Brevet FR2616223A1 — publié le 19881209

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DU REMPLISSAGE D'UN MOULE PAR UNE MATIERE REFRACTAIRE PULVERULENTE L'invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle du remplissage d'un moule creux, de section circulaire, par une matière réfractaire pulvérulente telle que de la poudre de quartz cristallisé. Il est connu de déposer en continu sur le fond et la paroi interne d'un moule en rotation, autour de son axe vertical, des grains d'une matière réfractaire, par exemple des grains de quartz cristal- lisé. Cette opération étant effectuée, une source de chaleur est intro- duite dans le moule maintenu en rotation, de manière à fondre les grains sur une certaine épaisseur. Ce procédé permet de fabriquer, par exemple, des creusets de silice. A la fois pour économiser la quantité de matière nécessaire et pour réduire le temps requis par l'opération de remplissage, il est souhaitable de contrôler avec précision les moyens mis en oeuvre pour introduire les grains de matière. Il est déjà connu, par le brevet français FR 2 461 028, d'in- troduire des grains de quartz à l'aide d'un tube coudé, raccordé à sa partie supérieure à une trémie remplie de quartz; l'ouverture ménagée i l'extrémité inférieure dudit tube est tournée vers la paroi latérale du moule. On obtient une couche de grains en remontant l'extrémité in- férieure du tube du fond du moule jusqu'au sommet de la paroi latérale. La vitesse de remontée est constante et préréglée en fonction de la quantité de matière qui s'écoule du tube. L'invention a pour objet de contrôler en permanence la quan- tité de grains déposée sur la paroi latérale du moule, afin d'obtenir 2 616223 une couche régulière d'épaisseur prédéterminée. Le procédé de contrôle selon l'invention, d'après lequel on introduit les grains d'une matière réfractaire dans un moule creux de forme cylindrique qui tourne autour de son axe vertical, de façon i déposer contre ou i proximité de la paroi latérale dudit moule une cou- che cylindrique de rayon interne R, consiste pour l'essentiel à diriger un faisceau de lumière de manière à former une tache lumineuse sur le sommet de la couche dès le début de sa formation, puis à observer le déplacement radial de ladite tache sur ledit sommet, et à modifier la hauteur à laquelle les grains sont introduits et la trajectoire du faisceau lumineux en fonction de la position de la tache lumineuse par rapport à des points de repère déterminés. Après une ou plusieurs réflexions, le faisceau de lumière donnant naissance à la tache lumineuse suit une trajectoire sensible- ment horizontale. La tache lumineuse peut être un simple point engendré par un faisceau étroit et fixe ou un trait horizontal en arc de cercle formé, par exemple par un faisceau étroit interceptant le sommet de la couche. Selon une des caractéristiques de l'invention, on observe tout ou partie du sommet de la couche en formation, on forme la tache lumineuse à une distance R + AR de l'axe de rotation du moule et on modifie en permanence la hauteur à laquelle les grains sont introduits et celle de la trajectoire du faisceau lumineux de manière que la tache demeure à la distance R + A R. Selon une autre caractéristique de l'invention, on forme la tache lumineuse sur le sommet de la couche en formation, on observe un point précis situé à une distance R + i r de l'axe de rotation du mou- le et on modifie la hauteur à laquelle les grains sont introduits et celle de la trajectoire du faisceau lumineux dès que la tache atteint ledit point. La modification de la hauteur à laquelle les grains sont in- troduits et le déplacement de la trajectoire du faisceau lumineux sont, de préférence, effectués simultanément. Les caractéristiques de l'invention et ses avantages seront mieux compris grâce à la description détaillée de l'un de ses modes de réalisation, illustrée par les figures placées en annexe et selon les- quelles: la figure 1 est une vue schématique, en coupe dans un plan vertical, de l'installation permettant la mise en oeuvre de l'inven- tion, les figures 2A et 2B représentent une vue schématique par- tielle, en coupe dans un plan vertical, de l'installation précédente à deux stades du procédé. L'installation représentée schématiquement figure 1 montre un moule 10, de forme cylindrique, relié i un dispositif d'entraînement en rotation, non représenté, par l'intermédiaire d'un axe 11. Ce moule, de préférence métallique, peut être muni d'une paroi interne 12, éventuel- lement perméable aux gaz. Cette paroi 12 délimite i l'intérieur du moule 10 un volume sensiblement cylindrique. Au-dessus du moule se trouve un dispositif d'alimentation en matière pulvérulente, formé d'une trémie non repré- sentée qui se prolonge à sa partie inférieure par un conduit 13. L'ex- trémité inférieure de ce conduit est légèrement coudée et tournée vers la face 14 de la paroi 12. Au-dessus du moule 10, se trouve également un dispositif op- tique. Ce dernier comprend un émetteur 15, fournissant un faisceau lu- mineux 16, un moyen de guidage 17 dudit faisceau et un récepteur 18. L'émetteur peut être, par exemple, un laser hélium-néon don- nant naissance i un étroit faisceau de lumière. Comme l'indiquent les figures 2A et 2B, ce faisceau 16 parcourt sensiblement l'axe vertical d'un conduit 19 qui a notamment pour objet de le protéger contre toute perturbation. Le conduit 19 comporte i sa partie inférieure une surface réfléchissante 20, inclinée i 45 , ainsi qu'une ouverture latérale 21 disposée en face de ladite surface. Le faisceau 16, après réflexion sur la surface 20, sort par l'ouverture 21 selon une trajectoire 22 normale à la face 14. Le récepteur 18 est constitué, par exemple, d'un photomulti- plicateur 23 dont la fenêtre d'entrée, diaphragmée par une fente ou un trou de faible dimension, est dirigée vers le fond du moule 10 i une distance réglable de la paroi 14. Un système optique 24 est associé au photomultiplicateur 23 de manière i former en permanence sur sa fenêtre d'entrée l'image d'un point précis du sommet de la couche E. Ainsi que l'illustrent les figures 2A et 2B, la position du récepteur 18 est réglée de manière que son axe vertical 25 soit i une distance R + Ai r de l'axe de rotation du moule 10. Le point ainsi visé est proche de la paroi interne de la couche définie par le cylindre de rayon R. Préalablement i la formation de la couche E, le moule 10 est E616223 mis en rotation, l'extrémité du conduit 19 et le conduit d'alimentation 13 sont descendus à leur niveau le plus bas i l'intérieur du moule. La vitesse de rotation du moule est assez élevée pour que les grains de poudre qui seront introduits restent appliqués sur la face 14 grâce no- tamment i la force centrifuge. La trémie alimentant le conduit 13 est ouverte i l'aide d'une électro-vanne. A ce moment précis, le faisceau laser 22 forme sur la paroi 14 une tache lumineuse 26. Au fur et i mesure de la formation de la couche E, la tache 26 se déplace radialement sur le sommet incliné de ladite couche vers l'axe de rotation du moule 10. La tache 26 arrive dans l'axe 25 du récepteur 18, correspondant i la distance R + ir, ce qu'illustre la figure 2A. Le photomultiplicateur 23 enregistre alors une variation brutale de l'intensité lumineuse qui se traduit par une augmentation de la tension livrée a un circuit de commande. Dis que la tension a dépassé une valeur seuil déterminée, ce circuit envoie un si- gnal logique à un automate, qui déclenche a son tour un mouvement de remontée des conduits 13 et 19 sur une hauteur déterminée. Ces diffé- rents moyens de commande de déplacement sont connus en soi et ne seront pas explicités davantage. A l'issue de ce mouvement, la trajectoire 22 du faisceau laser et l'extrémité coudée du conduit 13 sont situées a une distance déterminée au-dessus de leurs positions initiales. Les conduits 13 et 19 peuvent être solidaires de supports in- dépendants dont les mouvements de remontée peuvent être commandés sépa- rément. Il est tout de fois préférable que ces deux conduits soient solidaires d'un même support, par exemple une lame d'alésage qui, une fois le remplissage effectué, a pour objet de régulariser la surface de la couche déposée. Le déplacement des deux conduits 13 et 19 sur une hauteur dé- terminée H a pour effet de remonter la tache lumineuse 26 et de la dé- placer radialement vers la face 14, et de remonter la trajectoire des grains de poudre, comme l'illustre la figure 2B. Les grains de poudre se déposent de nouveau au sommet de la couche E ce qui provoque une nouvelle fois le déplacement radial de la tache 24, etc... Il est possible de substituer au dispositif précédent, qui détecte l'arrivée de la tache a une distance radiale déterminée, un dispositif qui détecte tout déplacement radial de la tache depuis une position déterminée. Le premier commande une remontée discontinue des conduits 13 et 19, le second autorise une remontée continue. Dans cet esprit, on peut utiliser un ensemble de photodiodes au nombre de plu- $ sieurs centaines réparties sur une surface rectangulaire ou simplement alignées. Ces photodiodes, associées au dispositif optique sont dispo- sées au mime emplacement que le récepteur 18 et peuvent observer tout ou partie du somet de la couche E. Dès le début de la formation de la couche E, la tache lumi- neuse est formée sur ladite couche en un point situé i une distance ra- diale quelconque. Les photodiodes sur lesquelles se forme l'image de ce point reçoivent l'intensité lumineuse maximale. L'analyse de la quantité de lumière reçue par chaque photo- diode permet de connaître en permanence la position de la tache lumi- neuse sur le sommet de la couche E. Il est donc possible, par exemple à l'aide d'une boucle de régulation simple, de commander en continu ou en discontinu la remontée des conduits 13 et 19 de telle manière que la tache reste toujours très proche d'une position déterminée définie par la distance R + i R. Les figures Illustrant la description montrent la formation d'une couche d'épaisseur constante contre la face cylindrique 14 du moule 10. Il peut se produire, qu'avant cette opération, la paroi in- terne du moule 10 soit préalablement recouverte d'une couche dont la surface est irrégulière. Avec la technique connue, il n'est pas possi- ble d'obtenir sur cette couche une seconde couche dont la surface soit cylindrique. En effet, le remplissage est effectué en remontant le con- duit 13 à une vitesse constante fixée à l'avance; dans ces conditions, la surface de la seconde couche reproduira les inégalités de la surface de la première. D'autre part, l'invention permet de s'affranchir du débit de la trémie alors que les procédés connus exigent que ce débit soit ri- goureusement constant. Avec l'invention, la remontée du conduit 13 est uniquement commandée par la géométrie de surface de la couche dont la formation est suivie en permanence par le récepteur 18. L'invention substitue une commande spatiale à une commande temporelle. Lors de la rectification de la surface de la couche par une lame d'alésage, la quantité de matière éliminée est considérablement réduite par rapport à celle qu'impose la technique antérieure. Toutes les modifications qui peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et au dispositif qui viennent d'être dé- crits, à titre d'exemples, demeurent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle du remplissage d'un moule creux de forme cylindrique par une matière réfractaire pulvérulente, telle que la poudre de quartz cristallisé, selon lequel on introduit les grains de matière de façon continue dans le moule qui tourne autour de son axe vertical, dans lequel les grains se déposent sur ou près de la paroi latérale dudit moule, sous forme d'une couche cylindrique de rayon in- terne R, caractérisé en ce qu'on dirige un faisceau de lumière de ma- nière à former une tache lumineuse sur le sommet de la couche E dès le début de sa formation, puis on observe le déplacement radial de ladite tache sur ledit sommet et on modifie la hauteur i laquelle les grains sont introduits et celle de la trajectoire du faisceau lumineux en fonction de la position de la tache lumineuse par rapport i des points de repère déterminés. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après une ou plusieurs réflexions, le faisceau de lumière don- nant naissance à la tache suit une trajectoire sensiblement horizon- tale. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on observe tout ou partie du sommet de la couche E en forma- tion et on modifie en permanence la hauteur i laquelle les grains sont introduits et celle de la trajectoire du faisceau lumineux de manière que la tache reste toujours très proche d'une position déterminée défi- nie par la distance R + à R. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on forme la tache lumineuse sur le sommet de la couche E en formation, on observe un point précis situé i une distance R + i r de l'axe de rotation du moule et on modifie la hauteur i laquelle les grains sont introduits et celle de la trajectoire du faisceau lumineux dès que la tache atteint ledit point. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la modification de la hauteur i laquelle les grains sont in- troduits et le déplacement de la trajectoire du faisceau de lumière sont effectués simultanément. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la modification de la hauteur i laquelle les grains sont in- troduits et le déplacement de la trajectoire du faisceau de lumière sont effectués selon une série de mouvements ascensionnels discontinus. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 i 5, caractérisé en ce que la modification de la hauteur & laquelle les grains sont in- troduits et le déplacement de la trajectoire du faisceau de lumière sont effectués selon un mouvement ascensionnel continu. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un moule creux (10), des moyens pour faire tourner le moule autour de son axe vertical, un con- duit (13) de remplissage alimenté par une matière pulvérulente et des moyens de déplacement vertical dudit conduit i l'intérieur du moule (10), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un émetteur (15) four- nissant un faisceau de lumière (16), un moyen de guidage (17) dudit faisceau, des moyens de déplacement vertical du moyen (17) et un récep- teur (18). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le conduit de remplissage (13) et le moyen de guidage (17) sont soli- daires des mêmes moyens de déplacement. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, carac- térisé en ce qu'il comprend un laser hélium-néon (15) délivrant un faisceau (16) qui parcourt sensiblement l'axe vertical d'un conduit (19) muni à son extrémité inférieure d'une surface réfléchissante (20) inclinée à 45 et comportant une ouverture latérale (21) en face de la surface (20), un photomultiplicateur (23) et un système optique (24) dont l'axe de visée (25) est vertical et se situe à une distance R + i r de l'axe de rotation du moule (10). 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caracté- risé en ce qu'il comprend un laser hélium-néon (15) délivrant un fais- ceau (16) qui parcourt sensiblement l'axe vertical d'un conduit (19) muni à son extrémité inférieure d'une surface réfléchissante (20) in- clinée à 45 et comportant une ouverture latérale (21) en face de la surface (20), et une série de photodiodes visant en totalité ou en par- tie le sommet de la couche en formation.