FR2990271B1 - ULTRASONIC LASER CONTROL OF SPECULAR REFLECTIVITY PARTS BASED ON TWO LEVEL SENSITIVITY DETECTION - Google Patents
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Abstract
Le système de mesure par ultrasons laser selon l'invention permet de réaliser simultanément deux mesures en un même point donné de la surface de la structure à analyser réalisées avec deux niveaux d'intensité de lumière réfléchie différents. Pour ce faire il comporte deux voies de mesure du signal réfléchi par la structure, chaque voie étant associée à un détecteur particulier (13, 23). Ces deux voies sont configurées et agencées de façon à recevoir des proportions différentes du signal lumineux réfléchi. A cet effet deux signaux lumineux secondaires, d'intensités différentes, sont générés à partir du signal (33) réfléchi par la structure. On dispose ainsi d'une voie de mesure fonctionnant à intensité maximale, et d'une voie de mesure fonctionnant à intensité atténuée. De la sorte, si le signal (33) réfléchi par la surface (41) de la structure provient d'une réflexion spéculaire et que la voie de mesure à intensité maximale est saturée on dispose encore de la mesure réalisée par la voie de mesure à intensité atténuée.The ultrasonic laser measurement system according to the invention makes it possible to simultaneously perform two measurements at the same given point of the surface of the structure to be analyzed, carried out with two different levels of reflected light intensity. To do this, it comprises two measurement channels of the signal reflected by the structure, each channel being associated with a particular detector (13, 23). These two paths are configured and arranged to receive different proportions of the reflected light signal. For this purpose two secondary light signals, of different intensities, are generated from the signal (33) reflected by the structure. There is thus a measuring channel operating at maximum intensity, and a measuring channel operating at attenuated intensity. In this way, if the signal (33) reflected by the surface (41) of the structure comes from a specular reflection and the measurement channel at maximum intensity is saturated, the measurement made by the measurement channel at attenuated intensity.
Description
Contrôle par ultrasons laser de pièces à réflectivité spéculaire basé sur une détection à deux niveaux de sensibilité L'invention se rapporte au domaine général du contrôle de l’intégrité physique et mécanique d’une structure. Elle se rapporte en particulier au domaine du contrôle d’intégrité par Ultrasons Laser (Laser Ultrasonics ou Laser Based Ultrasounds selon la dénomination anglo-saxonne).FIELD OF THE INVENTION The invention relates to the general field of controlling the physical and mechanical integrity of a structure. It relates in particular to the field of integrity control by Ultrasonic Laser (Laser Ultrasonics or Laser Based Ultrasounds according to the Anglo-Saxon name).
Le principe du contrôle d’une structure par procédé ultrasons laser est un principe bien connu dont le détail n’est pas décrit ici. On rappelle simplement qu’il consiste à générer à la surface de la structure à mesurer une perturbation physique qui se traduit par la propagation dans la structure d’ondes ultrasonores qui ont pour effet de perturber temporairement l’état de surface de la structure analysée.The principle of laser structure control is a well-known principle whose details are not described here. It is simply recalled that it consists in generating on the surface of the structure to be measured a physical disturbance which results in the propagation in the structure of ultrasonic waves which have the effect of temporarily disturbing the surface state of the analyzed structure.
Par suite, lorsque cette surface est éclairée par un signal lumineux de longueur d’onde donnée, la propagation jusqu’à la surface de la structure des ondes ultrasonore consécutives à la perturbation physique générée dans la structure, se traduit par un décalage (décalage doppler) entre la longueur d’onde du signal lumineux reçu par la surface de la structure et la longueur d’onde du signal lumineux réfléchi par cette même surface. Ce décalage doppler est ici utilisé pour déterminer, de manière connue, l’état interne de la structure à contrôler.Consequently, when this surface is illuminated by a light signal of a given wavelength, propagation to the surface of the structure of the ultrasonic waves consecutive to the physical disturbance generated in the structure, results in an offset (Doppler shift ) between the wavelength of the light signal received by the surface of the structure and the wavelength of the light signal reflected by the same surface. This Doppler shift is used here to determine, in known manner, the internal state of the structure to be controlled.
La lumière réfléchie renseigne ainsi, de manière connue sur les déformations provoquées par la propagation dans le matériau des ultrasons générés pour les besoins de la mesure. La lumière collectée est ensuite dirigée, de manière connue également, vers un interféromètre dont la réponse est analysée par des photodétecteurs.The reflected light thus informs, in known manner, the deformations caused by the propagation in the material of the ultrasound generated for the purposes of the measurement. The collected light is then directed, in a known manner, to an interferometer whose response is analyzed by photodetectors.
Lors du contrôle d’une structure par procédé ultrasons laser, il est encore connu qu’un critère dimensionnant pour la qualité de la mesure réalisée est la réflectivité de la surface de la structure contrôlée. En effet un tel contrôle est réalisé avec des moyens de collection situés à une distance relativement importante de la pièce, de l’ordre de plusieurs dizaines de centimètres par exemple.When controlling a structure by laser ultrasonic method, it is still known that a criterion dimensioning for the quality of the measurement performed is the reflectivity of the surface of the controlled structure. Indeed such a control is achieved with collection means located at a relatively large distance from the room, of the order of several tens of centimeters for example.
Cette réflectivité se caractérise par un diagramme de directivité propre à la surface considérée, pour la longueur d’onde du laser utilisé pour réaliser cette mesure. La lumière émise par le système de mesure est réfléchie par la surface, de façon plus ou moins spéculaire selon la nature (matériau) et l’état (rugosité) de la surface.This reflectivity is characterized by a directivity diagram specific to the considered surface, for the wavelength of the laser used to carry out this measurement. The light emitted by the measuring system is reflected by the surface, more or less specularly depending on the nature (material) and the state (roughness) of the surface.
Par suite, pour réaliser la détection des ultrasons, il est nécessaire de collecter une quantité suffisante de cette lumière réfléchie. Cependant, dans le cas d’une réflexion essentiellement spéculaire, la quantité de lumière reçue par le système et transmise aux détecteurs par l’interféromètre peut provoquer une saturation de ces derniers, ce qui engendre des erreurs sur la mesure de l’intensité du signal lumineux fourni par l’interféromètre aux photodétecteurs, signal lumineux dont l’intensité est fonction de l’écart de longueur d’onde mentionné précédemment.Therefore, to perform ultrasound detection, it is necessary to collect a sufficient amount of this reflected light. However, in the case of an essentially specular reflection, the quantity of light received by the system and transmitted to the detectors by the interferometer can cause saturation of the latter, which leads to errors in the measurement of the signal intensity. light provided by the interferometer to photodetectors, a light signal whose intensity is a function of the wavelength difference mentioned above.
Ainsi lorsque l’on réalise une cartographie de l’état de la structure complète, cartographie construite sur l’ensemble des mesures réalisées en différents endroits, celle-ci peut apparaître entachée d’erreurs de mesures en certains endroits, ce qui ne permet pas de délivrer un diagnostic fiable sur l’ensemble de la structure. C’est pourquoi on cherche à minimiser les erreurs de mesure consécutives à une saturation des photodétecteurs ou tout au moins à identifier les mesures erronées de façon à ne pas les prendre en compte dans le diagnostic global, diagnostic basé sur la cartographie réalisée point par point.Thus, when a mapping of the state of the complete structure, mapping built on the set of measurements made in different locations, it can appear tainted with measurement errors in some places, which does not allow to deliver a reliable diagnosis on the whole structure. This is why we try to minimize the measurement errors resulting from a saturation of the photodetectors or at least to identify the erroneous measurements so as not to take them into account in the overall diagnosis, diagnosis based on the mapping carried out point by point. .
Une solution connue pour résoudre ce problème de variation de l’intensité du signal reçu en fonction de l’endroit de la mesure, consiste à employer un laser de mesure dont la puissance d’émission est asservie sur une mesure d’intensité lumineuse réalisée à l’entrée de l’interféromètre.A known solution for solving this problem of variation of the intensity of the signal received as a function of the location of the measurement consists in using a measurement laser whose transmission power is slaved to a measurement of luminous intensity produced at the input of the interferometer.
Cependant, dans le cas d’une surface très spéculaire, même à puissance d’émission minimale, il peut arriver que, pour certaines positions, certains endroits de la surface de la structure contrôlée, les photodétecteurs soient néanmoins saturés, ce qui rend la mesure réalisée à l’endroit considéré difficilement exploitable voire complètement inexploitable. De plus, le temps de réaction du modulateur de puissance peut parfois provoquer des perturbations (effet de retard) dans l’asservissement en puissance, le temps que la puissance passe de la valeur pour laquelle on a une saturation à une valeur appropriée plus faible.However, in the case of a very specular surface, even at minimum emission power, it may happen that, for certain positions, certain areas of the surface of the controlled structure, the photodetectors are nevertheless saturated, which makes the measurement performed at the location considered difficult to exploit or even completely unusable. In addition, the power modulator's reaction time can sometimes cause disturbances (delay effect) in the power control, the time the power goes from the value for which one has saturation to a lower appropriate value.
La demande de brevet français N°1159346 déposé le 17/10/2011 par la demanderesse décrit et revendique un dispositif comportant deux moyens de collection distincts et orientés différemment ce qui permet, en cas de réflexion spéculaire sur un des moyens de collection d’exploiter le signal réfléchi sur l’autre moyen, ce signal étant par principe le résultat d’une réflexion non spéculaire. Ce type de dispositif présente cependant l’inconvénient que l’un au moins des deux moyens n’est pas placé dans l'axe du faisceau incident. Les deux faisceaux collectés présentent donc un seul point d'intersection. Par suite, les deux moyens de collection réalisent des mesures pour des positions d’autant plus décalées que la distance de mesure est plus grande.The French patent application No. 1159346 filed on 17/10/2011 by the Applicant discloses and claims a device comprising two separate collection means and oriented differently which allows, in case of specular reflection on one of the collection means to exploit the signal reflected on the other means, this signal being in principle the result of a non-specular reflection. This type of device however has the disadvantage that at least one of the two means is not placed in the axis of the incident beam. The two bundles collected therefore have only one point of intersection. As a result, the two collection means make measurements for positions all the more offset as the measurement distance is greater.
Un but de l’invention est de proposer une solution matérielle pour résoudre le problème lié à l’existence, lors d’une mesure par ultrasons laser, d’une variation de la réflectivité de la surface de la structure analysée, variation qui rend difficile l’optimisation de l’intensité du faisceau de mesure émis et qui peut conduire à la saturation du ou des détecteurs utilisés par le système de contrôle par ultrasons laser mis en œuvre pour l’analyse.An object of the invention is to propose a hardware solution for solving the problem related to the existence, during a laser ultrasound measurement, of a variation of the reflectivity of the surface of the analyzed structure, a variation which makes it difficult to the optimization of the intensity of the measurement beam emitted and which can lead to the saturation of the detector (s) used by the laser ultrasonic control system implemented for the analysis.
Un autre but de l'invention est de proposer une méthode pour établir une cartographie de l’état physique et mécanique d’une structure donnée, méthode utilisant la solution matérielle proposée. A cet effet l'invention a pour objet un système de mesure par ultrasons laser permettant de réaliser le contrôle d’intégrité d’une structure qui , comporte des moyens pour générer un faisceau laser incident, ledit faisceau étant dirigé sur une surface externe de la structure, des moyens pour capter et focaliser le signal lumineux réfléchi par l’élément de surface éclairé par le faisceau laser incident, des moyens pour générer, à partir du signal reçu, un signal lumineux filtré, de même longueur d’onde que le signal réfléchi, dont l’intensité est fonction du décalage de longueur d’onde entre le faisceau laser incident et le signal lumineux réfléchi par la structure, ainsi que des moyens pour réaliser la détection de ce signal filtré et produire un signal électrique dont l’amplitude est fonction de l’intensité du signal lumineux filtré.Another object of the invention is to propose a method for mapping the physical and mechanical state of a given structure, using the proposed hardware solution. To this end, the subject of the invention is a laser ultrasonic measurement system making it possible to carry out the integrity check of a structure which comprises means for generating an incident laser beam, said beam being directed on an external surface of the structure, means for sensing and focusing the light signal reflected by the illuminated surface element by the incident laser beam, means for generating, from the received signal, a filtered light signal of the same wavelength as the signal reflected, the intensity is a function of the wavelength shift between the incident laser beam and the light signal reflected by the structure, and means for performing the detection of this filtered signal and produce an electrical signal whose amplitude is a function of the intensity of the filtered light signal.
Selon l’invention, le système de mesure comporte en outre des moyens pour diviser le signal lumineux réfléchi reçu en deux signaux lumineux secondaires présentant des intensités différentes l’un des signaux lumineux produits ayant une intensité sensiblement plus faible que l'autre, chaque signal produit faisant l’objet d’une détection séparée.According to the invention, the measuring system further comprises means for dividing the received reflected light signal into two secondary light signals having different intensities, one of the light signals produced having a substantially lower intensity than the other, each signal product subject to separate detection.
Selon une variante de réalisation avantageuse les moyens pour diviser le signal lumineux réfléchi par la surface de la structure ou le signal filtré produit par l’interféromètre sont constitués par une lame semi-réfléchissanteAccording to an advantageous variant embodiment, the means for dividing the light signal reflected by the surface of the structure or the filtered signal produced by the interferometer consist of a semi-reflective plate.
Selon une autre variante avantageuse, la lame semi-réfléchissante présente un rapport transmission/réflexion qui se situe, en pourcentage, dans la plage 10/90 à 25/75.According to another advantageous variant, the semi-reflecting plate has a ratio transmission / reflection which is, in percentage, in the range 10/90 to 25/75.
Selon une autre variante de réalisation avantageuse, les deux détecteurs constituant le système présentent des bandes passantes et des sensibilités sensiblement identiques.According to another advantageous embodiment, the two detectors constituting the system have passbands and substantially identical sensitivities.
Selon une autre variante de réalisation avantageuse, les signaux lumineux sont transmis d’un élément à l’autre du système par l’intermédiaire de fibres optiques.According to another advantageous embodiment, the light signals are transmitted from one element to another of the system via optical fibers.
Selon une forme de réalisation particulière, dans lequel les moyens pour diviser le signal lumineux reçu sont placés en amont des moyens de collection dudit signal, le système selon l’invention comporte deux chaînes de mesures distinctes, chaque chaîne de mesure comportant un interféromètre sur lequel est dirigé un des signaux lumineux secondaires produits et dont la sortie est reliée à un détecteur dédié qui délivre un signal électrique fonction du signal lumineux filtré délivré par l’interféromètre.According to a particular embodiment, in which the means for dividing the received light signal are placed upstream of the collection means of said signal, the system according to the invention comprises two separate measurement chains, each measurement chain comprising an interferometer on which is directed one of the secondary light signals produced and whose output is connected to a dedicated detector which delivers an electrical signal function of the filtered light signal delivered by the interferometer.
Selon une autre forme de réalisation, le système selon l’invention comporte un interféromètre unique placé juste en aval des moyens de collection du signal réfléchi et à la sortie duquel sont raccordés les moyens pour diviser le signal lumineux filtré produit par l’interféromètre, chacun des signaux lumineux secondaires délivrés par ces moyens étant appliqué à l’entrée d’un détecteur dédié qui délivre un signal électrique fonction du signal lumineux secondaire considéré. L’invention a également pour objet un procédé pour réaliser un relevé cartographique de l’état d’intégrité d’une structure par technique d’ultrasons laser au moyen du système de contrôle selon l’invention. Le procédé, comporte à cet effet : - une première étape d’acquisition de données durant laquelle on positionne le système de mesure en différents points de la surface extérieure de ladite structure et on mémorise pour chaque point de contrôle les signaux électriques de mesure fournis par les deux détecteurs D1 et D2 du système ; - une seconde étape d’établissement de la carte des relevés de mesures durant laquelle on détermine pour chaque point si la mesure réalisée par le détecteur D1 correspond à une saturation dudit détecteur puis on affecte à ce point soit la mesure fournie par le détecteur D1 si aucune saturation n’est détectée, soit la mesure fournie par le détecteur D2 dans le cas le détecteur D1 apparaît saturé pour le point considéré ; chaque point contrôlé étant ainsi associé à une mesure unique.According to another embodiment, the system according to the invention comprises a single interferometer placed just downstream of the collection means of the reflected signal and at the output of which are connected the means for dividing the filtered light signal produced by the interferometer, each secondary light signals delivered by these means being applied to the input of a dedicated detector which delivers an electrical signal function of the secondary light signal considered. The invention also relates to a method for performing a mapping of the state of integrity of a structure by laser ultrasound technique by means of the control system according to the invention. The method comprises for this purpose: a first data acquisition step during which the measuring system is positioned at different points on the outer surface of said structure and the electrical measurement signals provided by each control point are stored for each control point; the two detectors D1 and D2 of the system; a second step of establishing the map of measurement readings during which it is determined for each point if the measurement made by the detector D1 corresponds to a saturation of said detector and then is affected at this point is the measurement provided by the detector D1 if no saturation is detected, ie the measurement provided by the detector D2 in the case the detector D1 appears saturated for the point considered; each controlled point thus being associated with a single measurement.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui s'appuie sur les figures annexées qui présentent: - la figurel, une représentation schématique du système de mesure selon l’invention dans une première forme de réalisation; - la figure 2, une représentation schématique du système de mesure selon l’invention dans une seconde forme de réalisation; - la figure 3, un organigramme de principe d’un procédé de cartographie mettant en œuvre le système de mesure selon l’invention.The characteristics and advantages of the invention will be better appreciated thanks to the description which follows, a description which is based on the appended figures which show: - the figurel, a schematic representation of the measuring system according to the invention in a first form of production; - Figure 2, a schematic representation of the measuring system according to the invention in a second embodiment; FIG. 3 is a flow diagram of a mapping method implementing the measurement system according to the invention.
Il est à noter que, quelle que soit la figure, un même objet porte toujours le même repère alphabétique ou numérique.It should be noted that, whatever the figure, the same object always bears the same alphabetical or numerical mark.
La description détaillée qui suit présente deux formes de réalisation du système selon l’invention. Ces deux formes de réalisation sont présentées ici de manière à faciliter la compréhension de l’invention. Elles ne doivent nullement être considérées comme étant de nature à limiter le champ ou la portée de l’invention de quelque façon que ce soit.The following detailed description presents two embodiments of the system according to the invention. These two embodiments are presented here so as to facilitate understanding of the invention. They must in no way be considered as limiting the scope or scope of the invention in any way whatsoever.
Le système selon l’invention permet de réaliser simultanément une mesure en un point donné avec deux niveaux d’intensité de lumière réfléchie différents. Pour ce faire il comporte deux voies de mesure du signal lumineux issu de la réflexion du signal de référence émis par le système vers la surface de la structure, chaque voie étant associée à un détecteur particulier.The system according to the invention makes it possible to simultaneously perform a measurement at a given point with two different levels of reflected light intensity. To do this it comprises two measurement channels of the light signal from the reflection of the reference signal emitted by the system to the surface of the structure, each channel being associated with a particular detector.
Selon l’invention, ces deux voies de mesure sont agencées de façon à recevoir des proportions différentes du signal lumineux réfléchi par la surface de la structure à analyser. A cet effet deux signaux lumineux secondaires, d’intensités différentes, sont générés à partir du signal de mesure réfléchi par la surface de la structure au moyen d’un dispositif optique diviseur de puissance approprié. Un des signaux secondaires est transmis à une voie et l’autre à l’autre voie.According to the invention, these two measurement channels are arranged to receive different proportions of the light signal reflected by the surface of the structure to be analyzed. For this purpose two secondary light signals, of different intensities, are generated from the measurement signal reflected by the surface of the structure by means of a suitable optical divider power device. One of the secondary signals is transmitted to one channel and the other to the other channel.
On dispose ainsi d’une voie de mesure fonctionnant à intensité maximale, qui reçoit la plus grande partie du signal lumineux réfléchi (i.e. le signal secondaire de plus forte intensité), et d’une voie de mesure fonctionnant à intensité atténuée, qui reçoit l’autre partie du signal lumineux réfléchi (i.e. le signal secondaire de plus faible intensité). De la sorte, si le signal réfléchi par la surface de la structure provient d’une réflexion spéculaire, le signal secondaire traité par la voie de mesure à intensité maximale risque de saturer le détecteur associé à cette voie, alors que le signal secondaire traité par l’autre voie de mesure, à intensité atténuée, sera en dehors du domaine de saturation du détecteur de cette voie. On obtiendra ainsi au moins une mesure exploitable.There is thus a measurement channel operating at maximum intensity, which receives the greater part of the reflected light signal (ie the secondary signal of higher intensity), and a measurement channel operating at attenuated intensity, which receives the signal. other part of the reflected light signal (ie the secondary signal of lower intensity). In this way, if the signal reflected by the surface of the structure comes from a specular reflection, the secondary signal processed by the measurement channel at maximum intensity may saturate the detector associated with this channel, while the secondary signal processed by the other measurement channel, at attenuated intensity, will be outside the saturation range of the detector of this channel. This will result in at least one exploitable measure.
Chaque voie comporte en outre un dispositif optique discriminateur de longueur d’onde qui produit un signal lumineux dont l’intensité est fonction de la longueur d’onde du signal d’entrée.Each channel further comprises a wavelength discriminating optical device which produces a light signal whose intensity is a function of the wavelength of the input signal.
Chaque voie comporte également un dispositif détecteur dont le rôle est de transformer le signal lumineux produit par le dispositif discriminateur en un signal électrique dont l’amplitude est fonction de l’intensité de ce signal lumineux qui lui est appliqué.Each channel also comprises a detector device whose role is to transform the light signal produced by the discriminator device into an electrical signal whose amplitude is a function of the intensity of this light signal applied thereto.
Les signaux électriques produits par les deux détecteurs associés à chacune des deux voies sont numérisés et stockés en mémoire. Les données mémorisées sont notamment utilisées pour établir, point par point, une cartographie de la surface de la structure et déterminer si celle-ci présente des anomalies, et le cas échéant, à quel(s) endroit(s).The electrical signals produced by the two detectors associated with each of the two channels are digitized and stored in memory. The stored data are used in particular to establish, point by point, a map of the surface of the structure and determine if it has anomalies, and if any, at which location (s).
La figure 1 illustre une première forme de réalisation.Figure 1 illustrates a first embodiment.
Selon cette forme de réalisation, le système selon l’invention comporte des moyens d’émission d’un faisceau lumineux et deux voies de mesure entièrement distinctes, alimentées par les signaux lumineux délivrés par un dispositif capable de diviser le signal lumineux qu’il reçoit, le signal réfléchi par la surface de la structure analysée ici, en deux signaux lumineux secondaires présentant des spectres identiques mais des intensités différentes.According to this embodiment, the system according to the invention comprises means for emitting a light beam and two entirely separate measurement channels, powered by the light signals delivered by a device capable of dividing the light signal that it receives. the signal reflected by the surface of the structure analyzed here, in two secondary light signals having identical spectra but different intensities.
La voie d’émission est constituée par une source lumineuse 31, monochromatique, une source laser par exemple, émettant un faisceau lumineux (faisceau laser) 32 sur un point M de la surface de la structure analysée 41. Ce faisceau lumineux est réfléchi par la surface 41 ainsi éclairée suivant différentes directions matérialisées par les flèches 34 sur la figure 1. Ces directions sont fonction principalement de l’état de surface de la surface 41 au niveau du point éclairé par la source 31.The emission path is constituted by a monochromatic light source 31, for example a laser source, emitting a light beam (laser beam) 32 on a point M of the surface of the analyzed structure 41. This light beam is reflected by the surface 41 and illuminated in different directions shown by the arrows 34 in Figure 1. These directions are mainly a function of the surface state of the surface 41 at the point lit by the source 31.
Le dispositif optique diviseur est, par exemple, une lame semi-réfléchissante 35. Selon un mode de réalisation préféré, cette lame est agencée de façon à intercepter le faisceau lumineux 33 réfléchi dans l’axe d’éclairement 36 et à transmettre une partie de l’intensité du signal lumineux intercepté vers une des voies de traitement, la voie 1 sur l’illustration de la figure 1, l’autre partie étant réfléchie vers l’autre voie, la voie 2 ici.The optical divider device is, for example, a semi-reflecting plate 35. According to a preferred embodiment, this plate is arranged to intercept the light beam 33 reflected in the illumination axis 36 and to transmit a portion of the intensity of the light signal intercepted to one of the processing channels, the channel 1 in the illustration of Figure 1, the other part being reflected to the other channel, the channel 2 here.
Selon l’invention la lame semi-réfléchissante est conçue de façon à transmettre la plus grande part de l’intensité du faisceau intercepté 33 (i. e. le signal réfléchi dans la direction de l’axe d’éclairement 36) et à ne réfléchir vers la voie 2 qu’une plus faible part de cette intensité. Selon une forme de réalisation préférée, le rapport de l’intensité réfléchie à l’intensité transmise est typiquement compris en pourcentage entre 10/90 et 25/75.According to the invention the semi-reflective plate is designed to transmit most of the intensity of the intercepted beam 33 (ie the signal reflected in the direction of the illumination axis 36) and to reflect towards the lane 2 a smaller part of this intensity. According to a preferred embodiment, the ratio of reflected intensity to transmitted intensity is typically in the range of 10/90 to 25/75.
Chacune des deux voies de mesure comporte, en aval du dispositif optique diviseur (35), un dispositif de collection et de collimation du faisceau lumineux (signal secondaire) correspondant à la portion du faisceau réfléchi, 33, qui lui est destinée. Ce dispositif est par exemple, comme illustré par la figure 1, une lentille convergente 11 ou 21.Each of the two measurement channels comprises, downstream of the optical divider device (35), a collection and collimation device of the light beam (secondary signal) corresponding to the portion of the reflected beam, 33, which is intended for it. This device is for example, as illustrated in FIG. 1, a convergent lens 11 or 21.
Il est à noter que les optiques de collection 11 et 21, bien que spatialement décalées l’une de l’autre, reçoivent chacune avantageusement un signal provenant d’un même point de mesure M.It should be noted that the collection optics 11 and 21, although spatially offset from each other, each advantageously receive a signal coming from the same measurement point M.
Chaque voie comporte également un dispositif interféromètre 12 ou 22 qui joue le rôle de cavité optique résonante et dont le rôle consiste, de manière connue à moduler sélectivement l’intensité du signal lumineux secondaire qui le traverse en fonction de la longueur d’onde de ce signal. Chacune des lentilles 11 et 21 transmet le signal lumineux collecté à l’interféromètre 12 ou 22 auquel elle est associée, par l’intermédiaire d’une fibre optique 14 ou 24 par exemple.Each channel also comprises an interferometer device 12 or 22 which acts as a resonant optical cavity and whose role consists, in known manner, in modulating selectively the intensity of the secondary light signal passing through it as a function of the wavelength of this signal. Each of the lenses 11 and 21 transmits the collected light signal to the interferometer 12 or 22 with which it is associated, via an optical fiber 14 or 24 for example.
Chacun des interféromètres 12 et 22 utilisés ici est configuré de façon à délivrer en sortie un signal lumineux dont l’intensité varie de manière linéaire autour d’une valeur nominale en fonction de la longueur d’onde du signal entrant, la valeur nominale étant par exemple obtenue lorsque la longueur d’onde du signal entrant est égale à celle du signal formant le faisceau lumineux 32 émis par la source 31.Each of the interferometers 12 and 22 used herein is configured to output a light signal whose intensity varies linearly about a nominal value as a function of the wavelength of the incoming signal, the nominal value being example obtained when the wavelength of the incoming signal is equal to that of the signal forming the light beam 32 emitted by the source 31.
Selon l’invention, les interféromètres utilisés pour chacune des voies présentent préférentiellement des caractéristiques fonctionnelles (courbes de réponse en fréquence) sensiblement identiques.According to the invention, the interferometers used for each of the channels preferably have substantially identical functional characteristics (frequency response curves).
Chacune des voies de mesure comporte encore un dispositif photodétecteur 13 ou 23, dont la fonction consiste classiquement à convertir le signal lumineux appliqué sur son entrée, ici le signal lumineux délivré par l’interféromètre 12 ou 22 auquel il est connecté, par l’intermédiaire d’une fibre optique 15 ou 25 par exemple, en un signal électrique, dont la tension est fonction de l’intensité du signal lumineux entrant par exemple.Each of the measuring channels further comprises a photodetector device 13 or 23, the function of which conventionally consists of converting the light signal applied to its input, here the light signal delivered by the interferometer 12 or 22 to which it is connected, via of an optical fiber 15 or 25 for example, into an electrical signal, whose voltage is a function of the intensity of the incoming light signal for example.
Chacun des deux détecteurs délivre ainsi un signal électrique de mesure (mesure 1 ou mesure 2) qui peut être numérisé et stocké classiquement dans une mémoire tampon non représentée sur la figurel.Each of the two detectors thus delivers an electrical measurement signal (measurement 1 or measurement 2) which can be digitized and stored conventionally in a buffer memory not shown in the figure.
Selon l’invention, les détecteurs utilisés pour chacune des voies présentent préférentiellement des caractéristiques fonctionnelles (bande passante et sensibilité notamment) sensiblement identiques.According to the invention, the detectors used for each of the channels preferably have substantially identical functional characteristics (bandwidth and sensitivity, in particular).
Cette première forme de réalisation, dans laquelle les deux voies de mesure sont complètement séparées permet de mettre en évidence l’avantage présenté par l’invention, notamment par rapport au système à double collection évoqué précédemment. Ici le signal réfléchi collecté est le même signal pour les deux voies, de sorte que ces dernières observent systématiquement le même point de la surface. Cependant, la structure matérielle du système selon l’invention peut être simplifiée, notamment en mutualisant certains des dispositifs entrant dans la composition de chacune des voies de mesure.This first embodiment, in which the two measurement channels are completely separated, makes it possible to demonstrate the advantage presented by the invention, in particular with respect to the double collection system mentioned above. Here the collected reflected signal is the same signal for both channels, so that the latter systematically observe the same point of the surface. However, the hardware structure of the system according to the invention can be simplified, in particular by pooling some of the devices used in the composition of each of the measurement channels.
La figure 2 présente une seconde forme de réalisation dans laquelle une telle mutualisation a été effectuée.Figure 2 shows a second embodiment in which such a pooling has been performed.
Dans la forme de réalisation illustrée par la figure 2, le système selon l’invention comporte des moyens d’émission constitués comme précédemment par une source lumineuse 31, monochromatique, une source laser par exemple, émettant un faisceau lumineux (faisceau laser) 32 sur un point M de la surface de la structure analysée 41.In the embodiment illustrated in FIG. 2, the system according to the invention comprises emission means constituted as previously by a monochromatic light source 31, a laser source for example, emitting a light beam (laser beam) 32 on a point M of the surface of the structure analyzed 41.
Dans cette forme de réalisation, le système comporte également un dispositif unique de capture et de collimation du faisceau réfléchi 33 par la surface 41 de la structure. Ce dispositif est par exemple, comme précédemment, une lentille convergente 11 qui transmet le faisceau réfléchi intercepté à un interféromètre unique 42, qui présente des caractéristiques fonctionnelles semblables à celles des interféromètres 12 et 22 du mode de réalisation précédent, illustré par la figure 1, par l’intermédiaire d’une liaison par fibre optique 14 par exemple.In this embodiment, the system also comprises a unique device for capturing and collimating the reflected beam 33 by the surface 41 of the structure. This device is for example, as previously, a convergent lens 11 which transmits the intercepted reflected beam to a single interferometer 42, which has functional characteristics similar to those of interferometers 12 and 22 of the previous embodiment, illustrated in FIG. via an optical fiber link 14 for example.
Dans cette forme de réalisation également, le signal produit par l’interféromètre 42, signal dont l’intensité est fonction de la longueur d’onde du signal réfléchi 33, est transmis à un dispositif diviseur constitué par une lame semi-réfléchissante 43 présentant des caractéristiques sensiblement identiques à celles de la lame semi-réfléchissante 35 de la forme de réalisation de la figure 1.In this embodiment also, the signal produced by the interferometer 42, a signal whose intensity is a function of the wavelength of the reflected signal 33, is transmitted to a divider device consisting of a semi-reflecting plate 43 having characteristics substantially identical to those of the semi-reflecting plate 35 of the embodiment of FIG.
Le signal lumineux transmis par cette lame semi-réfléchissante 43 (signal secondaire de plus forte intensité) est appliqué à l’entrée d’un premier détecteur photoélectrique 13, D1, par l’intermédiaire d'une fibre optique 15 par exemple, tandis que le signal réfléchi par cette même lame (signal secondaire de plus faible intensité) est appliqué à l’entrée d’un second détecteur photoélectrique 23, D2, par l’intermédiaire d’une fibre optique 25 par exemple.The light signal transmitted by this semi-reflecting plate 43 (secondary signal of higher intensity) is applied to the input of a first photoelectric detector 13, D1, via an optical fiber 15 for example, while the signal reflected by this same blade (secondary signal of lower intensity) is applied to the input of a second photoelectric detector 23, D2, via an optical fiber 25 for example.
Ainsi, comme dans l’exemple de réalisation précédent, illustré par la figure 1, chacun des deux détecteurs D1 et D2 délivre un signal électrique de mesure (mesure 1 ou mesure 2) qui peut être numérisé et stocké classiquement dans une mémoire tampon.Thus, as in the previous embodiment illustrated in FIG. 1, each of the two detectors D1 and D2 delivers an electrical measurement signal (measurement 1 or measurement 2) that can be digitized and stored conventionally in a buffer memory.
Selon l’invention, les détecteurs utilisés ici pour chacune des voies présentent préférentiellement des caractéristiques fonctionnelles (bande passante et sensibilité notamment) sensiblement identiques.According to the invention, the detectors used here for each of the channels preferably have substantially identical functional characteristics (notably bandwidth and sensitivity).
Avantageusement, dans cette seconde forme de réalisation, la division en deux signaux secondaires du signal lumineux réfléchi par la surface de la structure 41 et capté par le système étant réalisée seulement en aval de l’interféromètre 42, chacune des voies de mesure ne comporte donc en propre qu’un détecteur (D1 ou D2 respectivement), les autres éléments nécessaires à cette détection étant communs aux deux voies. Par conséquent une telle structure dans laquelle les deux voies de mesure mutualisent des ressources présente l’avantage, par rapport à la structure de l’exemple de réalisation précédent, d’être d’une réalisation plus simple, et par suite moins coûteuse, tout en offrant des avantages semblables par rapport aux systèmes connus de l’art antérieur. En particulier le signal réfléchi collecté, 35, est, dans ce cas aussi, le même signal pour les deux voies, de sorte que ces dernières observent systématiquement le même point de la surface.Advantageously, in this second embodiment, the division into two secondary signals of the light signal reflected by the surface of the structure 41 and captured by the system being performed only downstream of the interferometer 42, each of the measurement channels therefore comprises as a detector (D1 or D2 respectively), the other elements necessary for this detection being common to both channels. Consequently, such a structure in which the two measurement channels mutualize resources has the advantage, compared to the structure of the previous embodiment, of being simpler and therefore less expensive to implement. by offering similar advantages over known systems of the prior art. In particular, the collected reflected signal 35 is, in this case also, the same signal for the two channels, so that the latter track systematically the same point of the surface.
En revanche une telle structure implique que les voies de mesure soient nécessairement identiques de sorte qu’aucun réglage séparé des voies n’est possible.On the other hand, such a structure implies that the measurement channels are necessarily identical so that no separate adjustment of the channels is possible.
Le système de mesure selon l’invention présente donc pour avantage de permettre l’obtention simultanée pour chaque point de la surface de la structure analysée de deux mesures 17 et 27, à partir d’un même signal lumineux réfléchi 35 par la surface 41 au point considéré, pour deux niveaux d’intensité sensiblement distincts, de sorte que même si la mesure réalisée avec l’intensité la plus forte est erronée du fait de la saturation du détecteur ayant réalisé la mesure (D1), la mesure réalisée avec l’intensité la plus faible à de grande chance d’être exploitable, le détecteur correspondant (D2) n’étant, dans la plupart des cas, pas saturé.The measuring system according to the invention therefore has the advantage of allowing simultaneous obtaining for each point of the surface of the analyzed structure of two measurements 17 and 27, from the same light signal reflected by the surface 41 at considered, for two levels of substantially distinct intensity, so that even if the measurement made with the highest intensity is erroneous because of the saturation of the detector having made the measurement (D1), the measurement made with the The weakest intensity has a high chance of being exploitable, the corresponding detector (D2) being, in most cases, not saturated.
Un tel système permet donc avantageusement de rendre plus fiable l’établissement, pour une structure dont l’intégrité ou la régularité est analysée par technique d’ultrasons laser, d’une cartographie des zones analysées. En effet, une telle cartographie est généralement réalisée en effectuant de manière systématique, point par point, des mesures en différents points de la surface de la structure et en mémorisant chacune des mesures effectuées, chaque mesure mémorisée étant dépouillée après acquisition complète de l’ensemble des mesures.Such a system therefore advantageously makes it more reliable to establish, for a structure whose integrity or regularity is analyzed by laser ultrasound technique, a mapping of the analyzed areas. Indeed, such a mapping is generally performed by systematically, point by point, measurements at different points on the surface of the structure and by memorizing each of the measurements made, each stored measurement being stripped after complete acquisition of the whole. measurements.
Par suite, l’analyse étant généralement différée, lorsqu’on utilise un système de mesure classique, ne comportant par exemple qu’une voie de mesure, si certaines des mesures réalisées s’avèrent erronées du fait de la saturation du capteur ayant réalisé ces mesures, la cartographie réalisée ne rend compte qu’incomplètement de l’état d’intégrité de la structure, aucune mesure valable n’étant disponible pour les endroits de la structure correspondants. On obtient une cartographie « mitée ».As a result, the analysis is generally deferred, when using a conventional measurement system, for example having only one measurement channel, if some of the measurements performed prove to be erroneous because of the saturation of the sensor having performed these measurements. measurements, the mapping carried out only incompletely accounts for the state of integrity of the structure, no valid measurement being available for the corresponding locations of the structure. We get a "mitred" cartography.
En revanche si l’on utilise un système de mesure selon l’invention on dispose avantageusement, pour chaque point, de deux mesures distinctes réalisées pour des intensités de signal réfléchi sensiblement différentes de sorte que, si pour un point donné une des mesures apparaît comme erronée, l’autre mesure est généralement bonne. On dispose ainsi toujours d’une mesure correcte pour chaque point de la surface de la structure analysée. La cartographie des intensités du signal mesuré, c'est-à-dire la cartographie des états de surface de la structure, obtenue est ainsi toujours complète.On the other hand, if a measurement system according to the invention is used, two separate measurements are advantageously provided for each point for substantially different reflected signal intensities, so that if, for a given point, one of the measurements appears as erroneous, the other measure is usually good. We thus always have a correct measure for each point of the surface of the analyzed structure. The mapping of the intensities of the measured signal, that is to say the mapping of the surface states of the structure, obtained is thus always complete.
La figure 3 présente l’organigramme de principe d’un procédé pour établir une telle cartographie en utilisant le système de mesure selon l’invention.Figure 3 shows the flowchart of a method for establishing such a mapping using the measuring system according to the invention.
Comme l’illustre la figure 3, le procédé comporte les étapes suivantes : - Une première étape 51 d’acquisition de mesures en un point donné de la surface de la structure, cette étape mettant en œuvre le système selon l’invention. Cette étape est répétée pour chaque mesure réalisée en un point de la surface, jusqu’à ce que l’ensemble de la surface à analyser ait été couverte ; le point éclairé par la source 31 étant différent d’une itération à l’autre. Les mesures obtenues pour chaque point de mesure (i.e. chaque itération) sont stockées dans les tables correspondantes 54 et 55. - une deuxième étape 52 durant laquelle on élabore la carte des valeurs mesurées. Cette deuxième étape est implémentée de manière itérative pour chaque point de mesure jusqu’à ce que l’ensemble des mesures mémorisées lors de l’étape précédente aient été exploitées. A chaque itération on effectue une analyse 521 de la mesure du signal électrique délivré par le détecteur D1 qui reçoit le signal lumineux de plus forte intensité et on effectue la comparaison 522 de cette valeur à une valeur limite au-delà de laquelle on considère que le détecteur est saturé, saturation qui rend la mesure incertaine. Par suite, si la valeur analysée est inférieure à ce seuil de saturation on considère que la mesure réalisée par D1 est bonne et on stocke cette mesure dans la table 53 prévue à cet effet, table qui à chaque point de mesure attribue une mesure d’intensité. En revanche si une saturation du détecteur D1 est détectée (atteinte du seuil) la mesure fournie par D1 est considérée comme erronée et on stocke dans la table 53 la mesure fournie par le détecteur D2 qui reçoit le signal lumineux de plus faible intensité.As illustrated in FIG. 3, the method comprises the following steps: a first step 51 of acquiring measurements at a given point of the surface of the structure, this step implementing the system according to the invention. This step is repeated for each measurement made at a point on the surface, until the entire surface to be analyzed has been covered; the point illuminated by the source 31 being different from one iteration to the other. The measurements obtained for each measuring point (i.e. each iteration) are stored in the corresponding tables 54 and 55. - a second step 52 during which the measured value map is produced. This second step is implemented iteratively for each measurement point until all the measurements stored in the previous step have been used. At each iteration, an analysis 521 of the measurement of the electrical signal delivered by the detector D1, which receives the higher intensity light signal, is carried out and the comparison 522 of this value is made to a limit value beyond which it is considered that the detector is saturated, saturation that makes the measurement uncertain. Consequently, if the analyzed value is below this saturation threshold, the measurement carried out by D1 is considered to be good and this measurement is stored in the table 53 provided for this purpose, a table which at each measurement point assigns a measurement of intensity. On the other hand, if a saturation of the detector D1 is detected (reaching the threshold), the measurement supplied by D1 is considered as erroneous and the measurement supplied by the detector D2, which receives the lower intensity light signal, is stored in the table 53.
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