WO2014095760A1 - Procédé pour l'évaluation de la performance métrologique d'une mesure d'un champ cinématique par corrélation d'images numériques - Google Patents

Procédé pour l'évaluation de la performance métrologique d'une mesure d'un champ cinématique par corrélation d'images numériques Download PDF

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WO2014095760A1
WO2014095760A1 PCT/EP2013/076764 EP2013076764W WO2014095760A1 WO 2014095760 A1 WO2014095760 A1 WO 2014095760A1 EP 2013076764 W EP2013076764 W EP 2013076764W WO 2014095760 A1 WO2014095760 A1 WO 2014095760A1
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WO
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digital image
acquisition device
image acquisition
measurement
displacement
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/076764
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Inventor
Nicolas Swiergiel
Stephen BOUISSOU
Cyrille SCHWOB
Julien VIGNOT
Original Assignee
European Aeronautic Defence And Space Company Eads France
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Publication date
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    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10016—Video; Image sequence
    • G06T2207/10021—Stereoscopic video; Stereoscopic image sequence
    • G—PHYSICS
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    • G06T2207/30164—Workpiece; Machine component
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30168—Image quality inspection

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating the metrological performance of a measurement of a kinematic field by correlation of digital images.
  • the invention is more particularly, but not exclusively, adapted to the field of measurement techniques of deformations and displacements of a structure subjected to mechanical and / or thermal stresses.
  • Said techniques implement a digital image acquisition device and a digital image correlation software.
  • the structure has a surface defined in an object frame (X, Y, Z). Said surface is either naturally heterogeneous or heterogeneous by creating a random pattern called mouchetis.
  • the digital image acquisition device records a reference digital image of said surface. Said digital image is divided into pixels defined in an image frame ( ⁇ ', Y', Z '). The heterogeneity of the surface of the structure is then rendered at the level of the digital image by gray levels different from one pixel to another. A point P of the surface defined in the object reference therefore corresponds to a pixel P 'of the reference digital image, defined in the image reference and having a determined gray level.
  • the digital image acquisition device records at regular intervals a series of digital images of the structure during the application of the mechanical forces.
  • FIRE REPLACEM ENT (RULE 26)
  • the digital image correlation software makes it possible to find the coordinates in the image frame ( ⁇ ', Y', Z ') of the pixel corresponding to the point P for each of the digital images recorded. Said coordinates make it possible to obtain a kinematic field. This kinematic field makes it possible to deduce the behavior of the studied surface.
  • a first method makes it possible to measure the accuracy of the measurement of the digital image acquisition device.
  • This precision measurement is performed before measuring the kinematic field by digital image correlation.
  • a second structure is implemented.
  • a reference point sensor is associated with said second structure to be studied to evaluate the accuracy of the measurement of the digital image acquisition device by comparison of measurements.
  • the measurement chain for the evaluation of the accuracy is different from the measurement chain of the kinematic field. Indeed, the structure used is different, so the mouchetis is different.
  • the optical settings and lighting conditions vary.
  • this method does not fully validate the displacement field measurement and the digital image correlation software is not evaluated.
  • a second method implements virtually transformed images to evaluate the digital image correlation software. However, this method does not validate the measurement of the kinematic field, the digital image acquisition device not being evaluated.
  • the object of the invention is in particular to solve this problem.
  • the invention relates to a method for evaluating the metrological performance of a measurement by correlation of digital images, of a kinematic field of a structure subjected to stresses.
  • said method implementing a digital image acquisition device, characterized in that it comprises the steps of:
  • step c) calculating the displacement field of the points of the surface of the structure, measured by the digital image acquisition device, from the set of digital images obtained by the digital image acquisition device, d. ) evaluating the accuracy of the measurement of the displacement field of the points of the surface of the structure by the digital image acquisition device by comparing the displacement field calculated in step c) with a field corresponding to the optical modification determined from step b).
  • the displacement in translation of the digital image acquisition device makes it possible to simulate a displacement of the structure without actually moving said structure.
  • the method according to the invention is therefore not destructive, the structure is not requested and is then used for the measurement of the displacement field.
  • the invention can be implemented according to the advantageous embodiments described below, which can be considered individually or in any technically operative combination.
  • step b) is repeated for different optical modifications.
  • the method which is the subject of the invention comprises, after step d) the step of:
  • an operator implementing the method that is the subject of the invention knows the sources of inaccuracies in the measurement.
  • the sources of inaccuracies of the measurement are divided into two categories, the first category concerning the configuration of the digital image acquisition device and / or the digital image correlation software, the second category concerning data sources.
  • global inaccuracies including the configuration of the digital image acquisition device and / or the image correlation software as well as the experimental conditions such as brightness, structure position and / or quality of a speckle of the surface of the structure.
  • step e) of the method which is the subject of the invention comprises the steps of:
  • step b ei) calculating, for each digital image recorded in step b), a standard deviation from the displacement field calculated in step c), this standard deviation being related to the inaccuracies caused by the two categories of sources of inaccuracies.
  • step c eii) establishing, for each digital image recorded in step b), a variogram from the displacement field obtained in step c),
  • step eiii) calculating, for each digital image recorded in step b), the value of the corresponding variogram set in step eii), for a distance between two neighboring points of said digital image tending to zero.
  • step eiv comparing, for each digital image recorded in step b), the standard deviation calculated in step ei) and the value of the variogram calculated in step eiii), a difference in value between said standard deviation and said variogram being related to the inaccuracies due to the experimental conditions of the second category.
  • the operator is able to correct the experimental conditions of the second category if necessary.
  • the processing time of the digital images is reduced because the statistical data is calculated for the entire digital image and not for each point of the digital image.
  • the method which is the subject of the invention comprises, after step eiv), the step of:
  • step ev calculating, for each digital image recorded in step b), a percentage corresponding to the value of the variogram calculated in step eiii) divided by the standard deviation calculated in step ei), a percentage greater than a threshold indicating that the inaccuracies are due to the experimental conditions of the second category.
  • the optical modification is brought about by a displacement of the optical centers of the digital image acquisition device relative to the structure.
  • the optical modification is provided by the introduction of distortion by means of an optical deformation device positioned between the structure and the digital image acquisition device.
  • the method according to the invention is not destructive, the structure is not requested and is then used for measuring the kinematic field.
  • deformations are taken into account in the evaluation of metrological performance.
  • the invention also relates to a metrology bench for evaluating the metrological performance of a measurement by correlation of digital images, of a kinematic field of a structure subjected to mechanical stresses, said metrology bench comprising:
  • the metrology bench further comprises a precision displacement sensor being adapted to measure the translation displacement of the digital image acquisition device.
  • the bench further comprises an optical deformation device.
  • FIG. 1 a schematic representation of a bench metrology according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIGS. 2a-2b tables of successive positions of a digital image acquisition device of a metrology bench according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 a functional diagram showing different steps of the method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • identical references from one figure to another designate identical or similar elements.
  • the elements shown are not to scale unless otherwise stated.
  • the invention implements a metrology bench for evaluating the metrological performance of a measurement, by correlation of digital images, of a kinematic field of points of a structure subjected to mechanical stresses.
  • the invention implements the structure used for measuring the kinematic field. The evaluation is performed at the place where said measurement is made, without moving and / or deforming the structure and before said measurement.
  • the metrology bench comprises a digital image acquisition device 100 positioned on a support 1 10 (see Figure 1).
  • said digital image acquisition device 100 delivers digital images in three dimensions and comprises either two digital cameras, two fast cameras or two cameras.
  • said acquisition device Digital Image 100 delivers digital images in two dimensions and includes either a digital camera, a fast camera, or a camera.
  • the support 1 10 is positioned on a translation device 120 comprising three motorized micrometer tables 130.
  • the first micrometer table 130 can be displaced in translation along a first axis X.
  • the second micrometer table 130 can be displaced in translation along a second axis Y perpendicular to the first axis X.
  • the third micrometer table 130 can be displaced in translation along a third axis Z perpendicular to the first axis X and the second axis Y.
  • the translation device 120 comprises a micrometric table movable in translation along the first axis X, the second axis Y and the third axis Z.
  • the displacement of the first micrometer table 130 is controlled by a first calibrated precision displacement sensor.
  • the displacement of the second micrometer table 130 is controlled by a second calibrated precision displacement sensor.
  • the displacement of the third micrometer table 130 is controlled by a third calibrated precision displacement sensor.
  • the displacement of the digital image acquisition device 100 is metrologically controlled.
  • the metrology bench includes an optical deformation device.
  • this device takes the form of a magnification lens known from a metrological point of view.
  • the metrology bench further includes digital image correlation software and statistical data processing software.
  • the metrology bench comprises other devices that allow specific optical modifications of the digital images recorded by the digital image acquisition device.
  • Metrological performance evaluation is performed prior to kinetic field measurement by digital image correlation.
  • a step 200 the digital image acquisition device
  • 100 records a digital reference image of the surface of the structure (see Figure 3).
  • the digital image acquisition device 100 records a digital image, including a determined optical modification, of the surface of the structure. This optical modification is identical for each point of the surface of the structure and therefore for each point of said digital image.
  • the optical modification is brought about by a displacement of the optical centers of the digital image acquisition device 100 relative to the structure.
  • the digital image acquisition device 100 is moved in translation by means of the translation device 120 to a predefined location.
  • the digital image acquisition device 100 thus moved records a digital image of the surface of the structure.
  • the displacement sensors measure the displacement of the digital image acquisition device 100.
  • the displacement in translation of the digital image acquisition device 100 makes it possible to simulate a displacement of the structure without actually moving said structure.
  • the optical modification is provided by the introduction of distortion by means of an optical deformation device positioned between the structure and the digital image acquisition device 100.
  • the optical deformation device is positioned on the digital image acquisition device 100.
  • the digital image acquisition device 100 records a digital image of the surface of the structure.
  • the positioning of the optical deformation device between the structure and the digital image acquisition device 100 makes it possible to simulate a deformation of the structure without actually deforming said structure.
  • the method according to the invention is not destructive, the structure is not stressed and is then used for the measurement of the displacement field.
  • the step 201 of recording a digital image, comprising a determined optical modification, of the surface of the structure is repeated for different optical modifications.
  • the acquisition of the image digital is performed for different displacements and different distortions, advantageously combined according to a plan of experiments.
  • a complete orthogonal experiment plan is used preferentially to determine, through statistical processing such as variance analysis, the simple and combined effects of image modification that have a significant influence on metrological performance and, where appropriate, to quantify the extent of this effect.
  • the digital image acquisition device is moved eight times in eight different positions listed in Figure 2a.
  • the digital image acquisition device is moved twenty-seven times in twenty-seven different positions listed in Figure 2b.
  • the measurement combinations are made according to another type of experimental design.
  • the amplitude of the displacement corresponding to a "1" in FIGS. 2a and 2b is chosen by an operator as a function of the expected displacement of the structure during the application of the desired mechanical stress. This choice is restricted by the physical limitations of the translation device 120.
  • the digital image correlation software calculates the field of displacement of the points of the surface of the structure, measured by the digital image acquisition device 100, from the set of digital images. obtained by the digital image acquisition device. More precisely, the initial coordinates of each point of the structure in the image space ( ⁇ ', Y', Z ') and the displacement of each point of the structure in the image space ( ⁇ ', Y ', Z' ) are obtained by the digital image correlation software. The parameters of the image correlation software are chosen by the operator.
  • a step 207 a first evaluation of the accuracy of the measurement of the displacement field of the points of the surface of the structure by the statistical data processing software is performed.
  • This first evaluation is global and concerns the whole area of the studied surface. This first evaluation is therefore based on all the part of the digital images corresponding to the surface studied.
  • the displacement field calculated in step 206 is compared with the displacement field corresponding to the optical modifications determined.
  • displacement measurements provided by the displacement sensors and / or the deformation induced by the optical deformation device make it possible to know the displacement field corresponding to the optical modifications determined. This comparison makes it possible to evaluate the overall accuracy of the measurement.
  • a standard deviation is calculated for each digital image, this standard deviation allowing the development of a tolerance interval from which the accuracy of the measurement is deduced.
  • the first category concerns the configuration of the digital image acquisition device 100 and / or the digital image correlation software.
  • the second category concerns sources of global inaccuracy including the configuration of the digital image acquisition device and / or the image correlation software as well as experimental conditions such as brightness, position of the structure and / or mouchetis quality.
  • a histogram is performed for each digital image and for each displacement along one of the three axes of the image space ( ⁇ ', Y', Z ').
  • an empirical probability distribution is calculated from the three histograms associated with said digital image.
  • an average value and a standard deviation are calculated for each digital image. The standard deviation is related to the inaccuracies caused by the two categories of sources of inaccuracies, it is an overall estimate of measurement inaccuracies.
  • the data provided by the image correlation software further makes it possible to establish an empirical variogram in a step 220 for each digital image and for each point of the digital image.
  • a variogram is a mathematical function describing the degree of spatial dependence of a random spatial field.
  • a variogram makes it possible to eliminate in a statistical series the outlier data from the values of the neighboring data.
  • the simulated displacement Zx of the structure on the X axis is considered. This displacement Zx being the even for all the points of said digital image, said displacement Zx is a stationary variable.
  • the variogram of the distance H is then the half-average of the square of the difference between the displacement of the point A and the displacement of the point B.
  • a - BI H [
  • the variogram may have a discontinuity at the origin, this discontinuity being called nugget effect or nugget effect.
  • This nugget effect is related to inaccuracies of the measurement caused by the second category of sources of inaccuracies.
  • the displacement Zx being a stationary variable
  • a property of the variogram of the distance H is that this variogram is null for a zero distance H.
  • the value of the variogram of the distance H is thus calculated for a distance H tending toward zero in a step 221. If said value is greater than a threshold, the nugget effect exists.
  • a percentage corresponding to the variogram value of the distance H for a distance H tending to zero divided by the standard deviation is calculated for each digital image. If said percentage is above a threshold, measurement inaccuracies are due to the experimental conditions of the second category. In one example, the threshold is equal to ten percent.
  • the operator checks and modifies, in a step 223, the experimental conditions of the measurement.
  • the absolute value of the difference between the variogram value of the distance H for a distance H tending to zero and the standard deviation is calculated for each digital image. If said absolute value is less than a predetermined desired precision value divided by two, the operator checks and modifies the experimental conditions of the measurement.
  • a second evaluation of the accuracy of the measurement of the field of displacement of the points of the surface of the structure by the statistical data processing software is carried out in a step 208.
  • This second evaluation is local, the studied surface is divided into several zones and a measurement accuracy value is associated with each zone. The digital images are then divided into several parts.

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Abstract

L'invention concerne essentiellement un procédé pour l'évaluation de la performance métrologique d'une mesure par corrélation d'images numériques, d'un champ cinématique d'une structure soumise à des sollicitations mécaniques et/ou thermiques, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : a) enregistrer (200) une image numérique de référence de la surface de la structure au moyen d'un dispositif d'acquisition d'images numériques, b) enregistrer (201) une image numérique, comprenant une modification optique déterminée, de la surface de la structure au moyen du dispositif d'acquisition d'images numériques, c) calculer (206) le champ de déplacement des points de la surface de la structure, mesuré par le dispositif d'acquisition d'images numériques (100), d) évaluer (207, 208) la précision de la mesure du champ de déplacement des points de la surface de la structure par le dispositif d'acquisition d'images numériques.

Description

Procédé pour l'évaluation de la performance métrologique d'une mesure d'un champ cinématique par corrélation d'images numériques DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un procédé pour l'évaluation de la performance métrologique d'une mesure d'un champ cinématique par corrélation d'images numériques. L'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, adaptée au domaine des techniques de mesures de déformations et de déplacements d'une structure soumise à des sollicitations mécaniques et/ou thermiques.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Selon l'art antérieur, des techniques de mesure d'un champ cinématique par corrélation d'images numériques sont mises en œuvre afin de connaître le comportement d'une structure soumise à des sollicitations mécaniques et/ou thermique. La cinématique est ici le mouvement de la structure. Ces techniques permettent de mesurer des déplacements et de calculer les déformations de ladite structure.
Lesdites techniques mettent en œuvre un dispositif d'acquisition d'images numériques et un logiciel de corrélation d'images numériques. La structure comporte une surface définie dans un repère objet (X, Y, Z). Ladite surface est soit naturellement hétérogène, soit rendue hétérogène par création d'un motif aléatoire appelé mouchetis. Le dispositif d'acquisition d'images numériques enregistre une image numérique de référence de ladite surface. Ladite image numérique est divisée en pixels définis dans un repère image (Χ', Y', Z'). L'hétérogénéité de la surface de la structure est alors rendue au niveau de l'image numérique par des niveaux de gris différents d'un pixel à l'autre. Un point P de la surface défini dans le repère objet correspond donc à un pixel P' de l'image numérique de référence, défini dans le repère image et ayant un niveau de gris déterminé.
Une sollicitation mécanique ou thermique est appliquée à la structure. Ladite sollicitation déforme la structure et notamment la surface étudiée. Le point P de la surface est ainsi déplacé lors de l'application des efforts mécaniques en une position finale de coordonnées non connues dans le repère objet. Le dispositif d'acquisition d'images numériques enregistre à intervalles réguliers une série d'images numériques de la structure pendant l'application des efforts mécaniques.
FEU I LLE DE REMPLACEM ENT (RÈG LE 26) Le logiciel de corrélation d'images numériques permet de trouver les coordonnées dans le repère image (Χ', Y', Z') du pixel correspondant au point P pour chacune des images numériques enregistrées. Lesdites coordonnées permettent d'obtenir un champ cinématique. Ce champ cinématique permet de déduire le comportement de la surface étudiée.
Cependant, ces techniques ne permettent pas l'évaluation de la performance métrologique de la mesure à l'endroit où la mesure est effectuée, sans déplacer et/ou déformer la structure.
Selon l'art antérieur, un premier procédé permet de mesurer la précision de la mesure du dispositif d'acquisition d'images numériques. Cette mesure de précision est effectuée avant la mesure du champ cinématique par corrélation d'images numériques. Dans ladite mesure de précision une deuxième structure est mise en œuvre. Un capteur ponctuel de référence est associé à ladite deuxième structure à étudier pour évaluer la précision de la mesure du dispositif d'acquisition d'images numériques par comparaison de mesures. Cependant, la chaîne de mesure pour l'évaluation de la précision est différente de la chaîne de mesure du champ cinématique. En effet, la structure utilisée est différente, donc le mouchetis est différent. En outre, les réglages optiques et les conditions d'éclairage varient. De plus, ce procédé ne valide pas totalement la mesure du champ de déplacement et le logiciel de corrélation d'images numériques n'est pas évalué.
Un second procédé met en œuvre des images virtuellement transformées afin d'évaluer le logiciel de corrélation d'images numériques. Cependant, ce procédé ne valide pas la mesure du champ cinématique, le dispositif d'acquisition d'images numériques n'étant pas évalué.
Il n'existe donc pas de procédé permettant l'évaluation complète de la performance métrologique de la mesure à l'endroit où la mesure est effectuée, sans déplacer et/ou déformer la structure.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a notamment pour but de résoudre ce problème.
A cette fin, l'invention concerne un procédé pour l'évaluation de la performance métrologique d'une mesure par corrélation d'images numériques, d'un champ cinématique d'une structure soumise à des sollicitations mécaniques, ledit procédé mettant en œuvre un dispositif d'acquisition d'images numériques, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
a) enregistrer une image numérique de référence de la surface de la structure au moyen du dispositif d'acquisition d'images numériques,
b) enregistrer une image numérique, comprenant une modification optique déterminée, de la surface de la structure au moyen du dispositif d'acquisition d'images numériques,
c) calculer le champ de déplacement des points de la surface de la structure, mesuré par le dispositif d'acquisition d'images numériques, à partir de l'ensemble des images numériques obtenu par le dispositif d'acquisition d'images numériques, d) évaluer la précision de la mesure du champ de déplacement des points de la surface de la structure par le dispositif d'acquisition d'images numériques en comparant le champ de déplacement calculé à l'étape c) avec un champ correspondant à la modification optique déterminée de l'étape b).
Ainsi, le déplacement en translation du dispositif d'acquisition d'images numériques permet de simuler un déplacement de la structure sans déplacer réellement ladite structure. Le procédé selon l'invention n'est donc pas destructif, la structure n'est pas sollicitée et est utilisée ensuite pour la mesure du champ de déplacement.
L'invention peut être mise en œuvre selon les modes de réalisation avantageux exposés ci-après, lesquels peuvent être considérés individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.
Avantageusement, l'étape b) est répétée pour des modifications optiques différentes.
Ainsi, l'évaluation de la performance métrologique est plus complète, cette évaluation permettant d'appréhender la performance métrologique du dispositif en présence d'un champ cinématique non uniforme. Avantageusement, le procédé objet de l'invention comporte après l'étape d) l'étape consistant à :
e) identifier les sources d'imprécisions de la mesure.
Ainsi, un opérateur mettant en œuvre le procédé objet de l'invention connaît les sources d'imprécisions de la mesure.
Avantageusement, les sources d'imprécisions de la mesure sont réparties en deux catégories, la première catégorie concernant la configuration du dispositif d'acquisition d'images numériques et/ou du logiciel de corrélation d'images numériques, la seconde catégorie concernant des sources d'imprécisions globales comprenant la configuration du dispositif d'acquisition d'images numériques et/ou du logiciel de corrélation des images ainsi que les conditions expérimentales telles que la luminosité, la position de la structure et/ou la qualité d'un mouchetis de la surface de la structure.
Ainsi, une évaluation complète de la performance métrologique de la mesure est effectuée
Avantageusement, l'étape e) du procédé objet de l'invention comporte les étapes consistant à :
ei) calculer, pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), un écart-type à partir du champ de déplacement calculé à l'étape c), cet écart-type étant lié aux imprécisions provoquées par les deux catégories de sources d'imprécisions. eii) établir, pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), un variogramme à partir du champ de déplacement obtenu à l'étape c),
eiii) calculer, pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), la valeur du variogramme correspondant établi à l'étape eii), pour une distance entre deux points voisins de ladite image numérique tendant vers zéro.
eiv) comparer, pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), l'écart-type calculé à l'étape ei) et la valeur du variogramme calculée à l'étape eiii), une différence de valeur entre ledit écart- type et ledit variogramme étant liée aux imprécisions dues aux conditions expérimentales de la seconde catégorie. Ainsi, l'opérateur est en mesure de corriger les conditions expérimentales de la seconde catégorie si nécessaire. En outre, la durée du traitement des images numériques est réduite car les données statistiques sont calculées pour l'image numérique entière et non pour chaque point de l'image numérique.
Avantageusement, le procédé objet de l'invention comporte après l'étape eiv) l'étape consistant à :
ev) calculer, pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), un pourcentage correspondant à la valeur du variogramme calculée à l'étape eiii) divisée par l'écart-type calculé à l'étape ei), un pourcentage supérieur à un seuil indiquant que les imprécisions sont dues aux conditions expérimentales de la seconde catégorie.
Avantageusement, la modification optique est apportée par un déplacement des centres optiques du dispositif d'acquisition d'images numériques relativement à la structure.
Avantageusement, la modification optique est apportée par l'introduction d'une distorsion au moyen d'un dispositif optique de déformation positionné entre la structure et le dispositif d'acquisition d'images numériques.
Ainsi, le procédé selon l'invention n'est pas destructif, la structure n'est pas sollicitée et est utilisée ensuite pour la mesure du champ cinématique. En outre, les déformations sont prises en compte dans l'évaluation de la performance métrologique.
L'invention concerne également un banc de métrologie pour l'évaluation de la performance métrologique d'une mesure par corrélation d'images numériques, d'un champ cinématique d'une structure soumise à des sollicitations mécaniques, ledit banc de métrologie comportant :
- un dispositif d'acquisition d'images numériques,
caractérisé en ce que :
- le dispositif d'acquisition d'images numériques est positionné sur un dispositif de translation étant adapté à déplacer en translation le dispositif d'acquisition d'images numériques selon les trois axes de l'espace, - le banc de métrologie comporte en outre un capteur de déplacement de précision étant adapté à mesurer le déplacement en translation du dispositif d'acquisition d'images numériques.
Avantageusement, le banc comporte en outre un dispositif optique de déformation.
PRÉSENTATION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :
- Figure 1 : une représentation schématique d'un banc de métrologie selon un exemple de réalisation de l'invention ;
- Figures 2a-2b : des tableaux de positions successives d'un dispositif d'acquisition d'images numériques d'un banc de métrologie selon un exemple de réalisation de l'invention ;
- Figure 3 : un diagramme fonctionnel montrant différentes étapes du procédé selon un exemple de réalisation de l'invention. Dans ces figures, des références identiques d'une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l'échelle, sauf mention contraire.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION
L'invention met en œuvre un banc de métrologie pour l'évaluation de la performance métrologique d'une mesure, par corrélation d'images numériques, d'un champ cinématique de points d'une structure soumise à des sollicitations mécaniques. De plus, l'invention met en œuvre la structure utilisée pour la mesure du champ cinématique. L'évaluation est effectuée à l'endroit où ladite mesure est effectuée, sans déplacer et/ou déformer la structure et avant ladite mesure.
Dans un mode de réalisation, le banc de métrologie comporte un dispositif d'acquisition d'images numériques 100 positionné sur un support 1 10 (cf. figure 1 ). Dans un exemple, ledit dispositif d'acquisition d'images numériques 100 délivre des images numériques en trois dimensions et comporte soit deux caméras numériques, soit deux caméras rapides, soit deux appareils photographiques. Dans un autre exemple, ledit dispositif d'acquisition d'images numériques 100 délivre des images numériques en deux dimensions et comporte soit une caméra numérique, soit une caméra rapide, soit un appareil photographique.
Le support 1 10 est positionné sur un dispositif de translation 120 comportant trois tables micrométriques 130 motorisées. La première table micrométrique 130 est déplaçable en translation selon un premier axe X. La deuxième table micrométrique 130 est déplaçable en translation selon un deuxième axe Y perpendiculaire au premier axe X. La troisième table micrométrique 130 est déplaçable en translation selon un troisième axe Z perpendiculaire au premier axe X et au deuxième axe Y. En variante, le dispositif de translation 120 comporte une table micrométrique déplaçable en translation selon le premier axe X, le deuxième axe Y et le troisième axe Z.
Le déplacement de la première table micrométrique 130 est contrôlé par un premier capteur de déplacement de précision calibré. Le déplacement de la deuxième table micrométrique 130 est contrôlé par un deuxième capteur de déplacement de précision calibré. Le déplacement de la troisième table micrométrique 130 est contrôlé par un troisième capteur de déplacement de précision calibré. Ainsi, le déplacement du dispositif d'acquisition d'images numériques 100 est métrologiquement maîtrisé.
De plus, le banc de métrologie comporte un dispositif optique de déformation. Dans un exemple, ce dispositif prend la forme d'une bonnette de grossissement connu d'un point de vue métrologique.
Le banc de métrologie comporte en outre un logiciel de corrélation d'images numériques et un logiciel de traitement statistique de données.
En variante, le banc de métrologie comporte d'autres dispositifs permettant des modifications optiques déterminées des images numériques enregistrées par le dispositif d'acquisition d'images numériques.
L'évaluation de la performance métrologique est effectuée avant la mesure du champ cinématique par corrélation d'images numériques.
Dans une étape 200, le dispositif d'acquisition d'images numériques
100 enregistre une image numérique de référence de la surface de la structure (cf. figure 3).
Dans une étape 201 , le dispositif d'acquisition d'images numériques 100 enregistre une image numérique, comprenant une modification optique déterminée, de la surface de la structure. Cette modification optique est identique pour chaque point de la surface de la structure et donc pour chaque point de ladite image numérique.
Dans un exemple, la modification optique est apportée par un déplacement des centres optiques du dispositif d'acquisition d'images numériques 100 relativement à la structure.
Selon un mode de mise en œuvre particulier, le dispositif d'acquisition d'images numériques 100 est déplacé en translation au moyen du dispositif de translation 120 jusqu'à un emplacement prédéfini. Le dispositif d'acquisition d'images numériques 100 ainsi déplacé enregistre une image numérique de la surface de la structure. De plus, les capteurs de déplacement mesurent le déplacement du dispositif d'acquisition d'images numériques 100.
Ainsi, le déplacement en translation du dispositif d'acquisition d'images numériques 100 permet de simuler un déplacement de la structure sans déplacer réellement ladite structure.
Dans un autre exemple, la modification optique est apportée par l'introduction d'une distorsion au moyen d'un dispositif optique de déformation positionné entre la structure et le dispositif d'acquisition d'images numériques 100.
Selon un mode de mise en œuvre particulier, le dispositif optique de déformation est positionné sur le dispositif d'acquisition d'images numériques 100. Le dispositif d'acquisition d'images numériques 100 enregistre une image numérique de la surface de la structure.
Le positionnement du dispositif optique de déformation entre la structure et le dispositif d'acquisition d'images numériques 100 permet de simuler une déformation de la structure sans déformer réellement ladite structure. Ainsi, le procédé selon l'invention n'est pas destructif, la structure n'est pas sollicitée et est utilisée ensuite pour la mesure du champ de déplacement.
L'étape 201 d'enregistrement d'une image numérique, comprenant une modification optique déterminée, de la surface de la structure est répétée pour des modifications optiques différentes. Ainsi, l'acquisition de l'image numérique est réalisée pour différents déplacements et différentes distorsions, avantageusement combinées selon un plan d'expériences. Un plan d'expérience orthogonal complet est utilisé préférentiellement afin de déterminer, par un traitement statistique tel que l'analyse de la variance, les effets simple et combinés de modification de l'image qui ont une influence significative sur la performance métrologique et, le cas échéant, de quantifier l'ampleur de cet effet. Ainsi, selon un exemple de réalisation le dispositif d'acquisition d'images numériques est déplacé huit fois en huit positions différentes répertoriées dans la figure 2a. Dans un autre exemple, le dispositif d'acquisition d'images numériques est déplacé vingt-sept fois en vingt-sept positions différentes répertoriées dans la figure 2b. Alternativement, les combinaisons de mesure sont réalisées selon un autre type de plan d'expériences. L'amplitude du déplacement correspondant à un « 1 » dans les figures 2a et 2b est choisie par un opérateur en fonction du déplacement attendu de la structure lors de l'application de l'effort mécanique souhaité. Ce choix est restreint par les limitations physiques du dispositif de translation 120.
Dans une étape 206, le logiciel de corrélation d'images numériques calcule le champ de déplacement des points de la surface de la structure, mesuré par le dispositif d'acquisition d'images numériques 100, à partir de l'ensemble d'images numériques obtenu par le dispositif d'acquisition d'images numériques. Plus précisément, les coordonnées initiales de chaque point de la structure dans l'espace image (Χ', Y', Z') et le déplacement de chaque point de la structure dans l'espace image (Χ', Y', Z') sont obtenus par le logiciel de corrélation d'images numériques. Les paramètres du logiciel de corrélation d'images sont choisis par l'opérateur.
Dans une étape 207, une première évaluation de la précision de la mesure du champ de déplacement des points de la surface de la structure par le logiciel de traitement statistique des données est réalisée. Cette première évaluation est globale et concerne toute l'étendue de la surface étudiée. Cette première évaluation est donc basée sur toute la partie des images numériques correspondant à la surface étudiée. Dans ladite étape 207, le champ de déplacement calculé à l'étape 206 est comparé avec le champ de déplacement correspondant aux modifications optiques déterminées. Dans un exemple, les mesures de déplacement fournies par les capteurs de déplacement et/ou la déformation induise par le dispositif optique de déformation permettent de connaître le champ de déplacement correspondant aux modifications optiques déterminées. Cette comparaison permet d'évaluer la précision globale de la mesure. Dans un exemple, un écart-type est calculé pour chaque image numérique, cet écart type permettant l'élaboration d'un intervalle de tolérance à partir duquel la précision de la mesure est déduite.
Ensuite, une identification de la nature des sources d'imprécisions de la mesure est réalisée. Il existe deux catégories de sources d'imprécisions. La première catégorie concerne la configuration du dispositif d'acquisition d'images numériques 100 et/ou du logiciel de corrélation d'images numériques. La seconde catégorie concerne des sources d'imprécisions globales comprenant la configuration du dispositif d'acquisition d'images numériques et/ou du logiciel de corrélation des images ainsi que les conditions expérimentales telles que la luminosité, la position de la structure et/ou la qualité du mouchetis.
Dans une étape 217, un histogramme est effectué pour chaque image numérique et pour chaque déplacement selon l'un des trois axes de l'espace image (Χ', Y', Z'). Dans une étape 218, pour chaque image numérique, une distribution de probabilités empiriques est calculée à partir des trois histogrammes associés à ladite image numérique. Dans une étape 219, pour chaque image numérique, à partir de la distribution de probabilités de ladite image numérique, une valeur moyenne et un écart-type sont calculés. L'écart type est lié aux imprécisions provoquées par les deux catégories de sources d'imprécisions, c'est une estimation globale des imprécisions de mesure.
Les données fournies par le logiciel de corrélation d'image permettent en outre d'établir un variogramme empirique dans une étape 220 pour chaque image numérique et pour chaque point de l'image numérique. Un variogramme est une fonction mathématique décrivant le degré de dépendance spatiale d'un champ spatial aléatoire. Ainsi, un variogramme permet d'éliminer dans une série statistique les données aberrantes à partir des valeurs des données avoisinantes. Dans un exemple, pour une image numérique, le déplacement simulé Zx de la structure sur l'axe X est considéré. Ce déplacement Zx étant le même pour tous les points de ladite image numérique, ledit déplacement Zx est une variable stationnaire. La formule mathématique du variogramme associé à deux points A et B de ladite image numérique est alors γ(Α, B) = ½ Var[Zx(A) - Zx(B)] = ½ E[|Z(A) - Z(B)|2], où Var[Zx(A) - Zx(B)] est la variance de la différence entre le déplacement du point A et le déplacement du point B et E est l'espérance. Le point A est voisin du point B et ces deux points A et B sont les plus proches possibles. Lesdits deux points A et B sont séparés d'une distance H. Comme le déplacement est stationnaire, la variance de la différence entre le déplacement du point A et le déplacement du point B dépend uniquement de la distance H. Le variogramme de la distance H est alors la demi-moyenne du carré de la différence entre le déplacement du point A et le déplacement du point B. La formule dudit variogramme d'une distance H est γ(Η) = ½ E|A - BI = H [|Zx(A)— Zx(B)|2]. Le variogramme peut présenter une discontinuité à l'origine, cette discontinuité étant appelée effet pépite ou effet nugget. Cet effet pépite, est lié aux imprécisions de la mesure provoquées par la deuxième catégorie de sources d'imprécisions. En effet, en théorie, le déplacement Zx étant une variable stationnaire, une propriété du variogramme de la distance H est que ce variogramme est nul pour une distance H nulle. La valeur du variogramme de la distance H est donc calculée, pour une distance H tendant vers zéro dans une étape 221 . Si ladite valeur est supérieure à un seuil, l'effet pépite existe.
La différence entre la valeur de l'écart-type et la valeur du variogramme de la distance H pour une distance H tendant vers zéro permet ainsi de détecter les imprécisions dues aux conditions expérimentales de la seconde catégorie. Or, une fois détectées, les imprécisions dues à la seconde catégorie sont facilement réduites par l'opérateur.
Dans un exemple, dans une étape 222, un pourcentage correspondant à la valeur du variogramme de la distance H pour une distance H tendant vers zéro divisée par l'écart-type est calculé pour chaque image numérique. Si ledit pourcentage est supérieur à un seuil, les imprécisions de mesures sont dues aux conditions expérimentales de la seconde catégorie. Dans un exemple, le seuil est égal à dix pourcents. L'opérateur vérifie et modifie alors, dans une étape 223, les conditions expérimentales de la mesure. Dans un autre exemple, la valeur absolue de la différence entre la valeur du variogramme de la distance H pour une distance H tendant vers zéro et l'écart-type est calculée pour chaque image numérique. Si ladite valeur absolue est inférieure à une valeur de précision souhaitée prédéterminée divisée par deux, l'opérateur vérifie et modifie, les conditions expérimentales de la mesure.
Dans un mode de réalisation, si l'opérateur veut obtenir des informations plus précises, une seconde évaluation de la précision de la mesure du champ de déplacement des points de la surface de la structure par le logiciel de traitement statistique des données est réalisée dans une étape 208. Cette seconde évaluation est locale, la surface étudiée est divisée en plusieurs zones et une valeur de précision de mesure est associée à chaque zone. Les images numériques sont alors divisées en plusieurs parties.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé pour l'évaluation de la performance métrologique d'une mesure par corrélation d'images numériques, d'un champ cinématique d'une structure soumise à des sollicitations mécaniques et/ou thermique, ledit procédé mettant en œuvre un dispositif d'acquisition d'images numériques (100), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
a) enregistrer (200) une image numérique de référence de la surface de la structure au moyen du dispositif d'acquisition d'images numériques (100),
b) enregistrer (201 ) une image numérique, comprenant une modification optique déterminée, de la surface de la structure au moyen du dispositif d'acquisition d'images numériques (100), c) calculer (206) le champ de déplacement des points de la surface de la structure, mesuré par le dispositif d'acquisition d'images numériques (100), à partir de l'ensemble des images numériques obtenu par le dispositif d'acquisition d'images numériques (100), d) évaluer (207, 208) la précision de la mesure du champ de déplacement des points de la surface de la structure par le dispositif d'acquisition d'images numériques (100) en comparant le champ de déplacement calculé à l'étape c) avec un champ correspondant à la modification optique déterminée de l'étape b), et
ei) calculer (219), pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), un écart-type à partir du champ de déplacement calculé à l'étape c), cet écart-type étant lié aux imprécisions provoquées par les deux catégories de sources d'imprécisions. eii) établir (220), pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), un variogramme à partir du champ de déplacement obtenu à l'étape c),
eiii) calculer (221 ), pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), la valeur du variogramme correspondant établi à l'étape eii) pour une distance entre deux points voisins de ladite image numérique tendant vers zéro,
eiv) comparer (222), pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), l'écart-type calculé à l'étape ei) et la valeur du variogramme calculée à l'étape eiii), une différence de valeur entre ledit écart-type et ledit variogramme étant liée aux imprécisions dues aux conditions expérimentales de la seconde catégorie.
Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape b) est répétée pour des modifications optiques différentes.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte après l'étape d) l'étape consistant à :
e) identifier les sources d'imprécisions de la mesure.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sources d'imprécisions de la mesure sont réparties en deux catégories, la première catégorie concernant la configuration du dispositif d'acquisition d'images numériques et/ou du logiciel de corrélation d'images numériques, la seconde catégorie concernant des sources d'imprécisions globales comprenant la configuration du dispositif d'acquisition d'images numériques et/ou du logiciel de corrélation des images ainsi que les conditions expérimentales telles que la luminosité, la position de la structure et/ou la qualité d'un mouchetis de la surface de la structure.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte après l'étape eiv) l'étape consistant à :
ev) calculer (222), pour chaque image numérique enregistrée à l'étape b), un pourcentage correspondant à la valeur du variogramme calculée à l'étape eiii) divisée par l'écart-type calculé à l'étape ei), un pourcentage supérieur à un seuil indiquant que les imprécisions sont dues aux conditions expérimentales de la seconde catégorie.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la modification optique est apportée par un déplacement des centres optiques du dispositif d'acquisition d'images numériques (100) relativement à la structure.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la modification optique est apportée par l'introduction d'une distorsion au moyen d'un dispositif optique de déformation positionné entre la structure et le dispositif d'acquisition d'images numériques (100).
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