Brevet FR2189721A1 — publié le 19740125

La présente invention concerne un dispositif pour l'analyse des conditions de vibration d'un objet vibrant, ou l'on observe la modification, du fait de la vibration de la zone de tache engendrée à la surface de l'objet vibrant, par la diffusion d'une lumière cohérente que cette surface réfléchit d'une manière diffuse, Par rapport à la méthode de l'interférométrie holographique proprement dite, les méthodes d'analyste des conditions de vibration d'objets vibrants, reposant sur l'observation de la modification de la zone de tache qui se forme. lorsqu'on éclaire l'objet vibrant avec une lumière cohérente, présentent l'avantage de permettre, en règle générale, l'exécution d'essais et d'observations en temps réel, mais aussi celui d'Stre beaucoup moins exigeantes quant à l'importance. de l'appareillage nécessaire0 Comparativement à la méthode de Chladni, utilisant- du sable, elles présitent l'avantage de permettre des observations sans contact et de ne présenter aucune exigence quant aux formes géométriques et à la disposition de l'objet. Diverses méthodes pour la formation d'images de vibrations ont été indiquées par Eliasson-Mottier (JOSB 61 NO 5 (1971) pp. 559 - 565), par Archbold et al. (Nature 222 (avril 1969), pp. 263-265), Massey (NASE Cl985 (1968)) et Fernelius-Tome (JOUA 61 NO 5 (1971) pp. 566 - 572). Les méthodes optiques des taches lumineuses, connues, ont en commun, le fait que l'image sur l'ob- jet vibrant, selon qu'il se forme à l'endroit considéré un ventre, un noeud ou un point d'inflexion apparat recouverte de taches formant un contraste plus ou moins prononcé. L'identification de l'état de la roue de taches à un moment donné, qu'elle soit nette et fortement contrastée ou floue et peu contrastée, présente cependant souvent des difficultés, et en particulier, des observateurs peu expérimentés peuvent avoir des difficultés à obtenir des résultats corrects. Clest donc l'objet de la présente invention, de remédier à ce défaut et de permettre, sans qu'une expérience particulière soit nécessaire, une interprétation correcte des images obtenues avec les méthodes optiques des taches. Selon la présente invention, ce problème est résolu en ce que pour l'observation de la zone de taches il est prévu un système de télévision avec prise de vue, transmission et restitution, où le signal image peut entre transformé à l'aide d'un élément non linéaire, de telle sorte que pour des valeurs de luminosité de zone de taches, comprises à l'intérieur d'un certain domaine s'étendant de part et d'autre de la luminosité moyenne, il prenne une première valeur, et que pour les valeurs de luminosité situées à l'extérieur 4 domaine précité il prenne une deuxième valeur. Ainsi, il apparat des zones de taches entièrement développées ctest-à-dire des domaines où la zone de tache est nette et fortement contrastée dans la méthode optique de Chladni, selon Eliasson-Mottier, ce sont donc les zones des noeuds de vibration, qui apparaissent sombres pour la plus grande partie avec d'étroites bandes claires. Les zones floues ou fai0:i6ment contrastées de la méthode Eliasson-Mottier, les zones des ventres d'oscillation par conséquent, apparaissent par contre claires pour la plus grande partie. Des détails plus précis de cette invention découlent des exemples de réalisation expliqués ci-dessous à l'aide des figures.Ces figures représentent respectivement Fig. 1 un dispositif selon l'invention, où la zone de taches de Chladni est engendrée selon la méthode Eliasson Mottiez ; Fig. 2 la répartition statistique des intensités avec les zones de taches de Chladni selon Eliasson Mottier, pour le domaine du contraste fort et du contraste faible Fig. 3 un diagramme illustrant le fonctionnement de l'élément non linéaire Fig. 4 un dispositif à utiliser pour la méthode des taches selon ArchboldO Dans la figure 1, on a représenté un laser 6 dont on épanouit le rayon lumineux au moyen d'une lentille divergente 7 pour éclairer un diffuseur 8 (plaque dépolie, verre opale).L'objet vibrant 9 est éclairé par la lumière qui provient du diffuseur 8 et, dans l'appareil de prise de vue de télévision 1, à travers l'objectif 14 de celuici, il engendre une zone de taches, telle par exemple celle qui est représentée dans la revue JOSA 61 n 5 (1971), p.564 figure 10 (a). Dans les zones qui correspondént aux lignes nodales de l'objet vibrant 9, la zone de taches présente des taches fortement contrastées et, dans les zones qui correspondent à des ventres de vibration de l'objet vibrant 9, des taches de faible contraste. La probabilité de répartition de l'intensité lumineuse p(I) dans la zone de taches, est représentée dans la figure 2 en fonction de I. I est ici la valeur locale de l'intensité lumineuse et I est la luminosité moyenne de la zone de taches. La courbe a donne p(I) pour un domaine fortement contrasté, la courbe b donne p(I) pour un domaine faiblement contrasté de la zone de taches. On voit que la probabilité d'avoir des intensités fortement supérieures ou in férieures a' à , st beaucoup plus grande dans les domaines fortement contrastés (noeuds) que dans les domaines faiblement contrastés (ventres).Dans ces derniers domaines, c1 est bien pour la valeur de luminosité moyenne I précitée, que la probabilité d'apparition est la plus grande. Les signaux d'image U3 qui sont engendrés par l'appareil de prise de vues 1 au cours de 11 exploration de la zone de taches, passent à travers un élément non linéaire 5 et jusqu'à un discriminateur à fen8tre. Le "milieu de la fe neutre" du dispositif est ajusté à un niveau égal à la valeur moyenne du signal correspondant à la valeur moyenne de la luminosité I dans la zone de taches (voir filtre 3)0 La largeur de la fenêtre #I est variable, les niveaux limites correspondent aux valeurs d'intensité lumineuse li et I2 de limage de l'objet 9 (figure 3).L'appareil de traitement de l'images avec discriminateur à entre incorporé peut entre par exemple celui de la firme Colorado Video Zinc. Boulder, Colorado, disponible dans le commerce "Video Quantizer 60611. Après l'élément non linéaire 5, est prévu 1' appareil de restitution 4, qui, pour engendrer une image télévisée de la zone de taches, reçoit le signal limage U3 par la ligne 2, et le signal de balayage et de synchronisation par la ligne 3. Be discriminateur à entre 5 fait que les signaux d'image U3 qui correspondent à des valeurs d'intensité lumineuse inférieures à I1 ou supérieures à I2 , donnent une tension de sortie B (niveau noir) , et ceux qui correspondent à des valeurs comprises entre I1 et I2 donnent la tension de sortie A (niveau blanc). Ainsi, un domaine fortement contrasté de la zone de taches (noeuds) apparat essentiellement sombre avec des bandes claires étroites. Les domaines de contrastes flous (ventres), par contre, apparaissent essentiellement clairs.Les bandes claires étroites mentionnées ci-dessus et qui apparaissent dans le domaine sombre sont engendrees par les valeurs de luminosité, du domaine fortement contrasté, qui se situent entre I1 et I2 . I1 estvévidemment possible aussi de reproduire le niveau A en noir et le niveau B en clair. En faisant varier la largeur de fenêtre I du discriminateur à fenêtre, ctest-à-dire l'intervalle entre et et 12, on peut trouver la sensibilité optimale à l'égard des variations du contraste des taches il est intéressant cependant d'ajuster les limites I1 et I2 à I/2 et a' 3 1/2, I étant la valeur de tension qui peut gtre obtenue en prenant la valeur moyenne du signal d'image U3 au moyen du filtre passe bas 10, dont il sera question plus loin, avant l'en- trée dans l'élément non linéaire 5. La ligne en pointillés dans la figure 3 correspondrait à un système de transmission linéaire, un système de transmission par conséquent sans l'élément non linéaire 5. Le signal commandant la luminosité des lignes de l'image télévisée de l'appareil de restitution 4 serait alors, de la manière habituelle, propArtionnel à l'intensité lumineuse I recueillie lors du balayage de l'image de taches. Afin de compenser les variations éventuelles de l'intensité d'éclairement de l'objet 9, selon une autre forme de réalisation intéressante de l'invention, il est prévu un circuit de réglage qui se compose essentiellement d'un amplificateur 11 à amplification réglable, inséré dans la voie de transmission 2 du signal image et d'un filtre passebas 10.Les fluctuations de l'intensité d'éclairage, qui, naturellement, sont à fréquence basse comparativement au signal d'image U3, sont alors appliquées à l'entrée de réglage de l'amplificateur 11 par l'intérmédiaire du filtre passe-bas 10, lorsque l'éclairement moyen de l'objet 9 augmente, ce qui provoque une atténuation du signal d'image-U3 o Dans la figure 4, on a encore représenté un dispositif pour ltéXaboration de la zone de taches selon Archbold et al. (Nature a.a.O.) et pour l'exploitation selon 11 invention. Selon ce dispositif, au moyen de deux diviseurs de rayon 12 et 15, dans le rayon du laser 6 on prélève un rayon de référence 13, que l'on fait interférer avec la lumière diffusée par 11 objet 9, dans le plan d'image de l'objectif 14 de l'appareil de prise de vues 1, dans le tube capteur d'image 14. Comme les zones de taches engendrées selon Archbold ont une répartition d'intensités p(I) analogues à celles que l'on a avec la méthode Eliasson-Mottier (voir J.N.Burch dans "Optical Instruments and Techniques 1969, Oriel Press, New Caetle 1970, page 224), on obtient là aussi sur image de télévision de l'appareil de restitution (non représenté), une reproduction en sombre des zones de fort contraste (noeuds) et une reproduction en clair des zones de contraste flou (zone de forte amplitude de vibration), si à l'appareil de prise de vues 1 on raccorde un système de transmission (qui n'a pas été redessiné) tel que celui de la figure 1 Dans le domaine des amplitudes d'oscilla tions, jusqu'à environ 5 ? > ( - longueur d'ondes de la lumière incidente), on observe des deux côtés de la ligne nodale d'autres lignes de fort et de faible contraste, les premières lignes d'isoamplitude correspondant à des multiples entiers de %/2. Ces lignes apparaissent également soulignées en sombre par le système de transmission. Cette invention peut être utilisée avantageusement, non seulement pour les études de vibrations sur de grosses machines (turbines, moteurs, transformateurs, véhicules terrestres, avions, etc..), mais aussi pour des cQmpo- sants et des pièces de machines de petite taille, tels par exemple ceux que l'on trouve dans les montres, par exemple pour les quartz oscillants0 RnVnNDIQATIONS 1. Dispositif pour l'analyse des conditions de vibrations d'objets vibrants, où l'on observe la modification du fait de vibrations de la zone des taches engendrées à la surface de l'objet vibrant, par la diffusion d'une lumière cohérente que cette surface réfléchit d'une manière diffuse, caractérisé par le fait que pour l'observation de la zone de taches, il est prévu un système de télévision avec dispositif de prise de vues (1) dispositif de transmission (2) , (3) et dispositif de restitution (4), où le signal d'image (UB) peut entre transformé à l'aide d'un élément non linéaire (5) de telle sorte que, pour des valeurs de luminosité (I) de l'image de taches comprises à l'intérieur d'un certain domaine (LI) s'étendant de part et d'autre de la valeur moyenne de la luminosité (I) ce signal image prend une première valeur (A) et que pour les valeurs de luminosité (I) extérieures audit domaine (ho), il prend une deuxième valeur (B). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prévoit des voies de transmission séparées (2), (3) pour le signal image (Ug) d'une part, et pour le signal de balayage et de synchronisation d'autre part, et que dans la voie de transmission (2) du signal image (ut), comme élément non linéaire (5), il est prévu un discriminateur à fenêtre, dont le milieu de fenêtre est ajusté à la valeur moyenne du signal image correspondant à la valeur moyenne de la luminosité (I) de l'image de taches, et dont la largeur de fenêtre (hui) est réglable. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les limites du discriminateur à fenêtre (5) sont ajustées à des niveaux correspondant à des valeurs de luminosité I1 I/2 et I2 " 31/2, I étant la valeur de luminosité moyenne de l'image de taches. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que dans la voie de transmission (2) du signal image (UB) il est prévu un amplificateur (11) dont le coefficient d'amplification est réglable, et dont ce coefficient d'amplification est réglé en fonction de la valeur moyenne du signal image. 50 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'entre la sortie de l'amplificesteur (11) et son entrée pour le réglage du coefficient d'amplification, il est prévu un filtre passe-bas (10). 6. Utilisation d'un dispositif selon la revendication 1, où l'objet vibrant (9) est éclairé au moyen de la lumière d'un laser (6) épanoui au moyen d'un diffuseur (8). 7. Utilisation dtun dispositif selon la revendication 1, où l'objet (9) est éclairé directement avec la lumière d'un laser (6) sur laquelle avant sa diffusion sur l'objet (9) on prélève (12) un rayon de référence (13), que l'on fait interférer avec la lumière diffusée par l'objet (9) dans le plan d'image de l'objectif (14) de l'appareil de prise de vues (1).