Brevet FR2398999A1 — publié le 19790223

La prés-ente invention concerne un appareil de mesure de l'épaisseur d'une feuille et, plus particulièrement, un appareil qui applique le principe d'induction mutuelle pour mesurer l'épaisseur d'une feuille d'une matière non magnétique. Des comparateurs d'épaisseur, ou d'une façon générale, des appareils de mesure de l'épaisseur d'une feuille, lorsque cette feuille est en une matière telle que du papier, sont déjà bien connus, comme le montre par exemple le brevet des Etats-Unis d'Amérique Ng 2 665 333. Mais jusqu'à présent, les comparateurs électromagnétiques étaient du type à auto-inductance comme le montre également le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 528 002. En général, les comparateurs à auto-inductance comportent une bobine de fil enroulée sur une pièce de matière susceptible magnétiquement, en forme de U, et placée sur une face de la feuille à mesurer. Un courant circule dans la bobine et développe un champ magnétique.Un barreau également en matière re susceptible magnétiquement est placé sur l'autre face de la Feuille. Le barreau et la bobine sont maintenus à distance constante de la Feuille, selon les techniques bien connues, par exern ple des supports ou paliers pneumatiques. Etant donné que la bobine et le barreau sont maintenus à distance constante de la feuille, la distance qui les sépare est déterminée par l'épaisseur de cette feuille. Quand l'épaisseur de la feuille varie, la distance entre la bobine et le barreau varie également. La mesure de la distance entre la bobine et le barreau repose sur le principe de l'auto-inductance. La bobine se comporte comme une bobine d'inductance. Un condensateur est connecté en série avec elle. Comme cela est bien connu dans la théorie des circuits de base, un condensateur en série avec une bobine d'inductance résonne à une fréquence déterminée par le facteur l/(fft).ï1ais la bobine ne se comporte pas comme une tobine d'inductance de valeur constante. Quand la distance entre la bobine et le barreau varie, l'indue- tance de la bobine varie également. Ainsi, la fréquence de résonance du condensateur en série avec la bobine est déterminée par l'inductance de cette dernière qui est elle même déterminée par la distance qui la sépare du barreau. La mesur-e de la fréquence de résonance donne donc une mesure de la distance entre la bobine et le barreau. Par conséquent, la fréquence de résonance du cir cuit est une mesure de l'épaisseur de la feuille. Les comparateurs à auto-inductance conviennent bien pour certaines applications, en utilisant la fréquence de résonance comme mesure d'épaisseur, mais ils nc conviennent pas pour la mesure des feuilles de grande épaisseur. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique Nû 3 696 290 décrit l'utilisation de l'amplitude d'un champ magnétique pour la mesure de l'épaisseur d'une feuille. ois ce brevet décrit l'utilisation d'un aimant permanent en fer à cheval et d'une magnéto-résistance. L'aimant en fer à cheval présente l'inconvé- nient de ne pas être symétrique axialernent, et il est donc sujet à des erreurs d'alignernent. Par ailleurs, à moins d'utiliser un électro-aimant dont l'amplitude du champ peut être modifiée, l'amplitude du champ d'un aimant permanent ne peut être réglée pour les épaisseurs variables de différentes feuilles quand le comparateur est utilisé. L'invention concerne donc un comparateur d'épaisseur destiné à mesurer l'épaisseur d'une feuille de matière non magnétique t comportant un émetteur sur une face de cette feuille. L'émetteur comporte un corps en un matériau susceptible magnétiquement, de forme générale cylindrique, avec plusieurs spires de Fil électrique bobinées autour de ce corps. L'émetteur est maintenu à une distance constante de la feuille et de manière que l'axe du cylindre soit perpendiculaire à cette dernière. Un récepteur est placé de l'autre côté de la feuille. Le récepteur comporte également un corps d'un matériau susceptible magnétiquement, de forme générale cylindrique. Plusieurs spires d'un fil électrique sont bobinées autour du récepteur. Ce der- nier est positionné de manière que l'axe du cylindre soit aligné nvac I axe de l'émetteur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe d' uri comparateur d' épais- seur de type antérieur le figure 2 est une caurbe de la distance en fonction de la fréquence pour le comparat-eur de la figure 1 la figure 3 est une coupe d'un mode de réalisation d'un comparateur d'épaisscur selon l'invention ; la figure 4 est une courbe de la distance enfonction de~l'amplitude pour le comparateur selon l'invention la figure 5' est une coupe d'un autre mode de réalisation d'un comparateur d'épaisseur selon l'invention la figure 6A est une vue schématique illustrant le fonctionnement du comparateur de la figure 3 ; et la figure 68 est une vue schématique illustrant le fonctionnement du comparateur de la figure 5. La figure 1 est donc une coupe d'un comparateur d'épaisseur 10 de type antérieur, destiné à mesurer l'épaisseur t d'une feuille 12. En général, la feuille 12 est en une matière telle que du papier, une matière plastique, du caoutchouc, etc. Le comparateur 10 comporte deux parties, une première partie 10a et une seconde partie 10b. La première partie lAa est positionnée sur une face de la feuille 12 et la seconde partie 10b est positionnée sur son autre face. La première partie 10a con siste en une pièce 14 en forme de U, en un matériau susceptible magnétiquement, par exemple en fer. Un fil 16 est bobiné autour de la pièce 14. La seconde partie 10b est un barreau 17 éale- ment en un matériau susceptible magnétiquement. Quand le comparateur d'épaisseur 10 fonctionne, la première partie lOa et la seconde partie lOb sont maintenues à une distance constante de la feuille 12. La première partie 10a est maintenue à une distance constante a de la feuille 12 par des techniques bien connues, par exemple des supports pneumatiques, non représentés. La seconde partie lOb est également maintenue à une distance constante b de la feuille 12, également par des techniques bien connues. La distance totale entre la première partie rifla et la seconde partie 10b est la somme des distances a, b et de l'épaisseur t de la feuille 12. Quand le comparateur dtépaisseur 110 est utilisé, un condensateur, nop représenté, est connecté en série avec le fil 16. Ce dernier, bobiné autour de lapièce 14, se comporte comme une bobine d'inductance. De la manière bien connue,- une bobine d'inductance et un condensateur résonnent à une fréquence déterminée par 1(#LC) où L est l'inductance et C la capacité. Dans le comparateur d'épaisseur 10 de type antérieur, l'inductance du fil 16 bobiné -autour de la pièce 14 est déterminée par la distance totale (c'est-à-dire a + t + b) entre la pièce 14 et le barreau 17. Quand la distance entre la première partie lÓa et la seconde partie lOb augmente, il en est de même de Ia fréquence de résonance. La figure 2 est une courbe de réponse de la distance ce en fonction de la fréquence de résonance pour le comparateur d'épaisseur 10 de type antérieur. La figure 3 est une coupe d'un comparateur d'épaisseur 20 selon l'invention, destine à mesurer l'épaisseur t d'une feuille 22 En générale, la feuille 22 est en une matière telle que'du papier, une matière plastique, du caoutchouc, etc. Le comparateur 20 comporte deux parties, un émetteur 20a et un.récepteur 20b. L'émetteur 20a est positionné sur une face de la feuille 22 et le récepteur 20b est positionné sur son autre face. L'émetteur 20a comporte une première pièce 24 de forme générale cylindrique, en un matériau susceptible magnétiquement, par exemple en fer. Un premier fil 26 est bobiné autour de la première pièce 24. L'émetteur 20a est positionné -de manière que l'axe de la première pièce 24 soit perpendiculaire à la feuille 22. Le récepteur 20b comporte une seconde pièce 28, de forme générale cylindrique, également en un matériau susceptible magnétiquement. Un second fil 30 est bobiné autour de la seconde pièce 28. La pièce 20b est positionnée de manière que l'axe de la seconde pièce 28 soit aligné avec l'axe de la première pièce 24. Quand le comparateur 20 fonctionne, l'émetteur 20a est maintenu à une distance constante a de la feuille 22.tandis que le récepteur 20b est maintenu à une distance constante b de cette feuille. Dans le mode de réalisation de la figure 3, ce résultat est o-btenu en plaçant l'émetteur 20a dans un premier boîtier 32. Le premier boîtier 32 comporte une entrée 34 et une sortie 36 constituée par plusieurs petits orifices. Un fluide, par exemple de l'air comprimé, pénètre dans le premier boîtier 32 par l'entrée 34. L'air sort du premier boîtier 32 par la sortie 36. Le fluide qui sort du premier boîtier 32 sous pression rencontre une face de la feuille 22.Si un courant constant de fluide est dirigé du prenier boîtier 32 vers la feuille 22, le premier boîtier 32 avec ltérzetteur 20a qui cor,- vient, est maintenu à une distance-constante a de la feuille 22. D'une manière similaire, le récepteur 20b est placé dans un se cond boîtier 38. Le second boîtier 38 comporte une entrée 40 et une sortie 42 constituée par plusieurs petits orifices. Un fluide, par exemple de l'air comprimé, pénètre dans le second boî- tier 38 par l'entrée 40. L'air sort du second boîtier 38 par la sortie 42, sous pression, et rencontre l'autre face de la feuille 22. Si un courant constant d fluide est dirigé du second boîtier 38 vers la feuille 22, le second boîtier 38 avec le récepteur 20b outil contient, est maintenu à une distance constante b de la feuille 22. La distance totale entre l'émetteur 20a et le récepteur 20b est la somme des distances a, b et de l'épaisseur t de la feuille 22. Un courent,qui circule dans le premier fil 26,développe un champ magnétique d'une certaine amplitude, émis par l'émetteur 20a. L'amplitude du champ magnétique développée par l'émetteur 20a est détectée par le récepteur 20b. L'intensité ou l'amplitude du champ magnétique reçu au récepteur 20b est fonction de la distance totale en-tre l'émetteur 20a et le récepteur 20b. Quand la distance entre l'émetteur 20a et le récepteur 2Db augmente, l'amplitude du champ magnétique détectée au récepteur 20b diminue. La figure 4 est une courbe de la distance en fonction de l'amplitude. Une comparaison des figures 2 et 4 fait apparaître l'un des avantages du comparateur d'épaisseur 20 selon l'invention. Pour de petites variations de distance, lorsque la distance dans le comparateur d'épaisseur 20 ou le comparateur d'épaisseur 10 est: importante, (par exemple Dl-à D2, ces valeurs étant les mêmes sur les figures Z et 4) il apparaît que l'accroisse- ment du signal (c'est-à-dire#F etOA) est également réduit Nais, si l'accroissement # A du comparateur 20 est petit, la variation proportionnelle du signal total, c'est-a-direfSA/A, est importante comparativement à la variation proportionnelle dans le signal total#F/F du comparateur 10.La plus grande variation proportionnelle du signal total 9A/A du comparateur 20 selon l'invention permet d'obtenir un meilleur rapport signal bruit avec une mesure plus précise. La figure 1 fait apparaître un second avantage du comparateur d'épaisseur 20 selon l'invention. I1 est bien connu qu'un flux magnétique circule suivant le trajet de moindre réduciance. L'un de ces trajets est représenté en pointillé et un autre en traits mixtes. La ré duc tance de trajcts dans le matériau susceptible magnétiquement (comme dans le barreau 17)est pratiquement nulle. Fiais la réductence dans 1 'air n'est pas nulle.Si la distance entre la pièce 14 et le barreau 17 est importante et si la. longueur du trajet représenté en pointillé est comparativement courte, le flux magné tique @ircule de préFé- rence le long du trajet en pointillé. Fiais, pour le fonctionnement du comparateur 10, le flux magnétique doit circuler le long du trajet en traits mixtes Ainsi, si la distance mesurée est importante, les dimensions physiques de la pièce 14 en forme de U doivent également être grandes. Avec le cospavateur 20 selon lrinvention, il n'y a pas lieu d'augmenter les dimensions de ce comparateur pour détecter des distances importantes.Etant donné que le comparateur 20 mesure l'épaisseur de la-feuille par la détection de l'amplitude du champ magnétique, il suffit sim plement d'augmenter l'amplitude du champ du comparateur 20 pour mesurer des feuilles épaisses. Ceci peut se faire facilement en augmentant l'intensité du courant qui circule dans le fil électrique de l'émetteur 20a. Comparativement à celui décrit dans le brevet des Etets-Unis d'Amérique NO 3 696 290, le comparateur d'épaisseur 20 selon l'invention offre l'avantage que l'amplitude du champ magnétique peut être modifiée quand le comparateur est utilisé pour mesurer des feuilles d'épaisseurs différentes. En outre, la symétrie axiale du comparateur 20 offre l'avantage de faciliter I aliqnement. La figure 5 représente un autre mode de réalisa tien d'un comparateur d'épaisseur selon l'invention désigné glo également par 50. Le comperateur 50 comporte un émetteur 50a et n récepteur 5Db. L'émetteur 50e est positionné sur une face d'une feuille 52 et le récepteur 50b est positionné sur son autre face. L'émetteur 50a comporte une première pièce 54 de forme cylindrique en un matériau susceptible magnétiquement, par exemple en fer. Un premier fil 56 est bobiné autour de la pre mière pièce 54. L'émetteur est positionné dc manière que l'axe de la première pièce 54 soit perpendicuiaire à la feuille 52. L'émeiteur 50a esL semblable à l'émeiteur 20a de la fiqure 3. Le récepteur 50b comporte une seconde pièce 58, de forme générale cylindrique, également en un matériau suscoptible magnéti quement. Un second fil 60 est bobiné autour de la seconde pièce 58. La seconde pièce 58 est positionnée de manière que son axe soit aligné avec l'axe de la première pièce 54. Le récepteur 50b comporte également une pièce 62 en forme de disque, en un matériau susceptible inagnétiquement. Le disque 62 est fixé sur la seconde pièce 58 avec son centre aligné sur l'axe de cette seconde pièce. La seconde pièce 58 se trouve ainsi entre la feuille 52 et le disque 62. De préférence, et comme cela sera expliqué ciaprès, le diamètre du disque 62 est à peu près égal au diamètre de la première pièce 54 tandis que le diamètre de la seconde pièce 58 est inférieur au dlamètre- du disque 62.A l'exception de l'adjonction du disque 62, le ré-cept-eur 50b est semblable au récepteur 20b de la figure 3. Le mode de réalisation de la figure 5 comporte éga lement une première paire 64 de capteurs 64 et 64b, susceptibles chacun de détecter l'amplitude d'un champ magnétiquei. Chacun des capteurs 64a ét 64b consiste en une bobine de fil élec tr-ique. La seconde pièce 58 est positionnée entre les -capteurs de la première paire 64, alignée avec eux. Une seconde paire 66 de capteurs (non représentés) également susceptible de détecter l'amplitude d'un champ magnétique (consistant par exemple chacun en une bobine de fil électrique) est positionnée de manière que la seconde pièce 58 se trouve entre les capteurs de la seconde paire 66, alignée avec eux.La ligne formée par les capteurs de la seconde paire 66 est perpendiculaire à la ligne formée par les capteurs, de la première paire 64. Les capteurs de la première paire 64 et de la seconde paire 66 sont utilisés dans un but d'alignement, ctest-à-dire pour déterminer et corriger tout écart- dans le signal dû à un déplacement latéral relatif entrela première pièce 54 et la seconde pièce 58. Comme dans le mode de réalisation de la figure 3, l'émetteur 50a et le récepteur 50b sont placés dans les boîtiers et un fluide,par exemple de l'air, émis par ces boîtiers rencontre la feuille 52 pour maintenir constante la distance entre l'emetteur 50a et le récepteur 50b d'une part et la feuille 52 d'autre part. Tous les avantages précédemmtent décrits en regard du comparateur 20 de la figure 3, exi-sterit.- également avec le comparateur 50 de la figure 5, c'est-à-dire la mesure des feuilles de grande épaisseur, la symétrie axiale, la variation de I'in tensité du champ magnétique pour les différentes épaisseurs de feuille mesurées, etc. Mais en outre, le comparateur 50 de la figure 5 offre l'avantage supplémentaire dtune plus grande se=,- sibilité dans la mesure des petites distances. Cela ressort des figures 6a et 6b. La figure 6a illustre schématiquement le cornpamateur d'épaisseurs 2-0 de la figure 3. Elle montre un émetteurs 24 et un récepteur 28. Les lignes de force magnétique sont représentées en pointillé.La figure 6a montre que le récepteur 28 ni intercepte qu'une partie des lignes de force. La figure 6b montre que le récepteur comprenant la pièce 58 et le disque 62 intercepte une plus grande proportion des lignes de force magnétique provenant de l'émetteur 54. Le disque 62 aide la pièce 58 à intercepter cette plus grande proportion des lignes de force magnétique. Ainsi, un signal plus intense est produit pour une mesure à courte distance. Il est théoriquement possible que le comparateur 2-0 efFectue aussi bien que le comparateur 50 des mesures à courte distance. Ce résultat peut être obtenu en augmentant le diamètre du récepteur 28 de manière qu'il sit aussi grand que le diamètre de l'émetteur 24. Mais cela nécessite un récepteur de grande dimension. En outre, pour les mesures à grande distance le diamètre du récepteur- 28 est pratiquement sans importance ctest-à-dire qu'un cylindre de petit diamètre intercepte presqu'autant lignes de force magnétique qutun cylindre de grand diamètre. I1 en est ainsi parce que 11 angle d'interception est petit. L'adjonction du disque 62 sur la pièce 58 rend le récepteur 50b sensible à des mesures dans une large plage de distance, sans qui il soit nécessaire de réaliser un récepteur avec un grand cylindre. Un récepteur avec un grand cylindre serait plus massif que le récepteur 50b de la figure 5. Etant donné que le récepteur 20b ou 50b est supporté par des supports pneumatiques, une réduction de masse sans perte de sensibilité est importante. Il va de sOi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits et illustrés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure sans contact de l'épaisseur d'une feuille de matière non magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte un premier corps d'un matériau susceptible magnétique rtlerlt, de forme générale cylindrique, sur une face de ladite feuillue, ledit premier corps étant aligné de manière que l'axe du cylindre soit perpendiculaire à ladite feuille, plusieurs spires. d'un premier fil électrique bobiné autour dudit premier corps, un dispositif destiné à maintenir ledit premier corps à une distance constante de ladite feuille, un second corps d'un matériau susceptible magnétiquement, de forme générale cylindrique, sur l'autre face de ladite feuille, ledit- second corps étant positionné de manière que l'axe du cylindre soit aligné avec l'axe du premier corps, plusieurs spires d'un- second fil électrique bobiné autour dudit second corps, et un dispositif destiné à maintenir ledit second corps à une distance constante de ladite -feuille. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pièce d'un matériau susceptible magnétiquement, en forme de disque, ladite pièce étant fixée sur ledit second corps de manière que son centre soit aligné sur 11 axe dudit second corps, ledit second corps et ladite pièce étant positionnés de manière que le second corps se trouve entre ladite pièce et ladite feuille. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre de ladite pièce est pratiquement égal au diamètre dudit premier corps, le diamètre dudit second corps étant inférieur à celui de ladite pièce. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une première paire de capteurs susceptibles chacun de détecter l'amplitude d'un champ magnéto que, ledit second corps se trouvant entre lesdits capteurs de ladite première paire et formant une première ligne avec eux, une seconde paire de capteurs susceptibles de détecter chacun l'amplitude d'un champ magnétique, ledit second corps se trou van L entre lesdits capteurs de la seconde paire et formant une seconde ligne avec eux. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite seconde ligne est perpendiculaire à la première. 6. Appareil selon la revendication 5, caract@@@,té en ce qu'il comporte un preltlier boîtier dans lequel se trou@e ledit premier corps. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu il comporte un second boîtier dans lequel se trouve ledit second corps. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dispositif de maintien consiste en un courant constant de fluide dirigé dudit premier boîtier vers ladite feuille. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dispositif de maintien consiste en un courant constant de fluide dirigé dudit second boîtier vers ladite feuille.