TousCoursCNDTretout - Laboratoire de mécanique physique

ESSAIS NON DESTRUCTIFS
Contrôle par ultrasons : méthodes et techniques
pour l’insdustrie insdustrie aéronautique
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
Hervé TRÉTOUT
Dassault Aviation
Centre de Développement Exploratoire
1, avenue du Parc, Parc,
95100 - Argenteuil
Tél: Tél 0134118703
Fx: Fx 0134118824
E-mail: herve.tretout@
herve.tretout@dassault
dassault-aviation. -aviation.fr fr@
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 1
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Contrôle par
ultrasons :
méthodes et
techniques
pour
l’insdustrie
aéronautique
*Films:
•1- Film Intelligent NDT
•2- Film Matec
•3- Film Honeywell
•4- Film Ultran
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Sommaire:
• Généralités
• Ultrasons au contact
• Jets d’eau (1-2)*
• Microscopie ultrasonore
• Ultrasons Laser (3)*
• Ultrasons Air (4)*
• Ondes de Rayleigh et de Lamb
• Interférométrie ultrasonore
• Multiéléments
• Smart technologies
• Contrôle in-situ
• Acoustique non linéaire
• Fusion de données
• Contrôle des matériaux composites
• Métrologie
•Traitement du signal
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 2
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Contrôle par ultrasons - Généralités
Méthode de référence
S'adresse à la plupart des matériaux
Méthode qualitative et quantitative
Mesures reliées aux propriétés mécaniques
Contrôle par couplage liquide
Piscine
Jets d'eau
RTUIS ("Real Time Ultrasonic inspection System")
Goutte à goutte
Contact (« Wheel probe »)
Contraintes
Couplage
Positionnement capteur / pièce
Vitesse de balayage (sauf RTUIS)
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 3
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Contrôle par ultrasons - Généralités
Contrôle sans couplage liquide
Contact sec
Ultrasons Air
Ultrasons Laser
Electromagnétique (EMAT)
Contraintes
Sensibilité
Vitesse de balayage
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Approfondissements CND par Ultrasons
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

Traducteurs - Matériaux
Types d ’élément actif
Piézo-électrique:
Monocristaux naturels (Quartz,..)
Monocristaux artificiels (Sulfate de Lithium,..)
Films plastiques piézo-électriques (PVDF) -hautes fréquences
Piezo-composites (60/30)
Ferroélectrique polycristallins ( titanate de Baryum..)
Electromagnétique (EMAT)
Electrocapacitif (ultrasons air)
Magnétostrictif (Nickel) - Basses fréquences < 200 kHz
Choix
Rendement
Qualité des signaux émis
Sensibilité à la réception (Quartz) ou à l ’émission
Température d ’utilisation
Impédance acoustique
Prix de revient
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Page : 5
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Traducteurs - Types
Traducteur droit - Contact ou immersion- Ondes longitudinales
Traducteur oblique ou d ’angle - Contact - Ondes transversales
Traducteur oblique à angles variables - Contact
Traducteur double combiné - Contact ou immersion
Traducteur à relais - Contact
Traducteur focalisé - Contact ou immersion
élément actif en forme
lentille ou miroir en forme
focalisation sphérique
focalisation cylindrique
Traducteur multiéléments - Contact ou immersion
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Page : 6
Référence : Interférométrie
ultrasonore

EMAT - Traducteur Acoustique - Electromagnétique
Principe
Génération d ’un champ
magnétique permanent (aimant
ou électroaimant) et d ’un
courant RF dans une bobine
plate.
Création de CF à la surface du
matériau qui interagissent avec
le champ magnétique pour
produire des forces de Lorentz
et générer des ondes
ultrasonores OL et OT sans
contact
La détection utilise l ’effet
inverse
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

EMAT - Traducteur Acoustique - Electromagnétique
Principale caractéristiques
Matériaux conducteurs
Génération d ’ondes longitudinales avec un champ
magnétique horizontale (lignes de champ)
Génération d ’ondes transversales avec un champ
magnétique vertical
Faible sensibilité (< 40dB)
Fréquences autour de 1MHz
Distance traducteur / pièce environ & à 1,5mm
Applications
Matériaux à hautes températures
Surface rugueuse
Pièces en mouvement
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

Techniques d’inspection
d inspection
Immersion totale ou locale
Transmission simple
Double transmission
Réflexion
Double réflexion
Tandem
Résonance
Contact avec ou sans couplage
Réflexion
Tandem
Résonance
Sans contact (couplage aérien)
Transmission (US-Air et US-Laser)
Réflexion (US-Laser et EMAT)
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

Techniques de représentations des données ultrasonores
incrémen
t
amplitud
e
Cscan
balayage
incrément
balayage
Temps de vol
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Temps de vol
Temps de
vol
Bscan
balayag
e
amplitude
incrémen
t
balayag
e
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Dscan
Temps de
vol
Ascan Courbe échodynamique
Page : 10
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Techniques de représentations des données ultrasonores
- Représentation des données dans un repère associé à la pièce
superposition de la description CAO à l’image Bscan vrai
→ chargement du fichier CAO
→ recalage en position (x et z)
z
x
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

A-Scan - Contrôle
par ultrasons
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Zone saine
Echo de fond
Cale CR27US -
Cale composite avec films Téflon
Film Téflon à mi-épaisseur
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Page : 12
Référence : Interférométrie
ultrasonore

A-Scan - Contrôle
par ultrasons
des collages
Cale CR01US -
Carbone / Titane
Echo de fond peau carbone
Echo d ’interface Carbone / Titane
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

CONTRÔLES SPECIFIQUES
Produits laminés, moulés, forgés
Normes
Plan de sondage (familles)
Limite d acceptation
Produits usinés
Joints et assemblages soudés
Mesure d ’épaisseur
Technique par résonance
TOFD - « Time-Of-Flight-Diffraction -Technique »
Technique « ACOUSTO - ULTRASONIC »
Matériaux composites et sandwichs
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

TECHNIQUE PAR RESONANCE
Résonance d ’une plaque
quand e = kλ/2 alors f = kV/2e
Mesure d ’épaisseur
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e = v/2Δf
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

TECHNIQUE TOFD - (Time-Of-Flight
(Time-Of-Flight-Diffraction
-Diffraction -
Technique)
Principe
Méthode de
dimensionnement de
défauts basée sur la
mesure du temps de
vol et non l ’amplitude
avec deux traducteurs
utilisés en tandem
(« pitch and catch »)
Applications -
soudures
100% d ’inspection
nécessite le couplage
avec la technique
pulse-echo
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

TECHNIQUE « ACOUSTO - ULTRASONIC »
Principe
Génération ultrasonore
et détection
multimodale avec
capteur d ’émission
acoustique large bande
Contact ou immersion
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Référence : Interférométrie
ultrasonore

UTRASONS AU CONTACT - “Wheel Wheel Probe “
Capteur multiéléments (Phased-array 16 éléments, 2MHz)
Appareil US M2M + “wheel probe” ‘(NDT Solutions - UK)
Linear
phased-array
(inside)
Acoustically
Matched
Rubber
Displacement encoder
Buggy's
grip
Calibrated
spring

Cale de référence avec trous à fond plat
34 30 25 40 30 35 30 63 65 60
Sizes in mm
FBH 1mm depth.
FBH 6mm depth.
Speed of sound and absorption
(Cl = 2950 m/s, Att = 0.5 dB/mm à 1MHz)
© FBH centred on stitching
® FBH centred between stitching (resin rich area)
!5mm !10mm !20mm
® © © ® ® ® © ©
®
©
©

Simulation ultrasonore avec CIVA
Time (µs)
Transducer (1MHz)
Defect ( FBH Φ10mm)
Scanning (mm)
RTM part 12mm thick

C-Scan et B-Scan avec le « Wheel probe »

FUBACOMP - Encadrement de pare-brise
Préforme RTM cousue

B-Scan
(raw)
C-Scan
(raw)
Time of flight (µs)
(proportional to depth)
Elements sequence
(proportional to Increment)
Sweep (mm)

B-Scan
(-6dB threshold)
C-Scan
(-6dB threshold)
Time of flight (µs)
(proportional to depth)
Elements sequence
(proportional to Increment)
Sweep (mm)

Pare -brise : B-Scan, A-Scan et C-Scan

Technique d ’inspection ’ inspection ultrasonore par Jets d ’eau ’ eau
Technique de transmission simple et réflexion (voire
double)
Concerne la majorité des installations de contrôle dans
l ’aéronautique et le spatial, fournisseurs: Nutronik (D),
Boeing-MAUS (USA), Matec (USA), Panametrics (USA),
Mecasonics (UK), Tecnatom (ES)
Pièces de grandes dimensions et pièces sandwichs (métal
et composite)
Systèmes multi-axes (2 à 15 axes motorisés) et robots
(Matec, Intelligent NDT), multi-buses (2 à plusieurs
centaines)
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
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1

Buse Jets d ’eau ’ eau Dassault Aviation@ - Etude du convergent
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
Calculs de profils pour différents diamètres de sortie
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2

Buse Jets d ’eau ’ eau Dassault Aviation@ - Etude du convergent
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
Convergents 2D Plexy, Teflon et acier
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3

Buse Jets d ’eau ’ eau Dassault Aviation@ - Image Schlieren
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
Traductreur 2 MHz - Propagation dans un convergent en Téflon
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4

Buse Jets d ’eau ’ eau Dassault Aviation@ - Image Schlieren
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
Traductreur 2 MHz - Propagation dans un convergent en acier
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5

Buse Jets d ’eau ’ eau Dassault Aviation@ - Prototypes
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
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6

Buse Jets d ’eau ’ eau
Dassault Aviation@
- Essai du prototype
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
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7

Contrôle du Raytheon « Premier » -
Système ARGUS (Panametrics
( Panametrics)
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
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8

Contrôle du Raytheon « Premier »
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
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9

Contrôle du Raytheon « Premier » -
Système ARGUS (Panametrics
( Panametrics)
CENTRE DE DEVELOPPEMENT EXPLORATOIRE
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1
0

Conclusion
Sensibilité aux gouttes d ’eau (S/N faible), quantification
délicate (Δ quelque dB)
Nécessite un accès aisé
Robotisation en croissance
Adaptation des buses pour traducteurs multi-éléments
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1
1

Microscopie US - Contrôle des canards
et des becs , Rafale et Mirage 2000
DGOI/CDE
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Page : 1
Référence : Microscopie US

Interfaces contrôlées -
tôle1/ferrure
tôle1/ ferrure et tôle4/ferrure
tôle4/ ferrure
DGOI/CDE
Image US de
la ferrure
Zone désignée
Pourtour de la “pelle”
Plan du "canard" Coupe transversale de la
ferrure
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Pourtour de la “pelle”
Interfaces contrôlées
5
25
Zone désignée
Tôle 1
Ferrure
Tôle 2
Tôle 3
Ferrure
Tôle 4
Page : 2
Référence : Microscopie US

Principe général du SPF-DB SPF- DB
SPF-DB = Super Plastic Forming & Diffusion Bonding
SPF = Superplasticité
DGOI/CDE
Formage Super Plastique et Soudage par diffusion
=> possibilité d'emboutis très profonds
DB = Soudure par diffusion atomique en phase solide
=> Liaison parfaite, sans élément de fixation
Structures minces autoraidies (titane ou aluminium)
SPF
DB
tôle
tôles
Pression gazeuse
Pression gazeuseou mécanique
Zones DB
T°C
T°C
SPF-DB
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Page : 3
Référence : Microscopie US

Méthode de contrôle -Détection -Détection
de l'interface
DGOI/CDE
1er interface de soudage
A
B
Variation du pourcentage de grains soudés
Moyenne des amplitudes des échos
120
100
80
60
40
20
Tôle 1
Tôle 2
Tôle 3
0
0 20 40 60 80 100 120
Points expérimentaux
% de grains soudés
Courbe extrapolée (LORENTZ)
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A
Porte de mesure
80 MHz, GAIN 51 dB
1
Y = x
100 ( 1 + ( X / 48
4
) )
B
Page : 4
Référence : Microscopie US

Contrôle des
Canard
Comparaison
Facteur correctif
entre l'ancien et le
nouveau matériel
d'acquisition
DGOI/CDE
Amplitude acoustique (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Lorentz
Expériences 92
Boîtes rondes
Expériences 2004
C43 corrigées
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Master Science et Technologies CND Pourcentage - 2005 de grains soudés (%)
Approfondissements CND par Ultrasons
Expériences 1997 C43
Page : 5
Référence : Microscopie US

Qualité du soudage -
critères d'acceptation
+ 20%
non soudé
DGOI/CDE
<
! 15
Défaut Surface de référence
+ 50 %
non soudé
! 6
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distance > 30 mm
Critère n°1 Critère n°2
+ 50 %
non soudé
! 6
Page : 6
Référence : Microscopie US

Contrôle des
Canard
Optimisation
DGOI/CDE
Cartographie
25MHz
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Page : 7
Référence : Microscopie US

Contrôle des
Canard
Comparaison
DGOI/CDE
Cartographie
25MHz
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Cartographie
80MHz
Page : 8
Référence : Microscopie US

Présentation des résultats statistiques
DGOI/CDE
0 %
20 %
Taux de grains non-soudés :
100
%
Numéro de label :
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1
N° label % non soudés Surface ( mm 2 ) Elongation (mm) Abs. centre Ord. centre
1 26.4 243.7 735.7 3099 1976
2 21.6 25.3 96.2 3023 1636
3 24.9 27.5 101.1 2923 1696
4 24.8 1091.1 879 2956 2079
5 25.8 728 669.1 2043 2734
6 21.2 85.3 320.9 1871 2831
7 23.3 147 441.6 2200 2863
7
Page : 9
Référence : Microscopie US

Contrôle des Canard
Optimisation
Champ rayonné par le traducteur V324 Sofranel
Diamètre de pastille = 6.35mm
Fréquence = 25 MHz
Rayon de courbure = 6.5mm
Vitesse lentille = 2500 m/s
Hauteur d'eau = 5.6mm (soit 4.2mm à partir du boîtier)
Propriétés de focalisation (constructeur)
Diamètre tache focale = 0.13mm
Longueur tache focale = 0.48mm
Focale = 13mm
Propriétés de focalisation (mesurées)
Diamètre tache focale = 0.2mm
Focale = 13.9mm
Propriétés de focalisation (simulées CIVA7)
Diamètre tache focale = 0.3mm
Longueur tache focale = 1.25mm
Focale = 13.9mm
DGOI/CDE
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Profondeur = 2mm
Page : 10
Référence : Microscopie US

Contrôle des
Canard
Optimisation
DGOI/CDE
Contrôle 25MHz
Simulation et expériences sur défauts étalons
Cartographie C- Scan simulée avec un pas de balayage à 0.1mm
Seuillage à 50%
5-6 pixels 9-12 pixels 16-21 pixels 37-44 pixels 78-81 pixels
Cartographie C- Scan expérimentale avec un pas de balayage à 0.1mm
Seuillage à 50%
6 pixels 13 pixels 22 pixels 45 pixels 92 pixels
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Cartographie C- Scan simulée avec un pas de balayage à 0.2mm
Seuillage à 50%
1 pixels 1-3 pixels 4-5 pixels 9-11 pixels 20-21 pixels
Cartographie C- Scan expérimentale avec un pas de balayage à 0.2mm
Seuillage à 50%
3 pixels 4 pixels 6 pixels 12 pixels 23 pixels
TFP ! 0.3mm TFP ! 0.4mm TFP ! 0.5mm TFP ! 0.7mm TFP ! 1.0mm
Page : 11
Référence : Microscopie US

C-Scan à 80 MHz
DGOI/CDE
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Zone a
Zone b
Zone c
Page : 12
Référence : Microscopie US

Comparaison C-Scans à 25 MHz et 80 MHz
DGOI/CDE
Zone A à 25 MHz
Zone B à 80MHz
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 13
Référence : Microscopie US

C-Scan à 80 MHz - Effet de la rugosité
Canard C98T& à 80 MHz:
Traces d’usinage
DGOI/CDE
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 14
Référence : Microscopie US

Contrôle des
Canard
Corrélation
Sélection des
zones intéressantes pour réalisation d ’éprouvettes
DGOI/CDE
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 15
Référence : Microscopie US

Contrôle des
Canard
Marges
Dessin d'éprouvettes pour les
zones intéressantes
DGOI/CDE
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 16
Référence : Microscopie US

MICROSCOPIE ACOUSTIQUE - Vz
Avantages et désavantages
+ La plus rapide des techniques ultrasonores
+ Grande résolution spatiale
+ Grande sensibilité
+ Bon rapport qualité prix avec robotisation
- Immersion des pièces
- Quantification difficile
- Traitement des images nécessaire et interprétation difficile
- Pas transportable
Applications
Pièces de moyennes dimensions immergeables
Rafale et Falcon : longerons, tunnel réacteur, élévon
DGOI/CDE
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 17
Référence : Microscopie US

ULTRASONS LASER - Pour le contrôle non
destructif en production et sur site
Scanner
Unité de
Génération
(laser CO 2 )
Pièce à contrôler
Centre de Dév eloppement Exploratoire
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- Approfondissements CND par Utrasons
Unité de Détection
(laserNd:YAG
+ Fabry-Perot )
Poste de
Contrôle
Page : 1
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Historique
Effet photoacoustique , A.G. BELL, USA, 1880
Génération dans un liquide, G.A. ASKAR'YAN, URSS, 1963
Génération dans un solide, R.M. WHITE, 1963
Modélisation et Applications aux CND des métaux,
D.A. SCRUBY, R.J. DEWHURST et D.A. HUTCHINS, Université de
Manchester, UK, 1980, L. ROSE, USA, 1984
Application aux composites, J.P. MONCHALIN, IMI*, CN, 1986
Premier système "industriel" livré par UltraOptec, CN, 1994
IMI* : Institut des Matériaux Industriels de Montréal
Centre de Dév eloppement Exploratoire
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- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 2
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Etat de l'art
RECHERCHE ET DEVELOPPEMENTS
ESPCI, ONERA, IMI (CN), WPL (USA), Universités USA et GB
Etudes et développements technologiques, modélisation
UTILISATEURS de prototypes
USA - HUGHES, LOCKHEED (3), ROCKWELL, TEXTRON,
TIMKEN
EC- EADS CCR / Dassault Aviation, BAE Systems (UK), CESI
(IT), BIAS (D), Manesmann (D), Force Tecnology (DK)
TAIWAN : Armée de l’Air
INTEGRATEURS
TECNAR (CN) : Intégrateur de systèmes
LASON (USA) : Intégrateur de systèmes
Centre de Dév eloppement Exploratoire
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- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 3
Référence : Ultrasons laser

PRINCIPE DE LA GENERATION
D'ULTRASONS PAR LASER
ECHAUFFEMENT LOCAL
PAR ABSORPTION DE L'ENERGIE
Centre de Dév eloppement Exploratoire
FAISCEAU LASER
ONDES ULTRASONORES
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DILATATION THERMIQUE
• REGIME THERMOELASTIQUE
EJECTION D'UN PLASMA
• REGIME D'ABLATION
Page : 4
Référence : Ultrasons laser

PRINCIPE DE LA
GENERATION
D'ULTRASONS PAR LASER
DIRECTIVITE DES ONDES LONGITUDINALES
GENEREES PAR IMPACT LASER SUR LES METALLIQUES
FAISCEAU LASER
REGIME THERMOELASTIQUE
LOBES A 60°
Centre de Dév eloppement Exploratoire
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- Approfondissements CND par Utrasons
FAISCEAU LASER
REGIME D'ABLATION
LOBE A 0°
Page : 5
Référence : Ultrasons laser

PRINCIPE DE LA
GENERATION
D'ULTRASONS PAR LASER
DIRECTIVITE DES ONDES LONGITUDINALES
GENEREES PAR IMPACT LASER SUR LES COMPOSITES
Centre de Dév eloppement Exploratoire
FAISCEAU LASER
REGIME THERMOELASTIQUE
LOBES A 0° ET 85°
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- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 6
Référence : Ultrasons laser

PRINCIPE DE LA DETECTION
D'ULTRASONS PAR LASER
FAISCEAU LASER
INCIDENT
Longueur d'onde ν
vitesse C
DETECTION DES ULTRASONS EN REFLEXION
Δν 2v
EFFET DOPPLER :
ν =
C
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
FAISCEAU LASER
REFLECHI
Longueur d'onde ν + Δν
DEPLACEMENT
DE LA SURFACE
A LA VITESSE v
Page : 7
Référence : Ultrasons laser

PRINCIPE DE LA
DETECTION D'ULTRASONS
PAR LASER
FAISCEAU LASER
REFLECHI
Longueur d'onde ν + Δν
Centre de Dév eloppement Exploratoire
INTERFEROMETRE
DE FABRY-PEROT
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
PHOTODETECTEUR
f (
Δ I Δ ν )
=
Page : 8
Référence : Ultrasons laser

SYNOPTIQUE DU SYSTEME
LUIS
Miroir
de
balayage
Pièce à
contrôler
Lame de mélange
CO 2 / Nd:YAG
Unité de génération
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Laser CO 2
Laser Nd:YAG
Unité de détection
Télescope
Fabry-Pérot
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Fibres
optiques
Page : 9
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Flanc de baquet
pilote du RAFALE A
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 10
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Analyse en
temps de vol (épaisseur) et en
amplitude
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 11
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Etalon :
trous à fond plat
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 12
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER -
Emboutissage de thermoplastiques.
Sikkens
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 13
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Analyse en
temps de vol (épaisseur)
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 14
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Inspection
d'un radôme A320
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 15
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - radôme :
analyse en temps de vol (épaisseur)
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 16
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Essais sur
site de maintenance - DFS Le Bourget
MISE EN OEUVRE DU CONTROLE SUR LE
FALCON 10 V10F
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 17
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Essais sur
site de maintenance - DFS Le Bourget
280 mm
CARTOGRAPHIES D'UN IMPACT EN MILIEU DE
PANNEAU DE VOILURE INTRADOS
AMPLITUDE TEMPS DE VOL
Centre de Dév eloppement Exploratoire
300 mm
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 18
Référence : Ultrasons laser

360 mm
ULTRASONS LASER - Essais
sur site de maintenance - DFS Le
Bourget
PANNEAU DE VOILURE EXTRADOS
(COMPOSITE)
520 mm
Centre de Dév eloppement Exploratoire
280 mm
PANNEAU D'EMPENNAGE HORIZONTAL
(METALLIQUE)
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
800 mm
Page : 19
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Essais
sur site de production -
Aerospatiale Nantes
Première passe
Longeron Airbus
Bord d'attaque Airbus
Centre de Dév eloppement Exploratoire
50 mm
Seconde passe
porosités dans le rayon
450 mm
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
1ère passe
2ème passe
Page : 20
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Essais sur site
de production - Dassault Aviation
Biarritz
APEX DE DERIVE RAFALE
ANALYSE EN TEMPS DE VOL (EPAISSEUR)
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 21
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Détection de
corrosion sur un panneau de Transall
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 22
Référence : Ultrasons laser

Ultrasons Laser
1A07
3 tôles
d2 d1
d1
d2 d1
d1
d2 d2
d1 d1
d1 d1
d2
d2
450 mm
d1
d1
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Tôle Aluminium
Film de colle
Séparateur
d1
d1
d2
d2
d2
d3 d3
d2
d2
d2
d1
d1
d1
d1
2 tôles 1 tôle
450 mm
2 tôles
1ère étape
2ème étape
Film de colle
Tôle Aluminium
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Après cuisson
Contre-plaque
Après cuisson
Trou à fond plat
Page : 23
Référence : Ultrasons laser

Ultrasons Laser
1A07
amplitude temps de vol
autocorrelation fréquence
Centre de Dév eloppement Exploratoire
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- Approfondissements CND par Utrasons
450 mm
450 mm
Page : 24
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Conclusions et
Perspectives
Méthode validée pour les matériaux composites
en production
en maintenance
Mobilité du système validée
Perspectives d'applications
matériaux métalliques (corrosion, SPFDB)
télémétrie et mesure dimensionnelle
S'adresse
aux usines
aux centres de maintenance
aux bases
aux porte-avions
Centre de Dév eloppement Exploratoire
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- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 25
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Etat de l'art
Tendances mondiales
Reconnue comme une méthode concurrentielle de
CND en production et en maintenance (Lockheed)
Applicable à pratiquement tous les matériaux
Utilisation des différents modes de propagation
ultrasonore
Multiplication des sondes de détection
Association du traitement du signal (IMI, GE,...)
Intégration de fibres optiques (ONERA, N.W. Uni.)
Modélisation
Centre de Dév eloppement Exploratoire
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- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 26
Référence : Ultrasons laser

ULTRASONS LASER - Historique société
Thèse de J.D. AUSSEL, INSA Lyon / EDF - 1986
Thèse de R.K. ING, ESCPI - 1990
Thèse de T. LHERMITE, Dassault / Paris VI - 1991
Mémoire de F. GUILLOIS, Dassault / CNAM - 1993
Thèse de Ch. CORBEL, Dassault / ESCPI - 1993
Centre de Dév eloppement Exploratoire
Master Science et technologies CND - 2005
- Approfondissements CND par Utrasons
Page : 27
Référence : Ultrasons laser

Inspection of Advanced Composite Aircraft
F-16: Easy, High
Production Rates
F-22: Difficult,
Low Production
Rates
JSF: Difficult, High
Production Rates
Lockheed Martin

Three LaserUT Systems
• Alpha system was designed for larger components and R&D.
• Beta is primary production system.
• 3 rd system is under construction
• 64 sq. ft. /hr rate (400 Hz @ 0.08” steps)
Alpha
52’x24’x16’
Beta (LaserUT 1)
25’x12’x8’
Gamma (LaserUT 2)
40’x16’x14’
Lockheed Martin

Beta Production LaserUT System
Universal Tool
Inspection Cell
Operator Control Station
Certified for F-22
production use
on June 8, 2000.
Lockheed Martin

Five Region Inspection
Region
1
IRP
Region
3
Region
5
Region
2
Region
6
Region
4
Lockheed Martin

Depth Analysis of PN 5HF44413-103
Lockheed Martin

Zoom Slice Analysis of PN 5HF44413-103
Accepted Inclusion Per Zone-C Criteria
Lockheed Martin

Direct Comparison of Two Parts (PN 5HF44413-103)
Conforming Part
Extra Ply Non-conforming Part
Lockheed Martin

PN 5HF44413-104 with Inclusion: Rejected
Lockheed Martin

Summary and Conclusions
• LaserUT has tested F-22 components for the past 21 months.
• Training was the easiest for any of our production inspection systems.
• Inspection time is 20% or less compared to water-based systems.
• Inspection backlog is near zero – turnaround is one or two days.
• 21 months of F-22 testing
•
− 225 unique parts in database
− 1000 parts tested
− Two shift operation
− Ran 23hrs/day for one week
− 15 parts in one day
Lockheed Martin

Le contrôle par ultrasons couplés dans l’air l air
Caractéristiques :
DGOI / CDE
vitesse de propagation => impédance acoustique
eau = 1500 m/s - 1,48 MRayl
air = 330 m/s - 0,0004 MRayl
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 1
Référence : Ultrasons Air

ULTRASONS AIR
Technique émergente
Très dépendante de la technologie traducteur
DGOI / CDE
Composite
Electrostatique
Inspection rapide => multiéléments
PERSPECTIVES
Remplacement des jets d'eau
Applications aérospatiales (pièces non immergeables)
Maintenance
Systèmes commercialisés, assez répandus aux USA
Installations robotisées chez Airbus (Nantes) et EADS Aquitaine
(en cours )
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Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 2
Référence : Ultrasons Air

Le contrôle par ultrasons couplés dans l’air l air
Technologie - Évaluation des équipements
disponibles
DGOI / CDE
QMI (USA) - Traducteurs piezoélectriques (z = 34 MRayl)
ULTRAN (USA) - Traducteurs piezoélectriques
ALCTRA (F) - Traducteurs piezocomposites (Imasonic)
FOGALE (F) - Traducteurs électrocapacitifs (proto.)
IZFP (D) - Traducteurs piezocomposites (proto.)
Uni. de Strathclyde (GB) - Traducteurs piezocomposites
(multiéléments - proto.) (z = 0,5 MRayl)
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 3
Référence : Ultrasons Air

Contrôle d ’un ’ un élevon
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 4
Référence : Ultrasons Air

Contrôle d ’un ’ un élevon
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 5
Référence : Ultrasons Air

Through Transmission in Air with QMI AirAircoupled Transducers
DGOI / CDE
A-scan A-scan
Frequency Spectrum
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 6
Référence : Ultrasons Air

CARTOGRAPHIE C-Scan de l’é ’élevon levon
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
45 495
Amplitude crête (valeur
binaire)
Page : 7
Référence : Ultrasons Air

Éprouvette n°2 sur le banc CDE
équipé de traducteurs QMI
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 8
Référence : Ultrasons Air

Éprouvettes END Structure
passive large bande
DGOI / CDE
(20)
(20)
1
30
75
1
7,6°
150
Sac Téflon
7,6°
3
3
30
40
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Éprouvette CND n° 1
Peau Quartz/Époxy
Éprouvette CND n° 2
Mousse Rohacell 150 ECX
Page : 9
Référence : Ultrasons Air

Éprouvettes END Structure
passive large bande
DGOI / CDE
50
50
70
B B
B
A
A A
25
50
c a s s u
B
r e
135
200
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Défauts :
Type A : entre mousse et peau.
Type B : à mi-épaisseur dans . la peau
Page : 10
Référence : Ultrasons Air

CARTOGRAPHIE de l’é l’éprouvette
prouvette n°1
DGOI / CDE
A
B
A
A
B
Pince
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
45 495
Amplitude crête (valeur
binaire)
Page : 11
Référence : Ultrasons Air

CARTOGRAPHIE de l’é l’éprouvette
prouvette n°2
DGOI / CDE
A
A A
B B
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
45 195
Amplitude crête (valeur binaire)
Page : 12
Référence : Ultrasons Air

THERMOGRAPHIE INFRAROUGE
DGOI / CDE
B
A
A
cassure
B B
défaut inconnu
Eprouvette n°1
B
A
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
B
A
B
A
Eprouvette n°2
B
cassure
A
B
Page : 13
Référence : Ultrasons Air

ULTRASONS AIR - Pièce composite
carbone / époxyde
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 14
Référence : Ultrasons Air

ULTRASONS AIR - Panneau
sandwich
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 15
Référence : Ultrasons Air

DGOI / CDE
BAe Defense
Air -Coupled
Ultrasound Scanning System
( Warton - UK )
Commercial Ultrasonic Stepper motor
through transmission scanner
8 Channel main amplifier and
envelope detector. detector
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 16
Référence : Ultrasons Air

DGOI / CDE
BAe Defense Air -Coupled Ultrasound
Scanning System ( Warton - UK )
Inclusion panel results in through transmission
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 17
Référence : Ultrasons Air

DASA Manching Scanning System - Flexible
scanning track
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 18
Référence : Ultrasons Air

DASA Manching Scanning System - Attachment
of the probe holder to the scanner
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 19
Référence : Ultrasons Air

Aluminium Sample with milled holes to
simulate corrosion - DASA Manching
50 mm between defects
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 20
Référence : Ultrasons Air

Air-coupled C-scan with Lamb Waves of an
Aluminium sample - DASA Manching
DGOI / CDE
So Lamb Wave Mode
Angle 4°
Distance between probes 25mm
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 21
Référence : Ultrasons Air

Aluminium / Aluminium Honeycomb panel
with crushed core - DASA Manching
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 22
Référence : Ultrasons Air

Air-coupled C-scan with Lamb Waves of a
Sandwich Panel - DASA Manching
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 23
Référence : Ultrasons Air

CFRP Fuselage Structure with impact
damages
DASA Manching
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 24
Référence : Ultrasons Air

Conventional US time of flight c-scan of the
impact damage - DASA Manching
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 25
Référence : Ultrasons Air

Air-coupled ultrasonic c-scan with an angle
of incidence of 7° - DASA Manching
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 26
Référence : Ultrasons Air

Air-coupled ultrasonic c-scan with different
angles of incidence DASA Manching
Incidence angle 10°
Incidence angle
13°
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 27
Référence : Ultrasons Air

Dependency of the signal amplitude to the
fibre orientation of CFRP - DASA Manching
DGOI / CDE
330°
315°
300°
345°
285°
270°
255°
240°
225°
210°
195°
0°
5
4
3
2
1
0
180°
15° 30°
45°
60°
75°
90°
105°
120°
135°
150°
165°
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Spannungswerte in
Volt in Abhängigkeit
der Winkelstellung
Page : 28
Référence : Ultrasons Air

Évaluation du système ALCTRA
DGOI / CDE
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 29
Référence : Ultrasons Air

Le contrôle par ultrasons couplés dans l’air l air
Conclusions
DGOI / CDE
Solution économique et performante pour un vaste domaine
d ’applications
Potentiel en fabrication pour pièces furtives et sandwichs
Potentiel intéressant en maintenance
Perspectives
Traducteurs multiéléments de grandes dimensions mxm
(Ultran)
Traducteurs large bande
Constructeur Tchèque
Marché de niches
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Approfondissement CND par Ultrasons
Page : 30
Référence : Ultrasons Air

Laser Ultrasonics - portable head
Objectives:
– Low cost compact system:
– Fiber optical coupled laser for generation
– Air coupled detection
Nd:YAG
Fiber optic
Optic probe
Rayleigh wav es
Scanning system
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Air-coupled transducer
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Equipment:
Laser Quantel
50 mJ, 8 ns
Fogale
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Focusing module
Air coupled UT transducers
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QMI
Ultran

Experimental signals:
Aluminium plate 1.8 mm thick - Transducer Ultran 1 MHz
sound area crack 0.6 mm d., 0.5 mm w.
CFRP plate DA550-T800 3 mm thick - Transducer Ultran 2 MHz
sound area 18 j impact
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Portable head:
Axe de
rotation
Traducteur
Connecteur
SMA
Tube de
focalisatio
n
Axe de
rotation
translation z
Lentille
cylindrique
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Traducteur
Traducteur
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XY scanner (CSM) integration:
Next step:
performances evaluation
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BONDING STRENGTH EVALUATION
Current methods do not provide quantitative assessment of bonding strength
and mostly required liquid coupling
Substrat 1
Bond
Substrat 2
Cohesive
failure
Adhesive
failure
⇒ Development of a pitch and catch Lamb wave air coupled method :
- without contact and coupling agent
- onesided inspection
- fast inspection (large scanning steps)
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LAMB WAVE INSPECTION : generation and detection
Emitter
- Fréquence adaptée :
Emitter Receiver
Épaisseur plaque ≈ Longueur d’onde λ
- Angle d ’incidence θ :
Receiver
- Semblable à l’émetteur
θ θ
sin!
=
- Placé en vis à vis de l’émetteur
V
V
air
Lamb
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LAMB WAVE INSPECTION: set-up
Emitter
Oscilloscope Carte d’acquisition
θ θ
Receiver
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Pilotage platines
Acquisition

LAMB WAVE INSPECTION: transducer optimization
Solution : autotransformer development
Bobine
primaire
Np
Zs
Zp
Ip
= ( )
Is
Ze = Zp = 50Ω
2
=
(
Ns
Np
)
2
Bobine
secondaire
Ns
Zs mesuré avec un analyseur d’impédance
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Adaptation
traducteurs 0.5MHz
rapport Ns/Np = 2
Adaptation
traducteurs 1MHz
Rapport Ns/Np = 3
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LAMB WAVE INSPECTION: transducer optimization
Results
Impédance
(dB)
-7.1dB
Avant adaptation
d’impédance
905kHz
Fréquence (Hz)
Impédance
(dB)
-37dB
850kHz
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Après adaptation
d’impédance
⇒ Gain de 30 dB sur l’énergie transmise au traducteur
Fréquence (Hz)
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LAMB WAVE INSPECTION
C-SCAN: Thick Composite with Teflon Foils and Flat Bottom Holes
CR30US: T300-914 (4.6 mm thick, 32 layers, 220 x 320 mm)
PORTABLE HEAD - ULTRAN 0.5 MHz
10 mm
0.0 6.4 11.6
20.6
ATTENUATION
dB
Problems:
1) No-signal area
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⇒ minimize separation laser beam/transducer
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X < L
2) Double image
Each point is scanned twice: once by receiver and
once by laser beam
⇒ Image Processing
5

LAMB WAVE INSPECTION
C-SCAN: Thick Composite with Teflon Foils and Flat Bottom Holes
CR30US: T300-914 (4.6 mm thick, 32 layers, 220 x 320 mm)
PORTABLE HEAD - ULTRAN 0.5 MHz
10 mm
dB
• Resolution improved
0.0 6.4 11.6 20.6
ATTENUATION
Processed
Image
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• Sensitivity lower
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5

LAMB WAVE INSPECTION
C-SCAN: Thick Composite with Teflon Foils and Flat Bottom Holes
CR30US: T300-914 (4.6 mm thick, 32 layers, 220 x 320 mm)
ULTRAN 0.5 MHz
0 5.6 10.1
17.9
ATTÉNUATION
dB
10 mm
ULTRAN 1 MHz
0.0 7.8 14.1
25.2
ATTÉNUATION
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
ULTRAN 2 MHz
0.0 4.4 7.9
14.2.
ATTÉNUATION
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dB
dB
6

LAMB WAVE INSPECTION
C-Scan: Impact Damage
17517/C: T300-914 (35 J impact, 2.3 mm thick, 16 layers)
10 mm
Portable Head with ULTRAN 1 MHz
0.0 4.9 8.9
15.8
ATTÉNUATION
dB
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
5 MHz Ultrasonic
Water Immersion Method
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7

LAMB WAVE INSPECTION
C-SCAN: Honeycomb composite sample with structural inserts
10 mm
COBO1135: T300-914 (honeycomb:12 mm thick, skins: 2 mm thick)
Portable Head with ULTRAN 1 MHz
0.0 10.5 18.9
dB
33.7
ATTÉNUATION
Focused Air-coupled Transmission C-scan (QMI 0.3 MHz)
ATTÉNUATION
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LAMB WAVE INSPECTION: Samples
HTS skin 1mm
FM300-2 adhesive film
RTM insert 3mm
250
250
250
Éprouvette n°1
250
Éprouvette n°3
∅ 50
A3 A4
∅ 50
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250
250
250
Éprouvette n°2
∅ 50
A1
250
Éprouvette n°4
∅ 25
• A1, A2 : Agent démoulant entre la colle FM300-2 et la peau HTS
• A3 : insert film téflon entre la colle FM300-2 et la peau HTS
• A4 : absence de colle FM300-2
A2

LAMB WAVE INSPECTION: experimental results
⇒ 2 methods:
Structural Mode
Skin mode
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LAMB WAVE INSPECTION: structural mode
Acquisition : 25mm × 1mm (ligne par ligne, 4 min )
0
Ep1
dB
22.8
dB
0 25.8
Ep1
-0.14
Ep4
Acquisition : 1mm × 1mm (point par point, 1h30 )
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dB
24.6
dB
-0.83 25.1
Ep4
Ep1 : Éprouvette de référence
Ep4 : Éprouvette contenant un
défaut cohésif
Temps de contrôle faible en
acquisition rapide (environ 4min)
Discontinuités en raison de
la non planéité des éprouvettes
Pas de différences
d’atténuation entre un défaut
cohésif et une zone saine

LAMB WAVE INSPECTION: structural mode
Acquisition : 25mm × 1mm (ligne par ligne, 4 min )
0
Ep2
dB
25.1
dB
0 24.7
Ep2
0
Ep3
dB
0 25.1
Ep3
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dB
21.3
Acquisition : 1mm × 1mm (point par point, 1h30 )
Ep2,3: Éprouvettes contenant
des défauts d’adhésion de
diamètre 25mm et 50mm
Détection rapide d’un défaut
sur une grande surface
(4min d’acquisition)
Défauts caractérisés par une
atténuation des ondes de Lamb
supérieure à 15dB par rapport
à l’éprouvette de référence
(Ep1)
Problème : image double
des défauts

LAMB WAVE INSPECTION: image processing
Original C-scans
Processed
C-scans
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LAMB WAVE INSPECTION: skin mode
Acquisition : 25mm × 1mm (ligne par ligne, 4 min )
0
Ep1
dB
19.5
dB
0 24.2
Ep1
6.7
Ep4
Acquisition : 1mm × 1mm (point par point, 1h30 )
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dB
19.7
dB
4.8 23.4
Ep4
Ep1 : Éprouvette de référence
Ep4 : Éprouvette contenant un
défaut cohésif
Atténuation plus importante
des ondes de Lamb dans Ep4
par rapport à Ep1
Dispersion des atténuations
au sein d’une même plaque
⇒ Résultats à confirmer sur
des plaques parfaitement plane

LAMB WAVE INSPECTION: skin mode
Acquisition : 25mm × 1mm (ligne par ligne, 4 min )
-
6.1
Ep2
-6.65
Ep2
0
0
dB
19.6
dB
21.4
-
7.6
Ep3
-
8.2
Ep3
0
0
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dB
18.8
7
Acquisition : 1mm × 1mm (point par point, 1h30 )
dB
22.0
5
Ep2,3: Éprouvettes contenant
des défauts d’adhésion
Différences observées sur
les 2 défauts scannés
Comportement des ondes de
Lamb sur un défaut adhésif
plus complexe dans cette
configuration

LAMB WAVE INSPECTION
C-SCAN: Debonding in RTM/HTS sandwich structure
Ep2: RTM (5 mm thick) / FM300-2 / HTS (1mm thick)
Adhesive type defects
(Silicone based release
agent on top of FM300-2)
∅ 50
∅ 25
Portable Head with Fogale 0.4 MHz
HTS 1mm
FM300-2 bonding film
RTM 5mm
0.0 13.1 23.6
41.9
ATTÉNUATION
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dB
5 MHz Ultrasonic
Water Immersion
Method
9

LAMB WAVE INSPECTION: synthesis and conclusion
1st configuration : Structural mode (skin HTS / adhesive / RTM insert)
Fast and quick identification of adhesive defects in samples 2 and 3
Cohesive defect not detectable
Defect representation deformed ⇒ image processing but simple
2nd configuration : Skin mode
Good sensitivity for both adhesive and cohesive defects
lamb wave behaviour more cumbersome on cohesive defect
Peculiar response on adhesive defects of sample 3
- 1st configuration : good for adhesive defect type
- 2nd configuration : good results for both typers of defects to be confirmed for
cohesive one
- Sensitive to sample flatness
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INTERFEROMETRIE ACOUSTIQUE - RTUIS
(Real Real Time Ultrasonic Imaging System)
System
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 1
Référence : Interférométrie
ultrasonore

RTUIS - Principe
Génération de deux faisceaux ultrasonores
faisceau pièce (collection des ondes transmises, diffractées
et diffusées)
faisceau de référence
excitation sinusoïdale de 2 à 5 MHz
2 traducteurs monocristaux (diamètre 100 mm)
Interférences à la surface d ’un liquide (Fréon)
Lecture du réseau d ’interférence par un faisceau laser
Filtrage optique
Capture de l ’image par caméra vidéo
Déplacement de la pièce à 30 m/mn (robot)
Filtrage (moyennage,..) e reconstitution par bandes
Stockage vidéo
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 2
Référence : Interférométrie
ultrasonore

RTUIS : Cartographie reconstituée
Elevon RAFALE - Caisson composite autoradio avec défauts téflons
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 3
Référence : Interférométrie
ultrasonore

INTERFEROMETRIE ACOUSTIQUE - RTUIS
(Real Real Time Ultrasonic Imaging System) System
Avantages et désavantages
+ La plus rapide des techniques ultrasonores
+ Grande résolution spatiale
+ Grande sensibilité
+ Bon rapport qualité prix avec robotisation
- Immersion des pièces
- Quantification difficile
- Traitement des images nécessaire et interprétation difficile
- Pas transportable
Applications
Pièces de moyennes dimensions immergeables
Rafale et Falcon : longerons, tunnel réacteur, élévon
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
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Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 4
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Présentation du module « Multi-Eléments »
• Rappels sur les traducteurs multi-éléments
– Principe et applications d’un traducteur multi-éléments
• Définition et paramétrage de traducteurs multi-éléments
– Définition / Discussion sur les lobes de réseau
– Lois de retards et modes de fonctionnement
• Simulation ultrasonore liée au multi-éléments
– Calcul de champ
– Interaction faisceau/défaut (Mephisto « ancien » )
– Modes d’inspections dynamiques (Mephisto « nouveau » )
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments

Rappels sur les traducteurs multi-éléments (1/4)
• Principe de fonctionnement d’un traducteur multi-éléments :
Un traducteur multi-éléments est un réseau d’éléments indépendants. L’application de lois de retards (ou loi de
« phase ») sur tout ou partie des éléments permet de maîtriser le faisceau ultrasonore rayonné.
Exemple : application d’une loi de retards pour focaliser en un point.
La loi de retards est calculée de façon à ce que les contributions de chaque élément arrivent en phase au point voulu.
Loi de retards
(émissions des éléments décalées)
Fronts d’ondes rayonnés
par chaque élément
- à un instant t 0
- à un instant t 1 > t 0
Trajets ultrasonores
Point de focalisation
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments

Rappels sur les traducteurs multi-éléments (2/4)
• Exemple de champ ultrasonore rayonné pour un réseau linéaire au contact
Sans loi de retards
(émissions simultanées de l’ensemble des éléments)
Avec une loi de retards (focalisation en un point)
(émission retardée sur chaque élément)
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments

Rappels sur les traducteurs multi-éléments (3/4)
Applications multi-éléments : adaptation à différentes configurations de contrôle
Plusieurs traducteurs pour inspecter une pièce
1 2
3
+ + +…
1
UN traducteur
+ paramétrages
différents +…
2
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments
3

Rappels sur les traducteurs multi-éléments (4/4)
• Applications multi-éléments : Modes d’inspections spécifiques
Balayage électronique
Balayage angulaire
Déplacement mécanique
Traducteur fixe +
Deflection du faisceau
Commutation électronique :
Sélection d’ éléments actifs
Image sectorielle
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments
Acquisitions à
hautes cadences

Traducteurs multi-éléments : définition et paramétrage
(1/12)
• Principales découpes de traducteurs multi-éléments
Annulaire Linéaire Matricielle Sectorielle
• Focalisation axiale • Focalisation axiale
• Déviation angulaire
Dans le plan de la découpe
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments
• Focalisation axiale
• Déviation angulaire
Dans toutes les directions

Traducteurs multi-éléments : définition et paramétrage
(2/12)
Traducteurs multi-éléments :
• Traducteurs immersion
• Traducteurs contacts
• Traducteurs SE (fonctions Emission/Réception Séparées)
• pastilles et lois de retards symmétriques OU NON par rapport au plan du traducteur
Immersion Contact SE
+ mise en forme sphérique / bifocale / trifocale / Fermat
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments

Traducteurs multi-éléments : définition et paramétrage
(5/12)
• Traducteurs multi-éléments et lobes de réseau
Un lobe de réseau correspond à un rayonnement ultrasonore non souhaité hors de la zone focale
imposée par la loi de retards.
Ce lobe de réseau apparaît lorsque les dimensions des éléments sont de l’ordre de la longueur d’onde
du traducteur. Il résulte des contributions des éléments qui n’interfèrent pas de façon destructive.
Réseau immersion d’ouverture 48x40 mm² , fréquence centrale 2 MHz
32 éléments de largeur 1.5 mm (~ λ/2 )
16 éléments de largeur 3 mm (~ λ)
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments

Traducteurs multi-éléments : définition et paramétrage
(6/12)
• Traducteurs multi-éléments et lobes de réseau
Mise en évidence des contributions des éléments, non destructives en dehors de la zone focale
Calcul du profil ultrasonore
pitch ~ λ/2 Pitch ~ λ
Point Focal
Pt focal
5.5 µs
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments
Lobes de réseau
Point focal

Simulation ultrasonore liée aux multi-éléments (2/8)
• Exemples de post-traitement : lois de retards
pièce cylindrique désaccostée
(pièce CAO 2,5D avec révolution)
Sans retards :
Dédoublement de faisceau
Avec retards :
Maîtrise du faisceau
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments

• Application de différentes formes d’onde
Pitch ~ λ/2
Simulation ultrasonore liée aux multi-éléments (3/8)
Pitch > λ
Loi de retards pour focaliser à 30°, profondeur 49 mm
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments
Lobe de réseau

Simulation ultrasonore liée aux multi-éléments (4/8)
• Application de différentes lois de retards
Loi uniforme Amplitude plus faible sur les bords du capteur
Reduction des lobes de diffraction
Loi de retards pour focaliser à 30°, profondeur 30 mm
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – module multi-éléments
multi- éléments

Smart Flexible Transducer
A flexible phased array transducer for
contact examination of components with
complex geometry
J. Poguet, Imasonic, France
O. Casula, C. Poidevin, CEA Saclay,
G. Cattiaux, IRSN

Context & objectives
Butt weld (2D)
Smart Flexible Transducer
No acoustical coupling
nozzle (3D)
The wedge of the transducer is
not matched to the geometry

Smart Flexible Transducer
US Field focused in 2D-component
(computation made by CIVA software)
Plane surface Irregular profile
(optimized coupling) (variable coupling thickness)
0 dB
45°
optimized characteristics
0°
? dB
Field Strongly Distorded

Smart Flexible Transducer
Improvement of the acoustical coupling
→ Replacement of the monolithic transducer by a
flexible phased array
Optimisation of the
acoustical coupling
Acoustical paths
focal Point
Application of a delay law adapted to the distorsion of
the transducer

Smart Flexible Transducer
Principle of the smart flexible phased array
plane interface :
Delay law to
time
focus waves 45°
Profile of the specimen
=
Distorsion of the flexible phased array
measured by a profilometer
Computation of element coordinates,
and the adapted delay laws
adapted Delay Law
Profilometer
time
optimised beam

Smart Flexible Transducer
Principle of the Smart Flexible phased array
Mechanical device …
→→ pushes the elements on the surface (acoustical ( acoustical coupling) coupling
… coupled to displacement sensors: sensors
→→ reconstruction of profile by an interpolation algorithm
distribution of linear piezoelectric elements
reconstructed profile
elements
focal Point

Smart Flexible Transducer
Inspection with Smart Flexible Phased Array on realistic
2D surface
35 mm
scanning
5 mm
Composed with 24 elements
Globale aperture : 48 x 20 mm²
reconstructed Profile
focal point

UT Acquisition System
2D Smart flexible
Prototype
Mechanical
system
24 linear
Piezoelectric elements
48mm - 2MHz
profilometer
Smart Flexible Transducer
The UT Multi2000 system drives the profilometer
and computes the delay laws adapted to the profile
In progress
Multi2000 System
• repetition rate ≈ 150 Hz
• max distorsion : 15 mm
• global accuracy < 2 %

Notch located in a welding
Smart Flexible Transducer
Examples of detection on irregular 2D surfaces (pipes)
Inspection of an overlay

Smart Flexible Transducer
Typical 3D Geometries in a nuclear plant
elbow
nozzle
cone

Matrix of
5 x 12 elements
Matrix distribution of
piezoelectric elements
moulded in a soft resin
Smart Flexible Transducer
Principle of the 3D smart flexible phased array
3D Profilometer :
Matrix distributions of springs
and displacement sensors

Smart Flexible Transducer
Principle of the 3D smart flexible phased array
instrumentation
Matrix of piezoelectric elements
12 x 5 elements
reconstructed shape

Smart Flexible Transducer
Test of flexibility of the 3D flexible phased array
Matrix phased array
(12 x 5 elements)
Transducer dimension
diameter = 50 mm
Length = 110 mm
Elbow with 75 mm diameter
Bending radius : 50 mm

Smart Flexible Transducer
UT Acquisition System driving the 3D-Smart phased array
Smart flexible Transducer
Profilometer
embedded
Multi2000 System
Driving the 64 elements
profilometer
elements

Matrix 6x5 elements
Detection parameters : 45°SW
θ incident = 36° depth = 11 mm
25°
• S/N ratio ~12 dB
scanning
45°
Smart Flexible Transducer
Detection of a longitudinal notch located in the intrados of an elbow
th. 10 mm
25°
Flexible
transducer
Mock-up of the intrados
Bending radius
R= 96 mm
Vertical notch
h=3.5mm
Øcylinder = 114mm

Conclusion
Design of a dedicated
Flexible Phased Array with
the CIVA software
Flexible phased array contact
transducer
+ real time profile measurement
+ Adaptive dynamic focusing
In progress
Smart Flexible Transducer
Validation of the phased array
design (frequency / pitch)
Control of the focal beam
transmitted through
irregular surfaces
Optimization of the 3D smart
flexible phased array

Simulation of Phased Array Techniques : Beam prediction
Smart Flexible Transducer
• Application : conception of an phased array technique to assess highly bended component
• Development of a semi-circular linear array + electronic commutation to keep 0° L-wave inspection
64 elements semi-circular array
10 MHz frequency
Electronic commutation (8/64)
Full coverage of the small radius part
3 mm
Composite
5 mm radius
Active elements

Smart Layers Technologies
Smart Layers Technologies
Partenaire de vos innovations

Présentation
Travaux de recherche depuis 1985
Applications industrielles depuis 1997
Brevet américain (Acellent Inc.)
Disponible en Europe depuis 2002maîtrise d’œuvre des projets européens

Objectifs
Surveiller dans le temps toutes modifications
structurales liées aux problématiques:
d’endommagements et de ruptures
de dégradation des assemblages soudés,
rivetés, vissés…
de délaminage critique
…
Surveiller la cuisson d’un composite
(Utilisation jusqu’à 400°C)

Principe
structure
Réseau de capteurs
Mesures
Activation
Interface
Electronique
Logiciels

Principe
Technologie de mise en réseau de capteurs
(circuit imprimé)
Technique de propagation d’ondes au sein
des matériaux
Capacité d’analyse d analyse
petites et grandes surfaces
structures 2D ou 3D

Composition
3 composants pour une solution complète
SMART Layer ®
Réseau émetteur / récepteur
SMART Suitcase ®
Unité portable de diagnostic
SMART Software (ACESS)
Logiciel d’application et de traitement

Smart Layer
Réseau de capteurs émetteurs / récepteurs
Technologie de films flexibles
Formes et tailles variées
1D, 2D, 3D
réalisation sur
mesure

Smart Layer
Réseau de capteurs émetteurs / récepteurs
Utilisation de différents types de capteurs:
piézo-électriques
fibres optiques
…
Smart Layers protégées contre les
incompatibilités électromagnétiques

Zoom sur…
Dimensions réelles du capteur:
Diamètre: 6,35 mm
Epaisseur: 0,25 mm

Installation Cas des composites
Smart Layer intégrée lors de la cuisson
Circuit
imprimé
Piézoélectrique
émetteur / récepteur
Plis composites
Smart Layer

Installation Cas des composites
Réseau de capteurs
Smart Layer
Aucune influence
sur les propriétés
du composite.
Plaque composite dans
laquelle est insérée la
Smart Layer

Installation Cas des métaux
Smart Layer installée en surface
Smart Layer sur un train
d’atterrissage
Smart Layer intégrée sur des panneaux sandwich
Smart Layer montée sur un panneau riveté

Zoom sur…

Zoom sur…

Smart Suitcase ®
Unité Portable de Contrôle
Instrument réalisant l’interface avec
le réseau de capteurs (Smart Layer ®)
Génération d’ondes et
acquisition de données
Smart Layer ®
Analyse des résultats
Smart
Suitcase ®

Smart Suitcase ®
Unité Portable de Contrôle
Spécifications techniques
30 canaux d’entrées / sorties (x N)
Programmation libre du générateur d’onde
Domaine fréquentiel: 61 µHz à 10 MHz
Acquisition des données à grande vitesse:
50 échantillonnages/sec
Largeur de bande d’entrée 25 MHz
Gain d’amplification: 10

Smart Software (Acess Acess)
Logiciel d’application d application et de traitement
Paramétrage des règles
de surveillance
Paramétrage des signaux
d’entrée/sortie
Analyse des signaux
Interprétation
personnalisée des données
Visualisation graphique
des résultats

Exemple de réalisation
Surveillance de l’intégrité l intégrité d’un d un réservoir
par enroulement filamentaire
Les capteurs 21-40
sont proches de la
surface externe.
Smart layer en ruban
Les capteurs 1-20
sont proches de la
surface interne.
Aluminium

Exemple de réalisation
Endommagement dû à un impact
endommagement

Zoom sur…

Exemple de réalisation
Localisation de l’endommagement
l endommagement
Les techniques de visualisation permettent
d’identifier identifier rapidement les zones endommagées
Localisation d’un impact

Contrôle In-Situ par ultrasons
Contrôle de “process” avec traducteurs ultrasonores
dans le moule pour des techniques d’injection de
pièces en plastique :
Pièces non renforcées
Pièces composite renforcées (RTM, LRI,RFI,..)
Advanced Technologies Development Center
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Objectives
Tracking and Control of R.T.M. process:
To insure the reliability of R.T.M. manufacturing with the
guarantee of the specified window process.
To insure an high quality of the R.T.M production according to
the lowest price.
Reduction of systematic post process Non Destrutive
Testing with:
Carrying out real time application to monitor and control the
quality of the RTM process mainly for the fabric polymerisation
In-situ Acoustic Ultrasonic technique
Advanced Technologies Development Center
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Principle
Monitoring &
remote control
information
Advanced Technologies Development Center
Ultrasonic
Receiving
Traductors
Mould
Inlet
Resin pipe
Ultrasonic
Emitting
Traductors
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CFC
Part
Resin Transfer
molding
machine Electronic board
for ultrasonic
outlet
pipe
processing
Acquisition &
monitoring
Computer

Resin Transfer Molding Process
Advanced Technologies Development Center
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Application demonstrative sample
outlet
D C
transducers
hinders
A
inlet
B
Sample model
Advanced Technologies Development Center
Preform with mould
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Manufactured sample
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Ultrasonic equipment
Ultrasonic
transducers
2 to 4 MHz
100% Band Pass
high sensitivity
180 °C
20 bars
Channel1
Advanced Technologies Development Center
R
Channel2
R
Channel3
R
E E E
Channel1
Channel2
G1
Channel3
G1
G1
8 channels
Multiplexer
8 Seperate
transmitters
80 dB
Amplifier
Analog to Digital
Converter
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Séquencer
Ultrasonic Multi-chanel
system
8 Separated Emitting
channels
8 multiplexed
Receiving channels
8 bits,100 MSP/s A.D.C

Ultrasonic Techniques
Receiver
transducer
Fabric
Mould
Transceiver
transducer
Transmission
Technique
Advanced Technologies Development Center
Transceiver
Receiver
transducer
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Reflection
Technique
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Transducer characteristics
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
-0,20
-0,40
-0,60
-0,80
-1,00
1,50
1,00
0,50
0,00
-0,50
-1,00
-1,50
2 MHz transducers diameter 12 mm relay 12 mm
250-276
Ascan
0 0,5 1 1,5 2 2,5
2804_1 -> 2 ep.0mm
Advanced Technologies Development Center
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
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250-276
0 10 20 30 40 50 60
4 MHz transducers diameter 6 mm relay 6mm
Ascan
0 0,5 1 1,5 2 2,5
20,00
18,00
16,00
14,00
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
2804_1 -> 2 ep.0mm
0 10 20 30 40 50 60
Sorting and matching transducers
FFT
FFT
Gain = 5 dB (100V)
F p = 2.5 MHz
F c = 2.25 MHz
BP = 111% (2.5 MHz)
Gain = 24.2 dB (50 V)
F p = 4 MHz
F c = 3.5 MHz
BP = 143% (5 MHz)

ANALYSIS
Signal amplitude variation
Time of flight variation
Spectral analysis
Frequency peak evolution
Central frequency evolution
Frequency bandwidth evolution
Advanced Technologies Development Center
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
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Analysis techniques
Ultrasonic waveform
Advanced Technologies Development Center
Puissance maximum
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Approfondissements CND par Ultrasons
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0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
6
5.5
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
Temps (minutes)
Spectrum power analysis
Fréquence maximum
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Temps (minutes)
Spectrum frequencies analysis

PROCESS PHASES DETECTION
resin
show up
Mould
End filling
Fabric
Impregnation
Advanced Technologies Development Center
ultrasonic amplitude /time characteristic
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
fabric
gelation
fabric
retrain
Vitrification
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Automatic process phases &
anomalies detection
residual
fluid
resin
show up
overfilling bubbles
Mould
filling
Advanced Technologies Development Center
Actual ultrasonic amplitude /time characteristic
Fabric
Impregnation
fabric gelation Vitrification fabric retrain
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Approfondissements CND par Ultrasons
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Experimental testing correlation
C-SCAN image of the
healthy healthy part
Advanced Technologies Development Center
Microscopy
C-SCAN image of the
porous part
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Approfondissements CND par Ultrasons
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Microscopy

Vo
lts
1,4
1,2
0,8
0,6
0,4
0,2
-0,2
Experimental processing correlation
1
resin in progress
Ultrasonic pressure / time characteristic Z1, Z2 & Z3
pressure release
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Advanced Technologies Development Center
time s
1,200
1,000
0,800
0,600
0,400
0,200
-0,200
gélification
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Approfondissements CND par Ultrasons
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zone1
zone2
zone3
0,000
0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000
Pression
puissance

Experimental material correlation
Advanced Technologies Development Center
ultrasonic amplitude characteristics
resin alone
fabric #1
fabric #2
injection delay 1
time (s)
injection delay 2
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Approfondissements CND par Ultrasons
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Validation sur pièces de faisabilité -
Pare - brise RTM
Encadrements de pare-brise n°2 et n°4
Instrumentation du moule avec 2X8 traducteurs (8 voies de mesure)
Épaisseurs inspectées : 12 mm à 27 mm
Advanced Technologies Development Center
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Approfondissements CND par Ultrasons
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Validation sur pièces de faisabilité -
Pare - brise RTM
sortie 1
entrée
Moule de faisabilité
instrumenté
Advanced Technologies Development Center
sortie 2
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Approfondissements CND par Ultrasons
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Validation sur pièces de faisabilité -
Pare - brise RTM
vue de la face externe du
moule de faisabilité
Advanced Technologies Development Center
Montage du capteur
ultrasons
Capteur ultrasons
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Approfondissements CND par Ultrasons
Vue de la face interne du
moule de faisabilité
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tension (V)
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
Validation sur pièces de faisabilité -
Pare - brise RTM
0
Dépouillement des résultats :
pare-brise n°2
(sous presse)
Amplitude max (signal récepteur redressé)
0:00:00 0:30:00 1:00:00 1:30:00 2:00:00 2:30:00 3:00:00 3:30:00 4:00:00
temps (h:mn:s)
Advanced Technologies Development Center
voie00
voie10
voie01
voie11
voie02
voie12
voie03
voie13
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Approfondissements CND par Ultrasons
Amplitude max (signal récepteur redressé)
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tension (V)
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
0
pare-brise n°4
(en étuve)
0:00:00 0:30:00 1:00:00 1:30:00 2:00:00 2:30:00 3:00:00 3:30:00 4:00:00
temps (h:mn:s)
Bon couplage en phase liquide Couplage médiocre
voie00
voie10
voie01
voie11
voie02
voie12
voie03
voie13

CONCLUSION - PERSPECTIVES
Potentiel confirmé, brevet Dassault Aviation.
Amélioration du couplage:
Couplage externe au moule:
“Smart layers”
Ultrasons laser et conventionnels
Couplage à travers le moule
Ultrasons laser avec fenêtre
Traducteurs avec relais
Couplage direct
Traducteur à l’interface moule / pièce (Smart layer)
Insonification globale = technique acousto-ultrasonique
Traitement global = réseau de neurone
Advanced Technologies Development Center
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PERSPECTIVES - "ACOUSTO - ULTRASONIC"
Advanced Technologies Development Center
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Approfondissements CND par Ultrasons
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ÉVALUATION DE LA QUALITÉ DES COLLAGES
PAR L'ANALYSE DES CATACTERISTIQUES NON
LINEAIRES DE L'EXAMEN ULTRASONORE
Aucune méthode n ’a à ce jour permis de bien quantifier la résistance d ’un joint de colle
Substrat 1
Joint de colle
Substrat 2
Direction Générale du Système d’Information
Rupture
cohésive
Rupture
adhésive
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1

Direction Générale du Système d’Information
Etude bibliographique
Origine des phénomènes non linéaires dans la
propagation des ondes acoustiques :
Déplacement des particules du milieu lors du passage de
l'onde (advection).
Réponse du milieu aux sollicitations de l’onde.
# liquide
= 1+
"
2!
Avec B/A : paramètre non linéaire
β = coefficient de non linéarité, rend compte de la
distorsion de l'onde acoustique lors de son passage dans
le milieu.
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Approfondissements CND par Ultrasons
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2

Direction Générale du Système d’Information
Etude bibliographique
Interprétation physique du paramètre non linéaire :
Action de la non-linéarité sur la propagation d'une onde plane de vitesse
particulaire u :
Vitesse de
propagation
c 0 +βu
c 0
c 0 -βu
f 0
Transformée de
Fourier
Vitesse de
propagation
z z
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Approfondissements CND par Ultrasons
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f 0
Transformée de
Fourier
2f 0
3f 0
3

Direction Générale du Système d’Information
Etude bibliographique
Méthodes de mesure du paramètre non linéaire :
1.Méthode isentropique
2.Méthode thermodynamique
3.Méthode par comparaison de phase
4.Méthodes des amplitudes finies
5.Méthode d’imagerie
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4

Direction Générale du Système d’Information
Etude bibliographique
Méthodes de mesure du coefficient de non
linéarité de solides :
1. Méthode Acousto-élastique
2. Génération d’harmoniques
3. Modulation de phase
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5

Direction Générale du Système d’Information
Etude bibliographique
1. Méthode Acousto-élastique :
Émetteur Récepteur
f 0
f 0
ΔP
Émetteur Récepteur
Vitesses
C L et C T
Variations
des vitesses
ΔC L et ΔC T
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Approfondissements CND par Ultrasons
Inconvénients :
- mesure in-situ
impossible
- de fortes variations
de contrainte sont
nécessaires
Avantage : méthode
très précise
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6

Contact
Capacitif
Interféromètre
laser
Direction Générale du Système d’Information
Etude bibliographique
2. Génération d'harmoniques :
Émetteur Récepteur
f 0
Émetteur
f 0
Émetteur
Récepteur
capacitif
P f0 et P 2f0
P f0 et P 2f0
interféromètre
f 0 P f0 et P 2f0
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Approfondissements CND par Ultrasons
Inconvénient : il faut
calibrer les traducteurs
de contact
Inconvénient : cette
méthode fonctionne
uniquement pour les
matériaux conducteurs
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7

Direction Générale du Système d’Information
Etude bibliographique
3. Modulation de phase :
Émetteur/Récepteur HF
2
+ 2c solide solide L '*
eau L + * solided
= e e T
2
+ c d
eau
1
L
eau
échantillon
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Approfondissements CND par Ultrasons
#
'1!
"
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d
Émetteur BF
L
2
d
échantillon
1 → Δφeau Émetteur/Récepteur HF Émetteur BF
2→ Δφ totale = Δφ eau + Δφ solide
&
$
%
()
()
tot
eau
8

Mise en évidence du coefficient de non linéarité β par une des
méthodes des Amplitudes finies : la Génération d’harmoniques est
la méthode la plus facilement applicable en contrôle industriel.
Principe : la valeur du coefficient de non linéarité est déduite à
partir de l’analyse de la distorsion de l’onde. On mesure les
amplitudes de la fondamentale et de la première harmonique en
simple transmission.
Générateur
US
Bilan de l’é l’étude
tude bibliographique
E R
Direction Générale du Système d’Information
FFT
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Approfondissements CND par Ultrasons
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PC
Oscilloscope
numérique
A
f0 f1 f2 f3
f
9

Réalisation du banc de caractérisation
Partie mécanique : bâti,
cuve, marbre, platines,
pièces de liaison, …
Chaîne de mesure :
traducteurs, câbles,
générateur US, oscilloscope
numérique, …
Direction Générale du Système d’Information
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
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1
0

Étude de la réalisation d’un d un mauvais collage
Résultats des essais mécaniques (lots A, B et C) :
Force de rupture =
6704 N
Direction Générale du Système d’Information
Force de rupture =
5727 N
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Force de rupture =
5831 N
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1
1

Étude de la réalisation d’un d un mauvais collage
Résultats des essais mécaniques (lots D, E et F) :
Force de rupture =
5486 N
Direction Générale du Système d’Information
Force de rupture =
1003 N
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Force de rupture =
1787 N
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1
2

Influence des propriétés du collage sur le coefficient
de non linéarité pour les collages Alu-Alu :
Amplitude du rapport A1/(A0*A0)
Direction Générale du Système d’Information
Résultats des essais réalisés
0,002
0,0018
0,0016
0,0014
0,0012
0,001
0,0008
0,0006
0,0004
0,0002
Alu(8mm)+Alu(20mm)
00V8HM/00V6D5 Freq=2,7MHz Width=2,2us Gain=10dB
0
0 50 100 150 200 250 300
Amplitude pp du signal émis (V)
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
F1 (ép.colle=0,23mm)
F2 (ép.colle=0,134mm)
F3 (ép.colle=0,119mm)
E1+cales (ép.colle=0,068mm)
E2+cales (ép.colle=0,094mm)
E3+cales (ép.colle=0,1mm)
E1 (ép.colle=0,061mm)
E2 (ép.colle=0,059mm)
E3 (ép.colle=0,042mm)
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1
3

Évolution du rapport A1/(A0*A0) en fonction de l'épaisseur
du joint adhésif pour les collages Alu-Alu :
Amplitude du rapport A1/(A0*A0)
Direction Générale du Système d’Information
Résultats des essais réalisés
0,0025
0,002
0,0015
0,001
0,0005
Alu(8mm)+Alu(20mm)
00V8HM/00V6D5 Freq=2,7MHz Width=2,2us Gain=10dB
Collages de type E
0
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
Epaisseur du film de colle (mm)
Collages de type F
Amp.pp du signal émis=153V
Amp.pp du signal émis=253V
Amp pp du signal émis=153V
Amp pp du signal émis=253V
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Approfondissements CND par Ultrasons
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1
4

Influence des propriétés du collage sur le coefficient de non
linéarité pour les collages HTS-Alu :
Amplitude du rapport A1/(A0*A0)
0,0035
0,003
0,0025
0,002
0,0015
0,001
0,0005
Direction Générale du Système d’Information
Résultats des essais réalisés
Peau HTS(3mm)+Alu(20mm)
00V8HM/00V6D5 F=2.7MHz Gain=10dB
0
0 50 100 150 200 250 300
Amplitude pp du signal émis (V)
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Cuisson F width=1,9us
Cuisson F width=1,5us
Cuisson E width=1,9us
Cuisson E width=1,5us
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1
5

Collages Alu-Alu :
Direction Générale du Système d’Information
Résultats des essais réalisés
Les collages de mauvaise qualité (type F) ont un rapport A1/(A0*A0)
plus élevé que celui des collages de bonne qualité (type E).
Un signal d'assez forte puissance doit être émis pour caractériser les
collages du point de vue de la non linéarité acoustique.
Des collages de bonne et de mauvaise qualité ayant une épaisseur du
même ordre de grandeur n'ont pas pu être obtenus.
Cette méthode ne semble pas être capable de différencier un bon et
un mauvais collage pour un joint adhésif ayant une épaisseur
supérieure à 0,17 mm.
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
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1
6

Collages HTS-Alu :
Direction Générale du Système d’Information
Résultats des essais réalisés
Les collages de mauvaise qualité (type F) ont un rapport A1/(A0*A0)
plus élevé que celui des collages de bonne qualité (type E).
Un signal d'assez forte puissance doit être émis pour caractériser les
collages du point de vue de la non linéarité acoustique.
La valeur du rapport A1/(A0*A0) dépend du nombre d'oscillations
constituant le train d'ondes.
L'évaluation de la qualité des assemblages ayant une peau HTS
d'épaisseur 1 mm n'a pas pu être réalisée en raison d‘une
superposition des échos.
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1
7

Mise en évidence de l'importance des conditions opératoires
(traducteurs, fréquences, forme de l’excitation, …) de façon à garantir
un fonctionnement de la chaîne de mesure dans son domaine linéaire.
Difficulté de réaliser des collages ayant une résistance adhésive ou
cohésive graduelle.
Difficulté d'obtenir des collages de bonne et de mauvaise qualité ayant
une même épaisseur de colle.
Mise en évidence de l'influence de la qualité du collage sur le rapport
A1/(A0*A0).
Direction Générale du Système d’Information
Conclusions
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Approfondissements CND par Ultrasons
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1
8

Système d’aide d aide au diagnostic
Centre de Développement Exploratoire
par
fusions de données
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 1
Référence : Fusion de données

Fusions de données appliquée au
C.N.D.
Fusion C.A.O.-E.N.D.
Fusion multi-secteurs
Fusion multi-techniques
Fusion C.A.O. - Medélisation
Centre de Développement Exploratoire
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 2
Référence : Fusion de données

Fusion de données C.A.O.-E.N.D.
Cartographie
ultrasonore
Centre de Développement Exploratoire
Recalage
x
Maillage
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Modèle
fusionné
Page : 3
Référence : Fusion de données

Fusion de données multi-secteurs
Secteur 1
Secteur 3
Centre de Développement Exploratoire
Cartographies
Secteur 2
Secteur 4
Modèle CAO simplifié
Zone de
recouvrement
Reconstruction
1 2
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
3
Repère de
localisation
4
Page : 4
Référence : Fusion de données

Fusion de données multi-techniques
Technique 1
Technique 3
Centre de Développement Exploratoire
Cartographies
Modèle CAO simplifié
Technique 2
Technique 4
Reconstruction
par rapport au
modèle CAO
simplifié
Repère de localisation
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 5
Référence : Fusion de données

Zone n°1
Contrôle du panneau extrados
de voilure du Rafale
Centre de Développement Exploratoire
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 6
Référence : Fusion de données

Zone n°2
Contrôle du panneau extrados
de voilure du Rafale
Centre de Développement Exploratoire
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 7
Référence : Fusion de données

Zone n°3
Contrôle du panneau extrados
de voilure du Rafale
Centre de Développement Exploratoire
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 8
Référence : Fusion de données

Schéma de principe de la fusion de
données
Modèles C.A.O.
(tel que conçu)
Images E.N.D.
Extraction
des
modèles
utiles
Centre de Développement Exploratoire
Modèles
C.A.O.-E.N.D.
Maillage
Maillage et
attributs
Fusion
Image de référence
Image attribut
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Approfondissements CND par Ultrasons
Image E.N.D.
fusionnée
Analyse
Traitements
statistiques
Page : 9
Référence : Fusion de données

Type de maillage
Centre de Développement Exploratoire
Élaboration du maillage.
Méthodes de maillage
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 10
Référence : Fusion de données

Centre de Développement Exploratoire
Recalage géométrique
But : Générer une image E.N.D. fusionnée
Image END Image de référence
Point de sélection
Transformation
Repère de localisation
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 11
Référence : Fusion de données

Maillage
Maquette pour la fusion de données
Centre de Développement Exploratoire
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Image
E.N.D.
1 / 3
Zone de
zoom
rendant la
sélection
plus
précise
Page : 12
Référence : Fusion de données

Centre de Développement Exploratoire
Image E.N.D. fusionnée
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 13
Référence : Fusion de données

Centre de Développement Exploratoire
Image épaisseur
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 14
Référence : Fusion de données

Correction de l’image l image E.N.D. fusionnée
en fonction de l’é l’épaisseur
paisseur
Formule appliquée :
Att_dB[ image END ] - k x Épaisseur[ image attribut ] = Att_dB[ image_corrigée ]
Centre de Développement Exploratoire
Image
corrigée
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 15
Référence : Fusion de données

Filtrage des défauts et
Localisation sur le modèle CAO
Anomalies
(Robustesse du traitement en
cours de validation)
outillage
Centre de Développement Exploratoire
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 16
Référence : Fusion de données

Centre de Développement Exploratoire
Recherche des défauts (3)
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 17
Référence : Fusion de données

Exportation des données dans
l’environnement environnement C.F.A.O.
Image résultat
Centre de Développement Exploratoire
Numérotation des
points
Décimation
Changement de repère
Export
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Modèle CATIA
Page : 18
Référence : Fusion de données

Centre de Développement Exploratoire
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 19
Référence : Fusion de données

Généralisation: cas de l ’empennage
’ empennage
horizontal du Falcon
Méthode et moyens de contrôle différents (système
LUIS)
Contrôle produisant trois cartographies
Images déformées
Définition C.A.O. différente
Centre de Développement Exploratoire
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 20
Référence : Fusion de données

Fusion de données multi-secteurs
Centre de Développement Exploratoire
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 21
Référence : Fusion de données

Génération - Réception LUIS
Centre de Développement Exploratoire
Miroir
Rayon
Axe du
dispositif
Pièce contrôlée
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 22
Référence : Fusion de données

Centre de Développement Exploratoire
Recalage géométrique
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 23
Référence : Fusion de données

Intérêts de la fusion de données
Regroupement d’informations de types différents
Aide à la décision
Gain de précision
Traitement automatique de données
Centre de Développement Exploratoire
Gain de productivité
Gain de fiabilité
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 24
Référence : Fusion de données

WP3 : Virtual NDT environment 3d data fusion
d1
a1,a2
d2
Direct link through chain list
x,y,zcste,
amp
Processed through CATIA V5 vb function
x,y,zcste
x,y,z,
d1,d2
a1,a2
2d Ndt data, acquisition matrix
Centre de Développement Exploratoire
Part under test
Scanning curve
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Corrected 3d, Ndt data, acquisition matrix
,
Ndt cad product & resources
Page : 25
Référence : Fusion de données

Application RTM
Rappels sur le contrôle des pièces RTM type
NCF :
Atténuation ultrasonore élevée (2α ≈ 5 dB/mm à 5
MHz)
Grande dispersion de l'atténuation (intervalle ≈ 40%)
Principaux défauts rencontrés :
manques de résine
grosses porosités isolées
petites porosités groupées
(délaminages)
Éprouvettes sélectionnées :
Matériau NCF0490/RTM6
Épaisseurs 2, 4 et 6 mm (4, 8 et 12 plis)
SAMPE 2005
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.

2
mm
mm
Application RTM - Coupe
micrographique
Exposé du problème :
Porosité
Amas de
résine
1 pli = 3 couches : 90°/+45°/-45°
mèches
Carbone
SAMPE 2005
Fibres de
Kevlar
≈ 0.5mm
Microstructure irrégulière ⇒ forte atténuation
ultrasonore
et grande dispersion
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.

Application RTM - Examen US
Méthode par réflexion en
immersion locale.
Balayage au pas de 2 mm.
Traducteur focalisé 5 MHz.
Enregistrement de la
totalité de l'A-scan :
Amplitude (UA)
128
96
64
32
-32
-64
-96
-128
A-scans
0
0 1 2 3 4 5 6
Temps (us)
e=2mm
e=4mm
e=6mm
Dispositif d'examen
SAMPE 2005
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.

Application RTM - Zones d'intérêt
Zones
sélectionnées
Amplitude de
l'écho de fond :
- faible
- moyenne
- forte
2 mm 4 mm 6 mm
Cartographie en amplitude corrigée
SAMPE 2005
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.

Application RTM - A-scan
écho
de surface écho de fond
Bruit de structure
échos réfléchis par la pièce écho réfléchi par le verre
SAMPE 2005
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.

© AIRBUS DEUTSCHLAND GMBH. All rights reserved. Confidential and proprietary document.
Radii
• General
All radii with more than 4 mm radius (inner or outer) are to
inspect
• Distinguish
Symmetrical Radius (standard)
Asymmetrical Radius
14/12/06 Page 1

© AIRBUS DEUTSCHLAND GMBH. All rights reserved. Confidential and proprietary document.
Parts with Radii
Spare
Radii
Fittings
14/12/06 Page 2

© AIRBUS DEUTSCHLAND GMBH. All rights reserved. Confidential and proprietary document. Manual
Squirter System for Spars (Long Parts)
14/12/06 Page 3

© AIRBUS DEUTSCHLAND GMBH. All rights reserved. Confidential and proprietary document. Manual
Squirter System for Spars (Long Parts)
• Frequency: 10 MHz
• TCG
• Squirter Diameter: 4 mm
• Distance Squirter – Surface: 1 - 2 mm
• Device: USM 25 / USM 35
• Movement: Manual, 3 or 5 traces
• Defects: Porosity, Delamination
14/12/06 Page 4

© AIRBUS DEUTSCHLAND GMBH. All rights reserved. Confidential and proprietary document. Manual
Inspection by Hand (Small Parts)
Radius
Transducer
Backwall
3 mm FBH
Curve
14/12/06 Page 5

© AIRBUS DEUTSCHLAND GMBH. All rights reserved. Confidential and proprietary document. Asymmetrical
Radii
• Problem: No Backwall Echo
Complex ultrasonic beam
Not clear behaviour of ultrasonic beam
• Impulse / Echo ultrasonic inspection is not possible
• Approach: Manual Ultrasonic through transmission
Delamination
Not suitable for porosity
14/12/06 Page 6

© AIRBUS DEUTSCHLAND GMBH. All rights reserved. Confidential and proprietary document. Automatic
Systems (Current Invest at Stade)
• Nutronic
Parallel B-Scan-Technique
• iNDT
Curved Array probe
14/12/06 Page 7

RTM - Porosité
C-SCAN image of the
healthy healthy part
DGIA - CDE
Microscopy
C-SCAN image of the
porous part
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
Microscopy
Page : 1
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Porosité par ECF
2D - analysing
by Micro-Cut
3D - analysing
by Micro-CT
3D - analysing
by Micro-CT
DGIA - CDE
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
P MC
Microcut Porosity
P V
Volume Porosity
P A
Surface Porosity
Page : 2
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Porosité par ECF
DGIA - CDE
8
7
6
A PE [dB/mm]
5
4
3
2
1
Ultrasonic Attenuation coefficient
Pulse-Echo Technique contact
Sensor 5MHz, Back wall echo evaluation
Gradient of Porosity
GP=A/Pv (db/mm/%)
~0,5 ~0,5
0
0 2 4 6 8 10 12 14
3D - Volume Porosity Porosity [%] [%]
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
C-scan testing
ALOK 1/1
manual
A-scan testing
Page : 3
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Porosité par ECF
Ultrasonic Attenuation coefficient
Through Transmission Technique
Sensor 1MHz, 4mm jet of water, squirted
DGIA - CDE
6
5
4
A TT [dB/mm]
3
2
1
0
Ultrasonic through- transmission squirter techniques
-1
0 3 6 9 12 15
Porosity [%]
3D - Volume Porosity
Gradient of Porosity
GP=A/Pv (db/mm/%)
~0,33 ~0,33
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
Page : 4
Référence : Interférométrie
ultrasonore

A PE [dB/mm)
Porosité par ECF
DGIA - CDE
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0.000
Ultrasonic Attenuation coefficient
Pulse-Echo Technique contact
y = 0.6812x
R 2 = 0.9727
Gradient of Porosity
GP=A/Pv (db/mm/%)
~0,68
-2.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00
EC Surface Porosity S/S 0 PE
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
Page : 5
Référence : Interférométrie
ultrasonore

PANNEAU STABILISE FM 300 150g/m²
Atténuation US (dB)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
DGIA - CDE
Plaques RTM
Plaques SN116 RTM
Matériau T800 / 5245
Kevlar/914
0 1 2 3 4 5 6 7
Epaisseur (mm)
REVETEMENT COTE OUTILLAGE
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
Page : 6
Référence : Interférométrie
ultrasonore

DGIA - CDE
Porosité par ECF - Conclusion
Porosity can be detected and classify for both
pulse-echo and by through-transmission-technique
For both ultrasonic techniques
an attenuation coefficient and a linear gradient of porosity has been defined
This coefficent is only valid
for the investigated CFRP material and depends on the used
ultrasonic equipment
These results are valid for CFRP-Laminates
up to 15 mm of thickness (up to 20 mm is in development)
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
Page : 7
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Ultrasonic characterisation of porosity in CFRP
Characterisation of concentrated porosity
Manufacturing of localised porosity in CFRP
Stacking of 28 unidirectional layers
Eight porous central plies (pre-cured at ambient pressure)
Stacking of 20 additional plies (10 on each side)
Curing the sandwich in autoclave cycle (7 bars)
10 safe plies
8 porous plies
10 safe plies
DGIA - CDE
Photomicrograph
model
Modelling propagation medium
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
Page : 8
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Ultrasonic characterisation of porosity in CFRP
Characterisation of concentrated porosity
Ultrasonic analysis without porosity
Ultrasonic analysis in the presence of porosity
DGIA - CDE
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
Page : 9
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Ultrasonic characterisation of porosity in CFRP
Characterisation of concentrated porosity
• Comparison simulation / measurement results
DGIA - CDE
Simulation
Amplitude
2
1
0
-1
-2
-3
x 10 4
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Time (µs)
Frequency (MHz)
10
9
8
7
6
5
4
3
Measurement
STFT Time frequency
analysis (STFT)
STFT
2
Licence Plasturgie et Composites - 2006 0
Essais Non Destructifs
1 2 3 4
Time (µs)
5 6
Page : 10
Référence : Interférométrie
ultrasonore

A class
B class
C class
Ultrasonic characterisation of porosity in CFRP
Characterisation of concentrated porosity
DGIA - CDE
Flat 5 MHz transducer
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais Non Destructifs
Focalised 7 MHz transducer
A Class (-6dB)
C Class (-18dB)
Page : 11
Référence : Interférométrie
ultrasonore

Ultrasonic characterisation of porosity in CFRP
Characterisation of concentrated porosity
DGIA - CDE
Position (mm)
Position (mm)
70
60
50
40
30
20
70
60
50
40
30
20
10
0
0 2 4 6
Time (µs)
UD composite, Bscan along the fiber direction
Porosity from the 10th to the 18th ply
0 0 500 1000 1500 2000 2500
10
10
0
0 2 4
Time (µs)
Licence Plasturgie et Composites - 2006
6
0 0 500 1000 1500 2000
Essais Non Destructifs
Backwall echo Amplitude
2500
Position (mm)
Position (mm)
70
60
50
40
30
20
70
60
50
40
30
20
10
Backwall echo Amplitude
Porosity within the first 8 plies!!
Backwall echo Amplitude has
the same mean value
on the 2 samples
Page : 12
Référence : Interférométrie
ultrasonore

GLARE manual Pulse echo Ultrasonic
inspection Technique (Airbus )
Variety of different GLARE® Lay ups complicates the
inspect- ability
Problem:
Sound attenuation because of
interface reflections
Licence Plasturgie et Composites - 2006
Essais non destructifs
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.

•Radii geometry
3 mm ≥ external Radius ≥ 12 mm
Internal Radius ≥ 3mm

•The defects
Delamination >
equivalent ∅ 5 mm
« not acceptable »

•The defects
Macro-porosities lenght
≥ 3 mm
« not acceptable »
Macro-porosities lenght
≥ 1 mm
« not acceptable »

•The defects
Resin « acceptable »
Resin « acceptable »

•The defects
Resin « acceptable »
Wave « not acceptable »
Radius < 1 mm « not
acceptable for ultrasonic
inspection »

ULTRASONIC ASCAN INSPECTION
Ultrasonic Equipement :
•EPOCH IV,
•5 MHz , diameter 6,35 mm,flat probe with delay,
(Panamétrics V201 / 5.0 / .25 )
• Technique pulse echo, Mode HF
•Specific reference specimen,(specific
radius,specific part)
•Flat Standard reference specimen (step)

Radius Inspection
•Technique 1 : Using specific radius reference
specimen
Echo entrée
SIGNAL
A/Scan
Seuil à 50 %
Echo sortie
-Calibration : back echo 100% high screen (0 dB)
-Threshold : 50% (-6 dB)

Echo entrée
-Ascan analyzing
SIGNAL
A/Scan
Echo de défaut
SIGNAL
A/Scan
Echo de défaut
Disparition écho
sortie
Atténuation
écho de sortie
de –6 dB
Macro-porosity ≥ 3 mm
Macro-porosity ≥ 1 mm

-Ascan analyzing
SIGNAL A/Scan
Atténuation
écho de sortie
Micro-porosities

Radius Inspection
Technique 2 : Using flat standard reference
specimen
Standart reference
Equivalent thickness
Radius to be inspected
-Calibration with flat standard reference specimen :
•back echo 100% high screen (0 dB)
•Increase + 10 dB (due to % surface no contact
with composite)
-Ascan analyzing : idem technique 1

DIFFICULTIES
•100 % surface has to be inspected,
•Ascan inspection,(weary operator, no records…)
•Time of inspection too high
FUTUR (reduce time of inspection…)
•Ultrasonic phased array
•Specific probe
•Userfriendly interface software / operator

Application RTM
Rappels sur le contrôle des pièces RTM type NCF :
Atténuation ultrasonore élevée (2α ≈ 5 dB/mm à 5 MHz)
Grande dispersion de l'atténuation (intervalle ≈ 40%)
Principaux défauts rencontrés :
manques de résine
grosses porosités isolées
petites porosités groupées
(délaminages)
Éprouvettes sélectionnées :
Matériau NCF0490/RTM6
Épaisseurs 2, 4 et 6 mm (4, 8 et 12 plis)
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1

Composite RTM
?
Couche
unidirectionnell
e
Empilement de
couches
Comme tout composite
“classique classique”
RTM ≡
Application RTM
Procédé de fabrication
particulier
Direction
0°
Pli
arrangeme
nt plis dans
un moule
injection de
résine sous
pression
composite
“RTM RTM”
- ensemble de plis (empilement de couches 90°/+45°/-45° )
- moule : géométrie et dimensions quelconques
- aspect multi-échelles
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
2
Ce Modélisation document est la propriété de intellectuelle la propagation de DASSAULT ultrasonore AVIATION. Il ne peut dans être utilisé, les reproduit, matériaux modifié ou composites communiqué sans obtenus son autorisation. par DASSAULT le procédé AVIATION de Proprietary fabrication Data. RTM 3

2
mm
mm
Application RTM - Coupe micrographique
Exposé du problème :
Porosité
Amas de
résine
Centre de Développement Exploratoire
1 pli = 3 couches : 90°/+45°/-45°
mèches
Carbone
Fibres de
Kevlar
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
≈ 0.5mm
Microstructure irrégulière ⇒ forte atténuation
ultrasonore
et grande dispersion
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
3

Application RTM - Modélisation
Modélisation de l’atténuation atténuation par une formule générale
Filtrage fréquentiel par
une exponentielle
décroissante
du type :
fréquence angulaire
exp (-αα 0ωω pd) coefficient
spécifique
exposant
spécifique, spécifique
pas
nécessairement
entier
distance de propagation
dans le milieu
Note : relations de Kramers-Kroenig
Kramers Kroenig :
si l’attenuation l attenuation dépend de la fréquence, fréquence
alors la vitesse de phase aussi
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Ce Modélisation document est la propriété de intellectuelle la propagation de DASSAULT ultrasonore AVIATION. Il ne peut dans être utilisé, les reproduit, matériaux modifié ou composites communiqué sans obtenus son autorisation. par DASSAULT le procédé AVIATION de Proprietary fabrication Data. RTM
4
9

Application RTM - Modélisation -
Identification des phénomènes d’atténuation
d atténuation
Dans les matériaux composites réels
matrice polymérique
fibres (Carbone ( Carbone)
viscosité
diffusion
porosité (bulles bulles de gaz) gaz
diffusion simple
autres fibres (noeuds noeuds)
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
5
Ce Modélisation document est la propriété de intellectuelle la propagation de DASSAULT ultrasonore AVIATION. Il ne peut dans être utilisé, les reproduit, matériaux modifié ou composites communiqué sans obtenus son autorisation. par DASSAULT le procédé AVIATION de Proprietary fabrication Data. RTM 10

Application RTM - Modélisation
Modèle d'un milieu viscoélastique et à diffusion
multiple (modèle de Yang et Mal modifié):
Modèle à 3 phases couplé avec la théorie de la diffusion
multiple
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
6

la théorie de la diffusion multiple est nécessaire pour
des composites C-époxy C- époxy à taux de fibres élevé
modèle proposé : modèle de Yang et Mal modifié
- introduction de coefficients d’é d’élasticité
lasticité complexes afin de
prendre en compte la viscoélasticité
- couplage entre diffusion multiple et viscoélasticité
- cas du C-époxy C- époxy : atténuation linéaire avec la fréquence, fréquence,
∀ φφ
-
Conclusion : atténuation dans les couches
unidirectionnelles
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
7
Ce Modélisation document est la propriété de intellectuelle la propagation de DASSAULT ultrasonore AVIATION. Il ne peut dans être utilisé, les reproduit, matériaux modifié ou composites communiqué sans obtenus son autorisation. par DASSAULT le procédé AVIATION de Proprietary fabrication Data. RTM 29

e 1
e 3
e 5
e 7
e 9
Application RTM - Modélisation
Modélisation multicouche :
onde incidente R (onde réfléchie)
pli (90°/45°/-45°): homogène anisotrope
résine pure : homogène isotrope
Centre de Développement Exploratoire
T (onde transmise)
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
e 2
e 4
e 6
e 8
2
1,5
1
0,5
0
1.0
0.5
étude statistique : tirage
aléatoire des e i
coefficients de transmission :
0.2
0 5 10
Fréquence (MHz)
moyenne
8

Application RTM - Modélisation
Δ = variation maximale d’atténuation (vs. fréquence)
en émission - réception
Δ en dB
25
20
15
10
5
Centre de Développement Exploratoire
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
largeur bande traducteur
[ 3 ; 7 ] MHz
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Moyenne
14,4 dB
Expérim.
~ 15 dB
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
9

Conclusion : atténuation dans une plaque RTM
étude statistique de la réponse d’une d une plaque
- permet de retrouver les fluctuations d’atténuation atténuation,
l’irrégularité irrégularité géométrique de la microstructure en est l’origine l origine
- nécessité de prendre en compte les phénomènes
élémentaires d’atténuation d atténuation dans les différents milieux
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
1
Ce Modélisation document est la propriété de intellectuelle la propagation de DASSAULT ultrasonore AVIATION. Il ne peut dans être utilisé, les reproduit, matériaux modifié ou composites communiqué sans obtenus son autorisation. par DASSAULT le procédé AVIATION de Proprietary fabrication Data. RTM 41
0

Application RTM - Examen US
Méthode par réflexion en
immersion locale.
Balayage au pas de 2 mm.
Traducteur focalisé 5 MHz.
Enregistrement de la
totalité de l'A-scan :
Amplitude (UA)
128
96
64
32
-32
-64
-96
-128
A-scans
0
0 1 2 3 4 5 6
Temps (us)
e=2mm
e=4mm
e=6mm
Centre de Développement Exploratoire
Dispositif d'examen
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1
1

Application RTM - Zones d'intérêt
Zones
sélectionnées
Amplitude de
l'écho de fond :
- faible
- moyenne
- forte
Centre de Développement Exploratoire
2 mm 4 mm 6 mm
Cartographie en amplitude corrigée
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1
2

Application RTM - Méthodologie de
caractérisation
END par
Ultrasons
Centre de Développement Exploratoire
Exploitation
Transformée
temps-fréquence
A-SCAN représentatif de zone saine ou de défaut
Images temps-fréquence
Traitement de l'image
Caractéristiques
Système expert
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Diagnostic
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1
3

Application RTM - Traitements
Séquence des traitements :
Application de la TCG (correction temporelle de l'amplitude).
Extraction de la partie utile du signal (entre écho d'entrée et
écho de fond) = signal représentatif de la structure du
matériau.
Transformée en ondelettes pour 5 instants (pris à intervalle
régulier dans la partie utile) et 5 fréquences autour de la
fréquence centrale (3, 4, 5, 6, 7 MHz), soit 25 coefficients
complexes.
Calcul du Module de la transformée, soit 25 valeurs réelles à
analyser pour l'élaboration du diagnostic.
pour chacun des A-scans de la zone sélectionnée.
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1
4

Application RTM - A-scan
écho
de surface écho de fond
Bruit de structure
échos réfléchis par la pièce écho réfléchi par le verre
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1
5

Application RTM - Scalogrammes de A-scan
écho de surface écho de fond écho de verre
Bruit de structure
Scalogramme des échos de pièce Scalogramme de l'écho de verre
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1
6

Application RTM - Traitements
Signal utile :
(durée déterminée
dans une zone
réputée saine)
Centre de Développement Exploratoire
Amplitude (UA)
400
300
200
100
-100
-200
-300
0
0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4
Temps (us)
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
A-scan corrigé
Signal utile
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1
7

Application RTM - Traitements
Transformée avec un nombre limité de coefficients :
2500 coefficients
Centre de Développement Exploratoire
7 MHz
6 MHz
5 MHz
4 MHz
3 MHz
Module de la transformée
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
25 coefficients
Ce document est la propriété intellectuelle de DASSAULT AVIATION. Il ne peut être utilisé, reproduit, modifié ou communiqué sans son autorisation. DASSAULT AVIATION Proprietary Data.
1
8

Application RTM - Bases de données
Bases d'Apprentissage et de Test :
10X10 A-scans dans chaque zone sélectionnée (100 jeux de
coefficients).
Association de l'état de santé (0 = sain, 1 défaut) pour chaque
jeu.
Regroupement de plusieurs zones caractéristiques dans une
même base.
Base de validation (ou d'Exploitation) :
Correspondant à la zone étudiée (état de santé non renseigné).
Centre de Développement Exploratoire
Module Etat
Fréquences 7 MHz 6 MHz 5 MHz 4 MHz
3 MHz de
Instants 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 santé
Jeu 1
Jeu 2
Jeu 3
…
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
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1
9

Application RTM - Analyse RN
Réseau final :
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
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2
0

Application RTM - Discussion
Résultats :
Analyse spécifique des zones
poreuses : la relation de
causalité entre les entrées et
la sortie est forte.
→ DIAGNOSTIC POSSIBLE
ET FIABLE
Analyse globale : la relation
de causalité est faible (taux
élevé de fausses alarmes et
d'omissions).
→ DIAGNOSTIC IMPOSSIBLE
Centre de Développement Exploratoire
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
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1
réponses
0
1
réponses
0
1,5
1
0,5
-0,5
1,5
1
0,5
-0,5
Zone
saine
échantillons
Zone
poreuse
Sortie vs N° du jeu
s s s
calculées
attendues
p p p
0
0 100 200 300 400 500 600
échantillons
calculées
attendues
Taux
Taux
60%
40%
20%
0%
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
100%
80%
60%
40%
20%
Intervalle
0%
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Intervalle
fausses alarmes
omissions
Taux de fausses
alarmes - omissions
fausses alarmes
omissions
2
1

Application RTM - Discussion
Cas des zones présentant des petites porosités :
Le taux et la taille des porosités sont insuffisants
pour affecter le signal de façon significative (dans les
conditions opératoires).
Cas des zones présentant des porosités isolées :
Les deux types de signaux (sain et poreux) sont
présents dans la même zone (surtout pour
l'épaisseur 2 mm). Il en résulte une représentativité
médiocre des données lors de l'apprentissage.
Centre de Développement Exploratoire
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
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2
2

Application RTM - Conclusions
Illustration de la dispersion
des caractéristiques tempsfréquence
du signal pour
des A-scans contigus. Cette
dispersion est
représentative de la
structure du matériau.
Mosaïque du module de la
Transformée en ondelettes d'un
ensemble de 10×10 A-scans
(signal utile)
Centre de Développement Exploratoire
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 mm
7,5 MHz
2,5 MHz
durée utile
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
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18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
2
3

Application RTM - Identification
Petites porosités groupées
(zone 24)
Centre de Développement Exploratoire
Zones d'amplitude moyenne
Titre : Présentation finale du 23 / 05 / 01
Porosités isolées
(zone 37)
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2
4

Non-Contact Ultrasound
COMPOSITES ANALYSIS
Application Note AN-305-1
Ultran iPass TM Ultrasonic System
3100 Research Drive, State College, PA 16801 USA
Ph: +1.814.466.6200 Fax: +1.814.466.6847
www.ultrangroup.com

Non-Contact Ultrasound: Composites Analysis
Application Note AN-305-1
Introduction
Contact or water immersion ultrasound provides
significant information about materials quality and
properties. However it cannot be applied to the early
stages of materials formation, for instance when they are
tacky or fragile. It is also not reliable for materials that
are porous, liquid sensitive, or when any type of contact
with a material is cumbersome. The Non-Contact
Ultrasound (NCU) mode is highly desirable for composite
applications.
Ultran has been working to create NCU since 1978,
however, the real breakthrough happened in 1997. That
is when we succeeded in creating piezoelectric
transducers characterized by phenomenal efficiency in air
and other gases from ~50 kHz to >5.0 MHz.
Complementing the NCU transducers are Ultran’s equally
novel ultrasonic systems and signal processing. Our
iPass ultrasonic system is customer-friendly. iPass
understands the significance of materials testing and
analysis, including the speeds required for various
applications.
iPass single and multi-channel systems have been fully
configured and installed for on-line and OA/QC analysis
of composites all the way from uncured to cured stages
and finished products.
Problems Solved by iPass
Inhomogeneous resin distribution detection
High resolution delamination and defect detection in
sandwich structures – CFRP, GFRP, and metal skins
bonded to each other or to NOMEX and foam cores
Applicable to very thick and attenuative composites
Porosity estimation
Fiber content, misalignment, and orientation
Through transmission and same side testing
Near theoretical PRFs for extremely high testing
speeds
Brief Description of iPASS
NCU Transducers
Arguably, the highest efficiency devices: approaching
those of conventional contact transducers. Frequencies
from 5.0 MHz. Active dimensions, 500mm. Beam geometry, planar, point, parabolic,
and compound. Robust construction and lightweight.
Ultrasonic and signal manipulation system
inPulse: 50-400 volt half and full square wave digital
burst pulser. Frequency range,

Non-Contact Ultrasound: Composites Analysis
Application Note AN-305-1
Non-Contact Ultrasound Techniques
Direct Transmission
Same Side Transmitter-Receiver – Pitch-Catch
AIR
AIR
T
T
AIR
R
Surface Waves
Longitudinal/Shear
Waves
Single Transducer – Pulse-Echo
R
AIR
Air + Test
Material
Transmission
Quantitative Detectability Example
Thickness
Reflections
Surfaces
Reflections
Ultrasonic reflection image
Defect, crack, delamination detection
Velocity, time-of-flight, thickness
measurements
Oblique incidence & refraction for shear
wave and anisotropy measurements
Transmittance measurement
Defect, delamination,
corrosion detection
Location of discontinuities
Surface profiling
Surface acoustic analysis
Reflectance measurements
Depth measurement
Object identification
Detection of side drilled holes (varying
from 0.5 to 6.3 mm) in 10 mm PMMA
with direct NCU transmission (1.0 MHz)
3100 Research Drive, State College, PA 16801 USA
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3

Non-Contact Ultrasound: Composites Analysis
Application Note AN-305-1
Observations and case studies by direct transmission and same side NCU imaging
All images are raw,
without special or post-signal processing.
No signal averaging was used in most cases.
Prepregs and consolidated laminates – defect detection and porosity measurement – figures 1 to 4
Fig. 1. Top: 1.5
mm CFRP prepreg
with trapped
protective papers
– 500 kHz
Bottom: 4.0 mm
CFRP prepreg
with trapped
protective film.
200 kHz
Fig. 3. Porosity in CFRP
composite. Left shows
zero porosity, middle and
right show gross porosity,
4%. 1.0 MHz and
500 kHz.
Fig. 2. CFRP composite.
Uncured (left) and cured
(right). Lighter regions in
cured material indicate
porosity, also confirmed in
uncured state by thin
section microscopy.
500 kHz
By permission of HEXCEL
Composites, UK.
Fig. 4..19 mm CFRP-GFRP
cylindrical* composite section
showing bonded and severely
disbonded regions. 140 kHz.
Severity of bond quality can be
estimated by quantitative analysis
shown in cross-sectional profiles.
*Shape effects have been
eliminated and edge effects
substantially reduced by special
NCU techniques.
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4

Non-Contact Ultrasound: Composites Analysis
Application Note AN-305-1
Large GFRP panels – defects, delaminations, and density variations – Fig. 5
Honeycomb sandwich structures – defects and delaminations – figures 6 to 10
Fig. 7. 19 mm Al honeycomb with
0.25 mm Al skins. 500 kHz.
Fig. 6. 13 mm NOMEX
with 1 mm CFRP skins.
1.0 MHz
Fig. 8. 50 mm NOMEX honeycomb
with 2 mm CFRP skins. 200 kHz.
Fig. 9. 10 mm Al-Al
honeycomb
helicopter
component
140 kHz
Fig. 10. Very high
resolution in GFRP
skins NOMEX
composite.
1.0 MHz
Fig. 5. Very large
panels of 4 mm
GFRP composite
with overt defects.
500 kHz.
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5

Non-Contact Ultrasound: Composites Analysis
Application Note AN-305-1
High temperature graphitized woven carbon fiber composites for texture analysis and defect detection –
figures 11 and 12
SMC materials -- Homogeneity and fiber orientation detection – Fig. 13
Carbon-Carbon disc brakes – density variations and defects – figures 14 and 15
Fig. 15. Jumbo jet brake section. 200 kHz.
Fig. 11. 3 mm C-C
composite with severe
texture variation and
porosity.
500 kHz.
Fig. 13. Unwanted glass
fiber alignment in an
otherwise homogeneous
sheet molded composite
with chopped fibers.
500 kHz.
Fig. 14. High
performance automobile
brake. 200 kHz.
3100 Research Drive, State College, PA 16801 USA
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6
Fig. 12. Another sample
with overt defects,
analogous to Fig. 11.

Non-Contact Ultrasound: Composites Analysis
Application Note AN-305-1
Very high resolution NCU of composites – figures 16
Sequence of scientific advancements in NCU techniques development – Fig. 17
1 st stage: Good data. 2 nd stage: High resolution 3 rd stage: V. high resolution 4 th stage: Extremely high resolution
Fig. 17. Systematic evolution of NCU imaging techniques advancement. Here a specified material has been analyzed at 500 kHz with new
and proprietary techniques, exhibiting immense improvement in NCU resolution and detectability.
Conclusions
The Ultran iPass ultrasonic system is characterized by
a wide range of frequencies from

Non-Contact Ultrasound: Composites Analysis
Application Note AN-305-1
What Ultran Provides
We supply complete NCU systems and laboratories
suitable for customers’ needs. These also include
specifically designed transducer libraries so that you
do not have to waste time in R&D.
On-line NCU systems configured to customers’
applications and environment of testing.
Science and technology transfer targeted to your
needs. We take the responsibility of hands-on training
of our customers.
We maintain several ultrasound materials analytical
laboratories. We are fully equipped to provide
feasibility, in-depth analysis, and R&D.
Sales Representatives
HEAD OFFICE
The Ultran Group
3100 Research Drive
State College, PA 16801 USA
Tel: +1.814.466.6200
Fax: +1.814.466.6847
Email: info@ultrangroup.com
EUROPE
NDT Solutions Ltd.
Dunston Innovation Centre
Dunston Road
Chesterfield
S41 8NG, UK
Tel: +44 (0) 1246 267550
Fax: +44 (0) 1246 269381
Email: sales@ndtsolutions.com
ITALY
Pierluigi Carni
Via B. Angelico, 1
24047 Treviglio – BG, Italy
Tel: +39 340 9125410
Email: plcarni@katamail.com
JAPAN
Ken Automation
Tatsuya Yaoita
Hiranuma 1-11-12
Yokohama KMH Bldg., Nishi-Ku
Yokohama 220-0023
Tel: +81.45.290.0432
Fax: +81.45.321.6590
Email: yaoita@kenautomation.com
INDIA
Mahindra Intertrade, Ltd.
Mohan Raghvan
Mahindra Towers, Worli Road No. 13
Worli, Mumbai 400018
Tel: +91.(022) 2497.5580
Fax: +91.(022) 2495.1872
Email: raghvan.mohan@mahindra.com
3100 Research Drive, State College, PA 16801 USA
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8

END WINGLET -Essais de faisabilité
Objectif: Détecter des fissures dans la mousse
Méthodes évaluées:
• Ultrasons air en transmission (CDE)
• Ultrasons jets d'eau en transmission (BZ)
• Laminographie X (DIGIRAY)
• Radiographie X (clichés pas encore numérisés) (Arg)
Eprouvette d'essais:
•Revêtements RTM (ep.4.3mm) polymérisés collés
•Pains de mousse (ep 20 mm) brisés, mis bout à bout pour le mieux
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 1

Eprouvette d 'essai
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 2

Copyright© 2000-2006 Digiray Corporation
DIGIRAY MLX ® MOTIONLESS LAMINOGRAPHY
TRANSMISSION LAMINOGRAPHY SLICES
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 3

64 DETECTORS
CND 391RX PLACED ON X-RAY SOURCE
X-RAY
SOURCE
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 4
Copyright© 2000-2006 Digiray Corporation
SAMPLE

METALLIC GRID IN CND 391RX
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 5
Copyright© 2000-2006 Digiray Corporation

ADHESIV
E
IN CRACK
CND 391RX CRACK
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 6
Copyright© 2000-2006 Digiray Corporation
SEPARATION IN
FOAM PANELS
ADHESIVE
IN CRACKS

More cracks above
main crack in middle
CND 391RX CRACK
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 7
Copyright© 2000-2006 Digiray Corporation
VOIDS IN CRACK
ADHESIVE

Banc de Contrôle US-Air
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 8

Cscan US-Air sur l'éprouvette d'essai
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 9

C-Scan Jets d'eau Bz à 1 MHZ
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 10

Contrôle des décollements peaux/mousse
Défauts artificiels: inserts téflon entre les peaux (épaisseur 3.5 mm) et la mousse (épaisseur 20 mm)
φ 25
φ 50
END Winglet - essais faisabilité mousse fissurée CDE /Bz décembre 06 11

PROCEDURE, CERTIFICATION et METROLOGIE
ULTRASONORE
ULTRASONORE
Organismes
de normalisation (ISO, AFNOR, …)
de certification (COFREND, ASNT,..)
de métrologie ou d ’étalonnage (COFRAC, LNE,..)
de formation
Documents de référence
Codes (CODAP, ASME)
Standards ( ASTM, British Standards,..)
Normes (AFNOR, DIN, ISO, CEN, ..)
Arrêtés (appareils à pression,..)
Spécifications de contrôle ou procédure (entre fabricant et
client)
Instructions de contrôle (interne)
Blocs et cales d étalonnage (ASTM, IIW,…)
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 1
Référence : Interférométrie
ultrasonore

NORMES AFNOR - Exemples
NF A 04-311 - Produits sidérurgiques - Blocs d ’étalonnage - Examen
par ultrasons de pièces en Aciers
NF A 04-305 - Produits sidérurgiques - Contrôle des tôles fortes aux
ultrasons - Définition de qualités - Méthodes d ’essais
NF A 04-307 - Produits sidérurgiques - Détection par ultrasons des
défauts internes des produits longs autres que poutrelles, rails et
profilés analogues (contrôle manuel)
NF A 49-200 - Tubes en acier - Tubes sans soudure pour chaudières et
appareils à pressions - Contrôle par ultrasons - Définition de qualités -
Classes de contrôle et modalités d ’application
NF A 89-611 - Bloc de vérification de la constance de l ’étalonnage pour
le contrôle par ultrasons des assemblages soudés
NF A 09-320 - Vérification des caractéristiques des appareillages pour
contrôle manuel par ultrasons des produits métalliques
NF A 09-330 - Définition et vérification des caractéristiques des
faisceaux ultrasonores focalisés
NF A 09-331 - Estimation des dimensions des réflecteurs ultrasonores à
l ’aide de faisceaux ultrasonores focalisés
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 2
Référence : Interférométrie
ultrasonore

METROLOGIE ULTRASONORE - Caractéristiques à
mesurer
Document de référence
Normes AFNOR - A09 - 300, 320, 321, 326, 330, 340
Normes CEN /TC138 N230 et N237
Traducteurs
Caractéristiques fréquentielles
Caractéristiques électriques
Caractéristiques acoustiques
Blocs d ’étalonnage et cibles
Aspect et état
Géométrie et dimensions
Chaîne d ’essais
Installation d ’essai
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 3
Référence : Interférométrie
ultrasonore

METROLOGIE ULTRASONORE - Caractéristiques à
mesurer
Appareil à ultrasons
Caractéristiques générales
Aspect physique et état extérieur
Stabilité de fonctionnement
Caractéristiques à l’émission
Caractéristiques temporelles et fréquentielles
Caractéristiques à la réception
Linéarité verticale de la visualisation
Linéarité de l ’amplificateur
Linéarité de horizontale
Linéarité de la base de temps
Pouvoir de résolution
Zone morte, réponse en fréquence
Bruit
Précision de l‘ atténuateur
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 4
Référence : Interférométrie
ultrasonore

METROLOGIE ULTRASONORE - Bloc d ’étalonnage
’étalonnage
Direction de l'Inf ormatisation Généralisée
Master Science et Technologies CND - 2005
Approfondissements CND par Ultrasons
Page : 5
Référence : Interférométrie
ultrasonore

OUTILS D’IMAGERIE ET DE TRAITEMENT
DE SIGNAL DANS CIVA
• Représentation des données ultrasonores dans CIVA
Représentations conventionnelles
Représentations dans un repère associé à la pièce (CAO)
• Traitement de segmentation
Description de la méthode
Représentation des données après traitement
Applications
• Traitement de signal
Description des méthodes de traitement de signal
Applications
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Représentation des données ultrasonores dans CIVA
1 – Représentations conventionnelles
Le système de coordonnées de référence est défini par le repère de contrôle
(balayage, incrément et temps de vol)
→ Ascan, Bscan, Cscan, Dscan, courbes échodynamiques
2 – Représentations dans un repère associé à la pièce
Pièce plane (coordonnées : X,Y,Z)
Pièce cylindrique (coordonnées : R,ϑ,Z)
→ images Bscan vrai
→ superposition de la description CAO à l’image Bscan vrai
Représentations supplémentaires des données segmentées :
→ images Cscan vrai et Dscan vrai
→ changement de repère
→ superposition des données
→ visualisation des données en 3-D dans la pièce (CAO)
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Représentations des données ultrasonores dans CIVA
incrémen
t
Représentations conventionnelles
Temps de vol
amplitud
e
incrément
balayage
Temps de vol
incrémen
t
Temps de vol
Dscan
Cscan
Bscan
balayage
amplitude
Temps de
vol
Ascan Courbe échodynamique
balayage
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
balayage

Représentations des données ultrasonores dans CIVA
2 - Représentation des données dans un repère associé à la pièce
superposition de la description CAO à l’image Bscan vrai
→ chargement du fichier CAO
→ recalage en position (x et z)
z
x
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Représentations des données ultrasonores dans CIVA
2 - Représentation des données dans un repère associé à la pièce
1. Méthodes de recalage en profondeur
• par rapport à la surface : temps entre la surface et le début de numérisation (t 0 )
• par rapport au fond : temps de vol du fond de la pièce et épaisseur
• par rapport à un réflecteur de référence : temps de vol et profondeur du réflecteur
2. Recalage en x
D x : distance entre l’origine de la pièce et le départ en balayage
T 0 (

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Traitement de segmentation
• Description de la méthode de traitement
• Critères de sélection
• Représentation des données segmentées
- squelettisation
- lignes de crêtes
- changement de repère
- visualisation des données en 3-D dans la pièce
• Applications
- améliorations du rapport signal/bruit
- dimensionnement de défauts
- comparaisons entre simulation et expérience
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans
CIVA
Segmentation 2-D : segmentation des images Bscan ou Bscan vrai
z
1 - sélection des points représentatifs du signal (Ascan)
Paramètres :
T>Tempo
Sélection des points sur les alternances positives
2 - segmentation des points sélectionnés
Pas entre les tirs
A
α
A 1
seuil • type de signal (alternances positives, signal
redressé, enveloppe)
• seuil en amplitude
• critère de temps (tempo)
B
x
n n+1 n+2
Condition pour relier les points sélectionnés (A and B) :
la distance entre B and A 1 (projection du point A sur le tir
suivant) doit être inférieure au critère de temps DT.
Paramètres pour le calcul de la projection :
direction de segmentation (α) et distance entre les tirs
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Segmentation 2-D : segmentation d’images Bscan ou Bscan vrai
Exemple :
Temps de vol
Temps de vol
Bscan
n-1 n n+1
Bscan segmenté
1
2
Segmentation des points sélectionnés
Sélection des points représentatifs
Tir n-1
Tir n
Tir n+1
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Segmentation 3-D : regroupement des segments sur les images Cscan et Dscan
1 - segmentation de chaque ligne de balayage (traitement 2-D)
2 – regroupement des segments (traitement 3-D)
• calcul de la projection des segments
• conditions de regroupement des segments :
- recouvrement des segments projetés sur
l’axe de balayage (+/− critère de balayage)
- recouvrement des segments projetés sur
la direction de segmentation (+/- critère de projection)
- les segments sont sur des lignes consécutives
- les segments appartiennent à la même famille (écho de surface non regroupé avec un
écho de défaut)
3 – Représentation des données segmentées
représentation par défaut : contour des groupes
représentations particulières : squelettisation, lignes de crête
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
profondeur
Direction de balayage
Δ Δ 1
2
Δ1 Δ2 1
direction de
segmentation
2

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Segmentation 3-D : regroupement des segments
Exemple :
incrément
Cscan
balayage
Segment de la ligne n
Segment de la ligne n+1
incrément
Direction de
segmentation
Direction de balayage
Cscan segmenté
balayage
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
ligne n
ligne n+1

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Sélection des segments et des groupes après segmentation
Critères de sélection : amplitude, nombre de points, nombre de lignes, suppression des
échos permanents, temps de vol, balayage
Exemple de sélection sur un critère de temps
incrément
Dscan vrai
profondeur
incrément Dscan vrai après sélection
profondeur
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Représentations particulières liées à la segmentation
Squelettisation :
incrémen
t
Intérêt : facilite l’analyse des images pour la caractérisation des défauts
(ex. retassures dans un composant en acier moulé)
Paramètres : critère de longueur et de largeur (Δ diagonale et Δ longueur )
Les groupes sont représentés par des points, des segments ou des lignes lorsque les
dimensions du groupe sont inférieures à l’un (ou au 2) des critères Δ diagonale et Δ longueur
1
balayage
Cscan
2
incrémen
t
1
Cscan segmenté
balayage
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
2
incrémen
t
Cscan segmenté squelettisé
1
balayage
2

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Représentations particulières liées à la segmentation
Lignes de crêtes :
Temps de vol
Intérêt : amélioration du dimensionnement en profondeur
Paramètres : critères de balayage et de temps de vol
Les groupes sont représentés par des lignes reliant le milieu (ou les points d’amplitude
maximale) des segments constituant le groupe
Bscan
balayage
incrément
Dscan
Temps de vol
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
incrément
Dscan ‘lignes de crêtes’
Temps de vol

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Représentations des données segmentées
Y
Changement de repère : (X,Y,Z) (X p ,Y p ,Z p )
→ comparaison des données acquises dans des repères de contrôle différents
X
Z p
Y p
X p
Z
X
Y
Repère 1 Repère 2 Repère commun
Y
X
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
Z
X
Y
Yp
Xp

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Représentations des données segmentées
visualisation des groupes en 3-D dans la pièce
Données segmentées
(groupes)
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Applications
Incrément
Temps de vol
Exemple d’amélioration du rapport signal sur bruit (aciers austénitiques moulés)
Cscan
Balayage
Cscan segmenté
Seuil inférieur au niveau de bruit
Bscan Bscan segmenté
Balayage
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
Cscan segmenté
Sélection of des plus grands
groupes (nombre de points)
Bscan segmenté
après sélection

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Applications
exemple : dimensionnement en hauteur d’une fissure
incrément
Dscan
Temps de vol
écho de
difraction
Dscan segmenté
représentation ‘lignes de crètes’
épaisseur
profondeur
écho de coin
→ détection de l’écho de diffraction le long de la fissure
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
diffraction
après réflexion

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Applications
Comparaisons expérience/simulation (Champ-Sons ++)
Calcul de champ sur une pièce complexe
• calcul du champ rayonné dans la pièce
• mesure expérimentale du champ en transmission
• segmentation des données expérimentales et simulées
• superposition et comparaison des résultats
Ondes transversales Ondes longitudinales
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
Simulation
acquisition

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Applications : comparaison expérience/simulation (Méphisto)
Exemple : calcul des échos de géométrie sur un fond irrégulier
Réference
Bscan vrai simulé
délardages
cordon de soudure
Bscan vrai expérimental
Superposition des données
Réference cordon de soudure
délardage
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
Simulation
acquisition

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Module de caractérisation : outil basé sur l’analyse de la phase
Principe :
1. sélection d’un écho à analyser sur l’image bscan
2. sélection d’un zoom autour de l’écho (en manuel ou en automatique)
3. reconstruction d’un bscan de caractérisation ne contenant que l’écho
4. calcul de la phase du signal sur chaque ascan du ‘Bscan caractérisation’
Temps de vol
Exemple : déphasage de 180° entre le haut et le bas d’un défaut plan non débouchant
Bscan segmenté
2
balayage
1
Bscan caractérisation
haut
Phase=-70°
Bscan caractérisation
Phase=110°
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
bas

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Méthodes de traitement de signal
• Filtres
1. Description des filtres
2. Applications
• Méthodes de déconvolution
1. WIENER
2. Double Bernouilli Gaussienne
3. Parametrique
4. Exemples : amélioration de la résolution temporelle, du rapport signal/bruit
• Traitement ‘Split Spectrum’
1. Méthode
2. Applications : amélioration du rapport signal/bruit
• Transformée en Ondelettes
1. Méthode
2. Applications : amélioration du rapport signal sur bruit, extraction d’écho
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Filtres :
redressé, enveloppe, passe-bas, passe-bande, rejecteur et filtre soustraction
Exemples : amélioration du rapport signal sur bruit avec un filtre passe-bande
Signal courant
Temps de vol
Bscan
balayage
Paramètres du filtre
Temps de vol
Bscan filtré
balayage
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
Signal filtré

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
exemple : élimination d’un écho permanent avec le filtre ‘soustraction’
Elimination de l’onde latérale lors d’un contrôle en TOFD
Signal courant
Bscan Bscan filtré
balayage
Signal de référence
Soustraction du signal de référence au signal courant
Temps de vol
Signal filtré
balayage
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
Temps de vol

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Méthodes de déconvolution
La déconvolution WIENER
Principe :
Division du spectre d’un signal synthétique idéal par le spectre d’un signal de
référence (expérimental) fonction de transfert applicable à l’ensemble des
signaux d’un fichier
Paramètres de traitement :
• définition du signal de référence
• paramétrage du spectre idéal (fonction de pondération, limites fréquentielles, rapport
d’amplitude entre le spectre de référence et la fonction de pondération)
Applications :
Amélioration du rapport signal sur bruit, de la résolution temporelle…
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Déconvolution WIENER
Exemple : amélioration du rapport signal sur bruit
Signal expérimental
Appliqué au Cscan :
incrément
Filtrage passe-bas
Cscan brut Cscan filtré
balayage
incrément
balayage
Signal filtré
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
La déconvolution Double Bernouilli Gaussienne (DBG)
Méthode
1. La réflectivité du milieu est simulée par une séquence d’impulsions générées par une loi
de Bernouilli
2. La convolution de la réponse impulsionnelle du milieu par le signal de référence donne
un signal réfléchi simulé
3. Le signal réfléchi simulé est comparé au signal expérimental (recherche du maximum de
vraissemblance)
Paramètres
• signal de référence
• niveau de bruit (bruit superposé au signal simulé)
• variance du signal (rapport entre l’ondelette de référence et le signal expérimental)
• nombre d’échos (nombre moyen d’impulsions géneré par la loi de Bernouilli)
Applications
• amélioration de la résolution temporelle, du rapport signal/bruit
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
La déconvolution Double Bernouilli Gaussienne (DBG)
• Exemple : amélioration de la résolution temporelle pour le dimensionnement en hauteur
Signal d’entrée
temps de vol
1
d’une fissure
Appliqué au Bscan :
2 3
• signal de référence : écho mesuré sur un trou génératrice
balayage
représentation de l’amplitude
Bscan brut Bscan déconvolué
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
temps de vol
1
2
balayage
3
1. écho de diffraction
2. écho de coin

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
La déconvolution Paramétrique
Méthode
1. Le signal réfléchi simulé est une somme pondérée, décalée et déphasée du signal
de référence
2. Le signal simulé est comparé au signal expérimental (recherche du maximum de
vraissemblance)
Paramètres
• signal de référence
• niveau de bruit (bruit superposé au signal simulé)
• écart minimum entre échos (décalage minimum entre les échos du signal simulé)
• nombre maximum d’échos (nombre d’échos en sortie)
Applications
• amélioration de la résolution temporelle, du rapport signal/bruit
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
La déconvolution Paramétrique
Exemple : amélioration de la résolution temporelle pour le dimensionnement en hauteur d’un petit défaut
Signal d’entrée
Paramètres :
temps de vol
1
Appliqué au Bscan :
2
Niveau de bruit =1
Écart min entre écho = 0.2
Nombre maximum d’échos = 2
balayage
signal de référence
représentation de l’amplitude
Bscan brut Bscan déconvolué
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
temps de vol
1
2
balayage
1. écho de diffraction
2. écho de coin

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Traitement Split Spectrum
Principe : filtrage par découpage du spectre
1. multiplication du spectre par des fenêtres de pondération de largeur inférieure à
la bande passante du signal et de recouvrement variable
2. transformation des bandes de fréquence en sous signaux par transformée de
Fourier inverse
3. recombinaison des sous-signaux : moyenne, minimum ..
Paramètres de traitement :
• paramètres de découpage du spectre (largeur et pas des fenêtres de pondération)
• algorithme de recombinaisons des sous signaux : moyenne, minimum ou
moyenne au carré des sous signaux …
Applications :
• amélioration du rapport signal/bruit
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Traitement Split Spectrum
Appliqué au Bscan :
Paramètres de traitement
signal courant Signal filtré
Bscan Bscan filtré
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans
CIVA
Transformée en Ondelettes
Principe : méthode d’analyse du signal dans le plan temps-fréquence
1. décomposition du signal en une suite d’ondelettes
2. application de traitements dans le plan temps-fréquence (filtrage, seuillage en
énergie) et reconstruction du signal à partir des coefficients d’ondelettes
Paramètres de traitement :
• résolution de la représentation dans le plan temps-fréquence (voix par octaves)
• valeur du seuil d’énergie dans le plan temps-fréquence
• visualisation de la densité d’énergie ou de la phase
• mode de reconstruction (signal reconstuit ou différence entre le signal courant et le
signal reconstruit)
Applications
• extraction d’un écho de forte amplitude du signal expérimental
• amélioration du rapport signal/bruit
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Transformée en Ondelettes
exemple : amélioration du rapport signal/bruit
Signal courant
Représentations temps/fréquence
Signal filtré
Appliqué au Bscan :
fréquence
Seuillage en énergie
temps
Bscan Bscan filtré
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
energy

Outils de traitement de signal et de traitement d’image dans CIVA
Transformée en Ondelettes
exemple : extraction d’un écho de forte amplitude
Signal courant
Appliqué au Bscan :
Bscan
fréquence
Seuillage en énergie (-10 dB)
Représentations temps/fréquence
temps
Seuil
Signal filtré
Bscan filtré (différence)
Formation Civa7 – Session 16-19 Juin 2003 – imagerie et traitement du signal
Différence (signal courant/signal filtré)