Brevet FR2543299A1 — publié le 19840928

La présente invention a pour objet un système holographique de contrôle non destructif. Elle s'applique à l'étude des contraintes, déformations ou déplacements d'une p.ièce. On connaît déjà des systemes de- controle. non destructifs qui comprennent des moyens pour former un hologramme de la pièce à contrôler et une caméra vidéo permettant d;'-afficher l'hologramme sur écran d-'un moniteur vidéo. Ces appareils, bien que perfectionnés, ne donnent pas entière satisfaction car ils délivrent une image dont l'interprétation est difficile puisqu'il s'agit non pas d'une vue de la pièce sous contrôle, mais d'un ensemble de frange9' d'interférences, La présente invention a justement pour but de remédier à cet inconvénient.A cette fin, elle a pour objet un système qui permet de représenter de manière réelle la pièce sous contrôle, avec ses contraintes, déformations ou déplacements, etc... A cette fin, le système est muni de moyens originaux permettant, d'une part, une prise de vues de l'-hologramme sous différents angles et, d'autre part, un traitement numérique apte à restituer les grandeurs désirées (contraintes, déformations déplacements, etc. > : à partir des données contenues dans les différentes prises de vues effectuées. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un système holographique de contrôle non destructif, du genre de ceux qui comprennent une source de lumière cohérente délivrant un faisceau dirigé sur une pièce à controler et un faisceau de réfé rence, un support holographique apte à enregistrer l'hologramme de la pièce à contrôler, et une caméra de prise de vues dirigée vers le support holographique ce système étant caractérisé-par le fait-, d'une part., que cette caméra est associée à des moyens aptes à faire varier -son angle de prise de vues et, d'autre part, qu*'il comprend. un moyen de numérisation au moinsX partielle de l'image prise pat- la caméra, suivi d'un circuit de traitement numérique mettant en oeuvre un logiciel adapté au traitement et à l'interprétation des franges, pour la restitution de certaines gran deurs et enfin, un dispositif d'affichage en deux ou trois -dimensions de la pièce contrôlée pour la mise en évidence de ces grandeurs. Les caractéristiques de l'invention apparattront mieux après la description qui suit, d'exem- ples de réalisation. donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente le schéma synoptique d'un système conforme à l'invention, - la figure 2 représente une vue détaillée du bloc de prise de vues à angle variable, - la figure 3 illustre la disposition pratique des éléments du système. Le système représenté sur la figure 1 comprend un laser 10, des moyens optiques permettant de former d'une part, un faisceau 12, dit faisceau objet, ce faisceau étant dirigé sur une pièce à contrôler 13 et d'autre part, un faisceau 14, dit faisceau de référence. Le système comprend encore un support holographique 16, un système de prise de vues à caméra vidéo 18, un moyen de numérisation de l'image prise par ce système, ce moyen étant constitué soit par un convertisseur. analogique-numérique. 20, soit par un appareil 22 appelé numériseur (ou: digitiseur),. soit par les deux utilisés au choix de l'opérateur. Le système comprend encore un organe 24 de traitement de l'information et enfin un moyen 26 d'affichage d'une image. Le fonctionnement de ce système est le suivant. Le laser, qui peut fonctionner en continu ou en impulsions, délivre un faisceau unique-qui est ensuitedédoublé par des moyens optiques quelconques (lames semi-transparentes par exemple) en unfaisceau objet et un faisceau de référence. Le laser peut être associé à un cristal doubleur de fréquence qui permet d'amplifier l'écartement entre les courbes de niveau. Le faisceau objet 12 illumine la pièce que l'on veut contrôler.. La lumière diffusée par celle-ci vient interférer avec le faisceau de référence 14 sur la pla-- que holographique 16. L'hologramme de la pièce est constitué, comme on sait, par des- séries de franges d'interférences. Le moyen 18 à caméra vidéo effectue une prise de vues de ces franges sous plusieurs angles, symbolisés par les flèches 191, 192, 193 (le nombre- - 3 n'étant naturellement qu'un exemple mais. étant un minimum}. La numérisation des images ainsi prises s'effectue de deux manières différentes : soit par le convertisseur .20, soitpar le numériseur.22. On sait que ce dernier dispositif comprend un écran d'affichage 23 fonctionnant selon un système ultrasonique, un crayon 25 et un convertisseur numérique 27. Sur l'écran est affiché le réseau de franges interférométriques correspondant à l'hologramme. L'opérateur pointe avec le crayon 25 une frange sur l'écran et le convertisseur 27 délivre les données numériques correspondantes.En déplaçant le crayon sur l'écran, l'opéra-teur pent sA tio.nner certaines. franges ou portions de. I'i-mage, qui lui paraissen-t les plus r.i- ches en information et laisser de côté celles qui ne .présentent manifestement pas d'intérêt. La numérisation des images est ainsi rendue plus efficace qu'avec le circuit 20, lequel numérise la totalité des images prises, sans distinction de ses parties utiles ou peu utiles. Le logiciel de.traitement s'en trouve naturellement simplifié. Celui ci est mis en oeuvre dans l'organe de traitement 24, qui est, en pratique, un calculateur. Un tel calculateur doit être capable, à par-tir des multiples images prises par le système 18, de restituer les 6 paramètres qui définissent, de manière la plus générale, un déplacement pour chaque point de l'objet contrôlé, à savoir trois translations X, Y, Z, selon trois axes de référence et trois rotations #x, #y, #z autour deux ces axes. Il s'agit en effet, sur. l'écran du système 26, d'afficher l'objet réel en deux ou trois dimensions avec ses déformations et non plus, comme dans l'art antérieur, un système de franges. C'est d'ailleurs pour cette raison qu'il est nécessaire de prévoir une prise de vues sous plusieurs angles (3 au minimum) afin de recueillir les informations né cessaires à la restitution des déformations. Le moyen de prises de vue et l'organe de traitement coopèrent donc à la résolution de ce problème et doivent être adaptés à cette fonction nouvelle. C'est ce qui va être précisé davantage main.tenant. En ce qui concerne tout d'abord le système de prise de vues, il est représenté plus en détail sur la figure 2. Les moyens optiques de formation du fais- sceau objet 12 et du faisceau de référence 14 sont, dans la variante illustrée, constitués par des fibres optiques 30 et 32 reliées au laser. La caméra de prise de vues consiste en une caméra vidéo 34, par exemple de type C.C.D. (Charge-Coupled Device) associée à une optique 36, le tout étant solidaire d'un plateau 38 mobile en rotation sous l'action d'un moteur 40, par exemple de type pas à pas. Ce moteur reçoit un signal de commande véhiculé par une connexion 41.Le plateau 38 peut coulisser le long d'un rail courbe 42, de telle sorte que l'angle de prise de vues puisse-ê.tre modifié (flèches 191, 192, 193). La caméra 34 délivre un signal analogique véhiculé par une connexion 50. L'ensemble de ces moyens forme un bloc 70 de prise de vues holographique. La pièce à contrôler est placée devant ce bloc. En-ce qDi concerne ma tentant les moyens de traitement numérique 24, ils mettent en oeuvre un logiciel dont les caractéristiques essentielles sont rassemblées dans les tableaux I, II et III ci-dessous. Le tableau I est un organigramme relatif au logiciel de traitement Le tableau Il est relatif au logiciel de calcul. Le tableau III enfin concerne le logiciel de métrologie. TABLEAU I : Logiciel de traitement ( Dbut ) L Instruction de conduite de 1 'epérience I (positionsw dimensions L objet,..,) Réalisation de l'hologramme | Commande laser | Mise sour;; contraintes r ' Commande Commande laser Hologramme interférentiel enregistré I l Lecture hologramme I NonterventionOui \ $ pdrateur / opérateur Positionnement caméra Positionnement caméra à l'état I + E Positionnement à l'état I + i (en continu) (moteur pas à pas) T ~L Commande Commande carte CAN l t Comptage du nombre de franges ayant défilé Traitement d'une frange I omptag I frarle du nombre Iges ayant Commande carte CAN entrée image (1024 x 1024) -&verbar; I = I + 1 g Oui a l l l Traitement 3 images | Stockage objet 3D l Représentation monitear de ranges \ Repérage de f.ranges oui Non &verbar; m. I l Positions origine \ Repérage niveau de gris \ÉÉÀnecrayon Courbes de niveau de gris Tracé franges tract moniteur (vérification) | 18 5tockage Sortie v Non &verbar; 9 I > 3 I Oui TABLEAU II : Logiciel de calcul Numérotation franges 3 images L Déplacements des franges Résolution N systèmes linéaires . . , ~,l Sorties : 6 déplacements 3 translations : X, y, Z 3 rotations nx ny SZ par point I Logiciel détrompeur (signes des déplacements) C Calculs R.D-M, Sorties contraintes t en tout point d8formationsr Repre,senttion 3D (Zones de faiblesse > I Conclusion I Fin TABLEAU III : Logiciel de métrologie Position caméra , , Commande laser t 7 T Camnde doubleur de fréquence Commande laser Stockage image Stockage Tracé lignes de niveau (logiciel ou numériseur) Interprétation réseau de franges Représentation 3D Correction 11 Repérage erreur Correction pos possible I Sortie : position, erreurs de planéité, de rotondité, de sphéricité, de parallé lisme, etc*.. Pour finir, la figure 3 illustre une disposition pratique possible pour les différents éléments du système. Dans une armoire électronique 60, on trouve un tiroir 61 d'alimentation générale et notamment d'alimentation du laser, un tiroir 62 comprenant le laser, ce tiroir alimentant en faisceaux optiques les deux fibres 30, 32, le cas échéant un tiroir 63 de commande du laser en impulsions, un tiroir 64 de commande du moteur pas à pas par l'intermédiaire de la connexion.. 41, un- tiroir 65 contenant le- convertisseur analogique-numérique 20 et divers circuits électroniques, ce tiroir recevant le signal vidéo véhiculé par la connexion 51 et enfin un tiroir 66 contenant le calculateur. L'armoire 60 est reliée, d'une part, au bloc de prise de vues holographique. 70 et d'autre part, à une console d'affichage et de commande 80. REVENDICATIONS 1. Système holographique de contrôle non destructif, comprenant une source de lumière cohérente (10) délivrant un faisceau objet (12) dirigé sur une pièce à contrôler (13) et un faisceau de référence (14), un support holographique (16) apte à enregistrer l'hologramme de la pièce à contrôler, cet hologramme ressultant de l'interférence entre le faisceau de réfé- rence (14) et la lumière diffusée par la pièce (13), une.caméra de prise de vues (18) dir.igée vers le sup port holographique, caractérisé. par le fait, d'une -part, que cette caméra est associée à des moyens (40, 48) aptes à faire varier son-angle de prise de vues et, d'autre part, qu'il comprend un moyen (20, 22) de numérisation au moins partielle de l'image prise par la caméra, suivi d'un circui't de traitement numérique (24) mettant en oeuvre un logiciel adapté au traite- ment et à l'interprétation des franges en vue de la restitution de certaines grandeurs, et enfin un dispo sitif d'affichage (26) en deux ou trois dimensions de la pièce contrôlée. pour la mise- en évidence de ces grandeurs. 2. Système selon la revendication 1, carac térisé en ce que le moyen de numérisation est un con- vertisseur analogique-numérique (20) disposé à la sor- tie de la caméra (18) et traitant la totalité des ima ges prises par celle-ci. - 3. Système selon la.revendication 1, carac - térisé en ce que le moyen de numérisation est consti tué par un dispositif numériseur comprenant un écran d'affichage (23).apte à représenter l'image prise par la caméra, un moyen de pointage (25) de certains éléw ments de l'image affichée et un numériseur (27) des éléments ainsi pointés.