MÉTHODE DE FOCALISATION EN TOUS POINTSPOUR UNE IMAGERIE ULTRASONORE À HAUTE RÉSOLUTION ET TEMPS RÉEL

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Amandine Forget
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Cartier CEA-LIST, Centre de Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France sebastien.robert@cea.

1 MÉTHODE DE FOCALISATION EN TOUS POINTSPOUR UNE IMAGERIE ULTRASONORE À HAUTE RÉSOLUTION ET TEMPS RÉEL S. Robert, J. Albertini, V. Saint-Martin, P. Brédif, F. Cartier CEA-LIST, Centre de Saclay, Gif-sur-Yvette Cedex, France O. Roy, M. Njiki Société M2M, 1 rue de Terre-Neuve, Les Ulis, France o.roy@m2m-ndt.com Cofrend mai Bordeaux

2 CONTEXTE GEKKO : Système portable développé en partenariat avec le CEA-LIST Système avancé pour le contrôle multi-éléments : Pilotage de 64 voies en parallèle, multi-rafales Capteurs matriciels, flexibles instrumentés Imagerie variée : Bscan, Sscan, FTP. Imagerie Bscan Imagerie Sscan Focalisation en Tous Points Moche Moche Moche 2

parallèle, multi-rafales Capteurs matriciels, flexibles instrumentés Imagerie

3 SOMMAIRE I. Présentation / interprétation de l algorithme FTP Rappel sur la méthode SAFT et généralisation aux capteurs multi-éléments Avantages de l imagerie FTP par rapport aux méthodes conventionnelles II. Reconstruction FTP dans CIVA Imagerie multi-modes pour des défauts de types fissures Imagerie 3D avec des capteurs matriciels III. Imagerie temps-réel dans l appareil Gekko Principe du calcul embarqué : imagerie récursive Exemples de contrôle temps-réel Conclusions et perspectives 3

Avantages de l imagerie FTP par rapport aux méthodes conventionnelles II.

4 I. PRESENTATION DE L ALGORITHME FTP Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) : Imagerie en mono-élément Capteur mono-élément x z s n (t) Translation D P (réflecteur) F a : diamètre du capteur D : déplacement total F : profondeur du défaut s n (t) : signal à une position x n Bscan = N signaux s n (t) Bscan = N signaux s n (t) Technique SAFT z (mm) Réflecteur z (mm) Réflecteur Faisceau directif (a/λ >>1) Faisceau divergent (a/λ <<1) x (mm) x (mm) 4

profondeur du défaut s n (t) : signal à une position x n Bscan = N signaux s n (t) Bscan = N signaux s n (t)

5 I. PRESENTATION DE L ALGORITHME FTP Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) : Imagerie en mono-élément z x F a : diamètre du capteur D : déplacement total F : profondeur du défaut P (réflecteur) s n (t) : signal à une position x n Amplitude SAFT en un point P de l image Sommation cohérente des N signaux s n (t) en tous points 5

profondeur du défaut P (réflecteur) s n (t) : signal à une position x n Amplitude

6 I. PRESENTATION DE L ALGORITHME FTP Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) : Imagerie en mono-élément z x F a : diamètre du capteur D : déplacement total F : profondeur du défaut P (réflecteur) s n (t) : signal à une position x n Bscan Image SAFT z (mm) Réflecteur z (mm) Réflecteur λf/d D : ouverture synthétique x (mm) x (mm) 6

profondeur du défaut P (réflecteur) s n (t) : signal à une position x n Bscan Image

7 I. PRESENTATION DE L ALGORITHME FTP Focalisation en Tous Points (FTP) : Généralisation à un réseau de N capteurs z x Capteur multi-éléments : N éléments F D : ouverture du capteur F : profondeur du défaut P (réflecteur) s nm (t) : signaux inter-éléments Amplitude FTP en un point P de l image 2 Tir n 1 Signaux Nsignaux 2 Tir n 2 2 Signaux Tir n N(N-1) signaux 7

F : profondeur du défaut P (réflecteur) s nm (t) : signaux inter-éléments Amplitude FTP en

Capteur multi-éléments N = 64 éléments Fréquence : 2 MHz Pitch

8 I. PRESENTATION DE L ALGORITHME FTP Focalisation en Tous Points (FTP) : Généralisation à un réseau de N capteurs 110 mm 60 mm Capteur multi-éléments N = 64 éléments Fréquence : 2 MHz Pitch : 0, 8 mm Aluminium SAFT : N signaux FTP : NxN signaux E R E R 8

48 éléments Fréquence : 2 MHz Pitch : 1, 4 mm 100 mm Acier inox 4 mm Imagerie

9 I. PRESENTATION DE L ALGORITHME FTP Avantages de la méthode FTP par rapport à l échographie conventionnelle Capteur multi-éléments 50 mm - 70 D = 67 mm +70 N = 48 éléments Fréquence : 2 MHz Pitch : 1, 4 mm 100 mm Acier inox 4 mm Imagerie Sscan : - Focalisation à F = 50 mm - Angles compris entre -70 et mm λ 3 mm 9

10 I. PRESENTATION DE L ALGORITHME FTP Avantages de la méthode FTP par rapport à l échographie conventionnelle Zoom Pas angulaire : 4 Pas angulaire : 2 35 tirs 70 tirs Pas angulaire : tirs + Focalisation dynamique Mauvaise résolution Bonne résolution autour de F = 50 mm Bonne Résolution résolution optimale autour de F = 50 mm 10

tirs Pas angulaire : 1 140 tirs + Focalisation dynamique Mauvaise résolution Bonne

11 I. PRESENTATION DE L ALGORITHME FTP Avantages de la méthode FTP par rapport à l échographie conventionnelle Imagerie Sscan 140 tirs Focalisation dynamique en réception Imagerie FTP 48 tirs (= nombre d éléments) Focalisation en émission et réception en tous points 11

tirs Focalisation dynamique en réception Imagerie FTP 48 tirs (=

$Image FTP : TrTT Sscan non vrai Diffraction Emission Réception Entaille$

12 I. PRESENTATION DE L ALGORITHME FTP Avantages de la méthode FTP par rapport à l échographie conventionnelle 1) Contrôle TOFD Image FTP : TT Sscan non vrai Emission 2) Contrôle en demi-bond Réception Entaille Image FTP : TrTT Sscan non vrai Diffraction Emission Réception Entaille Entaille 12

$Image FTP : TrTT Sscan non vrai Diffraction Emission Réception Entaille$

13 II. POST-TRAITEMENT DANS LE LOGICIEL CIVA Acquisition des données (FMC) MultiX MultiX++ Reconstruction FTP Algorithmes de reconstruction CIVA : Capteurs au contact, en immersion Géométries complexes 2D et 3D Modes directs, demi-bond, conversions de modes Imagerie 3D + Limitations (temps, séquences et voies) + Traitement du signal (filtres, DAC ) 13

immersion Géométries complexes 2D et 3D Modes directs, demi-bond, conversions de modes

14 II. POST-TRAITEMENT DANS LE LOGICIEL CIVA Imagerie multi-modes pour les défauts de type fissures 64 élts 5MHz Trajet LL Trajet TrTT Acier T T T 10 mm 10 mm Trajet LL Trajet LrLT T Direct LL 10 mm Acier L L Trajet LL Trajet TrTL Acier T L T 10 mm 14

Trajet LL Trajet TrTT Acier T T T 10 mm 10 mm Trajet LL

15 II. POST-TRAITEMENT DANS LE LOGICIEL CIVA Imagerie 3D en mode direct et en mode demi-bond Piquage Défaut Entailles Capteur matriciel (16x8 éléments) Capteur conformable (12x7 éléments) L L L Image du défaut Imagerie 3D (avec translation de coupes) Imagerie 3D (avec iso-surfaces) 15

éléments) Capteur conformable (12x7 éléments) L L L Image du défaut

16 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO Imagerie temps-réel : calcul des images FTP à la volée Tir n 1 Initialisation Tir 2 Tir 1 Tir n 2 Σ Principe d accumulation des images uniséquentielles Tir n 3 Σ Accumulation des images Tir n 4 Σ Réduction de l espace mémoire 1 image uniséquentielle au tir n + 1 image multiséquentielle au tir n -1 Tir n 5 Σ 16

uniséquentielles Tir n 3 Σ Accumulation des images Tir n 4 Σ Réduction de l espace

17 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO Trous 90 mm Traducteur linéaire (1 MHz - 64 élts) Acier à gros grains (Inconel 600) Imagerie Bscan Imagerie Sscan Imagerie FTP 17

18 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO Panneau FTP Imagerie temps-réel Performances : Taille de l image : 256x256 pixels (1 pixel = 1 point de focalisation) Cadence : 25 images/s Numérisation : 8000 échantillons temporels 18

256x256 pixels (1 pixel = 1 point de focalisation)

19 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO Traducteur linéaire (5 MHz - 64 élts) Sabot T45 Plaque en acier inox (Epaisseur 50 mm) Panneau FTP Imagerie temps-réel 19

20 III. IMAGERIE TEMPS-REEL DANS GEKKO mm OK 20

21 CONCLUSIONS Avantages de la méthode FTP par rapport à l imagerie conventionnelle Résolution spatiale homogène en tous points Calcul d images quand Emission Réception (TOFD, demi-bond ) Images (2D ou 3D) étendues avec peu de tirs et un capteur à position fixée Travaux en cours sur l imagerie FTP Imagerie FTP adaptative pour le contrôle de pièces complexes en immersion Démonstrateur Gekko (CEA) : instrumentation d un capteur à sabot souple (Imasonic) Thèse Léonard Le Jeune : Méthodes pour l imagerie adaptative en immersion Filtrage du bruit de structure dans l imagerie FTP Thèse Eduardo Lopez Villaverde : Réseaux virtuels, méthode DORT, imagerie 3D 21

22 Commissariat à l énergie atomique et aux énergies alternatives Institut Carnot CEA LIST Centre de Saclay Gif-sur-Yvette Cedex T. +33 (0) F. +33 (0) Département Imagerie Simulation pour le Contrôle Etablissement public à caractère industriel et commercial RCS Paris B

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