Brevet FR2755240A1 — publié le 19980430

DESCRIPTION La présente invention se rapporte à un procédé de détermination de la qualité optique de feuilles de verre plat. De façon plus spécifique, l'invention se rapporte à un procédé de détermination de la qualité de feuilles de verre plat en mesurant la vitesse d'un faisceau lumineux tandis qu'il se déplace le long d'un masque segmenté. Il est souhaitable de déterminer la qualité optique de feuilles de verre plat fabriquées par le procédé "float". La détermination des défauts ou imperfections à la surface ou à l'intérieur du verre avant qu'on ne le transforme en articles finis économise à la fois le coût et l'énergie de fabrication de l'article. Elle permet également de corriger rapidement le procédé de fabrication du verre. Il est souhaitable de déterminer aussi bien la qualité de surface de la feuille de verre plat que les irrégularités ou imperfections à l'intérieur du verre. Ces imperfections ou irrégularités provoquent une déformation optique. Il est en outre souhaitable de ce fait de déterminer l'emplacement sur le verre o apparaissent des irrégularités ou des imperfections afin d'aider à corriger le processus de fabrication. La détermination de l'emplacement sur le verre comportant les défauts permet d'utiliser la partie acceptable du verre pour fabriquer des produits finis tandis que l'on ne met au rebut que la partie inacceptable. Un premier procédé de détermination de la qualité optique du verre plat est enseigné dans le brevet des Etats- Unis 5 016 099 (Bongardt) délivré le 14 mai 1991. Le brevet de Bongardt enseigne l'illumination d'un volume de verre plat en mouvement à l'aide d'une source lumineuse à faisceau large. La lumière rencontre le verre suivant des angles aigus compris entre 57 et 85 . La lumière passe à travers le verre et est projetée sur un écran positionné au- dessous du verre. Les déformations du verre provoquent des rayons de sortie divergents et convergents. Les régions du verre ayant des rayons de sortie convergents projettent une image plus brillante sur l'écran de projection. Les régions du verre ayant des rayons de sortie divergents projettent une image plus sombre. Une caméra vidéo observe l'écran de projection à travers le verre et produit un signal qui correspond aux régions claires et sombres sur l'écran de projection. Le signal est traité dans un convertisseur analogique vers numérique et un processeur, et est comparé à des valeurs mémorisées dans la mémoire de l'ordinateur. Les écarts par rapport aux valeurs mémorisées sont affichés en tant que défauts sur un écran d'ordinateur ou une imprimante. Le système s'appuie sur la mesure de l'intensité de la lumière pour déterminer la qualité optique du verre. La mesure de l'intensité, dans le brevet de Bongardt, est compliquée car un faisceau lumineux s'étale sur toute la largeur de la feuille de verre. Certaines chaînes produisent du verre présentant une largeur de 4 mètres. Il est difficile d'illuminer de façon régulière une étendue d'une telle largeur. En outre, la mesure de l'intensité est faite à travers la feuille de verre et est dégradée par la lumière ambiante et les déformations provoquées par le passage de l'image réfléchie à travers le verre une seconde fois. Lorsque le verre est teinté, ces mesures d'intensité deviennent encore plus difficile. Des problèmes supplémentaires lors de la mesure de l'intensité réfléchie sont provoqués par une couche d'air chaud au- dessus du verre. Cette couche thermique affecte l'image observée par la caméra et obscurcit l'intensité réfléchie. Encore un autre facteur de complication du brevet de Bongardt est que le plan-image, c'est-à-dire la distance entre le verre et l'écran de projection, doit être inférieur à la longueur focale de la déformation. Si le plan-image excède la longueur focale de la déformation, les zones de convergence passeront alors par le point focal et apparaîtront comme des zones de divergence. Comme le système se concentre principalement sur les zones plus claires (les zones présentant une convergence plus importante), la résolution globale du système est moindre. Les régions du verre qui présentent une déformation très élevée présenteront également une longueur focale de déformation très courte. Ces régions ne provoqueront pas de bandes brillantes sur l'écran focal. Il est également possible de déterminer la qualité de surface du verre plat en utilisant un faisceau réfléchi, comme enseigné dans le brevet des Etats-Unis n 5 210 592 (Bretschneider), délivré le 14 mai 1991. Le brevet de Bretschneider enseigne la réflexion de deux rayons parallèles à partir de la surface d'une plaque de verre et la mesure du point d'impact des rayons. Le brevet de Bretschneider enseigne le déplacement de deux rayons parallèles en travers de la surface de la feuille de verre. L'ensemble du laser, du réflecteur et du collecteur tout entier est balayé transversalement en travers de la surface d'une plaque de verre. Le déplacement manuel de cet ensemble en travers de la surface de la plaque de verre ralentit de façon significative le recueil des données sur la qualité de surface du verre. Il est souhaitable de procurer un procédé et un dispositif qui détermine aussi bien les irrégularités de surface que les imperfections internes à l'intérieur d'une feuille de verre. Un souhait supplémentaire de la présente invention consiste à procurer un dispositif et un procédé permettant de mesurer la qualité optique du verre à la lumière ambiante et de procurer un affichage de l'emplacement physique des imperfections ou irrégularités. Il est également souhaitable de placer l'appareil de mesure à l'écart du verre, à une distance supérieure à la distance focale de la déformation optique la plus importante. Ces buts et d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront plus évidents pour l'homme de l'art en se référant aux dessins annexés et à la description qui suit. La présente invention se rapporte à un procédé de détermination de la qualité de feuilles de verre plat comprenant les étapes consistant à illuminer une feuille de verre à l'aide d'un rayon lumineux suivant un angle aigu, positionner un masque comportant des parties opaques et transparentes alternées, de façon à recevoir la lumière provenant du rayon après qu'il ait rencontré la feuille de verre, déplacer le rayon depuis un premier emplacement sur la feuille jusqu'à un second emplacement, et amener le rayon lumineux à se déplacer le long du masque, recueillir la lumière passant à travers le masque, et mesurer la durée d'impulsion de la lumière recueillie, corréler la durée d'impulsion de la lumière passant à travers le masque à la qualité de la feuille de verre que l'on a contrôlée. Le dispositif est utile pour mesurer à la fois la qualité de surface et les imperfections ou défauts contenus à l'intérieur de la feuille de verre. Un miroir tournant amène un faisceau de lumière à parcourir la feuille de verre suivant un angle aigu pratiquement constant. Un collecteur de lumière recueille la lumière qui sort du masque et la transmet à un détecteur de lumière. Le détecteur de lumière mesure l'intervalle entre impulsions et la durée de chaque impulsion de lumière et détermine la qualité optique du verre en comparant ces durées et intervalles mesurés à des valeurs connues. L'invention peut également mesurer les déformations optiques d'un verre ayant une distance focale inférieure à la distance entre la surface du verre et le masque. En utilisant un mode de réalisation en variante de l'invention, un masque comportant une partie semi- transparente entre les parties transparentes et opaques peut être utilisé pour résoudre les zones de déformations optiques élevées o la distance focale de la déformation est inférieure à la distance entre la feuille de verre et le masque. L'invention utilise la vitesse à laquelle le rayon lumineux se déplace le long du masque pour déterminer la qualité optique de la feuille de verre. Les déformations à l'intérieur du verre ou les irrégularités à la surface du verre amènent le rayon lumineux rencontrant le masque à dévier et à rencontrer le masque à un emplacement différent de celui o il l'aurait rencontrer s'il n'y avait pas eu de déformation optique. Les différences de vitesse du faisceau lorsqu'il se déplace le long du masque sont mises en relation avec la qualité optique du verre. La figure 1 est une représentation simplifiée du procédé et du dispositif de la présente invention mesurant à la fois la qualité de surface du verre et les défauts optiques à l'intérieur du verre. La figure 2 est une représentation simplifiée détaillée des rayons lumineux rencontrant un masque à deux états. La figure 3 est une représentation simplifiée détaillée d'un verre présentant une forte déformation optique. La figure 4 est une représentation simplifiée détaillée d'un mode de réalisation en variante de la présente invention utilisant un masque à trois états. La figure 5 est un graphe de la vitesse du faisceau en fonction de la vergence. La présente invention enseigne un procédé de détermination de la qualité optique d'une feuille de verre en balayant un rayon lumineux en travers de la feuille de verre suivant un angle aigu constant. Un appareil 10 mesure la qualité optique d'une feuille de verre avant qu'elle ne soit coupée, comme représenté sur les figures 1 et 2. Une feuille de verre 12 est fabriqué par un procédé "float" et forme une feuille plate à faces parallèles de plus de 4 mètres de largeur. La feuille se déplace le long d'un convoyeur en mouvement à une vitesse de 0,122 à 0, 518 mètre par seconde (0,4 à 1,7 pieds par seconde). Lorsque la feuille de verre est suffisamment rigide pour pouvoir être transportée sur une partie de zone dégagée, sa qualité optique peut être contrôlée par un rayon lumineux passant à travers la feuille de verre. Il est généralement souhaitable de placer la plus grande partie de l'ensemble 10 au-dessus de la feuille de verre, au cas o le verre se briserait ou casserait. Un faisceau de lumière collimaté, par exemple un faisceau laser 14, ayant une puissance de sortie de 15 milliwatts et une longueur d'onde optique de 632,1 nm, émet un rayon de lumière cohérente sur un miroir tournant 16. Le nombre de faces et la vitesse de rotation du miroir 16 dépendent de la largeur de la feuille de verre 12 et de la résolution souhaitée de la mesure optique. Davantage de faces ou une vitesse de rotation plus élevée augmente la résolution de l'appareil 10. La lumière réfléchie par le miroir 16 rencontre un miroir parabolique 18. Le miroir parabolique 18 est formé de façon à amener les rayons lumineux à rencontrer la feuille de verre 12 suivant un angle pratiquement constant sur toute la largeur de la feuille de verre. Les rayons lumineux passant à travers la feuille de verre 12 sont recueillis par un conduit de transmission de lumière intérieurement réfléchissant 20. La lumière réfléchie à partir de la surface de la feuille de verre 12 est recueillie par un conduit de transmission de lumière 22. Il est possible de mesurer simultanément les deux surfaces de la feuille de verre 12, en utilisant soit deux lasers, soit un seul laser et deux miroirs paraboliques. La lumière recueillie dans les conduits de lumière 20, 22 est transmise à des photo-détecteurs 24, 26. La sortie des détecteurs 24, 26 est fournie en entrée à un ordinateur d'usage général 28. L'ordinateur 28 mesure les valeurs de sortie des détecteurs 24, 26 et les compare à des valeurs mémorisées dans une mémoire 30. Les écarts par rapport à ces valeurs mémorisées sont envoyés à un moyen d'affichage 32 et indiquent la qualité optique de la feuille de verre 12. La quantité de déformation est déterminée par la quantité suivant laquelle le rayon lumineux est dévié soit lorsqu'il passe à travers la feuille de verre, soit lorsqu'il est réfléchi par la surface de la feuille de verre. Un verre n'ayant pas de déformation ou d'irrégularité de surface réfléchit la lumière ou laisse passer la lumière suivant un angle constant. Un masque 34, comportant des parties transparentes et des parties opaques alternées, est placé en juxtaposition au collecteur de lumière 24, 26. Les parties opaques transparentes alternées interrompent les rayons lumineux lorsqu'ils passent à travers le masque et les amènent à former un motif d'impulsions. Un verre n'ayant pas de déformation optique formerait un motif d'impulsions uniforme. La déformation optique ou les irrégularités de surface se manifestent par des variations de la durée des impulsions ou des intervalles entre les impulsions. Un exemple de ces déformations optiques est représenté sur les figures 2 et 3. Ces figures illustrent la déformation optique ou les irrégularités à l'intérieur du verre. Des mesures similaires apparaissent lorsque l'on mesure les irrégularités de surface du verre. Les rayons lumineux provenant du miroir 18 rencontrent le verre suivant un angle aigu compris entre 45 et 85 . Les rayons lumineux passent à travers la feuille de verre 12. Les imperfections ou irrégularités internes à la feuille de verre 12 amènent les rayons lumineux à dévier plus ou moins qu'ils ne le feraient dans une pièce de verre sans défauts. Cette déviation provoque une convergence ou une divergence du rayon lumineux lorsqu'il passe à travers la feuille de verre 12. La valeur de convergence ou de divergence peut être mesurée en fonction du temps. Le rayon lumineux est un rayon collimaté qui est balayé le long de la surface de la feuille de verre et trace une ligne depuis un bord de la feuille de verre 12 jusqu'à l'autre. Si la feuille de verre 12 n'avait pas de déformations optiques, l'angle d'entrée a serait alors égal à l'angle de sortie P. Les irrégularités ou déformations à l'intérieur du verre amènent l'angle de sortie à différer de l'angle d'entrée. Ces différences peuvent être mesurées sous forme de la vitesse à laquelle la source ponctuelle de lumière se déplace le long du masque 34. Le masque 34 comprend une série de parties transparentes et opaques alternées. Les parties opaques A, C, E, G, I, K et M ne permettent pas le passage de la lumière à travers le masque 34. Les parties transparentes B, D, F, H, J, L et N permettent le passage de la lumière. En l'absence de déformation optique à l'intérieur du verre 12, la lumière passant à travers les parties transparentes du masque 34 formerait une série d'impulsions de forme carrée régulières telles que représentées par le graphe de signaux 36. Les signaux 36 représentent les signaux des photo-détecteurs 24, 26 lorsqu'ils reçoivent la lumière provenant des collecteurs , 22. La sortie des photo-détecteurs est généralement une tension nulle en l'absence de lumière et une tension positive en présence de lumière. Les régions A, C, E, G, I, K et M du signal 36 représentent les zones d'absence de lumière et correspondent dans le temps lorsque la trace du faisceau lumineux progresse depuis la zone A jusqu'à la zone N sur le masque 34. Le signal 36 peut soit être mesuré lorsqu'il n'y a pas de verre présent, soit être calculé de façon analytique. Un graphe du signal 38 représente la sortie du détecteur 24 lorsque les rayons lumineux passent à travers une feuille de verre 12 présentant une déformation optique. Les rayons lumineux rencontrant la partie A du masque 34 provoquent une mesure de tension nulle représentée comme étant la région A dans le signal 38. Lorsque la lumière se déplace le long de la feuille de verre 12, les rayons de sortie rencontrent la zone B du masque 34. La lumière passant à travers la zone B du masque 34 provoque une tension positive dans le détecteur 24 et est affichée sous forme d'une région d'impulsion de tension B sur le signal 38. La durée de l'impulsion au niveau de la région B du signal 38 est plus courte que l'impulsion prévue au niveau de la région B du signal 36. Ceci est dû à une déformation du verre 12 qui provoque une divergence du rayon de sortie et augmente la vitesse du rayon de sortie lorsqu'il se déplace de la partie A jusqu'à la partie N du masque 34. Les rayons de sortie passent de la divergence à la convergence lorsqu'ils rencontrent la partie G sur le masque 34. La durée pendant laquelle les rayons de sortie sont incidents sur la partie G du masque 34 augmente. Cette convergence correspond à une durée plus longue de tension nulle, et est représentée par la région G dans le signal 38. La zone de la feuille de verre 12 repérée par 40 comprend des imperfections qui provoquent une déformation par divergence. La zone du verre repérée par 42 provoque une déformation par convergence. L'ordinateur 28 représenté sur la figure 1 compare le signal mesuré 38 au signal de référence 36 et affiche la qualité optique du verre. A partir de cette mesure, on peut déterminer à la fois l'emplacement physique sur la feuille de verre et le type de déformation. Un compteur de temps mesure le début et la fin de chaque balayage en se fondant sur la position du miroir tournant ou en détectant l'emplacement du rayon de sortie sur le masque. L'emplacement du rayon peut être détecté au niveau d'un point situé au-delà du bord du verre, par une zone du masque qui comporte deux ou plusieurs parties transparentes adjacentes. L'invention illustrée sur les figures 1 et 2 est utile pour mesurer la déformation dans du verre qui a une distance focale supérieure à la distance entre le masque et la surface du verre. Il peut arriver que la distance focale de la déformation soit inférieure à la distance entre le masque et la surface du verre, en amenant ainsi les rayons lumineux sortant du verre à revenir sur eux-mêmes, comme représenté sur la figure 3. La feuille de verre 12' présente une zone de déformation élevée à l'emplacement 44. Les rayons sortant de la feuille de verre ont une distance focale qui est inférieure à la distance entre la feuille de verre et le masque 34. Les rayons de sortie qui rencontrent le masque 34 n'alternent pas de façon uniforme entre les parties transparentes et opaques. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, les rayons sortant de la feuille de verre 12' à l'emplacement 44 sont fortement convergents et, au lieu de continuer vers la région J après être entrés dans la région I, reviennent au lieu de cela dans les régions H et G. Les rayons ne passent pas totalement à travers la région G avant de changer de direction et d'aller de nouveau dans la région H puis dans les régions I et J. Etant donné que les rayons ne passent pas complètement à travers les régions I et G, la déformation calculée pour les régions situées après I peut être incorrecte puisque la longueur d'impulsion ne peut pas être comparée à la longueur prévue correcte. Par exemple, la région H' sera comparée à la région J, la région G' à la région K, etc.... Afin de pouvoir traiter ces zones à forte déformation optique et placer le masque 34 à distance de la feuille de verre 12', on propose un mode de réalisation en variante de l'invention. Sur la figure 4, le masque 38' comprend une série de parties transparentes, semi-transparentes et opaques alternées. Les parties opaques A, D, G, J et M empêchent le passage de la lumière à travers le masque 38'. Les parties semi-transparentes B, E, H, et K et N permettent à une partie de la lumière sortant de la feuille de verre 12' de passer à travers le masque 38' avec une intensité réduite. Les parties transparentes C, F, I et L permettent aux rayons de sortie de passer à travers le masque 38' à pleine intensité. En utilisant la même feuille de verre 12' et la déformation optique de celle-ci, on peut voir les rayons de sortie passer d'une zone à l'autre dans le signal de déformation 38". Un signal prévu sans déformation 36" alterne entre une intensité nulle au niveau de la région A, une intensité intermédiaire au niveau de la région B et une pleine intensité au niveau de la région C. Ce motif se répète lorsque la lumière se déplace le long du masque 34'. Cependant, la déformation à l'intérieur de la feuille de verre 12' peut être détectée en mesurant à la fois l'intensité et la durée d'impulsion de la lumière qui passe à travers le masque 34'. Après être sortie de la région H, le rayon entre dans la région I mais ne passe pas à travers celle-ci vers la région J et revient au lieu de cela à la région H. Ce changement de direction est détecté grâce à l'intensité de la lumière qui passe d'une transmission complète à une transmission partielle au lieu de passer d'une transmission complète à une transmission nulle. Lorsque cette variation du profil de l'intensité lumineuse est détectée, l'appareil est capable de déterminer que le faisceau a changé de direction et de comparer correctement la région H' à la valeur prévue pour la région H. Le rayon se déplace dans la direction inverse entre dans la région G après avoir quitté la région H, mais ne va pas dans la région F. Ceci est également représenté par le profil de l'intensité lumineuse qui revient au profil "normal" du passage d'une transmission nulle à une transmission partielle, à une transmission complète et à une transmission nulle. L'appareil est de nouveau capable de détecter le changement de direction du déplacement du faisceau, et compare de façon correcte les régions H', I' etc..., aux valeurs prévues correctes. En utilisant une mesure à la fois de l'amplitude et de la durée de chaque impulsion, on peut utiliser l'appareil 10 pour déterminer la qualité d'un verre présentant soit une déformation optique élevée, soit un masque placé au-delà de la distance focale de la déformation. L'invention s'appuie sur une mesure de la vitesse du rayon lumineux lorsqu'il se déplace d'une première zone du masque jusqu'à l'autre zone. La vitesse de déplacement est inversement proportionnelle à la déformation à l'intérieur du verre. Sur la figure 5 est donnée une représentation analytique de la vitesse du faisceau en fonction de la vergence du verre. La vitesse du faisceau est mesurée en pouces/seconde (1 pouce = 2,54 cm) et la déformation en milli-dioptries. Les zones du verre qui forment une déformation par divergence sont représentées par une vergence négative et les zones du verre qui forment une déformation par convergence sont représentées comme étant des zones ayant une vergence positive. L'invention a été décrite principalement comme étant un procédé de mesure de la déformation optique à l'intérieur d'une feuille de verre. Elle est également utile pour mesure les irrégularités de surface le long d'une feuille en utilisant les mêmes procédés et dispositifs que l'on a décrits. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la qualité d'une feuille de verre plat comprenant les étapes consistant à: illuminer ladite feuille de verre avec un rayon de lumière suivant un angle aigu par rapport à ladite feuille de verre, positionner un masque comportant des parties opaques et transparentes alternées de façon à recevoir la lumière provenant dudit rayon après qu'il ait rencontré ladite feuille de verre, déplacer ledit rayon depuis un premier emplacement de ladite feuille jusqu'à un second emplacement de ladite feuille et amener ledit rayon lumineux à se déplacer le long dudit masque, recueillir la lumière passant à travers ledit masque, mesurer la durée d'impulsion de ladite lumière recueillie, et corréler ladite durée mesurée à ladite qualité de ladite feuille de verre. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit rayon lumineux passe à travers ladite feuille de verre et ledit procédé détermine la qualité optique de ladite feuille de verre. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit rayon lumineux est réfléchi par la surface de ladite feuille de verre et ledit procédé détermine les irrégularités de surface de ladite feuille de verre. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit angle aigu est compris entre 45 et 85 degrés. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit rayon lumineux conserve un angle pratiquement constant par rapport à ladite feuille de verre depuis ledit premier emplacement jusqu'audit second emplacement. 6. Procédé selon la revendication 1, comprenant, avant ladite étape d'illumination, l'étape supplémentaire consistant à: illuminer un miroir tournant avec ledit rayon lumineux afin de former ledit rayon en déplacement et diriger ledit rayon lumineux provenant dudit miroir tournant sur ladite feuille de verre. 7. Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre l'étape consistant à réfléchir ledit rayon lumineux provenant dudit miroir tournant sur ladite feuille de verre. 8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite lumière est recueillie par un conduit de lumière intérieurement réfléchissant et est transmise à un détecteur de lumière. 9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite lumière mesurée forme des impulsions représentant la présence et l'absence de lumière passant à travers ledit masque, ladite étape de mesure comprenant en outre la mesure à la fois de la durée de chaque impulsion et de l'intervalle entre les impulsions. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ladite étape de corrélation comprend la comparaison de ladite durée et dudit intervalle mesurés à des valeurs connues afin de déterminer la qualité de ladite feuille de verre.