Estimation de paramètres de forme d'un modèle 3D à partir d'images radiographiques multi-vues

Les aubes de turbine haute pression des moteurs d'avion sont soumises à des conditions thermiques et mécaniques extrêmes.Elles y résistent grâce à de multiples innovations, qui n'ont de sens que si des contrôles stricts sont effectués lors de leur production.Parmi les méthodes de Contrôles Non destructifs (CND), la radiographie par rayons X se distingue par sa capacité à imager la structure interne (complexe) de l'aube.En vue de répondre aux impératifs de la production, ce contrôle se doit d'être rapide, ce qui se traduit en l'acquisition et l'analyse d'un nombre restreint d'images radiographiques de l'aube, typiquement une dizaine.Dans ce cadre, le travail de thèse présenté dans ce manuscrit vise à développer une méthode de CND fondée sur un nombre réduit d'images radiographiques, pour l'identification et la caractérisation d'indications géométriques.La démarche choisie pour répondre à cette problématique consiste à créer un modèle 3D déformable de l'aube recalé à partir des images observées en utilisant une approche Projection-based Digital Volume Correlation (P-DVC).Les cotes à contrôler sont mesurées sur le modèle recalé sur les projections.La P-DVC repose sur la minimisation d'une fonction de coût faisant intervenir les résidus de projection, définis comme étant les différences entre les images observées et celles simulées numériquement.Dans un premier temps, une étude sur le bruit affectant une image radiographique a été conduite.Les propriétés du bruit affectant une image de blanc ont d'abord été déterminées (normalité, variance, corrélations spatiales), à partir desquelles celles du bruit affectant une image radiographique ont été inférées et vérifiées expérimentalement.Cela permet d'obtenir une mesure de référence pour interpréter les résidus de projection (niveau de bruit), et d'introduire une fonction de coût optimale vis à vis du bruit d'acquisition.En outre, les phénomènes physiques intervenant lors de la formation des images radiographiques se doivent d'être identifiés et correctement étalonnés pour simuler des images radiographiques réalistes, i.e. comparables à celles observées.Le durcissement du faisceau et la diffusion Compton sont les deux mécanismes physiques principaux qui entravent l'analyse quantitative des images. Des modèles paramétriques pour reproduire ces phénomènes sur les images simulées ont été proposés.Les paramètres associés sont identifiés de manière itérative par P-DVC.Les résidus de projection obtenus en utilisant le modèle nominal de l'aube (i.e. son modèle CAO) sont exploités pour identifier des indications géométriques.Leur quantification s'appuie sur la déformation de ce modèle, pour ajuster le modèle recalé susmentionné.Le modèle de déformation doit être suffisamment riche pour représenter la variabilité de forme attendue, tout en comportant un nombre minimal de paramètres pour assurer un meilleur conditionnement, et donc une plus faible incertitude.Un modèle inspiré du procédé de fabrication de l'aube a été construit.Il consiste en la partition de la pièce en plusieurs sous-parties : une représentant la surface externe, cinq représentant les différents éléments du noyau céramique décrivant la géométrie interne.Leur cinématique relative est donnée par un mouvement de corps-rigide, accompagné d'un facteur d'échelle pour tenir compte du retrait thermique.Les mesures d'épaisseur de paroi de l'aube calculées sur le modèle recalé sont proches de celles calculées sur un volume tomographique.Des pistes de réflexion pour améliorer la précision des mesures sont envisagées, dans l'optique de trouver une alternative économiquement plus intéressante que la tomographie et plus riche que les contrôles ultrasons actuellement opérés sur les aubes.En outre, le caractère générique de la méthode permet son application au CND d'autres pièces métalliques.High pressure turbine blades in aircraft engines are exposed to extreme thermal and mechanical conditions.They withstand them through multiple innovations, which demand strict controls to be carried out during their production.Among the Non Destructive Evaluation (NDE) methods, X-ray radiography offers the ability to image the internal (complex) structure of the blade.To meet the production requirements, this control must be fast, which translates into the acquisition and analysis of a limited number of radiographic images of the blade, typically around ten.In this context, the thesis work aims at developing a NDE method based on a limited number of radiographic images, for the identification and characterization of geometrical indications.The selected strategy to address this challenge consists in generating a deformable 3D model of the blade registered onto the observed images using a Projection-based Digital Volume Correlation (P-DVC) approach.The dimensions to be checked are calculated on the registered model.The P-DVC relies on the minimization of a cost function involving the projection residuals, defined as the differences between observed and numerically simulated images.First, a study of the noise present in radiographic images has been conducted.The properties of the noise polluting a flat-field image were first determined (normality, variance, spatial correlations), from which those of the noise of a radiographic image were inferred and verified experimentally.This provides a reference measurement to interpret the projection residuals (noise level), and to introduce an cost function optimal for the acquisition noise.Additionally, the physical phenomena involved in the formation of radiographic images must be identified and correctly calibrated to simulate realistic radiographic images, comparable to those observed.Beam Hardening and Compton scattering are the two main physical mechanisms that impede quantitative image analysis.Parametric models to reproduce these phenomena on simulated images have been proposed.The associated parameters are iteratively identified through P-DVC.The projection residuals obtained using the nominal model of the blade (i.e. its CAD model) are processed to identify geometric indications.Their characterization is achieved through the deformation of this model, so as to generate the above-mentioned corrected model.This deformation implies the design of a deformation model, which needs to be rich enough to represent the expected shape variability while containing a reasonable (i.e. small) number of parameters to ensure a good conditionning, and hence a low uncertainty.A model derived from the manufacturing process of the blade has been designed.It consists in the partition of the part into multiple subparts: one representing the external surface, five representing the different elements of the ceramic core describing the intern geometry.Their relative kinematics is given by a rigid-body motion, plus a scale factor to account for thermal shrinkage.The wall thickness measurements of the blade calculated on the registered model match well those calculated on a tomographic volume.Further reflections for improving the precision of the measurements are considered, with a view to finding an alternative economically more interesting than tomography and richer than the ultrasound controls currently carried out on the blades.Additionally, the generic nature of the method allows its application to the NDE of other metallic parts

Estimation de paramètres de forme d'un modèle 3D à partir d'images radiographiques multi-vues

High pressure turbine blades in aircraft engines are exposed to extreme thermal and mechanical conditions.They withstand them through multiple innovations, which demand strict controls to be carried out during their production.Among the Non Destructive Evaluation (NDE) methods, X-ray radiography offers the ability to image the internal (complex) structure of the blade.To meet the production requirements, this control must be fast, which translates into the acquisition and analysis of a limited number of radiographic images of the blade, typically around ten.In this context, the thesis work aims at developing a NDE method based on a limited number of radiographic images, for the identification and characterization of geometrical indications.The selected strategy to address this challenge consists in generating a deformable 3D model of the blade registered onto the observed images using a Projection-based Digital Volume Correlation (P-DVC) approach.The dimensions to be checked are calculated on the registered model.The P-DVC relies on the minimization of a cost function involving the projection residuals, defined as the differences between observed and numerically simulated images.First, a study of the noise present in radiographic images has been conducted.The properties of the noise polluting a flat-field image were first determined (normality, variance, spatial correlations), from which those of the noise of a radiographic image were inferred and verified experimentally.This provides a reference measurement to interpret the projection residuals (noise level), and to introduce an cost function optimal for the acquisition noise.Additionally, the physical phenomena involved in the formation of radiographic images must be identified and correctly calibrated to simulate realistic radiographic images, comparable to those observed.Beam Hardening and Compton scattering are the two main physical mechanisms that impede quantitative image analysis.Parametric models to reproduce these phenomena on simulated images have been proposed.The associated parameters are iteratively identified through P-DVC.The projection residuals obtained using the nominal model of the blade (i.e. its CAD model) are processed to identify geometric indications.Their characterization is achieved through the deformation of this model, so as to generate the above-mentioned corrected model.This deformation implies the design of a deformation model, which needs to be rich enough to represent the expected shape variability while containing a reasonable (i.e. small) number of parameters to ensure a good conditionning, and hence a low uncertainty.A model derived from the manufacturing process of the blade has been designed.It consists in the partition of the part into multiple subparts: one representing the external surface, five representing the different elements of the ceramic core describing the intern geometry.Their relative kinematics is given by a rigid-body motion, plus a scale factor to account for thermal shrinkage.The wall thickness measurements of the blade calculated on the registered model match well those calculated on a tomographic volume.Further reflections for improving the precision of the measurements are considered, with a view to finding an alternative economically more interesting than tomography and richer than the ultrasound controls currently carried out on the blades.Additionally, the generic nature of the method allows its application to the NDE of other metallic parts.Les aubes de turbine haute pression des moteurs d'avion sont soumises à des conditions thermiques et mécaniques extrêmes.Elles y résistent grâce à de multiples innovations, qui n'ont de sens que si des contrôles stricts sont effectués lors de leur production.Parmi les méthodes de Contrôles Non destructifs (CND), la radiographie par rayons X se distingue par sa capacité à imager la structure interne (complexe) de l'aube.En vue de répondre aux impératifs de la production, ce contrôle se doit d'être rapide, ce qui se traduit en l'acquisition et l'analyse d'un nombre restreint d'images radiographiques de l'aube, typiquement une dizaine.Dans ce cadre, le travail de thèse présenté dans ce manuscrit vise à développer une méthode de CND fondée sur un nombre réduit d'images radiographiques, pour l'identification et la caractérisation d'indications géométriques.La démarche choisie pour répondre à cette problématique consiste à créer un modèle 3D déformable de l'aube recalé à partir des images observées en utilisant une approche Projection-based Digital Volume Correlation (P-DVC).Les cotes à contrôler sont mesurées sur le modèle recalé sur les projections.La P-DVC repose sur la minimisation d'une fonction de coût faisant intervenir les résidus de projection, définis comme étant les différences entre les images observées et celles simulées numériquement.Dans un premier temps, une étude sur le bruit affectant une image radiographique a été conduite.Les propriétés du bruit affectant une image de blanc ont d'abord été déterminées (normalité, variance, corrélations spatiales), à partir desquelles celles du bruit affectant une image radiographique ont été inférées et vérifiées expérimentalement.Cela permet d'obtenir une mesure de référence pour interpréter les résidus de projection (niveau de bruit), et d'introduire une fonction de coût optimale vis à vis du bruit d'acquisition.En outre, les phénomènes physiques intervenant lors de la formation des images radiographiques se doivent d'être identifiés et correctement étalonnés pour simuler des images radiographiques réalistes, i.e. comparables à celles observées.Le durcissement du faisceau et la diffusion Compton sont les deux mécanismes physiques principaux qui entravent l'analyse quantitative des images. Des modèles paramétriques pour reproduire ces phénomènes sur les images simulées ont été proposés.Les paramètres associés sont identifiés de manière itérative par P-DVC.Les résidus de projection obtenus en utilisant le modèle nominal de l'aube (i.e. son modèle CAO) sont exploités pour identifier des indications géométriques.Leur quantification s'appuie sur la déformation de ce modèle, pour ajuster le modèle recalé susmentionné.Le modèle de déformation doit être suffisamment riche pour représenter la variabilité de forme attendue, tout en comportant un nombre minimal de paramètres pour assurer un meilleur conditionnement, et donc une plus faible incertitude.Un modèle inspiré du procédé de fabrication de l'aube a été construit.Il consiste en la partition de la pièce en plusieurs sous-parties : une représentant la surface externe, cinq représentant les différents éléments du noyau céramique décrivant la géométrie interne.Leur cinématique relative est donnée par un mouvement de corps-rigide, accompagné d'un facteur d'échelle pour tenir compte du retrait thermique.Les mesures d'épaisseur de paroi de l'aube calculées sur le modèle recalé sont proches de celles calculées sur un volume tomographique.Des pistes de réflexion pour améliorer la précision des mesures sont envisagées, dans l'optique de trouver une alternative économiquement plus intéressante que la tomographie et plus riche que les contrôles ultrasons actuellement opérés sur les aubes.En outre, le caractère générique de la méthode permet son application au CND d'autres pièces métalliques

Estimation de paramètres de forme d'un modèle 3D à partir d'images radiographiques multi-vues

High pressure turbine blades in aircraft engines are exposed to extreme thermal and mechanical conditions.They withstand them through multiple innovations, which demand strict controls to be carried out during their production.Among the Non Destructive Evaluation (NDE) methods, X-ray radiography offers the ability to image the internal (complex) structure of the blade.To meet the production requirements, this control must be fast, which translates into the acquisition and analysis of a limited number of radiographic images of the blade, typically around ten.In this context, the thesis work aims at developing a NDE method based on a limited number of radiographic images, for the identification and characterization of geometrical indications.The selected strategy to address this challenge consists in generating a deformable 3D model of the blade registered onto the observed images using a Projection-based Digital Volume Correlation (P-DVC) approach.The dimensions to be checked are calculated on the registered model.The P-DVC relies on the minimization of a cost function involving the projection residuals, defined as the differences between observed and numerically simulated images.First, a study of the noise present in radiographic images has been conducted.The properties of the noise polluting a flat-field image were first determined (normality, variance, spatial correlations), from which those of the noise of a radiographic image were inferred and verified experimentally.This provides a reference measurement to interpret the projection residuals (noise level), and to introduce an cost function optimal for the acquisition noise.Additionally, the physical phenomena involved in the formation of radiographic images must be identified and correctly calibrated to simulate realistic radiographic images, comparable to those observed.Beam Hardening and Compton scattering are the two main physical mechanisms that impede quantitative image analysis.Parametric models to reproduce these phenomena on simulated images have been proposed.The associated parameters are iteratively identified through P-DVC.The projection residuals obtained using the nominal model of the blade (i.e. its CAD model) are processed to identify geometric indications.Their characterization is achieved through the deformation of this model, so as to generate the above-mentioned corrected model.This deformation implies the design of a deformation model, which needs to be rich enough to represent the expected shape variability while containing a reasonable (i.e. small) number of parameters to ensure a good conditionning, and hence a low uncertainty.A model derived from the manufacturing process of the blade has been designed.It consists in the partition of the part into multiple subparts: one representing the external surface, five representing the different elements of the ceramic core describing the intern geometry.Their relative kinematics is given by a rigid-body motion, plus a scale factor to account for thermal shrinkage.The wall thickness measurements of the blade calculated on the registered model match well those calculated on a tomographic volume.Further reflections for improving the precision of the measurements are considered, with a view to finding an alternative economically more interesting than tomography and richer than the ultrasound controls currently carried out on the blades.Additionally, the generic nature of the method allows its application to the NDE of other metallic parts.Les aubes de turbine haute pression des moteurs d'avion sont soumises à des conditions thermiques et mécaniques extrêmes.Elles y résistent grâce à de multiples innovations, qui n'ont de sens que si des contrôles stricts sont effectués lors de leur production.Parmi les méthodes de Contrôles Non destructifs (CND), la radiographie par rayons X se distingue par sa capacité à imager la structure interne (complexe) de l'aube.En vue de répondre aux impératifs de la production, ce contrôle se doit d'être rapide, ce qui se traduit en l'acquisition et l'analyse d'un nombre restreint d'images radiographiques de l'aube, typiquement une dizaine.Dans ce cadre, le travail de thèse présenté dans ce manuscrit vise à développer une méthode de CND fondée sur un nombre réduit d'images radiographiques, pour l'identification et la caractérisation d'indications géométriques.La démarche choisie pour répondre à cette problématique consiste à créer un modèle 3D déformable de l'aube recalé à partir des images observées en utilisant une approche Projection-based Digital Volume Correlation (P-DVC).Les cotes à contrôler sont mesurées sur le modèle recalé sur les projections.La P-DVC repose sur la minimisation d'une fonction de coût faisant intervenir les résidus de projection, définis comme étant les différences entre les images observées et celles simulées numériquement.Dans un premier temps, une étude sur le bruit affectant une image radiographique a été conduite.Les propriétés du bruit affectant une image de blanc ont d'abord été déterminées (normalité, variance, corrélations spatiales), à partir desquelles celles du bruit affectant une image radiographique ont été inférées et vérifiées expérimentalement.Cela permet d'obtenir une mesure de référence pour interpréter les résidus de projection (niveau de bruit), et d'introduire une fonction de coût optimale vis à vis du bruit d'acquisition.En outre, les phénomènes physiques intervenant lors de la formation des images radiographiques se doivent d'être identifiés et correctement étalonnés pour simuler des images radiographiques réalistes, i.e. comparables à celles observées.Le durcissement du faisceau et la diffusion Compton sont les deux mécanismes physiques principaux qui entravent l'analyse quantitative des images. Des modèles paramétriques pour reproduire ces phénomènes sur les images simulées ont été proposés.Les paramètres associés sont identifiés de manière itérative par P-DVC.Les résidus de projection obtenus en utilisant le modèle nominal de l'aube (i.e. son modèle CAO) sont exploités pour identifier des indications géométriques.Leur quantification s'appuie sur la déformation de ce modèle, pour ajuster le modèle recalé susmentionné.Le modèle de déformation doit être suffisamment riche pour représenter la variabilité de forme attendue, tout en comportant un nombre minimal de paramètres pour assurer un meilleur conditionnement, et donc une plus faible incertitude.Un modèle inspiré du procédé de fabrication de l'aube a été construit.Il consiste en la partition de la pièce en plusieurs sous-parties : une représentant la surface externe, cinq représentant les différents éléments du noyau céramique décrivant la géométrie interne.Leur cinématique relative est donnée par un mouvement de corps-rigide, accompagné d'un facteur d'échelle pour tenir compte du retrait thermique.Les mesures d'épaisseur de paroi de l'aube calculées sur le modèle recalé sont proches de celles calculées sur un volume tomographique.Des pistes de réflexion pour améliorer la précision des mesures sont envisagées, dans l'optique de trouver une alternative économiquement plus intéressante que la tomographie et plus riche que les contrôles ultrasons actuellement opérés sur les aubes.En outre, le caractère générique de la méthode permet son application au CND d'autres pièces métalliques

Capteurs à impulsion pour la caractérisation des transferts thermiques entre une paroi et son environnement microclimatique en régime variable

Heat transfers between a wall with waterproof facing and the surrounding atmosphere depends on différent microclimatic causes (wind, rain, infra red ray, long wave length, absorbed solar radiation...) which ceaselessly vary in time. Their evolution is difficult to appreciate in a continuous way unless using an expensive experimental arrangement on the very spot. The main aim of the present work is the study and the realisation of parietal heat captors permitting to characterize globaly the evolution of heat transfer under the action of these microclimatic variations. It comes out of this study that these transfers can be characterized by wall temperature T p and by two pairs coefficients : as h and TE as h'0 and T' c0 (h coefficient of heat transfert referred to the wall; T E equivalent temperature; h'0 coefficient of heat transfert referred to the captor; T'c0 temperature of the captor). The measurement of pair h and TE needs a delicate regulation, where as pair h'0 and T'c0 can be definied by a captor with a simple programmable heat device : T'c0 is obtained by the temperature acquisition of a captor unheated and h'0 is obtained by the cooling law of the same captor as the previous one, but heated by impulse. Coefficient h et h'0 are not equal ( h'0 is higher than h) ; they are différent in the values of the convection coefficient for the established flow (hc) and for the thermal disturbance caused by the captor (hc0). With considerations about flow dynamics we show that h0c is directly bound to the coefficient of local friction, hence to speed u∞, of which coefficient h c is dependent too. The expérimental study of these captors shows they are rather sensitive to microclimatic variations and their time-constant is roughly equal to one minute (it varies from 40 s to 80 s, according to coefficient h'0). Then we can follow with a negligeable delay all the microclimatic variation superior or equal to 4 min., which is very satisfactory. Shorter variations are very poorly energetic and cannot meaningly influence heat transfers.Dans ce travail, nous avons voulu étudier le principe de capteurs pariétaux permettant de caractériser globalement l'influence des facteurs microclimatiques sur les transferts thermiques superficiels entre une paroi avec revêtement hydrofuge et son environnement en régime variable. Il ressort de cette étude que ces transferts peuvent être caractérisés par la température de paroi Tp et par deux couples de données : soit h et T E (h coefficient de transfert thermique lié à la paroi, TE température équivalente) soit deux grandeurs h' 0 et T'c0 directement liés au capteur. La mesure du couple h et TE nécessite un capteur avec une régulation délicate; alors que le couple h'0 et T'c0 peut être déterminé avec un capteur présentant un simple dispositif de chauffage programmable : T'c0 est obtenu par l'enregistrement de la température d'un capteur non chauffé, et h'0 par la loi de refroidissement d'un capteur identique au précédent mais chauffé par impulsion. Le coefficient h'0 lié à la perturbation thermique introduite par le capteur est supérieur au coefficient h. Par des considérations sur la dynamique de l'écoulement, nous retrouvons les corrélations expérimentales entre ces coefficients. L'étude expérimentale des capteurs montre que leur constante de temps est de l'ordre de la minute (elle varie en fonction du coefficient h'0 de 40 à 80 s dans le domaine de vitesse d'air exploré). Il est donc possible de suivre des fluctuations microclimatiques de durée égale ou supérieure à 4 min

Résultats éloignés de la saphénectomie

Thèse : Médecine : Université de Bordeaux : 1912N° d'ordre : 7

Capteurs à impulsion pour la caractérisation des transferts thermiques entre une paroi et son environnement microclimatique en régime variable

Dans ce travail, nous avons voulu étudier le principe de capteurs pariétaux permettant de caractériser globalement l'influence des facteurs microclimatiques sur les transferts thermiques superficiels entre une paroi avec revêtement hydrofuge et son environnement en régime variable. Il ressort de cette étude que ces transferts peuvent être caractérisés par la température de paroi Tp et par deux couples de données : soit h et T E (h coefficient de transfert thermique lié à la paroi, TE température équivalente) soit deux grandeurs h' 0 et T'c0 directement liés au capteur. La mesure du couple h et TE nécessite un capteur avec une régulation délicate; alors que le couple h'0 et T'c0 peut être déterminé avec un capteur présentant un simple dispositif de chauffage programmable : T'c0 est obtenu par l'enregistrement de la température d'un capteur non chauffé, et h'0 par la loi de refroidissement d'un capteur identique au précédent mais chauffé par impulsion. Le coefficient h'0 lié à la perturbation thermique introduite par le capteur est supérieur au coefficient h. Par des considérations sur la dynamique de l'écoulement, nous retrouvons les corrélations expérimentales entre ces coefficients. L'étude expérimentale des capteurs montre que leur constante de temps est de l'ordre de la minute (elle varie en fonction du coefficient h'0 de 40 à 80 s dans le domaine de vitesse d'air exploré). Il est donc possible de suivre des fluctuations microclimatiques de durée égale ou supérieure à 4 min

Développement de modules complémentaires au logiciel de simulation thermique SIMULA

Ce rapport présente la méthodologie utilisée pour réaliser le logiciel SIMULA. Il comporte : L'optimisation du calcul des coefficients d'amortissement et de déphasage des parois (module COFREP); Le traitement des masques et des taches lumineuses intérieures et la détermination automatique des flux solaires sur les parois (module Tache) ; La simulation thermique pour des périodes de temps variables, la paramétrisation de la période et du nombre des harmoniques; La simulation d'un bâtiment comportant des ambiances à renouvellement d'air variable ; Extraction des paramètres physiques de la simulation permettant la détermination des conditions de confort dans les ambiances

Développement de modules complémentaires au logiciel de simulation thermique SIMULA

Ce rapport présente la méthodologie utilisée pour réaliser le logiciel SIMULA. Il comporte : L'optimisation du calcul des coefficients d'amortissement et de déphasage des parois (module COFREP); Le traitement des masques et des taches lumineuses intérieures et la détermination automatique des flux solaires sur les parois (module Tache) ; La simulation thermique pour des périodes de temps variables, la paramétrisation de la période et du nombre des harmoniques; La simulation d'un bâtiment comportant des ambiances à renouvellement d'air variable ; Extraction des paramètres physiques de la simulation permettant la détermination des conditions de confort dans les ambiances