Brevet FR2058204A1 — publié le 19710528

La présente invention concerne un appareil pour supporter et indexer des pièces de dimensions relativement importantes, tel les que des panneaux, pour les soumettre à un examen interférométrique par holographie des zones successives de la pièce. Le développement récent du laser comme source de lumière hautement cohérente a stimulé le développement des techniques d'enregistrement et de reproduction photographique et fronts d'ondes lumineuses. Ces techniques qui constituent "l'holographie" diffère ae la photographie classique par le fait qu'elles utilisent une lumière cohérente qui permet d'enregistrer en plus de l'intensité, la phase relative en tout point du front d'onde, de façon que l'hologramme obtenu après développement du support photographique puisse être ultérieurement éclairé pour recréer la totalité des fronts d'ondes enregistrées et reproduire effectivement les objets tri-dimensionnels d'où émanaient les fronts d'ondes originaux Cette possibilité d'enregistrer et de recréer les fronts d'ondes a donné naissance à des techniques interférométriques par lesquelles on peut effectuer des mesures extrêmement précises des déformations d'un objet pendant une période donnée en comparant les fronts d'ondes qui émanent de'cet objet à deux instants différents.Un tel examen interférométrique par holographie peut être réalisé solt en formant deux hologrammes de l'objet à des instants différents sur la même plaque photographique, auquel cas elle est appelée "holographie par double exposition, soit en su perpcsant la reconstitution des fronts d'ondes émanant de l'objet à un premier instant a l'image reelle de l'objet à un instant ul zérieur, auquel cas la technique est appelée "holographie en temps réel".La demande de brevet des Etats-Unis,d'Amérique n 718 678 du 4 avril 1968, déposée par Ralph M.GRANT et William A.McCAUGHEY décrit en détail la technique de l'"holographie en temps réel" et ia demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 735 089 du 6 Juin 1968 déposée par Karl A. STETSON décrit en détail la technique de "l'holographie par double exposi- tion". Dans les deux cas, lorsque les images des fronts d'ondes sont sensiblement ccïncidantes, toute déformation de l'objet entre les deux instants apparaît sous la forme d'un réseau de franges sombre sur l'image, franges dont l'espacement est fonction de la déformation qu'a subi l'objet sur des axes joignant ses divers points à l'oeil de l'observateur.Les franges ainsi obtenues résultent des interférences lumineuses entre les deux images de l'objet. L'espacement des franges est une fonction de la déformation point par point de l'objet et de la longueur d'onde de la lumière utilisée. On peut réaliser une analyse extremement précise des déformations absolue et relative par une interprétation convenable des réseaux de franges à condition toutefois que les déformations de l'objet entre les deux observations ne dépassent pas certaines limites pratiques. La surface que l'on peut examiner en une seule fois par interférométrie holographique est sévèrement limitée par un certain nombre de facteurs, parmi lesquels la limite de cohérence des lasers disponibles. Par les techniques actuellement utilisées, la dimension maximale que l'on peut examiner ne peut dépasser environ 1 mètre.Le montage holographique devant s'effectuer avec une- précision extrême, l'examen interférométrique des pièces dont les dimensions dépassent ce maximum est lent et inapplicable à l'échelle Industrielle La présente invention concerne un appareil destiné à supporter l'équipement optoq-le utilisé dans. l'analyse holographique et à déplacer des pièces relativement grandes par rapport à cet équipement optique de façon à réaliser une indexation relative amenant rapidement les zones successives de la piece en positIon d'examen holographique de manière extrêmement stable de façon à permettre l'examen industriel de surfaces de dimensions relativement grandes0 D'une manière très générale, l'appareil comprend une table optique plane sur laquelle sont fixés tous les élé-ments optiques nécessaires à la formation d'un hologramme ei, éventuellement, la source lumineuse elle-même. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amériaue n 711 394 du 7 mars 1968, déposée par Robert H.GRANT@ décrit un type d'appareil susceptible ~ autre monté sur la table optique de la présente invention. La pièce à examiner est supportée sur le même bati que la table, un disposi- tif d'indexation permettant de déplacer la table optique et la pièce-parallelement et perpendiculairement l'une à l'autre, la pièce pouvant de plus subir une rotation par rapport à la table autour de son axe de déplacement parallèle. Une forme préférée de l'invention décrite en détail plus loin est particulièrement destinée à l'examen de panneaux rec tangulaires en "nids d'abeille incurvés autour de leur axe principal. De tels panneaux sont constitués par deux feuilles métalliques extérieures emprisonnant une âme formée de bandes mé- galliques normales au plan des feuilles de revêtement et formant un motif en nids d'abeilles. Les bords des cellules constituant l'amie sont fixés aux faces intérieures des feuilles de revêtement et l'interférométrie holographique peut être appliquée à l'analyse de ces liaisons, comme décrit plus en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 755 862 du 28 août 1968, déposée par Léonard A.KERSCH et Donald R.WELIS. Le procédé d'analyse des liaisons d'un panneau à cellules en nids d'abeilles décrit dans cette- demande de brevet consiste à réaliser une pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur du panneau, par plusieurs techniques différentes, et à utiliser l'interférométrie pour mesurer la déformation du panneau extérieur sous l'effet de cette pression. Les défaillances ou les faiblesses des liaisons apparaissent sous la forme d'anomalies de déformations qui sont clairement mises en évidence par les réseaux de franges obtenus par holographie en temps réel ou par double exposition. Dans une forme préférée de l'invention, un tel panneau est maintenu avec son grand côté horizontal par plusieurs ventouses qui adhèrent à sa face concave. Les ventouses sont montées sur une plaque support rectangulaire pouvant tourner autour de son grand axe qui est horizontal. Les tourillons d'extrémité de la plaque support sont montés de manière à pouvoir se déplacer sur la surface d'un bâti normal à l'axe du suppdrt. Une table optique est également montée sur le bâti de manière à se déplacer parallèlement à l'axe de rotation de la plaque support. le système de déplacement de la table optique comprend un mécanisme d'indexation au moyen duquel la table peut automatiquement être déplacée d'intervalles discontinus. Dans une forme de l'invention, la table porte le laser qui est la source de lumière cohérente, ainsi que les miroirs et autres éléments optiques nécessaires pour la production d'un hologramme d'une zone du panneau. Dans une autre forme de réalisation, le laser estsolidaire du bâti pour améliorer sa stabilité et un système de miroir dirige son faisceau parallèlement à l'axe de déplacement de la table où il est capté et transmis aux autres organes optiques. Par une combinaison de mouvements de rotation et de translation de la plaque support et du mouvement d'indexation de la table Earallèlement à l'axe de rotation de la plaque, les organes optiques sont mis en position pour examiner des zones successives du panneau incurvé-en nids d'abeilles. Pour chaque zone, on forme un hologramme initial, puis la zone correspondante est déformée par l'application d'une pression différentielle convenable à l'une de ses faces, enfin l'image de la zone ainsi déformée est comparée à l'image antérieure à la déformation, soit par formation d'un autre hologramme, soit par comparaison en temps réel. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, sur lesquels La fig. 1 est une vue en perspective d'un premier type d'appareil réalisé selon les principes de l'invention pour l'examen interférométrique par holographie d'un panneau de grandes dimensuions. La fig. 2 est une vue en plan de l'ensemble des mécanismes de déplacement de l'appareil de la fig. 1. La fig. 3 est une vue en perspective d'un détail du mécanisme d'indexation de l'entrainement de la table de l'appareil de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe du mécanisme d'indexation de la fig. 3. La fig. 5 est une vue en perspective d'une table optique mq-- difiée constituant une seconde forme de réalisation de l'appareil de l'invention. Ia forme préférée de l'invention illustrée fig. 1 à 4 permet d'effectuer l'examen holographique d'un panneau rectangulaire 10 en nids d'abeilles qui est cqurbé parallèlement à sa longueur. La longueur et la largeur du panneau sont toutes deux supérieures aux limites de cohérence de l'appareil holographique utilise, de sorte que seule une zone relativement réduite du panneau peut outre examinée à un instant donné. Pour permettre d 'examiner facilement les zones successives du panneau, l'appareil de l'invention permet d'effectuer des mouvements combinés de rotation et de translation du panneau et une translation du dispositif optique utilisé pour l'examen holographique. Le panneau 10 est fixé sur la machine par plusieurs ventou- ses 12 dépassant d'une face d'une plaque support 14. L'applica- tion d'une dépression aux extrémités des ventouses permet de main tenir le panneau 10 fixe par rapport à la plaque 14. Les extrémités opposées de la plaque 14 sont fixées aux surfaces intérieures opposées de deux pignons menés 16 dont les diamètres sont supérieurs à la largeur de la plaque 14 Les pignon 16 sont supportés par deux arbres 18 (dont un seul est visible) qui dépassent horizontalement de deux montants d'extrémité 20 disposés symétriquement. Les pignons 15 peuvent tourner sur les arbres 18 indépendamment des montants d'extrémité 20.Chaque montant 20 peut cou- lisser horizontalement sur deux tiges de guidage parallèles 22 qui sont elles-mêmes fixées au bâti de la machine 24 par des supports 26. le montant 20 qui est représenté sur la gauche de la fig. porte une plaque de montage 28 fixée à son extrémité inférieure sous les tiges de guidage 22. Comme le montre mieux la fig. 2, la plaque de montage 28 porte à son extrémité extérieure un moteur 30. Un pignon menant 32 est claveté/sur l'arbre 34 du moteur 70 et engrène avec le pignon mené 16 qui est fixé à l'extrémité de gauche de la plaque 14;; L'arbre 34 du moteur qui se prolonge jusqu'à l'autre extrémité de la machine est supporté par deux blocs de portée 36 et comporte à son autre extrémité un second pignon me nant 38 Ce pignon engrène avec l'autre pignon mené 16 qui est fiv e à l'extrémité opposée de la plaque support 14. La rotation du moteur 30 commande ainsi la rotation des pignons d'entraînement 32 et 38 pour faire tourner la plaque support 14 et le panneau 10 qui y est fixé. le mouvement horizontal de la plaque support 14 et du panneau 10 est commandé par un mécanisme qui est clairement illustré sur la fig. 2. Ce mécanisme comprend un moteur 40 dont l'arbre 42 entraîne un réducteur de vitesse 44. Le réducteur 44 comprend des arbres de sortie opposés 46 perpendiculaires à l'arbre 42. Les extrémités des arbres 46 entraînent par des renvois d'angle 48 des arbres parallèles 50. Les extrémités des arbres 50 sont filetées et se vissent dans les blocs de portée 36 de façon que la rotation des @@b@es 50 @it con@ertis en un mouvement horizontal des mon tants d'extrémité 20 et de la plaque support 14 éloignant ou rapprochant cette dernière des renvois d'angle 48. les extrémités des arbres 50 tourillonnent dans des blocs de portée 52. Comme le montre mieux la fig. 1, l'appareil de l'invention comprend une table 54 formée d'une partie horizontale 54A et d'u- ne partie verticale 54B, l'ensemble de la table pouvant se dépla- cer par rapport à la plaque support 14 dans/une direction perpendiculaire aux mouvements produits par le moteur 40 et les arbres 50g au moyen de blocs de guidage 56 et de coulisseaux 58. Le me- canisme produisant le mouvement de la table 54 comprend de préfé- rence un moteur 60 fixé sur le bâti 24 et entraînant une vis sans fin 66 par une paire de poulies 62 et une courroie 64.La vis sans fin 66 est maintenue par des blocs de portée Q8 et traverse des noix filetées 70 montées sous la table 54 de façon que la rota tion de la vis 66.soit convertie en un mouvement éloignant ou rap- prochant la table 54 du moteur 60. La fig. 3 représente une partie du mécanisme d'indexation de la table 54, mécanisme qui comprend de préférence une barre d'in- dexation 72 solidaire du bâti 24 et dont un bord comporte des en coches d'indexation équidistantes 74 Un interrupteur 76 commandé par un bras à ressort 78 est fixé sous la partie verticale 54B de la table Plusieurs index 80 sont disposés sur la longueur de la tige et peuvent être positionnés dans n'importe laquelle des encoches 74.Comme le montre la fig 42 chaque index 80 comporte un trou central cylindrique 82 prolongé par deux encoches 84 diamétrale- ment opposées0 En faisant tourner l'index 80 de façon à amener les encoches 84 en position verticale, il est possible de le déplacer le long de la barra 72. Pour verrouiller l'index dans une encoche 84, il suffit de le faire tourner d'un quart de tour de façon que le bord de son trou central s 1engage dans l'encoche 74. La fig 4 représente l'index 80 an position verrouillée. Lorsque la table 54 se déplace le long du bâti 24, la bras 78 de l'interrupteur entre en contact avec l'un des index 80. L'interrupteur envoie un signal d'arrêt du moteur 40 de façon qu'une zone de la plaque soit dans le champ de l'ensemble optique. #près un temps de retard prédéterminé, le meteur 40 recommence à déplacer la table jusqu'à ce que l'index 80 suivant déclenche l'interrupteur. L'appareil de l'invention comprend en outre un laser 90 monté soit sur le bâti 24 comme dans le cas de la fig. 1, soit sur la partie horizontale 54A de la table 54, comme dans le cas de la fig. 5. Dans la forme de réalisation de la fig. 1, la sortie du laser 90 est dirigée par des miroirs 92 sur un separateur de fais ceau 94 fixé à la partie horizontale 54A de la table. L'un des faisceaux issus du séparateur traverse une lentille 96 et est renvoyé sur des miroirs 98 et 100. Le miroir 100 projette un faisceau lumineux cohérent sur le panneau 10 où il éclaire une zone 102. Le second faisceau du séparateur 94 est dirigé par un miroir 104 à travers une lentille 106 vers un miroir 108. Le miroir 108 réfléchit le faisceau sur l'une des surfaces d'une plaque photographique 110 maintenue dans un' porte-plaque 112. La plaque 110 reçoit également la lumière réfléchie par la zone 102 du panneau 10. La forme de réalisation de la fig. 5 permet d'éliminer deux des miroirs 92 dirigeant le faisceau du laser 90 sur le séparateur 94, cette fonction étant assurée par un seul miroir 92 porté par la table 54. Les autres éléments du système étant identiques ne seront pas à nouveau décrits. Le panneau 10 à examineriar les techniques dtinterféromStrie holographique est ; monté sur la plaque support 14 au moyen des ventouses 12 ou par tout autre moyen. La position d,ù panneau par rapport à la table 54 et l'optique holographique qu'elle porte, dépend de la rotation de la plaque support 14 commandée par le moteur 30 et de sa translation commandée par le moteur 40, par rapport à la table 54. Lorsque le panneau 10 a été mis en position initiale, l'appareil holographique est mis en marche pour produire un hologramme de la zone 102. Le fonctionnement du moteur 60 et du mécanisme d'indexation 72 permet de déplacer la table 54 vers la position suivante de façon que le faisceau lumineux soit appliqué à la zone du panneau qui est immédiatement adjacente à celle dont on vient de faire un hologramme. On réalise ainsi les hologrammes de chaque zone d'une bande horizontale du panneau 10. On ramène ensuite la table 54 en position initiale et on fait tourner la plaque support vers une nouvelle position pour enregistrer une nouvelle série d'hologrammes jusqu'à ce que le panneau 10 tout entier ait été examiné. Ces opérations peuvent être rendues automatiques par l'addition de dispositifs de commandes appropriés. Il est donc évident qu'en utilisant les techniques des demandes de brevet des Etats-Unis d'Amérique mentionnées précédez ment, l'appareil de l'invention permet d'examiner industriellement des panneaux ou des pièces de grandes dimensions par holographie en temps réel ou par double exposition. Comme on l'a vu ci-dessus, l'appareil convient particulièrement bien à l'examen d'un panneau en nids d'abeilles incurvé. Un hologramme initial est enregistré à chaque fois qu'ante zone du panneau arrive en position devant le faisceau lumineux. La zone correspondante du panneau est ensuite déformée par l'application d'une pression différentielle à sa paroi et l'hologramme après déformation est comparé à l'ho- logramme avant déformation. Il va de soi que la présente invention n' a été décrite et représentée au'à titre purement explicatif et nullement limitatif, et qu'on pourra y apporter toutes modifications utiles, et ce, sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil pour l'exanen d'une pièce par interfércmétril holographique, caractérise en ce qu'il comprend un dispositif pour former un hologramme d'une zone de ladite pièce et un moyen de déplacer sé@@etiv@ment la pièce ev le dispositif de formation d'un hologramme l'un par rappert à l'autre, de façon à former un hol@- gramme d'und zone adjacerte de la pièce. 2. Appareil selon la revendieation @, caractérisé en ce qa'll e@@p@@@ an moyer de laise @ou@er sélectivement la pièce de fagon qu'une nouvelle surface de @etèe dornière soit en position de recoy@@@@ du raisceau luni@@@@ du dispositif de formation de @hclogramme. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'll e@xp@@@@ un moyer de deplacer selectivement la pièce pour la rapprocner du l'éloigner du dispceitif de formation d'hologramms. 4. Apparsil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'll e@xpend une plaque support/et an dispositif de montage de la plec@ aur lad@te piaque, und table et un dispositif de formation @@@@@@@@@e dirlgeant un raisceat de lumière cohérente de la table @@@ und @@@e de la pièce, le moyen de déplacement permettant de pce@@@@@@@ la table em des emplacemonte d'indexation prédé @x@@@@ @@@@@@p@@t à la pièce @e f@@@@ que des zones successi @@@@ @@@@@@ @@@@@ère @@ten@ a@@@@@@ de@ @@ trajet du faisceau @@mi@@@ 5, Appareil selon la revencication @ caracvérisé en ce qu'il conprené un moyen de faire tor@ner la plaque support autour d@@@ @@@ se@@ille@@n@ @@@ailèle à la direction du mouvement de la table. 6. Appareil selon la revendiestion 5, caractérisé en ce qu'il conprené un moyen de @éplacer la plaque support dans une direction la @approchont ou l'élcignant de la table. 7. T@@@édé d'ecamene successifs d'une pièce à l'aide d'un disponti@@ de fornation d'hologramme, caractérisé an ce qu'il con- sis @@@@@@@@ @@@@ @n hologramme d'une prsmière zone de la pièce, à dép@e@ d'un intrèm@nt prédétermins le dispositif de formation d@@l@g@ @@@ @t la piè@@, l'un par rappart à l'autre, puis à fai re @on@@@@@ le dis@@eitif de formation d'holegramme à chacune @@ @@@ @@@ auscca@@v@s @@@ @@@@t une série d'hologrammes qui, @@ @@ @@@@@ @@@ @@@ i@ @@terte de ledite pièce. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'en plus du nouvement du dispositif de formation d'hologramme par rapport à la pièce, cette dernièze est déplaée vers une nouvelle position dans une direction sensiblement perpendioulaire à la direction du mouvement du dispositif de formation d'hologracme de façon que la totalité de la pièce puisse êtr@ examinée p@@ une série d'hologrammes successifs.