Brevet FR2439382A1 — publié le 19800516

La présente invention concerne la mesure des déformations d'un subjectile au moyen d'un réseau. On connalt un procédé qui consiste à appliquer au subjectile un réseau à pas constant, à superposer à ce réseau ou à une photographie de ce réseau un système de franges d'interférence ayant même périodicité ou périodicité multiple que le réseau et à mesurer ltespacement des franges d'Young (déformation uniforme) ou des franges des figures de Moiré (déformation non uniforme) procurées par les deux points source correspondant aux ordres diffractés par le réseau déformé en raison des déformations de la structure. Cette technique connue ne permet pas à la fois de mesurer les déformations sur une grande surface (disons de 20 x 20 cm et plus) et d'effectuer la mesure avec une grande sensibilité (de l'ordre de l06). On a cherché à augmenter la sensibilité de la mesure en réalisant une interpolation mécanique ou densitométrique des figures de Moiré, sans parvenir à augmenter la sensibilité au-delà de La présente invention vise à perfectionner le procédé connu pour augmenter sa sensibilité tout en permettant la mesure des déformations sur une grande surface. On y parvient, selon l'invention, par le fait que l'on fait défiler à vitesse constante le système de franges d'interférence pour faire défiler les franges d'Young ou les franges de figures de Moiré, la valeur de la déformation étant alors donnée par la différence de phase entre un point de référence et un point étudié. I1 est ainsi possible de multiplier par 1 000 la sensibilité. Dans une mise en oeuvre préférée de l'invention, on obtient le système de franges d'interférence en projetant deux faisceaux cohérents sur le réseau et on module en fréquence l'un au moins des deux faisceaux. L'invention s'applique à la mesure des déformations de toutes surfaces développables, spécialement aux surfaces planes ou quasi planes. L'invention s'applique aussi bien au cas où le réseau est appliqué matériellement sur le subjectile qu'au cas où le réseau est appliqué par projection optique sur le subjectile. L'application matérielle d'un réseau sur le subjectile permet de connattre les déformations de la surface et la projection d'un réseau sur le $ubjectile permet de connaitre le relief de la surface. En raison de la grande sensibilité procurée par l'invention, il est possible d'utiliser des réseaux ayant un pas relativement grand (par exemple de l'ordre du mm) et donc d'utiliser des réseaux d'une grande dimension susceptibles de couvrir une grande surface. On décrira ci-après un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention, en référence aux figures du dessin joint - la figure 1 est unbschema général d'un dispositif conforme à la présente invention pour l'analyse expérimentale des contraintes d'un subjectile - les figures 2 à 4 sont des schémas de différents dispositifs optiques permettant de moduler en fréquence l'un au moins des deux faisceaux fournissant le système de franges d'interférence - la figure 5 et la figure 6 sont relatives à l'utilisation de l'invention dans le cas d'un réseau projeté sur la surface, et - les figures 7 et 8 sont des schémas illustrant l'application de l'invention dans le cas où l'on veut compenser un tassement uniforme. On applique (figure 1) au subjectile 1 un réseau 2 et on éclaire ce réseau par deux ondes 3,4 cohérentes entre elles et ayant des angles d'incidence (+o étant la longueur d'onde de la lumière utilisée). La production des deux ondes t3 et t4 peut être faite de différentes façons - utilisation de réseaux - prismes biréfringents (Wollaston par ex.) - montage Michelson - montage Mach Zender Selon l'invention, on introduit un léger décalage de fréquence entre les deux ondes. On obtient ainsi une modulation temporelle de la phase qui se traduit physiquement par un défilement des franges de Moiré. La faible fréquence de ce phénomène est accessible aux photodétecteurs courants. La mesure de la phase relative entre deux points devient ainsi électroniquement possible. Cette mesure de phase peut se faire avec une grande précision (typiquement 0,360). On dispose alors d'une méthode extrêmement sensible permettant une interpolation du loeoe de l'interfrange. Différents dispositifs permettent un décalage de fréquence optique. Ils font appel, pour la plupart, à lleffet Doppler (réseaux biréfringents tournants - système électro-optique, ou tout autre dispositif). Un dispositif 7 (à placer dans l'un des bras d'éclairage du réseau), est basé sur les propriétés des matériaux birêfrin- gents. Si le dispositif 7 est placé près de S1, il s'agit d'un montage d'exploitation par réflexion (figure 1, représentation de 7 en traits pleins). Si le dispositif 7 est placé suivant le trajet de Q3 ou4, il s'agit d'un montage par transmission (figure 1, représentation de 7 en traits pointillés). Le dispositif 7 se compose (figure 2) d'une lame quart d'onde 8, ayant ses axes à 450 de la vibration incidente puis d'une lame demi onde 9 (tournant à la vitesse ) et enfin d'une lame quart d'onde 10 ayant même orientation que la première. Si, à l'entrée de ce dispositif il y a une lumière polarisée rectiligne 11 ayant une fréquence U)v, il existe, à la sortie une lumière 12 ayant ce même état de polarisation mais ayant une fréquence JO + 2 (le signe étant fonction des sens relatifs de rotation de la lame )s/2 et de la forme de lumière circulaire incidente sur cette lame). Une variante de ce dispositif utilise (figure 3) une lame X/4 13 en rotation et une lame X /4 14 fixe et peut être adaptée à un montage de type Michelson. Le montage de double diffraction qui semble le mieux adapté à la présente invention est celui utilisant les propriétés d'un prisme de Wollaston. Le prisme 15 (figure 4) reçoit les ondes provenant d'un laser 16 (par l'intermédiaire d'une lame > /4 17 et d'un objectif 18). Les ondes issues du prisme sont polarisées linéairement et orthogonalement. Une lame X/4 22 ayant ces axes à 450 des axes du Wollaston transforme Çes deux lumières linéaires en lumières circulaires droite et gauche. Une lame demi-onde tournante 18 produit alors un decalage de fréquence de 2 SL pour une lumière circulaire droite et de - 2fL pour une lumière circulaire gauche. Dans ce cas, le décalage en fréquence des deux ondes est de 4 IL. Un polariseur 23 permet de faire interférer les deux ondes précédentes. Ce montage, particulièrement compact puisqu'il permet de travailler simultanément sur les deux "bras" de l'interféromètre, est insensible aux perturbations extérieures. Différentes variantes du même montage peuvent être proposées en déplaçant certains éléments et même en changeant leur nature (lame X/4 tournante par exemple). Dans une variante, la lame > /4 et les prisme de Wollaston peuvent être liés en rotation (de cette façon, l'orientation du prisme peut être ajustée pour fournir un système de franges d'interférence d'orientation appropriée). La technique est applicable aussi bien pour des études en temps réel qu'en temps différé. Pour une étude en temps réel, un réseau est alors lié à la surface de la structure qui se trouve éclairée par les deux ondes 3 et 4. L'analyse peut être conduite aussi simplement dans le cas de structures épaisses et opaques (utilisation de réseaux par réflexion) que dans le cas de structures ou modèles transparents. L'information obtenue concerne alors les déformations dans le plan de la surface. Pour une étude en temps différé, le réseau déposé. sur la structure est enregistré photographiquement et le traitement du négatif est ensuite effectué dans un montage analogue à celui représenté sur la figure 1. L'invention est également applicable pour obtenir le volume de structures ou objets. A cet effet, le réseau photographié est celui généré sur la surface à étudier alors que cette dernière reçoit un codage lumineux constitué par un système de franges projetées 19 (figure 5). La discrimination des creux et des bosses peut se faire de même que précédemment en faisant varier l'angle . Ces points considérés se comportent alors comme des puits ou des sources 20 suivant les géométries de structure et d'éclairement. Cette méthode est particulièrement simple puisqu'elle permet de compenser, ou de mesurer le cas échéant,les tassements uniformes. Les figures 7 et 8 donnent les schémas correspondants (respectivement inclinaison du réseau négatif 21 ou disposition non symétrique des deux ondes d'éclairage 3 et 4). L'invention permet d'obtenir des cartes de déformations (contraintes) avec-une sensibilité comparable à celle obtenue à partir d'extensomètres plus classiques tels que les jauges résistives dans les cas des déformations et des comparateurs dans le cas des mesures de flèches. Par ailleurs, la mise en oeuvre de l'invention est particulièrement économique puisqu'elle consiste pour l'essentiel à coller (ou à projeter) sur la structure un réseau de faible périodicité (1 trait/mm), l'exploitation des enregistrements faite en laboratoire permettant d'atteindre une sensibilité de 10 6 m en déplacement et 10 5 en déformations relatives. Après la mesure de phase, il peut etre placé des appareils de comptage et décomptage électronique permettant une automatisation des mesures, et la sortie directe des résultats de déformation ou de topographie sur table traçante par exemple. Le procédé et le dispositif de l'invention allient donc une grande facilité d'utilisation aussi bien en laboratoire que sur chantier, avec une précision opérationnelle des mesures jusqu'à ce jour non atteinte par les techniques de Moiré. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer les déformations d'un subjectile, dans lequel on applique (matériellement ou optiquement), au subjectile un réseau à pas constant, on superpose à ce réseau ou à une photographie de ce réseau un système de franges d'interférence ayant une périodicité égale à ou multiple de celle du réseau, la déformation du subjectile entrainant celle du réseau et, en conséquence, la création de sources qui correspondent aux ordres diffractés par le réseau déformé sur la structure et qui donnent naissance a des franges, et on mesure l'espacement des franges ainsi obtenues, caractérisé en ce qu'on fait défiler à vitesse constante le système de franges d'interférence pour faire défiler les franges obtenues, la valeur de la déformation étant alors donnée par la différence de phase entre un point de référence et un point étudié. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on obtient le système de franges d'interférence en projetant deux faisceaux cohérents sur le réseau, caractérisé en ce qu'on module en fréquence l'un au moins des deux faisceaux. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant des moyens pour constituer un réseau sur le subjectile et des moyens pour créer deux faisceaux cohérents sur le réseau, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour moduler en fréquence l'un au moins de ces deux faisceaux. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour moduler en fréquence l'un des faisceaux comprennent sur le trajet du faisceau, en succession, urr?première lame quart d'onde ayant ses axes à 450 de la vibration incidente, une lame demi-onde tournante et une deuxième lame quart d'onde ayant même orientation que la première. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour moduler en fréquence l'un des faisceaux comprennent un montage de type Michelson comprenant une lame quart d'onde tournante et une lame quart d'onde fixe. 6. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les deux faisceaux proviennent de deux sources créées à partir d'un laser, caractérisé en ce qu'un prisme de Wollaston, une lame quart d'onde et une lame demi-onde tournante sont interposées en aval des deux sources sur le faisceau provenant du laser pour réaliser le décalage en fréquence des faisceaux des deux sources.