B represents an image obtained by this reconstruction mode;
  • FIG. 6A represents an exemplary echo-corner path with a transverse polarization of the ultrasonic wave
  • FIG. 6B represents an image obtained by this reconstruction mode
  • FIG. 7 represents, by a flowchart, an example of an imaging method based on a focusing reconstruction method in all points without filtering the artifacts
  • FIGS. 8A and 8B show two examples of images obtained by applying the FTP reconstruction method by taking two different polarization hypotheses
  • FIG. 9 represents, on a flowchart, the implementation steps of the improved imaging method according to the invention.
  • FIG. 10 represents the results obtained by virtue of the invention for two different reconstruction modes
  • FIG. 11 represents the results obtained by virtue of the invention in the case of an immersion test.
  • FIG. 1 schematically represents an example of a part to be imaged having a defect and on which is disposed a multi-element transducer.
  • the part 1 comprises a notch 2 extending from one of its surfaces 3.
  • a multi-element transducer 4 is disposed on a surface 5 of the part 1 opposite the surface 3, in order to detect the presence of a possible defect in a reconstruction zone 6.
  • a linear transducer comprising 48 elements.
  • the transducer 4 may be disposed on the surface 5 but may also be placed at a distance from the surface 5, particularly in the case of a control of the part by immersion, which consists of immersing the part in a liquid medium, for example water.
  • Each element comprises an emitter capable of generating an ultrasonic wave at the surface 3 of the part 1, and a receiver capable of delivering a signal corresponding to an echo of an ultrasonic wave generated by one of the emitters.
  • the ultrasonic waves have for example a frequency equal to 2 megahertz.
  • a multielement transducer comprising M transmitters and N receivers is considered, and les (t) is the signals delivered by the receivers, where the index i designates one of the emitters, the index; denotes one of the receivers, and the variable t represents the time.
  • the emitters successively emit an ultrasonic wave, so that M x N signals 3 ⁇ 4 (t) can be generated for a given acquisition.
  • Such an acquisition method is called the "matrix matrix” type method, or “Full Matrix Capture” (FMC) in English.
  • the invention consists of an improvement of a synthetic focusing method called "all-point reconstruction method" (FTP).
  • FTP all-point reconstruction method
  • This method consists in coherently summing the signals £ y - (t) so as to obtain amplitude maxima at the places in the room where defects are actually located.
  • the coherence of the signals for a given point P is determined from the theoretical travel times of the ultrasonic waves along different paths between the transmitters ⁇ and the receivers; passing through the point P.
  • the paths considered can be more or less complex, depending on the number of interactions that the ultrasonic waves undergo on surfaces of the room.
  • the FTP method can take into account different types of paths; it is then called multimode. For the rest of the description, the interaction points are the different points where an ultrasonic wave is likely to undergo a deviation.
  • transmitters and receivers of the transducer are also considered as interaction points.
  • An ultrasonic wave path can thus be uniquely defined by a sequence of interaction points.
  • FIG. 2 illustrates a first reconstruction mode, called direct mode.
  • direct mode it is considered that each ultrasonic wave follows a direct path, that is to say that it is transmitted from one of the transmitters to a point P of the reconstruction zone, and that it is re-transmitted from point P to one of the receivers.
  • the path is not subject to reflection on one of the surfaces of the room.
  • Figures 3A and 3B illustrate a second mode of reconstruction, called corner echo mode.
  • the ultrasonic waves are considered undergoing a single reflection on one of the surfaces of the part 1.
  • Figure 3A shows a corner echo occurring before an interaction with a point P of the reconstruction zone.
  • the path of the ultrasonic wave thus comprises a first portion 31 between one of the emitters of the transducer 4 and a surface of the part 1, in this case the surface 3, a second portion 32 between the surface 3 of the part 1 and the point P of the reconstruction zone, and a third portion 33 between the point P and one of the transducer receivers 4.
  • Figure 3B shows a corner echo occurring after an interaction of the ultrasonic wave with a point P of the reconstruction zone.
  • the path of the ultrasonic wave thus comprises a first portion 35 between one of the emitters and the point P, a second portion 36 between the point P and the surface 3, and a third portion 37 between the surface 3 and the one receivers.
  • Figure 4 illustrates a third mode of reconstruction, called indirect mode. In this mode, we consider ultrasonic waves undergoing two reflections on a surface of the room. In this case, in FIG. 4 is shown a path comprising a first portion 41 between one of the emitters of the transducer 4 and the surface 3, a second portion 42 between the surface 3 and a point P of the reconstruction zone, a third portion 43 between the point P and the surface 3, and a fourth portion 44 between the surface 3 and one of the receivers.
  • the indirect mode can also take into account paths comprising a first reflection on one of the surfaces of the part, and a second reflection on another surface of the part.
  • the N receivers of the transducer 4 receive all the echoes coming from direct or indirect reflection on points of reflection of the part.
  • the application of an FTP reconstruction method to a piece to be imaged then takes a given hypothesis on the reconstruction mode.
  • the choice of the reconstruction mode influences theoretical flight time calculations as will be explained later.
  • the FTP reconstruction method can take into consideration the polarization of ultrasonic waves, longitudinal or transverse. More precisely, it can take into account the polarization in the different portions of the path, knowing that a wave can pass from a longitudinal to transverse polarization (or vice versa) at each point of interaction by the so-called mode conversion process.
  • the polarization of a wave influences its propagation speed, and therefore the travel time between a transmitter and a receiver.
  • FIGS. 5A and 5B illustrate a direct reconstruction mode in which the ultrasonic wave has a transverse polarization all along the path, namely on a portion 51 between an emitter and a point P, and on a portion 52 between the point P and a receiver.
  • the reconstruction mode of Figure 5A may be referred to as the "direct mode TT".
  • FIG. 5B represents the amplitude of the sum of the signals ⁇ £ y (t) for the different points P of the reconstruction zone considered in this mode.
  • FIGS. 6A and 6B illustrate a corner echo reconstruction mode in which the ultrasonic wave has a transverse polarization all along the path, namely on a portion 61 between an emitter and the surface 3, on a portion 62 between the surface 3 and a point P, and on a portion 63 between the point P and a receiver.
  • This reconstruction mode is called "TTT corner echo mode”.
  • FIG. 6B represents the amplitude of the sum of the signals ⁇ y - (t) for the various points P of the reconstruction zone considered in this mode.
  • FIGS. 5B and 6B also highlight the fact that the direct mode makes it possible to display only the ends of a notch in the room, whereas the echo-corner mode makes it possible to visualize the notch along its entire length.
  • the polarization of the ultrasonic wave in the different path portions is not known, so the application of the FTP reconstruction method is done by taking a polarization hypothesis for each portion of the wave path.
  • the FTP reconstruction method can be applied for several hypotheses of reconstruction modes and for several hypotheses of polarization of the wave on each of its paths.
  • FIG. 7 represents, by a flowchart, an example of an imaging method based on the FTP reconstruction method according to the prior art.
  • the configuration shown in FIG. 1 in which the part 1 comprises a notch extending from the surface 3, the multi-element transducer 4 being disposed on the surface 5.
  • each of the M emitters, indexed i, of the transducer successively and individually generates an ultrasonic wave in the part 1 from one of its surfaces, in this case from the surface 5.
  • each of the N receivers, indexed by the transducer receives a ultrasonic signal from the propagation of the ultrasonic wave emitted during step 71 by a transmitter i.
  • Steps 71 and 72 are represented as being realized successively. In reality, these steps are interleaved: a new emission of an ultrasonic wave by an emitter i + 1 is realized only after the signals Sij t have been generated by the N receivers in response to the wave emitted by the issuer i. Steps 71 and 72 thus make it possible to generate a set of M x N signals 5 £ y - (t). These steps generally form an acquisition step 71 2.
  • a theoretical duration necessary for the ultrasonic wave emitted by the transmitter i to reach the receiver is determined; passing through the point P.
  • This step can be performed for each reconstruction mode (direct, corner echo or indirect), and for each type of polarization of the ultrasonic waves. It can also be performed for one or more particular modes or one or more polarization configurations of the ultrasonic wave.
  • the theoretical durations are named flight times T i; (P). They are calculated from a knowledge of the geometry of the room and the environment in which the wave propagates. For example, in the case of an immersion test, the wave emitted by a transmitter propagates first in a liquid and then in the room. It is therefore necessary to take into account the propagation speed specific to each propagation medium to calculate the flight times. In addition, the reconstruction mode and the polarization configuration are also taken into account to determine the theoretical flight times.
  • t r i; (P)
  • Step 74 is performed individually for each reconstruction mode and for each type of polarization considered.
  • An exemplary image obtained by this method is shown in FIG. 5B for the direct mode TT, and in FIG. 6B for the corner echo mode TTT.
  • FIGS. 8A and 8B illustrate the limitations of the focusing method in all points concerning the appearance of artefacts due to geometric echoes.
  • an FMC acquisition is made in contact with a piece of complex geometry 813 using a multi-element transducer 4.
  • the material constituting the part is homogeneous and made of stainless steel.
  • the transducer 4 used is a flexible sensor of frequency equal to 4 MHz, aperture equal to 21.3 mm and composed of 24 elements of width 0.5 mm.
  • the image 810 corresponds to the image obtained by considering a direct mode LL.
  • Two bottom echoes 81 1, 812 are noted on the image, which correspond to reflections of the wave on the bottom of the part. These echoes are positioned correctly on image 810.
  • the image 820 corresponds to an image of the same reconstruction zone but obtained this time considering a direct reconstruction mode LT.
  • the change in the polarization of the wave on its return path generates a difference in calculation of the theoretical flight times.
  • reconstruction artefacts 821, 822 which correspond in fact to the echoes of the wave on the bottom of the room but which are not positioned correctly in the final image.
  • reconstruction artifacts can appear for certain reconstruction modes and are due to so-called geometric echoes which are echoes of the ultrasonic wave resulting from reflections of this wave on points of reflection of the room such as points from the bottom of the room.
  • the geometry echoes can also come from reflections on the surface of the part in the case of a dip control and a transducer positioned at a distance from the workpiece, a liquid being installed between the transducer and the workpiece.
  • Fig. 9 shows the flowchart of the improved ultrasound imaging method according to the invention.
  • the principle of the method according to the invention is to eliminate, among the theoretical flight times calculated in step 73 of the FTP method, those whose value is identical or close to the value of a flight time corresponding to a echo of geometry.
  • echo of geometry here is meant any echo corresponding to the reflection of an ultrasonic wave on a reflection point of the part to be imaged.
  • a point of reflection may be located on the bottom of the room or on the surface of the room or more generally on an edge of the room.
  • the first three steps 71, 72, 73 of the method according to the invention are identical to those of the FTP method.
  • a fourth step 91 the flight times ⁇ ⁇ 60171 associated with several echoes of geometry are calculated. These flight times are calculated for each transceiver pair ij and correspond to the time required for the ultrasound signal to travel a path from the transmitter i to the receiver j through a point of specular reflection on a reflection surface of the room.
  • the sum / (P) can be formulated by the following expression:
  • ⁇ is a parameter which depends on the pulse width of the signal and which can be set according to the desired tolerance for the comparison between the theoretical flight time values and the flight time values of the geometry echoes.
  • the steps of the method according to the invention are not necessarily executed in the order indicated for illustrative purposes on the flowchart of FIG. 9. Indeed, the flight times associated with the geometry echoes can be pre-calculated in advance and saved in a database or memory for use in calculating the sum / (P). In the same way, the theoretical flight times calculated for a given reconstruction zone can also be pre-calculated before the ultrasound signals are transmitted.
  • FIG. 10 illustrates the results obtained by applying the invention for the same example as that introduced in FIGS. 8A and 8B.
  • the image 1001 is obtained by applying the FTP method of the prior art for a direct mode reconstruction LT.
  • the artifacts already identified in the image 820 of FIG. 8B are found.
  • the image 1010 is obtained by applying the method according to the invention for the same direct mode LT. We can notice that the artifacts related to geometry echoes have disappeared.
  • the image 1002 is obtained by applying the FTP method but this time for an LLL corner echo reconstruction mode. Note that the artifacts have high amplitudes and are even more present than for the direct reconstruction mode.
  • the image 1020 illustrates the result obtained by applying the method according to the invention for an LLL corner echo reconstruction mode. We also note that the artifacts are eliminated.
  • FIG. 11 illustrates another application of the invention to an imaging case for which the transducer 4 is placed at a distance from the part 5 to be imaged and water (not shown) is placed between the transducer and the part .
  • the geometry echoes identified in step 91 of the method of the invention may also include echoes related to reflections of the signal on the surface of the part.
  • the image 1003 represents the imaging result obtained by applying the FTP method according to the prior art for a direct reconstruction mode LL. Note in this image 1003 an artifact of high amplitude related to the surface echo.
  • the image 1030 represents the result obtained by applying the filtering method according to the invention. It can be seen that the artefact related to surface echoes has disappeared.
  • FIG. 12 schematizes a functional example of an imaging device 1200 according to the invention.
  • a transducer 1201 composed of M ultrasonic transmitters and N ultrasonic receivers and calculation means 1203 for calculating the theoretical flight times and flight times associated with the echoes of geometry as well as to calculate the sum of the amplitudes l (P) in each point of the area to be imaged.
  • the sensor may be flexible and adapt to the shape of the part to be imaged so that it can be in contact with an area of the non-planar part.
  • a multi-element transducer according to the invention can take different forms. It can be an annular, linear, matrix sensor, based on a sectorial or elliptical two-dimensional model. The multi-element transducer can also be implemented by a set of encircling bars or encircled for the inspection of a tube or by a custom shaped sensor.
  • the device 1200 may further comprise an analog digital converter 1202 for sampling the received ultrasound signal at the desired times.
  • the steps of the method for calculating the theoretical flight times and flight times associated with the geometry echoes can be performed by a separate computing device, for example by a computer or any other equivalent calculator.
  • the values of the pre-calculated flight times can be stored in a database or a memory that comprises the imaging device according to the invention to be able to be used at the time of the execution of step 92 calculation of sums l (P).
  • the imaging device 1200 may also comprise display means 1204 of the image obtained by assembling the sums I (P).
  • display means may for example be constituted by a screen.
  • the method according to the invention can also be executed in the form of a post-treatment on ultrasound signals previously measured.

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Abstract

Procédé d'imagerie par ultrasons pour imager une zone d'une pièce à l'aide d'un dispositif d'imagerie comprenant M émetteurs et N récepteurs, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - pour chaque point P de ladite zone à imager et pour chaque couple émetteur-récepteur ij, déterminer (73) un temps de vol T ij (P) correspondant à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore S ij (t) pour parcourir un trajet depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur j en passant par le point P, - pour chaque couple émetteur-récepteur ij, déterminer (91) une pluralité de temps de vol géométriques T ij geo m, correspondant chacun à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore S ij (t) pour parcourir le trajet le plus court depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur j en passant par un point de réflexion spéculaire sur au moins une surface de réflexion de la pièce, - pour chaque point P de ladite zone à imager, déterminer (92) la somme des amplitudes extraites d'un ensemble de M x N signaux ultrasonores S ij (t) émis par lesdits M émetteurs et reçus par lesdits Ν récepteurs, aux temps de vol T ij (P) dont la valeur est sensiblement différente de la valeur des temps de vol géométriques T ij geo m déterminés.

Description

Procédé et dispositif d'imagerie par ultrasons avec filtrage des artefacts dus aux échos de géométrie
L'invention concerne le domaine de l'imagerie par ultrasons. Elle s'applique en particulier au contrôle non destructif de pièces. Le contrôle non destructif vise notamment à détecter la présence d'éventuels défauts dans une pièce, à les localiser et à les dimensionner. L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'imagerie par ultrasons utilisant un transducteur multiélément et basé sur la technique de reconstruction appelée "focalisation en tous points".
Dans le domaine du contrôle non destructif par ultrasons, l'utilisation de transducteurs multiéléments a considérablement augmenté les possibilités d'inspection de composants industriels. Par rapport à un transducteur monoélément, un transducteur multiélément permet de focaliser un faisceau d'ondes ultrasonores en un point déterminé d'une pièce en affectant des retards d'émission appropriés aux différents éléments du transducteur. La multiplication des lois de retard permet d'imager des zones très étendues de la pièce. Une focalisation multipoints peut également être effectuée de façon synthétique par post-traitement des signaux d'acquisition des différents éléments. L'une des méthodes de focalisation synthétique les plus développées est appelée "méthode de reconstruction par focalisation en tous points" (FTP). Cette méthode dérive de la méthode dite SAR pour "Synthetic Aperture Radar", et s'applique notamment sur une méthode d'acquisition dite "matrice inter-élément" ou FMC selon l'expression anglosaxonne "Full Matrice Capture". La méthode d'acquisition FMC consiste à émettre successivement par M émetteurs à ultrasons une onde ultrasonore dans la pièce à imager, et à acquérir, via N récepteurs ultrasonores, les échos provenant de la propagation des ondes émises dans la pièce à inspecter. La méthode aboutit ainsi à la formation de M x N signaux élémentaires. La méthode de reconstruction FTP consiste à sommer de façon cohérente les signaux élémentaires de manière à obtenir des maxima d'amplitude, correspondant à des interférences constructives, pour les points de la pièce où sont effectivement localisés des défauts générant des échos des ondes ultrasonores émises. La cohérence des signaux est déterminée à partir des durées de parcours théoriques des ondes ultrasonores se propageant dans la pièce entre un émetteur et un récepteur donnés et passant par le point considéré.
La méthode FTP a été développée initialement pour une focalisation synthétique en mode direct. Le mode direct fait référence à des trajets directs de l'onde ultrasonore entre un émetteur, un point de la zone à imager, et un récepteur. Autrement dit, le mode direct implique des trajets dépourvus de réflexion sur une surface de la pièce.
La méthode FTP a ensuite été généralisée à d'autres modes de reconstruction. On parle alors de reconstruction multi-modale, en prenant en compte des trajets d'ondes ultrasonores faisant intervenir une ou plusieurs réflexions sur des surfaces de la pièce à imager. En particulier, il est possible de tenir compte de trajets comportant une réflexion de l'onde ultrasonore sur le fond de la pièce, c'est-à-dire la surface de la pièce opposée à celle insonifiée par le transducteur multiélément émetteur. On parle dans ce cas de mode "écho de coin". La réflexion peut se produire avant ou après une interaction avec le point à reconstruire. Certains trajets peuvent aussi comporter une réflexion avant l'interaction avec le point à reconstruire, et une réflexion après. On parle alors de mode "indirect". La focalisation FTP en mode écho de coin et celle en mode indirect permettent de compléter les informations fournies par la focalisation FTP en mode direct, car elles exploitent des contributions faisant intervenir d'autres phénomènes physiques et issues d'interactions avec des parties différentes de la pièce et du défaut. Elles permettent notamment d'imager d'autres parties du défaut. Par exemple, dans certains cas, la reconstruction en mode écho de coin présente l'avantage d'imager un défaut de la pièce sur toute sa longueur, et non uniquement ses extrémités. En revanche, dans certaines configurations, la focalisation FTP multimode présente l'inconvénient de générer des maxima d'amplitude n'ayant aucune origine physique dans la pièce. Ces maxima, appelés artefacts de reconstruction, sont dus au fait que, pour un point de la zone de reconstruction, le temps de vol théorique du trajet calculé pour le mode courant peut être identique, ou sensiblement identique, au temps de vol d'une contribution réelle et correspondant à un mode de propagation différent dans la pièce. Par exemple, la durée de parcours théorique d'une onde en mode écho de coin peut être sensiblement égale à la durée de parcours effective en mode direct et interagissant avec le fond de la pièce. Tel est notamment le cas pour les points à reconstruire situés sous le transducteur multiélément. Pour certaines configurations, la méthode FTP en mode écho de coin peut donc interpréter un écho de fond en mode direct comme étant un écho en mode écho de coin provenant d'un défaut situé sous le capteur. La seule prise en compte des temps de vol ne permet donc pas de distinguer, pour tous les trajets possibles, un point correspondant à un écho sur le fond de la pièce d'un point correspondant à un éventuel défaut de la pièce. On connaît une première méthode de filtrage des artefacts dus aux interférences entre modes de reconstruction qui a fait l'objet d'une demande de brevet français au nom du demandeur et publiée sous le numéro FR 2999292. Cette méthode présente cependant l'inconvénient d'être limitée à un filtrage des artefacts uniquement pour une focalisation FTP en mode écho de coin.
On connaît également une méthode d'identification et de filtrage d'artefacts décrite dans la demande de brevet français déposée au nom du demandeur sous le numéro FR1357036.
Cette méthode s'applique sur les différentes indications présentes dans une reconstruction pour un mode donné afin de prédire les artefacts qui leur seront associés sur un autre mode de reconstruction. Cette méthode est également utilisée comme un filtre permettant d'éliminer les artefacts provenant de l'écho de géométrie ou des échos de défauts. Cette méthode présente cependant l'inconvénient de s'appliquer uniquement à des zones contenant des échos dont l'origine est identifiable.
L'invention permet de filtrer les artefacts dus aux interférences générés par des échos dits de géométrie qui correspondent à des échos de l'onde ultrasonore sur des points singuliers de la pièce à imager tels que des points du fond ou de la surface de la pièce ou encore d'une arête de la pièce.
L'invention est applicable quel que soit le mode de reconstruction choisi notamment mode trajet écho de coin ou trajet indirect.
L'invention a ainsi pour objet un procédé d'imagerie par ultrasons pour imager une zone d'une pièce à l'aide d'un dispositif d'imagerie comprenant M émetteurs pouvant émettre un signal ultrasonore dans la pièce à imager et N récepteurs pouvant recevoir l'un des signaux ultrasonores 5£y-(t) provenant de la pièce à imager, l'indice i désignant l'un des émetteurs, l'indice ; désignant l'un des récepteurs, et t étant une variable représentant le temps, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- pour chaque point P de ladite zone à imager et pour chaque couple émetteur-récepteur /y, déterminer un temps de vol Ti; (P) correspondant à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore ¾(t) pour parcourir un trajet depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur ; en passant par le point P,
- pour chaque couple émetteur-récepteur /y, déterminer une pluralité de temps de vol τ^60171, appelés temps de vol géométriques, correspondant chacun à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore 5i;(t) pour parcourir le trajet le plus court depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur j en passant par un point de réflexion spéculaire sur au moins une surface de réflexion de la pièce,
- pour chaque point P de ladite zone à imager, déterminer la somme des amplitudes extraites d'un ensemble de M x N signaux ultrasonores 5£y- (t) émis par lesdits M émetteurs et reçus par lesdits N récepteurs, aux temps de vol r£y- (P) dont la valeur est sensiblement différente de la valeur des temps de vol géométriques τ^60171 déterminés.
Selon un aspect particulier, le procédé d'imagerie par ultrasons selon l'invention comprend en outre une étape d'acquisition d'un ensemble de M x N signaux ultrasonores ¾ (t), où M est le nombre d'émetteurs pouvant émettre un signal ultrasonore dans la pièce à imager, N est le nombre de récepteurs pouvant recevoir l'un des signaux ultrasonores ¾ (t) provenant de ladite pièce à imager.
Selon un aspect particulier du procédé selon l'invention, la surface de réflexion de la pièce comprenant les points de réflexion spéculaire pour la détermination des temps de vol géométriques est choisie parmi une surface du fond de la pièce ou une surface du dessus de la pièce.
Selon un aspect particulier du procédé selon l'invention, les temps de vol Tij (P) retenus pour déterminer la somme des amplitudes extraites des signaux ¾ (t) auxdits temps de vol Ti; (P) sont ceux pour lesquels la différence, en valeur absolue, entre leur valeur et la valeur de chaque temps de vol géométrique ^9β07η déterminé, est strictement supérieure à un seuil δ dépendant de la largeur d'impulsion du signal ultrasonore.
Selon un aspect particulier du procédé selon l'invention, chaque trajet entre un émetteur i et un récepteur ; est formé de plusieurs portions, chaque portion étant définie entre deux points d'interaction successifs, les points d'interaction étant les émetteurs i, les récepteurs les points P, et des surfaces de réflexion de la pièce à imager, chaque suite de points d'interaction définissant un mode. Selon un aspect particulier du procédé selon l'invention, les temps de vol Tij (P) sont déterminés en fonction d'une polarisation du signal ultrasonore dans chaque portion du trajet entre l'émetteur /' et le récepteur y considérés.
L'invention a également pour objet un dispositif d'imagerie par ultrasons permettant d'imager une zone d'une pièce, le dispositif comprenant M émetteurs aptes à émettre un signal ultrasonore dans ladite pièce à imager, N récepteurs aptes à recevoir l'un des M x N signaux ultrasonores 5£y- (t) provenant de ladite pièce à imager, où l'indice ί désigne l'un des émetteurs, l'indice ; désigne l'un des récepteurs, et t est une variable représentant le temps et des moyens de traitement configurés pour exécuter le procédé d'imagerie par ultrasons selon l'invention.
L'invention a aussi pour objet un dispositif d'imagerie par ultrasons permettant d'imager une zone d'une pièce, le dispositif comprenant :
M émetteurs aptes à émettre un signal ultrasonore dans ladite pièce à imager,
- N récepteurs aptes à recevoir l'un des M x N signaux ultrasonores Sij t provenant de ladite pièce à imager, où l'indice i désigne l'un des émetteurs, l'indice ; désigne l'un des récepteurs, et t est une variable représentant le temps,
- Des moyens de stockage, pour chaque point P de ladite zone à imager et pour chaque couple émetteur-récepteur /y, d'un temps de vol Tij (P) correspondant à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore ¾ (t) pour parcourir un trajet depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur ; en passant par le point P,
- Des moyens de stockage, pour chaque couple émetteur-récepteur /y, d'une pluralité de temps de vol Τ^9β07η, appelés temps de vol géométriques, correspondant chacun à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore £,- (t) pour parcourir le trajet le plus court depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur ; en passant par un point de réflexion spéculaire sur au moins une surface de réflexion de la pièce,
- Des moyens de traitement configurés pour déterminer, pour chaque point P de ladite zone à imager, la somme des amplitudes extraites des signaux ¾(t) aux temps de vol r£y-(P) dont la valeur est sensiblement différente de la valeur des temps de vol géométriques τ^60171 déterminés.
Selon un aspect particulier du dispositif selon l'invention, celui ci comprend en outre des moyens d'affichage de l'image constituée des valeurs de ladite somme d'amplitudes pour chaque point P.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés qui représentent :
- la figure 1 représente schématiquement un exemple de pièce à imager sur laquelle est disposé un transducteur multiélément ;
- la figure 2 illustre un premier mode de reconstruction, appelé mode direct ;
- les figures 3A et 3B illustrent un deuxième mode de reconstruction, appelé mode écho de coin ;
- la figure 4 illustre un troisième mode de reconstruction, appelé mode indirect ;
- la figure 5A représente un exemple de trajet en mode direct avec une polarisation transversale de l'onde ultrasonore et la figure 5B représente une image obtenue par ce mode de reconstruction ;
- la figure 6A représente un exemple de trajet en mode écho de coin avec une polarisation transversale de l'onde ultrasonore et la figure 6B représente une image obtenue par ce mode de reconstruction ; - la figure 7 représente, par un organigramme, un exemple de procédé d'imagerie basé sur une méthode de reconstruction par focalisation en tous points sans filtrage des artefacts ;
- les figures 8A et 8B représentent deux exemples d'images obtenues par application de la méthode reconstruction FTP en prenant deux hypothèses de polarisation différente ;
- la figure 9 représente, sur un organigramme, les étapes de mise en œuvre du procédé d'imagerie perfectionné selon l'invention,
- la figure 10 représente les résultats obtenus grâce à l'invention pour deux modes de reconstruction différents,
- la figure 1 1 représente les résultats obtenus grâce à l'invention dans le cas d'un contrôle par immersion.
La figure 1 représente schématiquement un exemple de pièce à imager comportant un défaut et sur laquelle est disposé un transducteur multiélément. La pièce 1 comprend une entaille 2 s'étendant depuis l'une de ses surfaces 3. Un transducteur multiélément 4 est disposé sur une surface 5 de la pièce 1 opposée à la surface 3, afin de détecter la présence d'un éventuel défaut dans une zone de reconstruction 6. À titre d'exemple, on considère ici un transducteur linéaire comportant 48 éléments. Le transducteur 4 peut être disposé sur la surface 5 mais peut également être disposé à distance de la surface 5 notamment dans le cas d'un contrôle de la pièce par immersion qui consiste à plonger la pièce dans un milieu liquide, par exemple de l'eau.
Chaque élément comprend un émetteur apte à générer une onde ultrasonore à la surface 3 de la pièce 1 , et un récepteur apte à délivrer un signal correspondant à un écho d'une onde ultrasonore générée par l'un des émetteurs. Les ondes ultrasonores ont par exemple une fréquence égale à 2 mégahertz. De manière générale, on considère un transducteur multiélément comprenant M émetteurs et N récepteurs, et on note ¾ (t) les signaux délivrés par les récepteurs, où l'indice i désigne l'un des émetteurs, l'indice ; désigne l'un des récepteurs, et la variable t représente le temps. Les émetteurs émettent successivement une onde ultrasonore, de sorte que M x N signaux ¾ (t) peuvent être générés pour une acquisition donnée. Une telle méthode d'acquisition est appelée méthode de type "matrice inter- élément", ou "Full Matrice Capture" (FMC) en anglais.
L'invention consiste en un perfectionnement d'une méthode de focalisation synthétique appelée "méthode de reconstruction par focalisation en tous points" (FTP). Cette méthode consiste à sommer de manière cohérente les signaux 5£y- (t) de manière à obtenir des maxima d'amplitude aux endroits de la pièce où sont effectivement localisés des défauts. La cohérence des signaux pour un point P donné est déterminée à partir des durées de parcours théoriques des ondes ultrasonores le long de différents trajets entre les émetteurs ί et les récepteurs ; passant par le point P. Les trajets considérés peuvent être plus ou moins complexes, selon le nombre d'interactions que les ondes ultrasonores subissent sur des surfaces de la pièce. La méthode FTP peut prendre en compte différents types de trajets ; elle est alors qualifiée de multimode. Pour la suite de la description, on appelle points d'interaction les différents points où une onde ultrasonore est susceptible de subir une déviation. Il s'agit des points sur les surfaces de la pièce, ainsi que des points P de la zone de reconstruction où un défaut est supposé se trouver. Par extension, on considère également les émetteurs et les récepteurs du transducteur comme des points d'interaction. Un trajet d'onde ultrasonore peut ainsi être défini de manière univoque par une suite de points d'interaction.
La figure 2 illustre un premier mode de reconstruction, appelé mode direct. Dans ce mode, on considère que chaque onde ultrasonore suit un trajet direct, c'est-à-dire qu'elle est émise depuis l'un des émetteurs vers un point P de la zone de reconstruction, et qu'elle est réémise depuis le point P vers l'un des récepteurs. Le trajet ne subit donc pas de réflexion sur l'une des surfaces de la pièce.
Les figures 3A et 3B illustrent un deuxième mode de reconstruction, appelé mode écho de coin. Dans ce mode, on considère les ondes ultrasonores subissant une seule réflexion sur l'une des surfaces de la pièce 1 . La figure 3A représente un écho de coin se produisant avant une interaction avec un point P de la zone de reconstruction. Le trajet de l'onde ultrasonore comprend ainsi une première portion 31 entre l'un des émetteurs du transducteur 4 et une surface de la pièce 1 , en l'occurrence la surface 3, une deuxième portion 32 entre la surface 3 de la pièce 1 et le point P de la zone de reconstruction, et une troisième portion 33 entre le point P et l'un des récepteurs du transducteur 4. La figure 3B représente un écho de coin se produisant après une interaction de l'onde ultrasonore avec un point P de la zone de reconstruction. Le trajet de l'onde ultrasonore comprend ainsi une première portion 35 entre l'un des émetteurs et le point P, une deuxième portion 36 entre le point P et la surface 3, et une troisième portion 37 entre la surface 3 et l'un des récepteurs. La figure 4 illustre un troisième mode de reconstruction, appelé mode indirect. Dans ce mode, on considère les ondes ultrasonores subissant deux réflexions sur une surface de la pièce. En l'occurrence, sur la figure 4 est représenté un trajet comprenant une première portion 41 entre l'un des émetteurs du transducteur 4 et la surface 3, une deuxième portion 42 entre la surface 3 et un point P de la zone de reconstruction, une troisième portion 43 entre le point P et la surface 3, et une quatrième portion 44 entre la surface 3 et l'un des récepteurs. Plus généralement, le mode indirect peut aussi prendre en compte des trajets comprenant une première réflexion sur l'une des surfaces de la pièce, et une deuxième réflexion sur une autre surface de la pièce. Les N récepteurs du transducteur 4 reçoivent tous les échos provenant de réflexion directes ou indirectes sur des points de réflexion de la pièce. L'application d'une méthode de reconstruction FTP à une pièce à imager se fait alors en prenant une hypothèse donnée sur le mode de reconstruction. Le choix du mode de reconstruction (direct, en coin ou indirect) influe sur les calculs de temps de vol théoriques comme cela sera explicité plus loin.
En plus des différents modes de reconstruction, la méthode de reconstruction FTP peut prendre en considération la polarisation des ondes ultrasonores, longitudinale ou transversale. Plus précisément, elle peut tenir compte de la polarisation dans les différentes portions du trajet, sachant qu'une onde peut passer d'une polarisation longitudinale à transversale (ou inversement) à chaque point d'interaction par le processus dit de conversion de mode. La polarisation d'une onde influe sur sa vitesse de propagation, et donc sur la durée de parcours entre un émetteur et un récepteur.
Les figures 5A et 5B illustrent un mode de reconstruction direct dans lequel l'onde ultrasonore a une polarisation transversale tout le long du trajet, à savoir sur une portion 51 entre un émetteur et un point P, et sur une portion 52 entre le point P et un récepteur. En notant L et T des portions de trajet pour lesquelles l'onde ultrasonore présente une polarisation longitudinale ou transversale, respectivement, et d l'interaction au point P, le mode de reconstruction de la figure 5A peut être appelé "mode direct TT". La figure 5B représente l'amplitude de la somme des signaux 5£y- (t) pour les différents points P de la zone de reconstruction considérée dans ce mode.
Les figures 6A et 6B illustrent un mode de reconstruction écho de coin dans lequel l'onde ultrasonore a une polarisation transversale tout le long du trajet, à savoir sur une portion 61 entre un émetteur et la surface 3, sur une portion 62 entre la surface 3 et un point P, et sur une portion 63 entre le point P et un récepteur. Ce mode de reconstruction est appelé "mode écho de coin TTT". La figure 6B représente l'amplitude de la somme des signaux 5£y- (t) pour les différents points P de la zone de reconstruction considérée dans ce mode. Les figures 5B et 6B mettent par ailleurs en évidence le fait que le mode direct permet de visualiser uniquement les extrémités d'une entaille dans la pièce, alors que le mode écho de coin permet de visualiser l'entaille sur toute sa longueur.
Lors de l'acquisition des échos de réflexion par les N récepteurs du transducteur, la polarisation de l'onde ultrasonore dans les différentes portions de trajet n'est pas connue, aussi l'application de la méthode de reconstruction FTP se fait en prenant une hypothèse de polarisation pour chaque portion du trajet de l'onde.
En résumé, la méthode de reconstruction FTP peut être appliquée pour plusieurs hypothèses de modes de reconstruction et pour plusieurs hypothèses de polarisation de l'onde sur chacun de ses trajets.
La figure 7 représente, par un organigramme, un exemple de procédé d'imagerie basé sur la méthode de reconstruction FTP selon l'art antérieur. On considère à titre d'exemple la configuration représentée sur la figure 1 , dans laquelle la pièce 1 comprend une entaille s'étendant depuis la surface 3, le transducteur multiélément 4 étant disposé sur la surface 5. Dans une étape 71 , chacun des M émetteurs, indicés i, du transducteur génère successivement et individuellement une onde ultrasonore dans la pièce 1 depuis l'une de ses surfaces, en l'occurrence depuis la surface 5. Dans une étape 72, chacun des N récepteurs, indicés du transducteur reçoit un signal ultrasonore issu de la propagation de l'onde ultrasonore émise lors de l'étape 71 par un émetteur i. Un signal ultrasonore est reçu pour chaque émetteur i, donnant ainsi un signal 5£y- (t) représentatif de l'écho d'onde reçu pour une émission par l'émetteur i et une réception par le récepteur Les étapes 71 et 72 sont représentées comme étant réalisées successivement. En réalité, ces étapes sont imbriquées : une nouvelle émission d'une onde ultrasonore par un émetteur i + 1 n'est réalisée qu'une fois que les signaux Sij t ont été générés par les N récepteurs en réponse à l'onde émise par l'émetteur i. Les étapes 71 et 72 permettent ainsi de générer un ensemble de M x N signaux 5£y- (t). Ces étapes forment globalement une étape d'acquisition 71 2.
Dans une étape 73, on détermine pour chaque point P de la zone de reconstruction et pour chaque couple émetteur-récepteur ij, une durée théorique nécessaire à l'onde ultrasonore émise par l'émetteur i pour rejoindre le récepteur ; en passant par le point P. Cette étape peut être réalisée pour chaque mode de reconstruction (direct, écho de coin ou indirect), et pour chaque type de polarisation des ondes ultrasonores. Elle peut également être réalisée pour un ou plusieurs modes particuliers ou une ou plusieurs configurations de polarisation de l'onde ultrasonore. Les durées théoriques sont nommées temps de vol Ti; (P). Elles sont calculées à partir d'une connaissance de la géométrie de la pièce et du milieu dans lequel se propage l'onde. Par exemple, dans le cas d'un contrôle par immersion, l'onde émise par un émetteur se propage d'abord dans un liquide puis dans la pièce. Il est donc nécessaire de prendre en compte la vitesse de propagation spécifique à chaque milieu de propagation pour calculer les temps de vol. En outre, le mode de reconstruction et la configuration de polarisation sont pris en compte également pour déterminer les temps de vol théorique.
Dans une étape 74, on détermine pour chaque point P, une somme /(P) des amplitudes extraites des signaux 5£y- (t) aux temps de vol t = ri; (P). Autrement dit, on somme les amplitudes des M x N signaux aux instants correspondant aux durées respectives nécessaires pour rejoindre l'un des récepteurs depuis l'un des émetteurs en passant par le point P considéré. La somme /(P) peut être formulée par l'expression suivante :
Figure imgf000016_0001
L'étape 74 est réalisée individuellement pour chaque mode de reconstruction et pour chaque type de polarisation considéré. Un exemple d'image obtenue par ce procédé est représenté sur la figure 5B pour le mode direct TT, et sur la figure 6B pour le mode écho de coin TTT.
Les figures 8A et 8B illustrent les limitations de la méthode de focalisation en tout points concernant l'apparition d'artefacts dus aux échos de géométrie.
Dans les deux exemples des figures 8A et 8B, une acquisition FMC est réalisée au contact sur une pièce de géométrie complexe 813 à l'aide d'un transducteur multiéléments 4. Le matériau constituant la pièce est homogène et en acier inoxydable. Le transducteur 4 utilisé est un capteur flexible de fréquence égale à 4 MHz, d'ouverture égale à 21 .3 mm et composé de 24 éléments de largeur 0.5 mm.
L'image 810 correspond à l'image obtenue en considérant un mode direct LL. On remarque sur l'image deux échos de fond 81 1 ,812 qui correspondent à des réflexions de l'onde sur le fond de la pièce. Ces échos sont positionnés correctement sur l'image 810.
L'image 820 correspond à une image de la même zone de reconstruction mais obtenue cette fois en considérant un mode de reconstruction direct LT. Le changement de polarisation de l'onde sur son trajet retour engendre une différence de calcul des temps de vol théoriques. On remarque sur l'image 820 des artefacts 821 ,822 de reconstruction qui correspondent en fait aux échos de l'onde sur le fond de la pièce mais qui se retrouvent mal positionnés dans l'image finale.
Ces artefacts proviennent du fait que, le temps de vol correspondant à un écho sur le fond de la pièce en un point P en mode direct LL est identique au temps de vol correspondant à une réflexion sur un point P* dans la pièce en mode direct LT. Ainsi, un artefact apparaît en mode direct LT, ce qui peut conduire à une conclusion relative à l'apparition d'un défaut au point P* alors qu'aucun défaut n'est présent à cet endroit.
De façon plus générale, on remarque que des artefacts de reconstruction peuvent apparaître pour certains modes de reconstruction et sont dus aux échos dits de géométrie qui sont des échos de l'onde ultrasonore issus de réflexions de cette onde sur des points de réflexion de la pièce tels que des points du fond de la pièce.
Les échos de géométrie peuvent également provenir de réflexions sur la surface de la pièce dans le cas d'un contrôle par immersion et d'un transducteur positionné à distance de la pièce, un liquide étant installé entre le transducteur et la pièce.
La figure 9 représente l'organigramme du procédé d'imagerie par ultrasons perfectionné selon l'invention.
Le principe du procédé selon l'invention est d'éliminer, parmi les temps de vol théoriques calculés à l'étape 73 de la méthode FTP, ceux dont la valeur est identique ou proche de la valeur d'un temps de vol correspondant à un écho de géométrie. Par écho de géométrie, on désigne ici tout écho correspondant à la réflexion d'une onde ultrasonore sur un point de réflexion de la pièce à imager. Un point de réflexion peut être situé sur le fond de la pièce ou sur la surface de la pièce ou plus généralement sur une arête de la pièce.
Les trois premières étapes 71 ,72,73 du procédé selon l'invention sont identiques à celles de la méthode FTP.
Selon une quatrième étape 91 , on calcule les temps de vol τ^60171 associés à plusieurs échos de géométrie. Ces temps de vol sont calculés pour chaque couple émetteur-récepteur ij et correspondent au temps nécessaire au signal ultrasonore pour parcourir un trajet depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur j en passant par un point de réflexion spéculaire sur une surface de réflexion de la pièce. Dans une cinquième étape 92, on calcule ensuite pour chaque point P de la zone de reconstruction, une somme /(P) des amplitudes extraites des signaux 5£y-(t) aux temps de vol t = Ti; (P) en éliminant les temps de vol dont la valeur est identique ou proche des temps de vol associés aux échos de géométrie calculés lors de la quatrième étape 91 . La somme /(P) peut être formulée par l'expression suivante :
Figure imgf000018_0001
δ est un paramètre qui dépend de la largeur d'impulsion du signal et qui peut être réglé en fonction de la tolérance souhaitée pour la comparaison entre les valeurs des temps de vol théorique et les valeurs des temps de vol des échos de géométrie.
Les étapes du procédé selon l'invention ne sont pas obligatoirement exécutées dans l'ordre indiqué à titre illustratif sur l'organigramme de la figure 9. En effet, les temps de vol associés aux échos de géométrie peuvent être pré-calculés par avance et sauvegardés dans une base de données ou une mémoire pour être utilisés lors du calcul de la somme /(P). De la même façon, les temps de vol théoriques calculés pour une zone de reconstruction donnée peuvent aussi être pré-calculés avant l'émission des signaux ultrasons.
La figure 10 illustre les résultats obtenus par application de l'invention pour le même exemple que celui introduit aux figures 8A et 8B.
L'image 1001 est obtenue par application de la méthode FTP de l'art antérieur pour une reconstruction en mode direct LT. On retrouve les artefacts déjà identifiés sur l'image 820 de la figure 8B.
L'image 1010 est obtenue par application de la méthode selon l'invention pour le même mode direct LT. On peut remarquer que les artefacts liés aux échos de géométrie ont disparu. L'image 1002 est obtenue par application de la méthode FTP mais cette fois pour un mode de reconstruction en écho de coin LLL. On remarque que les artefacts présentent de fortes amplitudes et sont encore plus présents que pour le mode de reconstruction direct.
L'image 1020 illustre le résultat obtenu par application de la méthode selon l'invention pour un mode de reconstruction en écho de coin LLL. On remarque la aussi que les artefacts sont éliminés.
La figure 1 1 illustre une autre application de l'invention à un cas d'imagerie pour lequel le transducteur 4 est placé à distance de la pièce 5 à imager et de l'eau (non représentée) est disposée entre le transducteur et la pièce. Dans un tel cas de figure, les échos de géométrie identifiés à l'étape 91 du procédé de l'invention peuvent comprendre également les échos liés aux réflexions du signal sur la surface de la pièce.
L'image 1003 représente le résultat d'imagerie obtenue par application de la méthode FTP selon l'art antérieur pour un mode de reconstruction direct LL. On remarque sur cette image 1003 un artefact de forte amplitude lié à l'écho de surface.
L'image 1030 représente le résultat obtenu par application de la méthode de filtrage selon l'invention. On constate que l'artefact lié aux échos de surface a disparu.
La méthode selon l'invention est exécutée au moyen d'un transducteur multi-éléments. Un tel dispositif est bien connu de l'Homme du métier et il n'est pas nécessaire de le décrire en détail ici. La figure 12 schématise un exemple fonctionnel de dispositif d'imagerie 1200 selon l'invention. Comme explicité en amont de la description, un tel dispositif est composé d'un transducteur 1201 composé de M émetteurs ultrasons et N récepteurs ultrasons et de moyens de calculs 1203 permettant de calculer les temps de vol théoriques et les temps de vol associés aux échos de géométrie ainsi que de calculer la somme des amplitudes l(P) en chaque point de la zone à imager. Le capteur peut être flexible et s'adapter à la forme de la pièce à imager de sorte à pouvoir être en contact avec une zone de la pièce non plane. Un transducteur multi-éléments selon l'invention peut prendre différentes formes. Il peut s'agit d'un capteur annulaire, linéaire, matriciel, basé sur un modèle à deux dimensions sectoriel ou elliptique. Le transducteur multi-éléments peut également être mis en œuvre par un ensemble de barrettes encerclantes ou encerclées pour l'inspection d'un tube ou encore par un capteur de forme personnalisée.
Le dispositif 1200 peut comprendre en outre un convertisseur analogique numérique 1202 pour échantillonner le signal ultrason reçu aux instants souhaités.
Sans sortir du cadre de l'invention, les étapes de la méthode destinées à calculer les temps de vol théoriques et les temps de vol associés aux échos de géométrie peuvent être effectuées par un dispositif de calcul distinct, par exemple par un ordinateur ou tout autre calculateur équivalent. Dans ce cas, les valeurs des temps de vol pré-calculées peuvent être stockées dans une base de données ou une mémoire que comporte le dispositif d'imagerie selon l'invention pour pouvoir être utilisées au moment de l'exécution de l'étape 92 de calcul des sommes l(P).
Le dispositif d'imagerie 1200 selon l'invention peut également comprendre des moyens d'affichage 1204 de l'image obtenue par assemblage des sommes l(P). Un tel moyen d'affichage peut par exemple être constitué par un écran.
La méthode selon l'invention peut également être exécutée sous la forme d'un post traitement sur des signaux ultrasonores mesurés préalablement.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé d'imagerie par ultrasons pour imager une zone (6) d'une pièce (1 ) à l'aide d'un dispositif d'imagerie comprenant M émetteurs pouvant émettre un signal ultrasonore dans la pièce à imager (1 ) et N récepteurs pouvant recevoir l'un des signaux ultrasonores 5£y-(t) provenant de la pièce à imager (1 ), l'indice i désignant l'un des émetteurs, l'indice ; désignant l'un des récepteurs, et t étant une variable représentant le temps, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- pour chaque point P de ladite zone à imager et pour chaque couple émetteur-récepteur /y, déterminer (73) un temps de vol Tij(P) correspondant à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore ¾(t) pour parcourir un trajet depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur ; en passant par le point P,
- pour chaque couple émetteur-récepteur /y, déterminer (91 ) une pluralité de temps de vol Τ^9β07η, appelés temps de vol géométriques, correspondant chacun à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore 5i; (t) pour parcourir le trajet le plus court depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur j en passant par un point de réflexion spéculaire sur au moins une surface de réflexion (3,5) de la pièce,
- pour chaque point P de ladite zone à imager, déterminer (92) la somme des amplitudes extraites d'un ensemble de M x N signaux ultrasonores 5£y-(t) émis par lesdits M émetteurs et reçus par lesdits Ν récepteurs, aux temps de vol Ti; (P) dont la valeur est sensiblement différente de la valeur des temps de vol géométriques ^9β07η déterminés.
2. Procédé d'imagerie par ultrasons selon la revendication 1 comprenant en outre une étape d'acquisition (712) d'un ensemble de M x N signaux ultrasonores 5£y-(t), où M est le nombre d'émetteurs pouvant émettre un signal ultrasonore dans la pièce (1 ) à imager, N est le nombre de récepteurs pouvant recevoir l'un des signaux ultrasonores 5£y-(t) provenant de ladite pièce (1 ) à imager.
3. Procédé d'imagerie par ultrasons selon l'une des revendications précédentes dans lequel la surface de réflexion de la pièce (1 ) comprenant les points de réflexion spéculaire pour la détermination des temps de vol géométriques est choisie parmi une surface du fond (3) de la pièce ou une surface du dessus (5) de la pièce.
4. Procédé d'imagerie par ultrasons selon l'une des revendications précédentes dans lequel les temps de vol T£; (P) retenus pour déterminer
(92) la somme des amplitudes extraites des signaux ¾ (t) auxdits temps de vol Tij (P) sont ceux pour lesquels la différence, en valeur absolue, entre leur valeur et la valeur de chaque temps de vol géométrique ^geom déterminé, est strictement supérieure à un seuil δ dépendant de la largeur d'impulsion du signal ultrasonore.
5. Procédé d'imagerie par ultrasons selon l'une des revendications précédentes dans lequel chaque trajet entre un émetteur i et un récepteur ; est formé de plusieurs portions, chaque portion étant définie entre deux points d'interaction successifs, les points d'interaction étant les émetteurs i, les récepteurs les points P, et des surfaces de réflexion de la pièce à imager, chaque suite de points d'interaction définissant un mode.
6. Procédé d'imagerie par ultrasons selon la revendication 5 dans lequel les temps de vol T£ , (P) sont déterminés en fonction d'une polarisation du signal ultrasonore dans chaque portion du trajet entre l'émetteur /' et le récepteur / considérés.
Dispositif d'imagerie par ultrasons (4,1200) permettant d'imager une zone (6) d'une pièce (1 ), le dispositif comprenant M émetteurs aptes à émettre un signal ultrasonore dans ladite pièce à imager, N récepteurs aptes à recevoir l'un des M x N signaux ultrasonores ¾ (t) provenant de ladite pièce à imager, où l'indice i désigne l'un des émetteurs, l'indice ; désigne l'un des récepteurs, et t est une variable représentant le temps et des moyens de traitement (1 203) configurés pour exécuter le procédé d'imagerie par ultrasons selon l'une des revendications 1 à 6.
Dispositif d'imagerie par ultrasons permettant d'imager une zone d'une pièce, le dispositif comprenant :
M émetteurs aptes à émettre un signal ultrasonore dans ladite pièce à imager,
- N récepteurs aptes à recevoir l'un des M x N signaux ultrasonores Sij t provenant de ladite pièce à imager, où l'indice ί désigne l'un des émetteurs, l'indice ; désigne l'un des récepteurs, et t est une variable représentant le temps,
- Des moyens de stockage, pour chaque point P de ladite zone à imager et pour chaque couple émetteur-récepteur /y, d'un temps de vol Tij (P) correspondant à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore ¾ (t) pour parcourir un trajet depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur ; en passant par le point P,
- Des moyens de stockage, pour chaque couple émetteur-récepteur /y, d'une pluralité de temps de vol τ^60171, appelés temps de vol géométriques, correspondant chacun à une durée théorique nécessaire au signal ultrasonore 5i; (t) pour parcourir le trajet le plus court depuis l'émetteur i jusqu'au récepteur j en passant par un point de réflexion spéculaire sur au moins une surface de réflexion de la pièce,
- Des moyens de traitement (1203) configurés pour déterminer, pour chaque point P de ladite zone à imager, la somme des amplitudes extraites des signaux ¾(t) aux temps de vol r£y-(P) dont la valeur est sensiblement différente de la valeur des temps de vol géométriques τ^60171 déterminés. 9. Dispositif d'imagerie par ultrasons selon l'une des revendications 7 ou 8 comprenant en outre des moyens d'affichage (1204) de l'image constituée des valeurs de ladite somme d'amplitudes pour chaque point P.
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