Brevet FR2463926A1 — publié le 19810227

DISPOSITIF DE MESURE POUR LA PROPAGATION DES FISSURES. L'invention a pour objet un dispositif de mesure de la propagation des fissures comportant un mécanisme de mise en charge, qui peut recevoir un échantillon, et un instrument de mesure optique dirigé vers ledit échantillon. Dans la vérification d'échantillons de matières, il est souvent nécessaire de déterminer des longueurs de fissu- res et de mesurer leur progression sous l'action d'un effort statique ou vibratoire imposée à l'échantillon.; Pour déter- miner la propagation des fissures, on utilise des méthodes de mesure microscopiques. La longueur des fissures est détectée au microscope et mesurée à intervalles déterminés, par exemple, dans le cas de la charge vibratoire, au bout d'un nombre fixé d'oscillations. Cette méthode traditionnelle de mesure exige un temps considérable pour chaque opération et crée un risque d'erreurs. L'invention vise à créer un dispositif de mesure de la propagation des fissures du type visé ci-dessus, permettant de connaître objectivement et avec une grande précision l'ex- tension instantanée de fissures dans les matériaux formant un échantillon, tout en travaillant à vitesse élevée, de façon que les valeurs individuelles obtenues soient disponi- bles en peu de temps et puissent, le cas échéant, subir un traitement électronique. A cet effet, l'invention prévoit que l'instrument de mesure optique comprend une caméra de télévision connectée à un circuit discriminateur lequel transforme les signaux d'images en impulsions binaires, que le discriminateur est connecté à son tour à une mémoire qui reçoit les signaux binaires provenant des images de télévision et qu'un compa- rateur rapproche le contenu de la mémoire, d'une part, les signaux binaires de l'image suivante, d'autre part. La caméra de télévision explore la superficie de l'éprouvette du matériau examiné et produit ainsi une séquen- ce de signaux analogiques d'images, accompagnés des signaux de synchronisation nécessaires. Le discriminateur sépare les signaux des images de ceux de la synchronisation et transfor- me en numérique les signaux d'images. Ces signaux numériques (binaires) sont emmagasinées en mémoire par lignes et par points. La capacité de la mémoire suffit pour conserver un signal en provenance de chaque point analysé de l'image de télévision. La mise en mémoire d'une image de télévision a lieu une fois au début de l'essai, puis toutes les fois qu'une mesure doit être effectuée dans le courant dudit essai. Le signal d'image apparaissant après chaque mesure d'une fissure est amené à la borne d'entrée d'un comparateur, dont la secon- de borne d'entrée est connectée à la sortie de la mémoire.-Le circuit comparateur effectue alors une comparaison entre le contenu des emplacements de la mémoire et la valeur instan- tanée du signal correspondant de l'image enregistrée, tandis que la nouvelle image est enregistrée à son tour dans la mémoire. Lorsqu'aucune différence n'apparaît entre les signaux des deux images, le comparateur émet un signal de réponse né- gative. Par contre, si des différences apparaissent entre le contenu de la mémoire et celui d'une nouvelle image enregis- trée par la caméra à un moment arbitrairement choisi, l'im- pulsion émise correspond à une réponse positive, c'est-à-dire que la fissure de fatigue s'est étendue. Cette méthode permet de déterminer très rapidement et de façon sûre si une fissure a pris naissance depuis la dernière opération de mesure ou si une fissure déjà présente s'est élargie. Lorsque la superficie de l'échantillon présente des phénomènes optiques perturbateurs, par exemple des traces d'abrasion, qui sont enregistrés par la caméra, mais qui ne constituent pas une fissure proprement dite, le dispositif de mesure selon l'invention ne quantifie pas ces phénomènes, qui ne sont pas perçus par le comparateur, puisqu'ils se retrouvent de façon identique dans l'image stockée en mémoire et dans l'image enregistrée postérieurement par la caméra. La mesure de la propagation des fissures s'appuie sur l'iden- tification des flancs des cavités (configuration des fissures) qui reflètent l'éclairage de l'échantillon selon les modalités différentes du reste de la surface. Bien qu'après cette ré- flexion, selon l'angle de réflexion et l'intensité de l'éclai- rement, la caméra de télévision reçoive différentes teintes de gris en sus du clair et du foncé, la transformation est faite uniquement en blanc et noir, puisque ces gris ne pré- sentent aucun intérêt. Pour obtenir une valeur numérique de la progression d'une fissure, il est prévu, selon un développement intéres.- sant de l'invention, de compter et d'afficher le nombre de signaux binaires divergents. On obtient ainsi, en un temps très bref, une valeur chiffrée sûre traduisant le cheminement d'une fissure depuis la mesure précédente. Pour obtenir une définition fine de l'image télévisée, permettant de quantifier-les fissures très fines, un micros- cope est adapté à la caméra. Ainsi, pour un rapport d'agran- dissement de 100 et une largeur de champ de.300 À, on obtient une définition de 2,5 V si l'image télévisée comprend 120 li- gnes, une définition de 1,25 V lorsqu'elle comprend 240 lignes. De préférence, l'orientation des lignes de l'image de la caméra est perpendiculaire à celle de la fissure, la com- paraison entre images télévisées successives s'effectuant ligne par ligne. On peut donc déterminer la mesure de la pro- pagation d'une fissure en utilisant le nombre de lignes de l'image pour lesquelles une modification du contenu de l'image est intervenue depuis la mesure précédente. Ces lignes peuvent faire l'objet d'un comptage. Il est intéressant de disposer la caméra de télévision sur un chariot effectuant des mouvements de commandes dans trois plans orthogonaux. La commande du chariot peut être réalisée en fonction de l'extension mesurée d'une fissure. On obtient ainsi l'assurance de voir apparaftre, à tout moment, sur l'image télévisée la partie de l'échantillon inté- ressante pour la mesure, par exemple celle o le cheminement de la fissure mesurée se produit. Ainsi, lorsque, par exemple, la fissure se rapproche du bord gauche de l'image télévisée, la caméra est décalée d'une distance définie vers la droite. Si la fissure s'élargit en cours d'essai, la caméra suit d'une distance déterminée avec précision, parallèlement à l'échantillon, dans la direction de cet élargissement. La profondeur de champ est maintenue constante grâce à un capteur. L'effort imposé à un échantillon de mesure de propa- gation des fissures est réglé de façon à être supprimé tem- porairement pendant l'enregistrement d'une nouvelle image par la caméra. On obtient ainsi l'assurance que les mesures ne sont pas faussées par les mouvements oscillatoires de l'échantillon. Etant donné qu'une exploration n'a qu'une très faible durée, (40 ms.au maximum), cet arrêt imposé pour la mesure reste très bref. L'invention est explicitée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation, sans caractère limitatif, représenté sur la figure unique. Cette figure représente un schéma-bloc simplifié du dispositif de mesure de propagation des fissures selon l'in- vention. Une éprouvette 11 est montée verticalement dans un mécanisme de génération de charges 10. Ce mécanisme 10 pré- sente à sa base un vérin d'essai lia capable de soumettre l'éprouvette à des sollicitations de traction, de compression ou de vibration. Au point d'attache supérieur de l'éprouvette se trouve un dynamomètre 12, destiné à mesurer la charge. Le dynamomètre 12 est connecté à l'entrée d'un amplificateur de réglage 13, dont le signal de sortie pilote la soupape du vérin d'essai lla. L'autre borne d'entrée de l'amplificateur 13 reçoit le signal émis par un générateur de fonctions 14, qui donne le signal de consigne, ainsi que le signal de com- mande du pilote 15 déterminant la séquence des mesures. Un microscope 16, adapté à la caméra de télévision 17, est orienté vers une partie de la superficie de l'éprouvette 11. La caméra de télévision 17 enregistre donc une image de la partie concernée de l'éprouvette Il et envoie ladite image, mêlée aux signaux de synchronisation, au discriminateur 18. Ce dernier délivre les signaux d'image et de synchronisation au pilote ou moniteur 19 o l'image télévisée est visualisée. En outre, le discriminateur 18 contient un dispositif permet- tant d'engendrer une grille calibrée qui apparaît sur l'écran du pilote 19. Cette grille calibrée, composée de bandes hori- zontales et verticales, facilite l'orientation de la caméra par rapport à la zone de l'éprouvette, qui doit être filmée. Le discriminateur sépare les signaux d'image des si- gnaux de synchronisation de la caméra 17 et transforme en numérique, à l'aide d'un circuit à seuil, les seuls signaux d'image qui ne prennent plus que les valeurs "blanc" et "noir". Ces signaux d'image binaires, émis à la sortie 20 du discrimi- nateur, sont dirigés vers la mémoire 21 et vers le compara- teur 22. Lorsque le nombre de points mesurés est'de 120, la mémoire est au minimum de 1OK, ce qui lui permet de recevoir tous les points de l'image. La mémoire 21 retient donc la dernière vue enregistrée par la caméra. Dans le circuit comparateur 22, l'image télé- visée contenue dans la mémoire est comparée avec l'image cor- respondante filmée au moment de la mesure suivante, de manière à pouvoir constater si les deux images sont ou non identiques. Etant donné que les lignes de la caméra de télévision 17 sont orientées perpendiculairement à la direction d'une fissure de l'éprouvette 11, la comparaison des deux images peut être ef- fectuée par rapprochement ligne à ligne. Lorsque deux lignes ne coïncident pas, la fissure s'est propagée jusqu'à ces -lignes. La sortie du comparateur 22 est connectée à un micro- processeur 23 destiné au pilotage des fonctions et à la mise en forme des résultats, la sortie dudit microprocesseur étant connectée à un dispositif d'édition 24. Ce microprocesseur 23 contient un compteur, qui compte les lignes o il n'y a pas coïncidence entre deux images successivement filmées. Le cumul de ce compteur indique donc la progression de la fissure depuis la dernière mesure. Le dispositif d'édition 24 peut être une imprimante, les résultats édités pouvant être le nombre d'ap- plications de la charge, la vitesse de propagation de la fis- sure, le numéro courant de la mesure, l'heure ou autres. Le microprocesseur 23 détermine aussi si la fissure s'ap- proche d'un des bords du champ de la caméra 17 et pilote, en conséquence, par l'intermédiaire d'un dispositif moteur 24a, la commande de position de la caméra 17 et de son microscope additionnel 16. Le microscope additionnel 16 est couplé avec un télémètre 25, qui détermine la distance entre le micros- cope 16 et l'éprouvette 11 et envoie cette indication au dispositif moteur 24a. Cette valeur réelle est comparée avec la valeur de consigne fournie par le microprocesseur 23 et, en fonction de l'écart de régulation, un chariot portant le microscope 16, la caméra 17 et le télémètre 25 est piloté. Le chariot (non représenté) peut se déplacer dans trois plans orthogonaux entre eux. 6 2463926 Le microprocesseur 23 commande, en outre, le pilote déterminant la séquence des cycles de mesure et, par son intermédiaire, la synchronisation d'images et de lignes 26 de la caméra 17, de manière que l'enregistrement d'une image ne se produise qu'au moment o la charge n'est momentanément pas appliquée à l'éprouvette 11. La cadence de la synchronisation de lignes et d'images 26, du pilote de séquence 15, du discriminateur 18, de la mémoire 21 et du microprocesseur 23 est donnée par une hor- loge 27. Il s'agit, en l'occurrence, d'un oscillateur à quartz. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de mesure de propagation de fissures comportant un mécanisme de mise sous charge pouvant recevoir un échantillon, ainsi qu'un instrument de mesure optique. Ledit dispositif étant caractérisé par le fait que l'instru- ment de mesure optique est une caméra de télévision (17) con- nectée à un circuit discriminateur (18) lequel transforme les points de l'image fournie par la caméra en signaux binaires, que ledit discriminateur (18) est connecté à son tour à une mémoire (21), qui recueille les impulsions binaires tradui- sant l'image enregistrée par la caméra, et qu'enfin, un cir- cuit comparateur (22) compare le contenu de ladite mémoire (21) avec les signaux binaires engendrés par l'image suivante fournie par la caméra (17). 2 - Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le nombre des signaux binaires ne coincidant pas entre les deux images télévisées comparées l'une à l'autre, est décompté et visualisé. 3 - Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un microscope (16) est associé à la caméra de télévision (17). 4 - Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les lignes d'analyse de l'image télévisée par la caméra (17) sont perpendiculaires à la direction de la fissure, la comparaison entre les enregis- trements successifs de la caméra étant effectuée ligne par ligne. - Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le discriminateur (18) est conçu de manière à produire, sur l'écran, une grille calibrée parallèle aux axes de coordonnées de l'image. 6 - Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la caméra de télévision (17) est disposée sur un chariot capable de se déplacer, selon les commandes reçues, dans trois plans orthogonaux entre eux. 7 - Dispositif de mesure selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la commande du chariot s'effectue en fonction de l'extension mesurée de la fissure. 8 - Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le mécanisme de génération 8 2463926 de charge (10) est piloté de façon que l'application de la charge à l'éprouvette (11) n'intervienne que pendant des périodes de temps définies et que l'enregistrement des images successives par la caméra ne s'effectue, pour chacune d'entre elles, que dans l'intervalle entre deux de ces séquences de charge. 9 - Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une horloge (27) génère la synchronisation de lignes et d'images de la caméra (17), l'entrée en mémoire, la sortie de mémoire, le comparateur et, le cas échéant, commande le pilote (15) des séquences de mesures.