Brevet FR3132856A1 — publié le 20230825

Dispositif de protection contre l’empoussièrement d’un appareil pour marquer à l’aide d’un faisceau laser, des récipients chauds en verre L’invention concerne un dispositif de protection (3) contre l’empoussièrement d’un appareil (1) pour marquer des récipients chauds en verre à l’aide d’un faisceau laser (F), le dispositif comportant : - une chambre en surpression (15) configurée pour s’étendre à partir d’une vitre de protection (13) pour se terminer par une paroi de sortie (17) s’étendant en vis-à-vis et à distance de la vitre de protection et dans laquelle est aménagée une ouverture (17a) de passage pour le faisceau laser, - une structure de production (25) d’un flux d’air, reliée à un circuit (26) d’alimentation en air comprimé pour générer un flux d’air de forme conique (A) et convergeant en direction de l’ouverture (17a) et acheminé à partir de la vitre de protection (13). Figure pour l’abrégé : Fig. 6. Dispositif de protection contre l’empoussièrement d’un appareil pour marquer à l’aide d’un faisceau laser, des récipients chauds en verre La présente invention concerne le domaine technique du marquage à chaud à haute cadence, de récipients en verre tels que des bouteilles, flacons, pots, ampoules ou seringues sortant d'une machine de fabrication ou de formage. Dans le domaine de la fabrication des récipients en verre, il est connu d'utiliser des systèmes de marquage en sortie de la machine de formage afin de réaliser un marquage correspondant à un numéro de moule ou ayant comme fonction notamment l’identification et/ou l’horodatage en vue d'assurer la traçabilité des récipients fabriqués. De manière classique, une machine de formage est constituée de différentes sections indépendantes juxtaposées, comprenant chacune au moins une cavité, les cavités étant équipées chacune d'un moule dans lequel le récipient prend sa forme finale à haute température. En fin de formage dans une section, les récipients sont extraits des cavités de la section et déposés sur des plaques d’attente en bordure d’un convoyeur de sortie. Puis des mécanismes de mise en ligne de récipients, appelés mains de ripage, déplacent les récipients en les faisant glisser sur le convoyeur de sortie de la machine de formage. L’ordre dans lequel sont placés les récipients issus de différentes sections sur le convoyeur de sortie de la machine de formage est constant pour une production donnée, mais varie entre les productions et selon les lignes de fabrication. Autrement dit, par exemple pour une machine de dix sections et deux cavités par section, appelée 10 double gob, l’ordre de défilement des sections peut être connu par avance. En sortie de la machine de formage, les récipients sont acheminés de manière à constituer une file sur un convoyeur de transport amenant les récipients à défiler successivement devant divers postes de traitement tels que de pulvérisation et de recuit. Les récipients sont ensuite amenés dans un four de recuisson puis sont mis en ligne et acheminés vers des postes d’inspection successifs effectuant diverses mesures et détections de défauts. Il apparaît intéressant de marquer les récipients le plus tôt possible à la sortie de la machine de formage. Cela permet d’éviter que lors du transport des récipients dans le four de recuisson ou sur les convoyages amenant les récipients aux différents postes d’inspection, des accumulations ou incidents de manutention qui modifient l’ordre de défilement des récipients ne créent des décalages temporels ou pertes de traçabilité individuelle. Par ailleurs, lors de la détection des défauts, les marquages portés par les récipients sont lus, ce qui permet de connaître de manière précise le moment de fabrication et les cavités d’origine des récipients, permettant ainsi une traçabilité précise et éventuellement individualisée, qui consiste à associer les données de fabrication et/ou les données d’inspection par récipients ou groupes de récipients, à des fins d’analyses statistiques et de correction du procédé de formage. Dans l'état de la technique, diverses solutions ont été proposées pour marquer, dans une zone de marquage, des objets à haute température sortant d'une machine de formage. Par exemple, le brevet US 4 870 922 décrit un appareil de marquage par pulvérisation contrôlée d'un fluide. La tête de marquage est disposée le long du convoyeur acheminant les objets en sortie de la machine de formage. En pratique, il s'avère que le fluide déposé en surface sous la forme d'un code ou d'un marquage est altéré voire effacé, lors des opérations de manutention, remplissage ou lavage des articles en verre, inhérentes au procédé verrier. Pour répondre aux problèmes de la tenue du code ou du marquage dans le temps, il est connu notamment par le document JP 09 128 578, d'utiliser un système de marquage par laser qui réalise des marquages ou codes sur la surface des articles, par ablation ou fusion du verre. La demande de brevet WO2020084239 décrit également un dispositif pour marquer à l’aide d’un faisceau laser, en sortie d'une machine de formage, des récipients chauds en verre défilant successivement selon une direction de déplacement. Le dispositif comporte un coffret dans lequel est monté un système de production d’un faisceau laser dirigé transversalement par rapport à la direction de déplacement des récipients. Le dispositif comporte également un système de déplacement du faisceau laser selon deux dimensions correspondant à une fenêtre de marquage d’un code sur chaque récipient chaud défilant successivement devant le dispositif. L'intérêt de cette technologie de marquage laser réside dans le fait que le code est indélébile et résiste très bien aux opérations de manutention, remplissage ou lavage inhérentes au procédé verrier. Toutefois, à proximité de certaines installations de marquage laser, il a été constaté au cours du temps, l’apparition de poussières se présentant sous la forme d’une poudre blanche dont au moins une partie provient de l’ablation du verre par le faisceau laser. Cet empoussièrement est à même de poser un problème de fiabilité de l’installation de marquage. En effet, le dépôt de poussières sur le trajet du faisceau laser et en particulier sur la vitre de protection, induit une absorption du faisceau par ces poussières, ce qui diminue la puissance efficace appliquée sur les récipients. Cette diminution de puissance à l’endroit de marquage pour réaliser la fusion du verre conduit à une réduction de la profondeur des points marqués et à une difficulté pour la relecture des codes. De plus l’encrassement de la vitre entraîne sa détérioration par effet thermique, due à l’absorption d’une partie de la puissance du faisceau laser Dans l’état de la technique, il est connu d’utiliser des systèmes de purge d'air pour protéger des surfaces ou des zones particulières contre divers dangers présents dans l'environnement environnant. Par exemple, le brevet US 8 931 908 décrit un appareil de purge d'air fournissant un flux d'air primaire et un flux d'air secondaire pour protéger une fenêtre de visualisation, une lentille ou un système optique d'un capteur d'imagerie, de la contamination par des particules et d'autres substances dans le milieu ambiant. Le brevet FR2428851 décrit un autre dispositif pour empêcher le dépôt de poussière sur un instrument optique. Ce dispositif comporte un bord placé à proximité immédiate de la fenêtre, et du bord, une lèvre fait saillie intérieurement dans l'ouverture, ce qui permet à l’air comprimé de traverser l'intervalle ainsi délimité et assurant un jet d’air se propageant le long de la surface de la vitre à protéger pour ensuite s’en éloigner perpendiculairement. La forme de l’anneau d’écoulement entre la vitre et la lèvre, ainsi que de la paroi latérale de l’ouverture libre sont optimisées pour produire uniquement des flux laminaires au plus près de la vitre. Le brevet US 5 115 342 décrit un dispositif pour empêcher le dépôt de poussières sur un instrument optique. Ce dispositif comporte un diffuseur creux poreux tronconique monté à l'intérieur d’un tube. La surface transparente de l’instrument optique est placée à l'intérieur du tube et est alignée de sorte que la lumière puisse pénétrer dans l'instrument optique. Un gaz comprimé est introduit dans le tube, entre le tube et le diffuseur, de sorte que le gaz passe à travers le diffuseur pour fournir un écoulement laminaire à distance de la surface transparente, minimisant ainsi le dépôt de poussières sur la surface transparente. Il apparait que de tels systèmes s’avèrent peu efficaces pour éviter l’empoussièrement des dispositifs de marquage de récipients chauds à l’aide d’un faisceau laser. Il est à noter que les inventeurs ont observé que des particules sont projetées directement depuis le lieu d’impact du laser sur la surface des récipients avec une vitesse initiale horizontale en direction de la vitre de protection. Ainsi, le marquage laser crée un flux de particules se propageant majoritairement vers l’optique du laser, ce qui augmente substantiellement les risques de dépôt de poussières sur les optiques. La plupart des dispositifs de protection par soufflage sont adaptés pour des environnements difficiles mais sans projection directe sur les optiques. De plus, une machine de marquage est constituée de plusieurs éléments à refroidir ou à protéger (cellules détections, caméra, électronique…) au moyen, la plupart du temps, d’air comprimé. Or, la quantité d’air comprimé nécessaire à ce type d’appareils, donc son coût d’utilisation, est un critère important pour les utilisateurs de tels dispositifs. Les précédents systèmes cités de l’art antérieur ne satisfont pas ces deux critères, à savoir, une grande efficacité sur la protection des projections directes et une consommation réduite d’air comprimé. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de protection pour un appareil de marquage de récipients chauds en verre à l’aide d’un faisceau laser, ce dispositif étant adapté pour protéger l’appareil de marquage contre l’empoussièrement provenant notamment de la projection des particules de verres issues du marquage des récipients, de manière qu’un marquage efficace et durable dans le temps des récipients puisse être réalisé, avec une consommation minimale d’air comprimé. Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l’invention concerne un dispositif de protection contre l’empoussièrement d’un appareil pour marquer à l’aide d’un faisceau laser, en sortie d'une machine de formage, des récipients chauds en verre défilant successivement selon une direction de défilement, l’appareil de marquage comportant un coffret dans lequel est monté un système de production, dans une fenêtre de marquage, d’un faisceau laser de direction de tir qui est transversale à la direction de défilement, le dispositif de protection comportant : - une chambre en surpression configurée pour s’étendre dans la direction de tir, à partir d’une vitre de protection destinée à être traversée par le faisceau laser selon la fenêtre de marquage, la chambre en surpression se terminant par une paroi de sortie et s’étendant en vis-à-vis et à distance de la vitre de protection et dans laquelle est aménagée une ouverture positionnée dans le prolongement de la fenêtre de marquage pour laisser passer le faisceau laser au cours de son déplacement, - une structure de production à l’intérieur de la chambre en surpression, d’un flux d’air sous pression de forme conique et convergeant en direction de l’ouverture et acheminé à partir de la vitre de protection, la structure de production du flux d’air étant située en dehors de la fenêtre de marquage, - un circuit d’alimentation en air comprimé reliant la structure de production du flux d’air, à une source amont de production d’air comprimé. Selon une variante de réalisation, la paroi de sortie est plate ou de préférence convexe avec la convexité tournée vers l’extérieur de la chambre en surpression. Selon une variante préférée de réalisation, le dispositif comporte un système de chauffage du flux d’air comprimé afin que la structure de production génère à l’intérieur de la chambre en surpression, un flux d’air comprimé de température supérieure à 40°C. Selon un exemple de réalisation, la structure de production est reliée à une source amont de production d’air comprimé équipée d’un système de chauffage pour produire l’air comprimé à une température supérieure à 40°C. Selon un autre exemple de réalisation, le circuit d’alimentation comporte en amont du raccordement à la structure de production, en tant que système de chauffage, une partie réalisée en un métal conducteur de la chaleur s’étendant à l’extérieur de la chambre en surpression pour être exposée au rayonnement infra-rouge des récipients chauds en vue de réchauffer l’air comprimé avant son entrée dans la structure de production. Avantageusement, la partie du circuit d’alimentation en air comprimé en métal conducteur de la chaleur est réalisée sous la forme d’un serpentin positionnée verticalement dans un plan orthogonal à la direction de tir. Selon un autre exemple de réalisation, le système de chauffage comporte un tube vortex dont l’entrée est reliée à la source amont de production d’air comprimé tandis que la sortie chaude est reliée à la structure de production d’un flux d’air sous pression. Avantageusement, le circuit d’alimentation en air comprimé délivre dans la structure de production, un flux d’air sous une pression comprise entre 0,3 et 10 bars. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, la structure de production génère un flux d’air sous pression de forme conique présentant avec le plan de la vitre de protection, un angle compris entre 20° et 45° et de préférence entre 25° et 35°. Avantageusement, la structure de production génère un flux d’air sous pression de forme conique convergeant en un point central situé entre 1 cm en dehors de la chambre en surpression et 1 cm à l’intérieur de la chambre en surpression, et de préférence situé à l’intérieur de la chambre en surpression, entre la paroi de sortie et 1 cm à l’intérieur de la chambre en surpression. De préférence, l’ouverture est aménagée dans la paroi de sortie de la chambre en surpression, selon des dimensions sensiblement identiques à la fenêtre de marquage. Selon un exemple préféré de réalisation, la paroi de sortie de la chambre en surpression est une paroi tronconique possédant un angle au sommet entre 90 et 160 degrés d’angle. Selon un mode de réalisation, la structure de production du flux d’air est configurée pour générer une série de flux d’air sous pression, séparés les uns des autres et configurés pour créer ensemble le flux d’air sous pression de forme conique. Par exemple, la structure de production du flux d’air est configurée pour générer une série d’au moins cinq flux d’air sous pression, séparés les uns des autres d’une distance d’écartement sensiblement identique. Selon un exemple préféré de réalisation, la structure de production du flux d’air comporte une conduite réalisée sous la forme d’un tore relié au circuit d’alimentation en air comprimé, cette conduite étant positionnée contre la vitre de protection à l’intérieur de la chambre en surpression, en étant pourvue d’orifices de sortie pour des flux d’air sous pression convergents en direction de l’ouverture de passage. Selon un autre mode de réalisation, la structure de production du flux d’air comporte une fente entourant la vitre de protection en débouchant dans la chambre en surpression, en affleurant la vitre de protection pour générer un unique flux d’air sous pression de forme conique. Par exemple, la fente communique à l’opposé de la sortie du flux d’air sous pression, avec une chambre annulaire d’amenée reliée au circuit d’alimentation en air comprimé. Selon un exemple préféré de réalisation, la chambre en surpression est délimitée par une bague sur laquelle est montée la vitre de protection, la bague étant pourvue d’un système de fixation amovible pour permettre le montage et le démontage du dispositif sur le coffret de l’appareil de marquage. Un autre objet de l’invention est de proposer un appareil pour marquer à l’aide d’un faisceau laser, en sortie d'une machine de formage, des récipients chauds en verre défilant selon une direction de défilement successivement, l’appareil comportant un coffret dans lequel est monté un système de production d’un faisceau laser, le coffret présentant un trou de passage pour le faisceau laser, équipé d’un dispositif de protection conforme à l’invention. La est une vue schématique illustrant un appareil de marquage placé pour assurer le marquage des récipients sortant d'une machine de fabrication. La est une vue schématique explicitant le marquage d’un récipient par un appareil de marquage. La est une vue en perspective d’un appareil de marquage destiné à être équipé d’un dispositif de protection contre l’empoussièrement conforme à l’invention. La est une vue en perspective de ¾ avant d’un dispositif de protection contre l’empoussièrement conforme à l’invention. La est une vue en perspective de ¾ arrière d’un dispositif de protection contre l’empoussièrement conforme à l’invention. La est une vue en coupe élévation d’un premier exemple de réalisation d’un dispositif de protection contre l’empoussièrement conforme à l’invention. La est une vue en coupe prise sensiblement selon les lignes VII- VII de la . La est une vue en coupe élévation d’un deuxième exemple de réalisation d’un dispositif de protection contre l’empoussièrement conforme à l’invention. La est une vue en coupe élévation d’un troisième exemple de réalisation d’un dispositif de protection contre l’empoussièrement conforme à l’invention. La est une vue en coupe élévation d’un dispositif de protection contre l’empoussièrement conforme à l’invention monté dans un appareil de marquage de récipients par faisceau laser. Dispositif de protection (3) contre l’empoussièrement d’un appareil (1) pour marquer à l’aide d’un faisceau laser (F), en sortie d'une machine de formage, des récipients chauds en verre (2) défilant successivement selon une direction de défilement (D), l’appareil de marquage comportant un coffret (11) dans lequel est monté un système de production, dans une fenêtre de marquage (M), d’un faisceau laser (F) de direction de tir (L) qui est transversale à la direction de défilement (D), le dispositif de protection comportant : - une chambre en surpression (15) configurée pour s’étendre dans la direction de tir (L), à partir d’une vitre de protection (13) destinée à être traversée par le faisceau laser selon la fenêtre de marquage, la chambre en surpression (15) se terminant par une paroi de sortie (17) et s’étendant en vis-à-vis et à distance de la vitre de protection et dans laquelle est aménagée une ouverture (17a) positionnée dans le prolongement de la fenêtre de marquage (M) pour laisser passer le faisceau laser (F) au cours de son déplacement, - une structure de production (25) à l’intérieur de la chambre en surpression (15), d’un flux d’air sous pression de forme conique (A) et convergeant en direction de l’ouverture (17a) et acheminé à partir de la vitre de protection (13), la structure de production du flux d’air étant située en dehors de la fenêtre de marquage (M), - un circuit (26) d’alimentation en air comprimé reliant la structure de production du flux d’air (25), à une source amont de production d’air comprimé. Dispositif selon la revendication 1 selon lequel la paroi de sortie (17) est plate ou de préférence convexe avec la convexité tournée vers l’extérieur de la chambre en surpression (15). Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel le dispositif comporte un système de chauffage (32) du flux d’air comprimé afin que la structure de production (25) génère à l’intérieur de la chambre en surpression (15), un flux d’air comprimé de température supérieure à 40°C. Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel la structure de production (25) est reliée à une source amont de production d’air comprimé équipée d’un système de chauffage pour produire l’air comprimé à une température supérieure à 40°C. Dispositif selon la revendication 3 selon lequel le circuit (26) d’alimentation comporte en amont du raccordement à la structure de production (25), en tant que système de chauffage (32), une partie réalisée en un métal conducteur de la chaleur s’étendant à l’extérieur de la chambre en surpression (15) pour être exposée au rayonnement infra-rouge des récipients chauds en vue de réchauffer l’air comprimé avant son entrée dans la structure de production (25). Dispositif selon la revendication précédente selon lequel la partie du circuit d’alimentation en air comprimé (26) en métal conducteur de la chaleur est réalisée sous la forme d’un serpentin (33) positionnée verticalement dans un plan orthogonal à la direction de tir (L). Dispositif selon la revendication 3 selon lequel le système de chauffage (32) comporte un tube vortex dont l’entrée est reliée à la source amont de production d’air comprimé tandis que la sortie chaude est reliée à la structure de production (25) d’un flux d’air sous pression. Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel le circuit d’alimentation (26) en air comprimé délivre dans la structure de production (25), un flux d’air sous une pression comprise entre 0,3 et 10 bars. Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel la structure de production (25) génère un flux d’air sous pression de forme conique (A) présentant avec le plan de la vitre de protection, un angle compris entre 20° et 45° et de préférence entre 25° et 35°. Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel la structure de production (25) génère un flux d’air sous pression de forme conique (A) convergeant en un point central situé entre 1 cm en dehors de la chambre en surpression (15) et 1 cm à l’intérieur de la chambre en surpression (15), et de préférence situé à l’intérieur de la chambre en surpression (15), entre la paroi de sortie (17) et 1 cm à l’intérieur de la chambre en surpression (15). Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel l’ouverture (17a) est aménagée dans la paroi de sortie (17) de la chambre en surpression, selon des dimensions sensiblement identiques à la fenêtre de marquage (M). Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel la paroi de sortie (17) de la chambre en surpression est une paroi tronconique possédant un angle au sommet entre 90 et 160 degrés d’angle. Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel la structure de production (25) du flux d’air est configurée pour générer une série de flux d’air sous pression, séparés les uns des autres et configurés pour créer ensemble le flux d’air sous pression de forme conique (A). Dispositif selon la revendication précédente selon lequel la structure de production (25) du flux d’air est configurée pour générer une série d’au moins cinq flux d’air sous pression, séparés les uns des autres d’une distance d’écartement sensiblement identique. Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel la structure de production (25) du flux d’air comporte une conduite (27) réalisée sous la forme d’un tore relié au circuit d’alimentation en air comprimé, cette conduite étant positionnée contre la vitre de protection à l’intérieur de la chambre en surpression, en étant pourvue d’orifices de sortie (29) pour des flux d’air sous pression convergents en direction de l’ouverture de passage (17a). Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel la structure de production (25) du flux d’air comporte une fente (31) entourant la vitre de protection (13) en débouchant dans la chambre en surpression, en affleurant la vitre de protection pour générer un unique flux d’air sous pression de forme conique. Dispositif selon la revendication précédente selon lequel la fente (31) communique à l’opposé de la sortie du flux d’air sous pression, avec une chambre annulaire d’amenée (31a) reliée au circuit d’alimentation en air comprimé. Dispositif selon l’une des revendications précédentes selon lequel la chambre en surpression (15) est délimitée par une bague (16) sur laquelle est montée la vitre de protection (13), la bague étant pourvue d’un système de fixation (40) amovible pour permettre le montage et le démontage du dispositif sur le coffret de l’appareil de marquage. Appareil (1) pour marquer à l’aide d’un faisceau laser (F), en sortie d'une machine de formage, des récipients chauds en verre défilant selon une direction de défilement (D) successivement, l’appareil comportant un coffret (11) dans lequel est monté un système (7) de production d’un faisceau laser (F), le coffret présentant un trou de passage (11b) pour le faisceau laser, équipé d’un dispositif de protection (3) conforme à l’une des revendications précédentes.