Vues des balayages par ultrasons multiéléments
Données A‑scan
Les appareils à ultrasons enregistrent normalement deux paramètres fondamentaux de l’écho : sa taille (amplitude) et l’endroit dans le temps où il survient par rapport au point zéro (temps de parcours des impulsions). Ensuite, ils mettent généralement en corrélation le temps de parcours avec la distance ou la profondeur du réflecteur, en se basant sur la vitesse de propagation des ondes sonores dans le matériau inspecté et sur la formule simple suivante :
Distance = vitesse × temps
La représentation la plus simple des données d’une onde ultrasonore est la vue A-scan, ou forme d’onde, qui montre l’amplitude de l’écho et le temps de parcours sur une grille simple dont l’axe vertical représente l’amplitude et l’axe horizontal représente le temps. L’exemple ci-dessous montre une version avec une forme d’onde redressée ; des vues RF non redressées sont aussi utilisées. La barre rouge à l’écran est une porte qui permet de sélectionner une partie du train d’ondes pour pouvoir l’analyser, en général avec la mesure de la profondeur et/ou de l’amplitude de l’écho.
B-scans de valeur unique
Ces données peuvent aussi être présentées dans une vue B-scan de valeur unique. Cette vue est communément utilisée avec les appareils de recherche de défauts à ultrasons conventionnels et les mesureurs d’épaisseur de la corrosion pour représenter la profondeur des réflecteurs en fonction de leur position linéaire. L’épaisseur est représentée en fonction du temps ou de la position pendant que la sonde est déplacée le long de la pièce, ce qui permet de voir le profil de profondeur de la pièce. La corrélation des données ultrasonores avec la position réelle de la sonde permet de créer une image proportionnelle à la réalité. Cette corrélation permet de faire le suivi des données à des emplacements précis dans la pièce inspectée. Ce traçage de position se fait généralement à l’aide de dispositifs électromécaniques appelés « codeurs ». Ces codeurs sont utilisés soit dans des supports, dans le cas des inspections manuelles, soit dans des systèmes automatisés qui déplacent la sonde à l’aide d’un scanner programmable avec commande à moteur. Dans les deux cas, le codeur enregistre l’emplacement de chaque point d’acquisition de données en fonction du modèle de balayage défini par l’utilisateur et de la résolution sur l’axe d’index.
Dans le cas illustré ci-dessous, le B-scan montre deux réflecteurs profonds et un autre moins profond, ce qui correspond aux positions des trous percés latéraux dans le bloc étalon.
Cartographie C-scan
Le C-scan est une autre option d’affichage des données. Il s’agit d’une représentation en deux dimensions qui s’affiche comme une vue de dessus ou une vue planaire de la pièce à inspecter. En matière de perspective graphique, il ressemble à une image radiologique, où la couleur représente l’amplitude ou la profondeur du signal dans la porte à chacun des points d’acquisition sur la pièce inspectée, lesquels sont mis en correspondance avec leur position. L’appareil peut générer des images planaires lors de l’inspection de pièces planes en recueillant les données aux positions X-Y, ou lors de l’inspection de pièces cylindriques en recueillant les données aux positions axiales et angulaires. Lors de l’inspection par ultrasons conventionnels, un scanner mécanique avec codeurs est utilisé pour recueillir les coordonnées de la sonde en fonction de la résolution souhaitée sur l’axe d’index. Les images suivantes illustrent de façon conceptuelle les C-scans d’un bloc de référence générés avec un système d’immersion à ultrasons conventionnels utilisant une sonde d’immersion focalisée.
C-scan multiélément
Un C-scan obtenu avec un système à ultrasons multiéléments est très semblable à celui obtenu avec un système à ultrasons conventionnels (décrit ci-dessus). Cependant, avec les systèmes à ultrasons multiéléments, la sonde est généralement déplacée physiquement sur un axe pendant que le faisceau effectue un balayage électronique sur l’autre axe, selon la séquence de lois focales. Les données d’amplitude ou de profondeur du signal sont recueillies dans la région d’intérêt indiquée par la porte comme dans les C-scans d’un système à ultrasons conventionnels. Dans le cas des ultrasons multiéléments, les données sont représentées en fonction de la progression des lois focales à l’aide de l’ouverture du faisceau programmée.
Vous trouverez ci-dessous un balayage réel effectué sur le même bloc étalon que celui montré dans la section précédente. Le balayage est effectué avec une sonde multiélément linéaire codée de 5 MHz à 64 éléments avec un sabot droit ou une semelle droite. Chaque loi focale utilise 16 éléments pour former l’ouverture, et à chaque impulsion, le premier élément augmente d’un incrément, ce qui donne 49 points de données représentés (horizontalement comme le montre l’image plus bas) sur la longueur de 37 mm de la sonde. Une vue C-scan planaire se crée à mesure que la sonde avance en ligne droite. On utilise normalement des codeurs lorsqu’on doit obtenir une correspondance géométrique précise de l’image du balayage de la pièce, bien que les balayages manuels effectués sans codeurs puissent également fournir des informations utiles dans de nombreux cas.
La résolution graphique des C-scans des systèmes à ultrasons multiéléments n’est peut-être pas tout à fait équivalente à celle des systèmes à ultrasons conventionnels en raison de la plus grande taille effective du faisceau, mais il y a d’autres aspects à prendre en compte. Les systèmes à ultrasons multiéléments sont portables, alors que les systèmes à ultrasons conventionnels ne le sont pas, et ils coûtent environ un tiers du prix. De plus, il a suffi de quelques secondes pour générer l’image multiélément, alors qu’il a fallu plusieurs minutes pour générer l’image créée avec un balayage d’immersion par ultrasons conventionnels. La génération en temps réel du C-scan est montrée en bas.
B‑scan en coupe transversale
Une vue B-scan en coupe transversale donne une vue d’extrémité détaillée de la pièce inspectée sur un seul axe. Elle fournit plus d’informations que le B-scan de valeur unique présenté précédemment. Plutôt que soit représentée une seule valeur mesurée dans une porte placée sur une région définie, une forme d’onde A-scan complète est numérisée à chaque emplacement de la sonde. Des A-scans successifs sont créés en fonction du temps écoulé ou des emplacements codés réels de la sonde, de façon à tracer des vues en coupe transversale pures de la ligne de balayage. Cela permet de voir les réflecteurs près ou loin de la surface de la pièce inspectée. Avec cette technique, les données de formes d’onde (A-scans) complètes sont souvent stockées à chaque emplacement, et elles peuvent être récupérées à partir de l’image à fins d’évaluation ou de vérification.
Pour ce faire, chaque point numérisé de la forme d’onde est représenté de telle sorte que la couleur qui indique l’amplitude du signal s’affiche à la bonne profondeur.
Les A-scans successifs sont numérisés, liés à une couleur et « empilés » à des intervalles définis par l’utilisateur (le temps écoulé ou l’emplacement), ce qui permet de créer une image en coupe transversale fidèle.
Balayages linéaires par ultrasons multiéléments
Un système à ultrasons multiéléments utilise le balayage électronique sur la longueur d’une sonde linéaire pour créer un profil en coupe transversale, sans qu’il soit nécessaire de déplacer la sonde. Le A-scan est numérisé et tracé à mesure de la progression de la séquence des lois focales. Les ouvertures successives sont « empilées », créant une vue en coupe transversale. Vous trouverez ci-dessous une représentation animée de cette séquence effectuée à l’aide d’une sonde linéaire à 16 éléments.
En pratique, ce balayage électronique est effectué en temps réel de façon à ce que l’utilisateur puisse voir en continu une coupe transversale de la pièce inspectée lorsqu’il y déplace physiquement la sonde. Vous trouverez ci-dessous une image en temps réel créée avec une sonde multiélément linéaire à 64 éléments.
La représentation la plus simple des données d’une onde ultrasonore est la vue A-scan, ou forme d’onde, qui montre l’amplitude de l’écho et le temps de parcours sur une grille simple dont l’axe vertical représente l’amplitude et l’axe horizontal représente le temps. L’exemple ci-dessous montre une version avec une forme d’onde redressée ; des vues RF non redressées sont aussi utilisées. La barre rouge à l’écran est une porte qui permet de sélectionner une partie du train d’ondes pour pouvoir l’analyser, en général avec la mesure de la profondeur et/ou de l’amplitude de l’écho.
Il est également possible d’effectuer un balayage lorsque les éléments sont dans un angle fixe. Comme nous le verrons ultérieurement, cette possibilité est très utile lors de l’inspection automatisée des soudures. À l’aide d’une sonde multiélément linéaire de 64 éléments et d’un sabot, des ondes transversales peuvent être générées à un angle défini par l’utilisateur (souvent de 45, de 60 ou de 70 degrés). Grâce au séquençage d’ouverture sur toute la longueur de la sonde, on peut recueillir l’ensemble des données volumétriques de la soudure sans avoir besoin d’augmenter physiquement la distance de balayage par rapport à la ligne centrale de la soudure. Cette méthode permet l’inspection sur toute la longueur de la soudure en un seul passage.
Balayages sectoriels par ultrasons multiéléments
Parmi tous les modes d’imagerie examinés jusqu’ici, le balayage sectoriel est le seul à n’être utilisé qu’avec les équipements multiéléments. Dans un balayage linéaire, toutes les lois focales ont un même angle fixe qui s’applique à toute la séquence d’ouvertures. En revanche, pour un balayage sectoriel – ou S-scan –, des ouvertures fixes sont utilisées et il y a déflexion des ondes selon une séquence d’angles donnés.
Deux configurations principales sont généralement utilisées. La plus connue, très répandue en imagerie médicale, utilise un sabot (ou une semelle) d’interfaçage droit (0 degré) pour effectuer la déflexion des ondes longitudinales à des angles peu prononcés, ce qui génère une image triangulaire contenant les défauts laminaires et les défauts légèrement inclinés.
La deuxième configuration utilise un sabot de plastique angulaire pour augmenter l’angle du faisceau incident de façon à générer des ondes transversales, le plus souvent dans une étendue d’angles de réfraction de 30 à 70 degrés. Cette technique est semblable à une inspection à faisceau angulaire avec sonde à ultrasons conventionnels, sauf que le faisceau passe par toute une étendue d’angles au lieu d’avoir un seul angle fixe déterminé par le sabot. Comme dans le cas des balayages linéaires, la zone de la pièce inspectée est présentée dans une image en coupe transversale.
La génération d’images fonctionne selon le même principe que celui des A-scans empilés qui a été présenté dans la section précédente sur les balayages linéaires. L’utilisateur final définit l’angle de début, l’angle de fin et la résolution du pas permettant de générer le balayage sectoriel. Notez que l’ouverture reste constante, chaque angle défini générant un faisceau correspondant aux caractéristiques définies par l’ouverture, la fréquence, l’amortissement, etc. La réponse de la forme d’onde pour chaque angle (loi focale) est numérisée et tracée avec une couleur dans l’angle approprié correspondant, créant une image en coupe transversale.
En fait, le balayage sectoriel est produit en temps réel, offrant une imagerie dynamique continue suivant le mouvement de la sonde. Cette caractéristique est très utile pour la visualisation des défauts, et elle augmente la probabilité de détection, surtout en ce qui a trait aux défauts orientés de façon aléatoire, puisqu’il est possible d’utiliser plusieurs angles d’inspection simultanément.