Brevet FR2356909A1 — publié le 19780127

La présente invention concerne la mesure de l1épaisseur d'un film sur un support en vue de déterminer si cette épaisseur se trouve dans des limites prescri tes maximale et minimale . Une application de la présente invention est de mesurer l'épaisseur d'une pellicule plastique protectrice sur une feuille de métal ou sur une autre matière rigide utilisée dans l'industrie des récipients On sait déjà mesurer l'épaisseur d'une pellicule sur un support en faisant passer un faisceau lumineux à travers et en mesurant l'absorption de ce faisceau absorption qui est fonction de l'épaisseur de la pellicule .Si le support se déplace à grande vitesse , les mesures présentent quelques difficultés à cause du rebondissement de la feuille ou à cause de la formation de plis, en particulier si la feuille est particulièrement fine et est sujette au plissage . Dans le cas d'un support opaque qui a un pouvoir réfléchissant ,il est connu de mesurer l'épaisseur de la pellicule par mesure de l'absorption d'un faisceau lumineux passant à travers la pellicule , réfléchi par le support et traversant de nouveau la pellicule .En courbant le support on crée des changements incontrôlés dans la direction du faisceau de lumière réfléchie et ceci peut bouleverser considérablement les mesures L'un des objets de la présente invention est un appareil de mesure du type mentionné ci-dessus , dans lequel la flexion ou le rebondissement normal d'une matière se déplaçant lors de la mesure ou la dispersion de lumière normale dans la matière soumise à mesure , n'affecte pas sensiblement ces mesures .A cette fin selon l'invention , on utilise une source de lumière qui est un radiateur du type corps noir maintenu à une température régulée de sorte que les rayons infrarouges émis présentent des longueurs d'ondes connues , et on dispose le radiateur dans une position telle qu'il entoure sensiblement la zone du film qui est balayée à un instant particulier , toutes les observations de cette zone , sans tenir compte de l'angle de flexion normal de la matière , constituant une observation d'une zone du radiateur .Le radiateur est maintenu sous une intensité lumineuse uniforme pour la totalité de sa surface Dans un mode de réalisation préféré , le radiateur corps noir est une cavité isothermique qui présente une forme sensiblement hémisphérique et la portion de la pellicule mobile qui est examinée à un instant déterminé est une portion qui est logée approximativement au centre de l'hémisphère . On utilise un pyromètre sensible awcrayonnementsinfrarouges ou aux autres rayonnements émis par la source. Un pyromètre infrarouge est avantageux pour cette mesure puisqu'il doit fonctionner dans une gamme de longueurs d'ondes de haute absorption par la matière de la pellicule .Puisque le pyromètre est sensible non seulement à la radiation provenant de la source passant à travers la pellicule , mais également à la radiation infrarouge provenant de la surface de la pellicule elle-même , il est important que la radiation de la source présente une intensité élevée par rapport à la radiation provenant de la surface de la pellicule elle-même . En conséquence ,la radiation de la source est maintenue à une température élevée , par exemple de l'ordre de 2500c (ou plus) alors que la température de la pellicule est la température ambiante . La pellicule dont l'épaisseur doit être mesurée se trouve à une température de l'ordre de 50"C ou moins. Dans la gamme des longueurs d'ondes utilisées , la radiation infrarouge est une fonction exponentielle de la température . L'ordre de cette fonction est généralement supérieur au quatrième ordre . En conséquence , la radiation infrarouge de la pellicule qui est mesurée est négligeable par rapport à la radiation infrarouge du radiateur corps noir Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée La figure 1 est une vue schématique d'un appareil conforme à l'invention La figure 2 est une coupe agrandie d'une portion de feuille ou de support présentant une pellicule de protection dont on désire mesurer l'épaisseur La figure 3 montre en coupe partielle agrandie la fenetre d'observation du radiateur corps noir de la figure 1 La figure 4 est une vue schématique illustrant la mise en oeuvre de la présente invention pour mesurer l'épaisseur d'une feuille transparente aux rayonnements qui lui sont envoyés Sur ces figures , des références identiques désignent des éléments semblables La référence I désigne une feuille comprenant un support 2 , pourvu d'une sur facetmétallique réfléchissante 3,sur laquelle est disposée une pellicule protectrice 4 . Le support 2 est opaque aux rayons infrarouges . Ce support 2 peut être une feuille d'étain ou d'aluminium , du type utilisé dans l'industrie de la fabrication des récipients , ou il peut être formé par une feuille réfléchissante qui est tellement mince qu'elle nécessite un papier de dos pour faciliter sa manipulation . Le support 2 est opaque à la lumière visible . La pellicule 4 sur la feuille peut avoir une épaisseur de quelques dixièmes ou centièmes de millimètre .La pellicule 4 est fréquemment en une matière plastique transparente . Elle est transparente aux rayonnements infrarouges et peut être également transparente aux autres rayonnements invisibles aussi bien qu'aux rayonnements visibles . il est important de pouvoir mesurer l'épaisseur de la pellicule 4 et de détecter les endroits où l'épaisseur de la pellicule se trouve en dehors des limites maximale et minimale prescrites La feuille 1 passe à un poste de mesure 7 où se trouve le dispositif 8 de la figure 1 . La feuille est maintenue en position à ce poste par des paires de galets 10-10 et 11-11 , la feuille se déplaçant entre les rouleaux dans la direction indiquée par la flèche 12 . L'appareil de mesure 8 utilise un faisceau de radiations dont l'énergie se trouve dans une gamme de longueurs d'ondes fortement absorbées par la pellicule 4 . Lorsque le faisceau traverse la pellicule , il est donc fortement absorbé au passage . L'intensité de l'énergie du faisceau décroît exponentiellement lorsqu'il traverse la pellicule plastique 4 . Puisque le support 2 est opaque a la longueur d'onde de la source d'énergie utilisée , la présente invention utilise les propriétés de réflexion de la surface 3 pour obliger le faisceau de radiation à traverser deux fois l'épaisseur de la pellicule .La source de radiation pourrait être telle qu'elle n'émette seulement que la bande de longueur d'onde de grande absorption ou le détecteur utilisé pourrait être tel que sa fenêtre de mesure corresponde seulement à la bande de longueur d'onde de grande absorption . L'instrument peut être calibré par passage d'un support 2 non pourvu de pellicule 4 (une pellicule d'épaisseur nulle) . Ensuite, en faisant passer un support présentant une pellicule 4 au poste de mesure la pellicule absorbe une partie de la radiation . Puisque cette absorption est une fonction de l'épaisseur de la pellicule ,l'instrument peut etre calibré de façon correspondante La source d'émission , indiquée par la référence 15 , est un radiateur à corps noir chauffé électriquement à une température constante sous contrôle d'un régulateur thermostatique 16 de façon à engendrer un radiation de longueur d'onde connue . Le régulateur commande le circuit de chauffage du radiateur 15 à partir d'une source électrique E . Un bouton de commande 16' permet de régler le régulateur 16 pour toutes températures désirées du radiateur 15 dans la gamme choisie . Le radiateur 15 présente une cavité hémisphérique 17 présentant une ouverture d'observation ou un trou 18 en forme de trou d'épingle circulaire , pourvu d'une arête 19 . Les galets 10-10 et 11-11 maintiennent un espacement approprié 20 entre la feuille 1 et le radiateur 15 de préférence aussi faible que possible tout en évitant le contact entre la feuille 1 et le radiateur 15 lorsque la feuille vibre ou rebondit dans son mouvement de défilement au poste 7 .La lumière infrarouge provenant de la surface de radiation intérieure 24 passe à travers la pellicule 4 , est réfléchie sur la surface 3 et ensuite passe à travers la pellicule et à travers l'ouverture 18 en direction de l'appareil 8 . L'appareil 8 est un pyromètre électronique du type utilisé pour mesurer la température de surface par mesure du rayonnement infrarouge provenant de la surface . La mesure de l'appareil 8 est indiquée sur un instrument de lecture 25 . Le cadran de l'instrument 25 peut être étalonné en épaisseur de pellicule. Le support d'aluminium sert à réfléchir le faisceau énergétique à travers la matière plastique et fait en sorte que la pellicule apparaît avoir une épaisseur double Le support , qui dans l'exemple particulier décrit est en aluminium , n' est pas obligatoirement en cette matière et pourrait être en tout métal réfléchis- sant une gamme de longueurs d'ondes absorbées par la pellicule Le support peut être transparent à la lumière visible et ceci n'a pas d'importance aussi longtemps qu'il présente une caractéristique de réflexion à une longueur d'onde correspondant à l'absorption de la pellicule La surface réfléchissante du support peut présenter des caractéristiques réfléchissantes particulières ou il peut être rugueux et disperser l'énergie irradiant sa surface .Dans de telles circonstances , il est préférable d'utiliser une source d'énergie de zone étendue . Le terme "zone étendue" est utilisé pour indiquer que la source 15 pourrait couvrir la totalité de l'hémisphère au dessus de la portion de zone 30 mesurée à un instant donné . Ainsi , la réflexion mesurée est la valeur hémisphèrique et élimine les problèmes d'alignement qui pourraient gêner le système mettant en oeuvre une source de petites zones et régler seulement pour des réflexions particulières où le support réfléchissant est rugueux et/ou le revêtement comporte des pigments .Pour cette raison , le diamètre de la cavité isothermique est grand par rapport à l'ouverture 18 et à sa distance de la feuille 1 Quand la température de la pellicule est sensiblement la température ambiante et que la température du radiateur à corps noir est de l'ordre de 3000C , la différence de température entre les deux est grande et aucune erreur de mesure provient de l'énergie emise par la pellicule 4 due à sa propre température . Dans un mode de réalisation pratique , le pyromètre de radiation 8 fonctionnait à une longueur d'onde de 3,43 microns . La cavité à corps noir présentait une température de 315"C . Alors que la cavité 17 représentée est hémisphérique , il va de soi que cette forme particulière n'est pas cruciale . il est souhaitable qu'une ligne tirée depuis un point du bord 21 au bord de la zone 30 à balayer à travers l'ouverture 18 forme un angle minimal avec la surface de la pellicule mobile Si le substrat est fortement transparent dans la bande de longueur d'onde de l'absorption de la pellicule , le détecteur 8 et la source à corps noir peuvent être placés de part et d'autre de l'objet dont i;'épaisseur doit etre mesurée Ceci est montré sur la figure 4 sur laquelle le substrat ,indiqué par la référence 2' , et la pellicule protectrice 4' sont tous les deux transparents à la longueur d'onde des rayonnements infrarouges émis par le radiateur à corps noir 15' (qui est le même que le radiateur 15 mais ne comporte pas l'ouverture 18 de la figure 3 ) . Dans ce cas la feuille revêtue est placée entre le radiateur à corps noir 15' et le pyromètre de radiation 8 . L'instrument est étalonné pour indiquer l'épaisseur de la pellicule par absorption de rayonnements infrarouges à travers la pellicule 4' en un seul passage (alors que ceux -ci nécessitent deux passages dans le cas de la figure 1 ) . Le support 2' de la figure 4 présente une épaisseur précise obtenue par fabrication normale de celui-ci. La pellicule 4' peut être défectueuse lorsque par exemple elle manque dans certaines petites zones ou présente une épaisseur nulle REVENDICATIONS 1 - Appareil pour la mesure de l'épaisseur d'une pellicule sur un support caractérisé en ce qu'il comporte des moyens formant un radiateur infrarouge à corps noir et comprenant une cavité isothermique présentant une ouverture en regard de laquelle peut être déplacée une feuille à examiner , lesdits moyens présentant un trou d'observation disposé de façon à permettre le balayage à travers ledit trou d'une partie de la zone embrassée par ladite ouverture et un pyromètre balayant une zone restreinte à travers ledit trou d'observation 2 - Appareil. selon la revendication 1 caractérisé en ce que la distance minimale entre le périmètre de l'ouverture en face de laquelle la pellicule est déplacée et ladite partie de zone est égale à plusieurs fois la dimension maximale de cette zone. 3 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu il comporte des moyens pour déplacer une feuille devant être examinée en regard de l'ouverture de la cavité , ces moyens étant prévus pour maintenir ladite feuille mobile à une distance du périmètre du corps isothermique qui est une faible part de la dimension maximale de la cavité 4 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour maintenir ladite cavité à une température lui permettant d'émettre une radiation infrarouge dont la longueur d'onde prédominante est de l'ordre de 3,4 microns 5 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un réflecteur de rayonnement infrarouge qui est opaque à la lumière infrarouge du radiateur et se trouve du côté de la feuille oppose au radiateur , de sorte que la lumière provenant de celui-ci et passant à travers la feuille est réfléchi à travers la feuille et forme au moins une part de la lumière provenant du radiateur qui passe à travers le trou d'observation en direction du pyromètre 6 - Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes destiné à l'examen de ltépaisseur d'une pellicule mobile ,caractérisé en ce qu'il comporte un corps présentant une surface formant une source de rayonnement infrarouge devant laquelle est deplacée une pellicule à examiner , des moyens pour chauffer la surface à une température constante en vue de maintenir uniforme l'intensité de lumière infrarouge dans cette surface et des moyens de mesure du rayonnement infrarouge disposés pour recevoir des rayonnements depuis cette source qui ont passé à travers une partie de ladite pellicule mobile pour déterminer la diminution d'intensité des rayonnements infrarouges par passage à travers la pellicule 7 - Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de mesure de la lumière mesurent une lumière ayant sensiblement une longueur d'onde de l'ordre de 3,4 microns 8 - Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que la température est telle que l'énergie de la lumière infrarouge émise à partir de la surface de la pellicule due à sa propre température est d'une amplitude qui est négligeable par rapport à l'énergie infrarouge émise à partir de ladite source à travers la pellicule en direction desdits moyens de mesure 9 - Appareil selon la revendication-8,caractérisé en ce que le corps présente une ouverture d'observation à travers ladite zone sensiblement centrale à celleci pour transmettre les rayonnements de lumière infrarouge depuis ladite zone qui traverse ladite pellicule ,lesdits moyens de mesure du rayonnement infrarouge étant susceptibles de recevoir lesdits rayonnements émis 10 - Appareil selon la revendication 9 ,caractérisé en ce que l'ouverture d'observation présente la forme d'un trou d'épingle 11 - Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes destiné à l'examen de l'épaisseur d'une pellicule disposée sur une feuille mobile qui com prend la pellicule et un support , dans laquelle la pellicule est du type à travers laquelle des rayons infrarouges peuvent passer mais subissent une absorption sensible , alors que le support est opaque mais réfléchit les rayons infrarouges , caractérisé en ce qu il comporte un corps isothermique formant un radiateur infrarouge présentant une zone de radiation infrarouge devant laquelle est déplacée la feuille à examiner , la pellicule se trouvant en regard de ladite zone , celle-ci présentant une ouverture d'observation pour permettre le balayage d'une portion de la pellicule embrassée par ladite zone et un pyromètre sensible à la lumière infrarouge provenant de cette zone qui passe à travers la pellicule et est réfléchie par le support et passe ensuite à travers la pellicule en direction opposée après quoi elle retraverse l'ouverture d'observation. 12 - Appareil selon la revendication 11 caractérisé en ce que le radiateur forme un dôme au dessus de la portion de pellicule balayée à un instant donne 13 - Procédé pour l'examen de l'épaisseur d'une pellicule sur une feuille caracté risé en ce qu'on utilise un corps radiateur présentant une zone de radiation infrarouge , en ce qu'on chauffe ladite zone en vue de maintenir une émission de lumière infrarouge sensiblement uniforme à travers ladite zone , en ce qu'on déplace une pellicule en regard de ladite zone et en ce qu'on mesure les rayonnements infrarouges provenant de ladite zone ,rayonnements qui ont traversé la pellicule mobile ,pour déterminer la réduction de l'intensité de ces rayons due au passage à travers la pellicule 14 - Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que la zone d'émission est chauffée à une température supérieure à la température de la pellicule de sorte que l'énergie des rayons infrarouges émis à partir de la pellicule ,due à la propre température de celle-ci , est négligeable en comparaison de l'énergie des rayons transmis par ledit radiateur et mesurés 15 - Procédé selon la revendication 14 ,caractérisé en ce que la lumière mesurée est réduite à celle qui présente une longueur d'onde pour laquelle la pellicule est transparente mais qui est absorbée par la pellicule dans une proportion qui varie en fonction de l'épaisseur de la pellicule 16 - Procédé selon la revendication 15 ,caractérisé en ce que la lumière mesurée est sensiblement une lumière d'une longueur d'onde de 3,4 microns