Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
1
PROCÉDÉ DE RECONSTRUCTION D'UNE SURFACE TRIDIMENSIONNELLE PAR UN
CAPTEUR MATRICIEL ULTRASONORE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se situe dans le domaine du contrôle non destructif par
ultrasons. Elle concerne un procédé de reconstruction d'une surface
tridimensionnelle
d'une pièce à l'aide d'un capteur matriciel ultrasonore.
L'invention s'applique notamment à la reconstruction de la surface
d'une pièce industrielle en vue de réaliser un contrôle non destructif par
ultrasons. Le
contrôle non destructif a pour finalité la détection de défauts dans la pièce
industrielle,
par exemple un élément d'une turbomachine d'aéronef tel qu'une aube.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans le domaine du contrôle non destructif par ultrasons, l'état de
surface de la pièce à contrôler influence fortement la qualité de l'examen.
L'utilisation
d'un capteur matriciel permet de réduire l'impact de ce paramètre. Un tel
capteur est en
effet capable d'appliquer des lois de retard à l'émission et à la réception
des signaux
ultrasonores afin d'orienter l'axe de propagation des faisceaux ultrasonores
perpendiculairement à la surface de la pièce au niveau du point d'impact.
L'amplitude des
signaux ultrasonores réfléchis reçus par le capteur matriciel est alors
maximale.
Néanmoins, l'adaptation du faisceau ultrasonore requière une connaissance
précise de la
géométrie de la pièce. Ainsi, préalablement à la mise en oeuvre d'un contrôle
non
destructif à proprement parler, une détermination de la géométrie de la
surface de la
pièce à contrôler est nécessaire.
Différentes solutions utilisables à l'échelle industrielle ont été
proposées. La plupart de ces solutions sont basées sur des capteurs
multiéléments
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
2
linéaires et ne permettent d'étudier que des variations bidimensionnelles de
la surface.
Autrement dit, les variations de hauteur de la surface ne sont déterminées que
selon un
seul axe. A titre illustratif, la thèse de doctorat de Léonard Le Jeune :
Imagerie
ultrasonore par émission d'ondes planes pour le contrôle de structures
complexes en
immersion , Paris 7, décrit un procédé de contrôle ultrasonore adaptatif avec
un capteur
multiélément linaire en immersion. La surface bidimensionnelle d'une pièce est
extraite
en temps réel à partir d'une technique d'acquisition de matrice complète,
connue sous la
dénomination anglo-saxonne de Full Matrix Capture (FMC), puis une image
ultrasonore du volume de la pièce est reconstruite par une technique de
focalisation en
tous points, connue sous la dénomination anglo-saxonne de Total Focusing
Method
(TFM). Dans ce procédé, l'image ultrasonore ne représente que le volume situé
sous la
surface du capteur. L'article F. Lasserre et al : Industrialization of a
Large Advanced
Ultrasonic Flexible Probe for Non-destructive Testing of Austenitic Steel
Pieces with
Irregular Surface", Journal of Civil Engineering and Architecture, November
2017, p. 933-
942, décrit un procédé de contrôle ultrasonore adaptatif avec un traducteur
multiélément linéaire au contact de la pièce. La surface bidimensionnelle est
extraite à
partir d'un système de mesure optique puis les lois de retard sont adaptées en
temps réel
pour générer un faisceau ultrasonore focalisé sous incidence oblique.
Des solutions ont également été proposées afin de reconstruire des
surfaces tridimensionnelles. Par exemple, la demande WO 2015/075121 Al décrit
un
procédé de reconstruction d'une surface tridimensionnelle à partir d'un
capteur matriciel
en position statique ou à partir d'un capteur mono-élément se déplaçant selon
deux axes
d'un plan. Dans le premier cas, le capteur matriciel ne peut imager qu'une
surface
relativement réduite, correspondant sensiblement à la surface du capteur
matriciel. Dans
le deuxième cas, le capteur doit être déplacé en de nombreuses positions,
rendant la
durée d'acquisition relativement longue pour des surfaces étendues. En outre,
le
déplacement du capteur doit être effectué avec un système de positionnement
présentant une grande précision. A défaut, la précision de la reconstruction
est dégradée.
En pratique, dans les deux cas, la reconstruction d'une surface
tridimensionnelle aux
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
3
dimensions étendues est complexe à réaliser. Une autre solution consisterait à
utiliser un
capteur matriciel et à le déplacer en différentes positions de mesure selon
deux axes de
déplacement. Une acquisition FMC pourrait être réalisée en chaque position,
puis une
reconstruction par la technique TFM pourrait être réalisée à partir de
l'ensemble des
acquisitions FMC. Cependant, une acquisition FMC implique, pour chaque
position de
mesure, l'émission individuelle d'un signal ultrasonore par chacun des
éléments du
capteur matriciel, et la réception d'un écho de ce signal ultrasonore par
l'ensemble des
éléments du capteur matriciel. Ainsi, pour un capteur à N éléments, chaque
position de
mesure engendre un ensemble de N2 signaux élémentaires. Le volume de données à
traiter est rapidement considérable pour un capteur matriciel et des surfaces
étendues,
rendant le procédé incompatible pour une application industrielle.
Un but de l'invention est donc de proposer une technique pour
reconstruire à l'aide d'un capteur matriciel ultrasonore une surface
tridimensionnelle
relativement étendue.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention repose sur un balayage de la surface
tridimensionnelle avec un capteur matriciel et une collecte de données en
croix'> en
chaque point de mesure. En pratique, pour chaque point de mesure, le procédé
de
reconstruction selon l'invention comprend l'émission d'une première onde
incidente par
un ou plusieurs éléments d'une ligne du capteur matriciel, la réflexion de
cette première
onde incidente, appelée première onde réfléchie , étant reçue et convertie
en signaux
temporels par l'ensemble des éléments de cette ligne. Une deuxième onde
incidente est
par ailleurs émise par un ou plusieurs éléments d'une colonne du capteur
matriciel, et la
réflexion de cette deuxième onde incidente, appelée deuxième onde réfléchie
, est
reçue et convertie en signaux temporels par l'ensemble des éléments de cette
colonne.
Le procédé de reconstruction comprend ensuite la génération d'images
bidimensionnelles de ligne dans des premiers plans parallèles aux lignes
d'éléments du
capteur matriciel et la génération d'images bidimensionnelles de colonne dans
des
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
4
deuxièmes plans parallèles aux colonnes d'éléments du capteur matriciel.
Chaque image
bidimensionnelle de ligne est générée à partir des signaux temporels
correspondant au
premier plan considéré. De même, chaque image bidimensionnelle de colonne est
générée à partir des signaux temporels correspondant au deuxième plan
considéré. Enfin,
une image tridimensionnelle est construite en fusionnant les images
bidimensionnelles de
ligne et les images bidimensionnelles de colonne.
Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de reconstruction
d'une surface tridimensionnelle d'une pièce à l'aide d'un capteur matriciel
comprenant
une pluralité d'éléments E (m, n) agencés selon des lignes et des colonnes,
chaque
élément étant agencé pour pouvoir émettre une onde incidente en direction de
la pièce
et générer un signal représentatif d'une onde réfléchie reçue par ledit
élément. Le
procédé comporte les étapes suivantes :
= effectuer un balayage de la surface tridimensionnelle avec le capteur
matriciel, le
capteur matriciel étant déplacé en une pluralité de points de mesure 0(i,j),
chaque
point de mesure étant défini par l'intersection d'une ligne de balayage Li,
parmi un
ensemble de lignes de balayage parallèles aux lignes d'éléments du capteur
matriciel,
et d'une ligne d'incrément L1, parmi un ensemble de lignes d'incrément
parallèles aux
colonnes d'éléments du capteur matriciel,
= en chaque point de mesure 0(i,j), réaliser successivement
o une acquisition d'une image temporelle de ligne SLij(ms, t) comprenant
l'émission d'une onde incidente par un ou plusieurs éléments d'une ligne
sélectionnée ms du capteur matriciel et la génération, pour chacun des
éléments E(ms,nr) de la ligne sélectionnée, d'un signal temporel représentatif
d'une amplitude au cours du temps d'une onde réfléchie reçue par ledit
élément, l'image temporelle de ligne SLiJ(ms, t) étant formée par l'ensemble
des signaux temporels des éléments de la ligne sélectionnée ms, et
o une acquisition d'une image temporelle de colonne SCii(ns,t) comprenant
l'émission d'une onde incidente par un ou plusieurs éléments d'une colonne
sélectionnée ris du capteur matriciel et la génération, pour chacun des
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
éléments E(mt,ns) de la colonne sélectionnée, d'un signal temporel
représentatif d'une amplitude au cours du temps d'une onde réfléchie reçue
par ledit élément, l'image temporelle de colonne SCii (ns, t) étant formée par
l'ensemble des signaux temporels des éléments de la colonne sélectionnée ns,
5 =
pour chaque ligne de balayage Li, construire, à partir de l'ensemble des
images
temporelles de ligne SLij(ms, t) correspondant à ladite ligne de balayage Li,
une
image bidimensionnelle de ligne Xi dans un plan Pi(ms) passant par les
éléments de
la ligne sélectionnée ms, chaque image bidimensionnelle de ligne Xi étant
définie par
une amplitude d'onde réfléchie en différents points du plan Pi(ms),
= pour chaque ligne d'incrément L1, construire, à partir de l'ensemble des
images
temporelles de colonne SCii(ns,t) correspondant à ladite ligne d'incrément L1,
une
image bidimensionnelle de colonne Yi dans un plan P1(n) passant par les
éléments
de la colonne sélectionnée ns, chaque image bidimensionnelle de colonne Yi
étant
définie par une amplitude d'onde réfléchie en différents points du plan
Pi(ns),
= à partir des images bidimensionnelles de ligne Xi et des images
bidimensionnelles
de colonne Yi, construire une image tridimensionnelle de la pièce, l'image
tridimensionnelle étant définie par une amplitude d'onde réfléchie en
différents
points d'un volume contenant les images bidimensionnelles de ligne Xi et les
images
bidimensionnelles de colonne Y.
Les éléments du capteur matriciel sont par exemple agencés dans un
plan, les lignes et les colonnes d'éléments étant alignées sur des lignes
droites. Le capteur
matriciel comprend par exemple un ensemble d'éléments agencés selon seize
lignes et
seize colonnes. Néanmoins, de manière générale, le capteur comprend un
ensemble
d'éléments E(m,n) agencés selon M lignes et N colonnes, avec M et N deux
entiers
supérieurs ou égaux à trois.
Il est à noter que, en chaque point de mesure 0(i,j), la même ligne et la
même colonne d'éléments peuvent être sélectionnées pour l'acquisition des
images
temporelles de lignes SLiJ(ms, t) et des images temporelles de colonne
SCij(ns,t).
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
6
Ainsi, seuls les éléments de cette ligne et de cette colonne sont utiles pour
le procédé de
reconstruction de surface tridimensionnelle selon l'invention. A la place d'un
capteur
matriciel, un capteur comprenant une seule ligne et une seule colonne
d'éléments, par
exemple en croix ou en T, pourrait donc être utilisé. Néanmoins, un capteur
matriciel
présente l'avantage de pouvoir être utilisé à la fois pour la reconstruction
de la surface
tridimensionnelle de la pièce et pour une étape ultérieure de contrôle non
destructif par
ultrasons de la pièce.
Le procédé selon l'invention est adapté à la reconstruction de surfaces
planes et de surfaces courbes, y compris lorsqu'elles présentent des
déformations
tridimensionnelles locales. Les lignes de balayage et d'incrément sont de
préférence
adaptées en conséquence. En particulier, les lignes de balayage peuvent être
des lignes
droites ou des lignes courbes. De même, les lignes d'incrément peuvent être
des lignes
droites ou des lignes courbes. Chaque ligne de balayage et/ou chaque ligne
d'incrément
forme par exemple une ellipse, un cercle, une portion d'ellipse ou une portion
de cercle.
A titre d'exemple, pour une surface cylindrique de révolution, les lignes de
balayage
peuvent être des lignes droites parallèles à l'axe de révolution de la surface
cylindrique et
les lignes d'incrément peuvent être des cercles centrés sur l'axe de
révolution. Pour une
surface torique, les lignes de balayage peuvent être des cercles centrés sur
l'axe de
révolution du grand rayon de courbure et les lignes d'incrément peuvent être
des cercles
centrés sur l'axe de révolution du petit rayon de courbure. Lorsque les lignes
de balayage
et/ou les lignes d'incrément sont courbes, leur parallélisme avec les éléments
du capteur
est considéré localement au niveau du capteur.
Le balayage est de préférence réalisé de manière à ce que le capteur
matriciel soit positionné une seule fois sur chaque point de mesure. Le
capteur matriciel
peut ainsi être déplacé le long de chaque ligne de balayage et stoppé à chaque
point
d'intersection avec une ligne d'incrément. La position du capteur matriciel
peut être
définie par la position de l'un de ses éléments, par exemple l'élément à
l'intersection de
la ligne et de la colonne sélectionnées.
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
7
Selon une forme particulière de réalisation, le balayage de la surface
tridimensionnelle est effectué avec un pas de balayage pi inférieur à une
longueur d'une
colonne d'éléments du capteur matriciel et/ou avec un pas d'incrément pi
inférieur à une
longueur d'une ligne d'éléments du capteur matriciel. Le pas de balayage pi
est défini
comme une distance séparant deux lignes de balayages adjacentes et le pas
d'incrément
pi est défini comme une distance séparant deux lignes d'incrément adjacentes.
L'utilisation d'un pas inférieur à la longueur des éléments permet d'obtenir
un
recouvrement des zones imagées entre deux points de mesure adjacents, et donc
d'améliorer la qualité de la reconstruction.
Selon une première variante de réalisation, chaque acquisition d'une
image temporelle de ligne SLiJ(ms, t) comprend l'émission d'une onde incidente
successivement par chacun des éléments E(ms,nt) de la ligne sélectionnée ms et
la
génération, pour chaque couple d'éléments {E(ms,nt);E(ms,nr)} de la ligne
sélectionnée ms, l'élément E(ms,nt) désignant l'élément situé à la ligne ms et
à la
colonne nt ayant émis l'onde incidente et l'élément E(ms,nr) désignant
l'élément situé à
la ligne ms et à la colonne nr ayant reçu l'onde réfléchie, d'un signal
temporel
SLii(ms,nt,nr,t) représentatif d'une amplitude au cours du temps d'une onde
réfléchie
reçue par ledit élément E(ms,n,), l'image temporelle de ligne SLiJ(ms, t)
étant formée
par l'ensemble des signaux temporels SLii(ms,nt,nr,t) de la ligne sélectionnée
ms.
Selon une deuxième variante de réalisation, compatible avec la
première variante, chaque acquisition d'une image temporelle de colonne
SCi,i(ns,t)
comprend l'émission d'une onde incidente successivement par chacun des
éléments
E(mt,ns) de la colonne sélectionnée ns et la génération, pour chaque couple
d'éléments
{E(mt,ns);E(mr,ns)} de la colonne sélectionnée ns, l'élément E(mt,ns)
désignant
l'élément situé à la ligne mt et à la colonne ns ayant émis l'onde incidente
et l'élément
E(mr,ns) désignant l'élément situé à la ligne mr et à la colonne ns ayant reçu
l'onde
réfléchie, d'un signal temporel SCii(mt, mr,ns, t) représentatif d'une
amplitude au cours
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
8
du temps d'une onde réfléchie reçue par ledit élément E(mr,n,), l'image
temporelle de
colonne SCii (ns, t) étant formée par l'ensemble des signaux temporels
SCii(mt, mr,ns, t) de la colonne sélectionnée ris.
Les acquisitions des première et deuxième variantes de réalisation
pourraient être qualifiées d'acquisitions de matrice complète (FMC) en
considérant que le
capteur est constitué uniquement de la ligne et de la colonne sélectionnées.
Selon ces première et deuxième variantes de réalisation, la construction
de chaque image bidimensionnelle de ligne Xi dans le plan Pi(ms) peut
comprendre une
mise en oeuvre d'un procédé de focalisation en tous points (TFM) et la
construction de
chaque image bidimensionnelle de colonne Yi dans le plan P1 (n) peut
comprendre une
mise en oeuvre d'un procédé de focalisation en tous points (TFM). Pour une
mise en
oeuvre d'un procédé de focalisation en tous points dans un plan, il est
notamment
possible de se reporter au document Caroline Holmes et al : Post-processing
of the full-
matrix of ultrasonic transmit-receive array data for non-destructive
evaluation , NDT&E
International 38, 2005, 701-711.
Selon une troisième variante de réalisation, chaque acquisition d'une
image temporelle de ligne SLiJ(ms, t) comprend l'émission successive d'une
pluralité
d'ondes incidentes par plusieurs éléments de la ligne sélectionnée ms, chaque
onde
incidente étant émise avec un angle d'incidence prédéterminé Ok, et la
génération d'un
signal temporel SLii(ms,nr,Ok,t) pour chaque élément E(ms,nr) de la ligne
sélectionnée ms et pour chaque onde incidente avec l'angle d'incidence
prédéterminé Ok,
l'élément E (ms, nr) désignant l'élément situé à la ligne ms et à la colonne
ni. ayant reçu
l'onde réfléchie, l'image temporelle de ligne SLij(ms, t) étant formée par
l'ensemble des
signaux temporels SLii (ms, n, Ok, t) de la ligne sélectionnée ms.
Selon une quatrième variante de réalisation, chaque acquisition d'une
image temporelle de colonne SCij(ns,t) comprend l'émission successive d'une
pluralité
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
9
d'ondes incidentes par plusieurs éléments de la colonne sélectionnée ns,
chaque onde
incidente étant émise avec un angle d'incidence prédéterminé Ok, et la
génération d'un
signal temporel SCii(mr,ns,Ok,t) pour chaque élément E(mr,ns) de la ligne
sélectionnée et pour chaque onde incidente avec l'angle d'incidence
prédéterminé Ok,
l'élément E (mr,ns) désignant l'élément situé à la ligne mr et à la colonne ns
ayant reçu
l'onde réfléchie, l'image temporelle de colonne SCii (ns, t) étant formée par
l'ensemble
des signaux temporels SCii(mr,ns, Ok, t) de la colonne sélectionnée ris.
Les troisièmes et quatrième variantes de réalisation permettent de
générer des ondes incidentes avec différents angles d'incidence et focalisées
en différents
points en réception.
Selon ces troisième et quatrième variantes de réalisation, la
construction de chaque image bidimensionnelle de ligne Xi et la construction
de chaque
image bidimensionnelle de colonne Yi peuvent comprendre une mise en oeuvre
d'un
procédé d'imagerie en onde plane (PWI). Pour une mise en oeuvre d'un procédé
d'imagerie en onde plane dans un plan, il est notamment possible de se
reporter au
document L. Le Jeune et al : Plane Wave Imaging for Ultrasonic Inspection of
Irregular
Structures with High Frame Rates , AIP Conference Proceedings 1706, 2016.
La construction de chaque image bidimensionnelle de ligne Xi peut
comprendre une détection de contours, de manière à déterminer un profil de la
pièce
dans le plan Pi(ms) de ladite image bidimensionnelle de ligne Xi, et/ou la
construction de
chaque image bidimensionnelle de colonne Yi peut comprendre une détection de
contours, de manière à déterminer un profil de la pièce dans le plan P1 (n) de
ladite
image bidimensionnelle de colonne Y. Selon un mode de réalisation particulier,
la
détection de contours est réalisée par un seuillage, l'amplitude d'onde
réfléchie en
chaque point d'un plan Pi(ms) ou P1 (n) étant mise à zéro si elle est
inférieure à un seuil
prédéterminé, et inchangée sinon. Le seuil prédéterminé est par exemple
déterminé
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
comme étant égal à la moitié de la plus grande amplitude d'onde réfléchie dans
le plan
Pi(ms) ou P1 (n) considéré.
Le procédé de reconstruction selon l'invention peut comporter, en
5 chaque point de mesure 0(i,j), une acquisition d'une pluralité d'images
temporelles de
lignes SLi, (m
-sk,t) pour différentes lignes sélectionnées msk et/ou une acquisition d'une
pluralité d'images temporelles de colonnes SCii(nsk, t) pour différentes
colonnes
sélectionnées nsk. Ainsi une image bidimensionnelle de ligne Xijc peut être
construite
pour chaque ligne de balayage Li et pour chaque ligne sélectionnée msk dans un
plan
10 Pi(msk) passant par les éléments de la ligne sélectionnée msk. De même,
une image
bidimensionnelle de colonne Yi,k peut être construite pour chaque ligne
d'incrément L1 et
pour chaque colonne sélectionnée nsk dans un plan Pi(nsk) passant par les
éléments de
la colonne sélectionnée nsk. L'acquisition de plusieurs images temporelles de
ligne et/ou
de colonne pour chaque point de mesure permet d'améliorer la précision de la
reconstruction et/ou d'augmenter le pas de balayage et le pas d'incrément.
Ainsi, plus précisément, le procédé de reconstruction peut comporter
les étapes suivantes :
= en chaque point de mesure 0(i,j), réaliser successivement une acquisition
d'une
pluralité d'images temporelles de ligne SLi, (m
-sk,t) pour différentes lignes
sélectionnées msk, chaque acquisition d'une image temporelle de ligne SLi,
i(
rnsk,t)
comprenant l'émission d'une onde incidente par un ou plusieurs éléments E
(msk, nt)
de la ligne sélectionnée msk du capteur matriciel et la génération, pour
chacun des
éléments E(msk,nr) de la ligne sélectionnée msk, d'un signal temporel
représentatif
d'une amplitude au cours du temps d'une onde réfléchie reçue par ledit
élément,
chaque image temporelle de ligne SLii(msk, t) étant formée par l'ensemble des
signaux temporels des éléments de ladite ligne sélectionnée msk,
= pour chaque ligne de balayage Li et pour chacune des lignes sélectionnées
msk,
construire, à partir de l'ensemble des images temporelles de ligne SLi, (
.rnsk,t)
correspondant à ladite ligne de balayage Li et à ladite ligne sélectionnée
msk, une
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
11
image bidimensionnelle de ligne Xi,k dans un plan Pi(msk) passant par les
éléments
de la ligne sélectionnée msk, chaque image bidimensionnelle de ligne Xijc
étant
définie par une amplitude d'onde réfléchie en différents points du plan
Pi(msk)=
Le procédé de reconstruction peut aussi comporter les étapes
suivantes :
= en chaque point de mesure 0(i,j), réaliser successivement une acquisition
d'une
pluralité d'images temporelles de colonne SCij(nsk, t) pour différentes
colonnes
sélectionnées nsk, chaque acquisition d'une image temporelle de colonne
SCii(nsk, t) comprenant l'émission d'une onde incidente par un ou plusieurs
éléments de la colonne sélectionnée nsk du capteur matriciel et la génération,
pour
chacun des éléments E(mr,nsk) de la colonne sélectionnée nsk, d'un signal
temporel
représentatif d'une amplitude au cours du temps d'une onde réfléchie reçue par
ledit
élément, chaque image temporelle de colonne SCii(nsk, t) étant formée par
l'ensemble des signaux temporels des éléments de ladite colonne sélectionnée
nsk,
= pour chaque ligne d'incrément L1 et pour chacune des colonnes
sélectionnées nsk,
construire, à partir de l'ensemble des images temporelles de colonne SCij(nsk,
t)
correspondant à ladite ligne d'incrément L1 et à ladite colonne sélectionnée
nsk, une
image bidimensionnelle de colonne YR dans un plan Pi(nsk) passant par les
éléments
de la colonne sélectionnée nsk, chaque image bidimensionnelle de colonne YR
étant
définie par une amplitude d'onde réfléchie en différents points du plan
Pi(nsk).
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront
à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre
d'exemple et
faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure lA représente un exemple de capteur matriciel dont une
ligne est sélectionnée pour la mise en oeuvre du procédé de reconstruction
d'une surface
tridimensionnelle d'une pièce selon l'invention ;
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
12
- la figure 1B représente le capteur matriciel de la figure 1A dont une
colonne est sélectionnée pour la mise en oeuvre du procédé de reconstruction
selon
l'invention ;
- la figure 2 représente un exemple d'étapes du procédé de
reconstruction selon l'invention ;
- la figure 3A représente un exemple de balayage d'une surface plane ;
- la figure 3B représente un exemple de balayage d'une surface
formant une portion de tore ;
- la figure 4 illustre schématiquement la formation d'images
bidimensionnelles de lignes et d'images bidimensionnelles de colonne ;
- la figure 5A représente un exemple d'image bidimensionnelle de ligne
obtenue pour la surface de la figure 3B au niveau d'une ligne de balayage ne
passant pas
par une déformation locale ;
- la figure 5B représente un exemple d'image bidimensionnelle de ligne
obtenue pour la surface de la figure 3B au niveau d'une ligne de balayage
passant par une
déformation locale ;
- la figure 6A représente un exemple d'image bidimensionnelle de
colonne obtenue pour la surface de la figure 3B au niveau d'une ligne
d'incrément ne
passant pas par une déformation locale ;
- la figure 6B représente un exemple d'image bidimensionnelle de
colonne obtenue pour la surface de la figure 3B au niveau d'une ligne
d'incrément
passant par une déformation locale ;
- la figure 7 représente un exemple d'image tridimensionnelle obtenue
pour la surface de la figure 3B à partir d'images bidimensionnelles de lignes
et d'images
bidimensionnelles de colonne ;
- la figure 8 représente un exemple d'image tridimensionnelle
extrapolée obtenue à partir de l'image tridimensionnelle de la figure 7.
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
13
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Les figures 1A et 1B représentent un exemple de capteur matriciel
ultrasonore 1 apte à être utilisé dans le procédé de reconstruction d'une
surface
tridimensionnelle d'une pièce selon l'invention. Le capteur matriciel 1
comprend un
ensemble de seize lignes par seize colonnes d'éléments E(m,n), avec m et n
deux entiers
tels que 1 < m < 16 et 1 < n < 16. De manière générale, l'invention peut
s'appuyer sur
tout capteur matriciel ultrasonore comprenant un ensemble de M lignes par N
colonnes
d'éléments, avec M et N deux entiers supérieurs ou égaux à trois. Chaque
élément
E(m,n) du capteur matriciel 1 est agencé pour pouvoir émettre un signal
incident, sous
forme d'une onde incidente, en direction d'une surface d'une pièce à
reconstruire, et
pour pouvoir recevoir une onde réfléchie et la convertir en un signal
représentatif d'une
amplitude de cette onde réfléchie au cours du temps. Lorsque les éléments sont
considérés lors de l'émission d'une onde incidente, ils sont notés E(mt,nt),
et lorsqu'ils
sont considérés lors de la réception d'une onde réfléchie, ils sont notés
E(mr,nr). Pour le
procédé de reconstruction selon l'invention, l'une des lignes et l'une des
colonnes sont
sélectionnées. Pour la suite de la description, on note la ligne sélectionnée
ms et la
colonne sélectionnée ris. Éventuellement, plusieurs lignes msk et plusieurs
colonnes nsk
peuvent être sélectionnées successivement. La figure 1A représente la
sélection de la
neuvième ligne (ms = 9) et la figure 1B représente la sélection de la huitième
colonne
(ns = 8).
La figure 2 représente un exemple de procédé de reconstruction d'une
surface tridimensionnelle d'une pièce selon l'invention. Le procédé 10
comprend une
itération des étapes suivantes pour différents points de mesure 0 (i,j) : une
étape 11 de
déplacement du capteur matriciel 1 au point de mesure 0(i,j) considéré, une
étape 12
d'acquisition d'une image temporelle de ligne SLiJ, une étape 13 de
construction d'une
image bidimensionnelle locale de ligne Xij, une étape 14 d'acquisition d'une
image
temporelle de colonne SCii, une étape 15 de construction d'une image
bidimensionnelle
locale de colonne Yii et une étape 16 de vérification de la complétude du
balayage. Après
itération de ces étapes 11 à 15 en chacun des points de mesure 0(i,j), c'est-à-
dire après
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
14
balayage de l'ensemble de la surface tridimensionnelle à reconstruire, le
procédé
comprend une étape 17 de construction d'images bidimensionnelles de lignes Xi,
une
étape 18 de constructions d'images bidimensionnelles de colonne Yi et une
étape 19 de
construction d'une image tridimensionnelle.
Les étapes 11 et 16 génèrent un balayage de la surface
tridimensionnelle avec le capteur matriciel 1. Ce balayage comprend le
déplacement du
capteur matriciel 1 en chaque point de mesure 0(i,j) où t désigne une ligne de
balayage
Li parmi un ensemble de lignes de balayages parallèles entre elles, et]
désigne une ligne
d'incrément L1 parmi un ensemble de lignes d'incrément parallèles entre elles.
Chaque
point de mesure 0(i,]) est ainsi défini comme l'intersection d'une ligne de
balayage Li et
d'une ligne d'incrément L1. Les lignes de balayage Li et les lignes
d'incrément L1 sont de
préférence adaptées à la surface tridimensionnelle à reconstruire.
La figure 3A représente un premier exemple de balayage d'une surface
tridimensionnelle par le capteur matriciel 1 dans le cas d'une surface
tridimensionnelle 2
sensiblement plane et la figure 3B représente un deuxième exemple de balayage
dans le
cas d'une surface tridimensionnelle 3 formant une portion d'un tore. La
surface
tridimensionnelle 3 comporte une zone déformée localement 4 par un
renfoncement.
Dans chaque cas, le déplacement effectué par le capteur matriciel 1 pour
passer par les
différents points de mesure 0(i,]) suit successivement les différentes lignes
de balayage
Li, les étapes 12 et 14 d'acquisition étant effectuées après chaque
déplacement du
capteur matriciel d'un pas d'incrément pi. A l'extrémité de chaque ligne de
balayage Li,
le capteur matriciel est déplacé vers une ligne de balayage suivante Li i, les
lignes de
balayage Li adjacentes étant séparées d'un pas de balayage pi, représenté sur
la figure 4.
Sur la figure 3A, les lignes de balayages Li sont des lignes droites
parallèles entre elles et
aux lignes d'éléments E (m, n) du capteur matriciel 1, et les lignes
d'incrément L1 sont des
lignes droites parallèles entre elles et aux colonnes d'éléments E (m, n) du
capteur
matriciel 1. Sur la figure 3B, les lignes de balayage Li forment des portions
de cercle
centrées sur l'axe de révolution du grand rayon de courbure du tore et les
lignes
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
d'incrément Li forment des portions de cercle centrées sur l'axe de révolution
du petit
rayon de courbure du tore. Eu égard aux dimensions respectives du capteur
matriciel 1 et
du tore, les lignes de balayage Li peuvent être considérées comme étant
parallèles aux
lignes d'éléments E(m,n) du capteur matriciel let les lignes d'incrément Li
peuvent être
5 considérées comme étant parallèles aux colonnes d'éléments E(m,n). Il
peut être noté
que le capteur matriciel 1 ne suit pas physiquement les lignes d'incrément Li
au cours du
balayage. Néanmoins, le capteur matriciel 1 étant déplacé avec un pas
d'incrément pi
régulier le long des lignes de balayage Li, il passe par chacun des points de
mesure 0(i,j)
suivant les lignes d'incrément Li. Le pas d'incrément pi, représenté sur la
figure 4, définit
10 ainsi une distance entre deux lignes d'incrément adjacentes.
L'étape 12 d'acquisition d'une image temporelle de ligne SLij pour le
point de mesure 0(i,j) considéré comprend l'émission d'une onde incidente
successivement par chacun des éléments E(m,n) d'une ligne sélectionnée ms du
15 capteur matriciel 1, et la génération d'un signal temporel SLii (ms, nt,
nr, t) pour chaque
couple d'éléments {E(m,n); E(m,n)} de la ligne sélectionnée ms, l'élément
E(m,n) désignant l'élément situé à la ligne ms et à la colonne nt ayant émis
l'onde
incidente et l'élément E(m,n) désignant l'élément situé à la ligne ms et à la
colonne nr
ayant reçu l'onde réfléchie. Le signal SLi,i(ms,nt,nr,t) représente une
amplitude au
cours du temps t de l'onde réfléchie reçue par l'élément E(m,n) et issue d'une
réflexion de l'onde incidente émise par l'élément E(m,n). L'image temporelle
de ligne
pour le point de mesure 0(i,j), notée SLiJ(ms, t) et abrégée SLii, est formée
par
l'ensemble des signaux temporels SLii (ms, nt,nr, t) générés pour les
différents couples
d'éléments {E(m,n); E(m,n)} de la ligne sélectionnée ms.
L'étape 13 de construction d'une image bidimensionnelle locale de ligne
Xii pour le point 0(i,j) considéré comprend la détermination, à partir de
l'image
temporelle de ligne SLiJ(ms, t) correspondante, d'une amplitude d'onde
réfléchie en
différents points d'un plan Pi(ms) passant par les éléments E(m,n) de la ligne
sélectionnée ms. Le plan Pi(ms) est perpendiculaire aux colonnes du capteur
matriciel 1.
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
16
Selon une forme particulière de réalisation, l'image bidimensionnelle locale
de ligne Xii
est construite par un procédé de focalisation en tous points, également appelé
procédé
TFM d'après l'expression anglo-saxonne Total Focusing Method .
L'étape 14 d'acquisition d'une image temporelle de colonne SCii pour
le point de mesure 0(i,j) considéré comprend l'émission d'une onde incidente
successivement par chacun des éléments E(mt,ns) d'une colonne sélectionnée ris
du
capteur matriciel 1, et la génération d'un signal temporel SCii(mt,mr,n,,t)
pour chaque
couple d'éléments {E(mt,ns);E(mr,ns)} de la colonne sélectionnée ns, l'élément
E(mt,ns) désignant l'élément situé à la ligne mt et à la colonne ris ayant
émis l'onde
incidente et l'élément E(mr,ns) désignant l'élément situé à la ligne mr et à
la colonne ris
ayant reçu l'onde réfléchie. Le signal SCij(mt,mr,n,,t) représente une
amplitude au
cours du temps t de l'onde réfléchie reçue par l'élément E(mr,ns) et issue
d'une
réflexion de l'onde incidente émise par l'élément E(mt,ns). L'image temporelle
de
colonne pour le point de mesure 0(i,j), notée SCii(ns,t) et abrégée SCiJ, est
formée
par l'ensemble des signaux temporels SCii(mt,mr,n,,t) générés pour les
différents
couples d'éléments {E(mt,na);E(mr,ns)} de la colonne sélectionnée ns.
L'étape 15 de construction d'une image bidimensionnelle locale de
colonne Y pour le point 0(i,j) considéré comprend la détermination, à partir
de l'image
temporelle de colonne SCii (ns, t) correspondante, d'une amplitude d'onde
réfléchie en
différents points d'un plan P1(n) passant par les éléments E(m,ns) de la
colonne
sélectionnée ris. Le plan P1(n) est perpendiculaire aux lignes du capteur
matriciel 1.
Selon une forme particulière de réalisation, l'image bidimensionnelle locale
de colonne
Yij est construite par un procédé de focalisation en tous points (TFM).
L'étape 12 d'acquisition d'une image temporelle de ligne SLij et l'étape
14 d'acquisition d'une image temporelle de colonne SCii pour un point de
mesure 0(i,j)
donné sont réalisées successivement afin d'éviter les interférences entre les
ondes émises
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
17
par les éléments de la ligne sélectionnée et celles émises par les éléments de
la colonne
sélectionnée. L'ordre de ces étapes peut bien entendu être inversé.
Par ailleurs, il a été considéré dans chaque étape d'acquisition d'une
image temporelle de ligne ou de colonne, qu'une onde incidente est émise
successivement par chacun des éléments de la ligne ou de la colonne
sélectionnée.
Néanmoins, chaque étape 12 d'acquisition d'une image temporelle de ligne SLii
peut
comprendre l'émission successive d'une pluralité d'ondes incidentes par
plusieurs
éléments de la ligne sélectionnée ms, chaque onde incidente étant émise avec
un angle
d'incidence prédéterminé Ok, et la génération d'un signal temporel
SLii(ms,nr,Ok,t)
pour chaque élément E(ms,nr) de la ligne sélectionnée et pour chaque onde
incidente.
Les ondes incidentes peuvent notamment être émises avec des angles d'incidence
différents les uns des autres. L'image temporelle de ligne pour le point de
mesure 0(i,j),
également notée SLiJ(ms, t) et abrégée SLii, est alors formée par l'ensemble
des
signaux temporels SLii(ms,nr,Ok,t) générés pour les différents couples
d'éléments
E(ms,nr) de la ligne sélectionnée et d'onde incidente. L'étape 13 de
construction d'une
image bidimensionnelle locale de ligne Xij pour le point 0(i,j) est construite
à partir de
l'image temporelle de ligne SLiJ(ms, t) correspondante. De manière analogue,
chaque
étape 14 d'acquisition d'une image temporelle de colonne SCii peut comprendre
l'émission successive d'une pluralité d'ondes incidentes par plusieurs
éléments de la
colonne sélectionnée ns, chaque onde incidente étant émise avec un angle
d'incidence
prédéterminé Ok, et la génération d'un signal temporel SCii(mr,n,,Ok, t) pour
chaque
élément E(mr,ns) de la colonne sélectionnée et pour chaque onde incidente. Les
ondes
incidentes peuvent notamment être émises avec des angles d'incidence
différents les uns
des autres. L'image temporelle de colonne pour le point de mesure 0(i,j),
également
notée SCij(ns, t) et abrégée SCii, est alors formée par l'ensemble des signaux
temporels
SCii(mr,ns,Ok,t) générés pour les différents couples d'éléments E(mr,ns) de la
colonne sélectionnée et d'onde incidente. L'étape 15 de construction d'une
image
bidimensionnelle locale de colonne Y pour le point 0(i,j) considéré est
construite à
partir de l'image temporelle de colonne SCij(ns, t) correspondante.
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
18
L'étape 16 de vérification de la complétude du balayage consiste à
vérifier que le capteur matriciel a été déplacé en chaque point de mesure
0(i,j) et
qu'une image bidimensionnelle locale de ligne Xii et une image
bidimensionnelle locale
de colonne Yii ont été construites en chacun de ces points.
L'étape 17 de construction d'images bidimensionnelles de lignes Xi
comprend, pour chaque ligne de balayage Li, une concaténation de l'ensemble
des
images bidimensionnelles locales Xii de la ligne de balayage Li considérée.
Chaque image
bidimensionnelle de ligne Xi représente alors une amplitude d'onde réfléchie
en
différents points du plan Pi(ms) passant par les éléments E(ms,n) de la ligne
sélectionnée ms. La concaténation est par exemple effectuée par une sommation
de
l'amplitude d'onde réfléchie aux différents points du plan Pi(ms).
De manière analogue, l'étape 18 de constructions d'images
bidimensionnelles de colonne Yi comprend, pour chaque ligne d'incrément L1 une
concaténation de l'ensemble des images bidimensionnelles locales Xij de la
ligne
d'incrément L1 considérée. Chaque image bidimensionnelle de colonne Yi
représente
alors une amplitude d'onde réfléchie en différents points du plan P1(n)
passant par les
éléments E(m,ns) de la colonne sélectionnée ris. La concaténation est par
exemple
effectuée par une sommation de l'amplitude d'onde réfléchie aux différents
points du
plan Pi(ns).
La figure 4 illustre schématiquement la formation des images
bidimensionnelles de ligne Xi et de colonne Yi après balayage du capteur
matriciel 1
suivant les différentes lignes de balayage Li et d'incrément L1. Les images
bidimensionnelles de ligne Xi représentent l'amplitude de la réflexion des
ondes
incidentes dans les plans Pi(ms), lesquels constituent des plans sensiblement
perpendiculaires localement à la surface de la pièce. Les images
bidimensionnelles de
colonne Yi représentent l'amplitude de la réflexion des ondes incidentes dans
les plans
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
19
Pj(n ) lesquels constituent des plans sensiblement perpendiculaires localement
à la
s
surface de la pièce et aux plans Pi(ms).
Les figures 5A et 5B représentent deux exemples d'images
bidimensionnelles de ligne Xi obtenues pour la surface tridimensionnelle 3
représentée
sur la figure 3B et formant une portion d'un tore. Ces images sont obtenues
par les étapes
11 à 18 du procédé décrit ci-dessus avec l'utilisation d'un procédé de
focalisation en tous
points. La figure 5A représente une image bidimensionnelle de ligne Xi pour
une ligne de
balayage Li ne passant pas par la zone déformée localement 4 et la figure 5B
représente
une image bidimensionnelle de ligne Xi pour une ligne de balayage Li passant
par la zone
déformée localement 4.
Les figures 6A et 6B représentent deux exemples d'images
bidimensionnelles de colonne Yi obtenues pour la surface tridimensionnelle 3.
Ces images
sont obtenues par les étapes 11 à 18 du procédé décrit ci-dessus avec
l'utilisation d'un
procédé de focalisation en tous points. La figure 6A représente une image
bidimensionnelle de colonne Yi pour une ligne d'incrément L1 ne passant pas
par la zone
déformée localement 4 et la figure 6B représente une image bidimensionnelle de
colonne
Y. pour une ligne d'incrément L1 passant par la zone déformée localement 4.
L'étape 19 de construction d'une image tridimensionnelle comprend la
détermination, à partir de l'ensemble des images bidimensionnelles de ligne Xi
et de
l'ensemble des images bidimensionnelles de colonne Yi, d'une amplitude d'onde
réfléchie
en différents points d'un volume englobant les différents plans Pi(ms) et
P1(n) de ces
images bidimensionnelles. En l'occurrence, le volume est délimité par les
premier et
dernier plans Pi(ms) et par les premier et dernier plans Pi(ns). L'image
tridimensionnelle
est formée par ces amplitudes d'onde réfléchie aux différents points du
volume. En
pratique, la construction de l'image tridimensionnelle consiste par exemple à
fusionner
les images bidimensionnelles de ligne Xi et de colonne Y.
CA 03123111 2021-06-11
WO 2020/128285
PCT/FR2019/053100
La figure 7 représente un exemple d'image tridimensionnelle obtenue
pour la surface tridimensionnelle 3 représentée sur la figure 3B. Il peut être
observé sur
cette figure que les images bidimensionnelles de lignes Xi et les images
bidimensionnelles
de colonne Yi apportent des données complémentaires pour la construction de
l'image
5 tridimensionnelle, plus spécifiquement au niveau de la zone déformée
localement 4, pour
laquelle une absence d'onde réfléchie peut être observée pour l'ensemble des
éléments
d'une ligne du capteur matriciel du fait d'une inclinaison de la surface
tridimensionnelle 3
située sous le capteur matriciel 1 dans un plan non perpendiculaire au plan
Pi(ms)
passant par cette ligne.
Le procédé de reconstruction selon l'invention peut également
comporter, suite à l'étape 19 de construction de l'image tridimensionnelle,
une étape
d'extrapolation de cette image tridimensionnelle, dans laquelle des amplitudes
d'onde
réfléchie sont déterminées pour différents points complémentaires du volume
situés
entre les points du volume pour lesquels une amplitude d'onde a été
déterminée. La
figure 8 représente un exemple d'image tridimensionnelle extrapolée obtenue à
partir de
l'image tridimensionnelle de la figure 7.
