Brevet FR3132772A1 — publié le 20230818

Procédé d’analyse tomographique d’une pièce composite comprenant une matrice et des fibres, le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition d’au moins une image bidimensionnelle de la pièce au moyen d’un dispositif de tomographie, - génération d’une pluralité de formes caractéristiques (40) des fibres et de masques de convolution (50, 51, 52) comprenant une pluralité de copies de la forme caractéristique (40), - calcul, pour chacune des formes caractéristiques (40), d’un produit de convolution de l’image bidimensionnelle avec le masque de convolution (50, 51, 52) correspondant, et obtention d’une image de convolution, - détection d’une position correspondant à un maximum global sur toutes les images de convolution obtenues et attribution d’un centre de fibre à ladite position, - marquage comme traitée d’une région de l’image disposée autour du centre de fibre, et - itération des étapes de calcul, de détection et de marquage sur les régions non-traitées de l’image. Figure à publier avec l’abrégé : 6 Procédé d’analyse tomographique Domaine technique de l’invention L’invention concerne un procédé d’analyse tomographique d’une pièce mécanique. La pièce fait par exemple partie d’un aéronef, et plus précisément d’une turbomachine, comme une partie d’un carter de soufflante, une aube de soufflante, ou une partie d’une structure d’aubages fixes. Etat de la technique antérieure Il est connu d’inspecter les pièces mécaniques structurelles par des méthodes de tomographie, par exemple radiographique ou acoustique, afin de détecter la présence d’éventuels défauts en surface et à l’intérieur de la pièce. Ces méthodes sont fiables, non-invasives et permettent d’inspecter l’intérieur des pièces, ce qui permet de statuer rapidement sur l’état de la pièce et décider de sa potentielle remise en fonctionnement ou son remplacement. Une mesure tomographique consiste en un balayage d’un objet observé, ici une pièce mécanique, au moyen d’un faisceaux d’ondes, et en une mesure du faisceau transmis dans toutes les directions afin de reconstituer une image tridimensionnelle de l’objet. La illustre un dispositif de tomographie 1 pendant l’inspection d’une pièce mécanique 20. Le dispositif de tomographie 1 comprend au moins un dispositif d’émission 3, configuré pour émettre un faisceau incident 5 d’impulsions d’ondes en direction de la pièce 20, par exemple des ondes radiofréquence, des rayons X ou encore des ondes acoustiques, et un moins un récepteur 7 aptes à capter un faisceau transmis 9 d’ondes, agencés de part et d’autre de la pièce 20. La pièce 20 est généralement montée sur un support 11 rotatif autour d’un axe A, afin d’être observée sous toutes les directions pendant la mesure tomographique. La pièce 20 observée par tomographie peut être constituée d’un matériau composite, tel que représenté en détail sur la , qui comprend plusieurs phases distinctes comprenant des matériaux différents. Un tel matériau composite comprend par exemple des fibres de trames 21 et des fibres de chaines 22 tissées les unes avec les autres sur un plan de tissage P, ou plusieurs plans de tissage P superposés selon une direction d’épaisseur Z. Un tel tissage est désigné comme bidimensionnel. Ces fibres 21, 22 sont également désignées par le terme de torons, et ces deux termes sont utilisés indifféremment par la suite. Les fibres du matériau composite peuvent, alternativement, suivre un tissage tridimensionnel, avec des fibres s’étendant selon trois directions distinctes. Les fibres 21 et 22 peuvent être des fibres de carbone, de verre, en polymère synthétique (par exemple de type « Kevlar » (marque déposée)), ou un mélange de plusieurs types de fibres. Elles sont noyées dans une matrice 23 comprenant par exemple un ou plusieurs polymères et/ou résines, qui se solidifient pour former la pièce 20 définitive. Les amplitudes des ondes transmises sous les différents angles d’observations sont traduites en niveaux de gris dans un dispositif de traitement 13, et une analyse numérique permet de reconstituer le volume de la pièce 20. Le dispositif de traitement 13 comprend un ordinateur. Les niveaux de gris obtenus dépendent entre autres de la densité des matériaux traversés, et varient donc entre les différentes phases du matériau composite. L’analyse par tomographie permet alors d’obtenir un visuel sur l’extérieur et l’intérieur de la pièce. Ce type de contrôle présente l’avantage majeur de permettre la visualisation dans l’épaisseur du matériau et de la pièce étudiée, tout en étant non-destructif et fiable. Un opérateur humain peut alors évaluer la qualité de la pièce, en identifiant les différentes phases de la pièce et en étudiant le schéma de tissage, afin de détecter la présence éventuelle d’une anomalie ou d’un dégât. En effet, beaucoup de propriétés mécaniques de la pièce définitive dépendent de la bonne tenue des fibres tissées, qui peut être évaluée par plusieurs indicateurs. On peut notamment citer le ratio chaine / trame et le taux volumique de fibre. Ces paramètres peuvent aussi varier au sein même du tissage avec des torons de tailles différentes ou autres. Dans ce qui suit, les termes « non-conformité », « anomalie », « dégât », « endommagement » ou équivalents sont utilisés indifféremment pour désigner une partie de la pièce où les propriétés maniques de la pièce sont localement dégradées par rapport à celles d’une pièce en bon état. Il peut également s’agir de la présence d’un corps étranger dans le matériau, comme un vide (porosité) ou un matériau arrivé par erreur dans la pièce lors de sa mise en forme. Une telle anomalie peut justifier un retrait et un remplacement de la pièce lorsque sa tenue mécanique est compromise, ou, selon les cas, peut ne pas s’opposer au bon fonctionnement de la pièce. Dans le cas d’un matériau composite, il peut également s’agir d’une zone où les fibres 21, 22 sont distendues ou rompues. Il est important de noter que l’analyse de l’image de tomographie est toujours laissée actuellement à l’opérateur humain, qui doit séparer les fibres et la matrice et étudier le tissage manuellement. Cette étape génère un délai important car l’image tridimensionnelle est complexe et étendue, ce qui rend son inspection fastidieuse. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant une méthode d’analyse fournissant automatiquement des informations sur la répartition des fibres dans une image radiographique. De telles informations permettent par exemple une reconstruction numérique du volume de la pièce observée. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’analyse tomographique d’une pièce composite comprenant une matrice et des fibres noyées dans la matrice, le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition d’au moins une image bidimensionnelle de la pièce au moyen d’un dispositif de tomographie, - génération d’une pluralité de formes caractéristiques des fibres et, optionnellement, pour chaque forme caractéristique, d’un masque de convolution comprenant une pluralité de copies de la forme caractéristique, - calcul, pour chacune des formes caractéristiques, d’un produit de convolution de l’image bidimensionnelle avec la forme caractéristique ou avec le masque de convolution correspondant, et obtention d’une image de convolution, - détection d’une position dans l’image bidimensionnelle correspondant à un maximum global sur toutes les images de convolution obtenues pour chacune des formes caractéristiques, et attribution d’un centre de fibre à ladite position, - marquage comme traitée d’une région de l’image disposée autour du centre de fibre et correspondant à la forme caractéristique pour laquelle le maximum a été obtenu, et - itération des étapes de calcul, de détection et de marquage sur les régions non-traitées de l’image. Un tel procédé permet de détecter automatiquement les fibres dans une image bidimensionnelle résultant d’une coupe d’une image tomographique, et ainsi de recueillir des informations sur les positions, dimensions et orientations des fibres afin d’observer et/ou de modéliser la pièce. Le procédé peut comprendre une étape de prétraitement de l’image, comprenant au moins l’un parmi un filtrage d’une valeur moyenne de l’image, et une suppression de bords de l’image. Une telle étape de filtrage permet de s’affranchir d’effets parasites résultat de l’acquisition tomographique, comme par exemple un gradient d’ensemble sur l’image. Le filtrage peut être effectué au moyen d’un filtre du type gaussien médian. L‘étape d’acquisition de la au moins une image bidimensionnelle peut comprendre l’acquisition d’une image tridimensionnelle de la pièce au moyen du dispositif de tomographie et la réalisation d’au moins une coupe plane dans l’image tridimensionnelle pour obtenir chaque image bidimensionnelle. Une telle étape permet de générer plusieurs images bidimensionnelles orientées selon les différentes directions d’intérêt de la pièce, à partir des résultats de tomographie. Les formes caractéristiques des fibres peuvent être des ellipses. Une telle géométrie permet une détection efficace et l’obtention d’informations utiles sur l’orientation et la disposition des fibres, tout en restant suffisamment simple pour limiter le temps de calcul. Parmi les formes caractéristiques générées, au moins deux des formes caractéristiques peuvent présenter des dimensions différentes l’une de l’autre. Une telle caractéristique permet de prendre en compte les variations des dimensions des fibres dans la pièce. Dans le cas où les formes caractéristiques sont des ellipses, les dimensions sont par exemple la longueur du grand axe et la longueur du petit axe de chaque ellipse. Parmi les formes caractéristiques générées, au moins deux des formes caractéristiques peuvent présenter des inclinaisons différentes l’une de l’autre par rapport à une direction de référence de l’image bidimensionnelle. Une telle caractéristique permet de prendre en compte les variations d’orientation des fibres dans la pièce et ainsi d’améliorer la détection. Parmi les masques de convolution générés, au moins deux masques de convolution peuvent comprendre des formes caractéristiques disposées avec des écartements différents entre lesdits deux masques de convolution. Une telle caractéristique permet de prendre en compte les variations locales d’arrangement des fibres et ainsi d’améliorer la détection. Les écartements sont par exemple mesurés entre les centres de deux fibres voisines. La pièce peut être une pièce de carter de turbomachine, ou une aube de rotor de compresseur, de stator ou de soufflante d’une turbomachine. L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions permettant, lorsqu’il est exécuté sur un ordinateur, la mise en œuvre du procédé. Brève description des figures la est une vue schématique de côté d’un dispositif de tomographie au cours de la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention, la est une vue schématique de détail d’une pièce en matériau composite tissé, la est une vue schématique d’une étape de préparation d’images du procédé selon l’invention, la est une vue d’exemples de formes caractéristiques de torons utilisées dans le procédé selon l’invention, la est une vue d’exemples de masques comprenant une pluralité de formes caractéristiques de la , et la est une vue de la détection progressive de torons dans une image par le procédé selon l’invention. Procédé d’analyse tomographique d’une pièce (20) composite comprenant une matrice (23) et des fibres (21, 22) noyées dans la matrice (23), le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition d’au moins une image bidimensionnelle de la pièce (20) au moyen d’un dispositif de tomographie (1), - génération d’une pluralité de formes caractéristiques (40) des fibres (21, 22) et, optionnellement, pour chaque forme caractéristique (40), d’un masque de convolution (50, 51, 52) comprenant une pluralité de copies de la forme caractéristique (40), - calcul, pour chacune des formes caractéristiques (40), d’un produit de convolution de l’image bidimensionnelle avec la forme caractéristique (40) ou avec le masque de convolution (50, 51, 52) correspondant, et obtention d’une image de convolution, - détection d’une position dans l’image bidimensionnelle correspondant à un maximum global sur toutes les images de convolution obtenues pour chacune des formes caractéristiques (40), et attribution d’un centre de fibre (21, 22) à ladite position, - marquage comme traitée d’une région de l’image disposée autour du centre de fibre et correspondant à la forme caractéristique (40) pour laquelle le maximum a été obtenu, et - itération des étapes de calcul, de détection et de marquage sur les régions non-traitées de l’image. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le procédé comprend une étape de prétraitement de l’image, comprenant au moins l’un parmi un filtrage d’une valeur moyenne de l’image, et une suppression de bords de l’image. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l‘étape d’acquisition de la au moins une image bidimensionnelle comprend l’acquisition d’une image tridimensionnelle (30) de la pièce (20) au moyen du dispositif de tomographie (1) et la réalisation d’au moins une coupe plane dans l’image tridimensionnelle (30) pour obtenir chaque image bidimensionnelle. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les formes caractéristiques (40) des fibres (21, 22) sont des ellipses. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, parmi les formes caractéristiques (40) générées, au moins deux des formes caractéristiques (40) présentent des dimensions différentes l’une de l’autre. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, parmi les formes caractéristiques (40) générées, au moins deux des formes caractéristiques (40) présentent des inclinaisons différentes l’une de l’autre par rapport à une direction de référence de l’image bidimensionnelle. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, parmi les masques de convolution (50, 51, 52) générés, au moins deux masques de convolution (50, 52) comprennent des formes caractéristiques (40) disposées avec des écartements différents entre lesdits deux masques de convolution (50, 52). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce (20) est une pièce de carter de turbomachine, ou une aube de rotor de compresseur, de stator ou de soufflante d’une turbomachine. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions permettant, lorsqu’il est exécuté sur un ordinateur, la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications précédentes.