Brevet FR2000213A1 — publié le 19690829

°0401 1 2000213 La présente invention concerne un procède et im. appareil pour la mesure du diamètre de fibres. Si un faisceau de lumière monochromatique est dirigé sur une fibre, la fibre produit une diffraction de la lumière et 5 le spectre de diffraction peut être formé, au moyen d'une lentille convergente, sur un détecteur. L'étalement du spectre de diffraction est inversement proportionnel au diamètre de la fibre et en conséquence, plus le diamètre est petit, plus est grand l'étalement. En outr» le déplacement de la fibre dans des diredtions perpendiculaires à sa longueur, dans le faisceau lumineux, n' affecte pas le spectre de diffractions, Il a été antérieurement proposé, dans un procède dit continu, d'examiner successivement les intensités respectives de deux parties ou plus du spectre de diffraction 9 le rapport entre les intensités constituant une mesure du diamètre de la fibre. Toutefois, si ce procédé est appliqué à une fibrè en mouvement il est seulement capable d'examiner des parties discrètes de la fibre et l'on ne peut pas dire par conséquente qu'il renseigne sur le diamètre de toute la fibre d'une manière continue. En outre, le procède deyieiït mèvm d'autant moins continu que la vitesse de déplacement de la fibre à travers le faisceau de lumière monochromatique est plus grande à moins que soient prises des mesures destinées à réduire le temps qui s'écoule entre les examens successifs. L'un des objets de la 25 présente invention est de fournir un procédé véritablement continu pour la mesure du diamètre d'une fibre ainsi qu'un appareil pour la mise en application du procédé. Conformément à l'invention, il est prévu un procédé de mesure du diamètre d'une fibre ou d'un élément analogue qui 30 consiste à diriger un faisceau de lumière monochromatique sur une fibre soumise à l'essai afin de former an spectre de diffraction et en même temps de détecter les intensités respectives de deux parties au moins du spectre de diffraction avec une cellule photoélectrique sensible à la positionc 69 00401 2000213 L'invention fournit aussi un appareil pour la mesure du diamètre d'une fibre, cet appareil comportant une source de lumière monochromatique, des moyens pour diriger cette lumière monochromâtique. sur line fibre à étudier, de manière § à former un spectre de diffraction et une cellule photoélectrique sensible à la position permettant de détecter simultanément les intensités respectives de deux parties au moins du spectre de diffraction. On va décrire maintenant des réalisations particulières de lO 1' invention à titre d'exemples et en se servant des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre la formation, avec une fibre d'un spectre de diffraction de FraSnhofer, la figure 2, illustre schématiquement le spectre de diffraction 15 formé par quatre fibres. la figure 3» est une vue en plan d'une cellule photoélectrique sensible à la position. Suivrant la figure t, un faisceau 1_0 essentiellement cohérent de lumière monochromatique, provenant par exemple d'un laâer 20 est dirigé sur une fibre 1S- Une lentille convergente J_4 est placée en aval de sianière à former un spectre de diffraction fj| dans le plan focal de la lentille. Une cellule photoélectrique, sensible à la position est prévue pour repèrfer lsun des maxima 20 dans le spectre de diffraction. De préférence, les maxima 25 20 choisis sont plusieurs maxima éloignés du maximum médian 26 étant donné que le déplacement dû à une variation du diamètre de fibre devient plus grand, bien que l'éclairage devienne moindre, quand augmente le nombre de maxima, entre les maxima choisis e'b le maximum médian. Le type utilisé de cellule pîaàoélectrique 30 sensible à la position comprend de préférence deux cellules photoélectriques adjacentes qui sont eouplées entra elles de telle sorte qu'il n'y ait pas de différence dans leur signaux de sortie quand les deux cellules photoélectriques détectent la même quantité de lumière. 35 Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, une augmentation ou une diminution du diamètre de la fibre a pour effet que les 69 00401 3 2000213 maxima choisis du spectre de diffraction se déplacent en se rapprochant ou en s'éloignant de l'axe optique. Le déplacement des maxima choisis en travers de la cellule photoélectrique sensible à la position a pour effet d'engendrer un signal 5 différentiel, indiquant une augmentation ou une diminution du diamètre de la fibre. Le procède décrit ci-dessus pour l'examen du diamètre d'une fibre peut être appliqué en particulier aux fibres fabriquées d'une manière artisanale qui peuvent être examinées pendant 10 leur production, par exemple quand les fibres sortent d*une filière. Dans la production de fibres telles que des fibres de verre, les filaments provenant de la filière sont amenées sur un cylindre de tirage d'une manière telle que les fibres soient légèrement inclinées par rapport à l'autre. 15 Le spectre de diffraction obtenu à partir de plusieurs fibres est illustré schématiquement sur la figure 2. Sur la figure 2f on a représenté le spectre de diffraction de quatre fibres ®1 > «2 et 93 étant les angles entre fibres adjacentes. Les maxima choisis du spectre de diffraction pour chaque fibre 20 sont désignés par le repère 20. La disposition du spectre de diffraction peut être analysée de la manière suivanteî Une cellule photoélectriques sensible à la position, suivant la description ci-dessus, peut être déplacée le loijgd'un trajet de manière à balayer les maxima choisis pour chaque 25 fibre. La moyenne des positions des maxima choisis donnera le diamètre moyen de toutes, les fibres examinées par la cellule photoélectrique. Selon une variante, on pourrait obtenir le diamètre de chaquft fibre examinée par la cellule photoélectrique. Au lieu de se servir d'une cellule photoélectrique mobile, 30 sensible à la position^ on pourrait se servir d'une cellule photoélectrique annulaire, sensible à la position, représentée sur la figure 3» pour trouver le diamètre moyen de toutes les fibres. La 6'élluie photoélectrique sensible à la position, représentée sur la figure 3» comprend deux cellules photo-35 électriques annulaires adjacentes 22 et 2k, disposées pour détecter la position des maxima 20 choisis. £9 00401 2000213 Le déplacement de la cellule photoélectrique le long de l'axe optique permet d'analyser différentes portions de l'étalement du spectre de diffraction oa permet dautiliser l'appareil pour examiner des fibres ayant des diamètres 5 moyens différents. Si on le désirait, la cellule photoélectrique sensible à la position pourrait comprendre seulement ton segment du dispositif annulaire complet représenté sur la figure 3* Dans ce type d'appareil, il est important que la sensibilité de la cellule photoélectrique soit constante 10 sur toute l'étendue de cette dernière. Un autre procédé pour trouver les diamètres moyens des fibres consiste à faire converger tous les spectres de diffraction au moyen d'une lentille cylindrique. Le spectre de convergence peut être analysé au moyen d'une cellule 15 photoélectrique sensible à la position, du type décrit à propos de la figure 1. Selon une variante on peut utiliser deux cellules photoélectriques sensibles à la position pour examiner deux maxima du mêm^ordre d'un côté et de l'autre des maxima centraux et comparer les signaux provenant des 20 deux cellules photoélectriques. Une modification dans le spectre de diffraction a pour effet qu'un signal d'erreur est engondré par les cellules photoélectriques, ce signal d'erreur indiquant une variation du diamètre moyen des fibres. 25 Dans les cas où l'on s'attend à des variations continues du diamètre des fibres, il peut être avantageux, pour certaines applications, de disposer le circuit électronique pour qu'il compte le nombre des maxima passant à travers un détecteur à la place du spectre de diffraction. 30 Les procédés décrits ci-dessus pour détecter le diamètre des fibres peuvent être utilisés pour le contrôle des opérations pour la production des fibres. Ainsi, dans le cas des fibres de verre, la vitesse du tirage des fibres détermine le diamètre des fibres et la vitesse du tirage peut être commandée au 35 moyen de signaux provenant de la cellule photoélectrique sensible à la position. 69 00401 2000213 Bien que l'invention ait été décrite au sujet de fibres, il est bien évident qu'elle peut être appliquée pour mesurer la dimension d'autres matières, par exemple le diamètre d'un fil métallique. Toutefois, quand il s'agit de matières transparentes, le spectre de diffraction obtenu est différent de celui qui est obtenu avec un..- matière opaque de dimensions analogues et il faut que l'appareil soit réglé en conséquence. Par exemple, une fibre de verre transparente donnera un spectre de diffraction analogue à celui que donneraient deux fibres opaques parallèles, placées au voisinage immédàt l'une de l'autre et ayant cliacune un diamètre approximativement égal à la moitié du diamètre des fibres de verre. 69 00401 2000213 REVENDICATIONS 1 — Procède pour la mesure du diamètre d'une fibre ou d'un élément analogue, caractérisé en ce qu'il consiste à diriger un faisceau de lumière monochromatique sur une fibre soumise à l'essai, de manière à former un spectre de diffraction et à détecter simultanément les intensités respectives d'au moins deux portions du spectre de diffraction au moyen d'une cellule photoélectrique sensible à la position. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule photoélectrique sensible à la position est disposée pour detedter les intensités respectives de portions du spectre de diffraction espacées du maximum central du spectre. 3 - Procédé s .ivant la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que la fibre est déplacée d'une manière continue à travers le faisceau lumineux, l'axe de la fibre étant sensiblement perpendiculaire à l'axe du faisceau lumineux. h - Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cellule photoélectrique sensible à la position est disposée pour détecter d'une manière continue les intensités respectives des portions du spectre de diffractions 5 - Procédé pour la mesure du diamètre ou du diamètre moyen de plusieurs fibres ou de plusieurs éléments analogues, caractérisé en ce qu'il consiste à diriger un faisceau de lumière monochromatique sur ces fibres pour produire plusieurs spectres de diffraction et à détecter simultanément les intensités respectives de deux portions au moins de chaque spectre de diffraction avec une cellule photoélectrique pour détecter l'intensité de la portion» 6 - Procédé suivant la revendication 5» caractérisé en ce que les fibres se trouvent dans un ou plusieurs plans sensiblement perpendiculaires à l'axe du faisceau lumineux. 7 - Procédé suivant la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que la cellule photoélactrique sînsible à la position est uns cellule photoélectrique annulaire sensible à la position, une partie de cette cellule photoélectrique étant disposée pour détecter l'intensité des premières portions des 69 00401 2000213 spectres de diffraction et l'autre partie de la cellule photoélectrique étant disposée pour détecter l'intensité des secondes portions des spectres de diffraction, ce qui permet d'obtenir le diamètre moyen de plusieurs fibres0 5 8 - Procédé suivant la revendication 5 ou la revendication 6 caractérisé en ce que l'on fait converger plusieurs spectres de diffraction sur une cellule photoélectrique sensible à la position au moyen d'une lentille cylindrique, ce qui permet dfobtenir le diamètre moyen des fibres. 10 9 - Procédé suivant la revendication 5 ou la revendication 6 de caractérisé en ce que chaque spectre/diffraction est balaye successivement par une cellule photoélectrique mobile, sensible à la position, 10 - Appareil pour ma mesure d'une fibre ou d'un élément 15 analogue, caractérisé en ce qu'il comprend une source de lumière monochromatique, des moyens pour diriger la lumière monochromatique sur une fibre soumise à l'essai afin de former un spectre de diffraction ; et une cellule photoélectrique sensible à la position pour détecter simultanément l'intensité de deux 20 portions au moins du spectre de diffraction. 11 — Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la cellule photoélectrique sensible à la position est mise en position pour détecter 1'intensité de parties du spectre de diffraction espacées du maximum central du spectre. 25 12 — Appareil pour la mesure du diamètre ou du diamètre moyen de plusieurs fibres ou éléments analogues, caractérisé en ce qu'il comprend une source de lumière monochromâtique destinée à être dirigée sur plusieurs fibres soumise à l'essai, afin de former plusieurs spectres de diffraction ; et au moins une 30 cellule photoélectrique sensible à la position pour détecter simultanément au moins deu.: portions des gpectres de diffraction. 13 - Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est prévu une cellule hotoélectrique mobilen sensible à la position, cette cellule photoélectrique étant disposée 35 pour balayer successivement chacun des spectres de diffraction. 69 00401 2000213 14 - Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est prévu une cellule photoélectrique annulaire, sensible à la position, une première partie de cette cellule photoélectrique étant disposée pour détecter l'intensité des premières portions des spectres de diffraction et une seconde partie de la cellule photoélectrique étant disposée pour détecter l'intensité des secondes portions des spectres de diffraction, 15 — Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est prévu une lentille cylindrique, destinée à :éaire converger les spectres de diffraction sur au moins une cellule photoélectrique sensible à la position, 16 - Procédé pour la mesure du diamètre d'une fibre ou d'un élément analogue, tel que décrit à l'aide de la figure 1, de la figure 2 ou de la figure 3 ou dessin annexé. 17 - Appareil pour la mesure d