Brevet FR2022679A1 — publié le 19700807

L'invention est relative à un dispositif destiné à l'observation de pièces et à la surveillance de leur température superficçelle, dans les travaux de soudure et de brasage sur des matériaux pour lesquels, à la température à laquelle on opère, le rayonnement produit par la chaleur n'est qutextrêmement peu visible. Quand on travaille des métaux légers, en particulier l'aluminium et ses alliages, quand on les soude ou les brase, par exemple, on rencontre des difficultés parce que la surface des parties que l'on doit raccorder ne rougit pas d'une façon nettement visible à la température de travail, et qu'en conséquence l'échauffement ne peut autre constaté par une simple observation. Quand on soude l'aluminium, il y a lieu de tenir compte de ce que sa température de fusion se situe vers 6500C. La surface de l'aluminium est toutefois revêtue d'une couche d'oxyde qui ne fond qu'aux alentours de 20000C. En conséquence, il n'est, le plus souvent, pas facile de se rendre compte du ramollissement du métal, et la surface parait encore solide, alors que le métal sous-jacent est déjà liquide.Ce qui rend ce point particulièrement critique est le fait qu'il doit autre fourni, lors de l'échauffement de l'aluminium, en raison de sa conductibilité thermique élevée de 0,3 à 0,5 cal/cm sec OC, à peu près les mimes quantités de chaleur que pour la soudure du fer1 dont le point de fusion est d'environ 15000C et dont la conductibilité thermique se situe vers 0,1 cal/cm sec OC, Un comportement analogue apparaît aussi quand on soude à l'étain ou brase cette matière, le point de fusion des soudures correspondantes se situant entre 250 et environ 5400C1, Il est connu que le pouvoir de perception optique de l'oeil humain est limité à la partie du spectre des ondes électromagnétiques que l'on appelle "lumineuses" et comprend les longueurs d'ondes de 0,4 à 0S75 t . Dans la direction des ondes de plus grande longueur/ se trouve le domaine du rayonnement infra-rouge ou thermique, où le rayonnement n'est plus perceptible à l'oeil. Pour faire une comparaison entre la température et la longueur d'onde du rayonnement infra-rouge, on peut admettre comme seuil de visi bilité environ 550 O, ce qui correspond à 0,75 o . Ce seuil ressort aussi des tableaux des couleurs d' incandescence, qui indiquent par exemple pour 5500O la couleur d'incandescence comme brun foncé (rouge naissant). l'invention a pour objet-la rdalisation dtun dispositif qui permette de déterminer la température en-dessous du seuil de visibilité et dans une zone où la température peut à peine autre reconnue par comparaison avec la couleur d'incandescence et qui permette en même temps d'observer le travail de soudure ou de brasure. A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour ltobservation de pièces et pour la surveillance de leur température superficielle, par exemple au cours de travaux de brasage et de soudure, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte au moins un convertisseur d'image, fixé dans le champ visuel de l'observateur et destiné à convertir une image infra-rouge en une image du domaine du rayonnement visible, ce qui permet une observation aisée sur des matériaux pour lesquels le rayonnement émis par la chaleur est, à la température de travail, tout au plus faiblement visible, Les convertisseurs d'image sont utilisés depuis longtemps pour les appareils de vision nocturne : ce sont essentiellement des récipients en verre où l'on a fait le vide, dans lesquels la paroi intérieure tournée vers l'objet qui rayonne a reçu une couche sensible à la lumière, une matière fluorescente étant appliquée sur la paroi intérieure opposée. Le rayonnement infra-rouge incident fait émettre par la couche sensible à la lumière, des électrons qui sont envoyés ensuite, au moyen d'un système qui les canalise et les accélère sur la couche fluorescente. La couche fluoresscentefappelée aussi "écran fluorescent" s'illumine en correspondance avec la quantité d'électrons qui la frappent par unité de temps, d'une façon plus ou moins intense. Si lton utilise comme système accélérateur une optique électronique, on obtiendra sur l'écran fluorescent l'image reproduite du rayonnement infra-rouge qui frappe la couche sensible à la lumière. Gracie à un système de lentilles approprié, il peut autre produit par l'émetteur d'infra-rouge une image sur la couche sensible à la lumière, de sorte que, vu sur l'ensemble du convertisseur d'image, l'émetteur d'infra-rouge est représente sur l'é- cran fluorescent comme une image visible Avec une couche sensible à la lumière qui contient du césium, de l'oxygène et de l'argent, il est obtenu une grande sensibilité aux longueurs d'onde d'environ Oy8 t , Dans la zone des plus grandes longueurs d'ondes, donc de températures plus basses, la sensibilité diminue, et s'approche asymptotiquement de zéro.La longueur d'onde de 0,8/k correspond à peu près à une température de 35000C, Aux basses températures, com me par exemple aux températures de la zone de 900 à environ 7000C où la longueur d'ondes de l'émission maximum du corps noir se situe entre 5 tet 3t , 25 % seulement environ de l'énergie rayonnée totale se trouve dans la zone des ondes plus courtes, pendant que 75 fo se trouvent dans la zone des ondes plus longues. Le rendement en énergie rayonnée dans la zone de sensibilité d'un convertisseur d'images est, par suite, faible dans cette zone basse de température ; cependant, on a pu constater que des corps dont la température est d'environ 3000C peuvent encore être reconnus avec des tubes convertisseurs d'images. Cet effet s'améliore naturellement avec l'élévation de la température, et à la température de fusion de l'aluminium, il doit déjà être prévu des filtres pour protéger le convertisseur d'images des surcharges. En plus de ces filtres protecteurs, il peut encore être prévu d'autres filtres destinés à augmenter le contraste de l'image infra-rouge formée. Il est bon de déterminer le plus exactement possible la température superficielle pour la soudure de l'aluminium. Cela peut se faire en appliquant/dans le voisinage de l'empla- cement de la soudure une marque colorée suivant le tableau des couleurs d'incandescence, un corps chauffant règlable à la tempéra- ture, ou tout autre organe approprié, dont la luminosité puisse être comparée sur l'écran fluorescent avec la luminosité de l'empla- cement de la soudure. Au lieu d'utiliser une marque de ce genre, il est aussi possible d'appliquer directement sur l'écran fluorescent une marque lumineusezqui sera obtenue par exemple en projetant l'image d'une lampe à incandescence sur l'écran fluorescent. Pour que l'on ait une vue en relief, il peut être monté du côté de l'écran fluorescent un système optique qui fournisse une partie de la lumière visible de l'environnement de l'emplacement de travail et l'image de l'écran fluorescent, d'une façon appropriée, aux deux yeux de l'observateur. Naturellement, on jouirait aussi envisager de prévoir deux convertisseurs d' images séparés l'un de l'autre qui seraient placés chacun devant un oeil de ltobservateur. Gracie à la conductibilité thermique élevée de l'aluminium, il se produit un échauffement des alentours de l'emplacement de soudure ou de brasage, de sorte que la pièce est visible dans la zone de 1'infra-rouge. Il a été choisi, comme exemple d'application de l'invention1 le façonnage de l'aluminium car ce matériau est très répandu. Naturellement, tous les travaux qui mettent en oeuvre un chauffage dans une zone de température entre 250 et 20000C environ peuvent être observés avec le dispositif que l'on vient de décrire, par exemple la soudure à l'étain ou le brasage de pièces en fer ou en mtaux non-ferreux, et de plus on peut surveiller aussi la température des métaux fondus. Un mode de réalisation de l'invention est représenté, à titre d'exemple non limitatif, sur le dessin ci-joint, qui montre une vue perspective du dispositif suivant l'invention. Un caisson 1 avec un couvercle la, qui a la forme d'un coffret allongé, présente une surface lb qui est moulée d'après la forme de la tête, dans la partie où se trouvent les yeux/de l'observateur. La surface 1d, qui est à l'opposé de cette surface, présente des évidements 2a et 2b écartés à la distance des yeux. Entre ces évidements 2a et 2b, il est prévu dans le caisson 1 une cloison de séparation lc qui forme deux espaces creux. Dans l'espace vide qui est derrière l'évidement 2b, est incorporé un convertisseur d'image 3, par lequel les rayons infrarouges sont convertis en rayons appartenant au domaine des rayons visibles.Ce convertisseur d'image 3 reçoit l'image infra-rouge par l'intermédiaire d'un filtre de rayonnement interchangeable 4, et d'un système de lentilles optiques 5, pour la mise au point de l'image infra-rouge sur la couche sensible au rayonnement du convertisseur d'image. L'image donnée par le convertisseur d'image est transmise, dans le champ du rayonnement visible, à l'oeil gauche de l'observateur par un autre système de lentilles 6. Les tensions nécessaires au fonctionnement du convertisseur d'image sont introduites dans le caisson par un cible 7. Cette tension de fonctionnement est produite par un producteur de tension alimenté par ses propres pilesvd'un modèle connu et que l'observateur peut porter en un endroit qui ne gêne pas le travail, par exemple sur le dos. L'évidement 2a est destiné à 11 observation directe du travail et comprend, pour la protection de l'oeil, un filtre courant, tel qu'on le porte habituellement dans les travaux de soudure. La fixation du caisson 1 se fait au moyen d'une bande élastique 8 sur la tête de l'observateur. La courroie 8 est munie d'un dispositif 8a qui permet d'ajuster sa longueur. Comme le convertisseur d'image 3 présente un poids qui n'est pas négligeable, il y aurait avantage à ce qu'en plus de la courroie 8 illustrée, il soit prévu une courroie porteuse dirigée sur le front vers l'arrière. Cet exemple d'exécution montre un des dispositifs les plus simples. Naturellement, de nombreux perfectionnements sont encore possibles, tels que, par exemple, l'utilisation de deux convertisseurs d'image, de filtres 4 montés pour pouvoir se déplacer, qui seraient disposés sous forme d'un disque. Dans le domaine optique également, on peut encore envisager des compléments pour améliorer la vision. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés. On pourra, au besoin, recourrir à d'autres modes et à d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Dispositif pour l'observation de pièces et pour la surveillance de leur température superficielle, par exemple au cours de travaux de brasage et de soudure, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte au moins un convertisseur d'image, fixé dans le champ visuel de l'observateur et destiné à convertir une image infra-rouge en une image du domaine du rayonnement visible, ce qui permet une observation aisée sur des matériaux pour lesquels le rayonnement émis par la ohaleur est, à la température de travail, tout au plus faiblement visible. 20) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le champ visuel de l'observateur, il est prévu une marque qui sert de référence de température. 3 ) Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la marque est une marque lumineuse sur l'écran fluorescent du convertisseur d'image sur lequel se forme l'image pour se matérialiser dans le domaine du rayonnement visible. 40) Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la marque lumineuse est produite par une source de rayonnement du domaine de rayonnement visible, et est formée par une projection faite sur l'écran fluorescent. 50) Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'intensité de la source de rayonnement est réglable. 60) Dispositlf suivant la revendication t, caractérisé en ce que des filtres de rayonnement sont montés sur la face du convertisseur d'image qui est frappée par le rayonnement infra-rouge. 70t Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les filtres de rayonnement sont disposés de façon à pouvoir autre changés. zou Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que des filtres de rayonnement absorbant des fréquences différentes sont disposés pour pouvoir se déplacer à la suite l'un de l'autre sur le trajet des rayons infra-rouges. sD) Dispositif suivant les revendications 1, > 2 et 6,, caractérisé en ce que, sur la face du convertisseur d'image qui est frappée par le rayonnement infra-rouge, est monté un système de lentilles optiques. 100) Dispositif suivant les revendications 1, 2 et 6, caractérisé en ce que, dans le champ de vision de ltober- vateur, est monté un système optique destiné à modifier le trajet des rayons. liD) Dispositif suivant les revendications 1, 2 et 6, caractérisé en ce qutil comporte un système destiné à modifier le trajet des rayons, aussi bien sur la face- du convertisseur d'image frappé par le rayonnement infra-rouge que dans le champ de vision de l'observateur.