L'optimisation de la durée de vie des disques de turbines conçus en superalliage à base de nickel, tel que l'Inconel 718 DA, constitue une vraie problématique industrielle. En effet, lors d'essais de fatigue oligocyclique à chaud sur des éprouvettes prélevées sur ces disques, il a été constaté que la durée de vie dépendait de la zone de prélèvement testée. Cette dispersion inattendue des résultats s'avère être un facteur très important d'un point de vue industriel car le dimensionnement des pièces étant conservatif, il est établi à partir des valeurs de durée de vie les plus faibles ce qui conduit à une pénalisation forte en termes de performance du point de vue de la conception. Le but de cette étude est donc d'expliciter la relation entre les paramètres de forgeage, les propriétés microstructurales et donc les durées de vie afin de proposer des pistes pour réduire la dispersion des résultats de fatigue pour optimiser ainsi le dimensionnement des structures. Dans un premier temps, l'étude de l'effet des paramètres de forgeage a été réalisée grâce au logiciel Forge2®. Cette étape a permis de mettre en évidence les paramètres de forgeage influant sur la microstructure et de définir des gammes de forgeage sur des lopins expérimentaux. Les mécanismes d'initiation et les modes d'endommagement ont été identifiés pour chaque microstructure de l'alliage. Il s'avère que, dans le cas des matériaux testés, deux mécanismes d'amorçage sont observés : un amorçage sur particule interne avec formation de « fish-eye » et un amorçage sur grain sub-surfacique. Une corrélation directe avec la microstructure et le domaine de durée de vie a pu être établie. L'effet du rapport entre la queue de distribution de taille de grains et la taille des particules a pu être mis en évidence, ainsi que la nocivité de la présence de joints Σ3 dans des gros grains. / Optimization of turbine discs in superalloy Nickel based durability is a real industrial challenge. The different regions of a wrought Inconel 718 DA superalloy turbine disk may present a wide range of behavior in fatigue life due to the variability of the microstructure. To improve the fatigue dimensioning, it is necessary to understand the relation between the forging parameters, the microstructure and the fatigue behavior. Firstly, the effect of the forging parameters on the microstructure was realized thanks to simulation calculation via Forge2® and experimental forging were realized. Secondly, fatigue tests under strain control conditions were performed at 450°C for all microstructures. Initiation mechanisms and fracture behavior are identified for each microstructure of this superalloy. Grain size and phases distributions were characterized in the specimens and related to fatigue failure initiation modes. The 3D distribution of the Titanium nitrides was also investigated using synchrotron laminography both in terms of size and spatial distribution. Fatigue crack initiation was seen to occur on large grains in stage I for the larger grain material whereas for the material with slightly smaller grains initiation from internal nitrides caused failure via so-called fish-eye cracks. A relation between the microstructure heterogeneities and the durability is established. Indeed, the initiation mechanism, which depends on the grain size distribution compare to the particles size, impacts the durability. The presence of Σ3 boundaries in large grains proves to be harmful.

L’objectif de la thèse est de développer un nouveau système de localisation mobile composé de trois caméras 3D de type Kinect et d’une caméra additionnelle de type Fish Eye. La solution algorithmique est basée sur l’odométrie visuelle et permet de calculer la trajectoire du mobile en temps réel à partir des données fournies par les caméras 3D. L’originalité de la méthodologie réside dans l’exploitation d’orthoimages créées à partir des nuages de points acquis en temps réel par les trois caméras. L’étude des différences entre les orthoimages successives acquises par le système mobile permet d’en déduire ses positions successives et d’en calculer sa trajectoire. / The aim of the thesis is to develop a new kind of localization system, composed of three 3D cameras such as Kinect and an additional Fisheye camera. The localization algorithm is based on Visual Odometry principles in order to calculate the trajectory of the mobile platform in real time from the data provided by the 3D cameras.The originality of the processing method lies within the exploitation of orthoimages processed from the point clouds that are acquired in real time by the three cameras. The positions and trajectory of the mobile platform can be derived from the study of the differences between successive orthoimages.

Monocentric lenses provide compact, broadband, high resolution, wide-field imaging. However, they produce a curved image surface and have found limited use. The use of an appropriately machined fiber bundle to relay the curved image plane onto a flat focal plane array (FPA) has recently emerged as a potential solution. Unfortunately the spatial sampling that is intrinsic to the fiber bundle relay can have a negative effect on image resolution, and vignetting has been identified as another potential shortcoming of this solution. This thesis describes a metamaterial lens yielding a high-performance image relay from a curved surface to a flat focal plane. Using quasi-conformal transformation optics, a Maxwell's fish-eye lens is transformed into a concave-plano shape. A design with a narrower range of constitutive parameters is deemed more likely to be manufacturable. Therefore, the way in which the particular shape of the concave-plano reimager influences the range of needed constitutive parameters is explored. Finally, image quality metrics, such as spot size and light efficiency, are quantified.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第19378号 / 農博第2148号 / 新制||農||1037(附属図書館) / 学位論文||H28||N4958(農学部図書室) / 32392 / 新制||農||1037 / 京都大学大学院農学研究科地域環境科学専攻 / (主査)教授 近藤 直, 教授 飯田 訓久, 准教授 小川 雄一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

Le comportement en fatigue de l’acier à très haute résistance (THR) X23NiCoCrMoAl13-6-3 étudié est caractérisé par une dispersion dans les performances de tenue en fatigue. Deux modes d’amorçages de fissures sont observés sur sa courbe de Wöhler : le premier mode correspondant à des amorçages de fissures à partir d’inclusions non métalliques en surface des éprouvettes menant aux plus faibles durées de vie. Le second mode correspond à des amorçages de fissures en interne sur inclusions menant à de longues durées de vie et à des fissures en forme d’œil de poisson (« fish-eye »). Le lien entre les conditions d’essai (niveau de sollicitation, température et environnement), la nature et la localisation du site d’amorçage et la durée de vie résultante n’est jusqu’alors pas clairement identifié. L’objectif de ce travail de thèse est donc de mieux appréhender les mécanismes physiques à l’origine des différents types d’amorçage et de propagation en fatigue menant à la dispersion en durée de vie.La première partie de ce document présente la caractérisation microstructurale multi-échelle de l’acier THR avec l’identification des entités microstructurales et de leurs dimensions caractéristiques. Ensuite, l’analyse des faciès de rupture a permis de caractériser de manière approfondie les zones associées aux différents stades de propagation de la fissure de fatigue. Pour l’amorçage en surface, on trouve : 1) la particule rompue 2) la propagation sous air 3) la rupture ductile finale. Pour les amorçages en interne deux stades supplémentaires sont observés : 1.a) formation d’une zone à grains fins (« fine granular area, (FGA) ») autour de la particule si sa taille est inférieure à une taille critique et 1.b) propagation sous vide. La mécanique linéaire de la rupture est utilisée pour estimer le facteur d’intensité des contraintes de la fissure, Kmax, pour chacune de ces zones.Le facteur Kmax associé à la transition entre FGA et fish-eye se révèle être constant à une température donnée. Cette transition se caractérise par une taille de zone plastique en pointe de fissure de l’ordre de trois fois la largeur des lattes de martensite. Lorsque la température augmente, le Kmax en fin de FGA diminue mais la taille de la zone plastique reste constante. Le caractère cristallographique, pseudo stade I, de la propagation dans la FGA est mis en évidence. Il a été de plus confirmé qu’une FGA pouvait se former en cours de propagation de fissures à partir d’éprouvettes entaillées (SENT), sous vide sollicitées à Kmax faible. Le caractère cristallographique a été confirmé par analyse EBSD 3D du faciès de rupture. Un calcul de durée de vie en propagation pure sous air et sous vide a montré que les durées de vie peuvent varier d’un ordre de grandeur en fonction de l’environnement. / The fatigue behavior of a very high strength steel X23NiCoCrMoAl13-6-3 shows a large scatter in fatigue life. Two fatigue crack initiation scenarios are found. They are separated by a plateau in the Wöhler curve: the first one corresponds to crack initiation at the specimen surface from non-metallic inclusions leading to short fatigue lives. The second scenario corresponds to internal crack initiation from particles leading to so-called fish-eye cracks. The link between test conditions (load level, temperature and environment), the nature and location of the crack initiation site and the associated fatigue life has yet not been clearly established. The objective of the present PhD project is to better understand the physical mechanisms leading to the different fatigue crack initiation and propagation mechanisms.In the first part of the thesis the microstructure of the very high strength steel was studied at multiple scales and its main constituents and their respective sizes were identified.Further, the analysis of the fatigue tests by fractography has permitted to identify the different characteristic fatigue crack propagation stages. For surface fatigue crack initiation, the following stages were found: 1) a broken particle 2) fatigue crack propagation in air 3) the final ductile fracture. For internal fatigue crack initiation two more fatigue crack propagation stages are observed: 1.a) formation of a fine granular area (FGA) for small particles and 1.b) propagation in vacuum. Linear elastic fracture mechanics are used to evaluate the stress intensity factor, Kmax for each of these zones.Kmax revealed to be constant at the end of the FGA. The size of the plastic zone at the end of the FGA was calculated and corresponded to three times the width of the martensite laths. Tests at different temperatures (20°C, 200°C and 400°C) revealed a decreasing FGA size with increasing temperature at constant applied stress amplitude. As a consequence, the critical stress intensity factor varied as the FGA decreased with temperature. In contrast, the critical plastic zone size remained constant and equal to the sizes of microstructural features. This represents a strong similarity between crystallographic, stage I-like, crack propagation and FGA formation in a vacuum. This was further confirmed as an FGA was formed during crack propagation using SENT samples in vacuum and for low Kmax levels. The crystallographic character was verified by an SEM/FIB analysis of the fracture surface. A fatigue life prediction, assuming propagation only, showed that the fatigue life can vary by an order of magnitude as a function of the test environment corresponding to surface and internal crack initiation.

In remote sensing, the application determines the type of platform and scale used during air or space –borne data collection as the pixel size of the collected data varies depending on the sensor or platform used. Applications involving some cryospheric environments require the use of the microwave band of the electromagnetic spectrum, with snow water equivalent (SWE) studies making use of passively emitted microwave radiation. A key issue in the use of passive microwave remotely sensed data is its spatial resolution, which ranges from 10 to 25 kilometres. The Climate Research Branch division of the Meteorological Service Canada is using passive microwave remote sensing as a means to monitor and obtain SWE values for Canada’s varying land-cover regions for use in climate change studies. Canada’s diverse landscape necessitated the creation of a snow water equivalent retrieval algorithm suite comprised of four different algorithms; all reflecting different vegetative covers. The spatial resolution of small scale remotely sensed data does provide a means for monitoring Canada’s large landmass, but it does, however, result in generalizations of land-cover, and in particular, vegetative structure, which is shown to influence both snow cover and algorithm performance. The Climate Research Branch is currently developing its SWE algorithm for Canada’s boreal forest region. This thesis presents a means of successfully and easily collecting in situ remotely sensed data in the form of hemispherical photographs for gathering vegetative structure data to ground-truth remotely sensed data. This thesis also demonstrates that the Gap Light Analyzer software suite used for analyzing hemispherical photographs of mainly deciduous environments during the spring-fall months can be successfully applied towards cryospheric studies of predominantly coniferous environments.

In remote sensing, the application determines the type of platform and scale used during air or space –borne data collection as the pixel size of the collected data varies depending on the sensor or platform used. Applications involving some cryospheric environments require the use of the microwave band of the electromagnetic spectrum, with snow water equivalent (SWE) studies making use of passively emitted microwave radiation. A key issue in the use of passive microwave remotely sensed data is its spatial resolution, which ranges from 10 to 25 kilometres. The Climate Research Branch division of the Meteorological Service Canada is using passive microwave remote sensing as a means to monitor and obtain SWE values for Canada’s varying land-cover regions for use in climate change studies. Canada’s diverse landscape necessitated the creation of a snow water equivalent retrieval algorithm suite comprised of four different algorithms; all reflecting different vegetative covers. The spatial resolution of small scale remotely sensed data does provide a means for monitoring Canada’s large landmass, but it does, however, result in generalizations of land-cover, and in particular, vegetative structure, which is shown to influence both snow cover and algorithm performance. The Climate Research Branch is currently developing its SWE algorithm for Canada’s boreal forest region. This thesis presents a means of successfully and easily collecting in situ remotely sensed data in the form of hemispherical photographs for gathering vegetative structure data to ground-truth remotely sensed data. This thesis also demonstrates that the Gap Light Analyzer software suite used for analyzing hemispherical photographs of mainly deciduous environments during the spring-fall months can be successfully applied towards cryospheric studies of predominantly coniferous environments.

The aim of this project is to design a cost-effective planar Maxwell fish-eye lens in PCB technology operating at the center frequency 5 GHz with a bandwidth of 20 %. An approach to design a cost-effective lens is to use a metasurface, which is commonly realized as a periodic structure of unit cells. In this project, a study was made by comparing different unit cells and considering the effect of applying glide symmetry to the unit cells. Comparing different unit cells withand without glide symmetry demonstrates that glide symmetry is necessary to achieve a 20 % bandwidth. Introducing glide symmetry showed a reduction in dispersive behavior, an increaseof isotropy and effective refractive index. Simulations of the full lens show a functioning lens with a power transfer of 67 % at 5.46 GHz. In conclusion, glide symmetry will improve the performance of the lens and is necessary to fulfill the requirement of a 20 % bandwidth.

La perception de scènes routières est un domaine de recherche très actif. Cette thèse se focalise sur la détection et le suivi d’objets par fusion de données d’un système multi-capteurs composé d’un télémètre laser, une caméra fisheye et un système de positionnement global (GPS). Plusieurs étapes de la chaîne de perception sont ´ étudiées : le calibrage extrinsèque du couple caméra fisheye / télémètre laser, la détection de la route et enfin la détection et le suivi d’obstacles sur la route.Afin de traiter les informations géométriques du télémètre laser et de la caméra fisheye dans un repère commun, une nouvelle approche de calibrage extrinsèque entre les deux capteurs est proposée. La caméra fisheye est d’abord calibrée intrinsèquement. Pour cela, trois modèles de la littérature sont étudiés et comparés. Ensuite, pour le calibrage extrinsèque entre les capteurs,la normale au plan du télémètre laser est estimée par une approche de RANSAC couplée `a une régression linéaire `a partir de points connus dans le repère des deux capteurs. Enfin une méthode des moindres carres basée sur des contraintes géométriques entre les points connus, la normale au plan et les données du télémètre laser permet de calculer les paramètres extrinsèques. La méthode proposée est testée et évaluée en simulation et sur des données réelles.On s’intéresse ensuite `a la détection de la route à partir des données issues de la caméra fisheye et du télémètre laser. La détection de la route est initialisée `a partir du calcul de l’image invariante aux conditions d’illumination basée sur l’espace log-chromatique. Un seuillage sur l’histogramme normalisé est appliqué pour classifier les pixels de la route. Ensuite, la cohérence de la détection de la route est vérifiée en utilisant les mesures du télémètre laser. La segmentation de la route est enfin affinée en exploitant deux détections de la route successives. Pour cela, une carte de distance est calculée dans l’espace couleur HSI (Hue,Saturation, Intensity). La méthode est expérimentée sur des données réelles. Une méthode de détection d’obstacles basée sur les données de la caméra fisheye, du télémètre laser, d’un GPS et d’une cartographie routière est ensuite proposée. On s’intéresse notamment aux objets mobiles apparaissant flous dans l’image fisheye. Les régions d’intérêts de l’image sont extraites `a partir de la méthode de détection de la route proposée précédemment. Puis, la détection dans l’image du marquage de la ligne centrale de la route est mise en correspondance avec un modelé de route reconstruit `a partir des données GPS et cartographiques. Pour cela, la transformation IPM (Inverse Perspective Mapping) est appliquée à l’image. Les régions contenant potentiellement des obstacles sont alors extraites puis confirmées à l’aide du télémètre laser.L’approche est testée sur des données réelles et comparée `a deux méthodes de la littérature. Enfin, la dernière problématique étudiée est le suivi temporel des obstacles détectés `a l’aide de l’utilisation conjointe des données de la caméra fisheye et du télémètre laser. Pour cela, les resultats de détection d’obstacles précédemment obtenus sont exploit ´es ainsi qu’une approche de croissance de région. La méthode proposée est également testée sur des données réelles. / Road scene understanding is one of key research topics of intelligent vehicles. This thesis focuses on detection and tracking of obstacles by multisensors data fusion and analysis. The considered system is composed of a lidar, a fisheye camera and aglobal positioning system (GPS). Several steps of the perception scheme are studied: extrinsic calibration between fisheye camera and lidar, road detection and obstacles detection and tracking. Firstly, a new method for extinsic calibration between fisheye camera and lidar is proposed. For intrinsic modeling of the fisheye camera, three models of the literatureare studied and compared. For extrinsic calibration between the two sensors, the normal to the lidar plane is firstly estimated based on the determination of ń known ż points. The extrinsic parameters are then computed using a least square approachbased on geometrical constraints, the lidar plane normal and the lidar measurements. The second part of this thesis is dedicated to road detection exploiting both fisheye camera and lidar data. The road is firstly coarse detected considering the illumination invariant image. Then the normalised histogram based classification is validated using the lidar data. The road segmentation is finally refined exploiting two successive roaddetection results and distance map computed in HSI color space. The third step focuses on obstacles detection, especially in case of motion blur. The proposed method combines previously detected road, map, GPS and lidar information.Regions of interest are extracted from previously road detection. Then road central lines are extracted from the image and matched with road shape model extracted from 2DŋSIG map. Lidar measurements are used to validated the results.The final step is object tracking still using fisheye camera and lidar. The proposed method is based on previously detected obstacles and a region growth approach. All the methods proposed in this thesis are tested, evaluated and compared to stateŋofŋtheŋart approaches using real data acquired with the IRTESŋSET laboratory experimental platform.

Today, there is an increasing demand for smart robots that can make decisions on their own and cooperate with humans in changing environments. The application areas for robotic arms with camera vision are likely to increase in the future of artificial intelligence as algorithms become more adaptable and intelligent than ever. The purpose of this bachelor’s thesis is to develop a robotic arm that recognises arbitrarily placed objects with camera vision and has the ability to pick and place the objects when they appear in unpredictable positions. The robotic arm has three degrees of freedom and the construction is modularised and 3D-printed with respect to maintenance, but also in order to be adaptive to new applications. The camera vision sensor is integrated in an external camera tripod with its field of view over the workspace. The camera vision sensor recognises objects through colour filtering and it uses an edge detection algorithm to return measurements of detected objects. The measurements are then used as input for the inverse kinematics, that calculates the rotation of each stepper motor. Moreover, there are three different angular potentiometers integrated in each axis to regulate the rotation by each stepper motor. The results in this thesis show that the robotic arm is able to pick up to 90% of the detected objects when using barrel distortion correction in the algorithm. The findings in this thesis is that barrel distortion, that comes with the camera lens, significantly impacts the precision of the robotic arm and thus the results. It can also be stated that the method for barrel distortion correction is affected by the geometry of detected objects and differences in illumination over the workspace. Another conclusion is that correct illumination is needed in order for the vision sensor to differentiate objects with different hue and saturation. / Idag ökar efterfrågan på smarta robotar som kan ta egna beslut och samarbeta med människor i föränderliga miljöer. Tillämpningsområdena för robotar med kamerasensorer kommer sannolikt att öka i en framtid av artificiell intelligens med algoritmer som blir mer intelligenta och anpassningsbara än tidigare. Syftet med detta kandidatexamensarbete är att utveckla en robotarm som, med hjälp av en kamerasensor, kan ta upp och sortera godtyckliga objekt när de uppträder på oförutsägbara positioner. Robotarmen har tre frihetsgrader och hela konstruktionen är 3D-printad och modulariserad för att vara underhållsvänlig, men också anpassningsbar för nya tillämpningsområden. Kamerasensorn ¨ar integrerad i ett externt kamerastativ med sitt synfält över robotarmens arbetsyta. Kamerasensorn detekterar objekt med hjälp av en färgfiltreringsalgoritm och returnerar sedan storlek, position och signatur för objekten med hjälp av en kantdetekteringsalgoritm. Objektens storlek används för att kalibrera kameran och kompensera för den radiella förvrängningen hos linsen. Objektens relativa position används sedan till invers kinematik för att räkna ut hur mycket varje stegmotor ska rotera för att erhålla den önskade vinkeln på varje axel som gör att gripdonet kan nå det detekterade objektet. Robotarmen har även tre olika potentiometrar integrerade i varje axel för att reglera rotationen av varje stegmotor. Resultaten i denna rapport visar att robotarmen kan detektera och plocka upp till 90% av objekten när kamerakalibrering används i algoritmen. Slutsatsen från rapporten är att förvrängningen från kameralinsen har störst påverkan på robotarmens precision och därmed resultatet. Det går även att konstatera att metoden som används för att korrigera kameraförvrängningen påverkas av geometrin samt orienteringen av objekten som ska detekteras, men framför allt variationer i belysning och skuggor över arbetsytan. En annan slutsats är att belysningen över arbetsytan är helt avgörande för om kamerasensorn ska kunna särskilja objekt med olika färgmättad och nyans.