Brevet FR2751068A1 — publié le 19980116

Description L'invention concerne la mesure à distance d'épaisseur de verre par un dispositif optique. Dans le domaine du verre plat, le contrôle de l'épaisseur de la plaque de verre, sur la chaîne de fabrication, s effectue: - le plus souvent à l'aide d'une source radioactive dont émission est dirigée vers le verre et dont on mesure llabsorption par le verre; - plus rarement par un procédé optique, qui utilise 11 émission d'un faisceau laser et la mesure d'écartement entre deux rayons réfléchis par les deux faces de la plaque de verre, le premier réfléchi directement par la face supérieure, le second réfléchi par la face inférieure après réfraction dans le verre. Ces deux dispositifs de mesure ont chacun leur inconvénient: - le premier (absorption d'une émission radioactive) entraîne des servitudes d' exploitation liées au caractère radioactif de la source; - le second s'accomode mal des mouvements de la plaque de verre sur la chaîne de fabrication et voit de ce fait sa précision de mesure décroître très vite dès que 1T appareil s'écarte de la face supérieure du verre. Le dispositif objet de la présente invention permet de s'affranchir des deux inconvénients précités: - d'une part il est optique (pas de source radioactive) - d'autre part sa précision de mesure est peu affectée à distance par les mouvements de la plaque de verre sur ses rouleaux porteurs (mouvement vertical, inclinaison et courbure); il est alors possible de l'écarter de la plaque de verre tout en conservant une grande précision de mesure. Ceci autorise en particulier une mesure d'épaisseur sur verre chaud (500 à 600"C), en sortie de four float (très en amont dans la chaîne de fabrication), alors que les dispositifs actuels ne fonctionnent que sur verre "froid", après four de recuisson (c'est à dire en bout de chaîne de fabrication, ce qui implique un délai long - de près d'une heure - entre le contrôle de ltépaisseur et l'action corrective sur les paramètres de la fabrication). Le principe de mesure consiste en une opération de triangulation plane à partir d'un faisceau lumineux qui éclaire toujours normalement la surface du matériau transparent en fournissant deux tâches de diffusion, qui sont vues décalées angulairement par un photosenseur (barrette de pixels par exemple). Le dispositif de mesure comprend: (cf fig. 1) - un émetteur de faisceau lumineux (préférentiellement un laser) (8) et une optique de focalisation (9) permettant de produire un faisceau laser focalisé (1) de manière à ce que les tâches lumineuses diffusantes (2) et (3) créées par ce faisceau lumineux sur la plaque de verre soient de faible dimension; - un dispositif d'asservissement de ce faisceau lumineux pour qu'il reste constamment normal au plan local du dioptre air/verre, malgré les variations d'inclinaison éventuelles de la plaque de verre: pour celà l'emetteur est monté sur un plateau (10) à deux cardans permettant des rotations autour des axes x et y ; ce dispositif est équipé d'une structure monobloc comportant une lame semitransparente (11) permettant d'intercepter le faisceau réfléchi (4) par la face supérieure du verre, d'une optique de focalisation et d'une cellule de détection à quatre quadrants (13); cette cellule détecte toute variation angulaire du faisceau lumineux réfléchi et actionne, par une électronique d'asservissement (14), des vérins (15) solidaires d'un bâti fixe (16), permettant une rotation du plateau mobile (10) selon les axes x et y Compte-tenu de cette normalité du faisceau incident (1), les faisceaux réfléchis (4) et (7) ainsi que les faisceaux réfractés (5) et (6) sont colinéaires (cf fig. 2)et les tâches de diffusion (2) et (3) restent toujours de faible dimension. - un récepteur, monté sur le même plateau mobile (10) que l'émetteur; ce récepteur va mesurer l'écart angulaire sous lequel il voit les deux tâches de diffusion (2) et (3) créées par l'émetteur (et plus précisément les centres de ces deux tâches). Pour celà, une fenêtre optique est ménagée sur le plateau mobile (10) permettant au récepteur d'avoir un champ de vision dans le sens Oz (vertical) entre la distance minimale (18) et maximale (19) de la position de la plaque de verre par rapport au dispositif de mesure. Ce récepteur est composé d'une optique de reprise (17), dont l'axe optique (18)+(19) (20) correspond à la distance moyenne 2 et qui réalise une image des tâches de diffusion (2) et (3) sur la droite image (21), contenue dans le plan formé par le faisceau lumineux (1) et l'axe optique (20) du récepteur. d'un photosenseur (22), sous forme de barrette de pixels par exemple, disposée selon la droite image (21), de son électronique associée (23), dont une partie au moins (amplification) est située à proximité du photosenseur, sur le plateau mobile, et dont l'autre partie peut être déportée, grâce à une liaison électrique; d'une partie traitement, dont le but est: - de mesurer l'écart de distance entre les centres des deux images correspondant aux tâches de diffusion (2) et (3), - de mesurer la position absolue (24), sur le photosenseur, du centre de la tâche de diffusion (2), de manière à connaître l'angle d'incidence i (25) sous lequel est vue cette tâche; - de calculer l'épaisseur e (26) du verre au point d'illumination du faisceau lumineux, en fonction de l'angle d'incidence i (25), de l'angle dss (27) sous lequel sont vues les deux tâches de diffusion et de l'indice n du verre connu par ailleurs. d'une partie visualisation/archivage (28) des résultats, cette dernière partie pouvant revêtir diverses formes selon l'exploitation envisagée. Diverses variantes du récepteur sont possibles, toutes ayant pour objet de mesurer les angles précités i et dp. Par exemple: - le récepteur n'est pas monté sur le plateau mobile, mais est fixe; dans ce cas la figure formée par l'axe du faisceau lumineux, l'axe du récepteur et la base de mesure B constituant base de triangulation n'est plus indéformable comme dans le cas précédent; le champ de mesure du récepteur doit alors être plus large que précédemment, le calcul de l'épaisseur e doit tenir compte de la position du faisceau lumineux dans l'espace (codeurs angulaires sur les axes de cardans) et le récepteur doit être matriciel (29) (cf figure 3). - la mesure angulaire des angles i et dss est réalisée séquentiellement dans le temps (cf figure 4); dans ce cas le récepteur est monté sur le plateau mobile (10) et la mesure est effectuée à l'aide d'un miroir tournant à vitesse très régulière (30) et d'un photosenseur "ponctuel" (31), sensible à chaque rotation à la lumière émise par les tâches de diffusion. Une telle mesure séquentielle n'est valable que si les mouvements de la plaque de verre sont lents vis à vis de la vitesse de rotation du miroir. En conclusion, cette invention s'applique en particulier à la mesure d'épaisseur de plaques de verre plat à haute température, lors du processus de fabrication (procédé flot); mais cette invention est de portée plus générale et peut s'appliquer à la mesure d'épaisseur de verre, à froid comme à chaud, en verre plat comme en verre d'emballage,ainsi qu'à la mesure d'épaisseur de tout matériau suffisamment transparent. Revendications 1 - Dispositif optique de mesure à distance d'épaisseur de verre, caractérisé en ce qu'il comprend: - un émetteur de faisceau lumineux (préférentiellement un laser) (8) et son optique de focalisation (9), montés sur un plateau mobile à deux cardans (10) asservi de telle sorte que le faisceau lumineux émis (1) reste constamment perpendiculaire à la face supérieure de la plaque de verre; - un récepteur, monté préférentiellement sur le même plateau mobile, destiné à mesurer l'angle sous lequel sont vues les deux tâches de diffusion (2) et (3) créées par le faisceau lumineux sur les faces supérieure et inférieure de la plaque de verre; - un système de traitement (24) calculant l'épaisseur (26) de la plaque de verre; 2 - Dispositif optique de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'asservissement du plateau mobile comprenant: - une lame semi-transparente (11), positionnée sur le trajet du faisceau lumineux émis, recevant le faisceau réfléchi (4) et orientant partiellement ce dernier vers une cellule quatre quadrants (13) après focalisation. - une cellule de détection à quatre quadrants (13)qui détecte toute variation angulaire du faisceau lumineux réfléchi par rapport aux axes x et y de rotation du plateau mobile (10); cette cellule actionne, par une électronique d'asservissement (14),des vérins (15); - des verins (15), solidaires d'un bâti fixe (16) qui permettent une rotation du plateau mobile (10) selon les axes x et y. 3 - Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réception effectue la mesure de l'angle dss sous lequel il voit les deux tâches de diffusion créées par le faisceau lumineux d'émission: la première tâche (2) est en vue directe; la seconde tâche (3) est vue après réfraction sur le dioptre verre/air. 4 - Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réception mesure l'angle d'incidence i sous lequel est vue la tâche de diffusion (2) sur la surface supérieure de la plaque de verre. 5 - Dispositif optique selon les revendications 1,3 et 4, caractérisé par le fait que le récepteur est monté sur le même plateau mobile que l'émetteur et que les mesures angulaires précitées (dp et i ) sont effectuées grâce à un photosenseur linéaire ( barrette linéaire de pixels par exemple), placé dans le plan formé par le faisceau d'émission et l'axe optique du récepteur (droites concourrantes par construction et formant une figure indéformable indépendamment des mouvements de la plaque de verre); la mesure angulaire est effectuée par l'intermédiaire de la mesure d'écartement entre les centres des deux spots images des tâches de diffusion (2) et (3) pour la mesure de l'angle dss et par l'intermédiaire de la mesure de la position du centre du spot image de la tâche (2) sur le photosenseur (barrette de pixels par exemple) pour la mesure de l'angle d'incidence i 6 - Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de traitement calcule l'épaisseur à 'partir des valeurs angulaires mesurées dpet i, en tenant compte de la valeur d'indice n du verre connue par ailleurs et fournie au dispositif de traitement. 7 - Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait - qu'il s'applique en particulier à la mesure d'épaisseur de plaques de verre plat à haute température, - mais qu'il est de portée plus générale et peut s'appliquer à la mesure d'épaisseur de verre, à froid comme à chaud, en verre plat comme en verre d'emballage, ainsi qu'à la mesure d'épaisseur de tout matériau suffisamment transparent.