Brevet FR2519139A1 — publié le 19830701

1. La présente invention concerne généralement un dispositif de mesure de l'épaisseur d'un revêtement de peinture sur un substrat tel qu'une tôle ou analogue et, plus particulièrement, un dispositif permettant de mesu- rer en continu l'épaisseur du revêtement en peinture par utilisation de rayons infrarouges, On utilise depuis longtemps des tôles peintes en couleurs différentes et analogues dans divers domai- nes industriels pour la fabrication de produits tels que lo matériaux de construction, appareillages, boites de con- serve, etc S'agissant de la peinture des tôles, il est important que l'épaisseur qu'on veut conférer au revête- ment en peinture soit précise, de sorte qu'il est néces- saire d'avoir un dispositif de mesure de haute précision. Jusqu'à présent, on a utilisé des appareils de mesure utilisant des rayonnements, par exemple, des ra- yons X ou des rayons O Cependant, ces appareils ont l'in- convénient que les règlements stricts imposés à leur utilisation ne permettent pas à des personnes non quali- fiées de les actionner ou de les employer, alors que la précision de la mesure pouvant être obtenue n'est pas for- cément très élevée; par conséquent ces appareils de me- sure ont des applications extrêmement limitées, Récemment, on a proposé un appareil de mesure 2. utilisant des rayons infrarouges à la place des rayonx X et des rayons 8; par exemple, dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique n' 3 973 122 Cet appareil de mesure est basé sur la particularité qu'une partie des rayons in- frarouges ayant une longueur d'onde spécifique peut être absorbée par un revêtement de peinture comprenant un haut polymère pendant le passage des rayons à travers le re-. vêtement. L'appareil de mesure décrit dans le brevet cité ci-dessus comprend un radiateur A corps noir émettant des faisceaux de rayons infrarouges ayant une longueur d'on- de prédéterminée vers un film laminé sur un substrat, et un pyromètre électronique recevant les faisceaux de ra- yons infrarouges réfléchis par la surface du substrat et mesurant l'épaisseur du revêtement de peinture sur la ba- se de l'intensité des rayons infrarouges réfléchis dont une partie a été absorbée par le revêtement pendant leur traversée. Cependant, l'appareil de mesure classique dé- crit ci-dessus a l'inconvénient qu'on ne peut obtenir une haute précision de mesure de manière constante avec tous. les types de revêtements de peinture. Par conséquent, un objet essentiel de la pré- sente Invention est un appareil de mesure de l'épaisseur d'un revêtement de peinture par utilisation de rayons in- frarouges, qui permette de mesurer l'épaisseur de divers types de revêtements de peinture avec une précision éle- vée. Un autre objet de la présente invention est un appareil de mesure du type décrit ci-dessus qui permette de mesurer l'épaisseur d'un revêtement de peinture avec unehaute précision en éliminant l'influence des rayons infrarouges rayonnés qui sont dus aux températures tant du revêtement de peinture que du substrat en soi. Selon la présente invention, on prévoit un ap- pareil permettant de mesurer des revêtements de peinture formés sur un substrat tel qu'une tôle, qui comprend un radiateur à corps noir émettant continuellement des ra- 3. yons infrarouges constants vers le revêtement du subs- trat acheminé continuellement dans une seule direction; au moins un filtre passe-hande pour que passent seulement des rayons infrarouges ayant une gamme de longueur d'onde prédéterminée, ces rayons comprenant les rayons émis par le radiateur à corps noir et réfléchis par la surface du substrat et traversant le revêtement de peinture et les rayons rayonnés qui sont dus aux températures du revête- ment de peinture et du substrat; des détecteurs de rayons infrarouges, dont l'un détecte l'intensité des rayons in- frarouges réfléchis par le substrat pour transformer ces rayons réfléchis en signaux électriques correspondants, alors que l'autre détecte l'intensité des rayons infrarou- ges rayonnés qui sont dus aux températures du revêtement de peinture et du substrat pour transformer ces rayons en signaux électriques correspondants; une source de signaux de référence dans laquelle divers coefficients de référen- ce pré-mesurés de l'absorption de rayons infrarouges en fonction de diverses épaisseurs du revêtement de peinture -20 et divers coefficients de réflexion de référence pré-me- surés en fonction de divers types de surface de réflexion de substrats différents sont mémorisés et des signaux représentant ces coefficients de référence sont produits; et un ensemble de traitement dans lequel sont comparés les signaux provenant des deux détecteurs de rayons infra- rouges, et les signaux ne représentant que l'intensité des rayons infrarouges réfléchis par le substrat sont pro- duits sous forme de signaux représentant l'épaisseur du revêtement de peinture après traitement sur la base des coefficients de référence fournis par la source de signaux de référence Par conséquent, selon la présente inven- tion, les valeurs de l'épaisseur de différents types de revêtements de peinture peuvent être mesurées avec une précision élevée, En outre, comme les signaux produits dans l'ensemble de traitement ne représentent que le rayonnement infrarouge réfléchi & la surface du substrat sans influence des rayons infrarouges rayonnés qui sont dus à la température du revêtement de peinture et du 4. substrat en soi, les signaux peuvent représenter l'épais- seur du revêtement de peinture avec une précision élevée. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de mesure selon un mode de réalisation par- ticulier de la présente invention; et La figure 2 est une vue en plan de dessus d'un disque tournant utilisé dans l'appareil de la figure 1. En liaison avec la figure 1, on a représenté un appareil de mesure selon la présente invention Dans la figure, la référence 1 représente une feuille en cou- leur comportant un substrat 2 et un revêtement de peintu- re 3 laminé sur le substrat 2 La feuille 1 est acheminée dans une direction représentée par la flèche P par un mo- yen de convoyage (non représenté). L'appareil de mesure comprend généralement un moyen 4 de détection de rayons infrarouges qui est dis- posé sur le trajet de la feuille 1 de manière à être en regard du revêtement de peinture 3 de la feuille 1 de- vant être acheminée Le moyen de détection 4 comprend un logement 5, un radiateur à corps noir 6 permettant d'émet- tre des faisceaux de rayons infrarouges vers la feuille 1 et une cavité 8 disposée à proximité du radiateur 6 en un endroit situé à l'avant de ce radiateur dans le sens d'avancement de la feuille 1, Le radiateur 6 a sensiblement la même construc- tion que le radiateur à corps noir 6 représenté dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 973 122 cité pré- cédemment En d'autres termes, le radiateur 6 comporte une cavité hémisphérique ayant à sa partie supérieure un trou 7, et est disposé de manière à être chauffé électri- quement ë une température constante sous la commande d'un régulateur thermostatique (non représenté) de façon à produire dans l A direction de la feuille 1 des rayons infrarouges qui ont une gamme d'ondes comprenant des lon- gueurs pouvant être fortement absorbées par le revêtement 5. de peinture 3 du substrat 2 pendant leur traversée du revêtement. Les rayons infrarouges émis par la surface inté- rieure du radiateur 6 pénètrent dans la couche du revête- ment de peinture 3 et sont réfléchis à la surface supé- rieure 2 a du substrat 2, puis traversent la couche de revêtement 2 pour se diriger vers le trou 7 de la cavi- té Les rayons infrarouges passant par le trou 7 sont constitués non seulement des rayons réfléchis mais égale- l O ment des rayons rayonnés par suite de la température de la feuille 1 en soi. L'autre cavité 8 a la même forme et comporte un trou 9 qui admet les rayons infrarouges rayonnés par sui- te de la température de la feuille 1. Le moyen 4 de détection des rayons infrarouges comprend en outre un disque tournant 10 qui comporte une pluralité de filtres passe-bande il qui laissent passer les rayons infrarouges provenant des trous 7 et 9 des ca- vités 6 et 8, des lentilles condensatrices de lumière 14 et 15 qui recueillent respectivement les rayons infra- rouges provenant des parties respectives du disque ll et les transfèrent & des détecteurs respectifs de rayons in- frarouges 16 et 17. Le disque 10 est mis en rotation à une vitesse prédéterminée constante par un moteur électrique 13 Les filtres passe-bande là sont disposés concentriquement sur le corps 12 du disque de façon à recevoir les rayons in- frarouges provenant du substrat 1, Chaque filtre lh permet le passage d'une gamme de longueurs d'onde prédéterminée par exoeple de 1 à 3 pm ou de 3 à 6 pm. Les détecteurs 16 et 17 détectent respectivement les rayons infrarouges ayant traversé les filtres 11, et les rayons infrarouges provenant du corps 12 du disque en soi qui sont rayonnés par suite de la température produi- te par la chaleur provenant du radiateur à corps noir 6. Les détecteurs 16 et 17 transforment respectivement les rayons infrarouges qu'ils reçoivent en signaux électri- ques correspondant à la quantité de rayons infrarouges et fournissent respectivement en temps partagé les signaux à des circuits de traitement de signal 18 et 19 Dans cha- cun des circuits de traitement de signal 18 et 19, les signaux correspondants aux rayons infrarouges ayant tra- versé:les filtres ll et les signaux correspondant aux rayons infrarouges rayonnés par le corps 12 du disque sont comparés les uns aux autres; ensuite des signaux re- présentant la différence entre les deux types de signaux d'infrarouges sont émis et appliqués à un comparateur 21 inclus dans un ensemble de traitement 20 En d'autres ter- mes, les signaux produits dans le circuit de traitement 18 représentent la quantité totale des rayons infrarouges réfléchis par la feuille 2 ainsi que des rayons rayonnés par suite de la température de la feuille 2, ne compre- nant pas les rayons infrarouges rayonnés par suite de la température du radiateur 6 en soi, Alors que les signaux produits par le circuit de traitement 19 ne représentent que la quantité des rayons infrarouges rayonnés par suite de la température de la feuille 1, non compris les rayons- infrarouges, rayonnés par suite de la température du ra- diateur 6. L'ensemble de traitement 20 comprend le compa- rateur 21 et un circuit de conversion de fonction 22. Dans le comparateur 21, les signaux provenant des circuits de traitement 18 et là sont comparés, et les signaux re- présentant-la différence entre les signaux provenant des deux circuits de traitement 18 et 19 sont transformés en signaux représentant l'absorbance concernant le revête- ment de peinture 2 de la feuille 1 et appliqués au circuit deccrversicn de fonction 22 La différence n'indique que la quantité des rayons infrarouges ayant traversé la cou- che du revêtement en peinture 3, non compris les rayons infrarouges rayonnés par suite de la température de la feuille 1, On a prévu une source de signaux de référence 23 dans laquelle des données de référence, c'est-à-dire divers coefficients de référence de l'absorption d'infra- rouges par diverses épaisseurs du revêtement de peinture. 7, 2 et divers coefficients de réflexion de référence relatifs à la surface supérieure 2 A de feuilles différentes 2, peu- vent être mémorisées Les signaux dé référence représen- tant ces coefficients d'absorption de rayons infrarouges et les coefficients de réflexion sont fournis par la sour- ce de signaux de référence 23 au circuit de conversion de fonction 22 il y a également un circuit d'entrée de don- nées de correction 24 auquel peuvent être appliquées en continu ou périodiquement lors d'un stade antérieur des îO données de correction concernant les conditions de trai- tement de la tôle, Les coefficients de réflexion de la surface supérieure 2 a de la feuille 2 dépendent de condi- tions de traitement telles que la rugosité de la surface supérieure du substrat 2 et l'épaisseur du revêtement de conversion sur la surface 2 a de la feuille 2 Les signaux électriques de correction correspondant aux conditions de traitement peuvent être produits et appliqués au circuit de conversion de fonction 22 de façon que les signaux de référence fournis au circuit 22 à partir de la source 23 puissent être corrigés par les signaux de correction pro- venant du circuit d'entrée de données de correction 24. Dans le circuit de conversion de fonction 22, les signaux provenant du comparateur 21 sont traités sur la base d'une formule de conversion de fonction en utili- sant les renseignements de référence, c'est-à-dire les signaux représentant les coefficients de référence d'ab- sorption de rayons infrarouges par le revêtement de pein- ture 3 et la réflexion de référence dans les coefficients de la surface supérieure 2 a du substrat 2; et des signaux représentant l'épaisseur du revêtement de peinture 2 sont - produits et entrés dans un indicateur 25 dans lequel l'épaisseur du revêtement de peinture 2 peut être donnée. Lps signaux représentant l'épaisseur du revêtement 2 peu- vent être utilisés pour commander un appareil de revête- ment en peinture (non représenté) et régler la quantité de peinture à appliquer, Bien que la présente invention ait été décrite à titre d'exemple en liaison avec les dessins d'accompa- ? 51 9 139 8. gnement, on notera que divers changements et modifica- tions apparaîtront à l'homme de l'art Par exemple,la ca- vité 8 peut être disposée en un endroit situé à l'avant du radiateur à corps noir 6 dans le sens d'avancement du substrat l,car le chauffage dé aux rayons infrarouges provenant du radiateur 6 est extrêmement faible En outre, les signaux représentant la quantité de rayons infrarou- ges provenant du corps 12 du disque peuvent être appli- qués & un autre circuit que celui des détecteurs d'infra- rouges 16 et 17, par exemple, au circuit d'entrée des données de correction 24 De plus, les filtres 11 peuvent être disposes en des endroits fixes autres que sur le corps 12 en utilisant un corps de disque tournant qui comporte des trous laissant passer les rayons infrarou- ges en provenance du radiateur 6 pour qu'ils traversent les filtres De plus, le disque tournant 10 peut être agencé de manière à ne comporter qu'un filtre passe-ban- de Par conséquent, sauf avis contraire, des tels change- ments et modifications ne s'écartent pas du cadre de la présente invention, et doivent être considérés comme en faisant partie. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de va- riantes qui apparaîtront & l'homme de l'art. * 9 2519139 REVENDICATIONS l Appareil de mesure de l'épaisseur d'un revêtement de peinture formé sur un substrat, caractéri- sé en ce qu'il comprend un radiateur à corps noir émet- tant continuellement des rayons infrarouges constants vers le revêtement de peinture du substrat, lequel est continuellement acheminé dans une même direction; au moins un filtre passe-bande admettant des rayons infra- rouges ayant une gamme de longueurs d'onde prédéterminées le traversant, ces rayons infrarouges comprenant les rayons infrarouges émis par le radiateur à corps noir, réfléchis à la surface du substrat et traversant le revê- tement de peinture et les rayons infrarouges rayonnés par suite de la température tant du revêtement de peinture que du substrat; des détecteurs de rayons infrarouges dont l'un détecte l'intensité des rayons infrarouges réfléchis par le substrat pour les transformer en signaux électri- ques correspondants, et l'autre détecte l'intensité des rayons infrarouges rayonnés par suite de la température tant du revêtement de peinture que du substrat pour les transformer en signaux électriques correspondants; une source de signaux de référence dans laquelle divers coef- ficients de référence pré-mesurés de l'absorption de rayons infrarouges en fonction de diverses épaisseurs du revêtement de peinture et divers coefficients de réfle- xion de référence pré-mesurés en fonction de divers ty- pes de surfaces de réflexion de substrats différents sont mémorisés et des signaux représentant ces coefficients de référence sont produits; et un ensemble de traitement dans lequel les signaux provenant des détecteurs de ra- yonnements infrarouges sont comparés, et des signaux ne représentant que l'intensité des rayons infrarouges ré- fléchis par le substrat sont produits sous forme de si- gnaux représentant l'épaisseur du revêtement de peinture après avoir été traités sur la base des coefficients de référence fournis par la source de signaux de référence. 2 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le radiateur à corps noir comporte une ca- 10. vité hémisphérique, à partir de la surface intérieure de- laquelle les rayons infrarouges sont émis, et à sa partie supérieure un trou pour admettre les rayons infrarouges réfléchis par le substrat et les laisser passer pour les diriger vers les filtres passe-bande. 3 Appareil selon la revendication 2, caracté- risé en oe qu'il comprend en outre une seconde cavité disposée à proximité de la cavité du radiateur à corps noir dans le sens d'avancement du substrat, la seconde cavité comportant à sa partie supérieure un trou pour l'admission des rayons infrarouges rayonnés qui sont dus à la température tant du revêtement de peinture que du substrat et leur passage vers les filtres passe-bande. 4 Appareil selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les filtres passe-bande sont disposés concentriquement sur un disque tournant de manière à re- cevoir à leur tour les rayons infrarouges réfléchis en provenance des trous des deux cavités pendant la rotation du disque. 5 Appareil selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'entrée de données de correction, données concernant les condi- tions de traitement du substrat au cours d'une étape an- térieure qui ont un effet sur les coefficients de réfle- xion de la surface du substrat qui sont mémorisées et appliquées à l'ensemble de traitement de manière à corri- ger les coefficients de réflexion fournis par la source de signaux de référence.