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WO 2007/135265
PCT/FR2007/000791
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Procédé et dispositif d'imagerie à courant de Foucault pour la détection et
la caractérisation de défauts enfouis dans des structures complexes.
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
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.
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
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
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
les documents US 5 053 704 et FR 2 856 791.
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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.
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
comprenant les étapes consistant à :
- positionner, à proximité d'une zone d'inspection sensiblement plane d'un
matériau cible, des moyens de mesure de champ magnétique 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 brute,
une
image brute étant constituée d'une pluralité de données numériques numérisées
selon une amplitude d'au moins deux bits, chaque donnée numérique étant
associée
à une grandeur du champ magnétique résultant, capté à proximité de plusieurs
points
de la zone d'inspection,
caractérisé en ce que
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, la bande de fréquence de
chaque
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,
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forme d'onde étant choisie en fonction d'une profondeur d'observation
souhaitée dans le matériau cible,
l'étape de mesure consiste à mesurer un ensemble de configurations du
champ magnétique résultant, sous la forme d'un ensemble d'images brutes,
chaque
image brute 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
brutes par combinaison, pour détecter un défaut et déterminer son emplacement
et
son type.
L'invention concerne également 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,
- des moyens de génération d'un champ magnétique excitateur global sur la
totalité de la zone d'inspection,
- des moyens de mesure d'un champ magnétique résultant, engendré en
surface de zone d'inspection par le matériau cible, sous la forme d'une image
brute,
une image brute étant constituée d'une pluralité de données numériques
numérisées
selon une amplitude d'au moins deux bits, chaque donnée numérique étant
associée
à une grandeur du champ magnétique de perturbation, capté à proximité de
plusieurs
points de la zone d'inspection,
- des moyens de commandes et de coordination du dispositif d'induction et
de l'irnageur,
- des moyens de traitement d'image,
caractérisé en ce que
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 d'orientation dans le
matériau
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2b
cible, la bande de fréquence de chaque forme d'onde étant choisie en fonction
d'une
profondeur d'observation souhaitée 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 brutes,
chaque image brutes étant associée à une grandeur et à une forme d'onde du
champ
magnétique excitateur, et
les moyens de traitement d'image sont aptes à traiter l'ensemble des images
brutes par combinaison afin de détecter un défaut et d'en déterminer son
emplacement et son type.
Selon un mode de réalisation particulier, un procédé d'imagerie à courant de
Foucault pour la détection et la caractérisation de défauts enfouis dans une
structure
complexe comprend 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
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
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
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
du champ magnétique résultant, sous la forme d'un ensemble d'images, chaque
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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
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
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 ;
- 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
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
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
dans l'étape d'acquisition sur un échantillon de test sur lequel on recherche
des
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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 vectéurs propres de la matrice de variance-
covariance,
- 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
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 ;
- 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 images obtenues en sortie de l'étape de projection ;
- 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
de défaut dans la structure ;
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- 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 d'étalons ;
Selon un mode de réalisation particulier, un dispositif d'imagerie à courant
de
Foucault destiné à la détection et la caractérisation de défauts enfouis dans
une
structure complexe comprend :
- des moyens de positionnement, à proximité d'une zone d'inspection,
- 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
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,
- 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 1e 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,
- 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
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- 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
lo (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
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
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,
- 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
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,
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7
- la figure 8 est une vue de l'ensemble des composantes d'image
obtenues après l'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
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
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
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
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.
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8
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
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 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
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
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 matrice 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
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.
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
USB, de réception des données vidéo fournies par la carte d'acquisition en une
entrée vidéo 51.
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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
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 fi, f2 et forment un multiplex temporel 60 de deux
sinusoïdes
de fréquence différente et d'énergie pratiquement égale. Ici fi est égale à
100 Hz
tandis que f2 est égale à 700 Hz.
En variante, les 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
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.
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 fi de 100 Hz, ce qui
permet de générer le champ d'excitation He. au niveau de l'inducteur 6
orienté
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
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lorsqu'ils rencontrent une structure enfouie d'impédance électromagnétique
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 illustré
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
l'axe y, il est judicieux d'orienter l'inducteur parallèle à l'axe y comme sur
la figure
1.
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
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 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
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).
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 = fa1 0, D].
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
avec Image 2 = [a2 j)].
Dans une étape suivante 82, le générateur de courants alternatifs 8
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10a
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.
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 = ja3 (i,
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
avec Image 4 = [54 (i,
L'ensemble des images brutes obtenues pour les différentes
fréquences est représentatif de phénomènes apparaissant à des profondeurs
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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
défauts enfouis et donc le diagnostic final réalisé à l'étape 92.
Il 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
composante de champ magnétique complexe mesurée Bz(x,y) est codée sur 12
bits.
Il 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
dédiée de synchronisation 13 numérique et de commande.
En variante, dans le cas d'une détection synchrone multiple et
simultanée, chaque mesure 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).
Le traitement 90 des images brutes va être décrit ici en détail en
s'appuyant sur des images 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,
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
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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 J.lm
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
d'ouverture sont placées sur la troisième plaque 106 et enfouies à 6 mm au
lo niveau des rivets numérotés respectivement #8 et #9.
La figure 4 représente en coupe la structure d'un étalon 120,
comportant un ensemble 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
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.
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
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=
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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
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.
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
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.
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
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
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.
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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 de type 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 i
=struc ,qui passe au droit des
rivets et des défauts. Ces quatre lignes forment la matrice de mesure de
référence Mref(i).
On
calcule la matrice de variance-covariance Mref(i)../14.,Tef (i) où
MrTef
(j) désigne la transposée de la matrice de la mesure de référence de rang de
ligne i, Mref (I).
On détermine ensuite les quatre vecteurs propres de cette matrice de
variance ¨ covariance dans une matrice de projection Vproj de dimension 4 x 4.
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Par projection de Mréf(i) sur chaque vecteur de projection selon
l'opération Vproi.Mref(i), on obtient une nouvelle matrice dont les quatre
lignes ou
composantes correspondent respectivement à des sources physiques de
perturbation les plus importantes contenues dans les quatre lignes de Mref(i).
Ici,
5 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 Vproj, 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
10 de visualiser quelle source. On peut alors ordonner les vecteurs propres
dans
Vproj 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
15 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 Hem 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 Vproj est
effectuée.
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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 Mproj .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.
io 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.
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Toutefois, dans une variante 210 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
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
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.
