Brevet FR2732959A1 — publié le 19961018

PROCEDE ET DISPOSITIF DE POLISSAGE NATUREL D'UN CORPS EN VERRE TRES ALLONGE Description L'invention a comme point de départ un procédé de polissage naturel d'un corps vitreux étiré, dans lequel le corps vitreux est retenu par un système de retenue et est chauffé au moyen d'un brûleur mobile parallèlement à son axe longitudinal, la température superficielle du corps vitreux est déterminée avec un système de mesure de température et la température du brûleur est modifiée, ou a comme point de départ un dispositif de polissage naturel d'un corps vitreux étiré avec un système de retenue pour le corps vitreux étiré, un brûleur mobile le long du corps vitreux, un système de mesure de la température pour déterminer la température superficielle du corps vitreux et un système pour faire varier la température du brûleur. Le document DE 43 14 638 Al décrit un procédé et un dispositif de polissage naturel d'un corps vitreux étiré. Un corps vitreux étiré est serré dans deux mandrins de serrage rotatifs. Au moyen d'un brûleur mobile dans la sens longitudinal du corps vitreux, un polissage naturel du corps vitreux est effectué pour améliorer la qualité de sa surface. Une surface du corps vitreux très homogène et exempte de contamination est importante en particulier pour l'étirage, à partir du corps vitreux, de fibres de verre optiques de qualité, résistantes mécaniquement, présentant des caractéristiques optiques reproductibles et pouvant être utilisées pour la transmission d'informations. Pour cette raison, tout de suite avant l'étirage des fibres, un polissage naturel du corps vitreux étiré, ce qu'on appelle la préforme, est réalisé. En l'occurrence, de la matière est intentionnellement enlevée à la surface du corps vitreux. Pour la régulation de ce traitement, la température à la surface du corps vitreux est mesurée. La température superficielle mesurée est transmise en tant que valeur effective à un système de régulation qui agit sur la quantité de gaz fournie au brûleur afin de régler une température prédéterminée à la surface du corps vitreux. En l'occurrence, le brûleur est déplacé avec une avance constante. Avec ce procédé, les éventuels gauchissements mécaniques dans le corps vitreux qui peuvent apparaître lors du polissage naturel et qui constituent un risque de rupture pour le corps vitreux ne sont pas pris en considération. L'apparition de tels gauchissement mécaniques est généralement due à une chauffe à coeur insuffisante ou à un refroidissement trop rapide du corps vitreux. Mais la mesure de la température superficielle du corps vitreux intervenant pendant le polissage naturel ne fournit aucune indication sur la chauffe à coeur ou le processus de refroidissement dans le corps vitreux. L'apparition de contraintes mécaniques indésirables dans le corps vitreux est en outre influencée également par la dispersion typique du diamètre, par exemple des préformes utilisées pour l'étirage des fibres, de 5% de la valeur de consigne. En partant de cet état de la technique, l'invention repose sur le problème qui consiste à éviter l'apparition de contraintes mécaniques indésirables dans un corps vitreux étiré à l'occasion de son polissage naturel. Ce problème est résolu par les caractéristiques de la revendication 1, qui consistent à détecter l'état de contrainte mécanique dans le corps vitreux et à faire varier la vitesse d'avance du brûleur, ou bien par les caractéristiques de la revendication 8, qui consistent à prévoir un système optique pour détecter l'état de contrainte mécanique régnant dans le corps vitreux et un système pour faire varier la vitesse d'avance du brûleur. Les avantages pouvant être obtenus par l'invention consistent en particulier en ce que, par la détection de l'état de contrainte mécanique régnant dans le corps vitreux et par un réglage de la vitesse d'avance du brûleur en fonction de cet état de contrainte et/ou de la température superficielle du corps vitreux, les gauchissements mécaniques apparaissant dans le corps vitreux lors du polissage naturel sont réduits essentiellement, de façon simple, et par conséquent le risque d'une rupture du corps vitreux étiré est réduit. L'état de contrainte déterminé dans le corps vitreux peut en outre être exploité pour le réglage de la température du brûleur. L'invention est appropriée en particulier au polissage naturel de préformes de verre utilisables pour la fabrication de fibres de verre de grande qualité, à l'occasion de quoi, grâce au polissage naturel selon l'invention, la résistance des fibres est renforcée, le risque de ruptures de fibres est réduit et les caractéristiques optiques des fibres de verre sont améliorées. Les caractéristiques citées dans les sous- revendications permettent des développements et améliorations avantageux de l'invention. Pour réduire de façon particulièrement efficace les gauchissements mécaniques apparaissant dans le corps vitreux, il est avantageux de faire varier la vitesse d'avance du brûleur en fonction de l'état de contrainte régnant dans le corps vitreux. Pour une détection la plus précise possible et exploitable pour les buts de l'invention de l'état de contrainte mécanique régnant dans le corps vitreux, il est avantageux de détecter l'état de contrainte mécanique dans le corps vitreux au moyen d'un système optique entrainé solidairement avec le brûleur. Il est en l'occurrence particulièrement avantageux que le système optique présente une paire de filtres de polarisation et un détecteur. De cette façon, l'état de contrainte mécanique du corps vitreux peut être déterminé de façon particulièrement simple, étant donné que des effets chromatiques apparaissant, causés par la biréfringence par contrainte, peuvent être analysés comme critère de mesure de l'état de contrainte mécanique régnant dans le corps vitreux. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sous forme simplifiée sur le dessin et expliqué de façon plus détaillée dans la description suivante. Le dispositif 1, représenté à titre d'exemple sur la figure 1, de polissage naturel d'un corps vitreux 3 étiré, par exemple d'une préforme utilisable pour l'étirage de fibres de verre optiques pour la transmission de l'information, présente à une de ses extrémité un premier mandrin de serrage 5 pouvant tourner autour d'un axe longitudinal 19 et, à son autre extrémité opposée, un deuxième mandrin de serrage 7 pouvant tourner autour de l'axe longitudinal 19. Le corps vitreux 3 étiré possède par exemple une forme cylindrique et a, à sa première extrémité 9, un segment de serrage 11, par exemple sous la forme d'une barre en quartz soudée et, à sa deuxième extrémité 13 opposée à la première extrémité 9, une pointe 15 sensiblement conique. Le corps vitreux 3 est, à sa première extrémité 9, serré dans le premier mandrin de serrage 5 avec son segment de serrage 11. A sa deuxième extrémité 13, le corps vitreux 3 étiré est, avec sa pointe 15, introduit dans un tube en quartz 17 à paroi épaisse de telle façon que le corps vitreux 3, à son extrémité 13, pénètre partiellement dans le tube en quartz 17. Le tube en quartz 17 se compose par exemple du même matériau que la matière extérieure du corps vitreux 3 étiré, exploitable comme préforme pour l'étirage des fibres, constitué par exemple en forme de strates. A son extrémité opposée à la pointe 15 du corps vitreux 3, le tube en quartz 17 est serré dans le deuxième mandrin de serrage 7 du dispositif 1. De cette façon, le corps vitreux 3 étiré, qui est par exemple tourné autour de son axe longitudinal 19 par le premier mandrin de serrage 5 pouvant être entraîné, est retenu fermement et de façon sûre ainsi que de façon concentrique par rapport à l'axe longitudinal 19. Sur un banc 21 du dispositif 1 est disposé un brûleur 23 qui sert, lors du polissage naturel, à chauffer le corps vitreux 3 étiré. Le brûleur 23, utilisé par exemple avec un gaz, est mobile sur le banc 21, au moins parallèlement à l'axe longitudinal 19 du corps vitreux 3 étiré, mais également par exemple transversalement à cet axe. Pour le polissage naturel du corps vitreux 3, le brûleur 23, par exemple quand le corps vitreux 3 tourne autour de l'axe longitudinal 19, se déplace par exemple dans le sens de la flèche en partant du segment de serrage 11 jusqu'à la pointe 15 du corps vitreux 3, à l'occasion de quoi un écart radial constant entre le corps vitreux 3 étiré et le brûleur 23 est maintenu. Sous l'action de l'enlèvement de matière lors du polissage naturel, on obtient un corps vitreux 3 étiré, avec une surface exempte de contamination et lisse, qui est très bien adapté à l'étirage de fibres de verre possédant une résistance élevée et de bonnes caractéristiques optiques. Pour déterminer la température superficielle du corps vitreux 3, il est prévu un système de mesure de température 25 approprié à la mesure de températures élevées, qui est mobile, par exemple dans le sens longitudinal du corps vitreux 3 étiré, parallèlement à l'axe longitudinal 19 et qui détermine la température superficielle du corps vitreux 3 dans sa sens longitudinal dans la position respective du brûleur 23. Cette température régnant dans la zone du brûleur 23 à la surface du corps vitreux 3 est transmise comme valeur effective par exemple à un premier système de régulation 27. Dans le premier système de régulation 27, la valeur effective déterminée est comparée à une valeur de consigne prédéfinie qui se situe par exemple environ entre 1400 et 1800 C. Dans le présent exemple de réalisation, la température du brûleur est ensuite réglée en fonction de la température déterminée à la surface du corps vitreux 3 de telle façon que la valeur de consigne prédéfinie de la température est atteinte. Cela peut par exemple s'effectuer par le biais de la quantité de gaz fournie au brûleur 23. Pour la détection de l'état de contrainte mécanique régnant dans le corps vitreux 3 étiré, il est prévu un système optique 29 qui présente par exemple une paire de filtres de polarisation et un détecteur. Lors du polissage naturel, le système optique 29 est entraîné solidairement, avec un écart prédéfini derrière le brûleur 23. Cet écart est sélectionné de telle façon qu'une bonne appréciation des contraintes mécaniques régnant dans le corps vitreux 3 après la chauffe soit possible à des températures inférieures à 1050 C et il est égal à environ 10 à 30 cm, par exemple à 20 cm. Les effets chromatiques apparaissant dans le corps vitreux sont analysés comme critère de mesure pour les gauchissements dans le corps vitreux 3. L'analyse des effets chromatiques peut par exemple s'effectuer avec une photodiode correspondante. Le signal établi de cette façon par le système optique 29 est fourni en tant que valeur de mesure, par exemple à un deuxième système de régulation 31 o il est traité. Sur la base de ce signal, dans l'exemple d'exécution, la vitesse d'avance du brûleur 23 est modifiée en fonction de l'état de contrainte mécanique régnant dans le corps vitreux 3, soit en réduisant soit en augmentant, par exemple en présence de gauchissements dans le corps vitreux 3, la vitesse d'avance du brûleur 23 par rapport à une valeur de consigne prédéterminée. A cause du temps mort existant entre la modification de l'avance du brûleur 23 et la détection des répercussions sur les contraintes mécaniques régnant dans le corps vitreux 3 au moyen du système optique 29, il faut choisir une valeur très élevée pour la constante de temps du deuxième système de régulation 31. La fonction du deuxième système de régulation 31, à savoir l'augmentation ou la réduction de la vitesse d'avance du brûleur 23 en fonction de l'état de contrainte constaté dans le corps vitreux 3 s'appuie par exemple sur des valeurs déterminées de façon empirique. Il est également possible de réguler la vitesse d'avance du brûleur 23 en fonction de la température de surface du corps vitreux 3 uniquement ou bien en fonction de l'état de contrainte mécanique dans le corps vitreux 3 et de sa température superficielle. En conséquence, la température du brûleur 23 peut également être réglée en fonction de l'état de contrainte mécanique dans le corps vitreux 3 uniquement ou en fonction de l'état de contrainte mécanique et de la température superficielle du corps vitreux 3. Si, pour la régulation de la vitesse d'avance du brûleur et pour le réglage de la température du brûleur, on utilise comme grandeurs initiales l'état de contrainte dans le corps vitreux aussi bien que sa température superficielle, il est approprié de prévoir un système de régulation commun pour les deux grandeurs réglables. Revendications 1. Procédé de polissage naturel d'un corps vitreux étiré, dans lequel - le corps vitreux est retenu par un système de retenue et est chauffé au moyen d'un brûleur mobile parallèlement à son axe longitudinal, - la température superficielle du corps vitreux est déterminée par un système de mesure de la température - et la température du brûleur est modifiée, caractérisé en ce que - l'état de contrainte mécanique dans le corps vitreux (3) est détecté et - la vitesse d'avance du brûleur (23) est modifiée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse d'avance du brûleur (23) est modifiée en fonction de l'état de contrainte régnant dans le corps vitreux (3). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'état de contrainte mécanique dans le corps vitreux (3) est détecté au moyen d'un système optique (29) entrainé solidairement avec le brûleur (23). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système optique (29) présente une paire de filtres de polarisation et un détecteur. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, comme critère de mesure de l'état de contrainte mécanique dans le corps vitreux (3), les effets chromatiques apparaissant dans celui-ci sont analysés. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le système optique (29) présente un écart prédéterminé par rapport au brûleur (23). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la température superficielle du corps vitreux (3) est déterminée dans la position du brûleur (23). 8. Dispositif de polissage naturel d'un corps vitreux étiré, comprenant un dispositif de retenue pour le corps vitreux étiré, - un brûleur mobile le long du corps vitreux, - un système de mesure de température pour déterminer la température superficielle du corps vitreux, et - un système pour faire varier la température du brûleur, caractérisé en ce qu'il est prévu - un système optique (29) pour détecter l'état de contrainte mécanique régnant dans le corps vitreux (3) et - un système (31) pour faire varier la vitesse d'avance du brûleur (23). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système optique (29) présente une paire de filtres de polarisation et un détecteur. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que, dans la sens longitudinal du corps vitreux (3), il est prédéfini un certain écart entre le brûleur (23) et le système optique (29) entraîné solidairement avec celui-ci.