BE1025565B1 - DEVICE AND METHOD FOR NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF STRUCTURES - Google Patents
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Abstract
L’invention se rapporte à des méthodes qui utilisent un dispositif de contrôle non-destructif d’un objet par l’interférométrie holographique, comprenant un ensemble d’éléments (2, 3, 4) qui permettent d’acquérir une image interférométrique d’une zone de l’objet (10), ledit ensemble comprenant au moins une source de lumière cohérente (2), un interféromètre (4) et une caméra (3) pour capter l’image interférométrique, caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre une caméra thermique (11) apte à capter une image thermographique d’au moins une partie de ladite zone de l’objet (10).The invention relates to methods that utilize a device for non-destructive control of an object by holographic interferometry, comprising a set of elements (2, 3, 4) for acquiring an interferometric image of an area of the object (10), said assembly comprising at least one coherent light source (2), an interferometer (4) and a camera (3) for sensing the interferometric image, characterized in that the device comprises in addition to a thermal camera (11) capable of capturing a thermographic image of at least a portion of said area of the object (10).
Description
DISPOSITIF ET METHODE POUR CONTROLE NON DESTRUCTIF DE STRUCTURESDEVICE AND METHOD FOR NON-DESTRUCTIVE INSPECTION OF STRUCTURES
Domaine de l'invention [0001] L'invention se rapporte à des dispositifs et méthodes destinés au contrôle non-destructif (NDT, Non-Destructive Testing) de structures par la technologie de l’interférométrie holographique, qui comprend des méthodes telles que la shearographie ou l’ESPI (electronic speckle pattern interferometry).FIELD OF THE INVENTION The invention relates to devices and methods intended for non-destructive testing (NDT, Non-Destructive Testing) of structures by holographic interferometry technology, which includes methods such as shearography or ESPI (electronic speckle pattern interferometry).
Etat de la technique [0002] La shearographie et l’ESPI sont des méthodes NDT bien connues dans l’industrie. Il s’agit de technologies reposant sur les principes de l’interférométrie holographique et dans laquelle un interféromètre et une caméra numérique sont utilisés pour détecter une déformation de la surface d’un objet soumis à une contrainte non-destructive, tel qu’un stimulus mécanique ou thermique. Un défaut structurel, par exemple un délaminage local d’un matériau composite, apparaît sur l’image interférométrique sous la forme d’un motif d’interférence caractéristique. La shearographie est une technique particulièrement avantageuse car contrairement à l’ESPI, elle prend en compte la dérivée spatiale de la déformation, permettant ainsi de s’affranchir des mouvements de corps rigide .STATE OF THE ART [0002] Shearography and ESPE are NDT methods well known in the industry. These are technologies based on the principles of holographic interferometry and in which an interferometer and a digital camera are used to detect a deformation of the surface of an object subjected to a non-destructive stress, such as a stimulus. mechanical or thermal. A structural defect, for example local delamination of a composite material, appears on the interferometric image in the form of a characteristic interference pattern. Shearography is a particularly advantageous technique because, unlike ESPE, it takes into account the spatial derivative of the deformation, thus making it possible to get rid of rigid body movements.
[0003] A cet égard, il est connu d’appliquer comme contrainte à l’objet un stimulus thermique. On peut par exemple utiliser à cet effet une lampe infrarouge qui va chauffer l’objet par radiation pendant un certain temps. Dans ce cas, il est important de savoir à quel instant l’objet est suffisamment stimulé pourIn this regard, it is known to apply a thermal stimulus as a constraint to the object. For example, an infrared lamp can be used for this purpose which will heat the object by radiation for a certain time. In this case, it is important to know when the object is sufficiently stimulated to
BE2017/5666 permettre l’acquisition présentant une dynamique optimale. Il est connu à cet égard d’utiliser un pyromètre mesurant la température d’une zone locale de la surface de l’objet. Pour des objets de forme complexe ou dans le cas de grandes surfaces à inspecter, cette méthode n’est cependant pas adéquate, dans le sens où l’information n’est pas complète mais partielle, car la mesure de température obtenue par le pyromètre est une information locale ne donnant aucune information sur la répartition spatiale de l’impact thermique.BE2017 / 5666 allow acquisition with optimal dynamics. It is known in this regard to use a pyrometer measuring the temperature of a local area of the surface of the object. For objects of complex shape or in the case of large areas to be inspected, this method is however not adequate, in the sense that the information is not complete but partial, since the temperature measurement obtained by the pyrometer is local information giving no information on the spatial distribution of the thermal impact.
[0004] Il est avantageux d’équiper les dispositifs de shearographie ouIt is advantageous to equip the shearography devices or
ESPI d’un moyen de stimulation thermique ( par rayonnement) sans contact, intégré dans le dispositif. Cette disposition permet d’appliquer un stimulus reproductible. L’inconvénient est que ce type de dispositif offre peu de liberté au niveau du positionnement de la source thermique. L’utilisation d’une source nonintégrée dans le dispositif offre l’avantage d’une plus grande liberté de positionnement de la stimulation, mais au prix d’une perte au niveau de la reproductibilité des mesures.ESPI of a means of thermal stimulation (by radiation) without contact, integrated in the device. This arrangement makes it possible to apply a reproducible stimulus. The disadvantage is that this type of device offers little freedom in the positioning of the thermal source. The use of a source not integrated into the device offers the advantage of greater freedom of positioning of the stimulation, but at the cost of a loss in the reproducibility of the measurements.
[0005] Un autre inconvénient des dispositifs et méthodes existants est lié au fait que certains défauts sont difficiles à détecter, puisqu’ils sont noyés dans une déformation globale qui est le résultat du stimulus.Another drawback of existing devices and methods is related to the fact that certain defects are difficult to detect, since they are embedded in an overall deformation which is the result of the stimulus.
[0006] Un système de mesure qui combine la shearographie et la thermographie est divulgé par exemple dans le document ‘Improved defect detection with combined shearography and thermography, Schmidt, Internation Conference on Applications for Image Based Measurements, 6 and 7 March 2012, Ulm, Germany.A measurement system which combines shearography and thermography is disclosed for example in the document 'Improved defect detection with combined shearography and thermography, Schmidt, Internation Conference on Applications for Image Based Measurements, 6 and 7 March 2012, Ulm, Germany.
Eléments caractéristiques de l'invention [0007] La présente invention se rapporte à des méthodes tels que décrites dans les revendications. L’invention se rapporte plus particulièrement à des méthodes qui utilisent un dispositif de contrôle non-destructif d’un objet par interférométrie holographique, telle que la shearographie, comprenant un ensemble d’éléments qui permettent d’acquérir une image interférométrique d’une zone définie de l’objet, ledit ensemble comprenant au moins une source de lumière cohérente, un interféromètre et une caméra pour capter l’image interférométrique, caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre uneCharacteristic Elements of the Invention The present invention relates to methods as described in the claims. The invention relates more particularly to methods which use a device for non-destructive testing of an object by holographic interferometry, such as shearography, comprising a set of elements which make it possible to acquire an interferometric image of an area. defined object, said assembly comprising at least one coherent light source, an interferometer and a camera for capturing the interferometric image, characterized in that the device further comprises a
BE2017/5666 caméra thermique apte à capter une image thermographique d’au moins une partie de ladite zone définie de l’objet.BE2017 / 5666 thermal camera capable of capturing a thermographic image of at least part of said defined area of the object.
[0008] L’invention se rapporte également à une méthode de contrôle non-destructif d’un objet par interférométrie holographique, telle que la shearographie, utilisant un dispositif tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes suivantes :The invention also relates to a method of non-destructive testing of an object by holographic interferometry, such as shearography, using a device as described above, comprising the following steps:
• Application d’un stimulus thermique à au moins une zone définie de l’objet, par l’activation d’une source thermique à un instant ti et la désactivation de ladite source à un instant t2, • Obtention d’une acquisition interférométrique de référence et une acquisition interférométrique de mesure, lesdites acquisitions étant relatives à ladite zone de l’objet, respectivement à un instant de référence et à un instant de mesure, les instants de référence et de mesure correspondant à deux états thermiques distincts, • Production d’une image interférométrique de ladite zone exprimant une différence entre les acquisitions de référence et de mesure, caractérisée en ce que l’instant t2 est choisi en temps réel sur base d’images thermographiques d’au moins une partie de ladite zone, obtenues pendant l’application du stimulus, la source thermique étant désactivée dès qu’au moins une partie de l’image thermographique correspond à une image souhaitée. [0009] Selon une autre forme d’exécution, la méthode selon l’invention, de contrôle non-destructif d’un objet par l’interférométrie holographique, telle que la shearographie, utilisant un dispositif tel que décrit cidessus, comprend les étapes suivantes :• Application of a thermal stimulus to at least one defined zone of the object, by the activation of a thermal source at an instant ti and the deactivation of said source at an instant t2, • Obtaining an interferometric acquisition of reference and an interferometric measurement acquisition, said acquisitions being relative to said area of the object, respectively at a reference instant and at a measurement instant, the reference and measurement instants corresponding to two distinct thermal states, an interferometric image of said zone expressing a difference between the reference and measurement acquisitions, characterized in that the instant t2 is chosen in real time on the basis of thermographic images of at least part of said zone, obtained during the application of the stimulus, the thermal source being deactivated as soon as at least part of the thermographic image corresponds to a th desired image. According to another embodiment, the method according to the invention, for non-destructive testing of an object by holographic interferometry, such as shearography, using a device as described above, comprises the following steps :
• Application d’un stimulus thermique à au moins une zone définie de l’objet, par l’activation d’une source thermique à un instant ti et par la désactivation de ladite source à un instant t2, • Obtention d’une acquisition interférométrique de référence et une acquisition interférométrique de mesure, lesdites acquisitions étant relatives à laditezone de l’objet, respectivement à un instant de référence et à un instant de mesure, les instants de référence et de mesure correspondant à deux états thermiques distincts,• Application of a thermal stimulus to at least one defined zone of the object, by the activation of a thermal source at an instant ti and by the deactivation of said source at an instant t2, • Obtaining an interferometric acquisition of reference and an interferometric acquisition of measurement, said acquisitions being relative to the laditezone of the object, respectively at a reference instant and at a measurement instant, the reference and measurement instants corresponding to two distinct thermal states,
BE2017/5666 • production d’une image interférométrique de ladite zone qui exprime une différence entre les acquisitions de référence et de mesure, caractérisée en ce que :BE2017 / 5666 • production of an interferometric image of the said zone which expresses a difference between the reference and measurement acquisitions, characterized in that:
• la méthode comprend également la prise d’une séquence d’images thermographiques d’au moins une partie de ladite zone, avant, pendant et après l’application du stimulus, • l’instant de référence est choisi sur base de la correspondance d’au moins une partie de l’image thermographique à une image souhaitée.• the method also includes taking a sequence of thermographic images of at least part of said zone, before, during and after the application of the stimulus, • the reference time is chosen on the basis of the correspondence d 'at least part of the thermographic image to a desired image.
[0010] La méthode décrite au paragraphe précédent peut en outre comprendre les caractéristiques suivantes :The method described in the previous paragraph can also include the following characteristics:
• une séquence d’acquisitions interférométriques est obtenue avant, pendant et après l’application du stimulus, • la séquence d’images thermographiques est synchronisée avec la séquence d’images interférométriques, • l’acquisition interférométrique de référence est l’acquisition obtenue à l’instant où au moins une partie de l’image thermographique correspond à une image souhaitée.• a sequence of interferometric acquisitions is obtained before, during and after the application of the stimulus, • the sequence of thermographic images is synchronized with the sequence of interferometric images, • the reference interferometric acquisition is the acquisition obtained at the instant when at least part of the thermographic image corresponds to a desired image.
[0011] Selon une autre forme d’exécution, la méthode selon l’invention, de contrôle non-destructif d’un objet par l’interférométrie holographique, telle que la shearographie, utilisant un dispositif tel que décrit cidessus, comprend les étapes suivantes :According to another embodiment, the method according to the invention, for non-destructive testing of an object by holographic interferometry, such as shearography, using a device as described above, comprises the following steps :
• Application d’un stimulus thermique à au moins une zone de l’objet, par l’activation d’une source thermique à un instant ti et par la désactivation de ladite source à un instant t2, • Obtention d’une acquisition interférométrique de référence et une acquisition interférométrique de mesure, lesdites acquisitions étant relatives à ladite zone de l’objet, respectivement à un instant de référence et à un instant de mesure, les instants de référence et de mesure correspondant à deux états thermiques distincts, • Production d’une image interférométrique de ladite zone qui exprime une différence entre les acquisitions de référence et de mesure, caractérisée en ce que :• Application of a thermal stimulus to at least one zone of the object, by the activation of a thermal source at an instant ti and by the deactivation of said source at an instant t2, • Obtaining an interferometric acquisition of reference and an interferometric measurement acquisition, said acquisitions being relative to said area of the object, respectively at a reference instant and at a measurement instant, the reference and measurement instants corresponding to two distinct thermal states, an interferometric image of said zone which expresses a difference between the reference and measurement acquisitions, characterized in that:
BE2017/5666 • la méthode comprend également la prise d’une séquence d’images thermographiques d’au moins une partie de ladite zone, avant, pendant et après l’application du stimulus, ladite séquence comprenant une image obtenue à l’instant de mesure, • une opération mathématique est effectuée entre les valeurs respectives d’une matrice de valeurs numériques dérivées de ladite image interférométrique et une matrice de valeurs numériques dérivées de l’image thermographique obtenue à l’instant de mesure, les matrices ayant la même taille et étant relatives à une partie commune entre les images interférométriques et thermographiques, l’opération permettant d’obtenir une image recombinée par ladite opération mathématique, • détection dans l’image recombinée de une ou plusieurs détails (tels que des défauts) de l’objet, lesdits détails ayant une visibilité améliorée par rapport à la visibilité de ces détails dans l’image interférométrique.BE2017 / 5666 • the method also comprises taking a sequence of thermographic images of at least part of said zone, before, during and after the application of the stimulus, said sequence comprising an image obtained at the time of measurement, • a mathematical operation is performed between the respective values of a matrix of digital values derived from said interferometric image and a matrix of digital values derived from the thermographic image obtained at the time of measurement, the matrices having the same size and relating to a common part between the interferometric and thermographic images, the operation making it possible to obtain a recombined image by said mathematical operation, • detection in the recombined image of one or more details (such as defects) of the object, said details having improved visibility compared to the visibility of these details in the image i nterférométrique.
[0012] Ladite opération mathématique peut être une opération algébrique, telle qu’une soustraction ou une division de valeurs respectives des ensembles de données.Said mathematical operation can be an algebraic operation, such as a subtraction or a division of respective values of the data sets.
[0013] La méthode décrite au deux paragraphes précédents peut également comprendre les caractéristiques suivantes :The method described in the previous two paragraphs can also include the following characteristics:
• une séquence d’images interférométriques est obtenue avant, pendant et après l’application du stimulus, • la séquence d’images thermographiques est synchronisée avec la séquence d’images interférométriques.• a sequence of interferometric images is obtained before, during and after the application of the stimulus, • the sequence of thermographic images is synchronized with the sequence of interferometric images.
Brève description des figures [0014] La figure 1 représente une vue schématique d’un système de shearographie tel que connu dans l’état de la technique.Brief description of the figures [0014] FIG. 1 represents a schematic view of a shearography system as known in the state of the art.
[0015] La figure 2 représente un dispositif de shearographie selon une première forme d’exécution de l’invention.Figure 2 shows a shearography device according to a first embodiment of the invention.
[0016] La figure 3 représente un exemple d’un cycle thermique auquel un objet est soumis lors d’un essai de shearographie, avec la température en axe des ordonnées et le temps en axe des abscisses.FIG. 3 represents an example of a thermal cycle to which an object is subjected during a shearography test, with the temperature in the ordinate axis and the time in the abscissa axis.
BE2017/5666 [0017] La figure 4 représente un exemple d’une image thermographique et d’une image shearographique de la même zone d’un objet.BE2017 / 5666 [0017] Figure 4 shows an example of a thermographic image and a shearographic image of the same area of an object.
[0018] La figure 5 représente les profils détectés sur base des images montrées à la figure 4.FIG. 5 represents the profiles detected on the basis of the images shown in FIG. 4.
[0019] La figure 6 représente la soustraction des données représentées à la figure 5.Figure 6 shows the subtraction of the data shown in Figure 5.
[0020] La figure 7 représente une deuxième forme d’exécution du dispositif selon l’invention.Figure 7 shows a second embodiment of the device according to the invention.
Description détaillée de l'invention [0021] La présente invention sera décrite ci-dessous et en détail dans des formes d’exécution préférées de l’invention et à l’aide des figures annexées qui représentent des variantes d’exécution préférées et non limitatives de l’invention.Detailed description of the invention The present invention will be described below and in detail in preferred embodiments of the invention and with the aid of the appended figures which represent preferred and non-limiting variant embodiments of the invention.
[0022] L’invention sera décrite sur base d’un dispositif de shearographie, sans que la portée de l’invention soit limitée à ce type de dispositif. Un dispositif de shearographie tel que connu dans l’état de la technique est représenté de manière schématique à la figure 1. Les éléments suivants sont indiqués :The invention will be described on the basis of a shearography device, without the scope of the invention being limited to this type of device. A shearography device as known in the state of the art is shown diagrammatically in FIG. 1. The following elements are indicated:
- une lampe infra-rouge 1 pour chauffer un objet à inspecter 10,- an infrared lamp 1 for heating an object to be inspected 10,
- un source de lumière cohérente, tel qu’un laser 2 pour éclairer l’objet et obtenir le motif d’interférence,- a coherent light source, such as a laser 2 to illuminate the object and obtain the interference pattern,
- une caméra numérique 3, telle qu’une caméra CCD (Charge Coupled Device) ou CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) pour capter les images à analyser. La caméra opère en mode ‘global frame’ : tous les pixels de l’image sont acquis en même temps.- a digital camera 3, such as a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) camera to capture the images to be analyzed. The camera operates in ‘global frame’ mode: all the pixels in the image are acquired at the same time.
- un interféromètre 4 du type Michelson, pourvu d’un miroir incliné 5 et d’un miroir déplaçable 6 par un actuateur piézo-électrique (PZT) 7, ainsi que d’un séparateur de faisceau 8. L’inclinaison du premier miroir 5 est telle que les faisceaux réfléchis de deux points séparés de l’objet vont coïncider sur un seul point du plan d’image de la caméra CCD. Le miroir déplaçable 6 permet le calcul du gradient de la déformation dans une direction hors du plan de la surface de l’objet. Ce gradient est proportionnel à la- an interferometer 4 of the Michelson type, provided with an inclined mirror 5 and a mirror movable 6 by a piezoelectric actuator (PZT) 7, as well as a beam splitter 8. The inclination of the first mirror 5 is such that the reflected beams of two separate points of the object will coincide on a single point of the image plane of the CCD camera. The movable mirror 6 allows the calculation of the gradient of the deformation in a direction outside the plane of the surface of the object. This gradient is proportional to the
BE2017/5666 différence de phase entre deux acquisitions, ladite différence de phase étant déterminée par une technique appelée ‘phase shifting’ et connue en soi par l’homme du métier. D’autres types d’interféromètres ayant la même fonctionnalité sont également envisageables dans un dispositif de shearographie (par exemple un interféromètre Fabry-Perrot),BE2017 / 5666 phase difference between two acquisitions, said phase difference being determined by a technique called "phase shifting" and known per se to those skilled in the art. Other types of interferometers having the same functionality are also possible in a shearography device (for example a Fabry-Perrot interferometer),
- une unité numérique 9 qui régule et commande le fonctionnement du laser 2, de la caméra CCD 3, effectuant le traitement des mesures et l’affichage des résultats. L’unité 9 est généralement un ordinateur du type PC (Personal Computer), configuré ou programmé pour effectuer les fonctionnalités décrites ci-dessus.- a digital unit 9 which regulates and controls the operation of the laser 2, of the CCD camera 3, carrying out the processing of the measurements and the display of the results. Unit 9 is generally a PC (Personal Computer) type computer, configured or programmed to perform the functions described above.
[0023] Au moins l’ensemble des éléments 2, 3 et 4 est incorporé dans un boîtier qui forme le dispositif de shearographie, également nommé caméra de shearographie.At least all of the elements 2, 3 and 4 are incorporated in a housing which forms the shearography device, also called a shearography camera.
[0024] Selon une forme d’exécution particulière illustrée à la figure 2, le dispositif de shearographie utilisable dans la présente invention comprend en outre une caméra thermique 11. Ce type de caméra est connu en soi. Une telle caméra est apte à prendre une succession d’images thermographiques de l’objet en représentant la distribution de température sur une surface de l’objet. Le dispositif selon l’invention permet donc d’appliquer les principes de la thermographie active en combinaison avec la technique de shearographie. La thermographie active est une technique de contrôle non destructif qui utilise également un échauffement comme moyen d’excitation. Une modification du champ thermique, engendrée par réchauffement, est détectée par la caméra thermique, et est apte à indiquer un défaut potentiel de l’objet étudié.According to a particular embodiment illustrated in Figure 2, the shearography device used in the present invention further comprises a thermal camera 11. This type of camera is known per se. Such a camera is able to take a succession of thermographic images of the object by representing the temperature distribution over a surface of the object. The device according to the invention therefore makes it possible to apply the principles of active thermography in combination with the shearography technique. Active thermography is a non-destructive testing technique that also uses heating as an excitation. A change in the thermal field, caused by heating, is detected by the thermal camera, and is capable of indicating a potential defect in the object under study.
[0025] Selon la forme illustrée à la figure 2, le fonctionnement de la caméra thermique 11 est contrôlé par l’unité numérique 9 configurée, outre sa mission consistant à gérer les fonctions de shearographie, pour régler la caméra thermique 11 ainsi que le traitement des mesures et l’affichage des résultats obtenus par la caméra thermique 11.According to the form illustrated in Figure 2, the operation of the thermal camera 11 is controlled by the configured digital unit 9, in addition to its mission of managing the shearography functions, to adjust the thermal camera 11 as well as the processing measurements and display of the results obtained by the thermal camera 11.
[0026] De manière générale, l’intégration d’une caméra thermique 11 permet d’obtenir avantageusement par un seul stimulus thermique une évaluation de l’objet par deux techniques NDT différentes, et ainsi d’augmenter l’information obtenue.In general, the integration of a thermal camera 11 makes it possible advantageously to obtain, by a single thermal stimulus, an evaluation of the object by two different NDT techniques, and thus to increase the information obtained.
BE2017/5666 [0027] De plus, le dispositif permet d’améliorer la mesure de shearographie en utilisant les données thermographiques. Les améliorations apportées par les données thermographiques sont les suivantes : l’amélioration de la reproductibilité des mesures, et l’amélioration de la détectabilité de certains défauts. Ces utilisations seront décrites ci-après à l’aide de méthodes appliquant un dispositif selon l’invention.BE2017 / 5666 [0027] In addition, the device makes it possible to improve the measurement of shearography by using thermographic data. The improvements brought by the thermographic data are the following: the improvement of the reproducibility of the measurements, and the improvement of the detectability of certain defects. These uses will be described below using methods applying a device according to the invention.
[0028] Une mesure de shearographie requiert toujours deux étapes :A shearography measurement always requires two steps:
- une première acquisition shearographique de l’objet qui sert de référence,- a first shearographic acquisition of the object which serves as a reference,
- une deuxième acquisition shearographique de l’objet qui sert de mesure, et qui sera comparée à l’acquisition de référence sous la forme d’une image shearographique exprimant une différence de phase entre l’acquisition de mesure et l’acquisition de référence.- a second shearographic acquisition of the object which is used as a measurement, and which will be compared with the reference acquisition in the form of a shearographic image expressing a phase difference between the measurement acquisition and the reference acquisition.
Une ‘acquisition shearographique’ est définie dans le présent contexte comme une image de phase acquise par la caméra CCD, càd une image qui représente la phase du signal d’intensité mesuré par la caméra sur une zone de l’objet. L’équation de l’intensité du front d’onde optique revenant de l’objet à un moment donné t peut être décrite par la formule :A "shearographic acquisition" is defined in the present context as a phase image acquired by the CCD camera, ie an image which represents the phase of the intensity signal measured by the camera on an area of the object. The equation of the intensity of the optical wavefront returning from the object at a given time t can be described by the formula:
l(x ,y)=A(x,y)cos(œt+ φ),l (x, y) = A (x, y) cos (œt + φ),
Dans cette équation :In this equation:
• l(x,y) représentant l’intensité en un point de coordonnées (x,y) ce que l’on appelle le shearogramme, • A(x,y) représente la modulation en amplitude du point de coordonnées (x,y) du à l’objet, • ω représente la pulsation de la longueur d’onde λ prise en considération, ω correspondant à 2π/λ • φ représente la phase optique [0029] Tout déplacement d de l’objet hors du plan de la caméra induira une modification de la phase d’un facteur 2πό. Les informations sur la position hors plan de la peau de l’objet sont donc portées par la phase φ, qui peut être extraite du shearogramme par exemple par la méthode connue de déroulage de phase. De préférence, l’acquisition shearographique (i.e. la phase) est• l (x, y) representing the intensity at a point of coordinates (x, y) what is called the shearogram, • A (x, y) represents the amplitude modulation of the point of coordinates (x, y ) due to the object, • ω represents the pulsation of the wavelength λ taken into consideration, ω corresponding to 2π / λ • φ represents the optical phase [0029] Any displacement d of the object outside the plane of the camera will induce a phase modification by a factor of 2πό. The information on the out-of-plane position of the skin of the object is therefore carried by the phase φ, which can be extracted from the shearogram for example by the known method of phase unwinding. Preferably, the shearographic acquisition (i.e. the phase) is
BE2017/5666 calculée sur base d’une série de shearogrammes acquis en séquence de manière quasi-instantanée selon la technique de décalage de phase (phase shifting). L’acquisition quasi-instantanée permet de limiter l’influence de l’évolution temporelle de la phase sur les acquisitions et ainsi d’améliorer la qualité des acquisitions individuelles. Egalement dans le présent contexte, une ‘image shearographique’ représente la différence de phase entre deux ‘acquisitions shearographiques’ (telle que définies ci-dessus) prises à deux instants distincts. L’application d’un stimulus entre l’instant où est prise la phase de référence et le moment où est prise la phase servant de mesure permet sous certaines conditions de mettre en évidence d’éventuelles inhomogénéités/hétérogénéités.BE2017 / 5666 calculated on the basis of a series of shearograms acquired in sequence almost instantaneously according to the phase shifting technique. The almost instantaneous acquisition makes it possible to limit the influence of the temporal evolution of the phase on the acquisitions and thus to improve the quality of the individual acquisitions. Also in this context, a sh shearographic image ’represents the phase difference between two sh shearographic acquisitions’ (as defined above) taken at two separate times. The application of a stimulus between the time when the reference phase is taken and the time when the measurement phase is taken allows under certain conditions to highlight possible inhomogeneities / heterogeneities.
[0030] La figure 3 présente un exemple de cycle d’excitation thermique typique exprimé en fonction de la température T en un point de l’objet étudié, en fonction du temps t. Dans le dispositif présenté à la figure 2, la lampe infrarouge 1 est allumée à un instant ti marquant le début du cycle thermique. La lampe est éteinte à un instant t2. Le cycle se termine au moment où la température est revenue proche de son niveau initial, à un instant t3. Le dispositif de l’invention permet la prise d’une séquence d’acquisitions shearographiques pendant la durée du cycle, ainsi que la prise d’une séquence d’images thermographiques, les deux séquences étant synchronisées dans le temps. En d’autres mots, pour chaque acquisition shearographique, une image thermographique correspondante est prise. Les champs de vue thermographiques et shearographiques se recouvrent au moins partiellement.FIG. 3 shows an example of a typical thermal excitation cycle expressed as a function of the temperature T at a point of the object studied, as a function of time t. In the device shown in Figure 2, the infrared lamp 1 is turned on at an instant ti marking the start of the thermal cycle. The lamp is off at time t2. The cycle ends when the temperature has returned close to its initial level, at an instant t3. The device of the invention makes it possible to take a sequence of shearographic acquisitions for the duration of the cycle, as well as to take a sequence of thermographic images, the two sequences being synchronized over time. In other words, for each shearographic acquisition, a corresponding thermographic image is taken. The thermographic and shearographic fields of view overlap at least partially.
[0031] L’information thermique disponible dans une image thermographique est bien supérieure à la mesure d’une température ponctuelle par un pyromètre. L’image thermographique montre la distribution de la température sur la partie de la surface de l’objet étudiée. Cette distribution peut être quantifiée en étudiant le coefficient de détermination R2 et les paramètres d’une courbe de tendance appliquée à la distribution. Pour améliorer la reproductibilité de la mesure, les données thermographiques peuvent être utilisées de plusieurs manières.The thermal information available in a thermographic image is much greater than the measurement of a point temperature by a pyrometer. The thermographic image shows the distribution of temperature over the part of the surface of the object studied. This distribution can be quantified by studying the coefficient of determination R 2 and the parameters of a trend curve applied to the distribution. To improve the reproducibility of the measurement, thermographic data can be used in several ways.
[0032] Une première manière concerne le contrôle de la durée du stimulus thermique. Selon cette application, l’instant t2 auquel la lampe deA first way concerns the control of the duration of the thermal stimulus. According to this application, the instant t2 at which the
BE2017/5666 chauffe est éteinte est basé sur une évaluation en temps réel de l’image thermographique. Par exemple, une comparaison entre la distribution thermique et une distribution prédéfinie est à la base de l’extinction du stimulus et donc de l’instant t2. De manière générale, le choix de l’instant t2 est basé sur une comparaison entre au moins une partie de l’image thermographique et une image souhaitée. Ladite image souhaitée peut être définie par une distribution thermique, un gradient de température, une température d’échauffement maximale ou des températures de chauffe spécifiées au préalable. Cette manière de contrôler le stimulus thermique va assurer que le cycle d’excitation est effectué de manière reproductible.BE2017 / 5666 heater is off is based on a real-time evaluation of the thermographic image. For example, a comparison between the thermal distribution and a predefined distribution is the basis for the extinction of the stimulus and therefore for the instant t2. In general, the choice of time t2 is based on a comparison between at least part of the thermographic image and a desired image. Said desired image can be defined by a thermal distribution, a temperature gradient, a maximum heating temperature or previously specified heating temperatures. This way of controlling the thermal stimulus will ensure that the excitation cycle is performed in a reproducible manner.
[0033] Une deuxième amélioration de la reproductibilité des mesures est relative au choix de l’instant de référence. Sachant qu’il est courant de réaliser plusieurs mesures d’un même objet, et donc de soumettre l’objet à plusieurs échauffements, parfois avec une longue période entre deux mesures, il est important de savoir à quel instant l’objet atteint un état thermique particulier pouvant servir d’état de référence. L’analyse des images thermographiques permet de choisir cet instant et de s’assurer ainsi que l’objet a atteint l’état souhaité. Ainsi, on arrive à une meilleure reproductibilité des résultats. Le choix de l’instant de référence est basé sur une comparaison d’au moins une partie de l’image thermographique à une image thermographique prédéfinie. Cette comparaison peut prendre plusieurs formes, par exemple : comparaison directe des images (pixel par pixel) ou comparaison de la distribution de la température des images respectives. De préférence, le choix de l’instant de référence n’est pas effectué en temps réel, mais ce choix est fait sur base d’une séquence entière d’images thermographiques acquises lors d’un cycle thermique.A second improvement in the reproducibility of the measurements relates to the choice of the reference time. Knowing that it is common to carry out several measurements of the same object, and therefore to subject the object to several warm-ups, sometimes with a long period between two measurements, it is important to know when the object reaches a state particular thermal that can serve as a reference state. The analysis of the thermographic images makes it possible to choose this instant and to make sure that the object has reached the desired state. Thus, we arrive at a better reproducibility of the results. The choice of the reference time is based on a comparison of at least part of the thermographic image with a predefined thermographic image. This comparison can take several forms, for example: direct comparison of the images (pixel by pixel) or comparison of the temperature distribution of the respective images. Preferably, the choice of the reference time is not made in real time, but this choice is made on the basis of an entire sequence of thermographic images acquired during a thermal cycle.
[0034] Faisant référence à la figure 3, une première possibilité pour le choix de l’instant de référence est l’instant tr avant le début du cycle. Une image thermographique prise avant la première application du stimulus peut être utilisée pour quantifier la distribution thermique de référence. Pour chaque mesure suivante, l’instant de référence sera déterminé en choisissant l’instant auquel l’image thermographique correspond avec l’image thermographique de référence (par exemple basé sur une comparaison des images ou des distributions).Referring to Figure 3, a first possibility for the choice of the reference time is the time t r before the start of the cycle. A thermographic image taken before the first application of the stimulus can be used to quantify the reference thermal distribution. For each subsequent measurement, the reference instant will be determined by choosing the instant at which the thermographic image corresponds with the reference thermographic image (for example based on a comparison of the images or of the distributions).
BE2017/5666 [0035] Or, dans certains cas, il est utile de choisir l’instant de référence à un instant du cycle thermique où la température de l’objet est élevée. Par exemple, les instants tr’ ou tr” indiqués à la figure 3 peuvent servir comme points de référence. tr’ précède légèrement l’instant t2 lors duquel la source thermique est éteinte, et donc après que l’on ait pu constater que la température T se stabilise vers un niveau maximal. tr” se trouve après l’instant t2. Après une chute abrupte 12, la température T continue de diminuer à une vitesse plus réduite. L’acquisition de mesure peut être prise à un autre instant du cycle ou même hors du cycle ti-t3,. Le choix de l’instant de mesure peut dépendre d’un certain nombre de facteurs dont le type de matériau de l’objet testé, le type de défaut recherché, leur profondeur dans l’objet ou certains paramètres géométriques de l’objet.BE2017 / 5666 However, in certain cases, it is useful to choose the reference instant at an instant in the thermal cycle when the temperature of the object is high. For example, the times t r 'or t r ”shown in Figure 3 can be used as reference points. t r 'slightly precedes the instant t2 during which the heat source is switched off, and therefore after it has been observed that the temperature T stabilizes towards a maximum level. t r ”is found after time t2. After an abrupt fall 12, the temperature T continues to decrease at a slower speed. The measurement acquisition can be taken at another instant of the cycle or even outside of the cycle ti-t3 ,. The choice of the measurement instant may depend on a number of factors including the type of material of the object tested, the type of defect sought, their depth in the object or certain geometric parameters of the object.
[0036] Le choix de l’instant de référence pendant les régimes à haute température, tels que les points V ou tr” du cycle, facilite la détection de certains types de défauts, par exemple dans le cas d’une pièce d’épaisseur importante. Etant donné que ces points de référence sont choisis lors de régimes moins stables qu’en dehors du cycle, des moyens de vérification de l’état thermique de l’objet sont nécessaires. A ce titre, on utilisera avantageusement la caméra thermique qui démontre alors toute son efficacité. Sans le contrôle de la stabilité de la température sur base d’images thermographiques, il ne serait pas possible de choisir des instants de référence de manière reproductible.The choice of the reference time during high temperature regimes, such as the points V or t r ”of the cycle, facilitates the detection of certain types of faults, for example in the case of a workpiece. significant thickness. Since these reference points are chosen during less stable regimes than outside the cycle, means for verifying the thermal state of the object are necessary. As such, we will advantageously use the thermal camera which then demonstrates all its effectiveness. Without the control of the temperature stability on the basis of thermographic images, it would not be possible to choose reference times in a reproducible manner.
[0037] L’utilisation d’images thermographiques pour définir l’instant t2 et/ou l’instant de référence tr, tr’ ou tr” permet de produire un dispositif dont la source du stimulus thermique est externe, et donc d’avoir une grande liberté au niveau du positionnement de la source par rapport à l’objet étudié, mais sans perdre l’avantage de la reproductibilité des résultats.The use of thermographic images to define the instant t2 and / or the reference instant t r , t r 'or t r ”makes it possible to produce a device whose source of the thermal stimulus is external, and therefore to have great freedom in the positioning of the source relative to the object studied, but without losing the advantage of the reproducibility of the results.
[0038] Une troisième piste d’amélioration de la reproductibilité consiste à vérifier la répartition spatiale de l’excitation thermique (centrage, orientation, homogénéité...). Cette vérification, effectuée sur base des images thermographiques obtenues par la caméra selon l’invention, permet d’optimiser le stimulus thermique en termes d’intensité, position de la lampe, etc.A third avenue for improving reproducibility consists in verifying the spatial distribution of the thermal excitation (centering, orientation, homogeneity, etc.). This verification, carried out on the basis of thermographic images obtained by the camera according to the invention, makes it possible to optimize the thermal stimulus in terms of intensity, position of the lamp, etc.
[0039] La caméra shearographique selon l’invention permet en outre de comparer la répartition thermique mesurée par la caméra à une répartitionThe shearographic camera according to the invention also makes it possible to compare the thermal distribution measured by the camera with a distribution
BE2017/5666 thermique simulée. Cette répartition simulée peut être obtenue sur base d’un modèle numérique de l’objet, par exemple un modèle calculé parla méthode des éléments finis (Finite Elements Model), basé sur la connaissance d’un nombre de paramètres physiques, tel que le matériau, la forme et les dimensions de l’objet. Ces paramètres permettent également de modéliser certains types de défauts, ainsi que de simuler la réponse shearographique et thermographique à des excitations thermiques différentes. La simulation permet d’optimiser le stimulus thermique de manière à maximaliser la détectabilité de certains types de défaut. La répartition thermique simulée servira comme référence lors d’une mesure shearographique effectuée avec une caméra selon l’invention.BE2017 / 5666 simulated thermal. This simulated distribution can be obtained on the basis of a numerical model of the object, for example a model calculated by the finite elements model (Finite Elements Model), based on the knowledge of a number of physical parameters, such as the material , the shape and dimensions of the object. These parameters also make it possible to model certain types of defects, as well as to simulate the shearographic and thermographic response to different thermal excitations. The simulation optimizes the thermal stimulus so as to maximize the detectability of certain types of fault. The simulated thermal distribution will serve as a reference during a shearographic measurement carried out with a camera according to the invention.
[0040] Une autre manière d’améliorer la détectabilité de certains défauts consiste à utiliser une combinaison des acquisitions shearographiques et des images thermographiques prises de manière synchronisée. Selon une méthode d’utilisation du dispositif de l’invention, une image shearographique, représentant une différence de phase entre deux acquisitions shearographiques prises respectivement à un instant de mesure et à un instant de référence, est combinée de manière mathématique avec une image thermographique qui représente l’état thermique de l’objet à l’instant de mesure. Plus précisément, une opération mathématique est effectuée sur base de valeurs de pixels correspondants des deux images. Il est possible que ce calcul soit précédé par un recalcul de la matrice de pixels d’au moins une des deux images. L’image thermographique peut avoir une résolution moindre que l’image shearographique ou vice versa. Le recalcul se base alors avantageusement sur un algorithme d’interpolation entre pixels adjacents. Ce type d’algorithme étant connu dans l’état de la technique, nous n’entrons pas plus en détail sur ce sujet. L’objet de ces manipulations préliminaires est l’obtention de deux matrices de valeurs : une première matrice qui représente les valeurs de phase obtenues sur base de l’image shearographique, relatives à un nombre de zones de l’objet (pixels ou pixels recalculés) et une deuxième matrice qui représente les valeurs thermiques, obtenues sur base de l’image thermographique, relatives aux mêmes zones de l’objet. L’opération mathématique est alors effectuée sur les valeurs correspondantes des deux matrices, par exemple une soustraction ou une division des valeurs respectives des deux matrices est effectuée, conduisant àAnother way to improve the detectability of certain faults is to use a combination of shearographic acquisitions and thermographic images taken in a synchronized manner. According to a method of using the device of the invention, a shearographic image, representing a phase difference between two shearographic acquisitions taken respectively at a measurement instant and at a reference instant, is mathematically combined with a thermographic image which represents the thermal state of the object at the time of measurement. More precisely, a mathematical operation is performed on the basis of corresponding pixel values of the two images. This calculation may be preceded by a recalculation of the pixel matrix of at least one of the two images. The thermographic image may have a lower resolution than the shearographic image or vice versa. The recalculation is then advantageously based on an interpolation algorithm between adjacent pixels. This type of algorithm being known in the state of the art, we do not go into more detail on this subject. The object of these preliminary manipulations is to obtain two matrices of values: a first matrix which represents the phase values obtained on the basis of the shearographic image, relating to a number of zones of the object (pixels or recalculated pixels ) and a second matrix which represents the thermal values, obtained on the basis of the thermographic image, relating to the same zones of the object. The mathematical operation is then carried out on the corresponding values of the two matrices, for example a subtraction or a division of the respective values of the two matrices is carried out, leading to
BE2017/5666 une matrice résultante. Cette matrice résultante sera présentée sous la forme d’une image recombinée de la partie de l’objet concerné.BE2017 / 5666 a resulting matrix. This resulting matrix will be presented in the form of a recombined image of the part of the object concerned.
[0041] La figure 4 représente une image thermographique 15 et une image shearographique 16 d’un même objet. L’image thermographique comprend une région 17 à haute température, qui est reproduite sous la forme d’une région 17’ dans l’image shearographique due à la présence de gradients de déformation qui sont directement liés à l’augmentation de la température dans ladite région 17 selon le phénomène de dilatation thermique. De plus, l’image shearographique démontre une déformation locale 18 qui est causée par un défaut structurel de l’objet. La figure 5 montre une représentation des valeurs détectées et éventuellement recalculées comme décrit ci-dessus pour faire correspondre le nombre de pixels des deux images, au niveau des lignes horizontales x et x’ indiquées à la figure 4. Les axes verticaux y et y’ représentent une unité normalisée permettant d’évaluer les deux courbes par rapport à une référence commune. Les deux courbes représentent un profil similaire, bien que la déformation locale 18 ne figure que sur la courbe obtenue sur base de l’image shearographique. Dans cette représentation, la déformation locale 18 est encore visible sur la courbe. En réalité, la courbe peut être moins régulière ou elle peut être affectée par des phénomènes liés à l’acquisition de signaux, de sorte que les défauts sont noyés dans les données disponibles.FIG. 4 represents a thermographic image 15 and a shearographic image 16 of the same object. The thermographic image comprises a region 17 at high temperature, which is reproduced in the form of a region 17 'in the shearographic image due to the presence of deformation gradients which are directly linked to the increase in temperature in said image. region 17 according to the thermal expansion phenomenon. In addition, the shearographic image demonstrates local deformation 18 which is caused by a structural defect in the object. FIG. 5 shows a representation of the values detected and possibly recalculated as described above in order to correspond the number of pixels of the two images, at the level of the horizontal lines x and x 'indicated in FIG. 4. The vertical axes y and y' represent a standardized unit for evaluating the two curves with respect to a common reference. The two curves represent a similar profile, although the local deformation 18 appears only on the curve obtained on the basis of the shearographic image. In this representation, the local deformation 18 is still visible on the curve. In reality, the curve may be less regular or it may be affected by phenomena related to signal acquisition, so that the faults are drowned out in the available data.
[0042] A la figure 6 est représentée la soustraction des deux courbes représentées à la figure 5. Les portions correspondantes des courbes se réduisent à des valeurs constantes, ce qui fait apparaître le défaut local 18 de manière plus visible. Au lieu d’une soustraction, d’autres opérations mathématiques peuvent être effectuées entre les deux matrices, telles que la division des valeurs, ou des opérations plus complexes.In Figure 6 is shown the subtraction of the two curves shown in Figure 5. The corresponding portions of the curves are reduced to constant values, which shows the local fault 18 in a more visible manner. Instead of subtraction, other mathematical operations can be performed between the two matrices, such as dividing values, or more complex operations.
[0043] L’opération mathématique effectuée sur les données shearographiques et thermographiques permet donc d’améliorer le rapport signal/bruit des défauts, de manière à faciliter la détection de détails difficiles à détecter en utilisant les techniques existantes. Ces détails comprennent des défauts mais également d’autres types de détails structurels détectables par l’interférométrie.The mathematical operation performed on the shearographic and thermographic data therefore makes it possible to improve the signal / noise ratio of the defects, so as to facilitate the detection of details difficult to detect using the existing techniques. These details include faults but also other types of structural details detectable by interferometry.
[0044] Selon une forme d’exécution préférée, illustrée à la figure 7,According to a preferred embodiment, illustrated in FIG. 7,
BE2017/5666 un processeur 25 est intégré dans le dispositif de l’invention, ledit processeur étant configuré pour commander et contrôler le fonctionnement des éléments de shearographie 2, 3, 4 ainsi que de la caméra thermique 11. De plus, le processeur intégré 25 est configuré pour recueillir en temps réel les données numériques livrées par la caméra CCD 3 et la caméra thermique 11, ce qui permet de constituer respectivement les acquisitions shearographiques et les images thermographiques. Cette configuration permet d’acquérir deux séquences synchronisées tel que décrit ci-dessus. L’acquisition de ces deux séquences permet de choisir n’importe quelle paire d’acquisitions shearographiques comme acquisition de référence et acquisition de mesure, sur base des images de la séquence thermographique. Les acquisitions shearographiques et les images thermographiques sont enregistrées dans une base de données qui fait partie d’un ordinateur externe 9 ou qui est connectée à l’ordinateur 9. Ces données sont ensuite traitées de manière séparée et combinée (concept de « data fusion ») à l’aide de méthodes mathématiques de traitement d’images avancées.BE2017 / 5666 a processor 25 is integrated in the device of the invention, said processor being configured to command and control the operation of the shearography elements 2, 3, 4 as well as of the thermal camera 11. In addition, the integrated processor 25 is configured to collect in real time the digital data delivered by the CCD camera 3 and the thermal camera 11, which makes it possible to constitute the shearographic acquisitions and the thermographic images respectively. This configuration makes it possible to acquire two synchronized sequences as described above. The acquisition of these two sequences makes it possible to choose any pair of shearographic acquisitions as reference acquisition and measurement acquisition, based on images of the thermographic sequence. The shearographic acquisitions and the thermographic images are recorded in a database which is part of an external computer 9 or which is connected to the computer 9. This data is then processed separately and combined (concept of "data fusion" ) using advanced mathematical image processing methods.
[0045] Selon une forme d’exécution de l’invention, le dispositif comprend en outre un capteur permettant de mesurer la distance entre le dispositif de l’invention et l’objet inspecté. La distance mesurée estenregistrée dans la base de données qui recueille les images, de manière à ce que chaque image enregistrée soit liée à une distance mesurée. Cette mesure de distance permet d’introduire une fonction autofocus de la caméra. Elle permet également de reproduire les conditions exactes d’un essai particulier.According to one embodiment of the invention, the device further comprises a sensor for measuring the distance between the device of the invention and the object inspected. The measured distance is saved in the database that collects the images, so that each recorded image is linked to a measured distance. This distance measurement introduces an autofocus function for the camera. It also makes it possible to reproduce the exact conditions of a particular test.
[0046] Comme il a déjà été indiqué, l’invention est applicable à d’autres dispositifs d’interférométrie holographique, tel un dispositif ESPI. La caméra thermique est intégrée dans le dispositif ESPI ou équivalent, de la même manière qu’illustrée à la figure 2 ou 7. La description des méthodes et utilisations d’un dispositif de shearographie sont applicables littéralement à des utilisations analogues de dispositifs non-shearographiques mais qui restent sous la portée de l’invention. Il suffit de remplacer ‘shearographique’ par ‘interférométrique’ partout dans la description en tenant compte aussi de certains aspects spécifiques qui sont connus par l’homme du métier. Par exemple, l’image interférométrique obtenue par un dispositif ESPI exprime un déplacement relatif entre points de l’objet étudié au lieu d’un gradient de ce déplacement.As already indicated, the invention is applicable to other holographic interferometry devices, such as an ESPI device. The thermal imager is integrated in the ESPI device or equivalent, in the same way as illustrated in FIG. 2 or 7. The description of the methods and uses of a shearography device are literally applicable to similar uses of non-shearographic devices. but which remain under the scope of the invention. It suffices to replace "shearographic" by "interferometric" throughout the description while also taking into account certain specific aspects which are known to those skilled in the art. For example, the interferometric image obtained by an ESPI device expresses a relative displacement between points of the object studied instead of a gradient of this displacement.
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