Brevet FR2792721A1 — publié le 20001027

Dispositif et procédé pour mesurer l'épaisseur d'un matériau en feuille pendant qu'il avance La présente invention concerne un dispositif pour mesurer l'épaisseur d'un matériau en film ou en feuille tel qu'un film plastique ou en papier pendant le cycle de production, et en particulier un dispositif de mesure du type comprenant une tête de balayage qui se déplace selon un mouvement alternatif dans une direction orthogonale à la direction d'avance d'un film à mesurer, et dans lequel ladite tête de balayage comprend un émetteur de rayonnement, en particulier de rayons bêta, disposé d'un côté du film et un capteur disposé du côté opposé, constitué par quatre diodes de grande surface disposées en matrice, qui émettent un signal fonction de la quantité de rayonnement reçu. La somme des signaux fournis par les quatre capteurs, convenablement traités, donne l'épaisseur à mesurer, tandis que la différence entre les signaux fournis par un capteur et par son voisin permet de mettre en évidence un éventuel désaxage entre émetteur et récepteur. Le dispositif selon l'invention permet d'effectuer une mesure de précision élevée et, grâce à la connaissance de désaxages éventuels entre les deux éléments mobiles, d'intervenir pour compenser les différences de lecture qui peuvent en résulter. Les appareillages connus pour la mesure de l'épaisseur de films ou analogues pendant qu'ils avancent comprennent généralement une structure en portique le long de laquelle coulissent une ou plusieurs têtes de balayage qui se dépla- cent selon un mouvement alternatif dans une direction orthogonale à celle de l'avance du film, pour effectuer la mesure sur toute sa largeur. Ces têtes de balayage sont habituellement constituées par des détecteurs à gaz - ou chambres d'ionisation - avec un émetteur de rayonnement placé d'un côté du film et un récep- teur placé du côté opposé, qui produit un signal fonction de la quantité de rayonnement reçue, permettant, avec un traite- ment approprié, en fonction de l'absorption de ce rayonne- ment, de déterminer l'épaisseur du film. Ces appareillages doivent effectuer des mesures micrométri- ques, et il est donc facile de comprendre que les résultats peuvent être influencés par de nombreux facteurs tels que des erreurs dues aux caractéristiques du détecteur, à des variations de température ou des caractéristiques thermodyna- miques du système ou à des imprécisions mécaniques des dispositifs de mesure. En particulier, des désaxages éventuels entre l'émetteur et le capteur, pendant qu'ils se déplacent, peuvent donner lieu à des erreurs de mesure, dues au fait que la sensibilité du récepteur aux radiations n'est pas constante sur toute sa surface. En outre la distribution du rayonnement émis est aussi non uniforme sur la surface du capteur. D'un autre côté il n'est pas avantageux non plus de limiter excessivement l'angle solide sous lequel le rayonnement parvient au capteur (en recourant par exemple à des disposi- tifs collimateurs ou analogues), car dans ce cas on obtien- drait un signal si faible qu'il deviendrait difficile à mesurer avec précision, ce qui entraînerait de nouveau des imprécisions de lecture. Par conséquent, le signal restitué par le capteur, à égalité de rayonnement incident, n'est pas uniforme en cas de décalage sur les axes, mais varie selon le profil d'effica- cité qui a son tour peut n'être pas toujours égal mais varier lui aussi en fonction des conditions de travail. Il est clair alors qu'un alignement parfait entre émetteur et capteur est la condition indispensable pour une mesure de précision et d'exactitude élevées et que des désaxages même légers (loin d'être improbables dans des dispositifs qui se déplacent de manière continue) affectent négativement les résultats. Une solution partielle au problème est fournie par le recours à des algorithmes appropriés qui font usage d'appareillages additionnels de compensation, tels que des capteurs magnéti- ques, qui cependant entraînent des frais supplémentaires, une plus grande complication constructive de la machine et le risque d'introduire de nouvelles imprécisions. L'invention vise plutôt à résoudre le problème en disposant d'un capteur permettant de relever d'éventuels désaxages et par conséquent de corriger le signal en conséquence. À cet effet la présente invention propose un dispositif de mesure comprenant d'un côté un émetteur de rayonnement, en particulier un émetteur de rayons bêta, et, du côté opposé par rapport à la feuille à mesurer, un capteur constitué par trois diodes ou plus, en particulier quatre diodes du type classé comme "diodes de grande surface", disposées en matrice. Ces diodes lisent le signal provenant de l'émetteur à l'intérieur d'un angle solide bien déterminé et produisent chacune un signal fonction de la quantité de rayonnement reçue, elle-même directement proportionnelle à la surface frappée. La somme des quatre signaux fournit l'épaisseur mesurée, tandis qu'il est possible, à partir de la différence entre le signal émis par une diode et ceux émis par les diodes adjacentes, de déterminer des désaxages éventuels le long d'une paire d'axes orthogonaux et d'introduire par conséquent les corrections nécessaires. L'invention concerne aussi un procédé de mesure basé sur l'emploi du dispositif ci-dessus. La présente invention sera maintenant décrite en détail, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un appareillage de mesures équipé du dispositif selon l'inven- tion. La figure 2 est une vue schématique en plan du capteur d'un dispositif selon l'invention. La figure 3 est un graphique montrant en abscisses la position relative entre une source et un récepteur le long d'un axe et en ordonnées la différence entre les lectures effectuées par deux capteurs adjacents. Référence étant faite à la figure 1, un appareillage pour la mesure de l'épaisseur d'un film comprend un bâti 1 le long duquel se déplace, de manière alternative, une tête de balayage constituée par un émetteur de rayonnement 2, en particulier un émetteur de rayons bêta, et un capteur 3, qui coulisse le long d'un guide 4 solidaire du bâti. Le film à mesurer, indiqué par la référence 5, passe entre l'émetteur et le capteur et avance dans la direction de la flèche F. Des dispositifs d'actionnement de type connu déplacent le capteur et l'émetteur en avant et en arrière en synchronisme, de sorte que le rayonnement émis par l'émetteur 2 est reçu en continuité par le capteur 3 permettant ainsi de déterminer, sur la base de l'absorption de ce rayonnement, l'épaisseur du matériau mesuré. Conformément à l'invention, le capteur est constitué par une série de diodes, en particulier du type classé comme diodes "de grande surface". En particulier, le capteur est constitué par trois diodes ou plus, de préférence quatre diodes disposées en matrice, c'est-à-dire disposées sur deux rangs et deux colonnes comme illustré dans la vue en plan de la figure 2. Sur cette figure, la référence 6 indique le support du capteur, lequel comprend quatre diodes 7, 7', 7" et 7"'. Chacune de ces diodes, qui peut avoir par exemple des dimensions d'environ 8 à 10 millimètres, reçoit une partie du rayonnement que l'émetteur dirige vers le capteur. La référence 8 indique un cercle qui représente la zone d'intensité maximale du rayonnement émis, à l'intérieur d'un angle solide prédéterminé. Quand l'émetteur et le récepteur sont parfaitement alignés, la surface du cercle 8 est distribuée de manière égale sur les quatre capteurs, lesquels produisent des signaux équiva- lents dont la somme fournit une valeur indicative de l'épais- seur à mesurer. S'il se produit pour un motif quelconque un désalignement entre émetteur et capteur, le cercle s'écarte de la position d'équilibre indiquée, touchant dans une mesure différente les quatre capteurs, dont chacun reçoit alors une quantité différente de rayonnement. Des essais effectués ont permis de vérifier que la différence entre les signaux produits par deux capteurs adjacents le long d'un axe fournit une droite d'un coefficient angulaire déterminé (figure 3). On a pu également constater que de meilleurs résultats sont obtenus quand l'émetteur (la source) a des dimensions du même ordre que celles du capteur. En définitive, si on reporte sur un graphique (figure 3) en abscisses les valeurs de désalignement et en ordonnées la différence entre les signaux produits par deux capteurs adjacents disposés le long de l'axe concerné, on obtient une droite passant par l'origine, faisant un angle a avec l'axe des abscisses. Ceci permet, en faisant usage d'algorithmes connus de l'homme du métier, de déterminer le désaxage des deux capteurs et de corriger ainsi les valeurs de lecture, de manière à obtenir une réduction significative de l'influence des désaxages. Le procédé selon l'invention prévoit ainsi de: - mesurer, au moyen d'un détecteur comprenant quatre diodes de grande surface disposées en matrice, une quantité de rayonnement provenant d'un émetteur disposé du côté opposé par rapport à une feuille à mesurer; - déterminer le désaxage en fonction de la différence des lectures entre deux diodes adjacentes; et déterminer l'épaisseur sur la base de la somme des quatre lectures, corrigée éventuellement en fonction de ladite différence de lecture proportionnelle au désaxage, relevée précédemment. Le procédé selon l'invention permet ainsi de réduire de manière significative l'influence du désalignement dans les mesures d'épaisseur, avec un appareillage simple, moins coûteux que ceux actuellement utilisés et d'une programmation facile. Il est à noter que l'utilisation de quatre capteurs rend le système redondant, de sorte que le dispositif pourra conti- nuer de fonctionner correctement même en cas de panne de l'un d'eux. Toutes les modifications et variantes que l'homme du métier pourra concevoir entrent dans le cadre de la présente invention. Revendications 1. Dispositif pour mesurer l'épaisseur d'un matériau en film ou en feuille (5) pendant qu'il avance, du type compre- nant un émetteur de rayonnement (2) et un capteur (3) propre à mesurer ledit rayonnement, disposés de part et d'autre de la feuille et qui se déplacent en synchronisme le long de la surface dudit matériau en feuille, caractérisé en ce que ledit capteur est constitué par trois diodes ou plus de grande surface (7, 7', 7", 7"'). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capteur est constitué par quatre diodes (7, 7', 7", 7"') disposées en matrice, des moyens étant prévus pour calculer la différence entre les mesures de deux diodes adjacentes, calculer la somme des quatre mesures effectuées par lesdites diodes, et modifier la valeur de ladite somme en fonction de ladite différence. 3. Procédé pour mesurer l'épaisseur d'un matériau en feuille (5) au moyen d'une tête de balayage mobile comprenant un émetteur de rayonnement (2) et un capteur (3) disposé à l'opposé de celui-ci par rapport au matériau à mesurer et constitué par quatre diodes de grande surface (7, 7', 7", 7"') disposées en matrice, caractérisé en ce qu'on utilise la somme des lectures fournies par chaque diode pour calculer l'épaisseur de la feuille et qu'on utilise la différence entre les lectures de deux diodes adjacentes pour calculer le désaxage entre lesdits émetteur et capteur. 4. Procédé pour mesurer l'épaisseur d'un matériau en feuille (5) au moyen d'un dispositif de balayage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par les étapes suivantes: - mesurer, au moyen d'un détecteur (3) comprenant quatre diodes de grande surface (7, 7', 7", 7"'"), disposées en matrice, une quantité de rayonnement provenant d'un émetteur (2) disposé du côté opposé par rapport à une feuille à mesurer; - déterminer le désaxage en fonction de la différence des lectures entre deux diodes adjacentes; et - déterminer l'épaisseur sur la base de la somme des quatre lectures, corrigée éventuellement en fonction de ladite différence de lecture proportionnelle au désaxage, relevée précédemment.