FR2851662A1 - Procede et dispositif de detection de discontinuites dans un milieu - Google Patents

Abstract

Procédé et dispositif de détection de discontinuités dans un milieu mettant en oeuvre la détection de maxima, par exemple dans un signal d'écho à une excitation ultrasonore du milieu, et au regroupement des maxima correspondant à une même discontinuité en fonction de critères de cohérence appliqués à ces maxima.

Description

Procédé et dispositif de détection de discontinuités dans un milieu.

La présente invention est relative aux procédés et dispositifs de détection de discontinuités dans un milieu.

Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé et un dispositif mettant en oeuvre les opérations consistant à : - générer dans le milieu une onde d'émission, telle 10 qu'une onde acoustique ultrasonore, grâce à au moins un élément émetteur, - recueillir, grâce à une matrice d'éléments récepteurs Tj, une onde de réponse transmise par le milieu en réponse à l'onde d'émission, et la transformer en un 15 signal de réponse analogique, - numériser le signal de réponse produit par chaque élément récepteur Tj, - sélectionner dans le signal de réponse produit par chaque élément récepteur T] et numérisé, des maxima 20 correspondant à des valeurs du signal de réponse, supérieures à une valeur de seuil.

Le document FR-A-2 696 573 décrit un exemple d'un procédé mettant en oeuvre les opérations indiquées ci-dessus.

Dans ce procédé, chaque élément émetteur et chaque élément 25 récepteur est constitué d'un même transducteur d'une matrice de transducteurs appartenant à une même sonde. Le signal d'émission est un signal acoustique et celui-ci est réfléchi par un réflecteur tel qu'une discontinuité du milieu. Le signal réfléchi est ensuite inversé temporellement et ré30 émis pour focaliser l'énergie du signal sur le réflecteur en compensant ainsi de manière automatique les irrégularités de propagation des ultrasons dans les milieux inhomogènes et les erreurs de positionnement sonde/milieu. Dans ce procédé, on dit que le signal acoustique est focalisé par "retournement temporel".

Ce procédé de l'art antérieur n'est pas intéressant lorsque l'on souhaite détecter une discontinuité dans un 5 milieu en mouvement relatif par rapport à l'ensemble comprenant l'émetteur et les récepteurs. En effet, en pratique, la zone du milieu dans laquelle la ré-émission est effectuée doit concider le plus possible avec celle dans laquelle le signal a été originellement émis. Or pour 10 obtenir de bons résultats, et notamment une bonne résolution en profondeur, il serait nécessaire d'effectuer plusieurs retournement temporels sur une même zone, ce qui n'est pas compatible avec les temps de contrôle requis pour détecter une discontinuité dans un milieu en mouvement relatif par 15 rapport à l'ensemble comprenant l'émetteur et les récepteurs, tout au moins dès que ce mouvement devient relativement rapide.

La présente invention a notamment pour but de fournir un procédé et un dispositif qui permettent d'obtenir 20 une bonne détection d'une discontinuité dans un milieu, quelle que soit la forme, la position et l'orientation de cette discontinuité, sans avoir recours à la méthode de focalisation par retournement temporel, de manière à pouvoir utiliser l'invention même lorsque le mouvement relatif de la 25 sonde par rapport au milieu est relativement rapide.

A cet effet, on prévoit selon l'invention, un procédé de détection de discontinuités dans un milieu qui, outre les caractéristiques déjà mentionnées, est caractérisé par le fait qu'il comprend une opération de traitement des 30 maxima, consistant à appliquer au moins un critère de cohérence aux maxima sélectionnés dans l'ensemble des signaux de réponse numérisés afin de regrouper les maxima correspondant à une même discontinuité.

Grâce à ces dispositions, le traitement du signal produit sur les éléments détecteurs est réalisé de manière auto-adaptative. En effet, la résolution spatiale et temporelle est obtenue par une recherche de cohérence dans 5 le signal produit et ne nécessite pas de focalisation par retournement temporel. La production et le traitement du signal conformément au procédé selon l'invention sont effectués en temps réel et conservent les mêmes performances même lorsque la vitesse du mouvement relatif de la sonde par 10 rapport au milieu est rapide ou très rapide (par exemple sensiblement égale ou supérieure à 30m/s, comme c'est le cas lors d'une auscultation de rails en voie).

Dans des modes de réalisation préférés du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en 15 outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - l'opération consistant à sélectionner les maxima comporte * une détection glissante, par une appréciation de la pente de chaque signal de réponse produit par un élément 20 récepteur Tj, de pics s'élevant au dessus du niveau de bruit dynamique et * un repérage du maximum de chaque pic - l'opération de traitement des maxima comporte un premier test de cohérence consistant à regrouper en un 25 segment i deux maxima détectés sur deux éléments récepteurs consécutifs j et j+1 si 1 TOFO"i=l, à TOF(i+1)i.= à k'I T *TOF(j)i=l à k est la position temporelle du maximum 30 j, avec i=1 à k, dans le signal de réponse produit par l'1élément j, * TOF(j+l)1i,=1 à k' est la position temporelle du maximum z, avec i] àk' dans le signal de réponse produit par l'élément j+l et sin a T=t+ú, avec t=- p. a étant l'angle de v déflexion maximum souhaité, p la distance entre les 5 récepteurs j et j+l, v la vitesse de l'onde dans le milieu et s la tolérance de l'opération de traitement aux erreurs de calculs et aux dispersions mécaniques; - l'opération de traitement des maxima comporte en outre un deuxième test de cohérence consistant à ne 10 conserver un segment I que si IAMP)t-AMP + 1) | <SAA o: AMP )i et AMP(+1)! sont les amplitudes respectivement des maxima détectés sur deux éléments 15 récepteurs consécutifs j et j+l d'un segment 1, et AA est une valeur prédéterminée de la différence acceptée pour les amplitudes des maxima regroupés en un unique segment; - l'opération de traitement des maxima comporte en 20 outre un troisième test de cohérence consistant à regrouper, en un segment unique, deux segments I et l+1 de deux paires d'éléments récepteurs consécutifs j, j+1, j+2 et j+3si | (TOF(+1))l(TOF(+2))1+i [ T et | Pente Sl) - Pente Sl+ 1) [ <AP o : (TOF+1))"l et (TOF(j+2))1+1 sont les positions temporelles de deux maxima consécutifs mais appartenant à deux segments I et l+1 consécutifs, Pente SO et Pente S+1) sont les pentes respectives 30 des segments I et 1+1 et AP est une valeur prédéterminée de la différence acceptée pour les pentes de deux segments consécutifs; - l'opération de traitement des maxima comporte en outre un quatrième test de cohérence consistant à ne regrouper deux segment I et 1+1 que si IAMPU+1)r-AMP +2)1+,1 <AA ou: AMP(+1), et AMP +2)+,1 sont les amplitudes respectivement de deux maxima consécutifs mais appartenant à 10 deux segments I et 1+1 consécutifs, et AA est une valeur prédéterminée de la différence acceptée pour les amplitudes des maxima regroupés; - il comporte une opération consistant à 15 sélectionner des segments ou un ensemble de segments suivant au moins un cinquième critère afin de caractériser des discontinuités du milieu, ce cinquième critère portant sur un paramètre choisi dans la liste comprenant un nombre minimum de maxima regroupés en un segment, l'amplitude de la 20 somme des maxima d'un segment ou d'un ensemble de segments, une valeur de perte tolérée, une valeur de réponse angulaire et une valeur de réponse volumique.

Le paramètre "valeur de perte tolérée" correspond au nombre de maxima répartis sur un certain nombre de signaux 25 produits par les éléments détecteurs Tj, que l'on s'autorise à ne pas prendre en compte. Le paramètre "valeur de réponse angulaire" permet de ne prendre en compte et de ne regrouper des segments que s'ils sont dans une fenêtre angulaire donnée. Le paramètre "valeur de réponse volumique" permet de 30 ne prendre en compte et de ne regrouper des segments que s'ils correspondent à une discontinuité tridimensionnelle, c'est-à-dire qui se repère par une forme courbe du segment.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ce dispositif comprend: au moins un émetteur pour générer dans le milieu une onde d'émission, telle qu'une onde acoustique ultrasonore, grâce à au moins un élément émetteur, . une matrice de n éléments récepteurs j, pour recueillir une onde de réponse transmise par le milieu en réponse à l'onde d'émission et la transformer en un signal de réponse analogique, 10. un ensemble de n convertisseurs analogiquedigital, chaque convertisseur analogique digital étant relié en série à un élément récepteur Tj pour numériser le signal de réponse analogique produit par chaque élément récepteur Ti, un ensemble de n circuits logiques programmables, chacun de ces circuits étant monté en série avec un convertisseur analogique-digital pour sélectionner, dans le signal de réponse numérisé de chaque élément récepteur Tj, des maxima correspondant à des valeurs du signal de réponse, 20 supérieures à une valeur dynamique de seuil, et un ensemble de processeurs de signaux numérisés pour tester les maxima détectés dans l'ensemble des signaux de réponse numérisés avec au moins un critère de cohérence afin de regrouper les maxima correspondant à une même 25 discontinuité.

Dans des modes de réalisation préférés du dispositif selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - un premier groupe de processeurs de l'ensemble de 30 processeurs digitalisés sont agencés en arborescence pour regrouper successivement des maxima en segments correspondant à une même discontinuité du milieu; - un deuxième groupe de processeurs de l'ensemble de processeurs digitalisés sont agencés en parallèle, chaque processeur de ce deuxième groupe réalisant un traitement spécifique de caractérisation de discontinuités dans le milieu, à partir des maxima regroupés grâce au premier groupe de processeurs.

D'autres aspects, buts et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront à la lecture de la

description d'un de ses modes de réalisation.

L'invention sera également mieux comprise à l'aide 10 des dessins, sur lesquels: - les figures la et lb représentent schématiquement l'insonification d'un milieu avec un dispositif conforme à l'invention; la figure 2 représente schématiquement un 15 synoptique de l'architecture d'un exemple de dispositif selon l'invention, - les figures 3a et 3b représentent schématiquement un exemple de signal numérisé issu d'un élément détecteur du dispositif selon l'invention, respectivement avant et après 20 lissage, et - les figures 4a à 4f représentent schématiquement le traitement de signaux tels que ceux représentés sur la figure 3b au cours des différentes étapes du procédé mis en oeuvre grâce au dispositif représenté sur la figure 2.

Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.

Un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, ainsi qu'un exemple de procédé mis en oeuvre grâce à ce dispositif sont décrits cidessous de manière 30 illustrative et non limitative.

Selon cet exemple, illustré par les figures la et lb, le dispositif selon l'invention est un dispositif 1 de détection par ultrasons de discontinuités dans un milieu.

Plus précisément, le dispositif 1 est destiné à la détection de ces discontinuités dans un milieu, ici une pièce 2, ayant une très grande vitesse relative par rapport à ce dispositif 1.

Le dispositif et le procédé selon l'invention décrits ci-dessous s'appliquent en particulier au contrôle non destructif de pièces manufacturées telles que des tubes métalliques, au contrôle non destructif de rails en voie, etc., avec des systèmes automatiques et/ou des appareils 10 portatifs.

Ce dispositif 1 comporte une sonde 3 constituée d'éléments transducteurs Tj avec j=làn.

Ces éléments transducteurs Tj constituent à la fois des éléments émetteurs et des éléments récepteurs. Ainsi 15 comme représenté sur la figure la, une onde d'émission 4 est émise dans la pièce 2 sous forme d'une impulsion.

Comme représenté sur la figure lb, en réponse à cette onde d'émission 4 le milieu de la pièce 2 réfléchit une onde de réponse 5 aussi appelée écho. On appelle 20 " tir ", la période comprenant l'impulsion d'émission ainsi que la période d'acquisition qui suit et qui correspond au retour de l'onde de réponse 5.

L'onde de réponse 5 est représentative des discontinuités du milieu de la pièce 2. A titre d'exemple, 25 on a représenté sur les figures la et lb, une discontinuité avec réflexion angulaire plane négative DP-ax, une discontinuité avec réflexion angulaire plane positive DP+3, une discontinuité avec réflexion volumique DV et une discontinuité avec réflexion autour de zéro degré, telle que 30 l'écho de fond EF.

Le type de transducteur peut être choisi en fonction de l'application à laquelle est destinée la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et/ou pour obtenir le meilleur rapport qualité/prix car il n'a pas d'influence directe sur le procédé selon l'invention. Ce sont, par exemple, des transducteurs piézo-électriques. Ce type de transducteurs et leur mise en oeuvre sont bien connus de l'Homme du Métier.

Les éléments Tj de la sonde 3 forment un réseau dont la répartition peut être linéaire, matricielle ou aléatoire.

Comme représenté sur la figure 2, des générateurs El à En génèrent des signaux d'excitation des éléments Tj de façon à insonifier correctement la pièce 2 à contrôler. Ces 10 générateurs El à En peuvent être de type logique monopolaire ou bipolaire ou de type linéaire. Le type d'émetteur peut être choisi en fonction de l'application à laquelle est destinée la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et/ou pour obtenir le meilleur rapport qualité/prix car il n'a pas 15 d'influence directe sur le procédé selon l'invention.

Les générateurs El à En sont pilotés de manière à former par exemple un faisceau multidirectionnel focalisé ou non focalisé, comme décrit dans la demande de brevet déposée sous de numéro FR0112516.

Selon des variantes du procédé décrit ici, les générateurs El à En sont pilotés de manière à former un signal monodirectionnel focalisé ou non focalisé ou bien encore cylindrique ou sphérique par émission sur un seul élément T] d'une sonde respectivement linéaire ou 25 matricielle.

En réception, l'onde 5 recueillie par les éléments T] de la sonde 3 sont transformés par ces éléments T] en des signaux analogiques qui attaquent directement des convertisseurs analogique/numérique CANl à CANn par lesquels 30 ils sont échantillonnés et numérisés.

Afin d'éviter toute correction de gain analogique en amont et de garantir la linéarité des signaux numérisés, les signaux analogiques ayant une dynamique utile de l'ordre de 80dB, il est nécessaire d'utiliser des convertisseurs CANi à CANn à 14 bits minimum.

Afin d'obtenir une précision temporelle suffisante, de l'ordre de ?/10 (X étant la longueur d'onde de l'onde de 5 réponse), on peut utiliser, selon la fréquence de la sonde 3 mise en oeuvre, deux techniques de numérisation données ici à

titre d'exemples.

Selon l'une de ces techniques, on procède à un échantillonnage direct à environ dix fois la fréquence de la 10 sonde. Par exemple, on procède à un échantillonnage à 50MHz pour une sonde de 3MHz avec une bande passante de 65%.

Selon l'autre de ces techniques, on procède à un échantillonnage à environ trois fois la fréquence de la sonde et on interpole par filtrage numérique pour augmenter 15 la résolution. Par exemple on procède à un échantillonnage à 50MHz et on interpole d'un facteur 4 pour une sonde de 15 MHz avec une bande passante de 80%.

Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'utiliser des sondes 3 sur des fréquences comprises entre 1 20 et 20 MHz et de couvrir la majorité des applications.

Dans l'exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrit ici, on a choisi la deuxième technique avec une fréquence d'échantillonnage à environ 64 MHz et un interpolateur numérique de facteur 3 pour une sonde ayant 25 une fréquence nominale de 15 MHz et ayant une bande passante de 80%.

Les signaux numérisés sont ensuite envoyés vers des détecteurs de maxima DCE1 à DCEn.

Pour détecter correctement des maxima dans les 30 signaux numérisés, ceuxci doivent présenter un rapport signal/bruit suffisant, ce qui est ordinairement le cas dans la grande majorité des applications de contrôle industriel tel que le contrôle des rails, des tubes, des tôles ou des 1l composites.

Cependant, dans l'hypothèse o ce rapport signal/bruit ne serait pas d'emblée suffisant, par exemple dans les matériaux à gros grains, il est possible de 5 l'améliorer en insérant deux types de traitement entre les convertisseurs analogique-numérique CANl à CANn et les détecteurs de maxima DCE1 à DCEn suivant qu'il s'agit d'un bruit fixe ou d'un bruit aléatoire.

Dans le cas d'un bruit fixe type "échos de forme" 10 lié à la pièce dans laquelle on souhaite contrôler les discontinuités, ce bruit peut être mémorisé par acquisition sur une zone sans défaut, puis soustrait aux acquisitions en cours de contrôle avant détection des maxima. Ce bruit peut être soustrait en totalité ou en partie pour, par exemple, 15 conserver un écho d'entrée et un écho de fond.

Dans le cas d'un bruit aléatoire électronique et/ou acoustique, une moyenne sur tirs consécutifs et/ou sur parcours récurrents et/ou sur éléments proches les uns des autres permet d'améliorer le rapport signal/bruit. Par 20 exemple, une moyenne effectuée sur dix tirs consécutifs, sur deux parcours récurrents et sur cinq éléments proches, soit au total une moyenne sur cent acquisitions, améliore théoriquement le rapport signal/bruit de 2OdB.

Ces deux traitements peuvent être effectués 25 simultanément lorsque les deux types de bruit coexistent.

Ainsi, de manière optionnelle, des circuits de mémorisation MD1 à MDn et de calculs Dl à Dn sont intercalés à la sortie des convertisseurs CANl à CANn. Ils permettent de réduire les bruits fixes de type "échos de forme" dans le 30 cas o ils perturberaient le fonctionnement des détecteurs de maxima DCE1 à DCEn situés en aval. Pour ce faire, ces échos de forme sont mémorisés dans les mémoires MD1 à MDn pendant une phase d'étalonnage du dispositif selon l'invention. Ces données sont ensuite soustraites des données courantes, par les circuits de calcul Dl à Dn, pendant la phase de détection des discontinuités proprement dite.

Cette fonctionnalité est possible grâce à la grande dynamique des convertisseurs et lorsque les conditions de détection sont très stables.

De même, de manière également optionnelle, d'autres circuits de mémorisation MM1 à MMn et des circuits 10 permettant de faire des moyennes Ml à Mn sont intercalés à la sortie des convertisseurs CANi à CANn ou des circuits de calculs Dl à Dn. Ils permettent d'améliorer le rapport signal/bruit aléatoire dans le cas o celui-ci ne serait pas suffisant pour permettre aux détecteurs de maxima DCE1 à 15 DCEn situés en aval de travailler correctement. Pour ce faire, les données sont mémorisées dans les mémoires MMl à MMn et moyennées, comme indiqué ci- dessus par tirs et/ou par parcours récurrents et/ou par éléments proches, par les circuits permettant de faire des moyennes Ml a Mn.

Les détecteurs- de maxima DCE1 à DCEn reçoivent les signaux bruts des convertisseurs analogique/numérique ou les signaux filtrés par l'un ou l'autre ou les deux traitements précédents.

Ils reçoivent donc des signaux cadencés à 64MHz 25 durant une période d'acquisition pouvant atteindre plusieurs centaines de micro-secondes dans les applications courantes, soit plusieurs dizaines de milliers d'échantillons par élément de détection Tj (avec j=1 à n) de la sonde 3.

Les détecteurs de maxima DCE1 à DCEn recherchent les 30 maxima, ou crêtes, qui sortent du bruit et en mémorisent les amplitudes AMP et les positions TOF dans des mémoires MC1 a MCn. Cette opération est illustrée par les figures 3a, 3b et 4a, 4b.

La détection proprement dite des maxima est effectuée de la manière suivante pour chacun des éléments détecteurs Tj de la sonde 3, sans aucune corrélation entre éléments voisins.

Les signaux reçus par les détecteurs de maxima DCE1 à DCEn sont du type de celui représenté sur la figure 3a.

Ils subissent, au niveau de ces détecteurs DCE1 à DCEn un redressement et un filtrage de type passe-bas pour en extraire une courbe d'énergie telle que celle représentée 10 sur la figure 3b.

Une détection glissante du maximum parmi m échantillons (par exemple m = 10) est ensuite réalisée sur cette courbe d'énergie, pour déterminer le niveau de bruit dynamique au-dessus duquel les maxima sont recherchés.

Un test est alors réalisé pour déterminer si l'échantillon situé à At du détecteur glissant est supérieur au niveau de bruit dynamique déterminé à l'étape précédente, augmenté de la valeur Aamp. (voir la courbe de détection figure 3b). Ce test permet de détecter une variation dans la 20 courbe d'énergie qui correspond à la pente et donc au temps de montée du signal produit par les éléments détecteurs Tj, par exemple, At = +4 échantillons et Aamp = +3 niveaux de conversion des convertisseurs CAN1 à CANn.

Si le test ci-dessus est positif (voir figure 3b), 25. le détecteur glissant de bruit dynamique est bloqué, une "fenêtre temporelle" est ouverte avec une largeur environ égale à la largeur d'un écho, compte tenu du spectre de l'onde d'émission et de la bande passante de la 30 sonde 3, la plus grande valeur du signal contenu dans la "fenêtre temporelle" est recherchée et son amplitude AMP et sa position TOF sont mémorisées (figure 4a, 4b), la "fenêtre temporelle" est fermée et le détecteur glissant de bruit dynamique est débloqué, il n'a ainsi pas pris en compte l'écho.

Une dizaine de maxima par élément détecteur Tj (avec j= 1 à n) de la sonde 3 suffit à caractériser l'image acoustique dans la majorité des applications, ce qui représente une compression de données d'un facteur de l'ordre de 1000.

Les détecteurs de maxima DCE1 à DCEn sont par exemple des circuits logiques programmables de faible capacité. Ils sont donc d'un cot très raisonnable.

Des circuits de segmentation SG2 à SGn recherchent ensuite une cohérence dans les maxima mémorisés dans les 15 mémoires MC1 à MCn, de façon pyramidale, par groupe de deux: - les circuits de segmentation SG2 sélectionnent et regroupent, en segments de deux maxima, des maxima détectés dans les signaux numérisés provenant de deux éléments 20 détecteurs Tj consécutifs de la sonde 3; - les circuits de segmentation SG4 sélectionnent et regroupent, en segments de quatre maxima, les maxima détectés dans les signaux numérisés provenant de deux segments consécutifs, sélectionnés par les circuits de 25 segmentation précédents pour deux éléments détecteurs Tj consécutifs de la sonde 3; - les circuits de segmentation SG8 sélectionnent et regroupent, en segments de huit maxima, les maxima détectés dans les signaux numérisés provenant de deux segments 30 consécutifs, sélectionnés par les circuits de segmentation précédents pour quatre éléments détecteurs Tj consécutifs de la sonde 3 et ainsi de suite; - enfin, le circuit SGn sélectionne et regroupe les maxima détectés dans les signaux numérisés provenant de deux segments consécutifs, sélectionnés par les circuits de segmentation précédents pour n/2 éléments détecteurs Tj consécutifs de la sonde 3.

Cette structure présente l'avantage que chaque circuit de segmentation SG2 à SGn dispose de la durée du tir pour effectuer l'algorithme correspondant quel que soit le nombre d'éléments Tj de la sonde 3. Les circuits de segmentation SGr traitent le signal correspondant à un tir 10 pendant que les circuits de segmentation SGr+l traitent le signal correspondant au tir précédent, et ainsi de suite.

Le dispositif selon l'invention fonctionne donc en temps réel quel que soit le nombre d'éléments Tj de la sonde 3, avec un retard synchrone de type " pipe-line " égal à 15 l'exposant binaire du nombre d'éléments Tj de la sonde 3.

Pour chaque circuit de segmentation SG4 à SGn, si des maxima n'ont pas été regroupés lors des segmentations précédentes: - un de ces maxima est regroupé avec un segment en 20 un nouveau segment s'il répond aux critères de regroupement de deux segments décrit ci- dessus; la pente manquante peut être calculée sur le segment fictif créé avec ce maximum et le dernier maximum du segment réel; - deux de ces maxima sont regroupés en un segment si 25 ils répondent au premier critère et éventuellement au deuxième critère, par groupes de deux signaux produits par des éléments détecteurs Tj consécutifs, comme décrit précédemment.

Si un maximum ne correspond pas aux cas précédents, 30 il est conservé tel quel et transféré aux circuits de segmentation suivants pour être éventuellement traité par ceux-ci. Les maxima non traités par l'ensemble des circuits de segmentation le sont par le circuit de regroupement RG.

Les circuits de segmentation SG2 à SGn sont par exemple des processeurs de signaux numériques (connus de l'Homme du Métier sous l'acronyme DSP de l'expression anglosaxonne "Digital Signal Processor". Ceux-ci peuvent 5 effectuer les algorithmes de segmentation décrits cidessous, en temps réel. Ils disposent par ailleurs de lignes de communication permettant le transfert des données entre deux circuits de segmentation SGr et SG2r.

Un circuit de regroupement RG récupère les données 10 du dernier circuit de segmentation SGn et les traite en fonction de critères liés a l'application, soit directement pour caractériser la discontinuité, soit pour reconstruire un A-SCAN conventionnel qui est dans ce cas exploité de façon classique par des "fenêtres temporelles".

Ce circuit de regroupement RG est lui aussi réalisé par un DSP qui dispose de la durée du tir pour effectuer le traitement correspondant.

Dans le cas d'applications complexes, il est possible de mettre plusieurs DSP on parallèle à ce niveau de 20 traitement, chacun d'eux pouvant alors effectuer, comme dans l'exemple de la figure 4, une tache spécifique telle que * un traitement des réponses volumiques, * un traitement des réponses angulaires planes positives, e un traitement des réponses angulaires planes négatives * un traitement des réponses autour de 0 dont l'écho de fond.

Revenons sur la recherche de cohérence par les 30 circuits de segmentation SG2 à SGn (voir figures 4b à 4f).

Comme illustré par les figures 4b et 4c, les circuits de segmentation SG2 recherchent une cohérence en opérant un premier et éventuellement un deuxième test de cohérence.

Le premier test de cohérence consiste à regrouper en un segment I deux maxima détectés sur deux éléments récepteurs consécutifs j et j+l si | TOFO)i=I à k-TOF +1)i'=l à k'I <T o: TOF(j)i=l à k est la position temporelle du maximum i, avec i=l à k, dans le signal de réponse produit par l'élément j 10.TOF(j+l)i,=l à k' est la position temporelle du maximum i, avec i=làk, dans le signal de réponse produit par l'élément j+ 1 T=t+s, avec t=- p, a étant l'angle de v déflexion maximum souhaité, p la distance entre les 15 récepteurs j et j+l, v la vitesse de l'onde dans le milieu et s la tolérance de l'opération de traitement aux erreurs de calculs et aux dispersions mécaniques (liées au guidage de la sonde 3 par rapport à lapièce 2 et à l'orientation de la discontinuité).

Par exemple, si l'angle de déflexion maximum a est égal à 90 , si le pas de la sonde est égal à 0,5 mm et si la vitesse de propagation des ultrasons dans le milieu est égale à 3.230 m/s, alors t est égal à 155 ns. Ainsi, si s est égale à 10%t, on a T égal à 170 ns.

Le deuxième test de cohérence consiste à ne conserver un segment I que si IAMP)t-AMPG+1), I AA o : AMP ),etAMP(+1)1 sont les amplitudes respectivement 30 des maxima détectés sur deux éléments récepteurs consécutifs j et j+l d'un segment 1, et AA est une valeur prédéterminée de la différence acceptée pour les amplitudes des maxima regroupés en un unique segment.

Comme illustré par les figures 4d et 4e, les 5 circuits de segmentations SG4 à SGn recherchent une cohérence en opérant un troisième et éventuellement un quatrième test de cohérence.

Le troisième test de cohérence consiste à regrouper, en un segment unique, deux segments I et 1+1 de deux paires 10 d'éléments récepteurs consécutifs j, j+], j+2 et j+3si [ (TOF+1))I,- (TOF(+2))1+l | T et Pente S(l) - Pente S(l+1) | aP O: (TOF(+]))i et (TOF(j+2))1+1 sont les positions 15 temporelles de deux maxima consécutifs mais appartenant à deux segments I et 1+1 consécutifs, Pente SO) et Pente S(+1) sont les pentes respectives des segments I et 1+ 1 et AP est une valeur prédéterminée de la différence acceptée pour les pentes de deux segments 20 consécutifs.

Le quatrième test de cohérence consiste à ne regrouper deux segment I et 1+1 que si IAMP(+I)1-AMP +2)1+1 | < A o : 25. AMP(+1)1 et AMP(+2)1+l sont les amplitudes respectivement de deux maxima consécutifs mais appartenant à deux segments I et 1+1 consécutifs, et AA est une valeur prédéterminée de la différence acceptée pour les amplitudes des maxima regroupés.

Comme illustré par la figure 4f, le circuit de regroupement RG sélectionne des segments ou un ensemble de segments suivant au moins un cinquième critère afin de caractériser des discontinuités du milieu, ce cinquième critère portant sur un paramètre choisi dans la liste comprenant un nombre minimum de maxima regroupés en un segment, l'amplitude de la somme des maxima d'un segment ou 5 d'un ensemble de segments, une valeur de perte tolérée, une valeur de réponse angulaire et une valeur de réponse volumique. Ainsi, sur la figure 4f, la reconstitution du segment correspondant à l'écho de fond EF, fait intervenir une valeur de perte tolérée, la reconstitution du segment 10 correspondant au défaut volumique DV fait intervenir une valeur de réponse volumique, et la reconstitution des segments correspondant aux défauts plans DP-aE et DP+^ fait intervenir une valeur de réponse angulaire. On notera que la prise en compte d'un nombre minimum de maxima a permis 15 d'éliminer un segment constitué de deux maxima sur les figures 4d et 4e.

On peut donc constater que le dispositif selon l'invention permet une détection des défauts quelle que soit leur orientation et leur forme, plan ou volumique, et qu'il 20 a un très bon rapport signal/bruit du fait que les détections qui ne répondent pas aux critères de sélection de sortie sont rejetées.

On peut donc constater que le dispositif selon l'invention permet une très bonne caractérisation des 25 défauts grâce à la détection de l'angle réel, dans le cas d'un défaut plan, ou d'une réponse courbe, dans le cas d'un défaut volumique.

En outre, le procédé selon l'invention permet de ne pas avoir à utiliser des mécanismes aussi volumineux et 30 coteux que ceux nécessaires au positionnement et au déplacement des détecteurs mono-élément mis en òuvre par certains procédés de l'art antérieur. Il facilite en outre grandement le réglage de ces machines grâce à la souplesse du pilotage électronique du signal d'émission. Ainsi, le procédé selon l'invention est très tolérant sur le guidage mécanique de la pièce 2 à contrôler par rapport à la sonde 3.

Le procédé selon l'invention est également très tolérant aux variations de vitesse de propagation des ultrasons qu'elles soient globales ou localisées.

Le dispositif selon l'invention permet une grande vitesse de contrôle, les défauts pouvant être détectés dans 10 toutes les directions simultanément avec un pas de sondage égal à la largeur de la sonde 3.

Le procédé de détection et ses algorithmes de traitement sont à la fois très adaptés et très simples.

Le rapport qualité/prix du dispositif selon 15 l'invention est excellent.

S'agissant d'un procédé de traitement d'image acoustique et non d'un procédé de reconstruction de faisceau ultrasonore, les critères de définition de la sonde sont très différents. En particulier, il est possible de réduire 20 considérablement le nombre d'éléments détecteurs Tj dans certaines applications, ce qui conduit encore à une réduction de cot.

Le procédé selon l'invention s'applique à tous les types de sondes qu'elles soient linéaires ou circulaires et 25 particulièrement aux sondes matricielles compte-tenu de la réduction possible du nombre d'éléments, critère qui devient essentiel dans ce cas.

Le procédé s'applique, mais non exclusivement, à tous les contrôles par ultrasons, à savoir, dans le domaine 30 du contrôle non destructif aux appareils portatifs et aux systèmes automatiques et dans le domaine médical aux appareils de localisation.

Le procédé s'applique également à tous les systèmes qui utilisent un capteur constitué d'une pluralité d'éléments indépendants quel que soit le phénomène physique exploité tels que courants de Foucault, infrasons, ondes électromagnétiques, etc. Le procédé selon l'invention s'applique d'une manière générale à tous capteurs multi-élément, qu'ils soient linéaires ou matriciels.

Claims (10)

REVENDI CATIONS

1. Procédé de détection de discontinuités dans un milieu, ce procédé comprenant les opérations consistant à : - générer dans le milieu une onde d'émission, telle qu'une onde acoustique ultrasonore, grâce à au moins un élément émetteur, - recueillir, grâce à une matrice d'éléments récepteurs Tj, une onde de réponse transmise par le milieu 10 en réponse à l'onde d'émission, et la transformer en un signal de réponse analogique, numériser le signal de réponse produit par chaque élément récepteur T], sélectionner dans le signal de réponse produit par 15 chaque élément récepteur Tj et numérisé, des maxima correspondant à des valeurs du signal de réponse, supérieures à une valeur de seuil, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une opération de traitement des maxima, consistant à appliquer 20 au moins un critère de cohérence aux maxima sélectionnés dans l'ensemble des signaux de réponse numérisés afin de regrouper les maxima correspondant à une même discontinuité.

2. Procédé selon la revendication 1, l'opération consistant à sélectionner les maxima comporte: 25. une détection glissante, par une appréciation de la pente de chaque signal de réponse produit par un élément récepteur Té, de pics s'élevant au dessus du niveau de bruit dynamique et un repérage du maximum de chaque pic.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel l'opération de traitement des maxima comporte un premier test de cohérence consistant à regrouper en un segment I deux maxima détectés sur deux éléments récepteurs consécutifs j et j+l si TOF )i=l à k - TOF(+1)i.=l à k' |<T o: - TOF(j)i=l à k est la position temporelle du maximum 5 i, avec i=l à k, dans le signal de réponse produit par l'élément j - TOF(j+l)i,=z à k' est la position temporelle du maximum f, avec iLlàk, dans le signal de réponse produit par l'élément j+1 sinea - T=t+c, avec t= p. a étant l'angle de v déflexion maximum souhaité, p la distance entre les récepteurs j et j+l, v la vitesse de l'onde dans le milieu et s la tolérance de l'opération de traitement aux erreurs de calculs et aux dispersions mécaniques.

4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'opération de traitement des maxima comporte en outre un deuxième test de cohérence consistant à ne conserver un segment l que si IAMPC,-AMP(+)1 <AA o : - AMP&)IetAMP+ 1)l sont les amplitudes respectivement des maxima détectés sur deux éléments récepteurs consécutifs j et j+l d'un segment 1, et - AA est une valeur prédéterminée de la différence 25 acceptée pour les amplitudes des maxima regroupés en un unique segment.

5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4,

dans lequel l'opération de traitement des maxima comporte en outre un troisième test de cohérence consistant à regrouper, 30 en un segment unique, deux segments I et l+1 de deux paires d'éléments récepteurs consécutifs j, j+l, j+2 et j+3si | (TOFY]+)1- (TOF +2))1+1l |vT et [Pente Sl)- Pente S(l+) <AP o: - (TOF+I))"i et (TOF(j+2) )1+1 sont les positions 5 temporelles de deux maxima consécutifs mais appartenant à deux segments l et 1+1 consécutifs, - Pente S(l) et Pente S+1) sont les pentes respectives des segments I et 1+] et AP est une valeur prédéterminée de la différence acceptée pour les pentes de deux segments 10 consécutifs.

6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'opération de traitement des maxima comporte en outre un quatrième test de cohérence consistant à ne regrouper deux segment I et 1+1 que si IAMP +l)rAMP(i+2)1+ 1 | < A o: - AMP(+1)1 et AMP(+2) +l sont les amplitudes respectivement de deux maxima consécutifs mais appartenant à deux segments I et 1+] consécutifs, et - AA est une valeur prédéterminée de la différence acceptée pour les amplitudes des maxima regroupés.

7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6,

dans lequel on sélectionne des segments ou un ensemble de segments suivant au moins un cinquième critère afin de 25 caractériser des discontinuités du milieu, ce cinquième critère portant sur un paramètre choisi dans la liste comprenant un nombre minimum de maxima regroupés en un segment, l'amplitude de la somme des maxima d'un segment ou d'un ensemble de segments, une valeur de perte tolérée, une 30 valeur de réponse angulaire et une valeur de réponse volumique.

8. Dispositif de détection de discontinuités dans un milieu, ce dispositif comprenant - au moins un émetteur pour générer dans le milieu une onde d'émission, telle qu'une onde acoustique ultrasonore, grâce à au moins un élément émetteur, - une matrice de n éléments récepteurs j, pour recueillir une onde de réponse transmise par le milieu en réponse à l'onde d'émission et la transformer en un signal de réponse analogique, - un ensemble de n convertisseurs analogique10 digital, chaque convertisseur analogique digital étant relié en série à un élément récepteur Tj pour numériser le signal de réponse analogique produit par chaque élément récepteur TIj, - un ensemble de n circuits logiques programmables, 15 chacun de ces circuits étant monté en série à un convertisseur analogique-digital pour sélectionner, dans le signal de réponse numérisé de chaque élément récepteur, des maxima correspondant à des valeurs du signal de réponse, supérieures à une valeur de seuil dynamique, et - un ensemble de processeurs de signaux numérisés pour tester les maxima détectés dans l'ensemble des signaux de réponse numérisés avec au moins un critère de cohérence afin de regrouper les maxima correspondant à une même discontinuité.

9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel un premier groupe de processeurs de l'ensemble de processeurs digitalisés sont agencés en arborescence pour regrouper successivement des maxima en segments correspondant à une même discontinuité du milieu.

10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel un deuxième groupe de processeurs de l'ensemble de processeurs digitalisés sont agencés en parallèle, chaque processeur de ce deuxième groupe réalisant un traitement 2 6 spécifique de caractérisation de discontinuités dans le milieu, à partir des maxima regroupés grâce au premier groupe de processeurs.