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1DATAMET PR 2016-06 1Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Eric Hénault, 8 juin 2016 – FORUM SVTM 2016
Caractérisation des matériaux par analyse d’image(exemple de l’acier)
2DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 2DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
La métallographie quantitative consiste à évaluer des paramètres caractéristiques de structures métallurgiques sur une surface d’échantillon métallique.
La surface de l’échantillon est généralement polie miroir (inclusions) et souvent attaquée chimiquement (taille de grains…).
L’analyse d’image constitue une aide à la mesure pour le métallographe.
Des algorithmes de traitement des images numériques permettent d’obtenir des résultats que l’œil humain obtient difficilement.
Caractérisation des matériaux par analyse d’image
3DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 3DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Microscope optique (photonique) et loupe binoculaire
une caméra numérique est ajoutée
Microscopes électroniques
intègre le système de numérisation de l’image
Appareil photographique ou caméra avec optique
avec différents capteurs
Tomographe RX
photomultiplicateur, caméra, numérisation et déconvolution
Système d’acquisition d’image numérique
4DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 4DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Image matricielle
Image matricielle (couleur ou N&B)
Tableau de points (picture elements = pixels) répartis dans une trame régulière, généralement à maille rectangulaire ou carrée, parfois hexagonale.
La valeur associée (image monochrome) ou les valeurs associées (image couleur) à chaque pixel correspondent à l’intensité du signal.
5DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 5DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Traitements des images – Processus général de mesure
Positionnement du champ de mesure
Acquisition de l’image
Prétraitement de l’image (couleur en N&B, correction du bruit…)
Traitement de l’image (segmentation, transformations morphologiques…)
Mesures de paramètres
6DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 6DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Exemple de traitement d’image : Le seuillage
Le seuillage consiste à segmenter une image couleur ou à niveaux de gris en plusieurs classes.
7DATAMET PR 2016-06 7Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Logiciel MeTiSCaractérisation des inclusions ou des particules par microscopie électronique ou optique
10 µm
Exemples d’inclusions dans un échantillon d’acier
8DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 8DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Les paramètres caractéristiques des populations d’inclusion
Suivant l’étude, les paramètres principaux que l’on souhaite obtenir sont :
• les paramètres de taille : diamètre, surface,• les densités,• les paramètres de forme : allongement, circularité, • les paramètres de répartition : amas, alignement,
• les paramètres de phase : oxyde, sulfure, nitrure,• les compositions chimiques,• les associations de phases : inclusions multiphasées,
• les paramètres des normes : champ le plus sale, champ moyen
9DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 9DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Système MeTiS OPT – Configuration
Exemple de configuration de système
Le système est constitué d’un microscope optique motorisé en Z, d’une platine motorisée en X, Y et d’une caméra N&B.
10DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 10DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Exemple de configuration du système
Système MeTiS MEB – Configuration
11DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 11DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Mesure par MEB - Acquisition de l’image
G = 400
LD = 5 µm
12DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 12DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Mesure par MEB - Seuillage et détection des objets >LD
13DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 13DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Mesure par MEB - Acquisition au grossissement d’analyse
G=400 : detection
G=3000 : analyse
14DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 14DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Mesure MEB - Analyse des phases des inclusions
G = 3000
LD = 5 µm
Points d’analyse
élémentaire
15DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 15DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Système optique Système MEB + EDS
Mesure rapide et automatique
Il est nécessaire de réaliser une vérification des inclusions après la phase de mesure (suppression des artefacts)
Environ 20 min + 5 min / échantillon
Mesure automatique avec des résultats très précis (analyse chimique, qualité des images)
Temps de mesure élevé
Environ 2 à 12 h / échantillon
Metis : comparaison des systèmes OPT / MEB
Système MeTiS
16DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 16DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
[1,0
;2,0
[
[2,0
;3,0
[
[3,0
;4,0
[
[4,0
;5,0
[
[5,0
;6,0
[
[6,0
;7,0
[
[7,0
;8,0
[
[8,0
;9,0
[
[9,0
;10
,0[
[10
,0;1
1,0
[
[11
,0;1
2,0
[
[12
,0;1
3,0
[
[13
,0;1
4,0
[
[14
,0;1
5,0
[
>=
15
Equivalent diameter, µm
De
ns
ity
, N
be
r/m
m²)
Diameter < LD
Cartographie des inclusions
Histogramme des diamètreséquivalents
0
2000
4000
6000
8000
10000
0 5000 10000 15000 20000
x, µm
y, µ
m < 5.0
[5.0 - 10.0[
[10.0 - 15.0[
[15.0 - 20.0[
>= 20.0
Diameters
meTis : logiciel de traitement
Système MeTiS – Exemples de graphes
17DATAMET PR 2016-06 17Caractérisation des matériaux par analyse d’image
meTis : logiciel de traitement Résultats de normes
Possibilité d’obtenir automatiquement les résultats complets selon le principe des normes suivantes :
- ISO 4967 (2013)- DIN 50602 (1985)- ASTM E45 (2013)- JIS G 0555 (2003)- EN 10247 (2007)- ASTM E2283 (2008)*- NFA 04-108 (1986)*- NFA 04-115 (1987)*
* Uniquement sur des sessions OPTIQUE
Exemple de PV – ISO 4967
Système MeTiS – Les normes inclusionnairesDate
Réf.
Echantillons
Nuance Coulée Produit
Prélèv. Opérat.
Numéro d'échantillon 1 2 3 4 5 6
Repère d'échantillon
Conditions de mesure
Grossissement Limite de détection, µm
Numéro d'échantillon 1 2 3 4 5 6 Total
Nombre de champs 0
Surface, mm² 0
Nombre total de champs par indice
Indice
i fine épaisse fine épaisse fine épaisse fine épaisse
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Méthode A - Champ le plus sale pour chaque type d'inclusion
Type A B C D DS
fine
épaisse
Méthode B - Champ moyen pour chaque type d'inclusion
DS
fine épaisse fine épaisse fine épaisse fine épaisse
moy.
Indice s
Indice de propreté
D (globulaire)
A (sulfure) B (aluminate) C (silicate)DS
D (globulaire)
ImageLogo3V3Norme ISO 4967 - 2013
Méthode A et B
A (sulfure) C (silicate)B (aluminate)
Type d'inclusion
Type d'inclusions
18DATAMET PR 2016-06 18Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Logiciel METALIAMétallographie par Analyse d’Images
19DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 19DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Genèse de METALIA
La caractérisation de structures métallurgiques par métallographie quantitative est souvent délicate pour différentes raisons :
• les structures sont variées et complexes,
• il est difficile de définir le nombre de champs à observer pour obtenir la précision souhaitée,
• il est difficile d’assurer la répartition aléatoire des champs observés dans les zones de mesure,
• la sauvegarde des résultats et leur traçabilité sont délicats à réaliser (temps important nécessaire).
Développement d’une application d’aide à la mesure : METALIA
20DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 20DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Différentes structures caractérisées par METALIA
METALIA est composé de différents modules de mesure
Pourcentage
de phase
Taille de
grain
Profondeur de
décarburation
Largeur de
bande
Fraction de
gros grain
Globulisation et
ségrégation
Espacement
interlamellaire
Taille d’élément
de structure
21DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 21DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Différentes structures caractérisées par METALIA
METALIA est composé de différents modules de mesure
Forme du
graphite (fonte)
Taille de
particules
Espacement
inter-phase
Epaisseur de
couche
METALIA contient 26 modules de méthodes de mesure ou d’utilitaires pour répondre aux besoins multiples du métallographe.
22DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 22DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Méthode de mesure du % de phase seuillée (ferrite)
Exemple de traitement - Mesure du % de phase seuillée
Seuillage « Nettoyage » de l’image
Image initiale Image seuillée Image nettoyée
23DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 23DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Description de METALIA – Interface du logiciel
Exemple d’interface lors d’une mesure de taux de phase par seuillage.L’opérateur dispose à tout moment d’une vision précise de la progression de samesure au travers de la courbe de résultats, du nombre de champs et de la surfaceanalysée, ainsi que de la précision obtenue (variabilité V1 et V5).
24DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 24DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Exemples de PV de résultat automatique créé dans EXCEL®
25DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 25DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Temps de mise en données et de mesure rapide.
Possibilité d’effectuer les mesures sur un PC indépendant de la source d’acquisition sur des images couleurs ou N&B de tailles quelconques.
Critères d’arrêt définis pour garantir la précision attendue.
PV automatique au format EXCEL® (2003/2007/2010/2013).
Interface et PV en français et en anglais.
Traçabilité complète (sauvegarde des conditions de mesures…).
L’interface est disponible en français ou en anglais.
Ajout rapide de nouveaux modules en fonction des besoins des clients.
Conclusions
Les principales caractéristiques de METALIA sont les suivantes
26DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 26DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
METALIA est conçu pour répondre aux différents besoins de caractérisation des structures variées des échantillons.
Le but principal est de décharger le métallographe des contraintes qui ne sont pas celles de son expertise (échantillonnage, nombre de mesure, mesure quantitative…) et d’améliorer la précision des mesures.
Le métallographe peut se concentrer uniquement sur l’aspect qualitatif de la mesure.
Il reste le garant de la qualité du résultat.
A propos de METALIA
27DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 27DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
L’analyse d’image est couramment utilisée dans le domaine des matériaux, en particulier dans le domaine des aciers.
L’apport de l’analyse d’image dépend du type de mesure (apport partiel dans le cas des mesures de structure ou complet dans le cas des inclusions).
Les fonctions d’analyse d’images permettent d’accéder à des paramètres difficiles à évaluer et ceci de manière très rapide.
Le pilotage des équipements est nécessaire pour la mise en place de méthodes de caractérisations automatiques ou semi-automatiques.
Dans tous les cas de mesure, la qualité de préparation des échantillons est essentielle.
Conclusions
28DATAMET 2013-009 Présentation de METALIA V2 28DATAMET PR 2016-06 Caractérisation des matériaux par analyse d’image
Merci de votre attention
Eric Hénault
06 16 96 10 14
www.datamet.fr
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