BE1019471A3 - Procede d'elaboration de formes de vitrages. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé d'élaboration de formes de vitrages incurvés au moyen d'un système expert comprenant une base informatisée incluant la détermination des formes en fonction de la répartition spatiale des températures requises pour la transformation à partir de feuilles de verre planes, pour un ensemble d'outils utilisables procédé dans lequel les données géométriques de départ relatives au vitrage projeté initialement sont introduites, le traitement conduisant à la répartition spatiale de température et à une première forme résultante, à partir de laquelle les écarts avec les données initiales géométriques sont déterminés pour établir de nouvelles données servant de base à réitération du processus jusqu'à obtenir la forme la plus voisine des données initiales suivant les tolérances préalablement choisies.

Description

Procédé d’élaboration de formes de vitrages

La présente invention concerne l’élaboration des vitrages automobiles. Plus précisément elle concerne l’obtention de vitrages dont la forme réponde aux demandes des constructeurs à la fois dans leur aspect et dans leurs fonctionnalités, notamment leur aptitude à un balayage satisfaisant par les essuie-glaces, à des qualités optiques caractérisées par l’absence de déformations des images en transmission, et simultanément puissent être obtenue dans les techniques verrières de formage disponibles.

Ces techniques de formage comprennent systématiquement à partir de feuilles de verre planes préalablement découpées, l’élévation de la température des feuilles jusqu’à une température de ramollissement, et le formage dans ces conditions par gravité, les feuilles supportées à leur périphérie par un cadre, se déformant sous leur propre poids, et/ou par pressage sur tout ou partie de la surface. La forme étant obtenue est figée par un refroidissement contrôlé.

Les feuilles sont formées soit une à une soit par paires, ce dernier mode étant le plus usuel lorsqu’il s’agit d’obtenir des feuilles entrant dans la constitution de vitrages feuilletés dans lesquels les deux feuilles sont assemblées au moyen d’un intercalaire thermoplastique.

L’élaboration des formes des vitrages automobiles passe traditionnellement par différentes étapes comportant des itérations longues et onéreuses faites d’échanges entre les souhaits des constructeurs et les moyens techniques de formation dont les industriels verriers disposent. En plus des cadres fonction des contours des vitrages, et des moyens de pressage, les moyens de chauffage des feuilles sont indissociables de ces techniques. Divers types de fours sont susceptibles d’être utilisés pour ces opérations. Les fours industriels sont du type "tunnel". Les feuilles de verre planes sont introduites à une extrémité du four et progressent dans celui-ci, soit en continu soit pas à pas, leur température étant progressivement élevée jusqu’à atteindre la température de formage.

En pratique les constructeurs automobiles définissent un modèle de vitrage correspondant à l’aspect d’ensemble qu’ils veulent donner au véhicule. Ce modèle comporte un certain nombre d’éléments déterminés sous forme de dimensions et de courbures, auxquels s’ajoutent des exigences relatives à des éléments spécifiques que doivent comporter le vitrage achevé, couches minces fonctionnelles, zones émaillées...

Le modèle fourni par le constructeur est présenté sous forme numérisé. De leur côté les industriels verriers, confrontent ce modèle aux moyens dont ils disposent pour former les vitrages demandés, mode de formage : par gravité, par pressage total ou localisé ; type d’outils : fours, moules etc, et communiquent le résultat de leur investigation sur la faisabilité de la forme demandée, et sur les éléments du projet qui soulèvent des difficultés ou même des impossibilités

Les constructeurs collectant ces informations proposent des modifications du projet initial qui leur paraissent acceptables, et le processus se renouvelle jusqu’à parvenir à un accord. Ces échanges allongent de façon significative l’obtention du résultat. Plusieurs mois peuvent être nécessaires avant l’obtention d’un tel accord sur un modèle donné.

Un but de l’invention est de simplifier, d’accélérer et d’améliorer le processus d’élaboration des formes des vitrages, ceci en offrant dès l’origine non seulement des informations sur la faisabilité du modèle demandé, mais aussi en élaborant à partir de celui-ci, un modèle effectivement réalisable aussi voisin que possible.

Pour parvenir à cet objectif les inventeurs proposent le procédé faisant l’objet de la revendication 1.

Les inventeurs ont développé un système expert simulant les conditions de températures nécessaires pour l’obtention des formes de vitrages, et ceci pour différents types d’outils mis en oeuvre. La base informatisée du système met en oeuvre en premier lieu, la relation existant entre la température du verre et sa viscosité, laquelle détermine sa capacité à déformation nécessaire pour parvenir à la forme recherchée. Partant des paramètres géométriques concernant les feuilles de verre et les outils mis en oeuvre, le système détermine par calcul d’éléments finis, un champ de température qui permette d’approcher la forme choisie. Le résultat détermine les écarts par rapport à la forme en question et le compare avec les tolérances préalablement spécifiées, et élabore un champ de température alternatif qui sert de base à itération des opérations jusqu’à l’obtention d’une forme qui satisfasse aux tolérances imposées.

L’avantage dans ce processus est de conduire à l’obtention d’un modèle, certes différent de celui demandé par le constructeur, mais qui en diffère le moins possible et est effectivement réalisable par le verrier. La démarche peut être reprise si le constructeur le souhaite.

Dans la prise en compte de facteurs influant sur la répartition spatiale de température, il est manifeste que ces températures ne sont pas atteintes instantanément. Ne serait-ce que pour des raisons pratiques liées aux fours utilisés ou au fait que les feuilles ne doivent pas subir de choc thermique trop violent, l’obtention des températures requiert un temps de montée qui s’étend en règle générale sur plusieurs minutes. Le temps de cycle est un élément qui entre en ligne de compte dans la création de gradients de température particuliers. L’invention passe donc par la détermination d’un champ de température spatio-temporel Mais le facteur temps est souvent très simplement analysé dans la mesure les opérations envisagées sont largement conditionnées par les fours existants, pour lesquels, sauf exception, les conditions de fonctionnement différent peu les unes des autres. Néanmoins le facteur temps est susceptible, de façon limitée d’ouvrir des perspectives supplémentaires concernant la faisabilité des distributions spatiales de température.

Pour obtenir un résultat satisfaisant, il est avantageux d’entrer les données concernant la géométrie du vitrage selon un maillage qui tienne compte des difficultés relatives de la forme recherchée. Dans le formage des feuilles de verre la difficulté de faire coïncider la forme faisable et la forme recherchée est plus ou moins difficile selon les parties du vitrage concernées. A titre indicatif les courbures de faible rayon, surtout si elles sont situées aux coins des feuilles, sont susceptibles de conduire à des impossibilités sur la base des températures requises et surtout de leur gradient sur des espaces limités.

Indépendamment de ces formes particulières le souci majeur, lorsque l’opération de formage intervient essentiellement par gravité, est de maîtriser complètement la forme à distance du cadre supportant les feuilles de verre. Le maillage au centre peut néanmoins être relativement lâche dans la mesure où la forme n’est pas très complexe au centre du vitrage, et notamment les courbures sont ordinairement peu accentuées.

Resserrer le maillage dans les seules zones les plus sensibles aux écarts, permet d’alléger le traitement machine conduisant au résultat, sans pour autant perdre en qualité globale. Bien évidemment un maillage très serré est néanmoins possible.

Dans la pratique l’opérateur a le choix aussi d’imposer un mode de formage, par exemple par gravité exclusivement, ou par gravité et pressage localisé ou général...Ces choix imposés au système permettent aussi de réduire le champ des possibles de façon significative et par suite le temps de traitement nécessaire.

De même l’opérateur peut choisir un cadre support avec des articulations pour donner à ce cadre une forme qui se modifie au cours du processus. Ce type d’articulations est utilisé notamment pour accompagner le support des feuilles lorsqu’une courbure importante est requise. Le type le plus usuel correspond à des pare-brise dont les parties latérales sont fortement incurvées, conduisant à ce qui est désigné sous le nom de pare-brise "panoramique". Dans des cas comme ceux là, le cadre passe d’une position "ouverte" dans laquelle les parties latérales sont abaissées pour recevoir les feuilles planes, à une position "fermée", les parties latérales du cadre étant plus ou moins relevées. Non seulement l’opérateur peut prévoir d’imposer la présence de parties mobiles, mais il peut encore fixer la position des articulations sur le cadre.

Toujours sur le choix possible du cadre, il est connu du brevet EP 885 851, pour de vitrages comportant des courbures dans deux directions, notamment des pare-brise, d’utiliser des cadres dont les parties latérales sont doublées. Un élément de ces côtés est sensiblement rectiligne et supporte la feuille de verre plane pendant que dans l’autre direction le verre peut épouser la forme incurvée du cadre. Après formation de cette première courbure, un deuxième élément constitutif de la partie latérale du cadre qui est incurvée vient se substituer et conduit à la formation de la deuxième courbure. Cette dissociation favorise la double incurvation et prévient l’apparition de "contre-bombage". L’opérateur peut aussi imposer au système la mise en oeuvre des ces doubles supports latéraux, contribuant ainsi à une limitation des opérations de traitement.

Les choix imposés par l’opérateur sont fonction de son expérience personnelle. Ils restent, de toute manière, optionnels.

Le système comme indiqué ci-dessus peut encore inclure des paramètres supplémentaires susceptibles d’affecter les conditions de température, et par suite la forme déterminée.

Parmi ces paramètres il est important de souligner un cas fréquent, celui des feuilles doubles destinées à entrer dans un vitrage feuilleté. En pratique les deux feuilles sont traitées de préférence simultanément pour garantir un bon appairage. Il est possible cependant de procéder successivement au bombage de chaque feuille.

Lorsque les deux feuilles sont formées simultanément, les températures atteintes par chacune des feuilles ne sont rigoureusement identiques même si les écarts sont relativement faibles. Lors de la réalisation pratique des feuilles en question la feuille du vitrage la plus extérieure reste celle qui commande la qualité en matière de forme. C’est donc celle à laquelle on s’efforce d’imposer la répartition spatio-temporelle des températures. La forme de la feuille intérieure qui est celle située au-dessus dans la superposition pendant la mise en forme, sera commandée par la feuille constituant la face externe et qui est située en-dessous pendant la mis en forme.

Un autre paramètre optionnel important concerne le comportement thermique de la feuille de verre lié à la présence éventuelle de couches présentant des propriétés de réflexion des infrarouges. La présence de telles couches peut nécessiter une correction par rapport aux données "température" de la base utilisée.

Le procédé général selon l’invention décrit précédemment peut être complété de modules additionnels destinés à étendre les opérations liées à la détermination de la capacité du verrier à réaliser les vitrages demandés, ou encore à répondre à des demandes supplémentaires du constructeur concernant des propriétés qui sont également liées à la forme du vitrage.

Les industriels verriers disposent de fours dont les caractéristiques générales sont celles indiquées précédemment, mais qui diffèrent dans leur construction et les moyens dont ils sont équipés. Ceci est particulièrement vrai des dispositions de moyens de chauffage. Ceux-ci sont distribués dans le four de telle sorte qu’ils soient généralement en mesure d’assurer une élévation de température contrôlable en tout point des feuilles traitées.

La distribution de base des moyens de chauffage doit permettre une élévation de température sensiblement uniforme. Mais tous les fours comprennent encore des moyens qui permettent aussi de moduler l’élévation de température de manière différenciée selon la zone du vitrage concernée.

Quelle que soit la sophistication des fours industriels mis en œuvre, leur capacité à générer les températures permettant en principe d’accéder aux formes déterminées comme "faisables", il reste des limites pratiques à leur flexibilité. Les capacités des fours dont dispose le verrier, à produire les distributions spatiales de températures sont avantageusement couplées à la détermination des températures permettant d’atteindre les formes demandées. Le traitement des données permet alors directement de savoir dans quelle mesure les vitrages en question sont effectivement réalisables en pratique avec les outils disponibles. Cette mesure s’applique non seulement aux moyens de chauffage eux-mêmes, à savoir principalement les éléments rayonnant disposés dans le four, leur disposition leur puissance, mais aussi aux possibilités de contrôle des flux thermiques par exemple par la disposition locale de masses absorbantes. Elle s’applique aussi aux moyens additionnels qui permettent de corriger ce que la thermique ne permet pas de satisfaire complètement, et en particulier tous les moyens de pressage qu’ils soient localisés ou s’appliquent sur la totalité de la surface.

La forme des vitrages est d’abord fonction du modèle demandé par le constructeur, lequel fixe son choix pour des questions esthétiques et d’aérodynamique. Pour être parfaitement satisfaisant, le vitrage doit aussi offrir des qualités optiques bien précises. La transmission lumineuse en pratique est conditionnée par la nature du verre et son épaisseur. Au-delà les constructeurs demandent aussi que les vitrages offrent une qualité optique suffisante. La vision au travers du vitrage ne doit pas être altérer par des déformations gênantes. Des déformations de ce type sont liées en particulier aux variations des rayons de courbure génératrices par exemple de doubles images. La perfection n’étant pas possible, il faut s’assurer que les feuilles composant le vitrage, après leur mise en forme respectent bien les limites fixées comme acceptables.

Le formage des feuilles modifiant la géométrie optique, il est avantageux de soumettre les formes proposées venant des traitements antérieurs, à une vérification de la conformité de ces formes avec les exigences de qualité optique. Ceci peut faire l’objet d’un traitement supplémentaire.

D’autres propriétés des vitrages conditionnent encore les formes utilisables. En particulier lorsqu’il est question de pare-brise, ceux-ci doivent pouvoir être convenablement balayés par le ou les essuie-glaces. Différents facteurs interviennent pour cette "essuyabilité". Parmi ceux-ci la forme est un élément significatif. La forme et la position des essuie-glaces interviennent aussi mais sont définis par le constructeur avec des possibilités limitées de modification. Le vitrage dont la forme est le résultat du traitement peut encore faire l’objet d’une simulation d’essuyage, assurant que cette forme n’est pas incompatible avec la qualité recherchée. Les difficultés sont liées principalement aux courbures accentuées dans les zones balayées, mais des irrégularités dans la définition de la surface sur une zone limitée peuvent aussi s’opposer à un essuyage convenable.

L’invention est décrite dans le détail de l’exemple suivant faisant référence aux figures annexées schématisant les étapes du procédé pour l’élaboration de formes de vitrages. Dans ces figures : - la figure 1 correspond aux données reçues par le verrier ; - les figures 2 à 6 illustrent la mise en oeuvre de différents outils choisis par l’opérateur; - la figure 7 montre une première ébauche de distribution de température ; - la figure 8 illustre le résultat du traitement en termes de distribution de température - la figure 9 illustre le résultat de la distribution de température et la géométrie du vitrage correspondante ; - la figure 10 illustre la vérification de l’aptitude de la forme déterminée à l’opération d’esuyage.

Dans l’exemple retenu, s’agissant d’un vitrage symétrique il est possible de limiter le traitement à une demi-surface réduisant par là même le traitement nécessaire. Les figures annexées sont donc des représentations de demi-pare-brise.

Le premier temps de l’opération consiste à partir des données du constructeur le plus souvent sous forme d’un fichier élaboré par conception assistée par ordinateur, de transformer le fichier en données correspondant à la distribution spatiale telle qu’utilisable par le système expert. La transformation est réalisée pour un ensemble de points recouvrant la totalité de la surface.

La figure 1 illustre de manière graphique les données géométriques correspondant au demi-pare-brise dans la position demandée par le constructeur. Chaque point représenté correspond à un point de la surface définie par le constructeur. Le pare-brise est symétrique par rapport au plan P.

Dans l’exemple choisi le demi-pare-brise est incurvé dans deux directions qui sont indiquées sur la partie basse (Cl), et sur le côté (C2).

Le modèle ainsi défini est rapporté à une feuille de verre plate correspondant à l’ébauche qui sera découpée dans la pratique.

Dans le choix du cadre utilisé, par défaut le système propose un cadre simple dont les courbures sont définies selon les courbures du modèle proposé par le constructeur.

La figure 2 illustre la forme du cadre C supportant la feuille de verre plane représentée par le maillage mis à plat (représentés par la croisée des lignes).

En dehors de la définition du cadre destiné à supporter la feuille de verre à sa périphérie, des moyens complémentaires peuvent être aussi imposés au système pour présenter la meilleure approche possible de la forme demandée. Dans les outils il est possible de prévoir l’articulation du cadre de telle sorte que les extrémités latérales puissent pivoter au cours de l’opération de bombage. Cette construction facilite la formation des courbures accentuées sans requérir des conditions de températures locales trop différentes difficiles à maîtriser en pratique.

La figure 3 illustre ce mode particulier avec l’axe d’articulation A dont la position le long du cadre C est également choisie par l’opérateur pour correspondre le mieux possible à la forme imposée.

Sur la figure 4 le paramètre "pression" est appliqué représenté par la surface du moule appliqué désignée par la flèche F. Dans le cas envisagé la pression s’exerce de manière à appliquer la feuille de verre contre le cadre sur toute la surface, de sorte que la courbure soit exactement celle de la partie correspondante du cadre. Dans ce cas la formation par pression se substitue à celle provenant de la gravité dans la définition de la forme, sans bien entendu que la gravité soit absente dans le processus de formage effectif.

La pression peut aussi être seulement appliquée en certains endroits de la surface. Ce mode n’est pas représenté ici.

Il va de soi que la pression et l’articulation peuvent être appliquées indépendamment l’une de l’autre selon les modèles concernés et leur complexité spécifique.

Un autre exemple "d’outil" susceptible d’être utilisé dans la simulation comme dans la pratique, est illustré à la figure 5. Dans cet exemple l’incurvation dans chacune des directions cadre est dissociée dans le temps. Comme sur la figure, la courbure le long de Çl est retenue au début du traitement en faisant reposer la feuille de verre sur un support sensiblement moins incurvé, voire rectiligne, représenté par la ligne B-B. Après que la courbure le long de 02 conduit le verre au contact du cadre* le support B est abaissé dégageant la feuille de verre qui par gravité vient ensuite s’appliquer sur la partie Çl du cadre.

La disposition du support de type B est combinable avec les autres outils présentés précédemment.

Partant des feuilles de verre planes, la forme du vitrage recherchée n’impose pas en tout point de cette feuille des modifications de même ampleur. Les parties comportant des zones de petit rayon de courbure notamment sont plus contraignantes à obtenir. Il est donc avantageux de modéliser avec un soin particulier le résultat des modifications imposées dans ces parties des feuilles de verre. Pour suivre ces modifications la forme du vitrage est suivie point par point suivant un maillage d’autant plus serré que l’obtention de la forme voulue est plus contraignante.

La figure 6 illustre un choix de maillage pour les zones dont les courbures sont difficiles à obtenir. Dans le cas illustré, ces zones se situent le long du cadre. Les mailles M sont en conséquence plus resserrées dans le modèle faisant l’objet du traitement selon l’invention.

Les données introduites et les choix éventuels d’outils étant également faits, le traitement au moyen du système expert conduit à une cartographie des températures nécessaires à l’obtention de la forme recherchée, ou d’une forme approchée.

Dans un mode d’accélération du traitement l’opérateur peut ébaucher une distribution rudimentaire telle que représentée à la figure 7 comme base de départ. Ceci n’est pas absolument nécessaire mais réduit d’autant les opérations itératives. La représentation choisie fait correspondre les zones les plus sombres avec les températures les plus élevées.

Le traitement poursuivi, la distribution spatiale de température conduit à un affinement de cette distribution. La figure 8 est une illustration de ce que peut être le résultat final de ce traitement dans les conditions choisies. Comme pour la figure précédente les zones les plus sombres sont celles requérant les températures les plus hautes. Dans l’exemple ces températures s’échelonnent environ entre 590 et 650°C. Les échelles de dimensions sont indiquées en mm.

La figure 9 illustre pour un pare-brise légèrement différent de celui de la figure 8 une distribution de température (l’échelle de gris des température est inversée par rapport à celle de la figure précédente) sur la figure de droite et sa traduction en terme d’écart dans la direction de bombage (sensiblement orthogonale au plan initial de la feuille de verre) par rapport à la forme demandée, sur la partie gauche. Dans le cas représenté les écarts les plus importants constatés ne dépassent pas 0,5mm. A noter que les écarts à ne pas dépasser sont dans la plupart des demandes des constructeurs, inférieurs à ±lmm.

Sur la figure 9 on voit encore, dans le cas d’un bombage obtenu par gravité, les zones pour lesquelles les écarts sont les plus grands, tout en restant limités. Il s’agit d’une part de la zone centrale du pare-brise pour les écarts positifs. Il s’agit aussi des bords pour les écarts négatifs, qui dans le cas considéré comportent les courbures les plus délicates à obtenir.

La figure 10 illustre le mode de simulation pour la détermination de la capacité du pare-brise défini à se prêter à un bon essuyage par les balais.

Différents critères sont proposés par les constructeurs pour cette aptitude à l’essuyage. Un critère classique est par exemple le rayon de courbure du vitrage dans les zones balayées. La détermination de la forme résultant du traitement précédent, est directement utilisable pour l’appréciation de cette aptitude.

Sur la figure 10 les variations de rayon de courbure sont indiquées pour la zone balayée. Les parties les plus sombres correspondent aux rayons les plus petits et par suite ce sont celles qui sont les plus difficiles à essuyer. Les limites de courbures déterminées pour l’efficacité des essuie-glaces étant connues, l’aptitude de la forme pour cet essuyage en découle immédiatement.

Claims (11)

1. Procédé d’élaboration de formes de vitrages incurvés au moyen d’un système expert comprenant une base informatisée incluant la détermination des formes en fonction de la répartition spatiale et temporelle des températures requises pour la transformation à partir de feuilles de verre planes, pour un ensemble d’outils utilisables procédé dans lequel les données géométriques de départ relatives au vitrage projeté initialement sont introduites, le traitement conduisant à la répartition spatiale de température et à une première forme résultante, à partir de laquelle les écarts avec les données initiales géométriques sont déterminés pour établir de nouvelles données servant de base à réitération du processus jusqu’à obtenir la forme la plus voisine des données initiales suivant les tolérances préalablement choisies.

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les données géométriques initialement introduites sont établies selon un maillage spatial de la forme, tenant compte des spécificités locales du vitrage selon leur position sur celui-ci.

3. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel hors ceux relatifs à la forme recherchée des paramètres additionnels sont traités dont au moins l’épaisseur du verre.

4. Procédé selon l’une des revendications précédentes appliqué à un ensemble de deux feuilles de verre superposées destinées ultérieurement à un assemblage feuilleté, la distribution spatio-temporelle des températures étant établie sensiblement en se basant sur la feuille disposée en position inférieure lors de la mise en forme.

5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4 dans lequel la présence de couches de type athermique fait partie des paramètres additionnels pour tenir compte de leur incidence sur l’établissement de la température.

6. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’ensemble des outils de formage pris en compte comprend au moins un cadre correspondant à la forme périphérique du vitrage.

7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel le cadre est assorti d’articulations mobiles destinées à la formation des courbures accentuées au cours du processus de formage, les parties mobiles étant éventuellement pourvues de supports mobilisables.

8. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’ensemble des outils comprend une presse appliquée sur une partie ou la totalité de la surface du verre.

9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la répartition spatiale de température est soumise à une analyse comparant cette répartition aux capacités d’obtention de ces températures au moyen d’un ou plusieurs fours typiques de ces techniques et pour des durées de traitement également typiques.

10. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le résultat de la détermination de la forme est en outre soumis à une analyse de qualité optique simulant les déformations du vitrage dans les conditions de mise en œuvre finale de ce vitrage.

11. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le résultat de la détermination de la forme est encore soumis à une analyse d’essuyabilité qui fait intervenir différents indicateurs relatifs aux moyens d’essuyage.