Brevet FR2815703A1 — publié le 20020426

La présente invention concerne un procédé et un appareil de mesure rapide de l'épaisseur d'un objet, notamment d'une fibre optique. On connaît deux familles de méthodes de mesure de diamètre de fibres optiques, que l'on met en ceuvre lors de la fabrication des fibres, pour vérifier leur régularité de diamètre ou pour repérer les éventuelles olives ou les éventuels manques dans leur revêtement. La première famille repose sur le principe de l'ombroscope, dans lequel une source lumineuse continue illumine un objet à mesurer placé devant un détecteur. L'ombre faite par l'objet sur le détecteur détermine la quantité de lumière reçue par ce dernier, et donc le signal électrique qu'il fournit. Ce signal peut être corrélé au diamètre de la fibre et mettre en évidence un diamètre anormalement élevé ou faible. Le principal inconvénient de ce principe d'ombroscope est qu'il est particulièrement difficile d'obtenir une zone d'illumination homogène de l'objet et qu'en fonction de la position de l'objet à contrôler, le résultat de la mesure peut se trouver entaché d'une erreur non négligeable. Or, le contrôle d'une fibre intervient immédiatement après sa fabrication, alors que la fibre défile à grande vitesse (environ 60 km/h) en direction des enrouleurs. De ce fait, lors de son contrôle, la portion de fibre se trouvant entre la source lumineuse et le détecteur subit des vibrations qui perturbent la mesure, et ce d'autant plus que la fibre est petite. La seconde famille de méthodes de mesure utilise des analyseurs à balayage laser. Compte tenu de leur plus grande fiabilité, ces appareils sont actuellement les plus utilisés pour assurer le contrôle de diamètre en ligne des fibres optiques sortant des tours de fibrage. Leur principe est le suivant : Un faisceau laser balaie transversalement la section de la fibre tandis qu'un capteur, placé à l'opposé du faisceau par rapport à la fibre, détecte en permanence si ce faisceau est ou non occulté. Connaissant la fréquence de balayage du faisceau, on déduit facilement le diamètre de la fibre de la durée d'interruption du faisceau. Les limites de cette méthode sont posées par les solutions matérielles actuellement disponibles pour faire balayer une zone à un rayon lumineux, à savoir le recours à un miroir tournant ou à un miroir oscillant. Le miroir tournant procure en général des oscillations moins élevées que le miroir oscillant, qui est fixé sur une branche d'un diapason vibrant dont le mouvement est électriquement entretenu. Mais même dans le cas d'un miroir oscillant, les fréquences de balayage des appareils qui sont suffisamment réguliers dans leur fonctionnement pour être calibrés ne dépassent pas 1 KHz, du fait du poids de l'ensemble des pièces mobiles, et cette fréquence n'est pas totalement satisfaisante si l'on considère la vitesse de défilement des fibres, à savoir environ 60 km/h, car le balayage à une fréquence de 1 KHz ne fournit une mesure que tous les 17 mm. On connaît un seul type d'appareil dépassant cette fréquence, mais sa régularité est insuffisante pour que l'on puisse le calibrer. Les appareils de ce type ne peuvent être utilisés que pour détecter des olives et des creux dans les revêtements des fibres. La présente invention vise à fournir un nouveau procédé de mesure par balayage optique de l'épaisseur d'un objet, qui procure des mesures beaucoup plus rapprochées, même en cas de défilement rapide de l'objet à mesurer. Le procédé selon l'invention consiste à balayer une région contenant ledit objet à l'aide d'un faisceau lumineux, à détecter, pendant le balayage, lorsque le faisceau lumineux traverse la région et lorsqu'il est occulté par l'objet et à en déduire l'épaisseur de l'objet. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on réalise le balayage de ladite région en déplaçant une source lumineuse ponctuelle au voisinage de l'objet à mesurer, sur une trajectoire de balayage couvrant sensiblement l'épaisseur dudit objet. Dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, on utilise un tube à rayons cathodiques (TRC) pour déplacer la source lumineuse au voisinage de l'objet à mesurer. Cette source lumineuse est le point d'impact du faisceau d'électrons émis par le canon à électrons du tube sur l'écran à surface photoémissive du tube. Le faisceau d'électrons est dévié, de manière connue en soi, par un jeu de plaques de déviation qui lui font balayer l'écran placé au voisinage de l'objet à mesurer. L'avantage de ce mode de réalisation est que le point lumineux qui constitue la source lumineuse ponctuelle se déplace de manière continue sur l'écran, lequel n'est pas limité dans sa résolution. Par conséquent, la précision nécessaire à la mesure du diamètre d'une fibre optique peut être atteinte par une déviation précise du faisceau d'électrons, laquelle dépend de la qualité du circuit électronique générant le signal de déviation. Pour réaliser l'invention, il n'est pas nécessaire que le tube à rayons cathodiques dispose de deux jeux de plaques de déviation, car un balayage dans une seule direction, celle de l'épaisseur à mesurer de l'objet, suffit à procurer l'information requise pour la mesure. Pour obtenir un balayage approprié, on peut appliquer tout simplement une tension variable selon une forme en"dents de scie", pour faire déplacer sur l'écran le point lumineux dû à l'impact du faisceau d'électrons. En fonction de la fréquence du signal de tension, le point lumineux se déplace plus ou moins vite sur l'écran, ce qui permet d'adapter la mesure à la vitesse de déplacement de l'objet dans la région de balayage. Ainsi, pour des fibres optiques issues de fabrication, qui défilent à environ 60 km/h en sortie de tour de fibrage, il est particulièrement avantageux de pouvoir accroître la vitesse du balayage à quelques centaines de KHz afin que le diamètre de la fibre soit contrôlé au moins environ tous les 160 m, cet intervalle étant en fait limité par le diamètre de la tache d'analyse formée par le faisceau lumineux. Quelle que soit la vitesse requise, le procédé selon l'invention permet de répondre au besoin d'adaptation du balayage à la vitesse de défilement de la fibre, grâce au fait que ledit balayage s'opère sans mise en jeu d'aucune pièce mécanique dont l'inertie pourrait constituer une limitation matérielle à l'augmentation de la fréquence du balayage. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, on utilise, pour déplacer la source lumineuse, une dalle à plasma ayant une résolution suffisante pour permettre la mesure de l'épaisseur de l'objet à mesurer. Comme précédemment expliqué, aux seules fins de mesure de l'épaisseur d'un objet selon le procédé de l'invention, la dalle à plasma peut ne comporter qu'une ligne d'éléments lumineux, qui sont allumés successivement afin de déplacer un point lumineux sur ladite colonne. Dans un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, on module la puissance lumineuse de la source ponctuelle et, de façon synchrone, on démodule le signal issu du faisceau lumineux détecté, pour que seul le signal lumineux de mesure soit pris en compte lors de la détection. On atténue ainsi les bruits dus à la lumière environnante, bruits qui pourraient p-jL. er ia mesure. En outre, dans un mode de mise en oeuvre particulier, la source lumineuse est monochromatique et l'on filtre optiquement le signal lumineux détecté, sur la longueur d'onde de la source lumineuse, afin d'atténuer les bruits dus à la lumière environnante. La présente invention a également pour objet un appareil de mesure de l'épaisseur d'un objet, comprenant des moyens de balayage pour balayer une région contenant ledit objet à l'aide d'un faisceau lumineux, un capteur pour détecter, pendant le balayage, lorsque le faisceau lumineux traverse la région et lorsqu'il est occulté par l'objet et un moyen de calcul pour en déduire l'épaisseur de l'objet, caractérisé en ce que lesdits moyens de balayage comprennent une source lumineuse ponctuelle et un moyen pour déplacer cette source lumineuse au voisinage de l'objet à mesurer, sur une trajectoire de balayage couvrant sensiblement l'épaisseur dudit objet. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la source lumineuse ponctuelle est formée par l'impact d'un faisceau d'électrons sur un écran ayant une surface photoémissive d'un tube à rayons cathodiques muni d'au moins un jeu de plaques de déviation aptes à dévier le faisceau d'électrons de manière à déplacer la source lumineuse ponctuelle. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, la source lumineuse ponctuelle est formée par des éléments lumineux contigus d'une dalle à plasma comprenant au moins une ligne d'éléments lumineux couvrant sensiblement l'épaisseur à mesurer de l'objet et dont la résolution est suffisante pour permettre la mesure de l'épaisseur de l'objet à mesurer. Afin de faciliter la compréhension de l'invention, un mode de réalisation particulier et non limitatif va maintenant en être décrit, à l'aide des dessins annexés dans lesquels : ta figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de mesure du diamètre d'une fibre optique en mouvement, ta figure 2 est un graphe représentant, en fonction du temps, le niveau de lumière reçue par le détecteur du dispositif de la figure 1. Le dispositif illustré est adapté à une utilisation en sortie de tour de fibrage, pour contrôler à la fois le diamètre de la fibre nue et le diamètre de la fibre gainée. La mesure de diamètre de fibre nue permet de contrôler sa qualité de fabrication. La mesure de diamètre de fibre gainée permet de vérifier l'absence d'olives ou de creux sur l'enduction de la fibre. Il est particulièrement intéressant de noter que le dispositif selon l'invention convient pour ces deux mesures. Le dispositif décrit comprend un tube à rayons cathodiques (CRT) 1, renfermant un canon à électrons (non représenté) et au moins deux plaques de déviation du faisceau d'électrons (non représentées). Le CRT 1 est fermé, vers l'avant, par un écran 2 portant une surface photoémissive, par exemple au phosphore, apte à générer un point lumineux, également désigné spot, lorsque le faisceau d'électrons l'excite. Devant l'écran 2, on a placé une optique de mise en forme de la ligne de balayage, constituée par deux lentilles 3 et 4 dont la combinaison réduit à une plus petite échelle l'amplitude du balayage assuré par le CRT, afin que cette amplitude soit du même ordre de grandeur que le diamètre de la fibre optique 5 à contrôler. Une base de temps 6 alimente les plaques de déviation du CRT 1 en une tension variable qui assure le balayage, sur l'écran 2 du CRT, du faisceau d'électrons selon une ligne de balayage qui est ici un segment S perpendiculaire à la fibre optique, de sorte que la surface photoémissive décrite par ledit segment émet une lumière qui éclaire ladite fibre. Grâce à l'optique de mise en forme 3-4, l'image du segment S sur) a fibre est réduite, ici d'un facteur 10, en un segment réduit. Un modulateur de luminance 7 agit sur le canon à électrons pour modifier la puissance lumineuse du point formé sur l'écran 2, de sorte que l'image réduite du segment sur la fibre est modulée en amplitude. De l'autre côté de la fibre par rapport au CRT 1, on a placé un filtre optique 8 qui élimine toute lumière dont la longueur d'onde n'est pas égale à celle imposée par la matière, ici le phosphore, constituant la surface photoémissive du tube, afin d'atténuer les bruits générés par les lumières environnantes qui pourraient perturber la mesure. Ainsi, seule l'image du segment, occultée par la fibre, parvient à la deuxième optique de mise en forme, également constituée par des lentilles 9 et 10. Cette deuxième optique de mise en forme a pour rôle de concentrer sur un détecteur 11 les rayons lumineux issus de l'image du segment. De cette manière, le détecteur 11 se trouve en permanence sur le trajet du rayon lumineux provenant de chaque luminophore du segment S formé sur l'écran 2 du CRT 1. Si le détecteur 11 reçoit un signal lumineux à un instant donné, cela signifie que le trajet du rayon issu du luminophore excité à cet instant précis n'a pas été occulté par la fibre 6. En revanche, si le détecteur 11 n'est pas éclairé, cela signifie que le rayon lumineux émis par le luminophore excité à cet instant précis a rencontré la fibre qui l'a stoppé. La synchronisation entre les informations provenant du détecteur 11 et l'émission de lumière en un point donné de l'écran 2 du CRT est fournie par la base de temps 6. Le signal fourni par le détecteur 11 est amplifié par un amplificateur 12, puis fourni au démodulateur 13, qui permet de ne prendre en compte que le signal synchrone avec celui fourni au canon à électrons du tube 1, afin d'éliminer encore des bruits susceptibles de gêner la mesure. Il en résulte un signal à traiter pour calcul ou contrôle de régularité du diamètre de la fibre. Ce signal est représenté sur la figure 2, où l'on voit clairement qu'en dehors de la présence de la fibre, la lumière reçue par le détecteur 11 est maximale, tandis qu'elle chute brutalement dans la partie centrale du balayage. Il est en outre intéressant de noter que, comme pour les appareils de mesure de diamètre connus, l'appareil selon l'invention fournit également une information quant à la position de la fibre. Il suffit pour cela de mesurer le délai écoulé entre le début du balayage et la première interception du faisceau lumineux par la fibre. On peut ainsi déterminer la position de la fibre et, partant, détecter d'éventuelles vibrations de la fibre entre deux mesures. Un seuil de calibrage 14, prédéterminé par l'utilisation de piges de calibration en sillice, correspond au niveau de lumière en dessous duquel on considère que la faiblesse du signal lumineux reçu par le détecteur est due à la présence de la fibre. La durée 15 pendant laquelle le signal se maintient en dessous de ce seuil de calibrage fournit le diamètre de la fibre. On remarque que le niveau de lumière présente un pic au milieu du balayage. Ce pic correspond au moment où le rayon lumineux traverse l'axe de la fibre et où, en conséquence, ladite fibre se comporte comme une lentille qui concentre toute l'énergie du faisceau lumineux reçu au centre de son ombre sur le détecteur. Bien entendu, l'exemple fourni ci-dessus n'a pour but que d'aider à la compréhension de l'invention et il ne peut en aucun cas être considéré comme présentant un quelconque caractère limitatif, la portée de l'invention étant définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure rapide de l'épaisseur d'un objet (5) consistant à balayer une région contenant ledit objet à l'aide d'un faisceau lumineux, à détecter, pendant le balayage, lorsque le faisceau lumineux traverse la région et lorsqu'il est occulté par l'objet et à en déduire l'épaisseur de l'objet, caractérisé en ce que l'on réalise le balayage de ladite région en déplaçant une source lumineuse ponctuelle au voisinage de l'objet à mesurer, sur une trajectoire de balayage (S) couvrant sensiblement l'épaisseur dudit objet. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un tube à rayons cathodiques (TRC) pour déplacer la source lumineuse au voisinage de l'objet à mesurer, cette source lumineuse étant le point d'impact du faisceau d'électrons émis par le canon à électrons du tube sur l'écran à surface photoémissive du tube. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise, pour déplacer la source lumineuse, une dalle à plasma ayant une résolution suffisante pour permettre la mesure de l'épaisseur de l'objet à mesurer. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on module la puissance lumineuse de la source ponctuelle et, de façon synchrone, on démodule le signal issu du faisceau lumineux détecté, pour que seul le signal lumineux de mesure soit pris en compte par ledit capteur. 5. Appareil de mesure de l'épaisseur d'un objet (5), comprenant des moyens de balayage (1) pour balayer une région contenant ledit objet à l'aide d'un faisceau lumineux, un capteur (11) pour détecter, pendant le balayage, lorsque le faisceau lumineux traverse la région et lorsqu'il est occulté par l'objet et un moyen de calcul pour en déduire l'épaisseur de l'objet, caractérisé en ce que lesdits moyens de balayage comprennent une source lumineuse ponctuelle et un moyen pour déplacer cette source lumineuse au voisinage de l'objet à mesurer, sur une trajectoire de balayage couvrant sensiblement l'épaisseur dudit objet. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la source lumineuse ponctuelle est formée par l'impact d'un faisceau d'électrons sur un écran ayant une surface photoémissive d'un tube à rayons cathodiques muni d'au moins un jeu de plaques de déviation aptes à dévier le faisceau d'électrons de manière à déplacer la source lumineuse ponctuelle. 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la source lumineuse ponctuelle est formée par des éléments lumineux contigus d'une dalle à plasma comprenant au moins une ligne d'éléments lumineux couvrant sensiblement l'épaisseur à mesurer de l'objet et dont la résolution est suffisante pour permettre la mesure de l'épaisseur de l'objet à mesurer.