FR2901025A1 - Procede et dispositif d'imagerie a courant de foucault pour la detection et la caracterisation de defauts enfouis dans des structures complexes. - Google Patents

Abstract

Ce procédé d'imagerie à courant de Foucault comprend les étapes consistant à :- positionner (72) à proximité d'une zone large d'inspection un dispositif de mesure de champ magnétique de surface,- générer (74, 92) un champ magnétique excitateur global sur la zone d'inspection observation,- mesurer (76, 84) en surface un champ magnétique résultant, sous la forme d'images.- traiter (90) les images.L'étape de génération (74, 82) consiste à générer un ensemble d'au moins deux formes d'oncle de champ magnétique excitateur ; l'étape de mesure (76, 86) consiste à mesure un ensemble de configurations de champ magnétique résultant sous la forme d'images ; l'étape de traitement (90) des images par combinaison permet de détecter les défauts et de déterminer leur emplacement et leur type.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'imagerie à

courant de Foucault pour la détection et la caractérisation de défauts enfouis dans des structures complexes, notamment dans les domaines aéronautique et nucléaire.

La détection précoce et la caractérisation fine de défauts, par exemples des fissures, dans les structures par exemple aéronautiques sont un enjeu majeur pour la sécurité et l'entretien des aéronefs. La détection par courant de Foucault utilisant des capteurs électromagnétiques est rendue difficile du fait de la complexité de la structure qui to génère des signaux parasites empêchant une lecture aisée des images, de la faible pénétration des courants de Foucault à cause de l'effet de peau, de la faible résolution spatiale des capteurs couramment utilisés, et des faibles possibilités de configuration de mesure que permettent les capteurs conventionnels. 15 Classiquement, la détection des fissures dans les joints rivetés se fait localement à l'aide de capteurs à courant de Foucault ponctuels ou utilisant des structures à 4 ou 5 éléments qui opèrent de façon différentielle sur une zone d'observation limitée de l'ordre de 10 mm de diamètre. Avec ces dispositifs, les défauts sont recherchés au pied des rivets, au niveau d'une deuxième plaque par 20 exemple d'un assemblage riveté de tôles d'avion, à environ 1,6 mm de profondeur. La faiblesse des dimensions de capteurs ou leur nombre réduit ne permet pas d'explorer profondément la structure et ne permet pas non plus de caractériser avec précision la position dans les plaques et les dimensions du 25 défaut car la résolution spatiale des signaux à détecter est beaucoup trop grande. C'est pourquoi des imageurs à courant de Foucault ont été développés qui offrent une zone d'observation plus grande, d'environ 76 mm, et une résolution spatiale élevée. Ces imageurs de type magnéto-optique sont décrits en particulier dans 30 les documents US 5 053 704 et FR 2 856 791. Cependant, les procédés de traitement d'images existant actuellement, utilisés par les imageurs optiques récemment développés sont inefficaces pour détecter finement des défauts enfouis profondément au-delà de 1,5 mm, du fait du caractère binaire des images et/ou du grand nombre de motifs de perturbations du signal qui rendent l'interprétation des images peu fiable. Le problème objectif est la faiblesse de performance offerte par les procédés d'imagerie actuellement utilisés, pour la détection et la localisation fine de défauts profondément enfouis dans une structure complexe. Un but de l'invention est de proposer un procédé d'imagerie permettant de déterminer la position et les dimensions de défauts enfouis profondément dans une structure complexe, par exemple à plus de 1,5 mm de profondeur dans un assemblage riveté de tôles d'avion. lo A cet effet, l'invention concerne un procédé d'imagerie à courant de Foucault pour la détection et la caractérisation de défauts enfouis dans une structure complexe cornprenant les étapes consistant à : - positionner, à proximité d'un matériau cible, d'une zone de face, d'inspection sensiblement plane, de moyens de mesure de champ magnétique 15 de surface, - générer dans le matériau cible un champ magnétique excitateur global sur la totalité de la zone, - mesurer en surface de la zone d'inspection un champ magnétique résultant, engendré par le matériau cible, sous la forme d'une image, une image 20 étant constituée d'une pluralité de valeurs contenues dans un intervalle d'au moins trois valeurs, chaque valeur étant associée à une grandeur du champ magnétique résultant, capté à proximité de plusieurs points de la zone d'inspection, caractérisé en ce que 25 l'étape de génération consiste à générer un ensemble d'au moins deux formes d'ondes de champ magnétique excitateur dans le matériau cible, chaque forme d'onde distincte étant déterminée par un spectre de fréquence à bande étroite et un angle d'orientation dans le matériau cible, l'étape de mesure consiste à mesurer un ensemble de configurations 30 du champ magnétique résultant, sous la forme d'un ensemble d'images, chaque image étant associée à une grandeur et à une forme d'onde du champ magnétique excitateur, et en ce qu'il comprend une étape de traitement de l'ensemble des images par combinaison, pour détecter un défaut et déterminer son emplacement et son type. Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé comprend 5 l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - chaque forme d'onde est orientable selon un angle de vue déterminé par l'emplacement et la géométrie d'un défaut ; - la bande de fréquence de chaque forme d'onde est choisie en io fonction d'une profondeur d'observation souhaitée dans le matériau cible ; - l'ensemble des formes d'ondes du champ magnétique excitateur est un multiplex temporel des formes d'ondes ; - l'ensemble des formes d'ondes du champ magnétique excitateur est un multiplex fréquentiel des formes d'ondes ; 15 - les formes d'ondes ont environ la même énergie ; - chaque forme d'onde est une sinusoïde de fréquence différente ; - le nombre de formes d'ondes est inférieur à 25 ; - une image du champ magnétique complexe résultant est une pluralité de valeurs d'une composante spatiale réelle ou imaginaire du champ 20 magnétique résultant, capté à proximité de plusieurs points de la zone d'inspection ; - l'étape de traitement des images brutes comprend : - une étape d'apprentissage consistant à construire un opérateur de projection adapté à la détection de type défauts prédéterminés à partir d'images 25 brutes acquises dans une étape d'acquisition sur un étalon de structure connue comprenant des types de défaut calibrés selon une configuration de mesure choisie, - une étape de projection consistant à appliquer l'opérateur de projection déterminé dans l'étape précédente sur les images brutes acquises 30 dans l'étape d'acquisition sur un échantillon de test sur lequel on recherche des défauts selon la même configuration prédéterminée utilisée dans l'étape précédente pour obtenir des images utiles exploitables ; - l'étape de construction de l'opérateur de projection comprend les étapes consistant à : - choisir un rang d'une ligne de traversée de la structure et des défauts enfouis de l'étalon, - extraire la ligne de rang choisi de chaque image brute pour former une matrice de mesure de référence de l'étalon, - former la matrice de variance-covariance de la matrice de référence, - déterminer une base de vecteurs propres de la matrice de variance-covariance, Io - ordonner les vecteurs propres selon un rangement des propres associées, - former la matrice du projecteur à l'aide de la base ordonnée des vecteurs propres, - l'étape d'application de l'opérateur de projection comprend les étapes 15 consistant à : - pour chaque rang i de ligne, former une matrice de mesure de rang i comme ensemble des lignes de rang i de chaque image brute ; - pour chaque rang i, former le produit de l'opérateur de projection et de la matrice de mesure de rang i ; 20 -former pour chaque composante de vecteur propre du projecteur la composante d'image correspondante en assemblant les lignes d'une même composante associés aux produits de rang i ; - le procédé comprend en outre l'étape consistant à : - filtrer les irnages obtenues en sortie de l'étape de projection ; 25 - le filtrage des images utiles est un filtrage du type appartenant à la famille constituée des procédés d'intégration, de déconvolution et de filtrage de Wiener ; - le procédé comprend en outre l'étape consistant à : - classer et diagnostiquer une existence, un emplacement et un type 30 de défaut dans la structure ; - l'étape de classification et de diagnostic des défauts est un procédé du type de la famille des procédés constitué par les procédés de décision par seuils, de décision par maximum de vraisemblance et décision par réseau neuronal ; -le procédé d'imagerie à courant de Foucault comprend en outre une étape de construction d'une base de données sur la base d'un ensemble 5 d'étalons ; L'invention a également pour objet un dispositif d'imagerie à courant de Foucault destiné à la détection et la caractérisation de défauts enfouis dans une structure complexe comprenant : - des moyens de positionnement, à proximité d'une zone d'inspection, 10 - des moyens de génération d'un champ magnétique excitateur global sur la totalité de la zone d'inspection, - des moyens de mesure en surface d'un champ magnétique résultant, engendré par le matériau cible en surface de zone d'inspection, sous la forme d'une image, une image étant constituée d'une pluralité de valeurs contenues 15 dans un intervalle d'au moins trois valeurs, chaque valeur étant associée à une grandeur du champ magnétique de perturbation, capté à proximité de plusieurs points de la zone d'inspection, - des moyens commandes et de coordination du dispositif d'induction et de l'imageur, 20 - des moyens de traitement d'image, et - les moyens de génération de champ magnétique d'excitation sont aptes à générer un ensemble d'au moins deux formes d'ondes de champ magnétique excitateur dans le matériau cible, chaque forme d'onde distincte étant déterminée par un spectre de fréquence à bande étroite et un angle 25 d'orientation dans le matériau cible, - les moyens de mesure sont aptes à mesurer un ensemble de configurations du champ magnétique résultant, sous la forme d'un ensemble d'images, chaque image étant associée à une grandeur et à une forme d'onde du champ magnétique excitateur, et 30 - les moyens de traitement d'image sont aptes à traiter l'ensemble des images par combinaison afin de détecter un défaut et d'en déterminer son emplacement et son type.

Selon des modes particuliers de réalisation, le dispositif comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - les moyens de mesure comprennent un réseau de capteurs de type appartenant à l'ensemble constitué par des bobines, des micro-bobines, des sondes à effet Hall, des GMR (magnéto-résistance à effet géant) et des GMI (magnéto-impédance à effet géant) ; et - les moyens de mesure comprennent un imageur magnéto-optique linéaire constitué d'un dispositif optique, d'un grenat magnéto-optique linéaire et ~o des moyens photo-détecteurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un mode de réalisation qui va suivre donnée uniquement à tire d'exemple et faite en référence aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue générale d'une forme de réalisation du 15 dispositif d'imagerie à courant de Foucault selon l'invention, - la figure 2 est un organigramme d'un mode de réalisation du procédé d'imagerie selon l'invention, - la figure 3 est une coupe en épaisseur d'un échantillon de test comportant une structure rivetée avec des défauts, 20 - la figure 4 est une coupe selon l'épaisseur d'un étalon d'une structure rivetée avec un certain nombre de défauts calibrés, - la figure 5 est un organigramme d'un mode de réalisation du procédé de traitement d'imagerie selon l'invention, - la figure 6 est une vue de l'ensemble des images brutes obtenues 25 lors de la mesure effectuée sur l'étalon calibré avec le dispositif d'imagerie de la figure 1, - la figure 7 est une vue de l'ensemble des images brutes obtenues sur l'échantillon de test lors de mesures effectuées avec le dispositif d'imagerie de la figure 1, 30 - la figure 8 est une vue de l'ensemble des composantes d'image obtenues après (['étape de traitement de la figure 5, et - la figure 9 est un organigramme d'une variante du procédé de traitement de la figure 5 dans laquelle est constituée et utilisée une base de données de plusieurs étalons calibrés. La figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation d'un dispositif d'imagerie 2 à courant de Foucault conforme à l'invention. Le dispositif d'imagerie 2 est disposé à la surface d'un matériau cible 4 et comprend un inducteur 6 à courant de Foucault, alimenté par un générateur 8 de courants alternatifs, un dispositif de mesure de champ 10, ici un imageur magnéto-optique, opérant sur une large zone (12) d'inspection et synchronisé avec l'inducteur 6 par io une carte dédiée de synchronisation 13 numérique et de commande. Le dispositif d'imagerie 2 à courant de Foucault comprend également un calculateur 14 de contrôle des différentes tâches d'imagerie et de traitement des images. L'inducteur 6 comprend un circuit magnétique constitué d'un premier is et d'un deuxième pôles magnétiques 15, 16 permettant de faire circuler un champ uniforme Hexc orienté selon un axe parallèle à la surface du matériau cible 4, l'axe y étant une composante d'un trièdre de référence (x,y,z) avec l'axe z définissant la normale à la surface de la zone (12) d'inspection du matériau cible. L'inducteur 6 fait circuler le champ uniforme HeXC d'un pôle à l'autre 20 grâce à la présence d'un premier et d'un deuxième bobinage d'excitation 18, 20 parcourus par des courants alternatifs I délivrés par e générateur 8. Les bobinages d'excitation 18, 20 sont alimentés par des courants alternatifs I de formes d'onde sinusoïdales et de fréquence ajustable dans une large gamme (par exemple 10 Hz, 10 MHz), fournis par le générateur de courants 25 8, constitué d'une source d'alimentation à courant continu 24, d'un onduleur 26 de conversion de courant continu en courant alternatif et d'un cyclo-convertisseur 28. Le générateur de courant 8 est relié aux bobinages 18, 20 par l'intermédiaire de deux branches d'un premier câble 32 d'alimentation raccordé 30 sur le côté du pôle magnétique 15 et de deux branches d'un deuxième câble 34 d'alimentation raccordé sur le côté du deuxième pôle magnétique 16.

Le générateur de courants alternatifs 8, ajustable en fréquence est pourvu d'une entrée 35 de fourniture de la consigne en fréquence de la forme d'onde du signal de courant. En variante, un deuxième inducteur, non représenté ici, orienté 5 perpendiculairement au premier inducteur peut être ajouté. Le dispositif de mesure 10 du champ magnétique est ici de type magnéto-optique linéaire. Il comprend un dispositif optique 36, un matériau magnéto-optique 38 et des moyens photo-détecteurs 40. Le dispositif optique 36 comporte une source lumineuse 42, un io polariseur 44 et un analyseur 46. Le polariseur 44 et l'analyseur 46 sont classiques et connus de l'homme du métier. La source lumineuse 42 est ici constituée d'une rnatrice de diodes électroluminescentes. Le matériau optiquement actif, ici un grenat magnéto-optique linéaire, est intercalé entre le polariseur 44 et l'analyseur 46 sur le chemin optique et 15 disposé à proximité de la surface de la zone d'inspection du matériau cible 4. L'ensemble polariseur 44, grenat magnéto-optique 38, analyseur 46, constitue un modulateur de lumière magnéto-optique. Les moyens photo-détecteurs 40 sont ici une caméra CCD analogique associée à une carte d'acquisition vidéo. 20 En variante, le dispositif de mesure 10 est un réseau de capteurs de type appartenant à l'ensemble constitué par des bobines, des micro-bobines, des sondes à effet Hall, des GMR (magnéto-résistance à effet géant) et des GMI (magnéto-impédance à effet géant), et d'autres types de capteurs magnétiques. Le calculateur 14 comprend une interface 50, par exemple de type 25 USB, de réception des données vidéo fournies par la carte d'acquisition en une entrée vidéo 51. Le calculateur 14 comprend également un afficheur visuel 52, ici un écran à cristaux liquides, un processeur 54 de traitement des images et de coordination des tâches d'imagerie, le processeur 54 étant couplé à une base de 30 données 56 sous forme de mémoires de type classique. Le calculateur 14 dispose en outre d'une sortie 58 destinée au pilotage de la carte dédiée de synchronisation 13 numérique et de commande.

Ici, deux formes d'ondes 62, 64 de courants sinusoïdales sont produites par le générateur de courants 8, chaque forme d'onde 62, 64 ayant une fréquence associée f1,. f2 et forment un multiplex temporel 60 de deux sinusoïdes de fréquence différente et d'énergie pratiquement égale. Ici f1 est égale à 100 Hz tandis que f2 est égale à 700 Hz. En variante formes d'ondes sont des sinusoïdes de sorte à présenter chacune un spectre de bande étroite. En variante, le nombre de formes d'onde est compris entre 3 et 25. En variante, les deux formes d'onde de courant sont émises lo simultanément et forme un multiplex fréquentiel à deux sinusoïdes de fréquence distincte. La figure 2 représente un mode de réalisation du procédé d'imagerie utilisée et conforme à l'invention. Le procédé d'imagerie 70 comprend un ensemble d'étapes exécutées de manière successive. ls Dans une première étape 72, le dispositif d'imagerie 2 est positionné à proximité de la zone 12 du matériau cible 4 contenant un échantillon à tester. A l'étape suivante 74, le générateur de courants alternatifs 8 génère la première forme d'onde 62 de courant sinusoïdale à une fréquence f1 de 100 Hz, ce qui permet de générer le champ d'excitation Hexc au niveau de l'inducteur 6 orienté 20 selon l'axe y de la figure 1. Ainsi, une nappe de courants référencée JF sur la figure 1 est induite localement uniformément et orientée selon l'axe x sur la figure 1 dans une large zone (12) d'inspection, ici supérieure à 75 mm de diamètre. Les courants JF lorsqu'ils rencontrent une structure enfouie d'impédance électromagnétique 25 distincte de celle du matériau homogène de plaque dévient leur trajectoire et leur répartition, créant alors un champ magnétique de perturbation venant moduler le champ magnétique résultant, ici orienté selon l'axe z, comme cela est illustrée sur la figure 1 où est représentée une structure de rivet circulaire. Il est à noter que, dans le cas d'une structure linéaire orientée selon 30 l'axe y, il est judicieux d'orienter l'inducteur parallèle à l'axe y comme sur la figure 1. io En variante, dans le cas où l'on dispose d'un deuxième inducteur, il est possible de générer un deuxième champ d'excitation qui combiné au premier permet d'obtenir un angle d'injection de champ d'excitation. Ainsi, chaque forme d'onde est orientable et peut être adapté à un 5 angle de vue optimal de la structure testée. Ensuite dans une étape 76, la mesure du champ magnétique complexe résultant à la surface de la zone (12) d'inspection est réalisée. Ici, seule la composante dans l'axe z du champ magnétique complexe BZ(x,y) est mesurée. Cette mesure doit être obtenue avec un pas io d'échantillonnage spatial suffisant au sens de Shannon dans les deux directions x et y et peut être obtenue en module ou en phase, ou encore en partie réelle ou imaginaire. En variante, une autre composante de champ complexe est mesuré, par exemple Bx(x,y) ou By(x,y). is Dans l'étape suivante 78, la partie réelle du champ magnétique échantillonnée est extraite et forme ainsi une première image brute notée Image 1 avec Image 1 [al (i, j)]. Ensuite, la partie imaginaire du même champ BZ(x,y) échantillonné est extraite dans l'étape 80 pour former une deuxième image brute notée Image 2 20 avec Image 2 = [a2 (i, j)]. Dans une étape suivante 82, le générateur de courants alternatifs 8 génère une deuxième forme d'onde sinusoïdale de courant à la fréquence f2 de 700 hertz permettant de générer le champ d'excitation Hexc. A l'étape 84, le champ complexe résultant BZ(x,y) est alors mesuré. 25 Dans l'étape ultérieure 86, de ce champ BZ (x,y) est extraite la partie réelle numérisée pour former une troisième image brute notée Image 3 avec Image 3 = [a3 (i, j)]. Dans une étape suivante 88, la partie imaginaire du champ BZ(x,y) échantillonné est extraite pour former une quatrième image brute notée Image 4 30 avec Image 4 = [aa (i, j)]. L'ensemble des images brutes obtenues pour les différentes fréquences est représentatif de phénomènes apparaissant à des profondeurs 11 différentes f1 et f2 (effet de peau) et constitue donc des vues différentes d'une même situation. Ainsi, une bande de fréquence de chaque forme d'onde est choisie en fonction d'une profondeur d'observation souhaitée dans le matériau cible (4).

L'ensemble des données numérisées, formant les quatre images brutes Image 1, Image 2, Image 3, Image 4, est mémorisé dans le calculateur 14, puis traité dans une étape 90 de traitement des images brutes. Après le traitement 90 des images brutes, des composantes d'images utiles exploitables sont obtenues, permettant la détection et la caractérisation des 10 défauts enfouis et donc le diagnostic final réalisé à l'étape 92. II est à remarquer que si l'échantillonnage selon les axes x et y doit satisfaire la condition de Shannon, les composantes de champ complexe sont numérisées selon une amplitude d'au moins 2 bits, c'est-à-dire un vecteur de dimension supérieur ou égal à 2. Ici, on supposera que l'amplitude d'une 15 composante de champ magnétique complexe mesurée BZ(x,y) est codée sur 12 bits. II est également à remarquer qu'ici, la mesure du champ complexe se fait dans le cadre d'une détection synchrone successivement accordée aux différentes fréquences d'excitation de l'inducteur 6 et coordonnée grâce à la carte 20 dédiée de synchronisation 13 numérique et de commande. En variante, dans le cas d'une détection synchrone multiple et simultanée, chaque rnesure est accordée à l'une des composantes fréquentielles constituant le signal alternatif d'excitation alimentant l'inducteur 6 (cela correspond au cas du multiplexage fréquentiel). 25 Le traitement 90 des images brutes va être décrit ici en détail en s'appuyant sur des irnages brutes d'un échantillon de test, et en se fondant sur la caractérisation d'un étalon dont la structure et les défauts sont connus a priori. La figure 3 représente un exemple d'échantillon de test 100 comprenant une structure rivetée composée de trois plaques ou tôles 102, 104, 30 106 d'alliage aluminium (conductivité de 20 MS/m, perméabilité relative égale à 1) de 3 mm d'épaisseur, chacune comportant des rivets 108 de 4 mm de diamètre, espacés régulièrement de 25 mm, sains et fissurés en profondeur. Le nombre de rivets représentés ici est de 10 et les rivets 108 sont numérotés de #1 à #10 de gauche à droite sur la figure 3. Une première et deuxième fissures 110, 112 dites de type 1, s'étendant respectivement sur 7 et 12 mm de longueur pour 100 m d'ouverture, sont placées chacune sur la deuxième plaque 104 et sont enfouies à 3 mm au niveau des rivets numérotés respectivement #3 et #4. Une première et deuxième fissures 114, 116 dites de type 2, s'étendant respectivement sur 7 mm et 12 mm de longueur pour 100 m d'ouverture sont placées sur la troisième plaque 106 et enfouies à 6 mm au niveau des rivets numérotés respectivement #8 et #9. La figure 4 représente en coupe la structure d'un étalon 120, comportant un enserrrble de cinq rivets 128 espacés respectivement de 25 mm numérotés de #1 à #5 de gauche à droite sur la figure, et affectés de deux types de défaut.

La structure 120 est composée d'un empilement de trois plaques métalliques de 3 mm d'épaisseur avec une première plaque 122, une deuxième et troisième plaques 124 et 126. Comme pour l'échantillon de test 100, les trois plaques sont en aluminium et présentent une conductivité de 20 MS/m et une perméabilité relative égale à 1.

Une première fissure 130 de 12 mm de longueur dite de type 1 est enfouie dans la deuxième plaque 124 au pied du rivet #3 et une deuxième fissure 132 de longueur de 12 mm dite de type 2 est enfouie au pied du rivet #4 dans la troisième plaque 126. La figure 5 décrit le procédé de traitement 90 des images de manière 25 complète. Tout d'abord, dans une première étape 142, l'étalon 120 tel que décrit sur la figure 4 est fabriqué et présente des caractéristiques identiques à la structure à contrôler, c'est-à-dire un empilement de trois plaques d'alliage riveté par des rivets espacés régulièrement de 25 mm. 30 Dans l'étape 144 qui suit, des défauts calibrés sont placés, du même type que ceux à détecter sur la structure de la figure 3 et décrits dans la figure 4. Ensuite, une étape d'apprentissage 146 suit, dans laquelle on construit selon l'étape de construction 152 un opérateur de projection, adapté à la mise en évidence des défauts recherchés de type 1 et 2, à partir des images brutes 150 acquises selon l'étape d'acquisition 148 sur l'étalon 120 à joints rivetés comprenant les défauts calibrés, connus a priori. L'ensemble des images brutes 150 de l'étalon est décrit de manière 5 schématique sur a figure 6. Le nombre et le choix des fréquences d'analyse vont influencer la pertinence de l'opérateur de projection déterminé. Ensuite, dans l'étape 154, l'échantillon 100 de joints rivetés à tester est positionné. 10 Dans l'étape suivante 156, on applique selon l'étape d'application 162 l'opérateur de projection déterminé à l'étape 152 sur les images brutes 160 acquises selon l'étape d'acquisition 158 dans les mêmes conditions expérimentales que l'étape 148. Dans cette étape 156 qui est une étape de déconvolution, une nouvelle série d'images brutes est fournie en sortie de 162 15 dont certaines contiennent des informations sur les défauts à détecter. Dans l'étape suivante 164, un filtrage 166 est effectué permettant de mieux visualiser les informations de défaut fournies en sortie de l'étape 162 sous la forme d'un ensemble de composantes 170 ainsi qu'une étape de diagnostic 172 pour prendre une décision sur la classification des défauts détectés. 20 L'ensemble des images brutes 160 et l'ensemble des composantes 170 sont décrits respectivement sur les figures 7 et 8 et correspondent à des mesures réelles. Dans l'étape finale 174, les résultats de diagnostic sont affichés. Au cours de l'étape d'apprentissage 146, dans la première étape 25 d'acquisition 148, les voies de mesure sont choisies en nombre suffisant pour placer les trois sources intéressantes de perturbations du champ résultant : rivets (structure), fissures sur la tôle 2 (défauts type 1), fissures sur la tôle 3 (défauts type 2). Ici, il faut au moins deux fréquences qui permettent de constituer quatre voies de mesure, parties réelles et imaginaires étant comprises chacune comme 30 une voie de mesure. Dans l'exemple d'étalon 120 ici fourni et décrit sur la figure 3, on a pris f1 = 100 Hz pour une profondeur d'observation de 11 mm et f2 = 700 hertz pour une profondeur de pénétration du rayonnement électro-magnétique à 4,3 mm.

Ainsi, la deuxième fréquence f2 permet de voir le défaut de type 1 ensemble avec le rivet, tandis que la première fréquence f1 permet de voir le défaut de type 2 avec le rivet. On obtient ainsi quatre images brutes 150 d'étalon 120 qui vont servir à définir l'opérateur de convolution.

Dans l'étape 152, l'opérateur de convolution, ici de projection, est construit à partir de l'ensemble 150 de quatre images brutes d'étalon décrites schématiquement sur la figure 6. La première image brute 176 est une image de la partie réelle du champ résultant complexe à la fréquence de 100 Hz tandis que la deuxième image brute 178 est la partie imaginaire du champ résultant complexe à la fréquence de 100 Hz. La troisième image brute 180 est la partie réelle du champ mesuré lorsque l'induction a une fréquence d'excitation de 700 Hz tandis que la quatrième image brute 182 est la partie imaginaire du champ pour une fréquence d'excitation à 700 Hz. Sur la première image brute 176 sont représentées les positions de deux rivets 184, 188 près desquels se trouvent les défauts à savoir le rivet #3 et le rivet #4, le premier 184 étant affecté d'une fissure 186 detype 1 et le quatrième rivet 188 étant affecté d'une fissure 190 de type 2. Ces structures de défauts ne sont pas visibles nettement sur les images brutes de manière générale. Elles sont données ici à titre de repérage, sur la base d'une connaissance a priori, pour permettre la construction de l'opérateur de projection. Lors de la construction 152 de l'opérateur de projection ou convolution, on prend quatre lignes de même position dans les quatre voies de mesure 176, 178, 180, 182, par exemple la ligne de rang i, noté istruc ,qui passe au droit des rivets et des défauts. Ces quatre lignes forment la matrice de mesure de référence Mret(i). On calcule la matrice de variance-covariance Mref(i). Met (i) où M, f (i) désigne la transposée de la matrice de la mesure de référence de rang de ligne i, Mref (0). On détermine ensuite les quatre vecteurs propres de cette matrice de variance ù covariance dans une matrice de projection Vproj de dimension 4 x 4.

Par projection de Mfef(i) sur chaque vecteur de projection selon l'opération Vproi.Mfef(i)., on obtient une nouvelle matrice dont les quatre lignes ou composantes correspondent respectivement à des sources physiques de perturbation les plus iimportantes contenues dans les quatre lignes de Mref(i). Ici, seules trois sources sont pertinentes : rivets, fissure dans tôle 2, fissure dans tôle 3. Connaissant la position a priori des fissures de référence sur l'étalon 120 ayant servi à construire Vproi, il est permis d'identifier à quelles composantes correspondant les vecteurs propres. A l'inverse, on est ainsi capable d'identifier quel vecteur propre permet de visualiser quelle source. On peut alors ordonner les vecteurs propres dans Vproi par une permutation de telle sorte que l'on sache à l'avance dans quelle composante 1 à 4 vont apparaître les trois sources intéressantes. De manière générale, les valeurs propres correspondent aux énergies émises par les différents types de défaut. Si on choisit d'ordonner les composantes selon l'ordre : composante 1-rivet, composante 2-fissure tôle 2, composante 3-fissure tôle 3, composante 4-rien, l'apprentissage est terminé. Au cours de l'étape de projection 156, l'étape d'acquisition 158 consiste à faire des mesures sur l'échantillon de test 100 dans les mêmes conditions expérimentales de l'étape 148 pour l'étalon 120. On obtient alors les quatre voies de mesure ou ensemble 160 d'images brutes telles que décrites sur la figure 7. L'ensemble des images brutes 160 comprend une première image brute 192 de l'échantillon testé 100 lorsque le champ excitateur Hexc est à une fréquence de 100 Hz et la partie réelle du champ magnétique selon la composante z est mesurée. La deuxième image brute 194 représente la partie imaginaire du même champ complexe pour un champ excitateur a une fréquence f1 de 100 Hz. La troisième image brute 196 représente la partie réelle du champ magnétique mesurée pour une fréquence d'excitation f2 de 700 Hz. La quatrième image brute 198 enfin représente la partie imaginaire du champ magnétique mesuré pour un champ d'excitation de fréquence f2 de 700 Hertz. A partir de ces quatre images brutes192, 194, 196, 198, l'application de l'opération de projection 163 selon l'opérateur de projection Vproi est effectuée.

Les quatre lignes de rang 1 sur les quatre images brutes 192, 194, 196, 198 qui forment la matrice de mesure M(1) se voient appliquer l'opérateur de projection soit Mpr,,; MT(1). Une nouvelle matrice est obtenue dont les quatre lignes sont les composantes qui vont constituer les quatre lignes de rang 1 des quatre images résultats. L'opération d'application est répétée pour toutes les lignes de rang i de chaque image (du rang 1 au rang 350 dans cet exemple). Les quatre images résultats sont ainsi obtenues suivant lesquelles sont classées les deux types de défaut recherchés et les rivets.

Dans l'étape 166, le filtrage des données obtenues est effectué après l'opération de déconvolution 162, c'est-à-dire la projection de la matrice de mesure. Ce filtrage 166 est effectué afin de faire ressortir cette déconvolution sous une forme plus exploitable pour la réalisation directe ou bien pour mettre en oeuvre une des méthodes de diagnostic de l'étape 172. Le filtrage 166 peut être une déconvolution, un filtrage de Wiener ou bien un filtrage adapté. Ici, on effectue une intégration consistant en la somme des échantillons cumulés de gauche à droite de l'image, ligne par ligne. Ainsi l'ensemble 170 des quatre images utiles exploitables ou composantes est obtenu.

L'ensemble 170 des images utiles exploitables ou composantes est représenté sur la figure 8 qui correspond à des mesures réelles. Ces images utiles exploitables obtenues après filtrage 166 représentent une première composante 202 sur laquelle sont visibles les rivets seuls, une deuxième composante 204 sur laquelle sont visibles les fissures de la deuxième plaque ou défauts de type 1, une troisième composante 206 où apparaissent des fissures enfouies au niveau de la troisième plaque ou défauts de type 2, une quatrième composante 208 ne faisant apparaître a priori aucune structure particulière. L'étape 172 d'aide au diagnostic utilise une technique de type seuillage, maximum de vraisemblance ou bien de type réseau de neurones.

Ainsi, une décision automatique sur la classification ou la localisation des défauts peut être prise plus facilement. L'exemple décrit ci-dessous ne comporte qu'un seul étalon de calibration servant de base de référence.

Toutefois, dans une variante décrite sur la figure 9, il est possible d'étendre le même type de mesure à des étalons de même structure de rivets mais présentant des défauts de type différent et/ou d'emplacement différent et de choisir alors des configurations adaptées à ces étalons supplémentaires ou complémentaires. On reconnaît en effet sur cette figure 9, les étapes 142, 14, 146, 162, 164, 166 et 172 décrites sur la figure 5. Une étape 212, placée entre 146 et 162, de formation d'une base de données à plusieurs étalons présentant des défauts calibrés différents, construit io un ensemble de projecteurs pertinents associés aux conditions de mesures correspondantes. Les données obtenues à partir de ces configurations de tests supplémentaires et stockées à l'étape 212 permettent d'enrichir le système de mesures effectuées à l'étape 162 sur l'échantillon de test et la base de signatures 15 de référence pouvant servir à l'exécution de l'étape d'aide au diagnostic 172. Ainsi, il est possible d'adapter le système d'imagerie à des structures particulières et de rendre efficace la recherche automatique de certains types de défaut caractéristiques, particulièrement recherchés.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'imagerie à courant de Foucault pour la détection et la caractérisation de défauts enfouis dans une structure complexe comprenant les étapes consistant à : - positionner (72), à proximité d'un matériau cible (4), d'une zone (12) de face, d'inspection sensiblement plane, de moyens de mesure (36) de champ magnétique de surface, - générer (74, 82) dans le matériau cible (4) un champ magnétique excitateur global sur la totalité de la zone (12), - mesurer (76, 84) en surface de la zone (12) d'inspection un champ magnétique résultant, engendré par le matériau cible (4), sous la forme d'une image, une image (192, 194, 196, 198) étant constituée d'une pluralité de valeurs contenues dans un intervalle d'au moins trois valeurs, chaque valeur étant associée à une grandeur du champ magnétique résultant, capté à proximité de is plusieurs points de la zone (12) d'inspection, caractérisé en ce que l'étape de génération (74, 82) consiste à générer un ensemble (60) d'au moins deux formes d'ondes (62, 64) de champ magnétique excitateur dans le matériau cible (4), chaque forme d'onde distincte (62, 64) étant déterminée par 20 un spectre de fréquence à bande étroite et un angle d'orientation dans le matériau cible, l'étape de mesure (76, 86) consiste à mesurer un ensemble de configurations du charnp magnétique résultant, sous la forme d'un ensemble (160) d'images (192, 194, 196, 198), chaque image (192, 194, 196 , 198) étant 25 associée à une grandeur et à une forme d'onde (62, 64) du champ magnétique excitateur, et en ce qu'il comprend une étape de traitement (90) de l'ensemble (160) des images par combinaison, pour détecter un défaut et déterminer son emplacement et son type. 30

2. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque forme d'onde (62, 64) est orientable selon un angle de vue déterminé par l'emplacement et la géométrie d'un défaut.

3. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la bande de fréquence de chaque forme d'onde est choisie en fonction d'une profondeur d'observation souhaitée dans le matériau cible (4).

4. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble (60) des formes d'ondes (62, 64) du champ magnétique excitateur est un multiplex temporel des formes d'ondes (62, 64).

5. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une quelconque des lo revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble des formes d'ondes (62, 64) du champ magnétique excitateur est un multiplex fréquentiel des formes d'ondes (62, 64).

6. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les formes d'ondes (62, 64) ont 1s environ la même énergie.

7. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une quelconques des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque forme d'onde (62, 64) est une sinusoïde de fréquence différente (f1, f2).

8. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une quelconques des 20 revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le nombre de formes d'ondes (62, 62) est inférieure à 25.

9. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une quelconques des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une image du champ magnétique complexe résultant est une pluralité de valeurs d'une composante spatiale réelle 25 ou imaginaire du champ magnétique résultant, capté à proximité de plusieurs points de la zone (12) d'inspection.

10. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'étape de traitement des images brutes comprend : 30 - une étape d'apprentissage (146) consistant à construire (152) un opérateur de projection adapté à la détection de type défauts prédéterminés à partir d'images brutes (150) acquises dans une étape d'acquisition (148) sur unétalon (120) de structure connue comprenant des types de défaut calibrés selon une configuration de mesure choisie, - une étape de projection (156) consistant à appliquer (162) l'opérateur de projection déterminé dans l'étape (146) précédente sur les images brutes (160) acquises dans l'étape d'acquisition (158) sur un échantillon de test (100) sur lequel on recherche des défauts selon la même configuration prédéterminée utilisée dans l'étape (148) précédente pour obtenir des images utiles exploitables (170).

11. Procédé d'Imagerie à courant de Foucault selon la revendication 10, io caractérisé en ce que l'étape de construction (152) de l'opérateur de projection comprend les étapes consistant à : - choisir un rang d'une ligne de traversée de la structure et des défauts enfouis de l'étalon (120), - extraire la ligne de rang choisi de chaque image brute pour former une is matrice de mesure de référence de l'étalon 120, - former la matrice de variance-covariance de la matrice de référence, - déterminer une base de vecteurs propres de la matrice de variance-covariance, -ordonner les vecteurs propres selon un rangement des propres 20 associées, - former la matrice du projecteur à l'aide de la base ordonnée des vecteurs propres,

12. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une des revendication 10 à 11, caractérisé en ce que l'étape d'application de l'opérateur 25 de projection comprend les étapes consistant à : - pour chaque rang i de ligne, former une matrice de mesure de rang i comme ensemble des lignes de rang i de chaque image brute 192, 194, 196, 198, - pour chaque rang i, former le produit de l'opérateur de projection et de la 30 matrice de mesure de rang i, - former pour chaque composante de vecteur propre du projecteur la composante d'image correspondante en assemblant les lignes d'une même composante associés aux produits de rang i.

13. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon la revendication selon l'une des revendications quelconque 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à : - filtrer (166) les images obtenues en sortie de l'étape de projection 156.

14. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon la revendication 13, caractérisé en ce que le filtrage (166) des images utiles est un filtrage du type appartenant à la famille constituée des procédés d'intégration, de déconvolution et de filtrage de Wiener.

15. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à : - classer et diagnostiquer une existence, un emplacement et un type de défaut dans la structure.

16. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon la revendication 18 caractérisé en ce que l'étape de classification et de diagnostic des défauts est un procédé du type de la famille des procédés constitué par les procédés de décision par seuils, de décision par maximum de vraisemblance et décision par réseau neuronal.

17. Procédé d'imagerie à courant de Foucault selon l'une des revendications 10 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de construction 212 d'un base de donnée sur la base d'un ensemble d'étalons

18. Dispositif d'imagerie à courant de Foucault (2) destiné à la détection et la caractérisation de défauts enfouis dans une structure complexe comprenant : - des moyens de positionnement, à proximité d'une zone (12) d'inspection, - des moyens de génération (8) d'un champ magnétique excitateur global sur la totalité de la zone (12) d'inspection, - des moyens de mesure (6) en surface d'un champ magnétique résultant, engendré par le matériau cible (4) en surface de zone (12) d'inspection, sous la forme d'une image, une image étant constituée d'une pluralité de valeurs contenues dans un intervalle d'au moins trois valeurs, chaque valeur étantassociée à une grandeur du champ magnétique de perturbation, capté à proximité de plusieurs points de la zone d'inspection, - des moyens (13,14) de commandes et de coordination du dispositif d'induction et de l'imageur, - des moyens de traitement d'image (14), caractérisé en ce que les moyens de génération (8) de champ magnétique d'excitation sont aptes à générer un ensemble (60) d'au moins deux formes d'ondes (62, 64) de champ magnétique excitateur dans le matériau cible (4), chaque forme d'onde Io (62, 64) distincte étant déterminée par un spectre de fréquence à bande étroite et un angle d'orientation dans le matériau cible, les moyens de mesure (6) sont aptes à mesurer un ensemble de configurations du champ magnétique résultant, sous la forme d'un ensemble (160) d'images (192, 194, 196, 196), chaque image étant associée à une is grandeur et à une forme d'onde du champ magnétique excitateur, et les moyens de traitement d'image (14) sont aptes à traiter l'ensemble des images par combinaison afin de détecter un défaut et d'en déterminer son emplacement et son type.

19. Dispositif d'imagerie à courant de Foucault (2) selon la revendication 20 18, caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent un réseau de capteurs de type appartenant à l'ensemble constitué par des bobines, des micro-bobines, des sondes à effet Hall, des GMR (magnéto-résistance à effet géant) et des GMI (magnéto-impédance à effet géant).

20. Dispositif d'imagerie à courant de Foucault (2) selon la revendication 25 18, caractérisé en ce que les moyens de mesure (10) comprennent un imageur magnéto-optique linéaire constitué d'un dispositif optique (36), d'un grenat magnéto-optique linéaire (38) et des moyens photo-détecteurs (40).