[go: up one dir, main page]

WO1999014566A1 - Procede et dispositif d'imagerie des temperatures d'un corps opaque tres chaud - Google Patents

Procede et dispositif d'imagerie des temperatures d'un corps opaque tres chaud Download PDF

Info

Publication number
WO1999014566A1
WO1999014566A1 PCT/FR1998/001965 FR9801965W WO9914566A1 WO 1999014566 A1 WO1999014566 A1 WO 1999014566A1 FR 9801965 W FR9801965 W FR 9801965W WO 9914566 A1 WO9914566 A1 WO 9914566A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
cameras
optical element
optical
temperatures
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR1998/001965
Other languages
English (en)
Inventor
Sophie Bednarczyk
Olivier Payen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO1999014566A1 publication Critical patent/WO1999014566A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
    • G01J5/602—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using selective, monochromatic or bandpass filtering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0037—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the heat emitted by liquids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0037—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the heat emitted by liquids
    • G01J5/004—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the heat emitted by liquids by molten metals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/04—Casings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0801—Means for wavelength selection or discrimination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0813—Planar mirrors; Parallel phase plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0816—Optical arrangements using attenuators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/80—Calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J2005/0077—Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/04—Casings
    • G01J5/041—Mountings in enclosures or in a particular environment
    • G01J5/042—High-temperature environment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/04—Casings
    • G01J5/048—Protective parts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0806—Focusing or collimating elements, e.g. lenses or concave mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0808—Convex mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0818—Waveguides
    • G01J5/0821—Optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0846—Optical arrangements having multiple detectors for performing different types of detection, e.g. using radiometry and reflectometry channels

Definitions

  • the invention relates to the study and monitoring of the temperatures of a very hot and inaccessible body for usual measurement and monitoring means.
  • a fusion bath for example a molten bath of welding by laser beam or electron beam, or of a metallic part heated by induction, in a polluted enclosure, or in polluting conditions.
  • the invention therefore also aims to avoid these drawbacks in the implementation of a method making it possible to carry out monitoring, or to establish cartography, with an image of 200 x 200 pixels for example, of bath temperature. in a polluting, toxic and inaccessible enclosure for operators and for materials usually used for this kind of visualization work. We also seek to get rid of certain physical components that affect the measurement image, without providing any specific information regarding temperatures.
  • a first main object of the invention is a method of imaging the temperatures of a very hot opaque body, consisting in viewing said body using two cameras, at two different frequencies to provide an image by superimposition by eliminating a physical parameter of said body undesirable for the exploitation of the image.
  • the method consists in focusing on a first end of a bundle of optical fibers, the image of the body to be analyzed and in focusing the image thus transported coming from the second end of the optical fiber bundle on the two cameras, by means of a separating blade.
  • the method consists in using an optical protection device consisting of a film unwinding in front of the element. optics to protect.
  • the second object, the main element of the invention is a device for imaging the temperatures of a very hot opaque body, comprising: - a first optical element for focusing the image of said body;
  • the two cameras placed downstream of the separating plate and each receiving the image reproduced by one of the two beams, the two cameras viewing the image at different wavelengths.
  • the two cameras are identical and are each equipped with a filter of different wavelengths.
  • the cameras are preferably systems of the type with photosensitive elements with charge transfer with a silicon matrix.
  • a diaphragm is advantageously interposed between the second optical element and the separating plate.
  • a device for protecting the optical elements consisting mainly of an unwinding film placed in a cassette, itself placed in an unwinder box.
  • FIG. 1 one can distinguish all the essential elements of the imaging device according to the invention.
  • a fusion bath symbolizing a very hot opaque body 1 is represented on the right of this figure 1.
  • the fusion bath can be that of welding by electron beam, or laser beam. It is, in particular, confined or difficult to access. This confinement is symbolized by a partition 30 separating the body 1 of the display devices of the system according to the invention.
  • the scene displayed can also be that of a metal part heated by induction.
  • a protection device 2 is used placed between the body 1 and a reflecting optical element 3. This device will be described later considering figure 3.
  • the reflecting mirror 3 returns the image of the body 1 to a first optical element 4, which focuses the image of this body 1 on the first end 5A of a bundle of optical fibers 5.
  • This first optical element is preferably a focusing optic with a focal length of 50 mm.
  • the bundle can comprise 40,000 optical fibers ordered at its two ends 5A and 5B. It therefore transmits an image of around 200 points out of 200.
  • the second end 5B of this bundle of optical fibers therefore restores the image of the body 1 through an orifice 6A in the partition.
  • a second optical element 6 is placed, the aim of which is to focus the image reproduced by this second end 5B of the bundle of optical fibers 5.
  • This second optical element is, for example, of the PETZVAL type, focal length 100 mm, corrected for optical aberrations.
  • a diaphragm 7 can be inserted downstream of this second optical element 6 to limit the light density of the image. It is thus possible to shift the measurable temperature range, for example from 1,500 to 2,000 ° C, instead of 800 to 1,300 ° C.
  • the image focused by the second optical element 6 is sent to a separating plate 8, which divides the image into two, at equal flux densities thus focused.
  • the latter is therefore sent to two cameras 10A and 10B which therefore capture this focused image.
  • Two filters 9A and 9B are inserted between the separating plate 8 and the two cameras 10A and 10B, respectively on the two beams thus shared. These filters 9A and 9B have different bandwidths, so that the two cameras 10A and 10B perceive images of different wavelengths.
  • These two filters 9A and 9B can be interference filters with bandwidths from 10 nm to 20 nm and wavelengths which can vary between 750 and 1100 nm.
  • the separating plate is therefore optimized at 800 nm.
  • Light absorption plates, called “neutral densities” in optics 11A and 11B can be interposed at the level of filters 9A and 9B to attenuate light fluxes transmitted to cameras 10A and 10B, depending on the scene to be viewed and , more precisely, the density of light which is transmitted by the image.
  • the two cameras 10A and 10B are preferably CCD cameras of silicon, that is to say of the type with photosensitive elements with charge transfer, using a silicon matrix.
  • the wavelengths are relatively short, for example in the visible, close to the infrared. Such cameras are conventional and are commercially available at relatively low prices.
  • Figure 2 shows, on the one hand, on the left, the two respective screens 12A and 12B of the two cameras 10A and 10B of Figure 1, used in the device according to the invention. In view of the fact that the wavelengths captured by the cameras are different, the images viewed are also. It is thus possible, by superposition, to remove an undesirable physical quantity, such as the emissivity of the body viewed, that is to say of the fusion bath.
  • FIG. 3 shows in detail the protection device 2 placed upstream of the reflecting element 13 opposite the body 1 to be viewed. It is intended to physically protect this reflecting optical element 3, which can be subjected to projections of solid, liquid particles, or in the form of vapor, at very high temperatures. It consists of a unwinding film, not shown, to be unwound at approximately constant speed and placed in front of the element to be protected. It can be applied in different circumstances, such as environments with very strong vaporizations, such as electron beam welding, or vacuum brazing.
  • an unwinder housing 14, 16 itself comprising a motor housing 14, inside which is housed a drive motor 15.
  • the other part constitutes the body 16 of the unwinder housing and is intended to receive a cassette 20 containing the transparent film.
  • the first reel 21A of the cassette 20 is driven by a drive wheel 19 opening into the body 16 of the unwinder unit.
  • the cassette 20 is therefore introduced into this body 16 of the unwinder unit and is held there inside by a door 17 closed by a locking device 18.
  • This cassette 20 has a structure similar to cassettes containing photographic films. It comprises two coils 21A and 21B placed on either side of an orifice 22, opposite which the transparent film is unwound. The latter may be a Mylar film, capable of melting only above 250 ° C.
  • the film unwinding speed is variable. It is nevertheless possible to design cassettes whose maximum operating time is of the order of 6 min for a speed of 15 mm / s. It is thus easy to create a protection device making it possible to protect an optical element s' registering in a square of 30 mm on side.
  • the diaphragm 7 which is preferably an iris diaphragm, and on the light density absorption plates 11A and 11B, it is possible to shift the measurement range of the temperatures that can be measured.
  • the mounting can usually be adjusted for a temperature range from about 900 to 1,200 ° C.
  • measurements from 1,200 to 1,400 ° C can be made.
  • the maximum temperature is, a priori, not limited, while the minimum temperature is of the order of 800 ° C. It is possible to calculate the temperatures from the two images thus viewed. This procedure is composed of three phases which are, the calibration, the registration of the two images, the calculation of temperatures at each point of the image.
  • a camera delivers, for each pixel, an electrical voltage proportional to the integrated lighting during the duration of the acquisition.
  • This illumination is proportional to the luminance of the body to be measured or observed, thanks to the optical system.
  • the image delivered by the second camera 10B is the image symmetrical to that delivered by the image 10A.
  • the first camera 10A provides an image which has undergone only one reflection
  • the second camera 10B delivers an image which has undergone two reflections.
  • the registration is therefore done by observing a particular point in the plane of the optical fibers of the beam. This point must be exactly the same for the two images provided by the two cameras 10A and 10B.
  • a digital level is defined between 0 and N, for example between 0 and 255, and noted respectively P A (1, j) and P A (i, j) and relating to the cameras 10A and 10B.
  • the device and the method according to the invention can be used outside any pollution context.
  • the method is, on the other hand, advantageously used, both for temperature measurement and for visualization and control.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

Le dispositif et le procédé permettent d'obtenir une imagerie en deux dimensions des températures d'un corps opaque très chaud inaccessible pour un système de visualisation courant. On utilise, sous la protection d'un dispositif dérouleur de film (1), un premier élément optique (4) focalisant l'image du corps opaque chaud (1) sur un faisceau de fibres optiques (5). Ce dernier restitue l'image sur un deuxième élément optique (6) qui focalise l'image sur une lame séparatrice (8). Deux caméras (10A, 10B) captent ainsi l'image du corps opaque chaud (1) à des longueurs d'ondes différentes. La combinaison des deux images obtenues permet de surveiller et de déterminer les températures de la scène observée. Applications diverses au soudage par faisceau d'électrons, par faisceau laser, ou surveillance de la température de pièces métalliques chauffées par induction.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'IMAGERIE DES TEMPERATURES D'UN CORPS OPAQUE TRES CHAUD
DESCRIPTION
Domaine de l'invention
L'invention concerne l'étude et la surveillance des températures d'un corps très chaud et inaccessible pour des moyens de mesure et de surveillance habituels. On pense, en particulier, à la surveillance d'un bain de fusion, par exemple un bain fondu de soudage par faisceau laser ou faisceau d'électrons, ou d'une pièce métallique chauffée par induction, dans une enceinte polluée, ou dans des conditions polluantes.
Art antérieur et problème posé
Dans le cadre de l'étude et de la surveillance des températures de pièces ou de scènes à hautes températures, il est connu d'utiliser des systèmes monochromes de visualisation ou de mesure de température utilisant des caméras monochromes infrarouges, mais, en général, ces caméras fonctionnent dans des bandes de fréquences de 3 à 5 μm et de 8 à 12 μm, bandes adaptées à la mesure de températures inférieures à 300°C. Mais, les détecteurs matriciels de ces caméras sont de dimensions limitées. De plus, ils nécessitent un refroidissement et sont très onéreux. En outre, on signale qu'il n'existe pas de faisceaux de fibres optiques transmettant à ces longueurs d'ondes. On connaît également des systèmes utilisant une seule caméra et un système mécanique faisant passer différents filtres devant l'objectif de la caméra. Le changement des filtres optiques n'autorise pas la simultanéité des mesures.
On connaît également des systèmes à une seule caméra, donc monochromes, qui sont utilisés, en particulier, dans les systèmes endoscopiques, et qui nécessitent l'apport d'un éclairage. Dans ce cas, le transport de l'image se fait par faisceaux de fibres optiques .
Enfin, par le brevet américain US-5 225 883, on connaît un dispositif et un procédé pour fournir une double cartographie vidéo de la température d'un objet. On utilise une caméra CCD qui reçoit deux images fournies par une sonde pour capter le rayonnement thermique de l'objet, un dispositif séparateur d'image, deux filtres de longueurs d'ondes différentes et deux lentilles de focalisation. Par contre, ce procédé ne permet pas de travailler souplement à plusieurs longueurs d'ondes, ni d'avoir une large gamme de sensibilité en température. A chaque fois que l'on doit changer de longueur d'onde, il faut adapter le dispositif optique d'égalisation de chemins optiques à la nouvelle longueur d'onde. De plus, ce procédé doit être étalonné à chaque fois que l'on change de gamme de températures.
L'invention vise donc également, à éviter ces inconvénients dans la mise en oeuvre d'un procédé permettant de réaliser la surveillance, ou d'établir la cartographie, avec une image de 200 x 200 pixels par exemple, de température d'un bain de fusion se trouvant dans une enceinte polluante, toxique et inaccessible pour des opérateurs et pour des matériels habituellement utilisés pour ce genre de travaux de visualisation. On cherche, en outre, à s'affranchir de certaines composantes physiques qui affectent l'image de mesure, sans apporter d'indications particulières concernant les températures.
Résumé de l'invention
A cet effet, un premier objet principal de l'invention est un procédé d'imagerie des températures d'un corps opaque très chaud, consistant à visualiser ledit corps à l'aide de deux caméras, à deux fréquences différentes pour fournir une image par superposition en éliminant un paramètre physique dudit corps indésirable pour l'exploitation de l'image.
Lorsque ledit corps est placé dans un endroit inaccessible pour deux caméras, le procédé consiste à focaliser sur une première extrémité d'un faisceau de fibres optiques, l'image du corps à analyser et à focaliser l'image ainsi transportée issue de la deuxième extrémité du faisceau de fibres optiques sur les deux caméras, au moyen d'une lame séparatrice.
De plus, lorsque le milieu où se trouve ledit corps opaque est susceptible de détériorer l'élément optique en amont du faisceau de fibres optiques, le procédé consiste à utiliser un dispositif de protection d'optique constitué d'un film déroulant devant l'élément optique à protéger. Le deuxième objet, élément principal de l'invention, est un dispositif d'imagerie des températures d'un corps opaque très chaud, comprenant : - un premier élément optique pour focaliser l'image dudit corps ;
- un faisceau de fibres optiques sur une première extrémité duquel l'image du corps est focalisée par le premier élément optique ; un deuxième élément optique pour focaliser l'image dudit corps restituée à la deuxième extrémité du faisceau de fibres optiques ; une lame séparatrice qui partage le faisceau en deux faisceaux ; et
- deux caméras placées en aval de la lame séparatrice et recevant chacune l'image restituée par un des deux faisceaux, les deux caméras visualisant l'image à des différentes longueurs d'ondes. Dan-s sa réalisation principale, les deux caméras sont identiques et sont équipées chacune d'un filtre de longueurs d'ondes différentes.
Il est très avantageux d'utiliser une plaque d'absorption sur chacun des deux faisceaux, en aval de la lame séparatrice.
Les caméras sont, de préférence, des systèmes du type à éléments photosensibles à transfert de charges à matrice de silicium.
Un diaphragme est avantageusement intercalé entre le deuxième élément optique et la lame séparatrice.
Comme le corps à visualiser se trouve dans un lieu pollué, ou susceptible de détériorer le premier élément optique, on utilise un dispositif de protection des éléments optiques constitué principalement d'un film déroulant placé dans une cassette, placée elle-même dans un boîtier dérouleur. Liste des figures
L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, d'une réalisation possible de l'invention.
Elle est accompagnée de trois figures qui représentent respectivement : - figure 1, le dispositif selon l'invention ;
- figure 2, un schéma relatif à l'imagerie obtenue avec le dispositif selon l'invention ; et
- figure 3, le dispositif de protection du premier élément optique utilisé dans le dispositif selon l'invention.
Description détaillée d'une réalisation de l' invention
Sur la figure 1, on peut distinguer tous les éléments essentiels du dispositif d'imagerie selon l'invention. Un bain de fusion symbolisant un corps opaque très chaud 1 est représenté à droite de cette figure 1. Le bain de fusion peut être celui d'un soudage par faisceau d'électrons, ou faisceau laser. Il se trouve, en particulier, confiné ou difficilement accessible. Ce confinement est symbolisé par une cloison 30 séparant le corps 1 des appareils de visualisation du système selon l'invention. La scène visualisée peut également être celle d'une pièce métallique chauffée par induction. Dans le but de protéger tous les appareils optiques et, en particulier, le miroir réfléchissant 3 et le premier élément optique 4, on utilise un dispositif de protection 2 placé entre le corps 1 et un élément optique réfléchissant 3. Ce dispositif sera décrit plus loin en considérant la figure 3.
Le miroir réfléchissant 3 renvoie l'image du corps 1 sur un premier élément optique 4, qui focalise l'image de ce corps 1 sur la première extrémité 5A d'un faisceau de fibres optiques 5. Ce premier élément optique est, de préférence, une optique de focalisation de 50 mm de distance focale. Le faisceau peut comporter 40 000 fibres optiques ordonnées à ses deux extrémités 5A et 5B. Il transmet donc une image d'environ 200 points sur 200.
La deuxième extrémité 5B de ce faisceau de fibres optiques restitue donc l'image du corps 1 à travers un orifice 6A de la cloison.
En regard de cette deuxième extrémité 5B, on place un deuxième élément optique 6 dont le but est de focaliser l'image restituée par cette deuxième extrémité 5B du faisceau de fibres optiques 5. Ce deuxième élément optique est, par exemple, du type PETZVAL, de distance focale de 100 mm, corrigée des aberrations optiques. Un diaphragme 7 peut être intercalé en aval de ce deuxième élément optique 6 pour limiter la densité de lumière de l'image. Il est ainsi possible de déplacer la plage de températures mesurable, par exemple de 1 500 à 2 000°C, au lieu de 800 à 1 300°C.
L' image focalisée par le deuxième élément optique 6 est envoyée vers une lame séparatrice 8, qui partage en deux, à densités de flux égales, l'image ainsi focalisée. Cette dernière est donc envoyée vers deux caméras 10A et 10B qui captent donc cette image focalisée.
On intercale entre la lame séparatrice 8 et les deux caméras 10A et 10B deux filtres 9A et 9B, respectivement sur les deux faisceaux ainsi partagés. Ces filtres 9A et 9B ont des bandes passantes différentes, de sorte que les deux caméras 10A et 10B perçoivent des images de longueurs d'ondes différentes. Ces deux filtres 9A et 9B peuvent être des filtres interférentiels de bandes passantes de 10 nm à 20 nm et de longueurs d'ondes pouvant varier entre 750 et 1 100 nm. La lame séparatrice est, de ce fait, optimisée à 800 nm. Des plaques d'absorption de lumière, appelées « des densités neutres » en optique 11A et 11B peuvent être intercalées au niveau des filtres 9A et 9B pour atténuer des flux de lumière transmis aux caméras 10A et 10B, en fonction de la scène à visualiser et, plus précisément, de la densité de lumière qui est transmise par l'image.
Les deux caméras 10A et 10B sont, de préférence, des caméras CCD de silicium, c'est-à-dire du type à éléments photosensibles à transfert de charges, utilisant une matrice au silicium. Les longueurs d'ondes sont relativement courtes, par exemple dans le visible, proches de l'infrarouge. De telles caméras sont classiques et se trouvent dans le commerce à des prix relativement peu élevés. La figure 2 montre, d'une part, à gauche, les deux écrans respectifs 12A et 12B des deux caméras 10A et 10B de la figure 1, utilisées dans le dispositif selon l'invention. Compte tenu du fait que les longueurs d'ondes captées par les caméras sont différentes, les images visualisées le sont également. On peut ainsi, par superposition, supprimer une grandeur physique indésirable, telle que l'émissivité du corps visionné, c'est-à-dire du bain de fusion. L'image résultant de cette superposition est schématisée par l'écran de droite 13, qui est une combinaison des deux images visualisées par les deux premiers écrans 12A et 12B. La figure 3 montre en détail le dispositif de protection 2 placé en amont de l'élément réfléchissant 13 en regard du corps 1 à visualiser. Il est destiné à protéger physiquement cet élément optique réfléchissant 3, qui peut être soumis à des projections de particules solides, liquides, ou sous forme de vapeur, à très hautes températures. Il est constitué d'un film déroulant, non représenté, devant être déroulé à vitesse à peu près constante et placé devant l'élément à protéger. Il s'applique dans différentes circonstances, telles que les milieux présentant de très fortes vaporisations, comme le soudage par faisceaux d'électrons, ou le brasage sous vide.
Il se présente sous la forme d'un boîtier dérouleur 14, 16 comprenant lui-même un boîtier moteur 14, à l'intérieur duquel est logé un moteur d'entraînement 15. L'autre partie constitue le corps 16 du boîtier dérouleur et est destinée à recevoir une cassette 20 contenant le film transparent. La première bobine 21A de la cassette 20 est entraînée par une roue d'entraînement 19 débouchant dans le corps 16 du boîtier dérouleur. La cassette 20 est donc introduite dans ce corps 16 du boîtier dérouleur et y est maintenue à l'intérieur par une porte 17 fermée par un dispositif de verrouillage 18. Cette cassette 20 a une structure analogue aux cassettes contenant les films photographiques. Elle comprend deux bobines 21A et 21B placées de part et d'autre d'un orifice 22, en regard duquel le film transparent est déroulé. Ce dernier peut être un film en Mylar, susceptible de fondre seulement au-dessus de 250°C. La vitesse de déroulement du film est variable. Il est néanmoins possible de concevoir des cassettes dont la durée maximale de fonctionnement est de l'ordre de 6 min pour une vitesse de 15 mm/s. Il est ainsi facile de créer un dispositif de protection permettant de protéger un élément optique s' inscrivant dans un carré de 30 mm de côté.
En jouant sur le diaphragme 7, qui est de préférence un diaphragme à iris, et sur les plaques d'absorption de densité de lumière 11A et 11B, il est possible de décaler la plage de mesures des températures susceptibles d'être mesurée. Ainsi, le montage peut être réglé habituellement pour une plage de températures allant d'environ 900 à 1 200°C. En outre, il est possible de faire des mesures de 1 200 à 1 400°C. La température maximale n'est, a priori, pas limitée, tandis que la température minimale est de l'ordre de 800°C. II est possible de réaliser le calcul de températures à partir des deux images ainsi visualisées. Cette procédure est composée de trois phases qui sont, l'étalonnage, le recalage des deux images, le calcul de températures en chaque point de l'image.
Concernant l'étalonnage, une caméra délivre, pour chaque pixel, une tension électrique proportionnelle à l' éclairement intégré pendant la durée de l'acquisition. Cet éclairement est proportionnel à la luminance du corps à mesurer ou à observer, grâce au système optique. Il existe donc une relation de proportionnalité entre la luminance de l'objet observé et la tension délivrée par la caméra. Pour de nombreuses applications, il est impératif de connaître ce coefficient. C'est pourquoi, il est préférable d'étalonner le dispositif selon l'invention, sur un corps noir. On peut donc en déduire le coefficient respectif de chacune des deux caméras.
Concernant le recalage, il faut remarquer que l'image délivrée par la deuxième caméra 10B est l'image symétrique de celle délivrée par l'image 10A. En effet, la première caméra 10A fournit une image qui n'a subi qu'une seule réflexion, alors que la deuxième caméra 10B délivre une image qui a subi deux réflexions. Le recalage se fait donc en observant un point particulier dans le plan des fibres optiques du faisceau. Ce point doit être exactement le même pour les deux images fournies par les deux caméras 10A et 10B.
Concernant le calcul de températures en chaque point, on définit un niveau numérique compris entre 0 et N, par exemple entre 0 et 255, et noté respectivement PA(1, j) et PA(i, j) et relatif aux caméras 10A et 10B.
Ainsi, si L est la luminance de l'objet à la longueur d'onde λA et à la température T et si CA est le coefficient de proportionnalité déterminé à l'étalonnage de la caméra 10A, on obtient
PA(i, j) = CA . L(λA, T) • La luminance de l'objet à observer à la longueur d'onde 1 est de la forme :
Figure imgf000013_0001
ou c est la célérité de la lumière dans le vide
- h la constante de PLANCK ; - k la constante de BOLTZMANN ;
- ε est l'emissivité du corps observé.
En combinant ces deux équations, on obtient le système suivant :
Figure imgf000013_0002
Figure imgf000013_0003
Nous choisissons des longueurs d'ondes assez proches pour pouvoir supposer que l'emissivité est la même aux deux longueurs d' ondes :
ε(λA) = ε(λB) .
On obtient alors l'expression de la température :
Figure imgf000014_0001
On constate que le dispositif et le procédé, selon l'invention, sont utilisables en dehors de tout contexte de pollution. Le procédé est, d'autre part, utilisé avantageusement, aussi bien pour la mesure de température que pour la visualisation et le contrôle.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'imagerie des températures d'un corps opaque très chaud (1), placé dans un endroit inaccessible pour des caméras et en milieu hostile, consistant à visualiser ledit corps (1) à deux fréquences différentes, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à focaliser au moyen d'un élément optique (4), sur une première extrémité (5A) d'un faisceau de fibres optiques (5), l'image du corps à analyser et à focaliser l'image ainsi transportée, issue de la deuxième extrémité (5B) du faisceau de fibres optiques (5) sur deux caméras (10A, 10B) , au moyen d'une lame séparatrice (8),
- à utiliser un dispositif de protection d'optique (2) constitué d'un film déroulant devant l'élément optique à protéger (4), ledit milieu hostile étant susceptible de détériorer l'élément optique (4) placé en amont du faisceau de fibres optiques (5) ; et
- à fournir une image par superposition en éliminant un paramètre physique dudit corps (1) indésirable pour l'exploitation de l'image.
2. Dispositif d'imagerie de températures d'un corps opaque très chaud (1), comprenant : un premier élément optique (4) pour focaliser l'image dudit corps (1) ; un dispositif de protection (2) du premier élément optique (4) comprenant un film déroulant placé dans une cassette (20) placée elle-même dans un boîtier dérouleur (14, 16) ; - un faisceau de fibres optiques (5) sur une première extrémité (5A) duquel l'image dudit corps (1) est focalisée ; un deuxième élément optique (6) pour focaliser l'image dudit corps restituée à une deuxième extrémité (5B) du faisceau de fibres optiques (5) ;
- une lame séparatrice (8) pour partager le faisceau en deux faisceaux ;
- un diaphragme (7) placé entre le deuxième élément optique (6) et la lame séparatrice (8) ; et
- deux caméras (10A, 10B) placées en aval de la lame séparatrice (8) et recevant chacune l'image restituée par un des deux faisceaux, ces deux caméras (10A, 10B) visualisant le corps (1) à des différentes longueurs d'ondes.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux caméras (10A, 10B) sont identiques et équipées chacune d'un filtre de longueurs d'ondes différentes (9A, 9B) .
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque d'absorption (11A, 11B) sur chacun des deux faisceaux, en aval de la lame séparatrice (8) .
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le film est transparent et en
Mylar .
6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux caméras (10A, 10B) sont du type à éléments photosensibles à transfert de charges à matrice de silicium.
PCT/FR1998/001965 1997-09-16 1998-09-15 Procede et dispositif d'imagerie des temperatures d'un corps opaque tres chaud Ceased WO1999014566A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR97/11491 1997-09-16
FR9711491A FR2768510B1 (fr) 1997-09-16 1997-09-16 Procede et dispositif d'imagerie des temperatures d'un corps opaque tres chaud

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999014566A1 true WO1999014566A1 (fr) 1999-03-25

Family

ID=9511114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR1998/001965 Ceased WO1999014566A1 (fr) 1997-09-16 1998-09-15 Procede et dispositif d'imagerie des temperatures d'un corps opaque tres chaud

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2768510B1 (fr)
WO (1) WO1999014566A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105965017A (zh) * 2016-07-01 2016-09-28 西安铂力特激光成形技术有限公司 一种slm成形过程的温度场监控装置及方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4198325B2 (ja) * 2001-03-06 2008-12-17 株式会社フォトロン 多画面分光撮影装置
FR2893519B1 (fr) * 2005-11-23 2008-07-04 Vai Clecim Soc Par Actions Sim Procede et disposiif optiques de detection de defauts de surface et de structure d'un produit chaud en defilement
FR2970331A1 (fr) * 2011-01-07 2012-07-13 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede et dispositif de determination de temperature d'un disque de frein par thermographie infrarouge
CN114112061B (zh) * 2021-10-11 2024-02-02 黑龙江业博科技有限公司 一种晶体管式焊接电源焊头温度快速在线测量方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4365307A (en) * 1981-02-25 1982-12-21 Sumitomo Kinzoku Kogyo Kabushiki Gaisha Temperature pattern measuring device
EP0462901A1 (fr) * 1990-06-21 1991-12-27 Commissariat A L'energie Atomique Procédé d'exploitation des signaux fournis par un pyromètre et pyromètre en faisant application
US5225883A (en) * 1991-06-05 1993-07-06 The Babcock & Wilcox Company Video temperature monitor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4365307A (en) * 1981-02-25 1982-12-21 Sumitomo Kinzoku Kogyo Kabushiki Gaisha Temperature pattern measuring device
EP0462901A1 (fr) * 1990-06-21 1991-12-27 Commissariat A L'energie Atomique Procédé d'exploitation des signaux fournis par un pyromètre et pyromètre en faisant application
US5225883A (en) * 1991-06-05 1993-07-06 The Babcock & Wilcox Company Video temperature monitor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105965017A (zh) * 2016-07-01 2016-09-28 西安铂力特激光成形技术有限公司 一种slm成形过程的温度场监控装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
FR2768510A1 (fr) 1999-03-19
FR2768510B1 (fr) 1999-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2027286C (fr) Dispositif de localisation en temps reel de sources de rayonnement
CA2687809C (fr) Camera infrarouge comportant un zoom optique de grand rapport et procede correspondant d'observation d'une scene
FR2459496A2 (fr) Appareil photographique rapporte pour microscopes
WO2010040914A2 (fr) Systeme d'imagerie grand champ infrarouge integre dans une enceinte a vide
EP0944845B1 (fr) Dispositif de localisation de sources de rayonnement
EP0674775B1 (fr) Telescope pour imagerie infrarouge ou visible
WO1999014566A1 (fr) Procede et dispositif d'imagerie des temperatures d'un corps opaque tres chaud
EP0768551A1 (fr) Système optique pour des vues à grand champ
CA2938035A1 (fr) Dispositif pour visualiser des rayonnements photoniques, adapte pour travailler dans un environnement radioactif et camera utilisant un tel dispositif
CA3046174C (fr) Systeme de detection de rayonnements electromagnetiques
FR3053464A1 (fr) Spectro-imageur multivoie a transformee de fourier
FR2547432A1 (fr) Systeme optique pour prise de vues stereoscopiques dans un appareil photographique
FR2632403A1 (fr) Pyrometre optique a au moins une fibre
FR2897165A1 (fr) Optique grand angle dans le spectre infrarouge
EP0549446B1 (fr) Caméra d'observation, notamment infrarouge, à détecteur multi-éléments homogénéisé en sensibilité
FR2992549A1 (fr) Dispositif de protection contre les rayonnements optiques et les projections solides ou liquides
EP0593327A1 (fr) Caméra infrarouge protégée contre les modulations parasites de flux capté
EP0610635B1 (fr) Dispositif optique de calibration pour caméra thermique
EP0713119A1 (fr) Dispositif de veille panoramique infrarouge statique à détecteurs matriciels multiples
EP0643282A1 (fr) Dispositif optique de mesure d'écart transversal
EP0574325A1 (fr) Dispositif de veille omnidirectionnel à objectif grand angulaire couvrant tout l'espace environnant
CH626454A5 (en) Aligned optical device for looking through a chamber wall
EP0503558B1 (fr) Dispositif de visualisation du coeur d'une fibre optique
CA3239973A1 (fr) Systeme optique imageur a plusieurs voies disposees en parallele et ouverture d'entree commune
CA2193662A1 (fr) Dispositif de visualisation d'un champ situe dans une zone hostile soumise a un fort rayonnement nucleaire

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase