Brevet FR2538905A1 — publié le 19840706

L'invention concerne le contrôle en continu et sans contact d'une bande de matériau en défilement, en particulier d'une bande de caoutchouc destinée à la réalisation de pneumatiques. De telles bandes sont produites par une machine telle qu'une extrudeuse d laquelle est associée une filière donnant la forme désirée à la bande de caoutchouc. Elles doivent être contrôlées pour y détecter des variations de massenotamment des inclusions d'air, qui les rendraient impropres à la fabrication des pneu- matiques. On a essayé un contrôle par pesée mécanique, au niveau d'un rouleau-support de la bande en défilement. L'efficacité et la précision de ce moyen de contrôle, quelques centièmes en valeur relative, ne sont pas véri- tablement satisfaisantes D'ailleurs, comme la bande est portée en sortie de l'extrudeuse par un tapis méca- nisé, l'effort de tension tend à fausser la pesée mécanique. A côté de cela, il n'est pas souhaitable tech- niquement d'implanter le rouleau-support de pesage très près de l'extrudeuse En effet, la bande de caoutchouc en sort chaude et déformable, en même temps qu'elle bouge autour de sa position moyenne Enfin,,des réglages précis et délicats sont nécessaires chaque fois que l'on change la géométrie de la bande, en fonction du type de pneuma- tique à fabriquer. Dans ces conditions, l'invention a pour but la mesure de la masse par unité de longueur de la bande de caoutchouc en défilement. L'invention a également pour but de détecter sans contact des variations de poids localisées très faibles, pouvant descendre jusqu'à quelques millièmes en valeur relative, dans une bande de matériau en défilement. -2- L'invention a aussi pour but de permettre le maintien de cette précision, même en présence de dépla- cements de la bande de matériau en défilement autour de sa ligne de passe moyenne. L'invention a encore pour but d'effectuer ladite détection dans des conditions de travail diffi- ciles: matériau en défilement restant chaud en sortie d'extrudeuse; ambiance nocive, en présence de soufre. Enfin, l'invention a aussi pour but d'adapter facilement la mesure à des bandes de largeur et/ou de profils différents, correspondant par exemple à diffé- rents types-de pneumatiques à fabriquer. Pour obtenir cela, l'invention propose tout d'abord un procédé de contrôle d'une bande de matériau en défilement, en particulier d'une bande de caoutchouc, -à l'aide d'une jauge à rayonnement ionisant, agissant dans un plan de mesure transversal à l'axe de défilement de la bande. Selon ce procédé, on prévoit, d'un côté de la zone de passe de la bande dans le plan de mesure, deux sources de rayonnement ionisant sensiblement ponctuelles, collimatées, semblables, positionnées et orientées pour définir au niveau de la zone de passe de la bande une fluence de rayonnement sensiblement constante, le faisceau de rayonnement résultant débordant ladite zone de passe de part et d'autre, et, de l'autre côté, à proximité de ladite zone de passe, un dispositif détecteur possédant une face active de grande longueur, placée pour recevoir - sensiblement l'ensemble du rayonnement émis En même temps, on surveille les variations du signal de sortie du dispositif détecteur au fur et à mesure du défilement de la bande. -3- Cela permet de détecter sans contact, avec grande précision, des inclusions d'air internes localisées dans la bande, indépendamment des fluctuations de posi- tion de celle-ci autour de sa zone de passe moyenne Il s'est avéré en effet que l'utilisation convenable de plusieurs sources permet de détecter de faibles varia- tions de masse localisées de la bande de caoutchouc, même lorsque celle-ci est sujette à de petits déplace- ments dans un plan perpendiculaire à son axe de défilement. L'expression "'fluence" est définie dans une Recommandation de la Commission Electrotechnique Internationale (publication 476; 1 ère édition 1974) "Fluence (de particules): En un point donné de l'espace, quotient du nombre d N de particules qui pénètrent en un intervalle de temps donné dans une sphère convenablement petite centrée en ce point, par l'aire da du grand cercle de cette sphère: = d N/da " Comme le font souvent les hommes de l'art, le mot "fluence" est utilisé ici aussi bien pour les radiations électromagnétiques (photons) que pour les particules, a ou par exemple. On notera par ailleurs qu'en théorie, la fluence n'est constante qu'à un moment donné Elle varie en fonction du temps avec la décroissance d'acti- vité des sources radioactives concernées Cependant, s'agissant de sources à période longue ( 450 ans environ pour l'Américium 241 par exemple), la décro'issanèe radioactive est négligeable On admet alors que la fluence est également constante par rapport au temps. L'invention propose également un appareil de contrôle d'une bande de matériau en défilement, en particulier d'une bande de caoutchouc, comprenant un cadre-support avec deux bras parallèles qui contiennent respectivement un dispositif émetteur de rayonnement ionisant occul- table et un dispositif détecteur de rayonnement ionisant, -4- ces deux dispositifs définissant ensemble un plan de mesure o le rayonnement émis traverse la bande pour être reçu ensuite par le dispositif détecteur. Selon l'invention, le dispositif émetteur comprend deux sources de rayonnement ionisant sensible- ment ponctuelles, collimatées, semblables positionnées et orientées pour définir au niveau de la zone de passe de la bande dans le plan de mesure une fluence de rayon- nement sensiblement constante,le faisceau de rayonnement résultant débordant ladite zone de passe de part et d'autre, et le dispositif détecteur est agencé avec une face active de grande longueur, placée transversalement à proximité de ladite zone de passe, pour recevoir sensiblement l'ensemble du rayonnement émis. Ceci permet par surveillance des variations du signal de sortie de la chambre d'ionisation de détecter sans contact, avec grande précision, des inclu- sions d'air internés localisées dans la bande, indépen- damment des fluctuations de position de celle-ci autour de sa zone de passe moyenne. De préférence, les deux sources sont disposées sur une même parallèle à la grande dimension transversale de la bande, et espacées sensiblement de la largeur de celle-ci D'un autre côté, les deux sources possèdent sensiblement la même activité et le même spectre spatial de rayonnement En pratique, le plan de mesure est sensi- blement perpendiculaire à l'axe de défilement de la bande. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le cadre-support est en forme générale de C, dont le bras supérieur contient les deux sources radio- actives, et le bras inférieur contient la chambre d'io- nisation Pour les applications aux bandes de caoutchouc, en particulier, il est prévu une rampe de soufflage orientée vers la fenêtre de la chambre d'ionisation. -5- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée qui va suivre et des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 illustre schématiquement un dispositif classique de contrôle d'une bande de caoutchouc destinée à la réalisation de pneumatiques; la figure 2 est un schéma de principe illustrant le procédé selon l'invention; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif selon l'invention; la figure 4 est une vue de gauche par rapport à la figure 3, porte 212 enlevée, et illustre la ligne de coupe A-A suivant laquelle est prise la figure 3; la figure 5 est une coupe suivant la ligne B-B de la figure 3, tandis que la figure 6 est un détail de la partie supérieure de la figure 5; et les figures 7 et 8 sont des coupes suivant les lignes C-C (parties internes enlevées) et D-D de la figure 3, respectivement. La figure 1 illustre schématiquement une extru- deuse avec filière EXT, qui délivre une bande de caout- chouc supportée par des rouleaux puis par un tapis méca- nisé Elle est dirigée vers un dispositif de réception TRF, qui assure son traitement, avec refroidissement. La forme générale en section droite de la bande B est illustrée sur la figure 3, et peut être définie comme un trapèze ou un triangle très plat En pratique, les bandes destinées à la fabrication de pneumatiques peuvent comporter des rainures sur toute leur longueur Leur largeur nominale peut aller jusqu'à 550 mm, et leur épaisseur nominale jusqu'à 40 mm. -6- Il est connu de placer sur le trajet de la bande un équipage de pesage EQP, muni d'un rouleau (ou plusieurs) sur lequel passe la bande L'inconvénient majeur de cette disposition est son manque de précision, car la force d'appui exercée sur le rouleau intéresse une longueur de bande non négligeable de part et d'autre du rouleau La mesure de cette force d'appui donne donc des informations peu fines, quant àdla présence d'inclu- sions d'air (ou de surcharges) à un endroit donné de la bande. D'autres inconvénients de l'usage d'un tel équipage de pesage ont déjà été indiqués plus haut. La présente invention permet une telle préci- sion, en perfectionnant les jauges à rayonnement ionisant. On remplace donc l'équipement EQP de la figure 1 par une jauge (figure 2) à sources radioactives 121 et 141 et détecteur tel qu'une chambre d'ionisation 310, agissant dans un plan de mesure transversal à l'axe de défilement de la bande, de préférence sensiblement per-. pendiculaire à celui-ci En pratique, la jauge peut être placée plus près de l'extrudeuse que ne l'est l'équipement EQP; et des rouleaux, de simple support, sont le cas échéant placés en amont et-en aval Les sources et la chambre d'ionisation peuvent être munies de feuilles minces de matière, dites fenêtres, sur le trajet des radiations. Selon l'invention, on prévoit ainsi, d'un côté de la zone de passe de la bande B dans le plan de mesure, deux sources radioactives sensiblement ponctuelles, collimatéessemblables 121 et 141, possédant sensiblement la même activité et le même spectre spatial de rayonne- ment, positionnées et orientées pour définir au niveau de la zone de passe de la bande une fluence de rayonnement sensiblement constante, le faisceau de rayonnement résul- tant débordant ladite zone de passe de part et d'autre, -7- et, de l'autre côté, à proximité de ladite zone de passe, une seule chambre d'ionisation 310 de grande longueur, placée pour recevoir sensiblement l'ensemble du rayon- nement émis On surveille les variations du signal de sortie de la chambre d'ionisation au fur et à mesure du défilement de la bande, ce qui permet de détecter sans contact, avec grande précision, des inclusions d'air internes localisées dans la bande (ou des surcharges) indépendamment des fluctuations de position de celle-ci autour de sa zone de passe moyenne. Les sources 121 et 141 ont sensiblement la même activité, et un spectre spatial de-rayonnement en forme générale de cloche, à peu près symétrique autour d'un axe (avec naturellement des fluctuations statistiques). Elles sont placées sur une même parallèle à la ligne de passe (L), et leur écartement est de l'ordre de la largeur de la bande En faisant intersecter les faisceaux des deux sources, et converger légèrement leurs axes de rayonnement, d'un angle e d'environ 100 par rapport à la verticale, et en positionnant convenablement les sources 121 et 141, il s'est avéré que la précision de détection de variations de poids descend à quelques millièmes, même en présence de petits déplacements latéraux et, surtout, verticaux de la bande On obtient alors une fluence de radiations sensiblement constante au niveau de la zone de passe, ou plus précisément de la ligne de passe L de la bande B, sur toute la largeur de la bandepàr le choix approprié des -paramètres défi- nissant le rayonnement. Dans la réalisation actuellement préférée, les sources sont à base d'Américium 241, qui produit des rayons X En variante, on peut utiliser: comme sources de rayons X, le Plutonium 238 ou le Curium 244, comme sources de rayons y, le Césium 137, ou le Cobalt , comme sources de rayons e (particules) le Strontium 90, le Krypton 85 ou le Promethium 147. De son côté, la chambre d'ionisation est remplie d'un gaz, qui peut être du Xénon, de l'Argon, ou encore du Krypton. On décrira maintenant en détail l'appareil selon l'invention, en référence aux figures 3 à S. Sur la vue d'ensemble de la figure 3, l'appa- reil comporte un cadre-support en forme générale de C, avec un montant vertical 2, et des bras supérieur 1 et inférieur 3, dont l'écartement est réglable, ici par déplacement de la fixation du bras 1 sur le montant 20 Essentiellement, le bras supérieur 1 loge deux porte-sources 111 et 131 Ceux-ci sont fixés sur des platines d'appui respectives 112 et 132, permettant leur fixation en position réglable horizontalement et verti- calement. De son côté, le bras inférieur 3 contient (figures 3 et 5) la chambre d'ionisation 310, constituée d'une longue cuve conductrice 311, à section droite en U légèrement ouvert, enfermant une anode tubulaire (non représentée) et fermée en haut par une plaque mince en 2-5 alliage léger également conductrice 312 La chambre 310 est remplie d'un gaz rare sous une pression de 1 à 2 bars. Sa cuve 311 repose sur des cales isolantes transversales 303 et 304, qui à leur tour prennent appui sur des cor- nières 301 et 302 fixées intérieurement au bras 3. La chambre d'ionisation est reliée à un circuit électronique 340, ou tête de mesure, comprenant une alimentation haute tension 341 ( 500 à 2 000 V) et un préamplificateur 342 L'alimentation haute tension porte la paroi de la chambre à une tension négative par rapport à l'anode Le préamplificateur amplifie et convertit en 9- tension le très faible courant ( 108 à 1012 A) fourni par la chambre Le signal ainsi transformé est exploita- ble par tout système électronique, analogique ou numéri- que. Sur sa face droite (figures 3 et 4), l'appareil comporte un raccordement électrique 222 vers la tête de mesure 340 Un connecteur 221 va vers les sources par une liaison passant dans le montant 2 et rejoignant une traversée à presse-étoupe 215, qui aboutit dans le bras supérieur 1 Enfin, la face droite reçoit en 223 (figure 4) une alimentation en air comprimé reliée (d'une manière générale les tubulures d'air et liaisons électriques ne sont pas représentées) à une traversée étanche 214 qui aboutit dans le bras supérieur 1. L'air comprimé est amené par un manodétendeur 157 à une électrovanne 156 qui, sous le contrôle de l'entrée électrique 221, commande mécaniquement par vérins (non représentés) le positionnement des porte- sources 111 et 131 en position de mesure (voyant 159 allumé) ou en position protégée (absence d'air, voyant 158 allumé) Les sources sont occultées lorsque le robi- net 155 est en position "sécurité". Cet air comprimé peut servir aussi à mettre en surpression le bras supérieur 1 et le bras inférieur 3. Enfin,-le bras 1 est percé au droit des porte- sources 111 et 131 d'orifices axiaux allongés recouverts de feuilles minces, collées, en alliage léger, formant les fenêtres notées 125 et 145. Différentes portes d'accès, rendues étanches par joint plat, sont prévues: porte 100 à serrure 102 (figure 7) sur la face avant du bras 1 avec une fenêtre au droit du robinet 155; portes 211 et 212 (figure 3) sur le côté gauche du montant 2 (les portes 211 et 212 sont enlevées sur la figure 4); porte 320 (figure 3) -10 pour la mise en place de la chambre d'ionisation; porte 345 (figure 8) au droit de l'électronique. Les deux porte-sources étant identiques, et montés symétriquement, on ne décrira en détail que le porte-source 111, en référence à la figure 6. La platine d'appui 112 supporte par une équerre 113 un bloc 114, formant blindage pour les radiations et muni d'un alésage intérieur cylindrique d'axe parallèle à la grande dimension du bras 1 Dans cet alésage un équipage 115, 116, pivotant autour d'un axe 117, reçoit la source proprement dite 121, tenue en butée contre un épaulement 118 de la pièce 116 par une masse 119 et une bride 120. Sous la source, une collimation est réalisée par deux lames 123 et 124 bridées par les plaquettes 122. Ce collimateur est placé au droit de l'ouverture allongée du bras et de la fenêtre 125 On obtient ainsi un éventail de radiations d'épaisseur mince, correspondant en largeur au.spectre spatial de rayonnement en cloche déjà cité. La position des porte-sources est réglée, pour qu'en position de mesure, ils présentent une orientation angulaire déterminée par rapport à la verticale Cet angle e est à régler pour obtenir la condition précitée de fluence constante, compte tenu de la géométrie définie par les sources, la ligne de passe, la longueur utile de la chambre d'ionisation, et la largeur maximale de la bande mesurée La fourchette des angles d'inclinaison utilisables est comprise entre 200 + 30 (convergent) sur la verticale. Au droit de la face supérieure 312 de la chambre d'ionisation 310, le bras inférieur 3 est muni d'une ouverture 325 (figure 8), recouverte elle aussi d'une fenêtre en alliage léger collée, notée 330 (figure ) Enfin, l'air comprimé est amené à une rampe 350, 2538905. munie sur sa longueur d'orifices assurant l'absence de particules sur la fenêtre 330. Un appareil du type décrit a été fabriqué pour la détection d'inclusions d'air dans des bandes de caoutchouc pour pneumatiques, dont la largeur nominale va jusqu'à 550 mm et l'épaisseur nominale va jusqu'à 40 mm La mesure des variations de masse s'effectue à mieux que 0,2 % sur toute la gamme, pour des fluctuations de la ligne de passe de + 3 mm. Une telle précision constitue une bonne base pour la régulation de l'extrudeuse située en amont. Les caractéristiques particulières de cet exemple d'application sont les suivantes: - 2 sources d'Amêricium 241 (Rayons X, 60 ke V) de 1 Ci, collimatées par une fente réglable de 0,2 à 1 cm; fenêtres de sources en Aluminium d'épaisseur 100 microns environ. Chambre d'ionisation de dimensions intérieures 750 mm de longueur pour 80 mm de largeur et 80 mm de hauteur, avec anode longitudinale, remplie de Xénon sous 1,5 bar;g fenêtre 312 de chambre en Mylar métallisé d'épaisseur 350 microns; fenêtre 330 également en aluminium d'épaisseur 100 microns environ. Entr'axe de sources réglable autour de 550 mm; Entrefer réel entre sources et chambre réglable autour de 400 mm; Hauteur de la ligne de passe au dessus de la chambre 30 mm; Angle e, réglable, dans une fourchette allant de à + 30 environ. -12- En liaison avec un ajustement convenable des positions des sources, latéralement et verticalement, il est apparu qu'un choix convenable de l'angle e permet d'atteindre les conditions précitées de précision. Les expériences menées ont montré que l'utili- sation de deux sources selon l'invention permet une insensibilité remarquable aux déplacements latéraux et verticaux de la bande, même si sa position moyenne est décalée latéralement par rapport à l'axe de symétrie des deux sources. Il a été observé que cela correspond à une condition de fluence sensiblement constante des radia- tions dues aux sources, au niveau de l-a ligne de passe. Bien qu'aucun montage à plus de deux sources n'ait été essayé, il semble possible d'obtenir aussi de cette façon une fluence sensiblement constante, et les avantages de la présente invention (précision et insensibilité aux déplacements). Par ailleurs, l'application essentielle actuel- le de la présente invention est la détection d'inclusions d'air dans des bandes de caoutchouc destinées à la fabrication de pneumatiques Dfautres applications sont cependant envisageables: - détection de surcharges pondérales localisées On notera que, comme la détection d'inclusions-d'air ou autres, la détection de surcharges suppose que la géométrie de la bande en section droite de même que sa densité soient bien constantes; plus généralement, mesure de masse linéique sur un produit en défilement. A cet égard, la présente invention s'étend à toute variante du mode de réalisation décrit qui s'ins- crive dans le cadre des revendications ci-après. -13- REVENDICATIONS 1 Procédé de contrôle d'une bande de matériau en défilement, en particulier d'une bande de caoutchouc, à l'aide d'une jauge à rayonnement ionisant, agissant dans un plan de mesure transversal à l'axe de défilement de la bande, caractérisé par le fait que l'on prévoit, d'un côté de la zone de passe de la bande dans le plan de mesure, deux sources de rayonnement ionisant sensible- ment ponctuelles, collimatées, semblables ( 121, 141) positionnées et orientées pour définir au niveau de la zone de passe (L) de la bande (B) une fluence de rayon- nement sensiblement constante, le faisceau de rayonnement résultant débordant ladite zone de passe de part et d'autre, et, de l'autre côté, à proximité de ladite zone de passe, un dispositif détecteur ( 310) possédant une face active de grande longueur, placée pour recevoir sen- siblement l'ensemble du rayonnement émis, et par le fait que l'on surveille ( 340) les variations du signal de sortie du dispositif détecteur au fur et à mesure du défilement de la bande, ce qui permet de détecter sans contact, avec grande précision, de faibles variations de masse de la bande, en particulier des inclusions d'air localisées, indépendammen-t des fluctuations de position de la bande autour de sa zone de passe moyenne. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que les deux sources ( 121, 141) sont disposées sur une même parallèle à la grande dimension transversale de la bande, et espacées sensiblement de la largeur de celle-ci. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les deux sources ( 121, 141) possèdent sensiblement la même activité et le même spectre spatial de rayonnement. -14- 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le plan de mesure est sensiblement perpendiculaire à l'axe de défilement de la bande. 5 Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les sources de rayon- nement sont des sources de rayons X. 6 Procédé selon la revendication 5, caracté- risé par le fait que les sources de rayonnement sont à base d'Américium 241. 7 Appareil de contrôle d'une bande de matériau en défilement, en particulier d'une bande de caoutchouc, comprenant-un cadre-support avec deux bras parallèles qui contiennent respectivement un dispositif émetteur de rayonnement ionisant occultable et un dispositif détec- teur de rayonnement ionisant, ces deux dispositifs définissant ensemble un plan de mesure o le rayonnement émis traverse la bande pour être reçu ensuite par le dis- positif détecteur, caractérisé par le fait que le dispo- sitif émetteur comprend deux sources de rayonnement ioni- sant sensiblement ponctuelles, collimatées, semblables ( 121, 141) positionnées et orientées pour définir au niveau de la zone de passe (L) de la bande (B) dans le plan de mesure une fluence de rayonnement sensiblement constante le faisceau de rayonnement résultant débordant ladite zone de passe de part et d'autre, et par le fait que le dispositif détecteur ( 310) est agencé avec une face active de grande longueur, placée transversalement à proximité de ladite zone de passe, pour recevoir sen- siblement l'ensemble du rayonnement émis, ce qui permet par surveillance ( 340) des variations du signal de sortie de la chambre d'ionisation de détecter sans contact, avec grande précision, des inclusions d'air internes locali- sées dans la bande, indépendamment des fluctuations de position de celle-ci autour de sa zone de passe moyenne. -15-. 8 Appareil selon la revendication 7, caracté- risê par le fait que les deux sources ( 121, 141) sont disposées sur une même parallèle à la grande dimension transversale de la bande, et espacées sensiblement de la largeur de celle-ci. 9 Appareil selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que les deux sources ( 121, 141) possèdent sensiblement la même activité et le même spectre spatial de rayonnement. 10 Appareil selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le plan de mesure est sensiblement perpendiculaire à l'axe de défilement de la bande. 11 Appareil selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que les-sources de rayon- nement sont des sources de rayons X. 12 Appareil selon la revendication 11, carac- térisé par le fait que les sources de rayonnement sont à base d Américium 241. 13 Appareil selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait que le cadre-support ( 1, 2, 3) est en forme générale de C, dont le bras supé- rieur ( 1) contient les deux sources radioactives ( 121, 141), et le bras inférieur ( 3) contient le dispositif détecteur ( 310). 14 Appareil selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé par le fait que le dispositif détecteur ( 310) est constitué d'une seule chambre d'ionisation de -grande longueur. 15 Appareil selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé par le fait que le bras supérieur ( 1) et le bras inférieur ( 3) sont ajustables en position relative, de même que la position et l'orientation des sources ( 121, 141) dans le bras-supérieur