Essais & Simulations n°140

MESURESOutre la

MESURESOutre la réalisation des images, la phase d’acquisition doitvalider en temps réel l’exploitabilité des vues par scan-détectionde cibles et relèvement spatial des images dans leréférentiel image. Les images doivent être, en effet, positionnéesselon les règles de l’art pour assurer la qualité dela résolution ultérieure du réseau d’équations. Pour unobjet où seul le mouvement de la caméra est requis, ladurée d’acquisition est inférieure à 15 mn. Pendant cettedurée, l’objet ne doit pas se déformer ; de sorte qu’en casd’essais en vide thermique, il est nécessaire d’observer unpalier en température lors des prises de vue.En fin de calcul, on dispose des coordonnées 3D optimisées despoints de mesure dans le repère objet (en blanc) et des coordonnéesoptimisées des stations de prise de vue depuis le bras rotatif.En vert, un exemple des rayons perspectifs calculés sur un despoints (4).Image photogrammétrique acquise et traitée en temps réel (4).En vert, les cibles détectées.En médaillons, la mesure d’une cible avec, à sa droite, sa traductionen niveaux de gris qui servent de base à l’algorithme de calcul decentroïde.L’étape de calcul effectue un appariement automatiquedes images à partir des points communs et constitue unsystème d’équations hyperstatique décrivant la trajectoirede l’ensemble des rayons perspectifs issus des mesures decibles dans le plan image et intersectant les cibles en espaceobjet [3]. Ce calcul dit « d’ajustement de faisceaux » estréalisé en quelques dizaines de secondes pour une scèneclassique de 1 000 points et 100 images. Au cours de cecalcul, les positions de prises de vues sont optimisées etl’appareil de prise de vues autocalibré. C’est lors de cettephase que la robustesse du réseau géométrique formé parles points de mesure et les positions successives de prisede vues est essentielle. Cette robustesse est évaluée en finde calcul et quantifiée par des indicateurs de propagationd’erreur. Si elle se révèle satisfaisante, un fichier 3D depoints est généré. A chaque point est associé une précisionstatistique individuelle, axe par axe : des précisionsindividuelles de 1/100 000 (soit 10 μm/m) à 2σ sont généralementatteintes.L’analyse logicielle dépend certes de la finalité de l’essai maiselle consiste généralement, pour un essai thermoélastique, enune superposition des géométries de l’objet pour les différentspaliers de température. C’est un post traitement optionnel quia lieu après l’essai, toutes les combinaisons de superpositionsétant possibles dès lors que les points sont calculés. Un autreavantage de la démarche tient à ce que ces résultats de déformationsthermoélastiques peuvent être couplés aux mesuressimultanées d’une caméra infrarouge embarquée dans le caissonvide thermique. On obtient ainsi une corrélation directeentre la température et la déformée locales de l’objet. Cettecomparaison est très prisée des analystes mécaniques lorsqu’ils’agit d’analyser, en temps réel, des phénomènes locaux ouglobaux, tant sur un plan qualitatif que sur un plan quantitatif: elle est d’ailleurs devenue incontournable pour la corrélationmathématique des modèles de prédiction thermique.Exemple de déformées thermoélastiquesentre un cas froid et un cas chaud (4).Les déformées sont ici amplifiées 500 fois.En jaune, l’étalon de longueur zerodur.40 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURESCOMMENT S’ASSURER DE LA REUSSITE D’UN ESSAI ?Tours d’antenne, réflecteurs, éléments structuraux... Denombreux sous-systèmes de satellite sont régulièrementtestés et mesurés en photogrammétrie dans les caissonscannois. Mais au-delà de ces systèmes spatiaux, tout typed’équipement nécessitant un essai thermoélastique compatibleen encombrement stérique, en gamme de températureet en dégazage avec un caisson vide thermique donnépeut envisager d’être ainsi testé. À cet effet, le centre d’essaisde Thales Alenia Space de Cannes s’est doté d’un outilde simulation photogrammétrique qui permet, sur la based’un fichier théorique de CAO de l’objet, de générer despseudo-observations et d’optimiser le nombre et le positionnementdes cibles, et les positions de prise de vues : àpartir du fichier CAO et des points d’intérêt choisis, l’outilgère les opacités quelle que soit la complexité de l’objet.Il permet de placer un nombre quelconque de cibles surl’objet, de prendre en compte les incidences des rayonsperspectifs sur les cibles, d’apprécier la qualité de relèvementd’une image a priori... car il est évident qu’un nombretrop faible ou une mauvaise répartition de cibles sur uneimage pénaliserait son relèvement spatial et affaibliraitd’autant le calcul d’ajustement de faisceaux. De même, unecible vue sous des angles trop proches serait mal triangulée,ce qui ne manquerait pas d’occasionner des incertitudesplus élevées. Une fois ces paramètres géométriquesoptimisés, la simulation effectue plusieurs centaines decalculs d’ajustement de faisceaux en bruitant chaque fois lesmesures des pseudo clichés. L’écart type du bruit gaussienappliqué a priori est principalement lié à l’appareil de prisede vues utilisé : il est parfaitement maîtrisé dans le cadrede d’utilisation des moyens classiques d’essais. Ainsi, unefaible dispersion des résultats sur les points objet permetde mettre en évidence, avant la réalisation de l’essai, unequalité de mesure qui sera irréprochable et l’expérience,réitérée sur des centaines de sous-systèmes de satellite n’ajamais fait que le confirmer.CONCLUSIONRéférencesExemple de simulation photogrammétriquesur un objet volumique de 20m (5).En vert clair, les points d’intérêt. En vertfoncé, la position calculée pour les caméras.Avec cette configuration, la précision de1/100.000 à 2σ est atteinte.[2] Ph. Baussart, A.Meurat « videogrammetry applied toenvironmental testing for space programs » Proceedings 4thInternational Symposium on Environmental Testing for SpacePrograms (ESASP-467, August 2001).[3] B. Balland « Optique géométrique , imagerie et instruments »,PPUR.[4] Images issues du logiciel VSTARS, © Geodetic Services Inc.5] Image issue du logiciel de simulation Pheex, © Geofit.[6] Cible plane, ©Géodésie Maintenance Services.Thales Alenia Space est un pionnier dans l’utilisation dela photogrammétrie pour la caractérisation thermoplastiquedes sous-systèmes de satellites en vide thermique et,compte tenu de ses performances, de sa fiabilité et de sonfaible coût industriel, elle est devenue incontournable pourles études de déformations thermo-mécaniques conduitespar les analystes Thermique & Mécanique.ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I41