Conception de traducteurs et techniques multi-éléments optimisés pour le contrôle non destructif ultrasonore

Optimization of transducers and phased-array techniques design for ultrasonic non-destructive testing

• Auteur / Autrice : Benoît Puel
• Direction : Dominique Lesselier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs (technologie)

Ultrasons

Contrôle non destructif

Résumé

Le contrôle non destructif par ultrasons vise à détecter et dimensionner des défauts à l'intérieur, ou à la surface de structures mécaniques à l'aide d'échographies. La mise en œuvre d'un tel contrôle peut se révéler complexe, en particulier lorsqu'on utilise la technologie multiéléments. Elle s'appuie sur des capteurs formés par un réseau d'éléments pilotés électroniquement indépendamment, lui conférant ainsi de nombreux avantages en termes d'adaptabilité et de polyvalence. Cependant, elle présente aussi le risque de générer des artéfacts, appelés lobes de réseau, nuisibles aux performances du contrôle. Pour s'affranchir de ces problèmes, en particulier lors de la phase de conception du contrôle, en termes de design et de pilotage du capteur, les experts s'appuient généralement sur les logiciels de simulation, tels que la plateforme CIVA développée au sein du CEA LIST. Le travail de thèse présenté propose d'automatiser ces études paramétriques, qui peuvent se révéler longues et délicates, à l'aide d'un outil d'optimisation. Celui-ci a été construit en connectant un algorithme évolutionniste avec les modules de simulation des contrôles non destructifs de CIVA. De plus, l'algorithme a été étendu pour prendre en compte des contraintes, définir une précision sur les variables, et résoudre des problèmes multi-objectifs. Une attention particulière a été portée sur la réduction du nombre de paramètres de réglage afin de rendre cet outil accessible à des utilisateurs ne maîtrisant pas les modèles d'optimisations. Afin de valider la procédure d'optimisation mise en œuvre, trois familles de paramètres influant les performances du contrôle par ultrasons ont été traitées. Ainsi, les paramètres de découpe de la pastille émettrice du capteur, puis ceux définissant sa position et son déplacement, et enfin ceux précisant les réglages électroniques ont été optimisés pour des configurations de contrôle. Les résultats ainsi obtenus mettent en évidence l'intérêt d'un tel outil, capable de fournir des résultats performants pour un temps de calcul raisonnable.

Ultrasonic non destructive testing aims to detect and sizing defects inside, or at the surface, of a mechanical structure using echograms. The design of this inspection can be complex, especially when phased-array techniques are used. These techniques, based on probes made of an array of separately driven elements, have many advantages regarding adaptability and versatility. Nevertheless, they also present risks to generate artefacts, called grating lobes, adverse to the inspection. To solve these problems, especially for the step of the design of inspections, experts usually rely on simulation software, such as the CIVA platform which is developed by the CEA LIST. The presented PhD works propose to automate these parametric studies, since can be both fastidious and complex: using an optimization tool. It has been built by connecting an evolutionary algorithm to simulation modules of CIVA. Moreover, the algorithm has been extended to take into account constraints, to define accuracy of the variables then to solve multi-objective problems. Particular attention has been paid on the reduction of the number of tuning parameters in order to make this tool available to end-users who do not master the models of optimization. To validate the proposed optimization procedure, three kinds of parameters, which have an influence on the performances of inspections, have been handled. Then, probe parameters of arrays design, those defining its position and displacement and those specifying electronic settings, have been optimized for a number of inspections. The results obtained underline the relevance of the tool as able to provide suitable results in a reasonable computational time.