Contrôle par ultrasons avec CIVA

Les outils de simulation pour la technique UT proposent:

  • "Calcul de champ" : Simulation de la propagation du champ ultrasonore,
  • "Simulation d'inspection" : Interaction du faisceau ultrasonore avec les défauts et la pièce contrôlée.

L'utilisateur peut simuler un processus d'inspection complet (pulse echo, tandem ou TOFD) avec une large gamme de sondes (conventionnelles, multi-éléments ou EMAT), de pièces et de défauts.

 

Exemples de simulations

 

 

 

 

 

 

Pièces

Géométries paramétriques et fichiers CAO

L'interface graphique permet à l'utilisateur de définir les géométries de pièces suivantes :

  • Géométries canoniques : plane, cylindrique, conique, sphérique
  • Géométrie prédéfinie : piquage, modèles de soudure bout à bout ou en T (13 formes de chanfreins différents disponibles dans la bibliothèque), aube de turbine (pied d'ailette et rainure), Pénétration de Fond de Cuve, coudes, plaques rivetées
  • Fichiers CAO 2D associé à une extrusion 3D par translation ou par rotation : le profil peut être homogène ou hétérogène. Ce type de pièce peut être défini par importation de fichier CAO (format DXF), ou bien en utilisant directement l’éditeur CAO intégré à CIVA
  • Fichiers CAO 3D (format IGES ou STEP) : solides homogènes ou hétérogènes, assemblages de structures avec différents solides
  • Des images (telles que des macrographies) peuvent être importées dans l'interface CIVA pour guider la définition des pièces et leur positionnement
  • Des profils de « cuvette » peuvent être définis à partir des pièces planes ou cylindriques pour modéliser facilement des déformations locales.

CIVA permet  également d’exporter les pièces modélisées au format IGES.

 

Géométries CAO

 

Matériau

Le matériau constituant la pièce peut être solide ou liquide, homogène ou constitué de plusieurs couches (revêtement par exemple). Chaque couche peut être isotrope ou anisotrope de symétrie et orientation arbitraire. Les matériaux disponibles ne sont pas seulement métalliques, ils peuvent aussi être de type composite à fibres ou composites granulaires (par exemple béton). Un modèle appelé « polycristallin » permet de définir une structure de grains monophasiques ou biphasiques sur la base de la connaissance de la taille des grains. Ce modèle inclut le calcul de paramètres d'atténuation et de bruit de structure. Enfin, des simulations sur des structures à « gros grains » peuvent être effectuées par la création de volumes à l'aide de diagrammes de Voronoï. Ce modèle permet de reproduire des phénomènes de déviation du faisceau, typiques des structures à gros grains (par exemple pour certains aciers inoxydables).

 

 

Un modèle d’orientation continument variable de la matrice d’anisotropie d’un volume a été implémenté afin de mieux prendre en compte l’évolution de la propagation ultrasonore dans des soudures. Ce modèle reprend la théorie d’Ogilvy sur la distribution de l’orientation des grains dans une soudure austénitique en V.

 

Orientation continument variable de l’anisotropie (modèle Ogilvy)

 

Concernant les fluides, il est possible pour les pièces CAO 2D de tenir compte des gradients de températures dans des milieux fluides inhomogènes et de rajouter un écoulement avec gradient de vitesse.

Une perspective composite regroupe différentes fonctionnalités spécifiques aux matériaux composites. Elle permet de définir facilement des composites plans ou courbes, les raidisseurs, un empilement de plis composites, une ondulation de pli ou un délaminage. Il est aussi possible de définir une couche d’époxy entre plis de PRFC et de tenir compte des interférences ultrasonores entre plis à l’origine de bruit de structure. Suivant les options définies, le calcul sera alors  réalisé par les méthodes semi-analytiques de CIVA UT ou dans un module optionnel CIVA FIDEL2D mettant en œuvre un couplage entre CIVA et un code de calcul 2D par différences finies appelé FIDEL 2D développé par AIRBUS Group Innovations.

 

CAPTEURS

Une large gamme de capteurs ultrasonores est disponible (de conception standard ou avancée) :

  • Monoélément, SE, Multiéléments (voir le paragraphe sur les réglages multiéléments), traducteurs TOFD, Tandem ou EMAT mono et multi-éléments (la modélisation des EMAT utilise un couplage avec le module ET),
  • Contrôle en immersion ou au contact (avec ou sans sabot),
  • Pastille de forme rectangulaire, circulaire ou elliptique,
  • Traducteur focalisé avec mise en forme (sphérique, cylindrique, bifocale), ajout de lentille acoustique, ou surface de Fermat.
  • L’impulsion émise par la surface de la pastille peut être considérée comme uniforme sur la surface ou variable par fonction d’apodisation

 

Exemples de traducteurs

 

Pilotage de capteurs MULTI-éLéMENTs

Une large gamme de traducteurs multi-éléments est disponible dans CIVA :

  • Annulaire, linéaire, matriciel, sectoriel ou elliptique, multiéléments EMAT
  • Barrettes à découpe linéaire courbe « encerclée » ou « encerclante » pour le contrôle de tube,
  • Traducteur Flexible (permettant un couplage optimisé avec des surfaces complexes), linéaire ou matriciel,
  • Multi-éléments « personnalisés » en mode manuel ou automatique (disposition aléatoire des éléments).

 

Exemples de découpes et types de traducteurs multi-éléments

 

CIVA permet à l’utilisateur de calculer des lois de retards et des séquences de lois pour des configurations standards ou pour des techniques multiéléments avancées :

  • Définition identique ou indépendante des lois focales en émission et en réception
  • Balayage électronique, simple ou complexe (e.g. ouverture variable en émission et/ou en réception)
  • Full Matrix Capture (FMC)
  • Algorithme SAUL (voir le site internet de M2M pour plus d'informations)

Les lois de retard peuvent être calculées pour des pièces de géométrie quelconque (canonique ou complexe, structure homogène ou hétérogène) et tous les matériaux disponibles (du modèle le plus simple au plus compliqué) :

  • Balayage angulaire
  • Focalisation en un ou plusieurs points alignés ou à des positions quelconques,
  • Balayage électronique
  • Application de lois d'amplitudes non-uniformes (influence d’une sensibilité variable des éléments par exemple, phénomènes d’apodisation de faisceau),
  • Application de lois de retards dynamiques (dans le cas de géométries complexes, les lois de retards peuvent être calculées pour chaque position du traducteur).

 

 

CIVA propose étalement des méthodes de Focalisation Synthétique avec l’algorithme FTP (Focalisation en Tout Point), qui peut être utilisé pour optimiser la reconstruction d’échos de défauts ou de géométrie. Cette méthode permet à partir d’une acquisition ou d’une simulation multiéléments la reconstruction d’une image en combinant les signaux de manière à obtenir une focalisation optimale en tout point d’une zone de donnée.

 

Défauts

Un nombre arbitraire de défauts peut être considéré dans une pièce ; ces défauts peuvent être :

  • Des défauts-étalons : trous génératrice, trous à fond plat ou à fond hémisphérique
  • Des défauts plans, de taille et orientation arbitraires, rectangulaires ou semi-elliptiques
  • Des défauts multifacettes, défauts à contour CAO 2D, défauts ramifiés
  • Des défauts volumiques de type porosité sphérique ou inclusions solides, de forme cylindrique, sphérique ou elliptique

 

Exemples de défauts modélisables dans CIVA UT

 

Résultats

Calcul de champs

Un premier module permet de simuler le faisceau ultrasonore rayonné dans la pièce et éventuellement dans le couplant. Le calcul peut prendre en compte plusieurs rebonds du faisceau dans la pièce. Il est aussi possible définir manuellement la liste des modes à prendre en compte lors du calcul (plusieurs rebonds, réflexions internes, conversions de modes entre différentes couches…)

 

 

 
Faisceau pour un capteur en immersion avec angles et prise en compte de rebonds multiples dans la pièce

 

Le faisceau peut être affiché dans la pièce sous forme d'images d’amplitude selon un code de couleur, ou de surfaces iso amplitudes. Les directions de propagation locales ou encore l’allure des fronts d’ondes peuvent être visualisées (et sauvegardés en tant que fichiers d'animation au format AVI). Pour les sondes multiéléments fonctionnant en mode « multi-tirs » (par exemple balayage angulaire), un simple faisceau pour un tir ou bien une image de faisceau cumulé sur tous les tirs peuvent être affichés.

 

Faisceau pour plusieurs tirs avec un traducteur multiéléments

 

Simulation d'inspection

Ce module permet la simulation de l’interaction faisceau - défaut et la prédiction de l’amplitude et du temps de vol de différents échos de défauts : écho direct, écho de coin, écho de diffraction, etc. Le nombre de rebonds n’est pas limité. Il est aussi possible de calculer les échos de géométrie (échos de fond, échos de surface et échos d’interfaces). Les conversions de modes peuvent être prises en compte, ainsi que certaines ondes rampantes. Un nouveau modèle d’interaction permet de repousser les limites de validité des échos obtenus par CIVA.

En configuration TOFD, les échos de diffraction aux extrémités d’un défaut sont simulés, ainsi que l’onde latérale. La liste des modes permet à l’utilisateur de choisir plus particulièrement les modes qu’il souhaite calculer.

Il est possible calculer des courbes PoD (Probability Of Detection), en prenant en compte un nombre non limité de paramètres d’entrée incertains.

 


Résultats de simulation d'Inspection : S-Scan, A-Scan, courbe POD, etc.

 

Couverture de zone et tracé de rayons

Un outil de tracé de rayons évolué est connecté aux modules de simulations de CIVA. Il affiche les différents modes d’ondes propagés et réfléchis (ondes L, ondes T et conversion de mode), il permet d’afficher le temps de vol sur le trajet ultrasonore, et permet ainsi de guider la compréhension et l’analyse de certaines interactions. De plus, cet outil permet d’afficher en temps réel une représentation simple mais réaliste du faisceau ultrasonore pour une position du capteur (avec angle de divergence et distance de champ proche) mais également d’estimer la couverture de zone pour l’ensemble des positions de balayage considérées (et pour les différents tirs s’il s’agit d’un multi élément) et ainsi évaluer les zones a priori couvertes par le capteur. Les angles d’attaque du faisceau sur les parois de la pièce et les défauts sont également représentés.

 

Couverture de zone en rayons (pour une position et pour le balayage complet)

 

Outils d'analyse

Les résultats de calcul sont représentés à l’aide des courbes classiques d’un contrôle UT (A-Scan, courbe échodynamique), ou encore des images 2D dans le cas de contrôles plus avancés (B-Scan, C-Scan, S-Scan, E-Scan, etc.) qui peuvent être reconstruites et affichées dans la pièce contrôlée, permettant une analyse et une compréhension optimale des phénomènes physiques conduisant aux différents échos observés. Les résultats peuvent être étalonnés par rapport à un défaut de référence dans un bloc. Une compensation du gain en fonction du temps peut être appliquée par l'intermédiaire de courbes DAC.

Des portes d’acquisition peuvent être définies avant ou après le calcul (en post-traitement). Un outil d’identification de modes permet à l’utilisateur d’identifier automatiquement les modes qui contribuent à former un écho. Des outils de mesure d'Amplitude ou de Distance sont également inclus.

 


Définition d'une porte d'acquisition / Outil d'identification de mode

 

En complément aux résultats de simulation, CIVA permet d’importer et de post-traiter des données d’acquisition réelles M2M® systems, GEKKO®, Omniscan®, etc.).. Ainsi, vous bénéficiez dans CIVA UT de tous les outils d’analyse développés pour le traitement de données d’acquisitions : analysez vos données de simulation comme vous le faites pour vos données d’acquisition grâce à CIVA Analyse UT !

 

En plus des résultats de simulation, CIVA peut importer et post-traiter des fichiers d'acquisition de données réelles depuis Omniscan® (requiert une Dongle Olympus) et les systèmes multi-éléments M2M. Tous les résultats peuvent être exportés dans des fichiers ASCII (A-Scan, C-Scan, courbes POD, etc.).

Le logiciel offre également une large gamme de méthodes de traitement de signal. Certaines sont classiques (filtres, etc.), d'autres plus sophistiquées (transformations en ondelettes, méthode de déconvolution, méthode du Split Spectrum). Un outil de Segmentation permet le regroupement 3D de signaux, le traitement de ces groupes et un export des données au format Excel. Les différentes phases d'analyse (limitations, traitement du signal, etc.) sont sauvegardées et les réglages peuvent être modifiés. Ainsi, pour l'analyse de fichiers de grande taille, extraire ou limiter les données aux zones d'intérêt est possible, peut être sauvegardé et annoté (titres, observations...).