Brevet FR2526937A1 — publié le 19831118

PRfCECE ET APPAREIL DE MESURE SANS CONTACT DE L'EPAISSEUR Z REVETEMENIS SUFERFICIELS L' invention se rapporte à un procédé et un appareil de mesure sans contact de l'épaisseur de revêtements superficiels. On connaît un grand nombre de méthodes de mesure de ltépaisseur de revetements déposés à la surface d'une pièce ; on peut citer, par exemple, les méthodes gravimétriques, par rétrodiffusion des rayons ss, par mesures de capacité ou par induction (courant de Fbucault), optiques ou pneumatiques ; cependant, la plupart d'entre elles exigent un contact de la pièce avec le "capteur" de mesure, ce qui est gênant dans un grand nom- bre de cas, par suite, par exemple, de la fragilite, la viscosité (graisse, vernis, etc...), l'adhérence (colle) ou l'agressivité chimique du revêtement vis-à-vis du (ou des) matériau(x) constitutif(s) du capteur. Les mesures sans contact s'imposent donc dans un grand nombre de cas, et on a alors recours principalement aux méthodes optiques, pneumatiques, par induction ou par rétrodiffusion de rayons ss. Cependant, la plupart de ces méthodes exigent également un étalonnage préalable des mesures avec des échantillons revêtus de couches d'épaisseurs connues ; or, il est très difficile d'obtenir des échantillons revêtus de couches minces, par exemple de 1 à 50 um d'épaisseur prédéterminée et contrôlée. La méthode et le dispositif suivant-l'invention permettent de résoudre le problème de mesure de l'épaisseur de revêtements sur des pièces conductrices de l'électricité, en général métalliques, sans contact ni échantillons de référence. La méthode s'applique préférentiellement aux épaisseurs relativement faibles, soit entre 1 et 50 Wn environ, le revêtement étant solide, ou du moins relativement visqueux (viscosité > 1 poise environ) et de nature isolante ; elle s'étend cependant aux revêtements dont la résistivité électrique etXou la perméabilité magnétique sont notablement différentes du matériau constituant le substrat. La méthode consiste à amener successivement après réglage initial, au même point de mesure, au voisinage de la surface de la pièce revêtue, deux capteurs dont l'un est sensible à la position de la surface extérieure du revêtement et dont l'autre est sensible à la position de la surface du substrat. Dans une réalisation préférentielle, le capteur "superfi- ciel" est un capteur pneumatique, type "Solex", et le capteur "de profondeur" est un capteur à courants de Foucault. Un dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode cidessus comporte essentiellement les deux capteurs superficiel et de profondeur montés solidairement sur un même élément "porte-capteurs", lequel est mobile soit en translation, soit en rotation suivant un (ou deux) axe (s) (perpendiculaires). Un dispositif classique permet de positionner la pièce revêtue à mesurer par rapport au capteur utilisé dans la position "mesure". Les capteurs sont positionnés successivement au voisinage de la pièce revêtue par translation ou rotation (S) du porte capteur. Ce positionnement est obtenu en recherchant l'extrêmum de la réponse du capteur superficiel autour du point de mesure.Le capteur est alors disposé n,orrrtalerrient à la surface extérieure de la pièce au point de mesure. Après quoi, on arène le capteur de profondeur dans la meme position relative par rapport au point de mesure. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un dispositif et des exemples d'utilisation ci-après, ceux-ci ne limitant nullement la portée de celle-là. Le dispositif comporte un bâti (1) composé d'un socle (2), d'une colonne (6! et de deux tiges parallèles (3) sur lesquelles se déplace un support d'échantillon (4) en forme de V. La colonne (6) supporte par l'intermédiaire d'écrous de réglages grossier et fin (7, 8) un bras horizontal (5) auquel est fixé le porte-capteur (11) mobile autour de l'axe XX', par l'intermédiaire des roulements coniques (12) ; dans le porte-capteur sont fixés rigidement les- capteurs superficiels (S) et de profondeur (P) respectivement du type Solex et à courant de Foucault. Bien sûr, les capteurs sont reliés aux dispositifs de mesure correspondants S1 (menomètre) et P1 (millivoltmètre digital). Le réglage de la position du porte-échantillon (4) et de l'échantillon (9) se fait à l'aide de la vis d'approche (13) et la rotation du porte-capteur (11) est-effectuée à l'aide de la vis tangente (14). Entre P et P1 sont évidemment intercalés les dispositifs électroniques adéquats pour régler le zéro et linéariser la réponse du capteur P. La mesure de l'épaisseur d'un revêtement est réalisée de la faon suivante : on place un échantillon nu de même nature, dimension et rugosité superficielle que les échantillons revêtus sur le porte-échantillon (4) et on l'approche du capteur P de manière que la lecture LP soit extrema le (minimum ou maximum) lors d'une légère rotation alternative du portecapteur (11). On règle alors la lecture LP de P1 sur zéro. Après rotation du porte-capteur (il) on amène le capteur S au voisinage de l'échantillon nu de manière à ce que la lecture LS soit extrêmale. On repère alors la position LS qui est le zéro de l'échelle S. Pour étalonner l'appareil une fois pour toute, avant sa mise en service, on dispose sur la même verticale un échantillon nu ou revêtu (de même nature et rugosité que les échantillons revêtus à mesurer) et un appareil de mesure de longueur (tel qu'un coarateur mécanique, non représenté sur les dessins) ; on règle le zéro de P comme indiqué cidessus et en manoeuvrant les écrous (7, 8) on éloigne le capteur P de l'échantillon ; on calibre alors 1' appareil P1 de manière que sa lecture LP soit proportionnelle au dépLzzement imposé au capteur P et lu sur le comparateur dans le domaine des épaisseurs à mesurer. L'indication LP (en millivolt) de P1 est alors un multiple choisi du déplacement (par exemple deux fois en pm). Pour mesurer l'épaisseur d'un revêtement, on remplace l'échantillon d'étalonnage par l'échantillon revêtu (9) à mesurer et on l'approche du capteur (S) de manière à obtenir la lecture extrêmale L1. On approche alors par rotation le capteur (P) dont la lecture extrêmale (LP) est proportionnelle à l'épaisseur du revêtement, avec le facteur de proportionnalité choisi. EXEMPLE 1 On a revêtu des cylindres AZ8GU recuits (norme AENCR A50-411) par une mince couche de polyéthylène réalisée au trempé dans une solution contenant 10 z de polyéthylène et 90 % de trichloréthylène, puis par évaporation du solvant. Ces cylindres ont été soumis à diverses passes d'étirage à froid et on a mesuré l'épaisseur de revêtement du polyéthylène avant et après l'opération d'étirage, repérée par l'allongement imposé 1 - 10 (A = ). Les résultats obtenus sont les suivants Echantillon Epaisseur avant Allongement Epaisseur après n étirage d'étirage étirage ( m) à froid ( m) 1 22,6 1,16 8,8 2 4,1 1,40 2,5 2 4,1 1,40 2,5 3 12,9 1,63 6,9 4 19,0 1,90 8,1 5 27,2 1,25 10,7 6 41,0 1,16 12,7 7 9,6 1,06 7,5 8 8,7 1,16 5,6 9 9,4 1,40 4,8 10 : 15,6 1,25 7,9 11 45,8 1,25 -14,2 12 42,5 1,40 12,2 REVENDICPIICNS 10/ Méthodedemesure sans contact et sans échantillon de référence de l'épaisseur d'un revêtement sur substrat conducteur de l'électricité, à l'aide de deux capteurs (S, P), caractérisée en ce qu'on amène successivement au même point de mesure, au voisinage de l'échantillon (9) l'un des capteurs (S) sensible à la position de la surface extérieure du revêtement et l'autre (P) sensible à la position de la surface du substrat. 20/ Méthode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le capF teur superficiel (S) est de type pneumatique et le capteur de profondeur (P) est un capteur à courant de Fbucault. 30/ Méthode selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la position des capteurs (S et P) lors de la mesure est déterminée par l'extremum de leur réponse. 40/ Dispositif pour appliquer la méthode selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant un bâti (1) supportant sur un système mobile (5) un porte-capteur (11) mobile dans lequel sont rigidement fixés deux capteurs (S et P), caractérisé en ce que l'on peut amener successivement chacun des deux capteurs (S et P) en regard de la même zône de l'echan- tillon à mesurer (9) par mouvement du porte-capteur (11). 50/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mouvement du porte-capteur (11) est un mouvement de translation. 60/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le msuve- ment du porte-capteur est un mouvement de rotation (ou une oombinaisDn de deux rotations d'axes sensiblement perpendiculaires). 70/ Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 6, caractérisé en ce que l'axe des capteurs (S) et (P) sont sensiblement perpendiculaires à la surface extérieure de l'échantillon revetu (9) à mesurer.