Brevet FR2184374A1 — publié le 19731228

Les mesures de déformation de structures soumises à des contraintes statiques ou dynamiques ont suscité de nombreux développements de méthodes optiques utilisant l'optique cohérente. En particulier, un certain nombre de méthodes utilisant ltholographie ou photographie en relief ont été developpés. Ces méthodes holographiques ont pour principe la superposition sur une plaque photographique de deux ondes cohérentes issues d1un laser. L'une de ces ondes appelée référence éclaire directement la plaque photographique. L'autre onde éclaire l'objet. On recueille sur la plaque la lumière diffusée par l'objet0 La plaque holographique enregistre donc l'information venue de l'objet en amplitude et en phase. On réalise ainsi un hologramme qui contient une information de l'objet en relief. On restitue l'image de 1' objet après développement gracie à une onde monochromatique. Si l'on veut obtenir plus dtinformation sur le relief de l'objet, on connatt une méthode permettant par double exposition de'la plaque holographique d'obtenir les lignes de niveau de 1' objet. Cette méthode consiste à enregistrer un premier hologramme de l'objet. Ensuite, sans déplacer l'objet la plaque holographique ou le faisceau de référence, on fait tourner d'un angle 3 le faisceau d'éclairage de l'objet. On enregistre sur la même plaque un deuxième hologramme. Si l'on reconstitue l'image de l'objet après développement de la plaque, on superpose à l'image de l'objet une série de courbes de niveau de cet objet. L'écartement de ces lignes de niveau dépend d'une part de l'angle &commat; dont a tourné le faisceau d'éclairage de l'objet et d'autre part du relief de cet objet. La présente invention a pour objet un procédé qui permet de former directement sur le solide tridimensionnel à étudier un ou plusieurs réseaux de courbes de niveau suivant des plans de coupe prédéterminés, et par conséquent d'enregistrer en une seule pose holographique ou photographique l'image du solide avec son ou ses réseaux de courbes de niveau. A cet effet, le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'il consiste à projeter sur l'objet à reproduire un ou plusieurs réseaux de franges d'interférences lumineuses, et à exposer une surface photosensible à des rayons lumineux issus de l'objet ainsi éclairé, Ces réseaux d'interférences peuvent être obtenus à l'aide de paires de faisceaux lumineux synchrones issus d'une mme source lumineuse monochromatique. De préférence, on projette sur I'objet deux réseaux de franges d'interférence mutuellement orthogonaux, qui déterminent ainsi sur l'objet deux réseaux de courbes de niveau orthogonaux. Le procédé selon l'invention s'applique avantageusement à l'étude des déformations des structures soumises à des contraintes statiques ou dynamiques, par comparaison des images de la structure obtenue avant et après application de contraintes. En effet, les déplacements relevés entre courbes de niveau homologues ou points d'intersection homologues sur ces courbes de niveau permettent de mesurer en chaque point la déformation subie par la struc turne, La comparaison des deux images précitées peut s'effectuer par superposition ou par tout autre procédé classique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemple purement illustratif en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est le schéma d'un dispositif destiné à déterminer sur un objet deux réseaux de courbes de niveau orthogonales ; les figures 2 et 3 montrent schématiquement la disposition mutuelle des deux réseaux de franges d'interférences orthogonaux fournis par le dispositif de la figure 1 la figure 4 illustre une variante de réalisation du dispositif, destinée à fournir trois réseaux de franges formant entre eux un angle de 1200 ; la figure 5 montre schématiquement les franges formées par le dispositif de la figure 3 ; et la figure 6 montre un réseau de franges obtenu à l'aide de sources disposées suivant un triangle isocèle. On se réfèrera maintenant à la figure 1, qui illustre un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et permet à cet effet de former à partir dtun même faisceau parallèle monochrométique 1 quatre faisceaux émergents répartis deux à deux dans deux plans perpendiculaires. Le faisceau incident à rayons parallèles 1 traverse une lentille divergente 2 et tombe sur une lame semi-réfléchissante 3 disposée entre deux miroirs plans 4 et 5 dont les surfaces réfléchissantes se font face. La lentille 2 donne au faisceau parallèle 1 une image virtuelle Sf et le faisceau qui en émerge subit un tombant sur la lame 3 une réflexion et une transmission partielles. Le faisceau réfléchi correspondant semble provenir d'une source virtuelle S2, et il se réfléchit sur le miroir 5 pour tomber de nouveau sur la lame 3 en donnant naissance à un faisceau transmis Ó et à un faisceau réfléchi 8, qui semblent respectivement provenir de sources virtuelles S6 et S 8 De même, la partie du faisceau émergent de la source virtuel- le S2 qui est transmise par la lame 3 se réfléchit sur le miroir 4 et tombe de nouveau sur la lame 3 pour donner naissance à deux faisceaux symétriques 7 et 9, qui semblent respectivement provenir des sources virtuelles S7 et S9. Les deux faisceaux 6,7 et 8,9 ont une région commune, et ils donnent lieu à la formation de deux réseaux correspondants de franges d'interférences. Ces franges sont localisées dans ltespace et elles ont pour axe la bissectrice des deux faisceaux. L'interfrange i est donnd par la formule classique i = # D sinc( )I étant la longueur tonde de la lumière monochromatique utilisée, D la distance d'observation, t la distance des deux sources, tel les que S6 et S7 ou S8 et Sg, et i l'inclinaison des faisceaux interférents par rapport à la droite joignant les deux sources. Pour faire varier l'interfrange, qui détermine l'espacement des courbes de niveau que lton désire obtenir, on peut indifféremment modifier l'espacement ou l'inclinaison de l'un des miroirs 4 ou 5 par rapport à la lame semi-rérléchissante 3, ou encore dépla cer la lentille 2 parallèlement à son axe optique, ce qui a pour effet de déplacer S1 le long de cet axe et de modifier par conséquent la position de tous les autres points sources. Dans le champ des faisceaux 8 et 9 est placé un miroir 10 destiné à fournir du segment S8Sg une image S'8S'9 perpendiculaire au segment S687, comme illustré par la figure 2 où les franges orthogonales correspondantes sont schématisées en 12 et 13 ; à cet effet, la plan du miroir 10, schématisé en perspective sur la figure 1, est incliné à 450 par rapport à la droite S S Les 89 rayons réfléchis par le miroir 10 peuvent a leur tour tomber sur un miroir de réglage non représenté, afin de permettre de projeter sur l'objet à éclairer, placé dans le champ des faisceaux 6 et 7, le système de frange correspondant aux sources virtuelles S' et S 9. Un tel miroir peut tre disposé à cet effet dans un plan parallèle à la droite S6S7, de sorte que sa rotation éventuelle laisse invariante la direction des franges qu'il projette sur l'objet à éclairer. On notera qu'il convient que les deux groupes de points S et S'7, S'8 soient relativement écartés l'un de autre, afin 7 7' que les franges dues à l'interférence des paires de sources S6S'8, S6S'9, S7S'8 et S7S19 soient suffisamment fines pour ne pas titre visibles. Les deux réseaux orthogonaux de franges obtenus au niveau de l'objet à photographier ou à holographier sont schématisés sur la figure 3. En épousant le relief de l'objet, ils déterminent ainsi sur ce dernier deux réseaux orthogonaux de courbes de niveau, dont l'espacement peut être modifié comme indiqué plus haut par réglage des interfranges. Comme illustré par les figures 4 et 5, on pourrait projeter sur le solide étudié trois réseaux de franges 20a, 20b et 20c espacés de 1200. A cet effet, un faisceau monochromatique incident divergent 21 peut attaquer le sommet d'entrée 22 d'un prisme 23 taillé en double trièRe trirectangle séparant le faisceau incident en trois émergents 24, 25 et 26 semblant provenir des trois sources virtuelles S24, S25 et S26 (figure 5), qui sont disposées suivant les sommets d'un triangle équilatéral. Les réseaux de franges 20a, 20b et 20c résultent respective ment de l'interférence des paires de sources S25, 826 j Sa6, S27 et S25, Sur7' Comme illustré par la figure 6, on pourrait également faire appel à trois sources disposées suivant les sommets d'un triangle rectangle isocèle. Bien entendu, on pourrait aussi ne projeter sur l'objet à étudier qu'un seul réseau de franges d'axe de symétrie donnée. Les différents modes de réalisation décrits permettent d'obtenir dans l'espace des réseaux dtinterférences qu'on peut projeter sur un objet. La photographie ou l'holographie par des méthodes classiques de cet objet permettront d'en connattre les lignes de niveau dans plusieurs plansen une seule pose. L'imbrieation de ces réseaux permet d'obtenir les coordonnées d'un point et par conséquent de visualiser point par point les déformations subies par un objet entre deux poses. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la comparaison dans une ou plusieurs dimensions de l'espace de la forme de deux objets, notamment lorsque lesdits objets sont définis par un même solide pris dans des conditions physiques différentes, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à former de chacun desdits objets un cliché en éclairant simultanément ledit objet par les rayons lumineux issus d'au moins deux paires de sources lumineuses synchrones pour former sur ledit objet des réseaux correspondants de courbes de niveau, en exposant une plaque photosensible respective à des rayons lumineux diffusés par ledit objet ainsi éclairé, puis en développant chacune des deux plaques ainsi exposées pour obtenir lesdits clichés, à former optiquement une meme image de superposition des deux clichés précités, puis à comparer sur ladite image les positions relatives de courbes de niveau homologues ou de points d'intersection homologues desdites courbes de niveau. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse délivrant un faisceau monochromatique, une lentille propre à fournir une image virtuelle de ladite source, une paire de miroirs associés à une lame semi-réfléchissante pour permettre la séparation du faisceau émergent de ladite lentille en deux paires de faisceaux lumineux définissant une première et une seconde paires de sources lumineuses virtuelles interférentes, des moyens propres à donner du réseau d'interférences engendré par ladite première paire de sources une image orthogonale au réseau d'interférences engendré par ladite seconde paire de sources, afin de déterminer sur 11 objet étudié deux réseaux orthogonaux de courbes de niveau. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la distance mutuelle entre les deux paires de sources virtuelles associées aux deux réseaux de franges orthogonales projetés sur objet à étudier est choisie suffisamment grande par rapport à celle séparant les deux sources formant chacune desdites paires pour rendre pratiquement invisibles sur l'objet étudié les franges d'interférences formées par deux sources n' ap- partenant pas à la même paire.