Brevet FR2474552A1 — publié le 19810731

La présente invention concerne un dispositif et un procédé utilisant un appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta qui permettent de régulariser la production d'une feuille continue de matériau comme du papier par exemple, et, plus particulièrement, elle concerne l'extension d'un tel système au moyen d un dispositif de contrôle par rayonnement qui contrôle continûment l'ensemble de la feuille et compare le signal ainsi produit avec le signal pro- duit par l'appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta afin de commander la formation de la feuille de matériau pendant sa pro- duction. De façon générale, le processus de fabrication de papier comprend l'opération consistant à répartir la pâte formée d'une suspension de fibres dans l'eau sur une toile se présentant en cylindre ou sous forme de table. La toile constitue un support et assure un décodage à travers elle. La pâte est appliquée à la toile par un dispositif de répartition d'écoulement, ou caisse d'arrivée, qui transforme un courant mobile de pâte en un mince courant plan présentant une vitesse uniforme sur toute la largeur de la machine. La feuille continue ainsi formée sur la toile tra- verse une section des presses qui élimine la plus grande partie de l'eau, puis elle est délivrée à une partie sécherie dans laquelle l'humidité restante est extraite. Le processus de fabrication de papier est mis en oeuvre au moyen de la machine décrite ci-dessus, ou d'autres types de machines, qui sont incorporées dans d'énormes machines de fabrication de papier travaillant en continu et produisant des tonnes de pro- duits papetiers. Alors que le processus de fabrication de papier est aujourd'hui effectué sous commande d'ordinateurs, la technique papetière reste encore de nature empirique. Par conséquent, tout procédé permettant d'améliorer l'uniformité et la qualité du papier produit par l'usine papetière reste le bienvenu. Une des mesures utilisées dans le processus de com- mande de qualité est celle du grammage du produit papetier résultant. Un moyen de déterminer le grammage consiste à utiliser un appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta comportant une tête de mesure suspendue à un monorail et placée de manière que la feuille continue de papier passe dans un intervalle formé dans l'appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta. Cet appareil comporte une source de rayons bêta qui émet un rayonnement à travers la feuille à destination d'un détecteur comportant une chambre d'ionisation permettant de détecter les rayons bêta ayant traversé la feuille continue de papier. Lorsque le poids du produit papetier augmente, une moindre quantité de rayons bêta atteint le détecteur, et, lorsque le poids diminue, plus de rayons bêta sont détectés. Les signaux détectés sont automatiquement comparés à un signal de référence préétabli en fonction du poids voulu. On mesure la différence existant entre les deux signaux et tout écart en deçà ou en delà du poids voulu indique qu'une feuille est trop légère ou trop lourde. On peut alors appliquer une correc- tion automatique par couplage avec un dispositif de commande agis- sant sur une vanne de pâte, des éléments de positionnement de portes, ou des régulateurs de consistance de la caisse d'arrivée afin de commander la délivrance de la pâte à papier sur la toile. Toutefois, un des problèmes relatifs à cette manière de procéder est que l'appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta ne mesure qu'un échantillon de surface de la feuille continue, si bien que toute comparaison effectuée ne peut être valable que pour cet échantillon de surface particulier. Un certain nombre de proces- sus utilisent par conséquent un appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta effectuant un certain balayage. Toutefois, il se trouve que l'appareil de mesure d'épaisseur se déplace lentement et ne couvre pas toute la largeur de la feuille continue, d'autant plus que, même si l'appareil de mesure d'épaisseur balaye toute la surface de la feuille, le temps de réponse de la chambre de Wilson du détec- teur est suffisamment long pour que les variations du grammage sui- vant la largeur de la feuille ainsi que sur sa longueur ne puissent être mesurées. En outre, la taille minimale qui peut être obtenue pour le faisceau d'un appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta est en pratique relativement grande, par exemple de l'ordre de 3,2 mm, alors que des tailles de 0,25 mm ou moins sont conciliables avec un dispositif à balayage optique permettant la mesure de la formation ainsi que celle du grammage. La formation est la structure fibreuse du papier et est directement liée aux qualités du papier vis-à-vis de l'impression et du revêtement, à sa résistance à la déchirure et à son aspect visuel. C'est pourquoi l'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif nouveaux et perfectionnés permettant de déterminer et de régler avec précision le grammage de produits réa- lisés sous forme de feuilles continues. Dans la mise en oeuvre d'un mode de réalisation parti- culier de l'invention, il est proposé un procédé et un dispositif permettant de commander la production de produits non tissés par l'utilisation d'un appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta en relation avec un dispositif de contrôle par rayonnement. Il est prévu des moyens pour former une feuille continue de matériau. On utilise un appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta pour mesurer le grammage de la feuille continue et produire un premier signal sur la base du grammage de la feuille. On compare le premier signal venant de l'appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta avec un signal de référence prédéterminé qui est préétabli en fonction du graimage voulu afin de produire un signal de référence. Après le contrôle réalisé au moyen de l'appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta, on contrôle la feuille à l'aide d'un dispositif de contrôle par rayonnement en appliquant une source de rayonnement sur la largeur de la feuille et en détectant le rayonnement qui en sort de manière à obtenir un deuxième signal également basé sur les caractéristiques de la feuille continue de papier. On compare le signal de différence venant de l'appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta et le deuxième signal produit par le dispositif de contrôle par rayon- nement afin de produire un signal de commande qui peut être utilisé pour régulariser, manuellement ou automatiquement, la délivrance de la pâte formant la feuille continue. De manière avantageuse, on étend es capacitésd'un appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta fixe ou à déplacement lent au moyen d'-un dispositif de contrale par rayonnement à temps de réponse rapide qui contrôle rapidement et de façon continue la feuille sur toute sa surface de manière à réaliser une commande beaucoup plus précise du grammage et, par conséquent, des caracté- ristiques du produit résultant. La description suivante, conçue à titre d'illustra- tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique illustrant une forme de machine à papier utilisant un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une élévation latérale montrant un dispositif de commande à portes pouvant être utilisé dans la caisse d'arrivée de la figure 1 pour commander la formation de la feuille continue de papier; - la figure 3 est une forme d'onde- d'un signal électrique du type produit par le comparateur 42 de la figure 1 et permet d'illustrer la manière dont.le dispositif de l'invention fonctionne - la figure 4 illustre un type de dispositif de contr6le par rayonnement pouvant être utilisé dans la machine à papier de la figure 1; et - la figure 5 illustre une autre forme de dispositif de contrôle par rayonnement pouvant être utilisé dans la machine à papier de la figure 1. L'invention s'applique à n'importe quel processus ou appareil permettant de former des matériaux non tissés, comme-du papier, des textiles, des pellicules de matières plastiques, etc., en feuilles continues et utilisant un appareil de mesure d'épais- seur à rayons P pour mesurer le poids spécifique, ou le grammage, du produit résultant. L'inventbn est décrite en relation avec le papier, qui constitue l'une de ses applications importantes. Par conséquent, on décrira une forme de processus et de machine de fabrication de papier à titre d'exemple, mais il faut comprendre que d'autres types de machines ou de processus peuvent bénéficier des enseignements de l'invention. Sur la figure 1, est représentée une machine de fabrication de papier qui est désignée dans son ensemble par la référence 10. La machine à papier 10 comporte un dispositif de répartition d'écoulement, ou caisse d'arrivée, 12 qui délivre une pâte à papier formée d'une suspension de fibres dans de l'eau. Le dispositif 12 de répartition d'écoulement constitue un moyen de transformer un courant mobile de pète à papier, qui lui est apporté dans un tuyau, en un mince courant plat présentant une vitesse uniforme sur toute la largeur de la machine à papier 10. Le dispo- sitif de répartion d'écoulement comporte normalement une caisse de tête améliorant encore l'élimination des variations de vitesse dans le courant entrant de pâte à papier et servant à commander le niveau de turbulence de la pète avant que celle-ci atteigne la phase de formation. Le dispositif 12 de répartition d'écoulement délivre la pâte à papier à une toile mobile 18 destinée à commander la vitesse et le processus d'égouttage de l'eau contenue dans la pète à travers de la toile. Une feuille continue 14 de papier se forme donc sur la toile 18, laquelle appartient à un ensemble appelé machine de Fourdrinier 16. Comme cela est connu, la machine de Fourdrinier possède une bande de toile soutenue par une série de rouleaux ou pontuseaux, et d'autres dispositifs de commande d'égout- tage qui sont disposés horizontalement pendant le processus d'égout- tage. La machine de Fourdrinier 16 peut prendre différentes formes et comporter des toiles supérieures non représentées. De plus, comme cela a déjà été noté, l'invention ne se limite pas à l'emploi d'une machine de Fourdrinier et s'applique également à d'autres dis- positifs de support de toile, tels que des machines cylindriques, dans lesquels la pète est appliquée à l'extérieur d'un rouleau par l'intermédiaire d'une cuve. Une feuille continue 14 sort de la machine de Fourdrinier 16 et passe dans une presse 20 dans laquelle un peu de l'eau contenue dans la suspension est éliminée de la feuille 14, le reste de l'eau étant extrait dans la partie sécherie 22. Une fois l'essentiel de l'humidité éliminé, la feuille 14 passe dans un appa- reil 24 de mesure d'épaisseur à rayons bêta qui comporte un détec- teur 28 d'un côtI de la feuille 14 et une source 26 de rayons bêta de l'autre côté et en alignement avec le détecteur 28. L'appareil 24 de mesure d'épaisseur à rayons bêta a pour fonction de mesurer le grammage de la feuille continue de papier 14. De manière générale, l'appareil 24 est suspendu à un monorail (non représenté) et est disposé de façon que la feuille continue passe dans un intervalle existant dans l'appareil entre la source 26 de rayons bêta et le détecteur 28. Lorsque le grammage de la feuille 14 augmente, une moindre quantité de rayons bêta atteint le détecteur, et, lorsque le poids diminue, un plus grand nombre de rayons sont détectés si bien qu'il est produit un signal de sortie de détection d'amplitude plus élevée. Le signal de sortie du détecteur 28 est appliqué à un comparateur 36 auquel est également appliqué le potentiel de référence d'une source 38. Par conséquent, les rayons P détectés sont appliqués par le détecteur 28 à un comparateur et sont automatiquement comparés avec la source de référence 38 qui a été prérégulée en fonction du grammage voulu pour la feuille de papier 14. Le signal de différence entre le signal de référence 38 et le signal de détection 28 cons- titue le signal de sortie du comparateur 36 et indique si la feuille est trop lourde ou trop légère. Dans les dispositifs de la technique antérieure, le signal de sortie du comparateur peut être utilisé pour corriger le grammage de la feuille de papier par application du signal de dif- férence du comparateur 36 à un dispositif de commande ayant pour fonction de régler d'une manière quelconque le dispositif de répar- tion d'écoulement qui délivre la pâte à papier. Toutefois, ceci ne concerne qu'un seul point de la feuille et, si la feuille devient anormalement épaisse au niveau du point de mesure tout en étant plus mince en d'autres parties, une correction erronée est effectuée. De plus, même si l'appareil de mesure à raynns bêta balaye la feuille, son déplacement est trop lent pour permettre mieux qu'un ajustement du débit fourni par le dispositif 12 de répartition d'écoulement. Selon l'invention, on fait appel à un dispositif 30 de contrôle par rayonnement lumineux (pouvant utiliser le rayonne- ment infrarouge ou ultraviolet de manière sélective) pour étendre les capacités de l'appareil 24 de mesure d'épaisseur à rayons bêta. Le dispositif 30 de contrôle par rayonnement lumineux comporte une source lumineuse 32 qui est appliquée sur toute la largeur de la feuille. continue 14. Un récepteur 34 est placé en alignement avec la source 32 de manière à recevoir le rayonnement qui arrive de la source 32 après avoir traversé la feuille. Le signal produit par le récepteur 34 constitue une indication des qualités de transmis- sion de la feuille, lesquelles dépendent en effet du grammage de la feuille. Au moyen d'un amplificateur 40, on amplifie le signal pro- duit par le récepteur 34 et on l'applique au comparateur 42, en même temps que le signal de différence-venant de l'appareil 24 de mesure d'épaisseur à rayons bêta qui est obtenu à la sortie du comparateur 36. Le signal de sortie du comparateur 42 est illustré sur la figure 3 par une forme d'onde 50 indiquant l'épaisseur inégale de la feuille de papier 14 par les parties de la forme d'onde 50 qui se trouvent au-dessus du niveau 52 correspondant à l'épaisseur et au grammage voulus de la feuille continue 14. La forme d'onde 50 venant du comparateur 42 est appliquée à un dispositif de commande 44 qui agit sur le produit délivré par le dispositif 12 de répartition d'écoule- ment suivant toute la largeur de la feuille de manière qu'un produit papetier plus uniforme soit obtenu. On peut réaliser une correction automatique du grammage en associant le dispositif de commande 44 à une vanne de pâte, à des dispositifs de positionnement de portes, à des régulateurs de consistance, etc., qui commandent la réparti- tion uniforme de la pâte à papier sur la machine à papier 16. Sur la figure 1, est illustré l'emploi d'un dispositif de contrôle du type transmission. Toutefois, puisqu'une augmentation de la densité de la feuille entraîne, pour certains matériaux, une augmentation de la réflexion par la feuille, il est possible dans certaines applications de faire appel à un dispositif du type ré- flexion, auquel cas le récepteur sera placé au-dessus de la feuille 14 afin de recevoir le rayonnement réfléchi par la feuille à la suite du balayage par la source lumineuse 32. Le choix d'un dispositif de contrôle par rayonnement lumineux du type réflexion ou du type transmission dépend du type de matériau utilisé pour former la feuille continue et de l'application considérée. La figure 2 illustre l'emploi d'un dispositif de commande à portes 48 selon lequel la pàte à papier arrivant par un tuyau 46 est délivrée à plusieurs orifices 49 qui sont commandés par le dispositif de commande 44. Ainsi, la dimension des ouvertures des orifices 49 est commandée par le dispositif de commande 44 en -8 fonction du signal 50. Puisque le signal 50 peut être divisé en plu- sieurs bandes, dont chacun correspond à un orifice 49, la commande peut s'exercer sur toute la largeur de la feuille. On comprendra que le type de commande à utiliser dépend de la nature particulière du dispositif de répartition d'écoulement chargé de répartir de manière égale la pâte à papier sur la toile 18 dans le processus de fabrication de papier. - Comme on peut le voir sur la figure 4, le dispositif de contrôle par rayonnement lumineux est de préférence un dispositif de balayage par faisceau laser au moyen duquel un faisceau laser venant d'un laser 52 effectue, grâce à un tambour rotatif 54, un balayage de toute la largeur de la feuille 14, le laser 52 consti- tuant alors la source lumineuse 32 illustrée sur la figure 1. La partie réceptrice 34 de la figure 1, telle qu'elle est représentée sur la figure 4, comprend une tige 56 de recueil de lumière et un détecteur approprié, par exemple un tube photomultiplicateur 58 dis- posé d'un certain côté et détectant le rayonnement du faisceau laser ayant traverse la feuille 14. Il est également possible, comme cela est représenté sur la figure 5, de faire appel à un dispositif de contrôle par rayonnement lumineux qui comprend plusieurs sources fixes 60 et réparties au-dessus de la feuille 14 et plusieurs photodétecteurs 62 associés répartis en dessous de la feuille 14. On comprendra que les sources lumineuses 60 peuvent être constituées sous la forme d'une source unique couvrant toute la largeur de la feuille ou d'une source unique balayant la largeur de la feuille depuis le dessus de celle-ci, tandis que des cellules photo-électriques fixes 62 sont disposées au-dessous de la feuille pour effectuer la détection. De plus, la source lumineuse peut appartenir à une gamme infrarouge ou ultraviolette sélective de manière à pouvoir réaliser le contrôle de différents types de feuilles. De plus, comme cela a été indiqué- ci-dessus, le dispositif de contrôle par rayonnement lumineux peut fonctionner par réflexion. Le fait d'étendre les capacités de l'appareil de mesure d'épaisseur à rayons bêta à l'aide d2un dispositif de contrôle par rayonnement lumineux permet de recueillir les avantages des deux dispositifs pour commander activement le processus de formation de la feuille. La précision de l'appareil de mesure à rayons bêta, qui exerce son action sur une région particulière de la feuille, est étendue par la source lumineuse de contrôle qui couvre toute la surface de la feuille. Puisque la feuille 14 se déplace, elle est, de manière répétée, rapidement balayée par le dispositif de contrôle par rayonnement lumineux, ce qui ne pourrait être réalisé par l'appareil de mesure à rayons bêta, qui n'est pas en mesure de couvrir toute la surface de la feuille ou de balayer celle-ci suffisamment rapidement ou avec une résolution spatiale appropriée pour permettre la commande voulue. Alors que le dispositif décrit fait appel à une correction automatique dans un processus de formation utilisant un dispositif de commande à boucle fermée, on notera qu'il est possible de visualiser les signaux obtenus ou de les utiliser de cette manière, par exemple en vue d'une commande manuelle, d'une détermination de la qualité du papier résultant, etc. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé et du dispositif dont la descrip- - tion vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nulle- ment limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sor- tant pas du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé de commande de la production de produits formés en une feuille continue mobile (14) utilisant un appareil (24) de mesure à rayons bêta en conjonction avec un dispositif (30) de contrôle par rayonnement lumineux pour contrôler une feuille continue mobile, comprenant les opérations qui consistent à répartir la pâte afin de former une feuille continue (14) de matériau, mesurer, à l'échelle d'un échantillon, le gramrmge de la feuille continue ainsi formée en la faisant passer dans un appareil (24) de mesure à rayons bêta qui produit un premier signal en fonction du poids de la feuille là o la mesure est réalisée par l'appareil de mesure à rayons bêta, comparer (36) le premier signal venant de l'appa- reil de mesure à rayons bêta avec un signal de référence prédéter- miné (38) préétabli en fonction du poids voulu de manière à obtenir un signal de différence, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations consistant à: contrôler de façon continue la feuille entière au moyen d'un dispositif (30) de contrôle par rayonnement lumineux en appliquant une source lumineuse (32; 52; 60) sur toute la largeur de la feuille et en détectant (34; 56, 58; 62) la lumière qui en sort afin d'obtenir un deuxième signal en fonction des caractéris- tiques de transmission ou de réflexion de lumière de la feuille, comparer (42) le signal de différence et le deuxième signal de façon à obtenir un signal de commande, et régulariser (44) la délivrance de la -pâte formant ladite feuille continue en utilisant le signal de commande pour ajuster le grammage de ladite feuille continue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on délivre de la pâte à papier pour former une feuille continue de papier. 3. Dispositif de contrôle par rayonnement pour machine de fabrication de papier permettant la production de produits pape- tiers à partir d'une pute à papier formée de fibres en suspension dans de l'eau qui est étalée et transformée en une feuille continue de papier (14) sur une toile de support (18), la machine comprenant un appareil de mesure à rayons beta (24), un moyen permettant de faire passer ladite feuille continue de papier (14) dans l'appareil de mesure à rayons bêta de manière à produire un premier signal représentant le poids spécifique, ou grammage, de la feuille de papier dans la région mesurée, une source (38) de signal de référence préétabli en fonction du grammage voulu pour la feuille de papier, un moyen (36) permettant de comparer le premier signal avec le signal de référence afin de produire un signal de différence, le dispositif de contrôle par rayonnement étant caractérisé en ce qu'il comporte: une source lumineuse (32; 52; 60) appliquée sur toute la largeur de la feuille de papier, un moyen de détection de lumière (34; 56, 58; 62) disposé par rapport à la feuille de manière à recevoir le rayon- nement émanant de la feuille par suite de l'application de la source lumineuse à celle-ci et permettant de produire un deuxième signal en fonction des caractéristiques de réflexion ou de trans- mission de lumière sur toute la largeur de la feuille, un moyen (42) permettant de comparer le deuxième signal avec le signal de différence afin de produire un signal de commande, et un moyen (44) utilisant le signal de commande pour régler le grammage de la feuille continue de papier. 4. Dispositif de contrôle par rayonnement pour machine de production de produits qui sont formés par étalement ou extru- sion d'une matière première, ou pfte, en une feuille mobile continue de matière, l'appareil comportant: un appareil de mesure à rayons bêta (24), un moyen permettant de faire passer la feuille continue (14) dans l'appareil de mesure à rayons bêta afin de produire un premier signal représentant le poids spécifique de la feuille dans la région mesurée, une source (38) de signal de référence préétabli en fonction du poids voulu pour la feuille de papier, un moyen permettant de comparer le premier signal avec le signal de référence afin de produire un signal de différence, L. le dispositif de contrôle par rayonnement étant caractérisé en ce qu'il comporte: une source (32, 52; 60) de rayonnement lumineux, un moyen permettant d'appliquer de-façon continue la source lumineuse sur toute la largeur de la feuille, un moyen de détection (34; 56, 58; 62) disposé par rapport à la feuille de façon à recevoir le rayonnement émanant de la feuille par suite de l'application de la source lumineuse de celle-ci et permettant de produire un deuxième signal, un moyen (42) qui compare le deuxième signal avec le signal de différence afin de produire un signal de commande-, et un moyen (44) qui utilise le signal de commande pour régler le poids spécifique de la feuille continue. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de détection (34) est placé en dessous de la feuille en alignement avec la source de rayonnement lumineux de manière à détecter la transmission du rayonnement à travers la feuille. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de détection (36) est placé au-dessus de la feuille de manière à recevoir en réflexion le rayonnement appliqué par la source à la feuille en vue de détecter le rayonnement lumineux réfléchi par la feuille.