Implémentation de l’imagerie ultrasonore multi-éléments de pièces complexes à l’aide d’un bras robotisé

Résumé

Dans l’industrie, de nombreuses pièces mécaniques doivent être régulièrement inspectées car le maintien de leur intégrité structurelle est critique, une défaillance pouvant avoir de graves conséquences financières ou pire, humaines. Différentes techniques de contrôle non destructif ont donc été développées à cette fin. Il est souvent nécessaire d’obtenir des informations sur l’intérieur des composants à contrôler. Pour cela, les inspections ultrasonores ou par rayons X sont largement utilisées. La première comporte l’avantage d’être sans risque pour la santé humaine et plus flexible que la seconde car elle met en jeu des dispositifs plus compacts et généralement portatifs. De plus, des techniques avancées d’imagerie ultrasonore utilisant des sondes multi-éléments permettent d’obtenir des images de plus en plus précises, comme la méthode de focalisation en tout point (TFM pour Total Focusing Method) qui devient la référence dans ce domaine. Cependant, lorsqu’il faut vérifier des pièces de géométrie complexe, comme des raccordements de tuyaux, ou des pièces forgées, les inspections doivent être faites en immersion ou à l’aide d’un sabot qui se conforme à la surface concernée. Les ultrasons passent donc dans deux milieux de propagation différents et sont réfractés et déviés à l’interface. À cause de cela, il est difficile de bien paramétrer leurs inspections pour qu’elles soient fiables et répétables alors qu’il est nécessaire de détecter tous les défauts qu’elles pourraient comporter. En effet, une légère variation de la position de la sonde vis-à-vis de la pièce peut drastiquement changer le résultat de l’imagerie ultrasonore. Il peut donc être intéressant de les réaliser dans une cellule robotisée pour obtenir un contrôle complet sur l’orientation et la position de la sonde. Afin de définir cette position, on peut utiliser des simulations numériques, déjà développées depuis des dizaines d’années dans le domaine des inspections ultrasonores. Dans ce mémoire on se propose de mettre en oeuvre des simulations dans le cas de l’imagerie ultrasonore multi-éléments de pièces complexes. On utilisera une méthode par éléments finis pour prévoir la réponse de défauts de toutes formes. L’inconvénient de cette méthode est son temps de calcul long, qui est critique pour les simulations multi-éléments où l’on doit faire autant de simulations que le nombre d’émetteurs de la sonde. On choisira donc POGO, un logiciel de calculs par éléments finis sur carte graphique entièrement configurable et bien plus rapide que ceux utilisant le processeur central. De plus, on mettra en place une simulation hybride pour n’utiliser les éléments finis que dans la zone comportant potentiellement des défauts et des calculs analytiques pour le reste de la propagation ultrasonore. Enfin, on confrontera les images TFM simulées à des images TFM expérimentales dans des configurations simples pour commencer puis dans le cas d’un naseau raccordé sur un tuyau.

Date	22 nov. 2023
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))