1

MÉTHODES ULTRASONORES DE DÉTECTION ET D’IMAGERIE TEMPS-RÉEL IMPLÉMENTÉES DANS LES SYSTÈMES

D’ACQUISITION M2M REAL-TIME ULTRASONIC TECHNIQUES IMPLEMENTED IN M2M

ACQUISITION SYSTEMS

S. Robert (1), O. Casula (1), M. Njiki (2), O. Roy (2)

(1) CEA, LIST, centre de Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette

{sebastien.robert ; olivier.casula}@cea.fr

(2) Société M2M, 1 rue de Terre-Neuve, 91940, Les Ulis {m.njiki ; o.roy}@m2m-ndt.com

Résumé Les traducteurs ultrasonores multi-éléments sont de plus en plus employés pour le contrôle non-destructif (CND) de composants industriels. Cette technologie permet d'adapter et maîtriser un faisceau ultrasonore au sein d'une pièce de géométrie connue en appliquant des retards d'émission à chacun des éléments du capteur. L'utilisation de ces capteurs se prête d'autre part à l'application de méthodes plus originales, comme des méthodes de focalisation synthétique par post-traitement d'acquisitions multi-éléments, ou des méthodes de focalisation adaptative. Parallèlement à ces évolutions techniques, l'exigence de contrôles rapides de pièces industrielles de géométries complexes nécessite l'implémentation dans les systèmes embarqués de méthodes adaptatives temps-réel fonctionnant à haute cadence. Dans ce contexte, ce papier présente des fonctionnalités temps-réel implémentées dans les systèmes d'acquisition M2M. La première fonctionnalité, en cours d'implémentation, est l'algorithme de reconstruction "Focalisation en Tous Points". Les performances de cette technique sont illustrées par des exemples d'imagerie 3D et multi-modes. La deuxième fonctionnalité a été développée pour le contrôle de raidisseurs aéronautiques. Il s'agit d'une méthode qui, par un principe itératif, permet d'adapter une onde incidence à la surface d'une pièce de géométrie complexe. Un exemple de mise en œuvre temps-réel est présenté. La dernière fonctionnalité présentée est une méthode de focalisation adaptative.

Abstract Ultrasonic transducer arrays are more and more used in non-destructive testing (NDT) of industrial components. This technology enables to control an ultrasonic beam in a piece of known geometry by applying appropriate emission delays to each element of a sensor. The use of transducer arrays is also interesting for implementation of more advanced methods, such as synthetic focusing algorithms or adaptive focusing methods. Alongside these technical developments, a fast inspection of industrial components with complex geometries requires the implementation of real-time and adaptive methods in embedded systems. In this context, this paper presents real-time detection and imaging tools implemented in M2M acquisition systems. The first, currently under implementation, is the synthetic ima-ging algorithm "Total Focusing Method". Examples of multimodal 3D imaging performed with CIVA software are presented to illustrate the potential of this technique in NDT. The second tool was developed to control aeronautical stiffeners. It is an iterative method allowing to adapt an incident wave to the surface of a complex piece. Experimental results obtained with complex composite stiffeners are given. The third real-time technique is an adaptive focusing method based on an iterative process.

2

1 – INTRODUCTION

L'utilisation des traducteurs multi-éléments en CND par ultrasons a considérablement élargi les possibilités d'inspection des composants industriels et représente un réel bond en avant pour la détection et caractérisation de défauts. Par rapport aux traducteurs mono-éléments, cette technologie offre en effet l'avantage de pouvoir adapter et maîtriser n'importe quel faisceau focalisé dans une pièce en affectant électroniquement les retards d'émission appropriés aux différents éléments du capteur. Les performances actuelles des systèmes d'acquisition multi-voies permettent de gérer un grand nombre de lois de retard (focalisation multiple suivant plusieurs angles et/ou profondeurs) et d'imager des zones très étendues. Cette focalisation multi-points peut également s'opérer de façon synthétique en post-traitant les acquisitions multi-éléments [1]. L'algorithme de focalisation synthétique consiste à sommer de façon cohérente les signaux reçus pour obtenir des maxima d'amplitude à l'endroit où sont effectivement localisés les défauts à l'origine des échos détectés. Il s'appuie principalement sur l'exploitation des temps de vol évalués théoriquement à partir de modèles directs. En appliquant cet algorithme à une acquisition de type Full Matrix Capture (FMC) ou matrice inter-éléments, le traitement permet de focaliser synthétiquement en tous points de la zone d'inspection [2,3]. La reconstruction FTP (Focalisation en Tous Points) a été récem-ment généralisée à la focalisation multi-modes, en incluant des rebonds sur le fond de pièce (focalisation avant ou après rebond) et des conversions de mode [4,5]. Cette extension de l'algorithme permet d'imager des défauts étendus, de type fissures, se trouvant à proximité d'un fond de pièce. La première partie de ce papier expose quelques-unes de ces nouvelles possibilités de reconstruction disponibles dans le logiciel CIVA. En particulier, l'intérêt de coupler de la reconstruction 3D avec de la focalisation après rebond est démontré. Ces techniques d'imagerie ne sont pas adaptatives car elles reposent sur un modèle théorique de calcul de temps de vol, propre à une géométrie donnée. L'inspection de pièces de géométries variables requiert donc l'utilisation de méthodes adaptatives. Pour le contrôle au contact, les solutions existantes sont pour la plupart axées sur l'instrumentation des capteurs : utilisation de traducteurs flexibles instrumentés [6] ou de traducteurs montés sur des sabots souples [7]. Le contrôle en immersion offre en comparaison moins de solutions. Les techniques de Retournement Temporel des ondes ultrasonores [8,9] sont une solution séduisante pour focaliser de façon adaptative sur des défauts, mais elles se prêtent mal à une implémentation à faible coût dans les systèmes embarqués. La seconde partie de ce document présente deux techniques adaptatives temps-réel implémentées dans les systèmes d'acquisition M2M. La première technique a été mise au point pour le contrôle à haute cadence de raidisseurs composites issus de l'aéronautique. Par un principe itératif relativement simple, elle permet de générer une onde incidente dont le front d'onde est parallèle à la surface du raidisseur ; la transmission du champ ultrasonore s'effectue en incidence normale en tous points de la surface. Cette technique est particu-lièrement adaptée au contrôle de composites aéronautiques car les défauts recherchés (de type délaminages) ont des orientations quasi parallèles à la surface d'entrée [10]. Le papier présente un résultat d'acquisition obtenu sur un échantillon de raidisseur réaliste. La seconde fonctionnalité présentée est une méthode de focalisation adaptative plutôt dédiée à l'inspection de pièces métalliques. Cette technique se base sur le principe du Retournement Temporel selon lequel une onde rétrodiffusée par un petit défaut, reçue par tous les éléments d'un capteur, et ré-émise dans une chronologie inversée, va venir focaliser sur ce même défaut [8]. L'implémentation de cette technique dans un système embarqué néces-siterait donc d'enregistrer autant de signaux élémentaires que d'éléments du capteur et de synthétiser le retourné temporel de chacun de ces signaux avant de les ré-émettre. Pour alléger le procédé, la technique implémentée dans les systèmes M2M consiste à mesurer en automatique des temps de vol voie/voie sur un front d'onde reçu et provenant d'un éventuel défaut, puis à appliquer une loi de retard qui correspond au retourné temporel de ce front d'onde ; la loi de retard synthétisée correspond à la courbe de temps de vol inversée. La

3

fonctionnalité est illustrée dans ce papier par un résultat d'acquisition obtenu sur une pièce complexe dont la géométrie est représentative d'un bourrelet de soudure.

2 – FOCALISATION EN TOUS POINTS : IMAGERIE 3D ET MULTI-MODES L'algorithme de reconstruction FTP est un outil de focalisation synthétique qui post-traite une acquisition multi-éléments. Cette acquisition est en général une acquisition de type FMC. En notant M et N respectivement les nombres d'éléments utilisés en émission et en réception, l'acquisition FMC consiste à enregistrer un ensemble de MxN signaux élémentai-

res sij(t), avec 1 j M et 1 i N. L'indice j dénote le numéro de l'élément émetteur et l'indice i celui de l'élément récepteur. Le post-traitement consiste ensuite à définir une zone de reconstruction (position, dimensions et nombre de points), puis, pour chaque point P de la zone, à calculer les temps de vol théoriques Tij(P) correspondant aux temps de parcours entre un émetteur n°j et un récepteur n°i en passant par le point P. L'algorithme requiert donc le calcul de NxM temps de vol pour chaque point P. La focalisation synthétique s'opère en sommant en chaque point P les amplitudes extraites des signaux sij(t) aux temps t =Tij(P), ce qui peut s'écrire :

1 1

N M

ij ij

i j

I P s t T P . (1)

Cet algorithme permet de focaliser synthétiquement en mode direct (les parcours mis en jeu

correspondent à des trajets directs capteur défauts, sans rebond sur le fond de pièce). La

Figure 1(a) illustre une reconstruction en mode direct T T (la polarisation de l'onde incidente et de l'onde diffractée est transversale) dans une zone comprenant un entaille (h = 10 mm) débouchante en fond de pièce. L'acquisition FMC a été réalisée en immersion, sur une pièce parallélépipédique en acier ferritique. Le capteur est constitué de 42 éléments fonctionnant à 2 MHz. L'image montre que l'écho de diffraction du haut de l'entaille est à peine supérieur au niveau de bruit, rendant difficile la caractérisation d'un tel défaut (et a fortiori si le matériau était davantage bruité).

Figure 1 : Imagerie 2D multi-modes d'une entaille droite h = 10 mm débouchante.

(a) Reconstruction en mode direct T T. (b) Reconstruction en mode « écho de coin » T T T.

Pour une caractérisation plus fine et robuste de défauts étendus proches d'un bord de pièce, l'algorithme a été généralisé dans CIVA à la reconstruction multi-modes : les trajets pris en compte pour le calcul des temps de vol dans l'Eq. (1) peuvent désormais inclure une réflexion sur le fond avant ou après interaction avec le défaut. La polarisation de l'onde entre

4

deux interactions successives, longitudinale (L) ou transversale (T), est également prise en compte. L'intérêt de cette extension est illustré sur la Figure 1(b) présentant une reconstruc-tion en mode "Echo de coin" (focalisation synthétique sur l'entaille après rebond sur le fond). Par rapport au mode direct, la caractérisation du défaut ne pose ici plus de difficulté puisque l'entaille est imagée sur toute sa hauteur. La dimension h de l'entaille peut être estimée (erreur inférieure à 10%) en réalisant, par exemple, une mesure de la chute de l'amplitude à -6 dB sur une coupe verticale le long du défaut. L'algorithme FTP a également été étendu à l'imagerie 3D. Le résultat sur la Figure 2

montre un exemple de reconstruction 3D en mode direct L L sur une maquette représenta-tive d'un piquage. L'acquisition FMC a été faite à l'aide d'un traducteur conformable composé d'une matrice de 12x7 éléments (fréquence de fonctionnement égale à 2 MHz). Le capteur a été placé à l'aplomb d'un trou à fond plat (TFP) situé dans la partie la plus complexe de la pièce, à la jonction entre les parties conique et cylindrique. L'imagerie 3D se présente sous la forme d'une "boîte englobante" contenant trois coupes orthogonales. Chaque coupe peut être translatée selon une direction. Ci-dessous, la translation de la coupe horizontale permet d'inspecter localement la profondeur de la pièce et de visualiser, à une profondeur donnée, l'écho du TFP avec un excellent contraste.

Figure 2 : Imagerie 3D en mode direct L L de la jonction cône/cylindre d'un piquage.

L'imagerie 3D peut être combinée à une reconstruction multi-modes pour former une image plus complète de défauts étendus et caractériser à la fois leur hauteur et leur extension. Pour l'illustrer, une maquette comportant trois entailles identiques (hauteur h = 5 mm, extension l = 25 mm) a été usinée (Figure 3). Ces entailles sont débouchantes en fond de pièce et ont des orientations différentes les unes par rapport aux autres (les plans dans lesquels sont contenues les entailles décrivent un triangle équilatéral). Une acquisition FMC a été réalisée au contact avec un traducteur matriciel fonctionnant à 5 MHz et comportant 128 éléments (matrice de 16x8 éléments). La Figure 4(a) montre un premier résultat de reconstruction en mode direct L L. Le déplacement de la coupe XY (coupe horizontale) dans l'imagerie 3D permet de visualiser simultanément l'extension des trois entailles. Avec ce traducteur matriciel de petite ouverture (10x5 mm²), l’algorithme de reconstruction est donc capable d’imager une zone très étendue dans la pièce (75x75 mm²). Par contre, les faibles amplitudes des échos de diffraction sur les deux coupes verticales (par exemple, la coupe YZ illustrée sur cette figure) rendent difficile une caractérisation de la hauteur des défauts. Le post-traitement de la même acquisition en mode "Echo de coin" (Figure 4(b)) offre une image plus complète des défauts : la coupe

5

horizontale donne lieu à une image de qualité équivalente à celle obtenue en mode direct, et les coupes verticales permettent en outre d'imager la hauteur de chaque entaille. Comme en imagerie 2D, une mesure de la chute de l'amplitude -6 dB permet d'obtenir une bonne estimation des dimensions (hauteur et extension) des défauts.

Figure 3 : Maquette avec entailles de différentes orientations et traducteur matriciel au contact.

Figure 4 : Imagerie 3D en mode direct L L (a) et en mode "Echo de coin" L L L (b).

6

Pour faciliter la visualisation et la caractérisation de défauts, les outils de traitement d'image du logiciel CIVA incluent l'affichage de volumes iso-surfaces (surfaces 3D d'égales amplitudes), des outils de lissage et de réglage de la transparence des coupes. A titre d'illus-tration, la Figure 5 donne une nouvelle représentation de l'imagerie 3D en "Echo de coin" après suppression des coupes et affichage des volumes iso-surfaces.

Figure 5 : Représentation d'iso-surfaces sur l'imagerie 3D en mode « écho de coin » L L L.

3 – METHODE ADAPTATIVE DE CONTROLE DE RAIDISSEURS COMPOSITES La méthode SAUL (Surface Adaptive ULtrasounds) est un algorithme itératif qui a été mis au point pour le contrôle en immersion de raidisseurs composites. De façon générale, la méthode permet d'adapter une onde à n'importe quelle surface complexe en ne requérant aucune information précise a priori sur les caractéristiques de la pièce et du capteur. Elle reste valide pour des géométries 2D (capteur linéaire) ou 3D (capteur matriciel). La technique est itérative : elle consiste à générer un premier tir, mesurer les temps de vol entre les éléments du traducteur et la surface de la pièce, et en déduire une loi de retard qui sera appliquée au prochain tir, et ainsi de suite, jusqu'à complète adaptation de l'onde à la surface de la pièce. Pour un traducteur de N éléments, en notant n le numéro de la voie courante (n = 1,2,…, n,…,N), la loi de retard à l'émission au tir n° j+1 est donnée par :

1

1 2

1 1 1 1 1 1

1 2

1Max , ,..., ,...,

2

Min , ,..., ,...,

j j j j j j j

n n N n n

j j j j j j

n n n N

E t t t t t E

E E E E E E

(2)

où j

nt est le temps de vol mesuré sur la voie n° n au précédent tir n° j. Ces temps de vol

sont mesurés via la détection du maximum de l'enveloppe de l'écho de surface. La loi de

retard appliquée à la réception se déduit de la façon suivante :

1 1 1 1 1 1

1 2Max , ,..., ,...,j j j j j j

n n N nR E E E E E . (3)

Le premier terme de la suite (la loi de retard appliquée au premier tir) est en général défini par :

0 pour 1j

nE n j . (4)

Les lois de retard initiales sont donc des lois nulles. Ce choix est généralement fait quand

aucune information, même approximative, n'est connue sur la géométrie de la pièce.

7

La Figure 6 présente le résultat d'une première émission non adaptée (loi de retard

nulle1

0nE n) pour un raidisseur "coudé" (épaisseur 7 mm) et un traducteur linéaire de

48 éléments. La représentation de type BScan-voies fait apparaître un écho de surface

assez fort, suivi d'un important bruit de structure ; l'écho de fond n'est pas visible même pour

cette faible épaisseur de composite. Ce premier tir non adapté ne permet en aucun cas de

révéler la présence d'un éventuel défaut.

Figure 6 : BScan-voies obtenu pour un raidisseur coudé lorsque l'émission n'est pas adaptée

à la géométrie de pièce (loi de retard nulle 1

0nE n).

La Figure 7 ci-dessous illustre le processus itératif qui converge, pour ce raidisseur, à la troisième itération (quatrième tir). Itération après itération, l'écho de surface se redresse et l'écho de fond augmente progressivement en amplitude. A la convergence, l'écho de surface devient horizontal, témoignant de l'adaptation de l'onde à la surface de la pièce, et l'écho de fond, originellement noyé dans le bruit de structure, apparaît maintenant avec un rapport signal/bruit significatif.

Figure 7 : Illustration de la convergence de la méthode SAUL.

8

Comme illustré ci-dessus, il suffit en général de procéder à 4 à 5 itérations pour former une onde incidente idéalement adaptée à la surface d'une pièce, quelle que soit sa complexité (surface convexe, concave ou quelconque). En pratique, pour s'assurer de la convergence de l'algorithme, un critère d'arrêt simple peut être utilisé pour savoir si le processus itératif a convergé ou non. Par exemple, ce critère peut consister à comparer à chaque itération le retard maximum de la loi calculée par rapport à la demi-période tempo-relle T/2. Avec les notations de l'Equation (2), le processus est donc stoppé à un tir n° j si :

1 2Max , ,..., ,...,

2

j j j j

n N

TE E E E . (5)

La méthode SAUL a été implémentée dans les systèmes d'acquisition M2M et permet de réaliser un contrôle temps-réel de raidisseurs à haute cadence : pour un capteur de 32 éléments, la cadence de fonctionnement de la méthode avec 3 itérations est de 400 Hz (400 BScans par seconde). La Figure 8 présente un exemple de résultat d'acquisition obtenu sur un échantillon de composite réaliste. Ce dernier comporte un trou à fond plat à mi-longueur. Le capteur (32 éléments actifs) est placé au-dessus de la partie convexe de la pièce et est translaté sur une longueur de 180 mm. L'acquisition a été réalisée avec 3 itérations, à une vitesse de 60 mm/s.

Figure 8 : BScan-mécaniques obtenus pour une émission

non adaptée et lorsque la méthode est activée avec 3 itérations.

Les images ci-dessus sont des BScans-mécaniques correspondant au signal reçu par un élément central du capteur en fonction de la position de ce dernier. L'acquisition sans traitement fait apparaître un fort bruit de structure et un écho de fond de très faible amplitude ; l'image extrêmement bruitée ne permet pas de déceler la présence d'un défaut. Lorsque le traitement est activé, le BScan-mécanique fait émerger l'écho du défaut avec un rapport signal/bruit significatif ainsi qu'un effet d'ombrage sur le fond de pièce. Il est à noter que l'écho de surface n'arrive pas à un temps constant lors du déplacement, ce qui témoigne d'un mauvais positionnement de la pièce par rapport à l'axe de balayage. Le résultat obtenu montre que la méthode adaptative s'affranchit de ces problèmes de positionnement.

4 – METHODE DE FOCALISATION ADAPTATIVE

9

La technique de focalisation adaptative intégrée dans les systèmes M2M est form-ellement identique à la méthode SAUL dans son principe de fonctionnement. Il s'agit d'un enchaînement d'itérations consistant en un premier tir ultrasonore (avec ou sans application de loi de retard), une mesure de temps de vol sur l'écho provenant d'un éventuel défaut, et l'application au second tir d'une loi de retard déduite de ces temps de vol. Cet ensemble d'opérations est répété pour obtenir une focalisation optimale sur le défaut. En conservant les notations de la précédente partie, la loi de retard à l'émission au tir n° j+1 peut s'écrire :

1

1 2

1 1 1 1 1 1

1 2

Max , ,..., ,...,

Min , ,..., ,...,

j j j j j j j

n n N n n

j j j j j j

n n n N

E t t t t t E

E E E E E E (6)

où j

nt (n = 1,2,…,n,…,N) sont ici les temps de vol mesurés (au tir n° j) par la détection du

maximum de l'enveloppe de l'écho d'un défaut. La loi de retard appliquée à la réception se

déduit de la loi à l'émission :

1 1 1 1 1 1

1 2Max , ,..., ,...,j j j j j j

n n N nR E E E E E . (7)

La loi appliquée au premier tir peut être une loi non nulle ( 0 pour 1j

nE n j ), quasi

adaptée à la géométrie d'une pièce, qu’on souhaite optimiser à l'aide d'itérations successives

pour focaliser au mieux sur un défaut.

L'algorithme de focalisation est très proche de l'algorithme SAUL : l'unique différence

réside dans le facteur 1/2 qui n'apparaît plus dans l'expression des lois à l'émission (compa-

raison des Eqs. (2) et (6)). Conformément au principe de Retournement Temporel [8], les lois

à l'émission ainsi définies permettent de focaliser sur un petit réflecteur. La focalisation par

Retournement Temporel consiste à synthétiser le retourné temporel sn( t) de chaque signal

élémentaire reçu sn(t), puis à ré-émettre l'ensemble de ces signaux. L'algorithme de focalisa-

tion ne modifie pas, quant à lui, la forme d'onde sur chaque voie élémentaire (les signaux

d'émission restent des impulsions brèves quelle que soit l'itération). Il consiste à appliquer

une loi de retard correspondant au retourné temporel du front d'onde reçu à la précédente

itération ; la loi de retard est la courbe inversée des temps de vol mesurés sur ce front

d'onde. A la différence du Retournement Temporel, la technique nécessite par conséquent

que l'onde rétrodiffusée et reçue par le capteur soit suffisamment forte pour pouvoir identifier

un front d'onde et mesurer des temps de vol. L'utilisation de cette fonctionnalité est donc

destinée à l'inspection de pièces faiblement bruitées et présentant une aberration de surface

limitée (faible aberration du faisceau transmis). En contrepartie, l'algorithme se prête davan-

tage à une implémentation peu coûteuse pour de l'inspection temps-réel et à haute cadence.

Le principe de focalisation adaptative est illustré sur la Figure 9 dans le cas d'une pièce en acier inoxydable, placée en immersion. Un traducteur linéaire (32 éléments fonc-tionnant à 5 MHz) est positionné au-dessus de la partie plane de la pièce, à l'aplomb d'un trou génératrice (TG1) de 2 mm de diamètre et situé à 35 mm de profondeur. Au premier tir, la loi de retard appliquée est une loi nulle générant, pour cette configuration pièce/capteur, un premier écho de défaut suffisamment fort pour activer le traitement. Les BScan-voies et AScan-somme associés aux tirs successifs illustrent l'adaptation progressive de la focalisa-tion qui converge, dans le cas présent, à la deuxième itération (l'amplitude de l'écho de défaut n'évolue plus au-delà de 2 itérations). Sur le AScan-somme, la lecture des amplitudes aux premier et dernier tirs montre que l'écho du TG1 a été amplifié de plus de 17 dB. Un résultat d'acquisition en déplacement mécanique est présenté sur la Figure 10. Le traitement a été activé avec 2 itérations et une loi de retard nulle au premier tir. Le capteur a été translaté sur une longueur de 135 mm, de la partie plane à la partie complexe de la pièce

10

dont la géométrie est représentative d'un bourrelet de soudure. Un trou génératrice (TG2), de même diamètre que le TG1, est situé sous la partie complexe à 45 mm de profondeur. L'acquisition a été faite à une cadence de 500 Hz.

Figure 9 : Illustration de la convergence de la focalisation adaptative.

11

Figure 10 : BScan-mécaniques obtenus pour une émission non adaptée et lorsque la focalisation adaptative est activée avec 3 itérations.

Les BScans-mécaniques sur la Figure 10 représentent en code couleur l'évolution du AScan-somme en fonction de la position du capteur. L'activation du traitement fait apparaître des échos beaucoup plus forts et plus étalés. Cet étalement résulte de l'effet de "tracking" du traitement adaptatif : la focalisation est maîtrisée sur toute une plage de positions autour d'un

défaut. Pour le TG1, la focalisation s'opère sur une plage de 32 mm (5 x 37 mm) autour du défaut. Pour le TG2, la plage est plus réduite du fait de la complexité de la surface. Le

traitement s'opère sur 19 mm (91 x 110 mm). Les amplitudes de détection ont été mesurées sur les AScan-sommes aux positions des 2 TGs : x1 = 20 mm, x2 = 101 mm. Les valeurs, en dB, sont reportées dans le tableau ci-dessous (Figure 11). L'amplitude de détection du TG1 avec traitement activé a été prise pour référence (0dB).

TG1 TG2

Amplitudes sans focalisation (dB) - 17 -22

Amplitudes avec focalisation (dB) 0 (Réf.) -5

Amplifications (dB) 17 17

Figure 11 : Amplitudes de détection des TGs avec et sans focalisation adaptative.

Le tableau indique que la focalisation adaptative amplifie les échos des TG1 et TG2 de 17 dB par rapport à l'état initial, sans focalisation. D'autre part, que ce soit avec ou sans traitement, l'écho du TG2 présente une différence d'amplitude de 5 dB par rapport à l'écho du TG1 situé sous la partie plane. Cet écart d'amplitude est dû à la géométrie du bourrelet de soudure. La surface convexe du bourrelet agit en effet comme une "lentille divergente" qui "défocalise" naturellement les faisceaux transmis. Les itérations successives ne permettent pas de corriger complètement les effets de la surface et de focaliser idéalement à la profon-deur du TG2. Le niveau de détection de ce défaut reste néanmoins très satisfaisant (ce niveau est identique à celui obtenu lorsqu'on applique une loi de retard calculée avec le profil théorique de la pièce).

12

5 – CONCLUSION L'objectif de ce papier était de présenter des techniques de détection et d'imagerie embarquées dans les systèmes d'acquisition M2M. La première technique est l'algorithme de reconstruction "Focalisation en Tous Points" (FTP) qui est actuellement en cours d'implé-mentation dans ces systèmes. Les potentiels de cet outil d'imagerie ont été démontrés via des exemples de reconstruction dans le logiciel CIVA. En particulier, l'apport de la reconstruction multi-modes en imagerie 3D a été illustré par un résultat obtenu sur une pièce comportant plusieurs défauts étendus et d'orientations diverses. L'image 3D permet une caractérisation complète des défauts, donnant accès aux deux dimensions (extension et hauteur) de chaque défaut. Une technique temps-réel, nommée méthode SAUL (Surface Adaptive ULtrasounds), a ensuite été présentée. Cette technique a été implémentée dans les systèmes M2M et développée spécifiquement pour l'inspection de raidisseurs composites de l'aviation civile . Elle permet un contrôle adaptatif (sans information précise sur l'état de surface de la pièce et du positionnement de celle-ci vis-à-vis du capteur) et rapide de longs raidisseurs. La fonctionnalité a été testée sur un échantillon de raidisseur "coudé" de l'A380 avec un traducteur multi-éléments non mis en forme. Le résultat d'acquisition démontre une excellente capacité de détection et d'adaptation. La méthode SAUL s'adapte particulièrement bien à un mauvais positionnement de la pièce par rapport à l'axe de balayage du capteur. La deuxième technique temps-réel présentée dans ce papier était une méthode de focalisation adaptative. Basée sur un principe itératif, la technique permet de focaliser pro-gressivement et de façon optimale sur un petit réflecteur sans avoir une connaissance fine de la géométrie et des propriétés acoustiques de la pièce contrôlée. Un résultat d'acquisition sur une pièce complexe dont la géométrie est représentative d'un bourrelet de soudure a été présenté. La fonctionnalité activée avec plusieurs itérations permet de maîtriser la focali-sation sur un défaut quelle que soit la position du capteur autour de ce défaut, même sous la partie complexe de la pièce. L'activation du traitement permet d'amplifier les échos des dé-fauts dans le bourrelet de soudure de 17 dB par rapport à un tir non focalisé.

RÉFÉRENCES [1] R.Y. Chiao, L.J. Thomas, Analytic evaluation of sampled aperture ultrasonic imaging techniques, IEEE Trans. Ultrason. Ferr. Freq. Control, Vol. 41, no. 4, 1994, pp. 484-493. [2] C. Holmes, B.W. Drinkwater, P.D. Wilcox, Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit-receive array data for non-destructive evaluation, NDT&E international, Vol. 38, 2005, pp. 701-711. [3] S. Chatillon, S. Mahaut, P. Dubois, Simulation of advanced UT phased array techniques with matrix probes and dynamic settings for complex component inspection, Review of progress in QNDE, Vol. 1096, 2009, pp. 864-871. [4] A. Fidahoussen, P. Calmon, M. Lambert, S. Paillard, S. Chatillon, Imaging of defects in several complex configurations by simulation-helped processing of ultrasonic array data », Review of progress in QNDE, Vol. 29, 2010, pp. 847-854. [5] J. Zhang, B.W. Drinkwater, P.D. Wilcox, A.J. Hunter, Defect detection using ultrasonic arrays: The multi-mode total focusing method, NDT&E international, Vol. 43, 2010, pp. 123-133. [6] G. Toullelan, O. Casula, E. Abittan, Ph. Dumas, Application of a 3D smart flexible phased-array to piping inspection, Review in Progress in QNDE, Vol. 27, 2008, pp. 794-795. [7] J. Russel, R. Long, P. Cawley, N. Habgood, Inspection of components with irregular surfaces using a conformable ultrasonic phased array, Review of progress in QNDE, Vol. 28, 2009, pp 792-799.

13

[8] M. Fink, Time reversal of ultrasonic fields – Part I: Basic principles, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, Vol 39, no. 5, 1992, pp. 555-566. [9] E. Kerbrat, C. Prada, D. Cassereau, M. Fink, Imaging in the presence of grain noise using the decomposition of the time reversal operator, J. Acoust. Soc. Am., Vol. 113, no. 3, 2003, pp 1230-1240. [10] A. Maurer, W. Haase, W. De Odorico, Phased Array Application in Industrial Scanning Systems, ECNDT proceedings, 2006.