<figure><img src="image_1.png" /></figure>

# FIABILISATION DES CONTRÔLES ULTRASONS MANUELS : LE MATERIEL A UN RÔLE A JOUER DANS L'AMELIORATION DU FACTEUR HUMAIN

Olivier CASSIER¹

¹SOFRANEL, 59 rue Parmentier 78500 SARTROUVILLE, France;
E-mail: cassier@sofranel.com

## Résumé

Malgré l'émergence et le développement des technologies Multi-éléments, TFM et PWI, le contrôle Ultrasons manuel avec des traducteurs conventionnels n'est pas mort et celui-ci garde encore une place prépondérante tant au niveau du nombre d'appareils en opération que du nombre d'opérateurs certifiés. La question de la fiabilisation de ces contrôles reste donc d'actualité et parmi les différents facteurs influents, le matériel, outre ses performances techniques, a un rôle à jouer au travers de la simplification de son interface homme-machine et de l'aide à l'interprétation qu'il doit fournir à l'opérateur.

Le propos de cette communication est de présenter une approche originale et novatrice permettant de proposer aujourd'hui aux opérateurs des équipements allant dans ce sens. Les deux axes majeurs développés sont d'une part la simplification de l'interface Homme-machine et sa personnalisation pour s'adapter au niveau de compétence opérateur souhaité et d'autre part l'aide à l'interprétation en fournissant un outil graphique permettant de visualiser le faisceau acoustique dans la pièce en personnalisant la pièce par l'intégration de fichier CAO dans l'équipement de contrôle.

Alors que cela fait presque 2 ans que ces nouveautés sont apparues sur certains équipements, on constate un accroissement de compétences des utilisateurs sous l'effet de deux phénomènes :

- Une meilleure compréhension des phénomènes physiques avec la simulation graphique qui permet un apprentissage plus rapide et plus efficace ;

- Une meilleure concentration des opérateurs sur leur métier et leur contrôle, n'étant plus perturbés par une interface inutilement compliquée par un vocabulaire non adapté ou par une multitude de paramètres non exploités.

Même si le matériel est souvent jugé peu influent sur la fiabilité du contrôle, car le choix du client reste trop souvent limité à des comparaisons de performances techniques somme toute très voisines, l'objet de cette communication est de démontrer que celui-ci peut contribuer de façon importante à une approche innovante et pédagogique permettant de réduire les fausses détections et améliorer du même coup le facteur opérationnel humain.

## 1. Introduction

Ces dernières années ont vu de nombreuses améliorations et innovations sur les méthodes de contrôle par ultrasons, principalement sur les technologies multi-éléments avec par exemple l'utilisation du TFM et l'émergence du PWI. Néanmoins, les ultrasons conventionnels restent très utilisés, ceci se voit tant par le nombre d'appareils en opération que par le nombre d'opérateurs certifiés et le nombre de renouvellement de certifications. La question de la fiabilisation des contrôles ultrasons conventionnels est donc encore une question d'actualité. L'analyse des différents facteurs humains qui peuvent intervenir dans l'efficacité et la robustesse du contrôle montre qu'il existe une interaction forte entre l'opérateur et son matériel et que par voie de conséquence les informations données à l'opérateur par l'interface homme-machine doivent être claires et intelligibles. De ce fait la conception de l'équipement de contrôle peut faciliter ou non l'occurrence d'erreurs humaines et donc avoir un rôle non négligeable sur la fiabilité des contrôles. Le propos de cet article est de présenter une approche originale et novatrice visant à simplifier l'interface, à la personnaliser pour s'adapter au niveau de compétence souhaité et à la mise à disposition d'outil graphique d'aide à l'interprétation des signaux.

## 2. Analyse des facteurs humains

Lorsqu'on liste les facteurs humains génériques pouvant intervenir dans un contrôle, on aboutit généralement aux facteurs suivants :

- Formation et compétence des opérateurs

- Fatigue et stress

- Environnement de travail

- Maintenance des équipements

- Communication et documentation

Les facteurs « Fatigue et Stress » et « Environnement de travail » sont uniquement liés aux conditions de travail des opérateurs et sont par conséquent du ressort des employeurs
et des donneurs d'ordre. Ces facteurs ne seront donc pas traités dans cet article.

Le facteur « Maintenance des équipements » est à priori traité dans les normes existantes NF EN ISO 22232 en ce qui concerne les vérifications périodiques annuelles ainsi que les vérifications quotidiennes de bon fonctionnement. De plus, dans un même type d'appareil, il n'existe aujourd'hui aucune différence d'un appareil à l'autre compte tenu des technologies employées.

Nous nous intéresserons plus particulièrement aux facteurs liés à la formation et la compétence des opérateurs ainsi qu'au facteur communication et documentation.

### 3. Formation et Compétence des opérateurs

Dans les erreurs humaines que l'on rencontre le plus souvent lors d'une inspection par ultrasons dont l'origine se trouve dans la formation et compétence des opérateurs, on peut distinguer plusieurs niveaux et plusieurs causes :

* Les erreurs liées aux connaissances physiques et théoriques sur la mise en œuvre du contrôle. Le système de certification COFREND mis en place permet de répondre à cet aspect, d'autant plus que la certification est souvent complétée par une qualification par les donneurs d'ordre. On pourrait même ajouter les procédures qui suivant leur niveau de détails peuvent également apporter un niveau de connaissances supplémentaire sur le contexte de contrôle.

* Les erreurs liées à une mauvaise utilisation du matériel par un manque de formation ou la complexité de l'équipement. On peut par exemple mentionner la mauvaise utilisation de certaines fonctions ou bien des réglages de paramètres non adaptés. Par exemple, le réglage du Damping sur les appareils manuels est très souvent mal compris et inadapté à l'application. Si on essaie d'analyser un peu plus loin les causes profondes de ces erreurs, on peut citer plusieurs raisons :

* L'absence de formation ou de mise en main de l'appareil par le fournisseur. Ceci est très souvent négligé en particulier chez les grands donneurs d'ordre alors que les formations reçues dans les centres agréés COFREND peuvent avoir été effectuées sur des appareils différents. On trouve moins souvent ce type d'erreur dans les PME qui attachent plus d'importance à l'efficacité immédiate de leurs opérateurs. Enfin, le fournisseur peut avoir sa part de responsabilité si la notion de support technique n'est pas prise en compte dans son processus de vente.

* Une interface homme/machine mal traduite ou bien utilisant un vocabulaire peu ou pas adapté. L'opérateur peut ne pas retrouver certains paramètres vus en formation certifiante ou bien ces paramètres peuvent utiliser un nom différent. La traduction des interfaces homme/machine est parfois faite par des logiciels ou du personnel trop éloigné du quotidien des opérateurs. De plus, on observe que suivant les industries, par exemple aéronautique, nucléaire ou ferroviaire, les termes et le vocabulaire utilisé pour un même paramètre peuvent être différents. Par exemple la DAC pour un opérateur COSAC sur un système automatisé correspond à la fonction TCG pour un opérateur CIFM en contrôle manuel.

* Une interface homme/machine trop complexe et/ou trop détaillée en regard de l'utilisation de l'appareil. Par exemple, le concepteur de l'électronique ultrasons doit inclure de nombreux paramètres réglables pour satisfaire les différentes industries servies ainsi que les différentes régions du monde potentielles utilisatrices avec leurs normes et standards utilisés. Un appareil utilisé sur le continent américain doit obligatoirement inclure des méthodes d'évaluation AWS et API alors que ces méthodes ne sont quasiment jamais utilisées en Europe. De ce fait, le fournisseur devra prévoir des menus adaptés à ces méthodes d'évaluation qui viendront « polluer » l'interface homme/machine.

Toutes ces causes nous ont conduit à imaginer une interface homme/machine qui soit totalement personnalisable, tant dans son architecture que dans les termes et vocabulaire utilisés et à introduire le concept d'application qui permet de conduire l'opérateur dans les paramètres qui lui sont utiles et seulement ceux-là, en verrouillant les autres paramètres, tout en suivant le fil conducteur de sa procédure de réglage. Ceci est mené à bien en utilisant un logiciel « Companion » qui permet de structurer les menus, de les renommer, de choisir les paramètres que l'on veut afficher et/ou verrouiller ainsi que les valeurs par défaut qui sont pré-programmées. De cette manière, un référent technique, par exemple niveau 3, peut paramétrer complètement l'appareil ultrasons et charger l'application correspondante et uniquement celle-ci dans l'appareil de manière à le confier à un opérateur moins qualifié. Lorsque l'inspection est terminée, le référent peut alors supprimer cette application, récupérer les résultats et en charger une nouvelle correspondant à la tâche suivante.
<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1: Exemple de page de configuration des menus de l'appareil. Tous les paramètres peuvent être visualisés/non visualisés, modifiables/non modifiables et une valeur par défaut peut être affectée.</figcaption></figure>

## 4. Communication et Documentation

Dans cette catégorie, on identifie les erreurs liées à l'interprétation des résultats par le manque de clarté des informations disponibles sur l'écran de l'appareil ou bien par le volume d'informations à prendre en compte trop important pour pouvoir analyser correctement le signal. Citons par exemple, les erreurs liées à l'analyse des échos de géométrie dans le cas de pièces de forme plus ou moins complexe. Un opérateur très expérimenté est capable d'analyser les informations liées à la géométrie de la pièce qu'il inspecte, la position de son traducteur, la manière dont le AScan évolue en fonction de la position du traducteur, les mesures effectuées par l'appareil à partir du AScan. De même, un opérateur très expérimenté est capable de comprendre les réflexions et les trajets suivis par le faisceau acoustique dans une pièce de forme plus ou moins complexe et ainsi d'appréhender des pièges possibles dans l'interprétation des signaux. Mais nombre d'opérateurs n'ont pas cette expérience et un outil pédagogique sous forme d'aide à l'interprétation peut se

révéler intéressant pour éviter des erreurs. C'est ce qui nous a conduit à imaginer de pouvoir superposer le signal AScan traditionnel avec une représentation en tracé de faisceau dans la géométrie de la pièce. Dans une première étape, l'opérateur peut simuler à l'aide de formes simples une pièce comportant une soudure et paramétrer les épaisseurs de métal de base, types de soudures, chanfreins, bourrelets,... Dans la visualisation qui est mise à sa disposition, le signal ASCan est représenté le long du faisceau dans la géométrie de la pièce en tenant compte des réflexions sur les différentes surfaces rencontrées. Seules les conversions de mode ne sont pas prises en compte. La visualisation permet également de localiser la position de la porte de détection dans la pièce. Si une courbe d'évaluation est utilisée (courbe CAD, courbe TCG ou courbe AVG), celle-ci est également matérialisée le long du faisceau pour garantir que la zone d'évaluation correspond bien à la zone d'intérêt dans la pièce.
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 2 : Exemple de géométrie de pièce construite sur l'appareil WAVE avec matérialisation de la porte de détection en rouge le long du Ascan.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 3 : Exemple de géométrie de pièce construite sur l'appareil WAVE avec matérialisation de la zone active de la CAD/TCG en bleu le long du Ascan.</figcaption></figure>

Dans une deuxième étape et si cela s'avère nécessaire, il est possible d'importer le fichier CAO de la pièce dans l'appareil. Ceci nécessite dans le logiciel « Companion » de définir les surfaces de réflexion, les surfaces qui peuvent être traversées par le faisceau ultrasons (par exemple les chanfreins de la soudure) ainsi que les

surfaces sur lesquelles il sera autorisé de poser le traducteur. Le logiciel permet ensuite d'importer le dessin CAO de la pièce dans le WAVE et de l'associer à une application de manière à visualiser le AScan dans la pièce et les réflexions/déviations de faisceau associées.
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 4 : Exemple de visualisation du signal AScan sur un profil de soudure importé à partir d'un fichier CAO</figcaption></figure>

Cette visualisation ne se substitue pas à la visualisation traditionnelle du AScan, elle vient seulement compléter celui-ci. La démarche logique d'utilisation de cette fonction consiste à utiliser le AScan pour la détection, puis à utiliser le tracé de faisceau lorsqu'une indication doit être localisée en entrant la distance entre le traducteur

et la référence pièce dans l'appareil WAVE. On voit au travers de l'exemple ci-dessous que cette position doit être relevée de façon précise suivant la géométrie de la pièce pour pouvoir analyser correctement la position de l'indication.

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 5 : Exemple de visualisation d'une indication dans la soudure pour un Ascan donné et une position de traducteur de 39 mm.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 6 : Exemple de visualisation d'une indication dans la soudure pour le même Ascan et une position de traducteur de 34 mm.</figcaption></figure>

## 5. Retour d'expérience après deux années d'utilisation

Alors que l'appareil WAVE est commercialisé depuis environ 2 ans, on constate aujourd'hui deux phénomènes principaux :

* Une plus grande efficacité des opérateurs par rapport à leur métier de base : à savoir poser et déplacer correctement un traducteur sur une pièce et être concentrés sur une analyse des signaux AScan. L'interface intuitive et simplifiée en regard de l'application permet de rassurer les opérateurs et de diminuer le stress lié à une méconnaissance du matériel. La personnalisation des menus permet également d'utiliser un vocabulaire adapté permettant d'éviter les erreurs. Le retrait des fonctions non utilisées permet une meilleure accessibilité de l'appareil et contribue également au facteur stress. Enfin, les paramètres qui doivent être verrouillés le sont effectivement et diminuent ainsi drastiquement le facteur humain. De cette manière, le métier de contrôleur ultrasons est plus intéressant car réellement concentré sur l'interaction ultrasons/matériau et sur la recherche et l'expertise des indications sans se préoccuper des paramètres propres à l'instrumentation utilisée.

* Un apprentissage plus rapide et plus efficace des opérateurs peu expérimentés grâce à l'outil graphique qui permet de mieux appréhender les phénomènes physiques mis en jeu. Cet outil permet à la fois de mieux comprendre les réflexions mais aussi de comprendre les interactions faisceau/position du traducteur/pièce pour analyser correctement les Ascans

## 6. Conclusions

Ainsi, la prise en compte et l'analyse des défaillances possibles lors des contrôles ultrasons pour ce qui est des aspects pouvant être intégrés dans le matériel nous ont permis de développer une nouvelle génération d'appareils offrant de nouvelles fonctionnalités. Un appareil de recherche de défauts par ultrasons doit être considéré aujourd'hui comme un outil adaptatif permettant de réaliser une tâche complexe et très diversifiée suivant les industries, permettant de se connecter à diverses sources d'information (fichiers CAO, procédures,...) pour restituer le plus fidèlement possible le contexte du contrôle et simplifier ainsi le travail de l'opérateur. De même, il doit bien sûr être connecté en aval et permettre la restitution des résultats du contrôle, mais ceci est déjà plus courant et familier. Dans tous les cas, l'appareil traditionnel limité à ses caractéristiques électroniques appartient désormais au passé.