FR2564588A1 - Procede et dispositif pour deceler des defauts dans des materiaux transparents - Google Patents
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Abstract
LE MATERIAU TRANSPARENT A CONTROLER EST EXPLORE PAR UN RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE D'UNE SEULE LONGUEUR D'ONDE, REGLEE EN FONCTION DE LA PROFONDEUR DE PENETRATION ET DE CONTROLE DESIREE DU MATERIAU. L'INTENSITE RENVOYEE PAR LES DEFAUTS SE TROUVANT A LA SURFACE OU A L'INTERIEUR DU MATERIAU, EST CAPTEE ET EXPLOITEE. LE RAYONNEMENT PEUT ETRE DE LA LUMIERE VISIBLE OU UNE RADIATION UV OU INFRAROUGE. L'APPAREIL DE MISE EN OEUVRE COMPREND UN LASER 2, UNE BANDE TRANSPORTEUSE 6 SUR LAQUELLE SE TROUVE LE MATERIAU 5 A CONTROLER, UNE ROUE 3 A MIROIRS TOURNANT VITE, QUI BALAIE LE RAYON LUMINEUX 4 A GRANDE VITESSE SUR LE MATERIAU 5 ET UN CAPTEUR OPTIQUE 7 RACCORDE A UNE UNITE D'EXPLOITATION 8. L'INVENTION EST APPLICABLE EN PARTICULIER A LA DETECTION DE CORPS ETRANGERS OU DE BULLES DANS LE VERRE.
Description
L'invention concerne un procédé pour déceler des défauts dans des
matériaux transparents, se trouvant à la surface et/ou à l'intérieur du matériau, en particulier pour déceler des corps
étrangers ou des bulles inclus dans le verre, selon lequel on ex-
plore le matériau à contrôler au moyen d'une radiation électromag- nétique et on capte l'intensité renvoyée par les défauts, on la
transforme en un signal électrique et on exploite ce signal.
On sait que l'on peut automatiquement contrôler des arti-
cles en verrepar exemple, ou des feuilles de verre plat, sur des défauts internes,à l'aide d'un rayon lumineux, de préférence d'un rayon laser, explorant leurs surfaces. Le rayon lumineux, que l'on fait passer sur l'objet à contrôler, est réfléchi en partie à la surface de l'objet et en partie laissé passer par lui. Des défauts
à l'intérieur ou à la surface de l'objet perturbent le rayon réflé-
chi ou traversant. Ces perturbations sont détectées par voie élec-
tro-optique et exploitées en tant que signal de défaut. Cette méthode permet facilement de déterminer l'emplacement d'un défaut dans le sens de la longueur et de la largeur de l'objet, mais elle ne permet pas de déterminer à quelle profondeur à l'intérieur de
l'objet se trouve le défaut.
Or en différentes applications, aussi, précisément, dans le cas d'objets à contrôler de forte épaisseur, il est nécessaire non seulement d'obtenir une information sur la présence d'un défaut, mais également sur la profondeur à laquelle il se situe dans le
matériau, c'est-à-dire à quelle distance il se trouve de la sur-
face de l'objet. Il peut s'agir aussi de chercher des défauts jus-
qu'à une certaine profondeur seulement ou d'attribuer des valeurs
différentes à des défauts situés à différentes profondeurs.
Le but de l'invention est donc d'apporter un procédé, ainsi qu'un dispositif pour sa mise en oeuvre, par lesquels il soit possible de déterminer la distance des défauts de la surface du
matériau à contrôler.
A cet effet, selon l'invention, un procédé comme défini
au début est caractérisé en ce que l'on utilise une radiation élec-
tromagnétique avec une seule longueur d'onde réglée en fonction de la profondeur de pénétration dans le matériau à contrôler, de sorte que seulement des défauts jusqu'à une profondeur déterminée
dans le matériau sont décelés.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses du procédé de l'invention: on utilise une longueur d'onde dans ou en dehors du domaine visible du spectre électromagnétique - on utilise une longueur d'onde dans le domaine ultraviolet ou dans le domaine infrarouge
- on utilise une longueur d'onde telle que la radiation électro-
magnétique est simplement réfléchie à la surface du matériau à
contrôler, de sorte que seulement des défauts à la surface du ma-
tériau sont décelés - on utilise une longueur d'onde pour laquelle la transmission du matériau à contrôler est réduite
- on explore le matériau à contrôler successivement avec des ra-
diations électromagnétiques ayant chaque fois une longueur d'onde différente. Un mode de réalisation avantageux d'un dispositif pour
la mise en oeuvre de ce procédé comprend, entre un laser à fré-
quence variable et le matériau à contrôler, se trouvant sur une bande transporteuse, une roue à miroirs tournant rapidement, qui dévie et balaye le rayon lumineux à grande vitesse sur le matériau
à contrôler, ainsi qu'un capteur optique raccordé à une unité d'ex-
ploitation et disposé à distance au-dessus du matériau pour capter
la lumière réfléchie.
Le procédé selon l'invention utilise le fait que la pro-
fondeur de pénétration d'une radiation électromagnétique dans le
matériau à contrôler dépend de la longueur d'onde.
La profondeur de pénétration E en tant que valeur réci-
proque du coefficient d'absorption K est définie comme suit: E = 1/K (cm) (1) K = (2,3/d). lg (1/Ti) (cm -1) (2) d = épaisseur du matériau (cm) Ti = transmission pure Ti = (T/P) T est la transmission, P le facteur de réflexion. 1-P
indique quelle intensité est réfléchie aux surfaces.
La profondeur de pénétration n'est pas limitée de façon
nette. Lorsqu'on peut considérer qu'il s'agit de matériau homo-
gène, l'intensité à la profondeur de pénétration simple est tom-
bée à 37 % de l'intensité initiale; elle est tombée à 13,5 % à la profondeur de pénétration double et elle est tombée à 5 % de
l'intensité incidente au triple de la profondeur de pénétration.
Cette profondeur de pénétration est appelée ci-après
"profondeur de contrôle".
Le réglage ou la variation de la profondeur de contrôle,
selon le sens donné à ce mot dans la présente invention, s'effec-
tue de la manière suivante: Des objets paraissant transparents à l'oeil humain laissent passer les rayons électromagnétiques avec des longueurs d'onde entre 380 et 780 nm. Cela correspond au domaine de la lumière visible. De tels objets ont également, toujours,des domaines dans le spectre du rayonnement électromagnétique o ils ne sont pas
transparents ou transparents de façon atténuée pour le rayonne-
ment électromagnétique; autrement dit, la transmission du rayon-
nement concerné y est plus ou moins réduite.
Entre les domaines à bonne et à mauvaise transmission existe un domaine de transition o la transmission diminue régulièrement. Le changement de la transmission en fonction de la
longueur d'onde dans ce domaine de transition peut être déter-
miné exactement par des mesures. Par conséquent, on peut toujours
trouver une longueur d'onde, pour la lumière exploratrice du dis-
positif de contrôle selon l'invention, qui proviendra générale-
ment du domaine ultraviolet ou infrarouge non visible du spectre,
à laquelle appartient une transmission désirée parfaitement dé-
terminée. Or, à une transmission déterminée correspond aussi une profondeur de pénétration déterminée de la lumière dans l'objet concerné. De cette manière, on peut choisir, par l'intermédiaire de la longueur d'onde de la lumière exploratrice, la profondeur de pénétration qui détermine la profondeur de contrôle. Selon l'invention on peut ainsi contrôler, sur la présence de défauts, non seulement des objets qui sont transparents pour la lumière visible et qui sont opaques en d'autres domaines, mais également des objets qui sont opaques dans le domaine visible,nmais possèdent
une bonne transmission dans un autre domaine de longueurs d'onde.
Dans un processus pour décéler des défauts au moyen du dispositif de contrôle selon l'invention, la lumière du rayon
explorateur doit pénétrer dans le matériau à contrôler puis reve-
nir par le même chemin après avoir été dispersé ou réfléchi-par le défaut. Suivant la sensibilité du dispositif opto-électronique et la grandeur du défaut, on peut ainsi trouver des défauts qui sont situés jusqu'à une profondeur simple à double à l'intérieur du matériau. Ceci correspond alors à la profondeur du contrôle
décrite plus haut. Des défauts situés à une plus grande profon-
deur ne fournissent plus de signal optique et ne sont pas enre-
gistrés. La profondeur de contrôle peut être limitée de façon plus nette encore lorsque, au moyen d'un seuil électronique, on supprime des signaux faibles provoqués par des défauts situés dans des couches relativement profondes du matériau à contrôler,
de sorteque l'on n'en tient pas compte dans l'exploration.
Des défauts dont la distance par rapport à la surface est plus grande que la profondeur de contrôle n'engendrent pas de signal optique et ne sont pas décelés. Lorsque l'objet passe
à plusieurs reprises par le dispositif de contrôle selon l'in-
vention ou lorsque l'objet traverse l'un après l'autre plusieurs dispositifs de contrôle selon l'invention et la profondeur de contrôle est variée de façon appropriée entre les différentes étapes du contrôle, les défauts trouvés peuvent être classés dans
des couches de profondeur déterminées dans l'objet.
Une application particulière de l'invention consiste à faire fonctionner le dispositif de contrôle avec de la lumière exploratrice d'une longueur d'onde sélectionnée qui ne peut pas pénétrer dans l'objet transparent à contrôler. De cette manière, des défauts à la surface de l'objet peuvent être décelés, par la lumière réfléchie, sans aucune influence par des défauts
situés à l'intérieur de l'objet.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de
plusieurs exemples de réalisation non limitatifsainsi que des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un diagramme représentant le taux de transmission du rayonnement de verre pour écrans de téléviseurs 8209 d'une épaisseur de 11 mm en fonction de la longueur d'onde; - la figure 2 est un diagramme du taux de transmission du rayonnement de verre pour écrans de téléviseurs 8209 d'une épaisseur de 0,17 mm en fonction de la longueur d'onde; - la figure 3 est un diagramme de la profondeur de
pénétration du rayonnement dans du verre pour écrans de télé-
viseurs 8209 en fonction de la longueur d'onde; - la figure 4 représente le signal d'un capteur optique à l'exploration d'une bulle située à 0,1 mm sousla surface d'un écran de téléviseur avec de la lumière de la longueur d'onde de 314 nm; - la figure 5 représente le signal d'un capteur optique lors de l'exploration d'une bulle située à 3 mm sous la surface d'un écran de téléviseur avec de la lumière de la longueur d'onde de 314 nm; et - la figure 6 représente schématiquement un dispositif
de contrôle selon l'invention.
Dans les écrans de téléviseurs, les bulles qui se trouvent sur la surface de la face interne de l'écran et à faible distace sous elle constituent un défaut particulier qu'il s'agit
de déceler séparément par rapport aux autres. Le verre pour télé-
viseurs 8209 possède une bonne transparence entre 370 et 3700 nm.
Sous une épaisseur de 11 mm, il est opaque pour des longueurs d'onde < 350 nm (figure 1). La figure 2 montre que, sous une
épaisseur de 0,17 mm, il possède en revanche encore une trans-
mission mesurable jusqu'à une longueur d'onde aussi faible que
270 nm.
Dans cette zone de transition entre 270 nm et 370 nm, appelée arête UV, la transmission et par suite la profondeur de
pénétration varient très fortement avec la longueur d'onde (fi-
gure 3). Par le choix d'une longueur d'onde déterminée et en appliquant les équations (1) et (2), on peut ici trouver toute
profondeur de pénétration désirée. Dans cet exemple de réalisa-
tion, on a sélectionné la longueur d'onde de 314 nm, laquelle, pour une épaisseur de couche de 0,17 mm, possède une transmission de 31 %O et une transmission pure de 33,7 %. Cela correspond à une
profondeur de pénétration de 0,156 mm. Avec une radiation mono-
chromatique de la longueur d'onde mentionnée, on a résolu le problème de déceler uniquement des bulles situées à la surface
et à faible distance sous la surface d'un écran de téléviseur.
A cet effet, on a extrait du spectre d'une lampe à mercure à haute pression,par filtrage, la raie émise à 314 nm, on a exploré avec cette lumière l'écran de téléviseur et on a analysé la lumière renvoyée par l'écran. Les figures 4 et 5 montrent deux
exemples de l'allure de la tension du capteur optique à l'explo-
ration de deux bulles dans l'écran. Sur la figure 4, on voit une nette pointe de tension (signal) qui a été provoquée par une bulle située à 0,1 mm sous la surface de l'écran. La figure 5 correspond à l'exploration d'une bulle située à 3 mm sous la surface. Aucun signal n'a été enregistré pour cette bulle, ce qui correspond à l'invention. Dans un essai comparatif, l'écran a été exploré de façon classique avec de la lumière visible. Lors de cet essai, les bulles situées plus profondément produisent un
signaldans la même mesure que les bulles situées à faible dis-
tance sous la surface.
La figure 6 représente un dispositif selon l'invention pour déceler des défauts. Le dispositif de contrôle 1 utilise comme source lumineuse 2 un laser qui émet de la lumière d'une
longueur d'onde ayant la profondeur d'one désirée dans le maté-
riau transparent à contrôler. Il est avantageux d'utiliser dans ce cas un laser au moyen duquel la longueur d'onde de la lumière émise puisse être choisie librement dans certaines limites (laser dit à fréquence variable). Le laser 2 projette sa lumière sur une roue à miroirs 3 tournant rapidement. De ce fait, le rayon 4 du laser est balayé à grande vitesse sur l'objet transparent 5 à contrôler. L'objet est passé sur une bande transporteuse 6 sous le dispositif de contrôle. Un capteur optique 7, qui est disposé à distance au-dessus du matériau à contrôler, capte la lumière
projetée sur des défauts dans l'objet et renvoyée par ceux-ci.
Les signaux du capteur optique sont enregistrés dans un dispo-
sitif d'exploitation 8.
Claims (9)
1. Procédé pour déceler des défauts dans-des matériaux transparents, se trouvant à la surface et/ou à l'intérieur du matériau, en particulier pour déceler des corps étrangers ou des bulles inclus dans le verre, selon lequel on explore le matériau à contrôler au moyen d'une radiation électromagnétique et on capte l'intensité renvoyée par les défauts, on la transforme en un signal électrique et exploite ce signal, caractérisé en ce que l'on utilise une radiation électromagnétique avec une seule
longueur d'onde réglée en fonction de la profondeur de pénétra-
tio dans le matériau à contrôler, de sorte que seulement des défauts jusuq'à une profondeur déterminée dans le matériau sont décelés.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une longueur d'onde dans le domaine visible du
spectre électromagnétique.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une longueur d'onde dans le domaine non visible
du spectre électromagnétique.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce
qu'on utilise une longueur d'onde dans le domaine ultraviolet.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce
qu'on utilise une longueur d'onde dans le domaine infrarouge.
6. Procédé selon une des revendications 1 à 5, caracté-
risé en ce qu'on utilise une longueur d'onde telle que la radia-
tion électromagnétique est simplement réfléchie à la surface du matériau à contrôler, de sorte que seulement des défauts à la
surface du matériau sont décelés.
7. Procédé selon une des revendications 1 à 6, caractérisé
en ce qu'on utilise une longueur d'onde pour laquelle la trans-
mission du matériau à contrôler est réduite.
8. Procédé selon une des revendications 1 à 7, caractérisé
en ce qu'on explore le matériau à contrôler successivement avec des radiations électromagnétiques ayant chaque fois une longueur
d'onde différente.
9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon
l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce
qu'il comprend, entre un laser (2) à fréquence variable et le
matériau (5) à contrôler, se trouvant sur une bande transpor-
teuse (6), une roue (3) à miroirs tournant rapidement, qui dévie et balaie le rayon lumineux (4) à grande vitesse sur le matériau (5) à contrôler, ainsi qu'un capteur optique (7) raccordé à une unité d'exploitation (8) et disposé à distance au-dessus du
matériau (5) pour capter la lumière réfléchie.
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