Brevet FR2530817A1 — publié le 19840127

Procédé et dispositif pour l'examen non destructif des matériaux par la méthode des échos impulsionnels ultrasonores L'invention concerne un procédé pour l'examen non destructif des matériaux par la méthode de la réflexion d'impulsions ultrasonores, dans lequel l'énergie ultrasonore est couplée par l'intermédiaire d'une zone de liquide et dans lequel les signaux d'échos reçus sont amplifiés au moyen d'un amplificateur réglable, l'amplification étant ajustée en fonction d'un signal de compensation de la pro- fondeur tenant compte de la répartition du c hamp sonore de la tête d'essai utilisée, et dans lequel est effectué un traitement des signaux d'échos ultrasonores reçus immédia- tement après réception du premier signal d'écho réfléchi par la surface de la pièce (écho de surface). L'invention concerne en outre un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de ce type. Les procédés et les dispositifs du type mention- né plus haut sont connus en soi C'est ainsi que l'on dé- crit à titre d'exemple dans la DE-OS 26 23 522 un procédé pour l'examen non destructif des matériaux dans lequel l'am- plificateur principal amplifiant les signaux ultrasonores est ajusté en fonction du temps La variation fonctionnelle de ce signal de régulation prend aussi bien en compte la répartition du champ sonore propre à la tête d'essai que l'affaiblissement du signal ultrasonore provoqué par la pièce examinée Le principal inconvénient de ce procédé est que le signal de régulation ne tient pas compte de l'effet du milieu de couplage sur la répartition du champ sonore dans le matériau à examiner. D'après la DE-AS 57 412, on sait déclencher le dispositif ultrasonore, non pas au moyen de l'impulsion émise mais seulement au moyen du premier des échos réfléchis par la surface de la pièce à examiner dans des systèmes uti- lisant la technique d'immersion dans lesquels, par consé- quenti la tête d'examen et la pièce à examiner sont plongées dans une cuve remplie de liquide Dans ce cas également, l'effet du parcours sur la répartition du champ sonore dans le matériau à examiner n'est pas pris en compte lors du ré- glage de l'amplificateur. L'invention a donc pour but de mettre au point un procédé et un dispositif du type décrit ci-dessus de telle manière que l'influence du liquide de couplage soit prise en compte dans la compensation de profondeur de façon à tenir compte de la répartition du champ sonore spécifique de la tête d'examen. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un procédé caractérisé en ce que le signal de com- pensation de la profondeur tenant compte de la répartition du champ sonore de la tête d'examen dans la pièce à exami- ner est envoyé à l'amplificateur réglable après réception du premier écho de surface la valeur de départ de ce signal de compensation de la profondeur étant égale à la valeur d'une fonction de compensation de la profondeur à l'instant o l'écho de surface se produit, cette fonction de compen- sation de la profondeur commençant par l'impulsion d'émis- sion et tenant compte de la répartition du champ sonore de la tête d'examen dans la zone de liquide. Un dispositif pour la mise en oeuvre de ce pro- cédé, dans lequel l'amplificateur réglable reçoit le signal de compensation de la profondeur provenant du convertisseur numérique/analogique dont l'entrée est reliée à une mémoire permanente contenant la fonction caractéristique de la pro- fondeur et dans laquelle les valeurs de la fonction sto- ckées sont chacune lues en fonction des impulsions prove- nant d'un générateur d'horloge relié à la mémoire perma- nente, est caractérisé: en ce que le générateur d'horloge est réglable au moyen du train d'impulsions générées, en ce que les éléments de réglage sont reliés en série au générateur d'horloge pour contrôler la fréquence d'horloge, ces éléments étant utilisés pour un réglage selon les vitesses du son dans la pièce à examiner et le liquide de couplage, seul un des éléments de réglage étant relié au générateur d'horloge à l'aide d'un commutateur, et en ce que la commutation du commutateur est réalisée par l'impulsion d'émission et l'écho de surface. De préférence, le procédé selon l'invention est en outre caractérisé en ce que la fonction de compensation de la profondeur pour la zone de- liquide et en ce que la fonction correspondante de la pièce à examiner sont dérivées à par- tir d'une fonction de compensation de la profondeur commune stockée dans une mémoire permanente et normalisée à la dis- tance de champ proche de la tête d'examen, en ce que lors de l'apparition de l'impulsion d'émission et jusqu'à la réception de l'écho de surface les valeurs de la fonction stockée dans la mémoire perma- nente sont lues à une fréquence proportionnelle au carré de la vitesse du son dans le liquide de couplage, en ce que lors de la réception de l'écho de surface, les autres valeurs de la fonction stockées dans la mémoire permanente sont lues à une fréquence proportion- nelle au carré de la vitesse du son dans la pièce à exami- ner, et en ce que les valeurs de la fonction numérique lues à chaque fois dans la mémoire permanente sont envoyées à l'amplificateur réglable par l'intermédiaire du convertis- seur numérique/analogique. D'autres détails et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-après des exem- ples de réalisation, en se référant aux dessins dans les- 2530817 - quels: la figure 1 est un diagramme sous forme de blocs d'un dispositif selon l'invention: les figures 2 a et 3 a représentent chacune un diagramme d'échos obtenus selon l'agencement de la figure 1 avec des distances différentes entre la tête d'examen et le matériau à examiner; et les figures 3 a et 3 b représentent les courbes de compensation de la profondeur se rapportant aux figures 2 a et 3 a conformément à l'invention. Dans la figure 1, un bain 1 pour technique à im- mersion contient par exemple de l'eau 2 en tant que milieu de couplage L'échantillon à examiner 3 contenant, par exemple, des défauts 30 est placé au fond du bain 1 Une tête d'examen ultrasonore 4 est-placée dans le bain en face de la pièce à examiner 3. L'appareillage ultrasonore proprement dit est constitué essentiellement d'un déclencheur ou trigger 5 commandant l'émetteur 6 Cet émetteur 6 de même que l'am- plificateur réglable 7 sont reliés à la tête d'examen 4 pour l'amplification des signaux d'échos reçus Les signaux reçus amplifiés peuvent être affichés sur l'écran d'un tube cathodique 8 La base de temps utilisée pour ce tube à rayons cathodiques est produite au moyen d'un générateur de dents de scie 9. En plus de l'amplificateur principal réglable-7, un second amplificateur 10 est prévu pour l'amplification et la mise en forme des impulsions de l'écho de surface et ses signaux de sortie sont utilisés comme signaux de syn- chronisation pour le générateur de dents de scie 9, l'am- plificateur 7 et le générateur de compensation de profon- deur 11 Le générateur de fonction de compensation de la caractéristique de profondeur est constitué d'un convertis- seur numérique/analogique 111 dont la sortie est reliée à l'entrée de commande 72 de l'amplificateur principal 7. L'entrée du convertisseur numérique/analogique 111 est reliée à la mémoire permanente (programmable) 112 qui mémorise la caractéristique de profondeur et dont les valeurs sont lues au moyen d'un générateur d'horloge régla- ble 113 En vue de l'ajustement de la -fréquence-d'horloge du générateur d'horloge 113, celui-ci est relié à deux com- mutateurs codeurs 115 et 116 par l'intermédiaiie d'un com- mutateur électronique 114 Les commutateurs codeurs 115 et 116 sont par exemple des résistances variables reliées à une alimentation 117. Le commutateur électronique 114 est par exemple commandé par une bascule 118, l'entrée de positionnement S de la bascule étant-reliée au déclencheur 5 et l'entrée de remise à zéro R étant reliée à l'amplificateur 10. Le mode de fonctionnement du dispositif illustré dans la figure 1 sera décrit en détail en se référant aux figures 2 et 3. Les impulsions générées périodiquement par le déclencheur 5 provoquent l'émission par l'émetteur 6 d'une impulsion d'émission électrique qui à son tour provoque l'émission par la tête d'examen 4-d'impulsions sonores correspondantes Cette impulsion sonore traverse tout d'abord le liquide de couplage 2 se trouvant entre la tête d'examen 4 et la pièce à examiner 3 Une première partie de l'onde ultrasonore est réfléchie par la surface de la pièce à examiner 3 Une autre partie de l'onde ultrasonore atteignant la pièce à examiner 3 est réfléchie par le dé- faut 30 et renvoyée vers la tête d'examen 4. Un train d'impulsions d'échos tel qu'il est il- lustré sous forme d'un diagramme dans les figures 2 a et 3 a est ensuite obtenu aux entrées des récepteurs 7 et 10 (la seule différence entre les figures 2 a et 3 a est que les distances entre la tête d'examen et la pièce à examiner 3 sont différentes) L'impulsion d'émission 13 qui colncide approximativement avec l'impulsion de déclenchement est la première à atteindre les entrées de l'amplificateur, et est suivie par l'écho de surface 14 ou 16 et l'écho de défaut ou 17. A la réception de l'écho de surface 14 ou 16, l'amplificateur 10 produit une impulsion qui est envoyée par l'intermédiaire du conducteur 12 au générateur de dents de scie 9 et à une première entrée de commande 71, de l'am- plificateur 7 qu'elle ouvre de façon à ce que toutes les impulsions suivantes soient amplifiées en fonction des si- gnaux de compensation de la profondeur présents à l'entrée de commande 72 et qu'elles soient visualisées sur l'écran du tube 8. Les signaux de compensation de la profondeur à l'entrée 72 de l'amplificateur 7 sont générés de la façon suivante. L'impulsion de déclenchement qui déclenche l'émet- teur 6 provoque le raccordement du générateur d'horloge 113 par l'intermédiaire de la bascule 118 et du commutateur 114, au commutateur codeur 115 dont le réglage correspond à la vitesse du son dans le liquide de couplage (en général de l'eau) La sortie du générateur d'horloge 113 fournit en- suite un train d'impulsions spécifique dont la fréquence est proportionnelle au carré de la vitesse du son introdui- te. En fonction des impulsions arrivant les unes après les autres du générateur d'horloge 113, les valeurs de la caractéristique de profondeur stockées dans la mémoi- re permanente sont lues successivement et après conversion numérique/analogique, sont envoyées sous forme de valeurs analogiques à l'amplificateur 7. Si l'écho de surface 14 ou 16 est maintenant ap- pliqué à l'amplificateur 10, le signal correspondant à la sortie de cet amplificateur provoque une commutation du commutateur 114 sur le commutateur codeur 116, dont le ré- glage correspond à la vitesse du son dans le matériau à examiner La fréquence d'horloge du générateur d'horloge 113 augmente étant donné que la fréquence est elle-même propor- tionnelle au carré de la vitesse du son choisie du matériau et que la vitesse du son dans le matériau est plus élevée S que la vitesse du son dans le liquide de couplage Les va- leurs de compensation dans la caractéristique de profondeur sont par conséquent lues dans la mémoire permanente 112 à une vitesse proportionnellement plus élevée et sont à leur tour envoyées à l'entrée 72 de l'amplificateur 7 par l'in- termédiaire du convertisseur numérique/analogique 111. Si par exemple le liquide de couplage utilisé est de l'eau (CH-= 1500 m/sec) et si la fréquence d'hor- loge f H O est de 0,24 M Hz lorsque le commutateur 114 est 2 relié au commutateur 115, la fréquence d'horloge f St pour une pièce à examiner 3 constituée d'acier (Cst = 5900 m/sec) doit être de St fst 2 f H = 3,7 M Hz H 20 Les figures 2 b et 3 b représentent deux exemples de courbes de compensation de la profondeur au niveau de l'amplificateur 7 en fonction du temps Les courbes I et I' représentent chacune l'évolution fonctionnelle de la courbe de compensation de la caractéristique de profondeur T (t) pour le liquide de couplage La courbe II illustre la cour- be de compensation de la caractéristique de profondeur A (t) pour le matériau à examiner Le point de départ de la courbe A (t) coïncide avec la courbe T (t) à l'instant t O, c'est- à-dire à l'instant o l'écho de surface 14 ou 16 se produit. La courbe de compensation de la profondeur sto- ckée dans la mémoire permanente 112 peut être calculée ma- thématiquement d'une manière connue en soi, ou être mesurée par des réflecteurs étalons appropriés (réflecteurs à disque circulaire). On obtient ainsi généralement une-fonction F (S) o F désigne l'amplitude de l'écho mesuré et S, la distance entre la tête d'examen et le réflecteur étalon Si l'on rap- porte cette courbe à la distance de champ proche N de la tête d'examen utilisée, o D 2 D 2 f N = -= 4 I 4 c et D = diamètre de l'oscillateur de la tête d'examen, c = vitesse du son dans le matériau et f est la fréquence de la tête d'examen, et si l'on tient également compte du fait que l'amplifica- teur 7 est commandé non pas en fonction du lieu mais du temps, alors en prenant S = c t, on obtient 4 c 2 t F' () = F' 2 N D f L'influence du matériau est donc prise en compte dans la fonction de compensation de la profondeur propor- tionnellement au carré de la vitesse du son de façon à ob- tenir une compensation de profondeur correcte devant prendre en compte ce facteur dans l'échelle de temps en cas de va- riation de la vitesse du son. REVENDICATIONS 1 Procédé pour l'examen non destructif des maté- riaux par-la méthode de la réflexion d'impulsions ultrasono- res dans lequel l'énergie ultrasonore est couplée par l'in- termédiaire d'une zone de liquide, procédé selon lequel les signaux d'échos reçus sont amplifiés à l'aide d'un amplifi- cateur réglable, l'amplification étant commandée en fonction d'un signal de la compensation de la profondeur tenant compte de la répartition du champ sonore de la tête d'examen utilisée-,et dans lequel les signaux d'échos ultrasonores ne sont traités qu'après que le premier signal d'écho réflé- chi par la surface de la pièce à examiner 'écho de surface) ait été reçu, caractérisé en ce que le signal de compensa- tion de la profondeur A (t) tenant compte de la répartition du champ sonore de la tête d'examen ( 4) dans la pièce à examiner ( 3) est envoyé à l'amplificateur réglable ( 7) après réception du premier écho de surface ( 14, 16) la valeur de départ A (to) de ce signal de compensation de la profondeur étant égale à la valeur T (to) d'une fonction de compensa- tion de la profondeur T (t) à l'instant o l'écho de surfa- ce ( 14, 16) se produit, cette fonction de compensation de la profondeur T (t) commençant par l'impulsion d'émission ( 13) et tenant compte de la répartition du champ sonore de la tête d'examen ( 4) dans la zone de liquide ( 2). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la fonction de compensation de la profondeur T (t) pour la zone de liquide ( 2) et en ce que la fonction correspondante A (t) de la pièce à examiner ( 3) sont dérivées à partir d'une fonction de compensation de la profondeur commune stockée dans une mémoire permanente ( 112) et normalisée à la distance de champ proche de la tête d'examen ( 4), en ce que lors de l'apparition de l'impulsion d'émission ( 13) et jusqu'à la réception de l'écho de sur- face ( 14, 16) les valeurs de la fonction stockée dans la mémoire permanente ( 112) sont lues à une fréquence propor- tionnelle-au carré de la vitesse du son dans le liquide de couplage ( 2), en ce que lors de la réception de l'écho de surface ( 14, 16) les autres valeurs de la fonction stockées dans la mémoire permanente ( 112) sont lues à une fréquence proportionnelle au carré de la vitesse du soin dans la pièce à examiner ( 3), et en ce que les valeurs de la fonction numérique lues à chaque fois dans la mémoire permanente ( 112) sont envoyées à l'amplificateur réglable ( 7) par l'intermédiaire du convertisseur numérique/analogique ( 111). 3 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, dans lequel l'amplificateur régla- ble reçoit le signal de compensation de la profondeur pro- venant du convertisseur numérique/analogique dont l'entrée est reliée à une mémoire permanente contenant la fonction caractéristique de la profondeur et dans laquelle les va- leurs de la fonction stockées sont chacune lues en fonction des impulsions provenant d'un générateur d'horloge relié à la mémoire permanente, caractérisé en ce que le générateur d'horloge ( 113) est réglable au moyen du train d'impulsions générées, en ce que les éléments de réglage ( 115, 116) sont reliés en série au générateur d'horloge ( 113 ' pour contrôler la fréquence d'horloge, ces éléments étant utili- sés pour un réglage selon les vitesses du son dans la pièce à examiner ( 3) et le liquide de couplage ( 2), seul un des éléments de réglage ( 115, 116) étant relié au générateur d'horloge ( 113) à l'aide d'un commutateur ( 114); et en ce que la commutation du commutateur ( 114) est réalisée par l'impulsion d'émission ( 1-3) et l'écho de surface ( 14, 16).