WO2020207826A1 - Procede de controle non destructif pour une piece aeronautique - Google Patents

Procede de controle non destructif pour une piece aeronautique Download PDF

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WO2020207826A1
WO2020207826A1 PCT/EP2020/058744 EP2020058744W WO2020207826A1 WO 2020207826 A1 WO2020207826 A1 WO 2020207826A1 EP 2020058744 W EP2020058744 W EP 2020058744W WO 2020207826 A1 WO2020207826 A1 WO 2020207826A1
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wave
probe
ultrasonic
imaging
incidence
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PCT/EP2020/058744
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Mathieu Loïc DUCOUSSO
Frédéric JENSON
Frédéric REVERDY
Original Assignee
Safran
Eddyfi Europe
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    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays

Definitions

  • the present invention relates to a method of ultrasound imaging, and more particularly to a method of non-destructive ultrasound imaging, of a surface for characterizing
  • Ultrasonic surface waves are waves which, as their name suggests, propagate on the surface of a structure.
  • a Rayleigh wave When the structure is in air or in a vacuum, we will speak of a Rayleigh wave.
  • the displacement field associated with Rayleigh waves is elliptical, in the plane perpendicular to the surface and decreases rapidly with distance from the surface.
  • the effective depth of penetration of Rayleigh waves is conventionally considered to be equal to the wavelength.
  • Rayleigh waves have a longitudinal polarization component and a transverse polarization component.
  • a surface wave When a surface wave propagates on the surface of a structure, it can be reflected, or more generally diffracted, by a discontinuity of matter at the surface of the structure.
  • a system capable of generating and detecting surface waves it is possible to non-destructively monitor the surface of said structure.
  • the generation / detection of Rayleigh waves is most commonly carried out by Ultrasonic Laser methods (Scruby & Drain, 1990), by EMAT methods (Rosli, Edwards, & Fan, 2012), or by piezoelectric method (Auld, 1990). ).
  • a phased array translator is made up of a plurality of single-element translator, placed next to each other.
  • the state of the art also offers generation / detection of Rayleigh waves with phased array translators (Ohara, et al., 2017).
  • an ultrasonic image of a possible indication on the surface of the structure can be imaged thanks to the ultrasonic field under the shoe used.
  • This confinement of the ultrasonic field under the shoe is probably related to the possible acoustic losses when using a piezoelectric generation with angular shoe to correctly define the incidence of the emitted ultrasonic wave (Zhang, Li, & Jeong, 2017) .
  • ultrasonic waves can also be used to control core structures with ultrasonic bulk waves (Workman & Kishoni, 2007). Unlike surface waves, volume waves are not guided by any interface and, in the absence of discontinuity, propagate ballistically through the core of the inspected structure. These waves have a single polarization, longitudinal or transverse.
  • phased array probes make it possible to obtain an image of the inspected area almost immediately by virtue of the plurality of piezoelectric elements making it up (Workman & Kishoni, 2007).
  • phased array probes can make it possible to obtain an optimized ultrasound image by, for example, carrying out a synthetic focusing of the ultrasonic field at any point of the image (Wilcox, Holmes, & Drinkwater, 2006). It can also be optimized by proposing synthetic imaging methods of planar wavefronts (Le Jeune, 2016). In all cases, all of these advanced imaging methods are carried out on volume waves, having a unique polarization on emission.
  • the invention relates to a method of ultrasonic imaging of a surface using surface waves to characterize objects such as microcracks present on the surface.
  • the method comprises at least the steps of:
  • phased array ultrasonic probe comprising a set of n juxtaposed elements, with n> 2, at an angle of incidence with respect to the surface suitable for an incident wave emitted by the probe makes it possible to generate a surface ultrasonic wave on said surface
  • the step of generating an ultrasound image can be performed using a surface wave speed.
  • the step of generating a synthetic ultrasound image A of the surface through the use of the surface wave with an All Point Localization (LTP) technique can be performed by applying the following relation,
  • k v (I) defines the signal received at time t by element j when element ia emitted a signal
  • H is the Hilbert transform
  • N is the number of phased array ultrasonic probe elements
  • p (respectively i, r ) is the time of flight between the transmitter (respectively the receiver) and a point P (x p , y p ) of the inspected surface, the time of flight defined between the zone of emergence (x e , ye) of the ultrasonic signal at the level of the inspected surface and P (x p , y p ) being
  • CR is the speed of the Rayleigh wave at the surface of the inspected structure.
  • the step of generating a synthetic ultrasound image A of the surface by using the surface wave with a Plane Wave Imaging (PWI) technique can be performed by applying the following relation,
  • the at least one probe can be positioned on a sloping shoe according to the angle of incidence from the surface.
  • the angle of incidence of at least one probe relative to the surface can be defined by the following relationship:
  • the emission step can be performed by an element i of the probe, with i belonging to [1; n], and the receiving step can be performed by all the elements of the probe.
  • the method can include a succession of emission and reception sequences, each sequence comprising an emission step performed by a separate element i of the probe, with i belonging to [1; n], and the receiving step can be performed by all the elements of the probe.
  • the surface and the probe can be placed in the open air so that the surface wave circulating on the surface is a so-called Rayleigh wave.
  • the surface and the probe can be placed in a liquid so that the surface wave circulating on the surface is a so-called Schlote wave.
  • the probe can emit a series of surface waves whose wavefronts are infinite planes all perpendicular to the same direction of propagation.
  • the method may include a step of marking the structures highlighted by at least one reflected wave.
  • Figure 1 is a schematic representation of a probe
  • Figure 2 is a schematic representation of the implementation of an ultrasound imaging method according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a shoe suitable for implementing the method according to the invention.
  • the invention relates to an ultrasound imaging method using a probe 1.
  • the probe 1 is a phased array probe suitable for emitting and receiving ultrasound (as shown schematically in Figure 1).
  • the probe 1 can comprise piezo-composite materials consisting of numerous small and thin rods of piezoelectric ceramic embedded in a polymer matrix.
  • the piezoelectric ceramic rods separated by the polymer constitute a set of n elements 111 to 11 n , with n> 2, electrically separated and which can be separately excited.
  • These segmented elements 111 through 11 n are then incorporated into a probe device 1 which comprises a suitable protective layer, a holder, cable connections and a housing.
  • a control shoe 3 Used in contact, a control shoe 3 will be associated with the probe 1.
  • This shoe 1 makes it possible to position the probe 1 so that the incident ultrasonic beam has an angle of incidence, the definition of which will be specified below.
  • the shoe 3 is shaped so that the incident ultrasonic beam emerges from the shoe 3 at its end, so that a Rayleigh wave is disturbed to a minimum by the presence of the shoe above it and can propagate itself. far ahead of the hoof without losing its spectral content.
  • the invention relates to a method of ultrasonic imaging of a surface 2 to characterize objects such as microcracks present on the surface 2.
  • the method comprises
  • phased array ultrasonic probe 1 comprising a set of n elements (111 - 1 l n ) juxtaposed, with n> 2, at an angle of incidence with respect to the surface 2 adapted so that an incident wave Wi emitted by the probe 1 makes it possible to generate a surface ultrasonic wave W 5 on said surface 2,
  • object 21 is meant an indication of surface such as a crack, a microcrack or the specific presence of an element deposited on the surface such as a droplet of water or oil for example. It can also be an area of concentration of the internal stresses of the material.
  • the probe 1 can be positioned on a shoe 3 inclined at the angle of incidence Q relative to the surface 2.
  • the angle of incidence Q can be defined by the following relation:
  • the method according to the invention uses a single angle of incidence defined by the relationship stated above.
  • the method comprises a succession of transmission and reception sequences.
  • Each sequence comprises a transmission step carried out successively by a distinct IL element with i belonging to [1; n] of probe 1 and the reception step is performed by the set of elements 111 to 1 l n of the probe 1.
  • the method comprises successively, a transmission by a first element 111, a reception by all the elements 111 to 1 l n , a transmission by a second element 1 h, reception by all of the elements 111 to 11 n , and so on until a final sequence of transmission by an element 11 n and reception by all of the elements 111 to 1 l n .
  • the method will comprise at least k transmission and reception sequences for which at least k distinct elements 1 1 1 to 1 1k will each have carried out one transmission.
  • it is possible to carry out more than k sequences to carry out a confirmatory sequence for example. It is therefore possible to have more than k sequences and that one or more elements transmit more than once, if at least k sequences have been carried out with a different 1 1 1 to 1 1 k transmitter element.
  • the elements are numbered in an order going from one end to the other of the probe 1.
  • the elements can transmit successively according to a random order.
  • All of the reflected waves received during all of the transmission and reception sequences can be processed using a method known as focusing at any point.
  • this arrangement makes it possible to control curved surfaces.
  • this arrangement makes it possible to detect and map microcracks whatever their orientations.
  • this arrangement makes it possible to detect juxtaposed microcracks. This is a particularly advantageous feature over the devices of the prior art.
  • the process can be carried out by placing the probe 1 and the surface 2 in the open air, in this case, the surface wave s will be a so-called Rayleigh wave.
  • the Rayleigh wave being a wave propagating at the interface between a solid in air (or in a vacuum), its structure corresponds to that of a seismic wave.
  • the Rayleigh wave can be compared to the displacement of a solid on a wave, with both vertical and horizontal displacement.
  • the Rayleigh wave is non-dispersive in a monolithic structure, which allows it to cover large distances without being significantly attenuated.
  • the method can be carried out by placing the probe 1 and the surface 2 in a liquid, in this case, the surface wave W 5 will be a so-called Schlote wave.
  • the Schlote wave corresponds to a submerged surface wave.
  • the immersion makes it possible to carry out the method according to the invention within the framework of an automated system in which the surface 2 is immersed in a liquid
  • the probe 1 can emit a series of surface waves whose wavefronts are infinite planes all perpendicular to the same direction of propagation.
  • the step of generating a synthetic ultrasonic image A is carried out using a surface wave speed Qs.
  • This arrangement makes it possible to simply image the surface finish of a material. In other words, this arrangement makes it possible to quickly and simply obtain an image of the surface finish of a material, without imaging the entire volume of said material. This is a particularly advantageous technical arrangement which allows rapid, simple and robust detection of any cracks in the surface of a material.
  • the synthetic ultrasonic image A is generated by applying the following relation,
  • Si j (t) ki j (t) + jH (ki j (t)), where k, j (l) defines the signal received at time t by element j when element ia emitted a signal , H is the Hilbert transform, N is the number of phased array ultrasonic probe 1 elements, p (respectively i, r ) is the time of flight between the transmitter (respectively the receiver) and a point P (x p , y p ) of inspected surface 2, the time of flight defined between the emergence zone (x e , y e ) of the ultrasonic signal at the level of inspected surface 2 and P (x p , y p ) being where CR is the speed of the Rayleigh wave at surface 2 of the inspected structure.
  • the method can be completed with a step of marking the objects 21 highlighted by the reflected wave (s) W G.
  • the marking can, for example, consist of coloring with a felt-tip pen. This marking can be carried out in real time using the acoustic visualization, if the surface wave which is reflected on the physical device used for the marking is used.
  • the method of ultrasonic imaging of a surface according to the invention notably has the following advantages compared to the state of the art:

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'imagerie ultrasonore d'une surface (2) utilisant des ondes de surfaces pour caractériser des objets (21) tels que des microfissures présentes sur la surface (2). Le procédé comprend au moins les étapes de : - positionnement, en regard de la surface (2) à contrôler, d'au moins une sonde (1) ultrasonore multiéléments comprenant un ensemble de n éléments (111 - 11n) juxtaposés, avec n ≥ 2, selon un angle d'incidence par rapport à la surface (2) adapté pour qu'une onde (Ω1) incidente émise par la sonde (1) permette de générer une onde ultrasonore de surface (Ωs) sur ladite surface (2), - émission, par la sonde (1) d'au moins une onde (Ω1) émise, - réception par la sonde (1) d'au moins une onde réfléchie (Ωr) par un ou plusieurs objets (21) sur la surface (2), - génération d'une image ultrasonore synthétique (A) de la surface grâce à l'utilisation de l'onde de surface avec des techniques d'imagerie telles que la Focalisation en Tout Point (FTP) ou le Plane Wave Imaging (PWI).

Description

PROCEDE DE CONTROLE NON DESTRUCTIF POUR UNE PIECE
AERONAUTIQUE
DOMAINE DE 1/ INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé d’imagerie ultrasonore, et plus particulièrement un procédé d’imagerie ultrasonore non destructif, d’une surface pour caractériser des
microfissures débouchantes.
Dans le domaine aéronautique, il est connu de procéder à des contrôles non destructifs pour détecter l’apparition de microfissures sur une pièce.
Il est possible pour réaliser ce contrôle d’utiliser les ondes ultrasonores de surfaces. Les ondes ultrasonores de surfaces sont des ondes qui, comme leur nom l’indique, se propagent en surface d’une structure. Lorsque la structure est à l’air ou dans le vide, on parlera d’onde de Rayleigh. Lorsque la structure est immergée, dans de l’eau par exemple, on parlera plutôt d’onde de Scholte. Le champ de déplacement associé aux ondes de Rayleigh est elliptique, dans le plan perpendiculaire à la surface et décroît rapidement avec la distance à la surface. La profondeur effective de pénétration des ondes de Rayleigh est classiquement considérée comme étant égale à la longueur d’onde. Les ondes de Rayleigh possèdent une composante de polarisation longitudinale et une composante de polarisation transverse.
Lorsqu’une onde de surface se propage à la surface d’une structure, celle-ci peut être réfléchie, ou plus généralement diffractée, par une discontinuité de matière à la surface de la structure. Ainsi, utilisant un système apte à générer et à détecter des ondes de surface il est possible de contrôler de manière non destructive la surface de ladite structure. La génération/détection des ondes de Rayleigh est le plus couramment réalisée par méthodes d’Ultrasons Laser (Scruby & Drain, 1990), par méthodes EMAT (Rosli, Edwards, & Fan, 2012), ou par méthode piézo électriques (Auld, 1990). La génération d’ondes de Rayleigh par méthodes piézo-électriques est classiquement réalisée avec des piézo-électrique spécifiques à ce besoin ou peut, alternativement, être réalisée avec un traducteur piézo-électrique conventionnel d’ondes de volume mais qui sera placé pour un tel besoin selon un angle d’incidence que les lois de la physique permettent de définir. L’angle d’incidence par rapport à la surface est défini par la relation suivante : q = asin (¾
L2
avec Q l’angle d’incidence, C3 la vitesse de l’onde émise incidente et a la vitesse de l’onde de surface.
Concernant cette dernière approche, de génération/détection avec un moyen piézo-électrique conventionnel d’onde de volume, l’homme de l’art pourra utiliser un traducteur mono-élément ou multiéléments. Un traducteur multiélément est composé d’une pluralité de traducteur mono-élément, placé les uns au voisinage des autres.
Une utilisation avec traducteur mono-élément permettra à l’homme de l’art de détecter un signal en fonction du temps qu’il saura éventuellement interpréter pour diagnostiquer la présence d’une indication en surface de la structure. Un déplacement manuel lui permettra de dimensionner à peu près l’indication. Alternativement, si le traducteur est placé sur un moyen permettant de réaliser des cartographies ultrasonores, une image ultrasonore pourra être obtenue.
L’état de l’art propose aussi une génération/détection des ondes de Rayleigh avec traducteurs multiéléments (Ohara, et al., 2017). Dans cette configuration, une image ultrasonore d’une éventuelle indication à la surface de la structure peut être imagée grâce au champ ultrasonore sous le sabot utilisé. Ce confinement du champ ultrasonore sous le sabot est probablement lié aux pertes acoustiques possibles lorsque l’on utilise une génération piézo-électrique avec sabot angulaire pour définir correctement l’incidence de l’onde ultrasonore émise (Zhang, Li, & Jeong, 2017).
Parallèlement, les ondes ultrasonores peuvent aussi être utilisées pour contrôler le cœur des structures avec des ondes ultrasonores de volume (Workman & Kishoni, 2007). Contrairement aux ondes de surfaces, les ondes de volumes ne sont guidées par aucune interface et, en l’absence de discontinuité, se propagent de manière balistique dans le cœur de la structure inspectée. Ces ondes possèdent une unique polarisation, longitudinale ou transverse.
Avantageusement, les sondes multiéléments permettent d’obtenir de manière quasi-immédiate une image de la zone inspectée grâce à la pluralité des d’éléments piézo-électrique la composant (Workman & Kishoni, 2007). Avantageusement, les sondes multiéléments peuvent permettre d’obtenir une image ultrasonore optimisée en procédant par exemple à une focalisation synthétique du champ ultrasonore en tout point de l’image (Wilcox, Holmes, & Drinkwater, 2006). Elle peut aussi être optimisée en proposant des méthodes d’imagerie par synthèse de fronts d’ondes plans (Le Jeune, 2016). Dans tous les cas, l’ensemble de ces méthodes d’imagerie avancées sont réalisées sur des ondes de volumes, possédant une polarisation unique à l’émission.
En conséquence, il est nécessaire de fournir un procédé de contrôle non destructif qui permette de repérer un maximum de microfissures de sorte à être compatible avec les normes de sécurité aéronautique.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION
L’invention concerne un procédé d’imagerie ultrasonore d’une surface utilisant des ondes de surfaces pour caractériser des objets tels que des microfissures présentes sur la surface. Le procédé comprend au moins les étapes de :
- positionnement, en regard de la surface à contrôler, d’au moins une sonde ultrasonore multiéléments comprenant un ensemble de n éléments juxtaposés, avec n > 2, selon un angle d’incidence par rapport à la surface adapté pour qu’une onde incidente émise par la sonde permette de générer une onde ultrasonore de surface sur ladite surface,
- émission, par la sonde d’au moins une onde émise,
- réception par la sonde d’au moins une onde réfléchie par un ou plusieurs objets sur la surface,
- génération d’une image ultrasonore synthétique de la surface grâce à l’utilisation de l’onde de surface avec des techniques d’imagerie telles que la Localisation en Tout Point (LTP) ou le Plane Wave Imaging (PWI).
L’étape de génération d’une image ultrasonore peut être réalisée en utilisant une vitesse de l’onde de surface.
L’étape de génération d’une image ultrasonore synthétique A de la surface grâce à l’utilisation de l’onde de surface avec une technique de Localisation en Tout Point (LTP), peut être réalisée par application de la relation suivante,
Figure imgf000005_0001
avec sv( t)=k,j( l)+jH(k,j( )), où kv( I) défini le signal reçu à l’instant t par l’élément j lorsque un élément i a émis un signal, H est la transformée de Hilbert, N est le nombre d’éléments sonde ultrasonore multiéléments, p (respectivement i,r) est le temps de vol entre l’émetteur (respectivement le récepteur) et un point P(xp,yp) de la surface inspectée, le temps de vol défini entre la zone d’émergence (xe,ye) du signal ultrasonore au niveau de la surface inspectée et P(xp,yp) étant
(xp - Xi) + (yp - yi)
t p
CR
où CR est la vitesse de l’onde de Rayleigh à la surface de la structure inspectée.
L’étape de génération d’une image ultrasonore synthétique A de la surface grâce à l’utilisation de l’onde de surface avec une technique Plane Wave Imaging (PWI) peut être réalisée par application de la relation suivante,
Figure imgf000006_0001
où l’on considère Q tir avec pq directions différentes et où les temps de vol sont définis par la relation suivante :
Figure imgf000006_0002
L’au moins une sonde peut être positionnée sur un sabot incliné selon l’angle d’incidence par rapport à la surface.
L’angle d’incidence de l’au moins une sonde par rapport à la surface peut être définie par la relation suivante :
Q = asin (¾
L2
avec Q l’angle d’incidence, C3 la vitesse de l’onde émise dans le sabot et a la vitesse de l’onde surface. L’étape d’émission peut être effectuée par un élément i de la sonde, avec i appartient à [1 ; n], et l’étape de réception peut être effectuée par l’ensemble des éléments de la sonde.
Le procédé peut comprendre une succession de séquences d’émission et de réception, chaque séquence comprenant une étape d’émission effectuée par un élément i de la sonde distinct, avec i appartient à [1 ; n], et l’étape de réception peut être effectuée par l’ensemble des éléments de la sonde.
La surface et la sonde peuvent être placées à l’air libre pour que l’onde de surface circulant sur la surface soit une onde dite de Rayleigh.
La surface et la sonde peuvent être placées dans un liquide pour que l’onde de surface circulant sur la surface soit une onde dite de Schlote.
La sonde peut émettre une série d’ondes de surfaces dont les fronts d’onde sont des plans infinis tous perpendiculaires à une même direction de propagation.
Le procédé peut comprendre une étape de marquage des structures mises en évidence par l’au moins une onde réfléchie.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :
La figure 1 est une représentation schématique d’une sonde ;
La figure 2 est une représentation schématique de la mise en œuvre d’un procédé d’imagerie ultrasonore selon l’invention ;
La figure 3 est une représentation schématique d’un sabot adapté pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Sonde et éventuel sabot
L’invention porte sur un procédé d’imagerie ultrasonore utilisant une sonde 1. D’une manière préférentielle, la sonde 1 est une sonde multiéléments adaptée pour émettre et recevoir des ultrasons (telle que schématisée sur la figure 1).
D’une manière connue, la sonde 1 peut comprendre des matériaux piézo-composites constitués de nombreuses petites et fines baguettes de céramique piézoélectrique intégrées dans une matrice polymère. Les baguettes de céramique piézoélectrique séparées par le polymère constituent un ensemble de n éléments 111 à 1 ln, avec n > 2, électriquement séparés et qui peuvent être excités séparément. Ces éléments 111 à 11 n segmentés sont ensuite incorporés dans un dispositif de sonde 1 qui comprend une couche de protection appropriée, un support, des raccords de câbles et un boîtier.
Utilisée en contact, un sabot 3 de contrôle sera associé à la sonde 1. Ce sabot 1 permet de positionner la sonde 1 de telle sorte que le faisceau ultrasonore incident ait un angle d’incidence dont la définition sera précisée ci-après. Le sabot 3 est façonné de telle sorte que le faisceau ultrasonore incident émerge du sabot 3 en son extrémité, de telle sorte qu’une onde de Rayleigh soit un minimum perturbée par la présence du sabot au-dessus d’elle et puisse se propager au loin devant le sabot sans perte de son contenu spectral.
Procédé d’imagerie ultrasonore de surface
L’invention concerne un procédé d’imagerie ultrasonore d’une surface 2 pour caractériser des objets tels que des microfissures présentes sur la surface 2. Le procédé comprend
essentiellement les étapes de :
- positionnement, en regard de la surface 2 à contrôler, d’au moins une sonde 1 ultrasonore multiéléments comprenant un ensemble de n éléments (111 - 1 ln) juxtaposés, avec n > 2, selon un angle d’incidence par rapport à la surface 2 adapté pour qu’une onde Wi incidente émise par la sonde 1 permette de générer une onde ultrasonore de surface W5 sur ladite surface 2,
- émission, par la sonde 1 d’au moins une onde Wi émise, - réception par la sonde 1 d’au moins une onde réfléchie WG par un ou plusieurs objets 21 sur la surface 2,
- génération d’une image ultrasonore synthétique A de la surface grâce à l’utilisation de l’onde de surface avec des techniques d’imagerie telles que la Focalisation en Tout Point (FTP) ou le Plane Wave Imaging (PWI).
Il est précisé que par objet 21, on entend une indication de surface telle qu’une fissure, une microfissure ou la présence ponctuelle d’un élément déposé sur la surface telle qu’une gouttelette d’eau ou d’huile par exemple. Il peut aussi s’agir d’une zone de concentration des contraintes internes du matériau.
L’utilisation d’une onde de surface Qs pour détecter, imager et dimensionner des fissures débouchantes permet avantageusement de détecter et mesurer des fissures invisibles au ressuage, de manière non destructive.
Tel que représenté sur la figure 2, la sonde 1 peut être positionnée sur un sabot 3 incliné selon l’angle d’incidence Q par rapport à la surface 2.
L’angle d’incidence Q peut être défini par la relation suivante :
Figure imgf000009_0001
avec C3 la vitesse de Fonde Wi émise dans le sabot et a la vitesse de Fonde de surface s. En d’autres termes,
Figure imgf000009_0002
ce qui implique, pour que Q existe que C3 soit inférieur à C2.
D’une manière avantageuse, le procédé selon l’invention utilise un unique angle d’incidence défini par la relation précédemment énoncée.
D’une manière préférentielle, le procédé comprend une succession de séquences d’émission et de réception.
Chaque séquence comprend une étape d’émission effectuée successivement par un élément I L distinct avec i appartient à [1 ; n] de la sonde 1 et l’étape de réception est effectuée par l’ensemble des éléments 111 à 1 ln de la sonde 1. Ainsi, le procédé comprend k séquences d’émissions et de réception avec k appartient à [1 ; n], et préférentiellement k = n.
En d’autres termes, dans le cas où k = n, le procédé comprend successivement, une émission par un premier élément 111, une réception par l’ensemble des éléments 111 à 1 ln, une émission par un deuxième élément 1 h, une réception par l’ensemble des éléments 111 à 11 n, et ainsi de suite jusqu’à une ultime séquence d’émission par un élément 1 ln et de réception par l’ensemble des éléments 111 à 1 ln. On comprendra que quelle que soit la valeur de k, le procédé comprendra au moins k séquences d’émission et de réception pour lesquelles au moins k éléments 1 1 1 à 1 1k distincts auront réalisés chacun une émission. Néanmoins il est possible de réaliser plus de k séquences, pour réaliser une séquence confirmative par exemple. Il est donc possible d’avoir plus de k séquences et qu’un ou plusieurs éléments émettent plus d’une fois, si au moins k séquences ont été réalisées avec un élément 1 1 1 à 1 1 k émetteur différent.
Il est précisé que selon le mode de réalisation schématisé en figure 1 les éléments sont numérotés selon un ordre allant d’une extrémité à l’autre de la sonde 1. Cependant, selon un autre mode de réalisation, les éléments peuvent émettre successivement selon un ordre aléatoire.
L’ensemble des ondes réfléchies, reçues lors de l’ensemble des séquences d’émission et de réception peuvent être traitées selon une méthode dite de focalisation en tout point.
D’une manière particulièrement avantageuse, cette disposition permet de contrôler des surfaces courbes. De plus, cette disposition permet de détecter et cartographier des microfissures quelles que soient leurs orientations. En sus, cette disposition permet de détecter des microfissures juxtaposées. Il s’agit là d’une caractéristique particulièrement avantageuse par rapport aux dispositifs de l’art antérieur.
On peut exécuter le procédé en plaçant la sonde 1 et la surface 2 à l’air libre, dans ce cas, l’onde de surface s sera une onde dite de Rayleigh. L’onde Rayleigh étant une onde se propageant à l’interface entre un solide à l’air (ou dans le vide), sa structure correspond à celle d’une onde sismique. Par analogie, l’onde de Rayleigh peut être comparée au déplacement d’un solide sur une vague, avec à la fois un déplacement vertical et horizontal. D’une manière avantageuse, l’onde de Rayleigh est non dispersive dans une structure monolithique, ce qui permet lui de couvrir de grandes distances sans être significativement atténuée.
On peut exécuter le procédé en plaçant la sonde 1 et la surface 2 dans un liquide, dans ce cas, l’onde de surface W5 sera une onde dite de Schlote. L’onde de Schlote correspond à une onde de surface immergée.
D’une manière avantageuse, l’immersion permet de réaliser le procédé selon l’invention dans le cadre d’un système automatisé dans lequel la surface 2 est plongée dans un liquide La sonde 1 peut émettre une série d’ondes de surface dont les fronts d’onde sont des plans infinis tous perpendiculaires à une même direction de propagation.
D’une manière particulièrement avantageuse l’étape de génération d’une image ultrasonore synthétique A est réalisée en utilisant une vitesse de l’onde de surface Qs.
Cette disposition permet d’imager simplement l’état de surface d’un matériau. En d’autres termes, cette disposition permet d’obtenir rapidement et simplement une image de l’état de surface d’un matériau, sans imager l’ensemble du volume dudit matériau. Il s’agit là d’une disposition technique particulièrement avantageuse qui permet d’avoir une détection rapide, simple et robuste d’éventuelles fissures à la surface d’un matériau.
Dans le cas de l’utilisation d’une technique de Focalisation en Tout Point (FTP), l’image ultrasonore synthétique A est générée par application de la relation suivante,
Figure imgf000011_0001
avec Sij(t)=kij(t)+jH(kij(t)), où k,j(l) défini le signal reçu à l’instant t par l’élément j lorsque un élément i a émis un signal, H est la transformée de Hilbert, N est le nombre d’éléments sonde 1 ultrasonore multiéléments, p (respectivement i,r) est le temps de vol entre l’émetteur (respectivement le récepteur) et un point P(xp,yp) de la surface 2 inspectée, le temps de vol défini entre la zone d’émergence (xe,ye) du signal ultrasonore au niveau de la surface 2 inspectée et P(xp,yp) étant où CR est la vitesse de l’onde de Rayleigh à la surface 2 de la structure inspectée.
Dans le cas où l’étape de génération d’une image ultrasonore synthétique A de la surface 2 grâce à l’utilisation de l’onde de surface W5 est mise en oeuvre avec une technique Plane Wave Imaging (PWI), on applique la relation suivante,
Figure imgf000012_0001
où l’on considère Q tir avec pq directions différentes et où les temps de vol sont définis par la relation suivante :
Figure imgf000012_0002
Le procédé peut être achevé avec une étape de marquage des objets 21 mis en évidence par la ou les ondes réfléchies WG. Le marquage peut, par exemple, consister en une coloration au feutre. Ce marquage peut être réalisé en temps réel à l’aide de la visualisation acoustique, si l’on utilise l’onde de surface qui se réfléchie sur le dispositif physique servant au marquage. D’une manière particulièrement avantageuse, le procédé d’imagerie ultrasonore d’une surface selon l’invention présente notamment les avantages suivants par rapport à l’état de l’art :
- imagerie de la surface avec des résolutions spatiales optimisées en tout point de l’image,
- détection d’indications présentant une orientation principale inclinée par rapport à la surface d’émission de la sonde ultrasonore,
- détection d’indications placées derrière d’autres indications par rapport à l’onde ultrasonore incidente.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d’imagerie ultrasonore d’une surface (2) utilisant des ondes de surfaces pour caractériser des objets (21) tels que des microfissures présentes sur la surface (2), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes de :
- positionnement, en regard de la surface (2) à contrôler, d’au moins une sonde (1) ultrasonore multi éléments comprenant un ensemble de n éléments (111 - l in) juxtaposés, avec n > 2, selon un angle d’incidence par rapport à la surface (2) adapté pour qu’une onde (W1) incidente émise par la sonde (1) permette de générer une onde ultrasonore de surface ( s) sur ladite surface (2),
- émission, par la sonde (1) d’au moins une onde (W1) émise,
- réception par la sonde (1) d’au moins une onde réfléchie (WG) par un ou plusieurs objets (21) sur la surface (2),
- génération d’une image ultrasonore synthétique (A) de la surface grâce à l’utilisation d’une vitesse de l’onde de surface ( s) avec des techniques d’imagerie telles que la Focalisation en Tout Point (FTP) ou le Plane Wave Imaging (PWI).
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’étape de génération d’une image ultrasonore synthétique (A) de la surface grâce à l’utilisation de Fonde de surface (W5) avec une technique de Focalisation en Tout Point (FTP) , est réalisée par application de la relation suivante,
Figure imgf000013_0001
défini le signal reçu à l’instant t par l’élément j lorsque un élément i a émis un signal, H est la transformée de Hilbert, N est le nombre d’éléments sonde (1) ultrasonore multiéléments, t, p (respectivement I, p) est le temps de vol entre l’émetteur (respectivement le récepteur) et un point P(xp,yp) de la surface (2) inspectée, le temps de vol défini entre la zone d’émergence (xe,ye) du signal
p (xp-xô+(yp-yi ) ultrasonore au niveau de la surface (2) inspectée et P(xp,yp) étant tf = - - , où CR
CR
est la vitesse de Fonde de Rayleigh à la surface (2) de la structure inspectée.
3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’étape de génération d’une image ultrasonore synthétique (A) de la surface (2) grâce à l’utilisation de Fonde de surface (W5) avec une technique Plane Wave Imaging (PWI) est réalisée par application de la relation suivante,
A(P) =
Figure imgf000014_0001
+ t ) |, où l’on considère O tir avec pq directions différentes et où les temps de vol sont définis par la relation suivante : tq
Figure imgf000014_0002
4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins une sonde (1) est positionnée sur un sabot (3) incliné selon l’angle d’incidence (Q) par rapport à la surface (2).
5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’angle d’incidence (Q) de l’au moins une sonde (1) par rapport à la surface (2) est définie par la relation suivante : Q = asin (— ), avec Q l’angle d’incidence, C3 la vitesse de l’onde (Wi) émise dans le sabot (3) et a la vitesse de l’onde surface (Wd).
6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5 dans lequel l’étape d’émission est effectuée par un élément (1 li) de la sonde (1), avec i appartient à [1 ; n], et l’étape de réception est effectuée par l’ensemble des éléments (111 - 1 ln) de la sonde (1).
7. Procédé selon la revendication 6, comprenant une succession de séquences d’émission et de réception, chaque séquence comprenant une étape d’émission effectuée par un élément (1 li) de la sonde (1) distinct, avec i appartient à [1 ; n], et l’étape de réception est effectuée par l’ensemble des éléments (111 - 1 ln) de la sonde (1).
8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la surface (2) et la sonde (1) sont placées à l’air libre pour que l’onde de surface ( s) circulant sur la surface (2) soit une onde dite de Rayleigh.
9. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la surface (2) et la sonde (1) sont placées dans un liquide pour que l’onde de surface (W5) circulant sur la surface (2) soit une onde (W) dite de Schlote.
10. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la sonde (1) émet une série d’ondes de surfaces (W5) dont les fronts d’onde sont des plans infinis tous perpendiculaires à une même direction de propagation.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant une étape de marquage des structures (21) mises en évidence par l’au moins une onde réfléchie (WG).
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US20180284069A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Olympus Scientific Solutions Americas Inc. Method and system of deducing sound velocity using time-of-flight of surface wave

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