Brevet FR2977312A1 — publié le 20130104

i "Procédé de mesure de l'épaisseur d'une paroi transparente d'un récipient par interférométrie et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé" L'invention concerne un procédé de mesure de l'épaisseur s de la paroi transparente d'un récipient en matériau thermoplastique, le récipient étant réalisé par soufflage d'une préforme chaude. Il est connu de fabriquer les récipients en matériau thermoplastique, par exemple des bouteilles, par soufflage de io préformes préalablement chauffées. Les installations de fabrication de tels récipients comportent ainsi un four de préchauffage, et un poste de soufflage qui transforme les préformes en récipients finaux. Pour permettre une production en grande série de ls récipients, les préformes, puis les récipients finaux, sont transportés à vitesse élevée d'un poste à l'autre. Après l'opération de soufflage, il est préférable de réaliser une mesure de l'épaisseur de la paroi des récipients finaux afin de vérifier la conformité des récipients avec un cahier des 20 charges. Pour éviter de ralentir la production des récipients, il est connu de réaliser cette mesure par de moyens sans contact, lors du transfert du récipient entre le poste de soufflage et le poste suivant, par exemple un poste de remplissage du récipient. 25 Le document WO-A-2009/036715 propose par exemple de réaliser la mesure au moyen d'un capteur confocal. Un tel capteur émet un rayon lumineux à spectre continu qui passe à travers une lentille chromatique. La lentille chromatique décompose le rayon lumineux de manière à focaliser chaque longueur d'onde dans un 30 plan différent. Ainsi, chaque longueur d'onde est focalisée à une distance axiale déterminée depuis la lentille. Le rayon ainsi décomposé traverse la paroi du récipient selon un axe perpendiculaire. Les deux faces de la paroi du récipient 2 réfléchissent avec un pic d'intensité les deux longueurs d'ondes déterminées qui sont focalisées sur chacune d'elle. Les rayons lumineux réfléchis ne présentent donc sensiblement pas un spectre continu. En fonction des longueurs d'onde réfléchies et de s l'indice de réfraction du matériau, il est possible de calculer l'épaisseur de la paroi. Néanmoins, ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter un positionnement axial extrêmement précis du récipient par rapport à la lentille. Pour avoir une mesure de io précision suffisante sur des parois de faible épaisseur, la longueur axiale de la plage de mesure est en effet inférieure à 3 mm. Or, la position de la paroi est susceptible de varier en fonction de la forme du récipient ou encore de la vitesse de défilement du récipient lorsque ce dernier est porté à la périphérie ls d'un carrousel. Pour résoudre ces problèmes, l'invention propose un procédé du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un procédé de mesure d'épaisseur par interférométrie qui comporte : 20 - une première étape d'émission par une source lumineuse d'un rayon lumineux de spectre continu perpendiculairement à la paroi transparente du récipient, le rayon émis étant réfléchi partiellement par la face externe de la paroi formant ainsi un premier rayon réfléchi à spectre continu, puis le rayon transmis 25 dans la paroi étant réfléchi partiellement par la face interne de la paroi formant ainsi un deuxième rayon réfléchi à spectre continu ; - une deuxième étape d'analyse spectrométrique par un capteur interférométrique des interférences produites par la superposition des premier et deuxième rayons réfléchis, les 30 interférences se traduisant par un phénomène de battement avec variation périodique de l'intensité lumineuse en fonction de la fréquence de l'onde lumineuse, l'épaisseur de la paroi du récipient étant susceptible d'être calculée en fonction de ladite période de la variation et de l'indice de réfraction du matériau. Selon d'autres caractéristiques du procédé : - le rayon lumineux émis présente un spectre continu de s longueurs d'onde qui sont comprises dans une plage qui s'étend de part et d'autre d'une longueur d'onde centrale, la longueur d'onde centrale étant comprise entre 0,45 dam et 2 pm ; - le rayon lumineux émis présente un spectre continu de longueurs d'onde qui s'étendent sur une plage de 0,81 pm jusqu'à io 0,89 pm ; - le rayon lumineux émis présente un spectre continu de. longueurs d'onde qui s'étendent sur une plage de 1,25 pm jusqu'à 1,35 pm ; - les récipients sont mobiles par rapport à la source 15 lumineuse et par rapport au capteur interférométrique, perpendiculairement à l'axe du rayon émis, la mesure étant réalisée instantanément lors du passage du récipient devant le capteur interférométrique ; - les récipients défilent devant le capteur interférométrique 20 à une vitesse qui est supérieure à 4 m/s ; L'invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, caractérisé en ce que le dispositif comporte : - une roue rotative autour d'un axe vertical de transfert des récipients comportant à sa périphérie des moyens de préhension 25 du col des récipients, le corps du récipient étant susceptible d'être incliné vers l'extérieur sous l'effet de la force centrifuge ; - au moins une source d'émission du rayon lumineux et un capteur interférométrique qui sont agencés radialement, par rapport à l'axe de rotation de la roue, en vis-à-vis d'une zone de 30 mesure qui est interposée sur la trajectoire du récipient ; - au moins un rail de maintien du corps du récipient à l'encontre de la force centrifuge qui est agencé radialement, par 4 rapport à l'axe de rotation de la roue, en vis-à-vis de la zone de mesure. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte une pluralité de capteurs interférométriques et de s sources lumineuses associées de manière que l'épaisseur de la paroi du récipient soit mesurée à différente hauteur. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés io parmi lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus qui représente une roue de transfert de récipients ; - la figure 2 est une vue en section selon le plan de coupe 2-2 de la figure 1 qui représente un récipient porté par la roue de ls transfert lorsqu'il passe devant un capteur interférométrique ; - la figure 3 est une vue de détail à plus grande échelle de la figure 2 qui représente la paroi du récipient ainsi que les ondes réfléchies et la superposition desdites ondes réfléchies ; - la figure 3a est une vue similaire à celle de la figure 3 qui 20 représente uniquement une première longueur d'onde des rayons lumineux réfléchis ; - la figure 3b est une vue similaire à celle de la figure 3 qui représente uniquement une deuxième longueur d'onde des rayons lumineux réfléchis ; 25 - la figure 4 est une courbe qui représente l'intensité de la superposition des rayons lumineux réfléchis en fonction de la fréquence de l'onde lumineuse ; - la figure 5 est une courbe qui représente la transformée de Fourier de la courbe de la figure 4. 30 Dans la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif des orientations longitudinales "L", verticales "V" et transversales "T" qui sont indiquées par le trièdre "L,V,T" des figures. Dans la suite de la description, des éléments présentant des fonctions similaires, analogues ou identiques seront désignés par des mêmes numéros de référence. On a représenté à la figure 1 un dispositif 11 de transfert 5 comportant une roue 10 de transfert de récipients 12. Cette roue 10 de transfert est agencée dans une installation (non représentée) de production de récipients 12 en matériau thermoplastique. Comme représenté à la figure 2, les récipients 12 en io matériau thermoplastique concernés par l'invention présentent un corps qui débouche vers le haut par l'intermédiaire d'un col 14. Le corps comporte une paroi 16 latérale transparente qui délimite un volume intérieur. Le récipient 12 est fermé verticalement vers le bas par un fond 17. 15 La paroi 16 est délimitée par une face 18 externe qui est tournée vers l'extérieur du récipient 12 et par une face 20 interne qui est tournée vers le volume intérieur. Une telle installation comporte généralement un four (non représenté) à l'intérieur duquel des préformes en matériau 20 thermoplastique défilent afin d'être chauffées à une température adaptée à leur soufflage. L'installation comporte aussi un poste 22 de soufflage, représenté schématiquement à la figure 1, qui est équipé de moules (non représentés) dans lesquels les préformes ainsi 25 chauffées sont reçues. Les préformes sont destinées à être formées en un récipient 12 final par soufflage. Les moules présentent une empreinte qui est complémentaire de la forme finale des récipients 12. De manière connue les moules peuvent être remplacés par d'autres moules afin de réaliser des récipients 30 12 de formes différentes sur ladite installation. La roue 10 de transfert est ici agencée à la sortie du poste 22 de soufflage de manière à transférer les récipients 12 finaux vers le poste suivant, par exemple un poste (non représenté) de remplissage des récipients 12. La roue 10 de transfert est montée rotative par rapport au sol autour d'un axe "A" vertical. Elle est équipée à sa périphérie s de moyens 24 de préhension individuels de récipient 12. Les moyens 24 de préhension sont aptes à porter les récipients 12 par leur col 14 supérieur. Les moyens 24 de préhension sont ici formés par des pinces qui sont aptes à saisir le col du récipient 12 io Selon une variante non représentée de l'invention, les moyens de préhension sont formés par des encoches réalisées dans le bord périphérique de la roue. Les encoches sont aptes à recevoir le col du récipient. Chaque récipient 12 est ainsi porté de manière que son ls axe principal "B" soit vertical. Les récipients 12 sont transportés le long d'une trajectoire sensiblement en arc de cercle depuis un point 26 de chargement jusqu'à un point 28 de déchargement, par rotation de la roue 10 de transfert dans un sens horaire en référence à la figure 1. La roue 10 de transfert tourne de manière 20 que les récipients 12 se déplacent à une vitesse qui est par exemple comprise entre 4 m/s et 6 m/s selon la position des moyens 24 de préhension, la cadence et le type de machine. Le dispositif 11 de transfert est muni de moyens 30 de mesure interférométrique qui sont agencés de manière fixe par 25 rapport au sol. Les moyens 30 de mesure permettent de mesurer l'épaisseur "s" d'une paroi 16 d'un récipient 12 lors de son passage dans une zone 32 de mesure qui est interposée sur la trajectoire des récipients 12. Par la suite, en se référant à la figure 2, la largeur longitudinale de la zone de mesure sera 30 désignée par le terme "plage de mesure". La zone 32 de mesure est ici interposée radialement entre les moyens 30 de mesure et l'axe de rotation de la roue 10 de transfert. 7 Selon une variante non représentée de l'invention, les moyens de mesure sont agencés transversalement entre l'axe de rotation de la roue de transfert et la zone de mesure. Lorsque les récipients 12 se déplacent le long de leur s trajectoire avec une vitesse variable, par exemple du fait de la présence de cames (non représentées), la zone 32 de mesure est agencée à l'endroit auquel les récipients 12 présentent une vitesse minimale. Comme cela est illustré à la figure 2, les moyens 30 de io mesure comportent une source 34 d'émission d'un rayon "E" lumineux de spectre continu sur une plage déterminée de longueurs d'onde. Par "spectre lumineux continu", on comprendra que l'intensité lumineuse est sensiblement identique sur toute la plage de longueurs d'onde. ls Le rayon "E" lumineux est émis selon un axe "C" longitudinal qui est perpendiculaire à la paroi 16 du récipient 12 présent dans la zone 32 de mesure. Le rayon "E" lumineux est ainsi susceptible de traverser perpendiculairement la paroi 16 transparente du récipient 12. 20 Le rayon "E" lumineux est plus particulièrement émis selon un axe "C" qui est perpendiculaire à une tangente à la trajectoire du récipient 12 dans la zone 32 de mesure. Le rayon "E" lumineux émis présente un spectre continu de longueurs d'onde sur une plage s'étendant de part et d'autre 25 d'une longueur d'onde centrale. La borne minimale de ladite plage est par exemple égale à la longueur d'onde centrale moins 50/0 de la longueur d'onde centrale, tandis que la borne maximale de ladite plage est par exemple égale à la longueur d'onde centrale plus 50/0 de la longueur d'onde centrale. 30 La longueur d'onde centrale est par exemple comprise entre 0,45 pm et 2 pm. 8 Le rayon "E" lumineux émis présente ici un spectre continu de longueurs d'onde qui s'étendent sur une plage de 0,81 pm jusqu'à 0,89 pm ; Selon une variante non représentée de l'invention, le rayon s "E" lumineux émis présente un spectre continu de longueurs d'onde qui s'étendent sur une plage de 1,25 pm jusqu'à 1,35 pm. Le récipient 12 étant réalisé en un matériau transparent dans le spectre du rayon "E" lumineux émis, le rayon "E" lumineux émis traverse la paroi 16 du récipient 12. io Lorsque le rayon "E" lumineux émis traverse la face 18 externe de la paroi 16 du récipient 12, une première partie du rayon "E" lumineux est réfléchie par la face 18 externe. Un premier rayon "R1" réfléchi de spectre continu se propage ainsi dans l'axe "C" du rayon "E" lumineux émis mais dans un sens ls inverse. Le rayon "E" lumineux perd ainsi en intensité "1". Le spectre du premier rayon "R1" réfléchi est identique au spectre du rayon "E" lumineux émis, seule l'intensité "1" du rayon "R1" lumineux réfléchi est inférieure à celle du rayon "E" lumineux émis. 20 La partie transmise du rayon "E" lumineux émis continu de se propager selon l'axe "C" à l'intérieur de la paroi 16 du récipient 12 jusqu'à atteindre la face 20 interne de la paroi 16. Une autre partie du rayon "E" lumineux émis est réfléchie par la face 20 interne. Un deuxième rayon "R2 réfléchi de spectre continu se 25 propage ainsi dans l'axe "C" du rayon "E" lumineux émis, mais dans un sens inverse. Le deuxième rayon "R2" réfléchi présente des propriétés spectrales analogues à celles du premier rayon "R1" lumineux réfléchi. Les deux rayons "R1, R2" réfléchis superposés sont 30 orientés par un prisme 36 ou par tout autre moyen adapté en direction d'un capteur 38 interférométrique. Le terme "transparent" englobe dans la description et dans les revendication des récipients 12 dont la paroi, incolore ou colorée, est transparente pour le spectre lumineux du rayon "E" lumineux émis, afin que le deuxième rayon "R2" lumineux réfléchi soit d'intensité suffisante pour pouvoir interférer avec le premier rayon "R1" lumineux réfléchi en émergeant de la paroi 16. s Le capteur 38 interférométrique et la source 34 lumineuse communiquent tous les deux avec une unité électronique de commande 40. Selon un mode de réalisation non représenté de l'invention, le dispositif de transfert est équipé de plusieurs io moyens de mesures qui sont agencés à des hauteurs différentes de manière à mesurer l'épaisseur "s" de la paroi du récipient à différentes hauteur. Les moyens de mesures sont avantageuse-ment agencés dans un même alignement vertical, ou ils sont décalés selon l'encombrement du capteur et la distance entre les ls zones à mesurer, afin de réaliser simultanément toutes les mesures dans une seule zone de mesure. Selon encore un autre mode de réalisation non représenté de l'invention, le dispositif de transfert comporte au moins deux moyens de mesure qui sont agencés longitudinalement de part et 20 d'autre de la zone de mesure de manière à contrôler l'épaisseur "s" de la paroi du récipient en deux points opposés. Lorsque la roue 10 de transfert tourne très vite, le corps des récipients 12 est soumis à une force centrifuge qui est susceptible de provoquer l'inclinaison des récipients 12 vers 25 l'extérieur autour de leur col. Pour maintenir la paroi 16 des récipients 12 orthogonale par rapport à l'axe "C" du rayon "E" lumineux émis, et/ou pour éviter que la paroi 16 des récipients ne sorte de la plage de mesure des capteurs 38 interférométrique, le dispositif 11 de 30 transfert est avantageusement équipée d'un rail 42 horizontal fixe par rapport au sol qui s'étend en arc de cercle autour de la roue 10. Ainsi, le rail 42 est agencé radialement, par rapport à l'axe de rotation A de la roue 10, en vis-à-vis de la zone 32 de mesure. Le 2977312 io rail 42 est agencé extérieurement le long de la trajectoire des récipients 12 de manière à retenir le corps des récipients 12 dans la plage de mesure. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, le s dispositif 11 de transfert est équipé de deux rails 42 qui sont agencés verticalement de part et d'autre de l'axe "C" du rayon "E" lumineux émis. On décrit à présent le procédé de mesure de l'épaisseur "s" de la paroi 16 du récipient 12 qui met en oeuvre les moyens 30 io de mesure décrits précédemment. Ce procédé permet de réaliser une mesure instantanée de l'épaisseur "s" de la paroi 16 du récipient 12 sans ralentir le défilement du récipient 12 lorsqu'il traverse la zone 32 de mesure. La vitesse de déplacement des récipients 12 est négligeable par ls rapport à la vitesse de la lumière. Ainsi, les rayons "R1, R2" réfléchis sont orientés sensiblement sur le même axe "C" que le rayon "E" lumineux émis. Une première étape d'émission du rayon "E" lumineux est déclenchée par l'unité électronique de contrôle 40 lors du 20 passage du récipient 12 dans la zone 32 de mesure. Lors de cette étape, la source 34 lumineuse émet le rayon "E" lumineux de spectre continu perpendiculairement à la paroi 16 transparente du récipient 12. En variante, le rayon "E" lumineux est émis en 25 permanence. Seule la mesure par le capteur 38 interférométrique est déclenchée séquentiellement en fonction de la cadence de défilement des récipients 12. Les deux rayons "R1, R2" réfléchis superposés sont alors orientés vers le capteur 38 interférométrique afin de déclencher la 30 deuxième étape d'analyse spectrométrique. Au vu de la vitesse de propagation de la lumière, la première et la deuxième étape sont sensiblement mises en oeuvre de manière simultanée. ii Lors de cette deuxième étape d'analyse spectrométrique les interférences produites par la superposition des premier et deuxième rayons "R1, R2" réfléchis sont analysées par le capteur 38 interférométrique. Le premier rayon "R1" réfléchi et le deuxième rayon "R2" réfléchi présentent des spectres d'onde identiques mais décalés axialement d'une distance qui est égale à l'épaisseur "s" de la paroi 16 du récipient 12. De manière connue, selon l'épaisseur traversée, l'intensité io "1" de certaines longueurs d'onde de la superposition des rayons "R1, R2" sera réduite tandis que l'intensité "1" d'autres longueurs d'ondes de ladite superposition sera augmentée. Ainsi, comme illustré à la figure 3a, les longueurs d'onde "Àa" qui vérifient l'équation suivante, présentent notamment une 15 intensité "1" maximale : Xa sxn=-xx 2 dans laquelle "s" représente l'épaisseur de la paroi 16, "n" représente l'indice de réfraction du matériau constituant la paroi 16 et "x" est un nombre entier quelconque. 20 En effet, les intensités "1" du premier rayon "R1 a" réfléchi et du deuxième rayon "R2a" réfléchi s'additionnent pour augmenter l'intensité "1" du rayon pour ladite longueur d'onde 'Àa' Comme illustré à la figure 3b, les longueurs d'onde "Àb" qui 25 vérifient l'équation suivante, présentent une intensité "1" minimale : sxn= X(x+0,5) dans laquelle "s" représente l'épaisseur de la paroi 16, "n" représente l'indice de réfraction du matériau constituant la paroi 30 16 et "x" est un nombre entier quelconque. 12 En effet, les intensités "1" du premier rayon "R1 b" réfléchi et du deuxième rayon "RU" réfléchi se soustraient pour diminuer l'intensité "1" du rayon pour ladite longueur d'onde "Àb". Les interférences se traduisent ainsi par un phénomène de s battement. Le phénomène de battement est une variation périodique de l'intensité "1" lumineuse de la superposition des deux rayons "R1, R2" réfléchis en fonction de la fréquence "1/À" de l'onde lumineuse, comme cela est illustré à la figure 4. Par une transformée de Fourier, opération bien connue de 10 l'homme du métier, i1 est aisé de retrouver la période "P" de cette variation périodique, comme représenté à la figure 5. Cette période "P" est proportionnelle à l'épaisseur optique qui est égale au produit de l'épaisseur "s" de la paroi 16 du récipient 12 par l'indice de réfraction "n" du matériau constituant ladite paroi 16. 11 15 est ainsi possible de retrouver l'épaisseur "s" de la paroi 16 du récipient 12 en connaissant l'indice de réfraction "n" du matériau ou en étalonnant la mesure sur une paroi de test dont l'épaisseur a été mesurée par d'autres moyens connus. Etant donné que le rayon "E" lumineux demeure à spectre 20 continu, i1 est possible de bénéficier d'une plage de mesure très large. Seule l'intensité "1" et la diffusion des rayons "R1, R2" réfléchis est susceptible de limiter l'éloignement de la zone 32 de mesure par rapport au capteur 38 interférométrique. Ce procédé de mesure permet ainsi de mesurer des 25 récipients 12 de formes différentes grâce à sa large plage de mesure. REVENDICATIONS1. Procédé de mesure de l'épaisseur (s) de la paroi (16) transparente d'un récipient (12) en matériau thermoplastique, le récipient (12) étant réalisé par soufflage d'une préforme chaude, s caractérisé en ce qu'il s'agit d'un procédé de mesure d'épaisseur (s) par interférométrie qui comporte : - une première étape d'émission par une source (34) lumineuse d'un rayon (E) lumineux de spectre continu perpendiculairement à la paroi (16) transparente du récipient (12), le rayon 10 (E) émis étant réfléchi partiellement par la face (18) externe de la paroi (16) formant ainsi un premier rayon (R1) réfléchi à spectre continu, puis le rayon (E) transmis dans la paroi (16) étant réfléchi partiellement par la face (20) interne de la paroi (16) formant ainsi un deuxième rayon (R2) réfléchi à spectre continu ; 15 - une deuxième étape d'analyse spectrométrique par un capteur (38) interférométrique des interférences produites par la superposition des premier et deuxième rayons (R1, R2) réfléchis, les interférences se traduisant par un phénomène de battement avec variation périodique de l'intensité (1) lumineuse en fonction 20 de la fréquence (1/À) de l'onde lumineuse, l'épaisseur (s) de la paroi (16) du récipient (12) étant susceptible d'être calculée en fonction de ladite période (P) de la variation et de l'indice de réfraction (n) du matériau. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé 25 en ce que le rayon (E) lumineux émis présente un spectre continu de longueurs d'onde qui sont comprises dans une plage qui s'étend de part et d'autre d'une longueur d'onde centrale, la longueur d'onde centrale étant comprise entre 0,45 pm et 2 pm 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé 30 en ce que le rayon (E) lumineux émis présente un spectre continu de longueurs d'onde qui s'étendent sur une plage de 0,81 pm jusqu'à 0,89 pm.14 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rayon (E) lumineux émis présente un spectre continu de longueurs d'onde qui s'étendent sur une plage de 1,25 pm jusqu'à 1,35 pm. s 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les récipients (12) sont mobiles par rapport à la source (34) lumineuse et par rapport au capteur (38) interférométrique, perpendiculairement à l'axe (C) du rayon (E) émis, la mesure étant réalisée instantanément lors du 10 passage du récipient (12) devant le capteur (38) interférométrique. 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les récipients (12) défilent devant le capteur (38) interférométrique à une vitesse qui est supérieure à 4 m/s. 15 7. Dispositif (Il) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (Il) comporte : - une roue (10) rotative autour d'un axe (A) vertical de transfert des récipients (12) comportant à sa périphérie des 20 moyens (24) de préhension du col (14) des récipients (12), le corps du récipient (12) étant susceptible d'être incliné vers l'extérieur sous l'effet de la force centrifuge ; - au moins une source (34) d'émission du rayon (E) lumineux et un capteur (38) interférométrique qui sont agencés 25 radialement, par rapport à l'axe (A) de rotation de la roue (10), en vis-à-vis d'une zone (32) de mesure qui est interposée sur la trajectoire du récipient (12) ; - au moins un rail (42) de maintien du corps du récipient (12) à l'encontre de la force centrifuge qui est agencé 30 radialement, par rapport à l'axe de rotation (A) de la roue (10), en vis-à-vis de la zone (32) de mesure. 8. Dispositif (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une15 pluralité de capteurs (38) interférométriques et de sources (34) lumineuses associées de manière que l'épaisseur (s) de la paroi (16) du récipient (12) soit mesurée à différente hauteur.