FR3127290A1 - Method for measuring displacement fields in a test piece - Google Patents

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Marin Gilbert GUILLERMIN Natan
Alain KOSTER
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Abstract

Procédé de mesure de champs de déplacement dans une éprouvette (10), comprenant les étapes suivantes : - génération d’un motif bidimensionnel comprenant une pluralité de points, - gravure du motif sur une surface (20) de l’éprouvette (10) au moyen d’un laser (22), - mise en œuvre d’un essai mécanique sur l’éprouvette (10) et acquisition d’images du motif au moyen d’une caméra au cours de l’essai, et - reconstitution du champ de déformation au cours de l’essai par analyse des images acquises par la caméra. Figure à publier avec l’abrégé : 2Method for measuring displacement fields in a test piece (10), comprising the following steps: - generation of a two-dimensional pattern comprising a plurality of points, - etching of the pattern on a surface (20) of the test piece (10) at the means of a laser (22), - implementation of a mechanical test on the specimen (10) and acquisition of images of the pattern by means of a camera during the test, and - reconstitution of the field of deformation during the test by analysis of the images acquired by the camera. Figure to be published with abstract: 2

Description

Procédé de mesure de champs de déplacements dans une éprouvetteMethod for measuring displacement fields in a test piece

Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention

L’invention concerne un procédé de mesure de champs de déplacements dans une éprouvette au cours d’un essai mécanique.The invention relates to a method for measuring displacement fields in a test piece during a mechanical test.

Etat de la technique antérieureState of the prior art

Il est fréquent de mettre en œuvre des essais mécaniques en laboratoire sur des éprouvettes, notamment des essais en température, pour déterminer les déformations de ces éprouvettes en fonction des conditions appliquées et des contraintes mécaniques. Les résultats obtenus permettent une meilleure connaissance du comportement du matériau, ce qui permet par exemple une modélisation plus précise des pièces et un dimensionnement plus performant.It is common to implement mechanical tests in the laboratory on specimens, in particular temperature tests, to determine the deformations of these specimens according to the conditions applied and the mechanical stresses. The results obtained allow a better knowledge of the behavior of the material, which allows for example a more precise modeling of the parts and a more efficient dimensioning.

Traditionnellement, le suivi de déplacement à la surface de l’éprouvette est réalisé à l’aide d’un extensomètre comprenant deux pointes disposées en contact avec ladite surface de l’éprouvette et permettant de mesurer les déplacements au cours de l’essai.Traditionally, the monitoring of displacement on the surface of the specimen is carried out using an extensometer comprising two points placed in contact with said surface of the specimen and making it possible to measure the displacements during the test.

Cependant, un tel dispositif ne permet pas d’avoir une connaissance précise du champ de déformation dans la zone entre les pointes, et ne fournit qu’une vision globale de l’allongement de l’éprouvette. De plus, il est peu adapté aux essais jusqu’à la rupture de l’éprouvette, au cours desquels le contact entre les pointes et la surface peut être perdu (glissement), et les pointes pouvant être endommagées lors de tels essais.However, such a device does not provide precise knowledge of the deformation field in the area between the points, and only provides an overall view of the elongation of the specimen. In addition, it is not well suited to tests until the specimen breaks, during which the contact between the tips and the surface can be lost (slippage), and the tips can be damaged during such tests.

Cette méthode nécessite de plus l’étalonnage préalable de l’extensomètre, ce qui peut se révéler chronophage.This method also requires prior calibration of the extensometer, which can be time-consuming.

Une autre méthode connue consiste à marquer la surface de l’éprouvette au moyen d’une encre appliquée au feutre ou avec un jet d’encre, ou bien au moyen d’une peinture, permettant un contraste élevé. Les déplacements sont ensuite suivis avec une caméra pendant l’essai mécanique de manière à reconstituer le champ de déformation par traitement d’images.Another known method consists in marking the surface of the test specimen by means of an ink applied to the felt pen or with an ink jet, or else by means of a paint, allowing a high contrast. The displacements are then monitored with a camera during the mechanical test in order to reconstruct the deformation field by image processing.

Cette méthode présente également des inconvénients. Lors des essais en température (avec ou sans application de gradients de température) et/ou lorsque le matériau subit de grandes déformations, il n’est pas rare que le marquage s’écaille ou brûle. Cela rend alors la mesure du déplacement impossible.This method also has drawbacks. During temperature tests (with or without the application of temperature gradients) and/or when the material undergoes large deformations, it is not uncommon for the marking to flake or burn. This then makes it impossible to measure the displacement.

L’application et le séchage de l’encre ou de la peinture augmente aussi de manière sensible la durée du test, qui ne peut pas commencer avant qu’elles soient terminées. Cela réduit les possibilités de répéter rapidement l’essai mécanique un grand nombre de fois, ce qui est souvent nécessaire pour obtenir des données exploitables et des résultats reproductibles.The application and drying of the ink or paint also significantly increases the duration of the test, which cannot begin until they are completed. This reduces the possibilities of rapidly repeating the mechanical test a large number of times, which is often necessary to obtain actionable data and reproducible results.

Présentation de l’inventionPresentation of the invention

L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant une méthode de mesure précise du champ de déplacements, notamment l’allongement (local ou global) dans une éprouvette sollicitée thermo-mécaniquement, qui permette une mise en place rapide et un suivi sur toute la durée de l’essai.The invention aims to remedy these drawbacks, by providing a method for precise measurement of the field of displacements, in particular the elongation (local or global) in a test specimen subjected to thermo-mechanical action, which allows rapid positioning and monitoring on the entire duration of the test.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de mesure de de champs de déplacement dans une éprouvette, comprenant les étapes suivantes :To this end, the subject of the invention is a method for measuring displacement fields in a test piece, comprising the following steps:

- génération d’un motif bidimensionnel comprenant une pluralité de points,- generation of a two-dimensional pattern comprising a plurality of points,

- gravure du motif sur une surface de l’éprouvette au moyen d’un laser,- engraving of the pattern on a surface of the specimen using a laser,

- mise en œuvre d’un essai mécanique sur l’éprouvette et acquisition d’images du motif au moyen d’une caméra au cours de l’essai, et- implementation of a mechanical test on the specimen and acquisition of images of the pattern by means of a camera during the test, and

- reconstitution du champ de déplacement au cours ou en post essai par analyse des images acquises par la caméra.- reconstitution of the displacement field during or after the test by analyzing the images acquired by the camera.

Un tel procédé permet de suivre de manière précise les déplacements dans une éprouvette au cours d’un essai mécanique, notamment d’un essai à haute température. La mise en place de l’essai est rapide et précise, présente une bonne répétabilité, et est adaptable aux conditions spécifiques du test et aux caractéristiques de l’éprouvette, telles que sa taille, sa géométrie ou le matériau qui la compose.Such a process makes it possible to precisely follow the displacements in a specimen during a mechanical test, in particular a test at high temperature. Test setup is fast and accurate, has good repeatability, and is adaptable to specific test conditions and specimen characteristics, such as specimen size, geometry, or material.

Les points du motif bidimensionnel peuvent être répartis aléatoirement dans une région prédéterminée.The dots of the two-dimensional pattern can be randomly distributed in a predetermined region.

Un tel motif permet d’avoir une très bonne résolution pour un suivi local des déplacements dans ladite région prédéterminée.Such a pattern makes it possible to have very good resolution for local tracking of movements in said predetermined region.

Le motif peut comprendre entre 4000 et 10000 points, notamment entre 5500 et 7000 points.The pattern may comprise between 4000 and 10000 points, in particular between 5500 and 7000 points.

Les points peuvent présenter des diamètres compris entre 50 micromètres et 80 micromètres.The dots can have diameters of between 50 micrometers and 80 micrometers.

La région prédéterminée peut présenter une forme carrée ou rectangulaire. Chaque côté de la région peut présenter une longueur comprise entre 5 millimètres et 20 millimètres, notamment entre 10 millimètres et 15 millimètres.The predetermined region may have a square or rectangular shape. Each side of the region may have a length of between 5 millimeters and 20 millimeters, in particular between 10 millimeters and 15 millimeters.

Les points du motif peuvent former au moins une série de points alignés, répartis avec un pas constant sur une région prédéterminée s’étendant sur la surface de l’éprouvette.The dots of the pattern can form at least a series of aligned dots, distributed with a constant pitch over a predetermined region extending over the surface of the specimen.

Un tel motif permet un suivi global des déplacements dans l’éprouvette avec une connaissance initiale précise des distances séparant les points du motif. Cela permet un traitement rapide des données et un suivi des déplacements en temps réel pendant l’essai.Such a pattern allows global monitoring of displacements in the specimen with precise initial knowledge of the distances separating the points of the pattern. This allows for fast data processing and real-time motion tracking during the test.

Le nombre de points est par exemple compris entre 4 et 10.The number of points is for example between 4 and 10.

Chaque point présente un diamètre qui peut être compris entre 0,1 millimètre et 1 millimètre.Each point has a diameter which can be between 0.1 millimeter and 1 millimeter.

Au cours de la gravure du motif sur la surface de l’éprouvette, le laser émet un faisceau formant des impulsions présentant des durées comprises entre 30 nanosecondes et 120 nanosecondes.During the etching of the pattern on the surface of the specimen, the laser emits a beam forming pulses with durations between 30 nanoseconds and 120 nanoseconds.

Cette durée des impulsions est suffisamment faible pour éviter d’endommager l’éprouvette lors de la gravure et de perturber la mesure.This pulse duration is low enough to avoid damaging the specimen during etching and disturbing the measurement.

La fréquence des impulsions peut être comprise entre 50 kilohertz et 200 kilohertz.The frequency of the pulses can be between 50 kilohertz and 200 kilohertz.

Le faisceau laser peut parcourir la surface à une vitesse comprise entre 10 millimètres par seconde et 2000 millimètres par seconde.The laser beam can travel across the surface at a speed between 10 millimeters per second and 2000 millimeters per second.

Une telle vitesse de parcours permet de graver le motif sur la surface en un temps réduit, afin de limiter la durée préalable à l’essai mécanique.Such a travel speed makes it possible to etch the pattern on the surface in a short time, in order to limit the duration prior to the mechanical test.

La gravure du motif sur l’éprouvette peut être réalisée en effectuant plusieurs étapes successives de parcours de la surface par un faisceau laser pour graver progressivement le motif sur la surface.The etching of the pattern on the specimen can be carried out by carrying out several successive steps of the path of the surface by a laser beam to progressively etch the pattern on the surface.

Une telle méthode de gravure permet de limiter l’impact de la gravure sur les propriétés mécaniques ainsi que l’état de surface de l’éprouvette.Such an etching method makes it possible to limit the impact of etching on the mechanical properties as well as the surface condition of the specimen.

Le nombre d’étapes de parcours est par exemple compris entre 1 et 10.The number of route steps is for example between 1 and 10.

Au cours de la mise en œuvre de l’essai mécanique, une température locale de l’éprouvette peut dépasser 500°C.During the implementation of the mechanical test, a local temperature of the specimen may exceed 500°C.

Ladite température est par exemple mesurée au moyen d’un thermocouple disposé au contact de l’éprouvette.Said temperature is for example measured by means of a thermocouple placed in contact with the specimen.

Brève description des figuresBrief description of figures

La est une vue d’un motif aléatoire généré au cours de la mise en œuvre d’un procédé selon un premier mode de réalisation de l’invention, There is a view of a random pattern generated during the implementation of a method according to a first embodiment of the invention,

la est une vue d’une gravure du motif de la sur une éprouvette, there is a view of an engraving of the motif of the on a test tube,

la est une vue de la mise en œuvre d’un essai mécanique sur l’éprouvette de la , et there is a view of the implementation of a mechanical test on the specimen of the , And

la est une vue d’une éprouvette sur laquelle est gravé un motif pour la mise en œuvre d’un procédé selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. there is a view of a specimen on which is engraved a pattern for the implementation of a method according to a second embodiment of the invention.

Claims (7)

Procédé de mesure de champs de déplacement dans une éprouvette (10), comprenant les étapes suivantes :
- génération d’un motif bidimensionnel comprenant une pluralité de points,
- gravure du motif sur une surface (20) de l’éprouvette (10) au moyen d’un laser (22),
- mise en œuvre d’un essai mécanique sur l’éprouvette (10) et acquisition d’images du motif au moyen d’une caméra (44) au cours de l’essai, et
- reconstitution du champ de déformation au cours de l’essai par analyse des images acquises par la caméra (44).Method for measuring displacement fields in a test piece (10), comprising the following steps:
- generation of a two-dimensional pattern comprising a plurality of points,
- etching of the pattern on a surface (20) of the specimen (10) by means of a laser (22),
- implementation of a mechanical test on the specimen (10) and acquisition of images of the pattern by means of a camera (44) during the test, and
- reconstitution of the deformation field during the test by analysis of the images acquired by the camera (44). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les points du motif bidimensionnel sont répartis aléatoirement dans une région prédéterminée.Method according to the preceding claim, in which the points of the two-dimensional pattern are randomly distributed in a predetermined region. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les points du motif forment au moins une série de points (60) alignés, répartis avec un pas (d) constant sur une région prédéterminée s’étendant sur la surface (20) de l’éprouvette (10).Method according to Claim 1, in which the points of the pattern form at least a series of aligned points (60), distributed with a constant pitch (d) over a predetermined region extending over the surface (20) of the test specimen ( 10). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, au cours de la gravure du motif sur la surface (20) de l’éprouvette (10), le laser (22) émet un faisceau laser (24) formant des impulsions présentant des durées comprises entre 30 nanosecondes et 120 nanosecondes.Method according to one of the preceding claims, in which, during the etching of the pattern on the surface (20) of the specimen (10), the laser (22) emits a laser beam (24) forming pulses having durations between 30 nanoseconds and 120 nanoseconds. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le faisceau laser (24) parcourt la surface (20) à une vitesse comprise entre 10 millimètres par seconde et 2000 millimètres par seconde.Method according to the preceding claim, in which the laser beam (24) traverses the surface (20) at a speed of between 10 millimeters per second and 2000 millimeters per second. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la gravure du motif sur l’éprouvette (10) est réalisée en effectuant plusieurs étapes successives de parcours de la surface (20) par un faisceau laser (24) pour graver progressivement le motif sur la surface (20).Method according to one of the preceding claims, in which the etching of the pattern on the specimen (10) is carried out by carrying out several successive steps of traversing the surface (20) by a laser beam (24) to progressively etch the pattern on the surface (20). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, au cours de la mise en œuvre de l’essai mécanique, une température locale de l’éprouvette (10) dépasse 500°C.Method according to one of the preceding claims, in which, during the implementation of the mechanical test, a local temperature of the specimen (10) exceeds 500°C.
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