Brevet FR2704059A3 — publié le 19941021

FR 2704059 A3 19941021 FR 9304660 A 19930416 DISPOSITIF DE DETERMINATION DE LA LOCALISATION D'UN BORD D'UN OBJET RAYONNANT L'invention concerne la détermination sans contact de la position du bord d'un objet rayonnant à haute température. Plus précisément l'invention concerne un dispositif pour une telle détermination par la méthode dite de zone d'ombre. Dans de nombreuses occasions, il est nécessaire de déterminer la position du bord d'un objet, sans qu'il soit possible d'utiliser un moyen de mesure contactant ledit objet. C'est en particulier le cas lorsque l'objet est à une température élevée, tel qu'un produit sidérurgique en cours de transformation à chaud, par exemple par forgeage ou laminage. I1 est connu d'utiliser alors la méthode dite "zone d'ombre" qui consiste à émettre d'un côté de l'objet un rayonnement lumineux qui déborde du contour de l'objet, et à placer de l'autre côté de l'objet un détecteur de ce rayonnement. Une partie du rayonnement lumineux est intercepté par l'objet et n'atteint pas le détecteur, alors que l'autre partie du rayonnement, passe à côté de l'objet et atteint le détecteur. Le détecteur permet ainsi de déterminer la position de la transition entre zone éclairée et zone d'ombre, laquelle position correspond au bord de l'objet. Dans les méthodes connues, les détecteurs sont des capteurs à large spectre qui détectent toutes les composantes du rayonnement situées dans ce spectre. Lors de l'utilisation de ces méthodes pour déterminer la position du bord d'objets à haute température, il est apparu que la transition entre zone d'ombre et zone éclairée est mal détectée par le capteur, ce qui affecte la précision de la détermination de la position du bord de l'objet. L'invention a pour objet un dispositif de détermination de la localisation d'un bord d'un objet rayonnant par la méthode dite de zone d'ombre, comportant une source d'un rayonnement lumineux et un capteur de ce rayonnement, disposés de part et d'autre de l'objet de manière qu'une partie du rayonnement soit interceptée par ledit objet, et que la partie restante du rayonnement parvienne au capteur en passant à côté dudit objet, définissant ainsi sur le capteur une limite entre une première zone qui ne reçoit pas le rayonnement et une seconde zone qui le reçoit, cette limite étant représentative de la localisation du bord de l'objet, ce dispositif permettant de déterminer précisément la localisation d'un bord d'un objet, notamment à haute température. Selon l'invention, ce dispositif est caractérisée en ce que la source de rayonnement lumineux est une source lumineuse dont le spectre d'émission présente au moins une raie de forte intensité, et en ce que le capteur comporte un filtre interférentiel à bande étroite centrée sur ladite raie. Dans les installations industrielles de détermination de la localisation d'un bord d'un objet par la méthode de zone d'ombre, on utilise couramment comme source lumineuse une lampe fluorescente dite "blanc industriel" dont le spectre d'émission est réparti sur toute la gamme de longueur d'onde. L'énergie lumineuse fournie est ainsi répartie sur toute cette gamme et il en résulte que l'énergie fournie pour chaque longueur d'onde est relativement faible par rapport à l'énergie totale.Néanmoins ces lampes fluorescentes ont été préférées jusqu'à maintenant, car, globalement elles fournissent une énergie lumineuse importante, ce qui est fortement souhaité notamment lorsqu'on veut déterminer la position des bords d'objets de grandes dimensions, et donc que l'éloignement est important entre source et capteur, lequel reçoit d'ailleurs, de manière parasite, des rayonnements de la lumière ambiante. Toutefois, les résultats obtenus par cette méthode ne sont pas satisfaisants, notamment lors de son application sur des pièces chaudes. I1 a en effet été découvert que le manque de précision de la détection des bords d d'objets à haute température, tels que des pièces de grandes dimensions, en acier, portées à haute température pour leur forgeage, par les méthodes et dispositifs selon l'art antérieur, résultait du fort rayonnement émis par l'objet lui même. Ce rayonnement de l'objet est capté par le détecteur autant dans la zone correspondant à la zone d'ombre du rayonnement émis par la source lumineuse, que dans les zones du détecteur directement exposées au rayonnement de la source. I1 en résulte que le contraste entre zone d'ombre et zone éclairée est réduit car le détecteur reçoit dans la zone d'ombre le rayonnement propre de l'objet, et dans la zone éclairée à la fois le rayonnement de la source et une partie du rayonnement de l'objet, sans pouvoir faire de distinction entre ces deux rayonnements. Selon la présente invention, le filtre interférentiel permet de séparer les différentes composantes du rayonnement parvenant au détecteur, et de ne conserver qu'une partie du spectre du rayonnement global, partie définie pour exclure au maximum le rayonnement issu de l'objet. De plus, l'utilisation d'une source lumineuse dont le spectre présente une raie de forte intensité située préférentiellement hors du domaine d'émission principal propre audit objet conduit à maximiser l'énergie lumineuse émise dans cette raie, et donc à maximiser l'énergie reçue par le capteur à travers le filtre à bande étroite centrée sur cette raie. On obtient ainsi simultanément un maximum d'énergie lumineuse reçue par le détecteur et un maximum de contraste entre zone d'ombre et zone éclairée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va être faite d'un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention, utilisé par la détermination de la localisation des bords de pièces massives en acier en cours de forgeage à chaud. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif de détection par la méthode d'ombre - la figure 2 est une représentation graphique des rayonnements émis respectivement par la pièce chaude et par une source lumineuse de type "blanc industriel" selon l'art antérieur, et de la courbe représentative d'un filtre passe bande destiné à éviter un échauffement du détecteur par les rayonnements infra-rouge de la pièce . - la figure 3 est une représentation similaire dans le cas de l'utilisation du dispositif selon l'invention ; - la figure 4 est une représentation graphique montrant le signal émis par le détecteur. Sur le dessin de la figure 1 on a représenté la source lumineuse 1, constituée classiquement par une lampe fluorescente tel qu'un tube néon, et le capteur 2 placé en vis-à-vis de la source 1. La pièce 3 dont on veut déterminer la localisation du bord, est située entre la source 1 et le capteur 2, de manière qu'une partie 10 du rayonnement émis par la source 1 parvienne au capteur, et que l'autre partie 11 soit interceptée par la pièce, formant ainsi, du côté de la pièce située vers le capteur, une zone d'ombre 12. Le capteur comporte un détecteur 4 formé par exemple d'un réseau linéaire d'éléments de détection s'étendant perpendiculairement au bord de la pièce à détecter, un système optique 5, et un filtre interférentiel 6. Les éléments de détection 4', situés dans la partie supérieure (sur la figure 1) du réseau reçoivent le rayonnement de la source 1, alors que les éléments de détection 4", situés dans la partie inférieure, ne reçoivent pas le rayonnement de la source, interrompu dans cette zone par la pièce 3, mais reçoivent cependant le rayonnement 12 émis par cette pièce. La transition entre la zone éclairée et la zone d'ombre qui varie en fonction de la localisation du bord de la pièce peut ainsi être détectée par les éléments de détection du détecteur, corrélativement à la position de ces éléments dans le réseau. Sur le graphique de la figure 2, on voit la courbe 20 représentative du spectre de rayonnement de la pièce et celle 21 représentative du spectre d'une lampe fluorescente de type blanc industriel, utilisée dans les dispositifs selon l'art antérieur. Le tracé 22 représente la courbe représentative d'un filtre passe bande destiné essentiellement à filtrer le rayonnement infrarouge provenant de la pièce chaude 3. On constate que, même en utilisant un filtre de ce type, l'énergie lumineuse totale qui parvient au détecteur en provenance de la pièce 3, correspondant à la zone située à la fois sous la courbe 20 et à gauche de la courbe 22, est aussi importante sinon plus que l'énergie lumineuse qui parvient au détecteur en provenance de la source 1, correspondant à la zone située à la fois sous la courbe 21 et à gauche de la courbe 22. Il en résulte que le détecteur ne peut dans ces conditions détecter efficacement la transition entre la zone éclairée par la source et la zone à l'ombre du rayonnement de cette source, puisque dans cette zone d'ombre, le détecteur reçoit quand même un fort rayonnement en provenance de la pièce. Les courbes représentées à la figure 3, correspondent à l'utilisation du dispositif selon l'invention. Le spectre de la source utilisée, représenté par le tracé 23 présente notamment un pic, ou raie, 23a, de forte intensité situé hors du domaine d'émission principal de la pièce, c'est-à-dire hors du domaine des grandes longueurs d'onde, supérieures à 0,60 pm. La source utilisée est préférentiellement une lampe fluorescente dont le spectre présente ledit pic dans les longueurs d'onde comprises entre 0,53 ym et 0,55 iim, c'est-àdire correspondant à un rayonnement vert.Dans l'exemple représenté, la source lumineuse est une lampe fluorescente, telle que celle commercialisée sous la référence TLD 80 HF par PHILIPS ECLAIRAGE, dont la luminance spectrale dans la fourchette des longueurs d'onde indiquée ci-dessus est supérieure à 200 W m2 sur'2 4m-1. La courbe 24 est la caractéristique du filtre interférentiel 6, qui est un filtre à bande étroite, de largeur inférieure à 20 nm, centré sur la raie 23a du spectre de la source 1. On constate que l'énergie reçue par le détecteur en provenance de la source correspondant à la zone située à la fois en dessous du tracé 23 et de la courbe 24 est notablement supérieure à celle en provenance de la pièce, correspondant à la zone située à la fois en dessous de la courbe 24 et de la courbe 20. I1 y a ainsi, au niveau du détecteur une nette séparation entre les rayonnements issus de la source et de la pièce, et donc un contraste amélioré entre zone éclairée et zone d'ombre. Ceci est bien visible sur le graphique de la figure 4 représentant le signal fourni par le capteur lors de la mise en oeuvre du dispositif, où le tracé 31 représente ce signal en fonction de l'adresse "x" c'est-à-dire de la position des éléments de détection dans le détecteur, obtenu par le dispositif selon l'invention, et le tracé 32 représente, à titre de comparaison, le signal obtenu avec un dispositif selon l'art antérieur. On remarque que l'écart entre les signaux correspondants respectivement à la zone éclairée 31' et à la zone masquée 31" est supérieur à l'écart correspondant (écart entre 32' et 32") du tracé 32, ce qui montre l'accroissement du contraste.D'autre part la largeur de la zone de transition 31"', qui définit la localisation du bord de la pièce, est notablement réduite dans l'utilisation du dispositif selon l'invention par rapport à celle de la zone correspondante 32"', ce qui montre l'accroissement de la précision dans la détermination de la localisation du bord de la pièce. L'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'un filtre interférentiel centré sur la raie la plus énergétique du spectre de la source, comme indiqué ci-dessus. On pourrait également utiliser un filtre interférentiel centré sur un autre pic du spectre, moins énergétique, mais également susceptible de fournir un fort contraste, c'est-à-dire une grande différence entre l'énergie reçue par le détecteur en provenance de la source et celle en provenance de la pièce, tel que le pic 23b de la figure 3. Toutefois il est souhaitable que l'énergie propre correspondant à ce pic soit la plus grande possible pour maximiser l'énergie reçue par le détecteur, notamment lorsque, comme indiqué précédemment, l'éloignement entre source et capteur est important du fait des grandes dimensions de la pièce dont on détecte la position du bord. REVENDICATIONS 1) Dispositif de détermination de la localisation d'un bord d'un objet rayonnant par la méthode dite de zone d'ombre, comportant une source (1) d'un rayonnement lumineux et un capteur (2) de ce rayonnement, disposés de part et d'autre de l'objet (3) de manière qu qu'une partie (11) du rayonnement soit interceptée par ledit objet, et que la partie (10) restante du rayonnement parvienne au capteur en passant à côté dudit objet, définissant ainsi sur le capteur une limite entre une première zone (4") qui ne reçoit pas le rayonnement et une seconde zone (4') qui le reçoit, cette limite étant représentative de la localisation du bord de l'objet, caractérisée en ce que la source de rayonnement lumineux est une source lumineuse dont le spectre d'émission présente au moins une raie (23a) de forte intensité, et en ce que le capteur comporte un filtre interférentiel (6) à bande étroite centrée sur ladite raie. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la raie (23a) de forte intensité est située hors du domaine d'émission principal propre audit objet. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source (1) des rayonnements lumineux est une lampe fluorescente. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le spectre de la source présente un pic (23a) de longueur d'onde inférieure à 0,60 ym. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pic (23a) est situé à une longueur d'onde, comprise entre 0,53 et 0,55 ssm, et a un maximum de luminance supérieure à 200 W m'2 sur~2 ym~l. 6) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre interférentiel (6) a une largeur de bande inférieure à 20 nm.