Brevet FR2060235A1 — publié le 19710618

L'invention se réfère à la détection, par observation opti- que, de la position d'un objet ou produit dans une enceinte telle que four. Elle se réfère à la fabrication du verre flotté comportant l'observation, à l'intérieur du four de flottage, des bords de la nappe de verre qui s'étale librement sur le bain d'étain pour titre ensuite extraite sous forme d'un ruban continue La connaissance de la position de ces bords présente un grand intérêt pour renseigner sur la fabrication et elle permet par exemple d'asservir les organes qui règlent le débit du verre à l'entrée du four de manière à obtenir un ruban de dimensions constantes. La largeur de la nappe dans la zone où elle achève de s'étaler est en effet l'une des caractéristiques qui traduisent le mieux les variations des paramètres de fabrication. Diverses sondes ont déjà été proposées pour observer la position des bords de la nappe de verre, On a par exemple envisagé d'utiliser des électrodes pour détecter la présence de la nappe mais ces électrodes sont sujettes à une usure difficilement mesu- rable et présentent certains inconvénients comme l'existence de contacts matériels avec le verre; meme fabriquéesen des matériaux "non mouillants tels que le graphite, les électrodes perturbent l'écoulement de la nappe et risquent d'adhérer au verre, ce qui provoque des incidents de fabrication.La mise en oeuvre d'autres types de capteurs électriques se heurte à des difficultés au moins égales0 On a aussi envisagé d'utiliser des palpeurs pneumatiques mais de tels organes ont une sensibilité assez faible car le bord de la nappe possède une forme en lame de couteau qui fait que son épaisseur décroSt trop progressivement; l'appareil doit donc se trouver à proximité immédiate du verre de sorte qu'il est également susceptible d'apporter des perturbations0 En outre les dispositifs connus doivent de préférence opérer par sondages successifs suivis de retraits rapides, ce qui complique leur fabrication et leur mise en oeuvre en atmosphère protégée. Pour opérer en toute sécurité, il convient donc d'avoir recours à une détection optique. L'expérience montre cependant qusil est difficile de repérer avec précision la frontière qui délimite la zone de la surface du bain recouverte par le verre, de sorte que cette solution n'apparaissait pas possible et n'avait pas Jusqu'ici été mise en oeuvre.Ceci peut s'expliquer par le fait que le four constitue une enceinte fermée à l'intérieur de laque le verre et l'étain, qui se trouvent à des températures très voisines, forment deux surfaces peu missives placées c8te à côte en regard du tolt du four Le verre reste assez transparent même dans le domaine de températures considéré, c'est-à-dire approximativememt entre 600 et 1100 C, de sorte qu'un dispositif optique a tendance à voir principalement le métal qui le supporte; comme l'épaisseur de la nappe varie progressivement sur une largeur de plusieurs = timètres au voisinage du bord, la transition est progressive etla frange visible est eans doute due surtout à la oqurlure doe szfaces. Le procédé suivant l'invention, qui fait appel à une observa tion-optique, est caractérisé en.ce que l'observation est effectuée en utilisant un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 4 et 8 microns. Les propriétés de l'étain et du verre sont très différentes dans cette gamme de longueur d'onde, en particulier l'opacité du verre devient complète pour cette région du spectre et l'on ces- se d'apercevoir la surface du bain métallique à travers la nappe, doù une observation optique réalisée dans les meilleures cond5*nx On peut mesurer une transition nette sous certaines conditions favorables. Conformément à l'invention, l'observation s'effectue au moyen d'une lunette à optique infra-rouge munie de plusieurs cellules sensibles au rayonnement de longueur d'ondes comprise entre 4 et 8 microns environ. Il est préférable de placer une paroi froide en regard de, la zone observée, c'est-à-dire d'utiliser une lunette de dimensions suffisantes, de champs étroit, observant le bain en incidence perpendiculaire; l'on obtient ainsi un contraste plus accentué et fiks constant d'une zone à l'autre du bain . -La lunette utilisée a de préférence la forme d'un périscope. Ce pé*iscope.est enfermé à-l'intérieur-d'un tube refroidi par une circulation de fluide et pénétrant horizontalement à une profondeur réglable paroi une entre prévue dans la paroi latérale du four, grâce à un Joint coulissant étanche-monté sur un soufflet tel que celui décrit dans la demande de brevet français PV 176.587 demandée le 4.12.1968 par la société ERSTE DEUTSCHE FLOATGLASS GESELLSCHAFT et intitulée"Refroidisseur pour la fabrication continue de verre flotté". Ce dispositif permet de modifier, la position de la zone observée dans une mesure suffisante pour l'adapter aux circonstances. Suivant une autre caractéristique importante de l'invention, 11 ensemble du système optique, et tout particulièrement la face d'entrée, est entouré par un rideau de gaz inertes qui complète son refroidissement et évite que les vapeurs d'étain présentes dans le four ne pénètrent et se condensent sur les faces de ses divers organes. L'appareil peut ainsi entre placé en tout point du four mais il est clair que la zone la plus intéressante à observer, tout au moins sous l'angle de la régulation des paramètres de fonctionnement du four, est celle dans laquelle la nappe achève de s'étaler, approchant sa largeur maximale. C'est dans cette zone que les écarts observables sont les plus importants et que le retard de la régulation sera le plus faible possible, La plage de fluctuation normale au cours d'une fabrication donnée dépend de la précision de la régulation mais elle ne dépasse pas + 10 centimètres sur chaque bord et l'un des objectifs de l'invention est précisément de la réduire.Les variations susceptibles d'exister d'un type de fabrication à l'autre ou encore en cas d'incident sont nettement plus élevées a L'appareil suivant l'invention peut entre maintenu fixe; son champ d'observation, parallèlement à son axe, doit alors correspondre sensiblement à la plage de fluctuation indiquée plus haut, le champ transversal restant de préférence étroit. Il n'est cependant pas facile en pratique de détecter de façon continue la position du bord en mesurant la variation globale de lupinosité de la plage observée car un grand nombre de facteurs extérieurs peuvent perturber la mesure dont la sensibilité serait insuffi sanve. Il est donc utile de recourir à une détection par tout ou rien. On peut dans ce but repérer de proche en proche le passage du front lumineux correspondant à la présence du verre en des points donnés à l'aide d'une série de cellules photo-électriques disposées parallèlement dans-le plan image de l'oculaire et susceptibles de commander un dispositif numérique d'asservissement, ou rechercher une mesure utilisable également pour une régulation analogique, en équipant par exemple'ltoculaire d'une cellule différentielle mobile réglée de manière à donner un signal de sortie nul, analogue à celles qui sont utilisées pour la construction des dispositifs "suiveurs de spot". Une telle disposition présente l'avantage de posséder un équipage mobile très léger mais la faible hauteur libre du four interdit de placer l'axe du périscope à plus d'une quinzaine de centimètres du baindétain, ce qui exige l'emploi d'un objectif grand angulaire; une telle optique pose des problèmes de profon deux de champ, de sensibilité et de protection de la lentille frontale; elle conduit à des solutions relativement compliquées et d'un emploi délicat0 Il est finalement plus avantageux de constituer la face- d'en- trée par l'organe de renvoi du faisceau lumineux, organe formé de préférence d'un miroir plan en acier inoxydable placé par exemple sur l'axe du tube, en arrière d'un-étroit orifice.Cet organe de renvoi est associé à un oculaire positif possédant une optique infra-rouge et un ensemble de deux cellules photosensibles rectangulaires, parallèles et convenablement orientées sont placées dans le plan image du système. L'image du bord de la nappe doit normalement se former entre les deux cellules suivant une ligne sensiblement parallèle à ces dernières, ce quine traduit par une différence dans leur éclairement0 La transition lumineuse est alors suffisamment nette pour que la sensibilité de la mesure coirfe R onde à peu près à l'écarte- ment des cellules, avec un seuil/de l'ordre du millimètre0 Pour faciliter l'amplification du signal il convient de moduler directement le faisceau lumineux à l'aide-d1un disque à fentes tournant devant les cellules et qui donne un signal pseudo sinusoidal. L'étroitesse du champ de l'appareil exige alors que le système optique tout entier se déplace pour suivre le bord de la feuille, On décrit ci-après, à titre drexemple non limitatif, une forme de réalisation d'un appareil suivant l'-inventionO Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés qui montrent FigOl une vue en élévation de l'appareil en position dans un four de flottage; Fig.2 une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle de l'appareil; Fig.3 une vue en coupe transversale suivant III-III de la fig.2;; Fig.4 un schéma électrique de l'appareil0 Dans la forme de réalisation représentée, l'appareil est constitué par un périscope pénétrant par une ouverture 1 de la paroi du four 2. Le tube extérieur cylindrique 3 de ce périscope est monté par des supports 4 solidaires de colliers 48 sur des guides 5 solidaires d'un chtssis 6. Les supports 4 peuvent coulisser sur les guides 5; le déplacement du périscope est assuré par unetvis 7 entrarnant un écrou 7a solidaire du tube 3, cette vis étant commandée par un moteur 8. Le tube 3 passe au travers d'un soufflet 9 assurant l'étan- chéité de son passage. Ce soufflet est monté, par un de ses bords sur le tube au moyen d'un collier 10 formant un joint coulissant et permettant l'adaptation de l'appareil aux différents types de fabrication. L'autre bord du soufflet est fixé sur une monture Il par des épingles de serrage 12 et des organes 13 de verrouillage. On voit sur cette figure 1 l'orifice de visée 14 de l'appareil ainsi que la nappe de verre 15 flottant sur le bain d'étain 16. Les figures 2 et 3 montrent en détail l'agencement du périscope et des divers organes qu'il comporte. Un tube 17 intérieur coaxial au tube 3 forme un chemisage dont la chambre 24 est parcourue par une circulation de fluide réfrigérant entrant en 18 et sortant en 19. A l'intérieur du tube 17 et coaxialement à ce dernier est prévu un tube 20 fixé par une extrémité sur une pièce annulaire 21 maintenue dans le tube 17. A son autre extrémité le tube 20 comporte une embase 22 fixée contre une pièce annulaire 23 fermant la chambre 24. L'espace 25 compris entre les tubes 17 et 20 est parcouru par de l'azote introduit par un conduit 26 et sortant par l'orifice de visée 14. Des ouvertures 27 peuvent être prévues dans le tube 20 pour le passage de l'azote à l'intérieur de ce-tube, A l'extrémité avant de la lunette est prévu un miroir plan 28 en acier inoxydable à 45C sur l'axe optique de la lunette. Ce miroir est fixé sur un support 29 rendu solidaire de la pièce annulaire 21. I1 renvoie suivant l'axe optique de la lunette le rayonnement traversant l'orifice de viséé 14 et 11 orifice 47 du tube 20. Le système optique comprend des lentilles 30 en fluorine placées dans une monture 31 et un filtre 32 éliminant le rayon nement de longueur d'onde inférieure à 4 microns. Ce filtre est fixé sur un disque 33 qui ferme l'extrémité de la monture 31. I"- ensemble des lentilles et du filtre peut entre déplacé suivant l'" axe de la lunette par une tige filetée 34. Les cellules 36 et 37, minces et de forme rectangulaire, s fixées entre des plaques isolantes 38 maintenues dans un logement 39 prévu dans un manchon 40 fixé lui même par une 6baste 41 entre l'embase 22 du tube 20 et un disque 35. Dans ce manchon est également prévu un alésage 42 parallèle à l'axe optique et dans lequel sont disposés des paliers 43 supportant un arbre 44 entratné par un moteur synchrone 58, par l'intermédiaire du manchon 45 d'un accouplement assurant la rotation d'un disque à fentes 46 modulant le faisceau lumineux reçu par les cellules. Dans le schéma électrique de la figure 4 on voit en Â et B les deux voies relatives aux deux- cellules 36-37. Sur chacune de ces voies sont prévus un préamplificateur 50 à courant alternatif, un amplificateur 51 à seuil, à gain réglable, assurant la mise en forme du signal, un redresseur monostable 52, un étage de retard 53 servant à filtrer les signaux de faible durée, un amplificateur de puissance 54 et un relais 55. Les contacts de ces relais sont reliés à la logique de commande 56 à laquelle font suite les contacteurs 57 utilisés pour la commande, en marche avant ou marche arrière, du moteur d'entrainement 8 assurant les déplacer ments de la lunette. Ce moteur 8 est entratné en marche arrière si les deux cellules 36-37 sont excitées, en marche avant, si aucune de ces cellules est excitée et il reste au repos si seule la cellule 37 est excitée . La position du bord de la feuille est repérée par l'intermédiaire de celle de la lunette par tous moyens convenables tels que, par exemple, potentiomètre, selsyn, pont à-fil-etc... - REVENDICATIONS 1.- Procédé de détection de la position des bords de la nappe de verre dans un four de flottage, par observation optique, caractérisé en ce que l'observation est effectuée en utilisant un rtyon- nement dont la bande est comprise entre 4 et 8 microns environ 2.- Procédé de détection selon la revendication 1 caractérisé en ce que la détection ost effectuée par tout ou rien 3.- Procédé de détection suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une paroi froide en regard de la surface du bain sur lequel flotte la nappe de verre, à observer cette surface normalement dans la bande de rayonnement comprise entre 4 et 8 microns environ de manière à recueillir un fais ceau lumineux étroit, à comparer les intensités lumineuses reçues dans deux parties voisines du champ pour former un signal traduisant une différence d'intensité correspondant à la présence du bord de la nappe et à utiliser ce signal pour amener puis maintenir en permanence l'observation au-dessus de ce bord. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la régulation des paramètres de fonctionnement du four par l'intermédiaire de la mesure de la position de chaque bord-de la nappe 5.- Lunette de détection, à optique infra-rouge, notamment pour le repérage de la position d'un bord de la nappe de verre dans un four de flottage, qui comprend une rangée de cellules sensibles. au rayonnement de longueur d'ondes comprise entre 4 et 8 microns environ ayant des champs de détection optique contigüs. 6.- lunette du genre périscope suivant la revendication 5, à champ étroit et dont l'optique comprend une face d'entrée constituée par un miroir à 450 placé en arrière de l'orifice de visée associé à un oculaire positif comportant une optique infra-rouge et un ensemble de deux cellules photo-sensibles, rectangulaires, minces et perpendiculaires au plan de symétrie de 1 optique 7. - lunette du genre périscope suivant la revendication 6 équipée d'un disque modulateur à fentes lumineuses radiales tournant devant les cellules de manière à engendrer des signaux lumineux pseudosinusoidaux 8.- lunette du genre périscope suivant les revendications 6 ou 7, protégés par un courant de gaz inertes et placée à l'intérieur d'un tube refroidi par circulation de fluide, qui pénètre dans le four à travers une fenêtre munie d'un joint coulissant étanche monté sur un soufflet 9.- Lunette du genre périscope suivant la revendication 8, montée sur un bâti à glissière et entraînée par un moteur dans lequel la similitude des signaux reçus par les deux cellules assure, suivant leur intensité, la rotation du moteur dans un sens ou dans l'autre.