Brevet FR2123076A1 — publié le 19720908

La présente invention a pour objet un procédé et un appareillage perfectionnés pour la mesure de la transparence de matériaux divers. Elle s'applique tout particulièrement à la mesure de la transparence des films, pellicules ou similaires en matière plastique et notamment en polyéthy-5 lène par détermination du facteur de contraste. Les procédés employés jusqu'à présent pour contrôler cette transparence consistent à observer à travers le film à contrôler des mires, formées de séries de traits noirs sur un fond blanc. Les mires sont repérées par des nombres et diffèrent entre elles par la distance des traits qui est de l'ordre du 10 millimètre. Le film est caractérisé par le numéro de la dernière mire pour laquelle l'oeil du contrôleur peut distinguer les différents traits. Par ailleurs, des procédés optiques connus sont basés sur la constatation qu'un objet optique peut être représenté par l'ensemble d'une infinité de répartitions sinusoïdales d'éclairement dans le plan objet. Ceci conduit à des 15 composantes présentant diverses fréquences spatiales (nombre de traits par mm) et donc pour chacune d'elles à un facteur de transmission fonction de cette fréquence spatiale. En pratique, ces procédés, reposant sur la mesure du facteur du transfert de modulation, sont basés sur la constatation que le spectre de transmission des 20 fréquences spatiales est caractéristique de la transparence du système mesuré. En bref, un objet parfaitement transparent transmet sans atténuation toutes les fréquences spatiales contenues dans un faisceau lumineux tandis qu'un objet imparfaitement transparent atténue inégalement les fréquences spatiales contenues dans un faisceau lumineux. 25 Les procédé et appareillage suivant la présente invention consistent en des perfectionnements des procédé et appareillage connus pour le contrôle de systèmes optiques. Ils permettent la détermination de la transparence de films et de pellicules dont un des caractères principaux est l'anisotropie, ce qui n'était pas possible pour les procédés et appareillages connus. Ils permettent 30 en outre une détermination statistique de cette transparence. La présente invention a pour objet un procédé de mesure de la transparence d'un échantillon par détermination du facteur de contraste, caractérisé en ce que l'on éclaire l'échantillon par un faisceau de lumière parallèle issu d'un collimateur, on reçoit le faisceau lumineux transmis par l'échantillon 35 sur un système optique coaxial au collimateur et formant l'image de la fente dudit collimateur sur line mire sinusoïdale animée d'un mouvement relatif par rapport au collimateur, on mesure le flux lumineux transmis par la mire, et en déduit le facteur de contraste à partir des valeurs des flux minimum et 70 41020 2 2123076 10 15 maximum transmis. Le facteur de contraste est exprimé par la relation : C% ~ m x 100 M + m dans laquelle M et m désignent respectivement le flux maximum et le flux minimum transmis, ledit facteur de contraste étant une fonction de la transparence de l'échantillon. Suivant un mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'échantillon est animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe parallèle à l'axe optique précité ou d'un mouvement de translation perpendiculaire audit axa. Suivant un autre mode de réalisation du procédé de l'invention, ledit échantillon est immergé dans un liquide ayant même indice de réfraction que cet échantillon de manière à éliminer les effets de surface. Suivant un mode d'exécution du procédé selon l'invention, l'axe de symétrie des sinusoïdes de la mire est perpendiculaire à l'axe optique précité. Il est nécessaire que la mire permette la transmission sous une forme exactement sinusoïdale. Suivant un autre mode d'exécution du procédé de l'invention, on utilise une mire comportant plusieurs fréquences spatiales variant de façon continue ou discontinue. On peut ainsi former un programme de mesure. Dans une forme d'exécution du procédé selon l'invention, le flux lumineux transmis par la mire est reçu sur -un photorécepteur, dont le signal de sortie est amplifié et enregistré en continu pendant la durée de l'essai. Dans une autre forme d'exécution du procédé selon l'invention, la valeur du facteur de contraste est élaborée en continu à partir du signal de sortie du photorécepteur, au moyen d'un calculateur analogique, ladite valeur étant affichée et/ou imprimée en continu pendant la durée de l'expérience. L'invention a également pour objet tout appareillage pour la conduite du procédé suivant la présente invention. Elle a notamment pour -objet un appareillage pour la mesure de la transparence d'un échantillon comportant un collimateur ; un porte-échantillon situé entre le collimateur- et un système optique ayant même axe optique que le collimateur ; une mire de transmission sinusoïdale sur laquelle est formée l'image de la fente du collimateur à travers le système optique, cette mire étant 2^ animée d'un mouvement relatif par rapport au collimateur ; un photorécepteur pour la mesure du "flux lumineux transmis par la mire ; tua ensemble de traitement des signaux fournis par le photorécepteur- permettant d'accéder au facteur 20 25 30 70 41020 3 2123076 de contraste. Suivant un mode de réalisation de l'appareillage selon l'invention, ledit porte-échantillon comporte notamment un logement pour ledit échantillon pouvant être entraîné en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe optique par 5 un dispositif d'entraînement et un moto-réducteur. Suivant un autre mode de réalisation de l'appareillage selon l'invention, le logement ménagé dans le porte-échantillon pour la réception de l'échantillon, est êtanche et contient un liquide de même indice de réfraction que 1' échantillon à tester. 10 Dans une forme d'exécution de l'appareillage selon l'invention, le photo- récepteur est un photomultiplicateur, lequel est associé à un enregistreur. Dans une autre forme d'exécution de l'appareillage selon l'invention, le photodétecteur est une photodiode, et l'ensemble de traitement des signaux fournis par ladite photodiode comporte un amplificateur associé à un calcula-15 teur analogique élaborant le facteur de contraste, dont la valeur est transmise à un système d'affichage et/ou à une imprimante. La présente invention a également pour objet un appareillage pour la détermination d'une fonction du type (M-m)/(M+m) dans lequel M et m désignent respectivement les maximum et minimum successifs d'une fonction, caractérisé 20 en ce qu'il comprend un dispositif de mémorisation comportant un amplificateur différentiel qui charge une capacité à travers une diode contrôlée par un amplificateur différentiel suiveur à grande impédance qui renvoie, en contre-réaction, l'information reçue au premier amplificateur. Suivant un mode de réalisation de l'appareillage conforme à l'invention, 25 ledit dispositif de mémorisation comporte un système de synchronisation susceptible de ramener la tension mémorisée à zéro. La présente invention a encore pour objet un appareillage pour la détermination d'une fonction du type (M-m)/(M+m) dans lequel M et m désignent respectivement les maximum et minimum successifs d'une fonction, comprenant un 30 calculateur analogique comportant un premier dispositif de mémorisation recevant le signal issu de l'amplificateur associé au calculateur et fournissant un signal représentatif du maximum M du signal issu dudit amplificateur ; un second dispositif de mémorisation recevant les signaux du premier dispositif de mémorisation et de 1'amplificateur associé au calculateur et fournissant 35 un signal représentatif de la différence (M-m) entre le maximum et le minimum du signal fourni par ledit amplificateur, un amplificateur doublant le signal issu du premier dispositif de mémorisation ; un amplificateur différentiel recevant les signaux issus respectivement de l'amplificateur de gain égal à 70 41020 ii 2123076 deux, et du second dispositif de mémorisation et élaborant un signal égal à leur différence ; un diviseur analogique élaborant un signal de sortie égal au quotient du signal issu du second dispositif de mémorisation par le signal issu de l'amplificateur différentiel, le signal issu dudit diviseur étant re-5 présentatif du rapport (M-m)/(M+m). Le procédé et l'appareillage selon l'invention sont particulièrement adaptés à la détermination de la transparence de matériaux sous forme de pellicule, feuille ou plaquette, tels que le verre, les matières plastiques, ou des liquides. 10 D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des figures jointes, données dans un but non limitatif, et qui représentent plusieurs modes de réalisation de l'invention. Sur ces dëssins : 15 la figure 1 représente un appareillage conforme à la présente invention, pour la mesure de la transparence ; les figures 2 et 3 donnent des résultats d'enregistrement respectivement sans ou avec interposition de pellicule de polyéthylène ; la figure H montre l'influence de la position de l'échantillon sur le 20 facteur de contraste % ; la figure 5 donne un schéma de principe de l'ensemble de traitement des signaux fournis par le photorécepteur, pour l'élaboration en continu du facteur de contraste ; la figure 6 donne un schéma de principe d'un dispositif de mémorisation 25 conforme à l'invention. Sur la figure 1, une source lumineuse est constituée par le filament 1. Des lentilles 2 et 3 forment l'image du filament sur une fente verticale H placée au foyer d'une lentille 5 donnant de la lumière parallèle. L'ensemble de la source 1, des lentilles 2, 3 et 5, et de la fente ^ constitue le colli-30 mateur 6. Un porte-échantillon 7 formé d'un support 8 et d'un porte-échantillon proprement dit 9 est disposé entre le collimateur 6 et un système optique 10 comportant une lentille 11, donnant de la fente ^ une image V en son foyer, et comportant un objectif 12 donnant une image de H1 sur une- mire 13* Un dis-35 positif 1U de réglage de l'objectif est prévu. La mire 13 est horizontale et est entraînée en déplacement à l'aide d'un moteur d'entraînement 15, ce déplacement étant horizontal. Un photorécepteur 16 mesure le flux lumineux passant à travers la mire, 70 41020 5 2123076 et fournit un signal à l'ensemble 17 qui traite ledit signal et permet l'élaboration du facteur de contraste. Le porte-échantillon 9 proprement dit comporte un logement dans lequel l'échantillon 18 est maintenu fixement par tous moyens appropriés. Ce logement peut être animé d'un mouvement de rotation autour de son axe et repose sur des galets de roulement. Un système d'entraînement comportant un moteur 19 entraîne en rotation ledit logement. Le fonctionnement de l'appareillage ainsi décrit est le suivant : le faisceau lumineux provenant du collimateur 6 traverse l'échantillon 18, et l'image de la fente ^ dudit collimateur est formée sur la mire 13 qui transmet une partie de la lumière vers le photorécepteur 16. En l'absence de tout objet absorbant la fréquence spatiale de la mire, le photorécepteur donne un signal électrique qui reproduit la sinusoïde lorsque la mire défile dans un plan perpendiculaire à l'axe optique, selon un axe horizontal. Si l'on intercale un objet (film de polyéthylène) absorbant à la fréquence de la mire, la sinusoïde donnée par le photorécepteur est aplatie. La diminution d'amplitude permet le calcul du facteur d'atténuation. La mire employée est, par exemple, la juxtaposition de quatre mires de fréquen —1 ces spatiales croissantes 0,1 ; 0,^ ; 0,6 et 0,8 mm . La réalisation de mires de fréquence supérieure présente de grosses difficultés ; on a obtenu ces fréquences en faisant une image M' réduite 10 fois par l'objectif 12 dans le plan image k' de la fente d'entrée U également réduite 3 fois par les lentilles 5 et 11. L'échantillon est placé dans le faisceau parallèle entre 5 et 11* La partie utile est un cercle de 1,5 cm de rayon, qui peut tourner sur lui-même à la vitesse de 50 tours/seconde ; le système enregistreur, dont la période est une seconde, se comporte en intégrateur. La figure 2 représente un enregistrement sans interposition de film. Le facteur de contraste est voisin de 1. quelle que soit la fréquence car M reste voisin de 100$ et m voisin de 0%. Si on intercale un film peu transparent, on obtient l'enregistrement de la figure 3- Quand la fréquence augmente, le maximum M décroît (85, 60, 55, 52%) simultanément, le minimum m croît (15, ^0, h5, kQ%) si bien que le contraste décroît de 60 à b%. Les échantillons de films industriels sont striés et fortement anisotropes comme le montre la figure h. Si les stries sont perpendiculaires à la fente, l'image de celles-ci sur la mire est étroite et le contraste reste bon quelle que soit la fréquence (95~50%). Au contraire, si les stries sont parallèles à 70 41020 2123076 la fente, l'image de celle-ci devient diffuse et le contraste tombe rapidement à 10%. La courbe médiane est relative à un échantillon tournant, elle intègre les effets de 1'anisotropie et c'est elle qui est choisie pour caractériser les produits industriels. 5 L'ensemble de traitement schématisé figure 5 permet d'élaborer en continu le facteur de contraste, à partir des signaux fournis par le photorécepteur. Cet ensemble comporte un amplificateur 20 ; un calculateur analogique 21 associé audit amplificateur et comprenant un premier dispositif à mémoire 22 recevant le signal issu de 20 et fournissant un signal représentatif du maxi-10 mum du signal issu de 20, un second dispositif à mémoire 23 recevant les signaux issus de 20 et 22 et fournissant un signal représentatif de la différence entre le maximum et le minimum du signal fourni par 20, un amplificateur 2k doublant le signal issu de 22, un amplificateur différentiel 25 fournissant un signal égal à la différence des signaux issus de 2k et 23, et un di-15 viseur analogique pour diviser le signal issu de 23 par le signal issu de 26 , un système d'affichage et/ou une imprimante recevant du calculateur le signal élaboré par le diviseur analogique qui est représentatif du facteur de contraste . La figure 6 représente un schéma de principe d'un dispositif de mémorisa-20 tion dans lequel un amplificateur différentiel Aj recevant un signal maximum d'entrée ( + ) envoie ce signal à travers une diode D-^ dans une capacité C-^. Ce-lle-ci se charge jusqu'à une valeur maximum M qui est reprise par l'amplificateur suiveur à forte impédance d'entrée A3. Ce dernier travaille avec un gain égal à 1 et renvoie son information à l'entrée de l'amplificateur diffé-25 rentiel Aj. Quand on arrive au maximum, un interrupteur 1^ permet de "vider" la mémoire et de repartir pour un nouveau cycle de mesures. Il est évident que les dispositifs de mémorisation 22 et 23 de la figure U peuvent consister en des dispositifs conformes à celui représenté sur la figure 6. 30 Cet ensemble fonctionne de la manière suivante : le signal issu du photorécepteur 16, qui est proportionnel au flux lumineux reçu par ce dernier, est amplifié par l'amplificateur 2k, dont le signal de sortie est injecté dans le calculateur 21 vers chacun dès dispositifs 22 et 23. Le dispositif de mise en mémoire 22 fournit un signal correspondant à 35 la valeur maximale M du signal qu'il reçoit de 20, d'une part à l'amplificateur 2k dont le gain est deux et d'autre part au dispositif 23- Ce dernier élabore un signal représentant la différence entre le signal issu de 22 et le minimum m du signal issu de 20. L'amplificateur différentiel 25 reçoit le 70 41020 7 2123076 signal d*amplitude 2M issu de 2k, et le signal d'amplitude (M-m) issu de 23, et produit un signal représentatif de la différence desdits signaux, c'est-à-dire de la somme (M+m)• Les signaux issus de 23 et 25 sont introduits dans le diviseur analo-5 gique 26, qui élabore un signal de sortie représentatif du rapport (M-m) : (M+m), c'est-à-dire du facteur de contraste. Le signal issu du diviseur analogique est envoyé à un système 27 d'affichage et/ou à une imprimante. On peut ainsi disposer à tout instant au cours de l'essai de la valeur du facteur de contraste. 10 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisa tion décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses autres variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. 70 41020 2123076 REVENDICATIONS 1.- Procédé de mesure de la transparence d'un échantillon par détermination du facteur de contraste, caractérisé en ce que l'on éclaire l'échantillon par un faisceau de lumière parallèle issu d'un collimateur, on reçoit le fais-5 ceau transmis par l'échantillon sur un système optique coaxial au collimateur et formant l'image de la fente dudit collimateur sur une mire sinusoïdale animée d'un mouvement relatif par rapport au collimateur, on mesure le flux lumineux transmis par la mire et en déduit le facteur de contraste à partir des valeurs des flux maximum et minimum transmis. 10 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'échantil lon est animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe parallèle à l'axe optique précité ou d'un mouvement de translation perpendiculaire audit axe. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'échantillon est immergé dans un liquide ayant même indice de réfraction que 15 ledit échantillon. U.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de symétrie des sinusoïdes de la mire est perpendiculaire à l'axe optique précité. 5«- Procédé selon une quelconque des revendications t à U, caractérisé en ce que la mire comporte plusieurs fréquences spatiales variant de façon 20 continue ou discontinue. 6.- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le flux lumineux transmis par la mire est reçu sur un photorécepteur dont le signal est enregistré pendant toute la durée de l'essai. T.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux lumi-25 neux transmis par la mire est reçu par un photorécepteur, dont le signal de sortie est traité en continu dans un calculateur pour l'élaboration du facteur de contraste. 8.- Procédé selon «ne quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échantillon est à l'état liquide, un verre ou une matière 30 plastique, notamment le polyéthylène. 9«- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'échantillon se présente sous forme de pellicule, film ou plaquette. 10.- Appareillage pour la conduite du procédé de mesure.de la transparence d'un échantillon selon une quelconque des revendications 1 à 9., caractérisé en 35 ce qu'il comporte un collimateur; un porte-échantillon situé entre le collimateur et un système optique ayant même axe optique que ledit collimateur; une mire de transmission sinusoïdale sur laquelle est formée l'image de la fente du collimateur à travers le système optique, cette mire étant animée d'un mouvement rela 70 41020 9 2123076 tif pax rapport au collimateur; un photorécepteur pour la mesure du flux lumineux transmis par la mire; un ensemble de traitement des signaux fournis par le photorécepteur permettant d'accéder au facteur de contraste. 11.- Appareillage suivant la revendication 10, caractérise en ce que le 5 porte-échantillon comporte notamment un logement pour l'échantillon pouvant être entraîné en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe optique, par tout dispositif d'entraînement, éventuellement pourvu d'un moto-réducteur. 12.- Appareillage suivant la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le logement ménagé dans le porte-échantillon pour la réception de l'échantillon 10 est étanche, et contient un liquide de même indice de réfraction que l'échantillon. 13.- Appareillage suivant une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le photorécepteur est un photomultiplicateur, ledit photomultiplicateur étant éventuellement associé à un enregistreur. 15 1U.— Appareillage selon une quelconque des revendications 10 à 12, carac térisé en ce que le photodétecteur est une photodiode, et l'ensemble de traitement des signaux fournis par ladite photodiode comporte, un amplificateur associé à un calculateur analogique élaborant en continu la valeur du facteur de contraste et fournissant ladite valeur à un système d'affichage et/ou à 20 une imprimante. 15.- Appareillage selon la revendication lU, caractérisé en ce que le calculateur analogique comprend m dispositif de mémorisation comportant un amplificateur différentiel qui charge une- capacité à travers une diode contrôlée par un amplificateur différentiel suiveur à grande impédance qui ren- 25 voie en contre-réaction l'information reçue au premier amplificateur. . 16.- Appareillage suivant la revendication 15, caractérisé en ce que pour la détermination d'une fonction du type (M-m)/(M+m),un calculateur analogique comporte un premier dispositif de mémorisation recevant le signal issu de l'amplificateur associé au calculateur et fournissant un signal représentatif du ma- 30 ximum M du signal issu dudit amplificateur; un second dispositif, de mémorisation recevant les signaux du premier dispositif de mémorisation et de l'amplificateur associé au calculateur et fournissant un signal représentatif de la différence (M-m) entre le maximum et le minimum du signal fourni par ledit amplificateur, un amplificateur doublant le signal issu du premier dispositif de mémorisation; 35 un amplificateur différentiel recevant les signaux issus respectivement de l'amplificateur de gain égal à deux, et du second dispositif de mémorisation et élaborant un signal égal à leur différence; un diviseur analogique élaborant un signal de sortie égal au quotient du signal issu du second dispositif de 70 41020 2123076 mémorisation par le signal issu de l'amplificateur différentiel, le signal issu dudit diviseur étant représentatif du rapport (M-m)/(M+m). 17.- Appareillage suivant la revendication 16, caractérisé en ce que l'un au moins des dispositifs de mémorisations comporte une système de synchronisation susceptible de ramener la tension mémorisée à zéro.