Brevet FR3101992A1 — publié le 20210416

Procédé de contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique, dispositif et système associés L’invention concerne un procédé de contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique comportant au moins un toron. Ledit procédé comporte : - une étape (E10) d’obtention d’une image préalablement acquise par tomographie, - une étape (E20) de détermination, à partir de ladite image, d’une carte, dite « carte topologique », représentative de données topologiques de ladite image, - une étape (E30) de convolution de ladite carte topologique avec un noyau vectoriel prédéterminé, de sorte à obtenir une fonction, dite « fonction externe », définie en les voxels de l’image et dont l’évaluation en un voxel correspond à une force orientée vers le contour de la pièce le plus proche dudit voxel, - une étape (E40) d’obtention d’un maillage surfacique dudit au moins un toron, - une étape (E50) d’interpolation de la fonction externe en les nœuds du maillage surfacique dudit au moins un toron, - une étape (E60) de segmentation dudit au moins un toron par déformation itérative de son maillage surfacique selon la méthode des surfaces actives, ladite méthode étant paramétrée par au moins ladite fonction externe interpolée. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Procédé de contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique, dispositif et système associés La présente invention appartient au domaine général du contrôle non destructif de pièces industrielles en matériaux composites. Elle concerne plus particulièrement un procédé de contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique comportant au moins un toron. Elle concerne également un dispositif et un système de contrôle non destructif pour la mise en œuvre dudit procédé. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, dans le cas d’une pièce réalisée en composites à matrice organique (encore abrégés « CMO » dans la littérature), notamment une pièce en CMO injectée de résine. L’optimisation des structures, plus particulièrement en termes de matériaux, est un enjeu majeur actuel dans nombre de secteurs industriels. A ce titre, il est aujourd’hui connu d’utiliser des composites offrant des caractéristiques intéressantes, par leur ratio propriétés mécaniques / densité accrue et leur excellente tenue à l’environnement par rapport aux matériaux métalliques. L’industrie aéronautique est particulièrement concernée par l’usage de ces composites, ces derniers permettant d’améliorer considérablement les performances structurales des aéronefs, notamment en termes de gain de poids, alors même que l’allègement des aéronefs est devenu un enjeu stratégique primordial. De manière conventionnelle, les matériaux composites utilisés sont conçus avec un renfort en fibres de carbone, éventuellement noyé dans une résine injectée. Ce renfort en fibres de carbone est formé de torons, typiquement en carbone et assemblés par tissage. Un toron est constitué d’une pluralité de brins de carbone torsadés. En outre, le tissage des torons est classiquement réalisé de sorte que le renfort présente une structure matricielle par couches se composant de torons de chaine entrecroisés, généralement de manière orthogonale, avec des torons de trame. La connaissance, à un instant donné, de l’état structurel de tels torons est fondamentale pour toute démarche de contrôle santé-matière de la pièce considérée. Elle l’est également lorsqu’il s’agit d’estimer le comportement futur de la pièce suite à tel endommagement. A titre d’exemple, les aubes de soufflante sont des pièces dont l’état structurel doit être surveillé de manière précise et régulière eu égard à leur rôle critique dans le fonctionnement d’un aéronef. Pour réaliser un tel contrôle ainsi qu’une telle estimation, la démarche actuelle consiste à tout d’abord acquérir par tomographie une image tridimensionnelle correspondant au volume de la pièce inspectée. Sur la base de cette image tridimensionnelle, les torons sont localisés manuellement au sein de la pièce. Puis, finalement, chaque toron est modélisé par un maillage uniforme, typiquement de section elliptique constante. Dès lors, des caractéristiques de la pièce, comme par exemple son comportement (rigidité, résistance, durabilité, tenue au flambement, tenue à l’impact, etc.) suite à un endommagement, peuvent être estimées, typiquement via simulations numériques. Une telle démarche présente l’avantage d’éviter la mise en œuvre, au sein de l’image tridimensionnelle, d’un détourage manuel de la forme individuelle de chaque toron de la pièce. Le détourage manuel étant extrêmement consommateur en temps, on réalise donc ainsi des économies de temps, et donc in fine de coût. Il convient toutefois de noter que les maillages uniformes considérés pour les torons restent fondamentalement éloignés de la véritable géométrie de ces derniers. En outre, ces maillages uniformes se recouvrent entre eux lorsque la compaction des torons est élevée au sein de la pièce, engendrant ainsi une incohérence topologique de modélisation. Ces imprécisions ont de multiples répercussions, dont notamment : - le manque de précision du contrôle de l’état structurel des torons, et donc de la pièce, - le manque de précision des estimations du comportement des torons, et donc de la pièce, suite à un endommagement, - la nécessité de prévoir des exigences de fabrication très restrictives, entrainant alors un taux important de pièces rebutées. Afin de contourner les problèmes susmentionnés, il a été proposé des solutions mettant en œuvre des techniques de segmentation des torons dans l’image tridimensionnelle de la pièce. Ces solutions s’appuient notamment sur des calculs visant à segmenter des torons à partir des orientations de leur texture interne. Toutefois, ces solutions n’en restent pas moins déficientes en ce qu’elles ne permettent pas de traiter le cas d’une pièce en CMO injectée de résine, dans la mesure où la texture interne d’un toron n’est plus dissociable du bruit de l’image. La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant, en proposant une solution qui permette de contrôler de manière non destructive et efficace une pièce pour l’aéronautique comportant au moins un toron, quelle que soit la configuration structurale de la pièce, et donc notamment lorsque la pièce est en CMO injectée de résine. A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique comportant au moins un toron. Ledit procédé est mis en œuvre par un dispositif de traitement et comporte : - une étape d’obtention d’une image tridimensionnelle, dite « image 3D », préalablement acquise par tomographie, l’image 3D correspondant au volume de ladite pièce et présentant des contours de ladite pièce, - une étape de détermination, à partir de ladite image 3D, d’une carte, dite « carte topologique », représentative de données topologiques de ladite image 3D, - une étape de convolution de ladite carte topologique avec un noyau vectoriel prédéterminé, de sorte à obtenir une fonction, dite « fonction externe », définie en les voxels de l’image 3D et dont l’évaluation en un voxel correspond à une force orientée vers le contour de la pièce le plus proche dudit voxel, la norme de ladite fonction externe étant une fonction croissante de la distance séparant un voxel de son plus proche contour, - une étape d’obtention d’un maillage surfacique dudit au moins un toron, - une étape d’interpolation de la fonction externe en les nœuds du maillage surfacique dudit au moins un toron, - une étape de segmentation dudit au moins un toron par déformation itérative de son maillage surfacique selon la méthode des surfaces actives, ladite méthode étant paramétrée par au moins ladite fonction externe interpolée. Ainsi, le procédé de contrôle non destructif selon l’invention s’appuie sur la fonction externe obtenue par convolution. Plus particulièrement, cette fonction externe est utilisée dans un problème de minimisation d’énergie résultant de l’application de la méthode des surfaces actives lors de l’étape de segmentation. Ladite fonction externe est définie de sorte à guider un maillage prédéterminé d’un toron vers les contours effectifs de ce toron identifiés dans l’image 3D. Ainsi, l’objectif visé via la détermination et l’utilisation de ladite fonction externe est de permettre de déformer un maillage prédéterminé afin de faire converger ce dernier vers les véritables contours d’un toron qui lui est associé. Il importe de noter que l’invention se distingue des solutions de l’art antérieur notamment en ce qu’elle propose d’appliquer la fonction externe à un maillage surfacique. Pour ce faire, il est proposé d’interpoler la fonction externe obtenue par convolution afin de pouvoir l’appliquer à l’ensemble des nœuds appartenant à un maillage surfacique. En définitive, une fois que des maillages surfaciques ont été obtenus pour chacun des torons de la pièce au moyen du procédé selon l’invention, il est possible d’estimer, via des simulations numériques, le comportement (rigidité, résistance, durabilité, tenue au flambement, tenue à l’impact, etc.) de la pièce suite à un endommagement. Par exemple, un défaut est simulé dans la pièce, et, grâce aux maillages surfaciques obtenus, la propagation spatiale et temporelle de ce défaut est simulée. L’invention offre donc la possibilité de diagnostiquer une pièce mais également d’estimer la durée de vie de cette dernière. En outre, les inventeurs ont constaté que le fait de faire appel à la méthode des surfaces actives, et d’adapter celle-ci à des maillages surfaciques en interpolant la fonction externe, offrait un gain de qualité important en comparaison avec les solutions de l’art antérieur. Plus particulièrement, procéder de la sorte permet d’obtenir des maillages surfaciques aptes à retranscrire fidèlement la véritable géométrie des torons dans la pièce. Par ailleurs, ce gain de précision s’accompagne d’un gain de temps étant donné que la mise en œuvre automatique du procédé selon l’invention, par le dispositif de traitement, supprime toute intervention manuelle de détourage individuel des torons. Enfin, les inventeurs ont également constaté que le procédé selon l’invention, eu égard notamment à l’utilisation de la méthode des surfaces actives, permettait de segmenter des torons d’une pièce en CMO injectée de résine, de manière beaucoup plus efficace que les solutions de l’art antérieur. En effet, ledit procédé ne s’appuie pas, contrairement aux techniques mises en œuvre jusqu’ici, sur la détermination d’orientations de brins de carbone formant chaque toron. De tels brins de carbone n’étant pas visibles sur des pièces injectées de résine, ledit procédé permet de contourner cette difficulté en s’appuyant sur des données issues de l’image 3D. Ces données sont de nature topologique. Par « données topologique », on fait référence ici à des données aptes à caractériser la forme de la pièce telle que reflétée dans l’image 3D, aussi bien selon une vue d’ensemble générale de la pièce que selon une vue locale d’une zone particulière de la pièce (comme par exemple des gradients de l’image 3D). Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le procédé de contrôle non destructif peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la méthode des surfaces actives est également paramétrée par une fonction, dite « fonction interne », évaluable en chaque nœud d’un maillage, et dont la norme est une fonction décroissante de la régularité d’un maillage. Le fait de considérer une telle fonction interne dans le paramétrage de la méthode des surfaces actives présente l’avantage d’éviter que les déformations d’un maillage surfacique soient attirées vers des minimas locaux de la fonction externe extrapolée. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la méthode des surfaces actives est également paramétrée par une fonction, dite « fonction d’inflation / déflation », évaluable en chaque nœud d’un maillage, et : - dont la norme est constante quels que soient le nœud et l’itération considérés, ou bien - dont la norme évaluée en un nœud d’un maillage est une fonction décroissante d’une distance dudit nœud à l’image 3D. Le fait de considérer une telle fonction d’inflation / déflation dans le paramétrage de la méthode des surfaces actives permet avantageusement d’introduire une contrainte qui tend à corriger le maillage surfacique initialement obtenu au cours de l’étape d’obtention d’un maillage surfacique et qui serait trop éloigné de la solution idéale, à savoir un maillage se superposant exactement avec les contours d’un toron dans l’image 3D. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, si un maillage obtenu à l’issue d’une itération de déformation de l’étape de segmentation ne respecte pas une contrainte selon laquelle les longueurs respectives des arêtes dudit maillage sont comprises dans un intervalle prédéterminé, ledit maillage est raffiné de sorte à respecter ladite contrainte. Procéder de cette manière permet avantageusement de contrôler de manière fine les déformations itératives d’un maillage surfacique d’un toron. En effet, raffiner un maillage revient à créer plus de nœuds en lesquels les fonctions prises en compte dans le paramétrage de la méthode des surfaces actives peuvent être appliquées. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, l’étape de détermination de la carte topologique comporte : - une détection de contours de l’image 3D, de sorte que la carte topologique correspond à une carte des contours détectés ; ou - un calcul de gradients de volume de la pièce, de sorte que la carte topologique correspond à une carte des gradients de volume calculés. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la pièce comporte une pluralité de torons disjoints entre eux, un maillage surfacique étant obtenu pour chacun desdits torons, la fonction externe étant en outre interpolée en chacun desdits maillages surfaciques et l’étape de segmentation étant mise en œuvre pour chacun des torons. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la méthode des surfaces actives est également paramétrée par une fonction, dite « fonction de non recouvrement », évaluable en chaque nœud d’un maillage, ladite fonction de non recouvrement étant définie de sorte à pénaliser toute intersection entre deux maillages respectivement associés à deux torons distincts. Le fait de considérer une telle fonction de non recouvrement dans le paramétrage de la méthode des surfaces actives présente l’avantage de diminuer le risque que des maillages surfaciques de torons résultant de l’étape de segmentation s’intersectent entre eux. On comprend en effet que malgré le fait que les torons de la pièce puissent être compactés entre eux, par exemple suite à un écrasement, l’intersection de torons ne correspond pas à une réalité physique. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, ledit procédé comporte, avant l’étape de détermination de la carte topologique, une étape de filtrage de l’image 3D. Le fait de filtrer l’image 3D permet d’améliorer la qualité de celle-ci, par exemple en supprimant un ou plusieurs artefacts (anneaux, durcissement) et / ou en réduisant le bruit de ladite image 3D. L’amélioration de la qualité de l’image 3D a pour conséquence d’augmenter la précision des informations contenues dans la carte topologique. In fine, la détermination de la fonction externe, puis la segmentation d’un toron, héritent de cette augmentation de précision. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un programme d’ordinateur comportant des d’instructions pour la mise en œuvre d’un procédé de contrôle non destructif selon l’invention lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. Selon un troisième aspect, l’invention concerne un support d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur selon l’invention. Selon un quatrième aspect, l’invention concerne un dispositif de traitement pour le contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique comportant au moins un toron. Ledit dispositif de traitement comporte : - un premier module d’obtention, configuré pour obtenir une image tridimensionnelle, dite « image 3D », préalablement acquise par tomographie, l’image 3D correspondant au volume de ladite pièce et présentant des contours de ladite pièce, - un module de détermination, configuré pour déterminer, à partir de ladite image 3D, une carte, dite « carte topologique », représentative de données topologiques de ladite images 3D, - un module de convolution, configuré pour réaliser une convolution de ladite carte topologique avec un noyau vectoriel prédéterminé, de sorte à obtenir une fonction, dite « fonction externe », définie en les voxels de l’image 3D et dont l’évaluation en un voxel correspond à une force orientée vers le contour de la pièce le plus proche dudit voxel, la norme de ladite fonction externe étant une fonction croissante de la distance séparant un voxel de son plus proche contour, - un deuxième module d’obtention, configuré pour obtenir un maillage surfacique dudit au moins un toron, - un module d’interpolation, configuré pour interpoler la fonction externe en les nœuds du maillage surfacique dudit au moins un toron, - une étape de segmentation dudit au moins un toron par déformation itérative du maillage surfacique selon la méthode des surfaces actives, ladite méthode étant paramétrée par au moins ladite fonction externe interpolée. Selon un cinquième aspect, l’invention concerne un système de contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique comportant au moins un toron. Ledit système comporte : - des moyens d’acquisition, configurés pour acquérir par tomographie une image tridimensionnelle, dite « image 3D », correspondant au volume de ladite pièce et présentant des contours de ladite pièce, - un dispositif de traitement selon l’invention. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : la figure 1 représente schématiquement, dans son environnement et dans un mode particulier de réalisation, un système de contrôle non destructif selon l’invention ; la figure 2 représente, sous forme d’ordinogramme, les principales étapes d’un procédé de contrôle non destructif selon l’invention ; la figure 3 représente schématiquement un premier mode préféré de mise en œuvre du procédé de contrôle non destructif de la figure 2 ; la figure 4 représente schématiquement un deuxième mode particulier de mise en œuvre du procédé de contrôle non destructif de la figure 2 ; la figure 5 représente schématiquement un troisième mode préféré de mise en œuvre du procédé de contrôle non destructif de la figure 2. Procédé de contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique comportant au moins un toron, ledit procédé étant mis en œuvre par un dispositif de traitement et comportant : - une étape (E10) d’obtention d’une image tridimensionnelle, dite « image 3D », préalablement acquise par tomographie, l’image 3D correspondant au volume de ladite pièce et présentant des contours de ladite pièce, - une étape (E20) de détermination, à partir de ladite image 3D, d’une carte, dite « carte topologique », représentative de données topologiques de ladite image 3D, - une étape (E30) de convolution de ladite carte topologique avec un noyau vectoriel prédéterminé, de sorte à obtenir une fonction, dite « fonction externe » (F_EXT), définie en les voxels de l’image 3D et dont l’évaluation en un voxel correspond à une force orientée vers le contour de la pièce le plus proche dudit voxel, la norme de ladite fonction externe étant une fonction croissante de la distance séparant un voxel de son plus proche contour, - une étape (E40) d’obtention d’un maillage surfacique dudit au moins un toron, - une étape (E50) d’interpolation de la fonction externe en les nœuds du maillage surfacique dudit au moins un toron, - une étape (E60) de segmentation dudit au moins un toron par déformation itérative de son maillage surfacique selon la méthode des surfaces actives, ladite méthode étant paramétrée par au moins ladite fonction externe interpolée (F_EXT_NEW). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la méthode des surfaces actives est également paramétrée par une fonction, dite « fonction interne » (F_INT), évaluable en chaque nœud d’un maillage, et dont la norme est une fonction décroissante de la régularité d’un maillage. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel la méthode des surfaces actives est également paramétrée par une fonction, dite « fonction d’inflation / déflation » (F_ID), évaluable en chaque nœud d’un maillage, et : - dont la norme est constante quels que soient le nœud et l’itération considérés, ou bien - dont la norme évaluée en un nœud d’un maillage est une fonction décroissante d’une distance dudit nœud à l’image 3D. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, si un maillage obtenu à l’issue d’une itération de déformation de l’étape (E60) de segmentation ne respecte pas une contrainte selon laquelle les longueurs respectives des arêtes dudit maillage sont comprises dans un intervalle prédéterminé, ledit maillage est raffiné de sorte à respecter ladite contrainte. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape de détermination de la carte topologique comporte : - une détection de contours de l’image 3D, de sorte que la carte topologique correspond à une carte des contours détectés ; ou - un calcul de gradients de volume de la pièce, de sorte que la carte topologique correspond à une carte des gradients de volume calculés. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la pièce comporte une pluralité de torons disjoints entre eux, un maillage surfacique étant obtenu pour chacun desdits torons, la fonction externe (F_EXT) étant en outre interpolée en chacun desdits maillages surfaciques et l’étape (E60) de segmentation étant mise en œuvre pour chacun des torons. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la méthode des surfaces actives est également paramétrée par une fonction, dite « fonction de non recouvrement » (F_NR), évaluable en chaque nœud d’un maillage, ladite fonction de non recouvrement (F_NR) étant définie de sorte à pénaliser toute intersection entre deux maillages respectivement associés à deux torons distincts. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ledit procédé comportant, avant l’étape de détermination de la carte topologique, une étape (E15) de filtrage de l’image 3D. Programme d’ordinateur comportant des d’instructions pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. Support d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur selon la revendication 9. Dispositif de traitement (12) pour le contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique comportant au moins un toron, ledit dispositif (12) comportant : - un premier module d’obtention, configuré pour obtenir une image tridimensionnelle, dite « image 3D », préalablement acquise par tomographie, l’image 3D correspondant au volume de ladite pièce et présentant des contours de ladite pièce, - un module de détermination, configuré pour déterminer, à partir de ladite image 3D, une carte, dite « carte topologique », représentative de données topologiques de ladite images 3D, - un module de convolution, configuré pour réaliser une convolution de ladite carte topologique avec un noyau vectoriel prédéterminé, de sorte à obtenir une fonction, dite « fonction externe » (F_EXT), définie en les voxels de l’image 3D et dont l’évaluation en un voxel correspond à une force orientée vers le contour de la pièce le plus proche dudit voxel, la norme de ladite fonction externe étant une fonction croissante de la distance séparant un voxel de son plus proche contour, - un deuxième module d’obtention, configuré pour obtenir un maillage surfacique dudit au moins un toron, - un module d’interpolation, configuré pour interpoler la fonction externe en les nœuds du maillage surfacique dudit au moins un toron, - une étape de segmentation dudit au moins un toron par déformation itérative du maillage surfacique selon la méthode des surfaces actives, ladite méthode étant paramétrée par au moins ladite fonction externe interpolée (F_EXT_NEW). Système (10) de contrôle non destructif d’une pièce pour l’aéronautique comportant au moins un toron, ledit système comportant : - des moyens d’acquisition (11), configurés pour acquérir par tomographie une image tridimensionnelle, dite « image 3D », correspondant au volume de ladite pièce et présentant des contours de ladite pièce, - un dispositif de traitement (12) selon la revendication 11.