BE1019378A3 - Analyse des marques de trempe. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'analyse des marques de trempe de vitrages, comprenant la détermination des contraintes locales par une technique de photo-élasticimétrie, et l'analyse de ces contraintes suivant un ou plusieurs critères préétablis dans une base de référence pour correspondre aux caractéristiques de perception de l'apparence de ces marques.
Description
Analyse des marques de trempe
La présente invention concerne une technique d’analyse des marques de trempe de vitrages. !
Les vitrages, en particulier ceux des véhicules font l’objet souvent de trempe destinée d’une part à les rendre plus résistants et d’autre part à faire en sorte que lorsqu’ils se brisent sous un impact les fragments sont de dimensions et de formes telles qu’ils ne font pas courir de risque de blessure profondes. j
Les techniques de trempe mises en oeuvre typiquement cmprennent le refroidissement brusque du vitrage préalablement porté à plusieurs centaines de degrés. Pour obtenir le refroidissement voulu, la technique la plus traditionnelle consiste à soumettre le vitrage à un contact dynamique avec un fluide de refroidissement. La convection forcée amène un refroidissement superficiel accéléré tandis que la température au cœur du verre est encore très élevée.
Pour la commodité de réalisation le plus usuellement la surface de la feuille est soumise à des jets gazeux intenses à température ambiante. 11 en résulte superficiellement un traitement qui n’est pas uniforme. Dans la suite de la description c’est à ce mode de frempe que l’on fait référence par mesure de simplification. L’invention cependant n’est pas limitée à ce type. Tout vitrage comportant des marques de trempe, et donc résultant d’un traitement localement non-uniforme peut faire l’objet de la technique selon l’invention.
Pour obtenir une trempé qui soit aussi uniforme que possible sur toute la surface du vitrage dans le cas de la trempe par jets gazeux, ceux-ci sont distribués de manière régulière à distance les uns des autres mais suffisamment rapprochés pour que les contraintes de trempe soient bien réparties. Pour encore améliorer l’Homogénéité du traitement la feuille de verre est souvent animée d’un mouvement relatif par rapport aux jets gazeux de telle sorte que la zone impactée oar chaque jet soit plus étendue. Il peut s’agir de faire défiler la feuille sous l’ensemble formant les jets gazeux, soit encore d’animer la feuille d’un mouvèment de type oscillant sous un dispositif de soufflage immobile. j L’application de jets même s’ils sont proches les uns des autres, surtout si la position de la feuille est statique pendant toute l’opération, conduit à un impact sur la feuille de verre plus intense par endroits. Le traitement qui ne peut être parfaitement homogène, même s’il répond aux exigences mécaniques recherchées, s’accompagne souvent de marques visibles surtout sous certaines incidences d’éclairage et/ou d’observation.
Si la présence de ces marques de trempe n’est pas préjudiciable pour les qualités mécaniques, elles sont souvent perçues comme inesthétiques.
Pour cette raison on peut être amené ià les minimiser ce qui est une des raisons aussi des systèmes dans lesquels on impose un mouvement relatif des feuilles sous les jets de trempe. Quoiqu’il en soit pour une part significative les vitrages trempés présentent des marques quej l’on veut pouvoir analyser pour mieux les maîtriser, ou dans certains cas, pour mettre en oeuvre des techniques qui permettent de les minimiser. L’invention a pour but l’analyse de ces marques.
S’agissant de la perception que les observateurs ont des marques de trempe, dans un premier temps les inventeurs ont établi qu’elles étaient dépendantes de la présence des contraintes développées dans la feuille de verre. Il est aussi apparu qu’en dehors de l’intensité des contraintes d’autres facteurs étaient susceptibles d’influer sur cette perception des marques. La démarche suivie a donc consisté en l’identification de ces facteurs, leur mesure et leur pondération éventuelle dans les combinaisons de facteurs. Mais dans tous les cas, il est nécessaire de procéder à la détermination des contraintes !
De manière connue le verre présentant des contraintes est optiquement anisotrope. Il développe des propriétés de biréfringence. Ce sont ces propriétés qui sont utilisées pour analyser les marques de trempe.
Selon l’invention l’analyse des marques de trempe est réalisée en mettant en œuvre des techniques de photo-élasticimétrie.
L’analyse conduit à une image de l’intensité et de la distribution des marques localisées sur la feuille de verre. L’image des marques présentes sur la feuille de verre est ensuite anjalysée selon des critères préétablis pour correspondre à la perception de j l’apparence de ces marques par un observateur. j
Les critères dépendant de la perception qu’en ont les observateurs, il est procédé à une évaluation statistique auprès d’un ensemble de personnes auquel est soumis une série d’échantillons représentatifs de verres comportant des marques de trempe plus ou moins apparentes, et en faisant procéder à une quantification par les personnes concernées.
Selon l’invention ces appréciations subjectives sont ensuite rapportées aux mesures effectuées sur ces mêmes échantillons de verre. De cette opération il ressort un ensemble de données formant une base de référence pour l’appréciation ultérieure des vitrages.
Pour rendre l’analyse| aussi reproductible que possible la technique d’évaluation des marques de trempe, la base de référence est enregistrée dans un ensemble de traitement de données. Les mesures faites sur les échantillons analysés ultérieurement font de leur côté l’objet d’un traitement analogue, la confrontation de ces mesures à la base de référence conduisant au résultat de l’analyse recherchée.
Comme indiqué précédemment la perception des marques fait intervenir divers facteurs ou critères jesquels font partie intégrante de la base de référence. Ces facteurs sont dépendant des contraintes pour un type de verre donné. Il s’y ajoute des facteurs qui dépendent des verres eux mêmes et en particulier ceux concernant la couleur du verre, la perception des marques étant en partie influencée par la couleur du verre. A titre indicatif les marques de trempe peuvent être moins sensibles sur des verres très colorés. Mais d’autres facteurs, notamment le caractère plus ou moins réfléchissant du vitrage, influent aussi de façon significative.
Selon l’invention, parmi les critères possibles, sont préférés ceux basés sur : - l’intensité de la marque - la densité des marques sur la surface du vitrage - la dimension des marques - la régularité des marques présentes sur le vitrage.
Ces critères ne sont pas les seuls qui peuvent être pris en compte. Parmi ces critères sont particulièrement significatifs, l’intensité et la densité des marques. L’intensité rend compte de ce que les marques sont plus ou moins contrastées par rapport au reste du vitrage. Le contraste est aussi fonction du gradient existant dans la transition entre les zones fortement marquées et les zones non marquées du vitrage. Un grand nombre de marques par unité de surface, donc la densité, est aussi un facteur qui paraît très sensible à l’observateur.
De manière significativl encore, les dimensions des marques et leur régularité, peuvent intervenir de manière appréciable sur la perception des marques.
Pour procéder à l’analyse selon l’invention, les vitrages sont passés dans un ensemble connu pour la mesure de la présence de biréfringence résultant de la trempe des feuilles de verre. La base de cet ensemble est constituée par un dispositif de mesure par photo-élasticimétrie. Ce dernier comporte une source lumineuse. Le faisceau lumineux est polarisé et dirigé sur la feuille de verre. 11 passe ensuite dans un analyseur. L’intensité lumineuse à la sortie de cet ensemble optique est fonction de l’intensité de la biréfringence de la feuille traversée. Lje faisceau est reçu sur un appareil photodétecteur.
La modification de l’intensité du faisceau qui est observée dans la configuration indiquée, fait apparaître un facteur qui est l’orientation du vitrage par rapport au dispositif de mesure. Pour faire en sorte que l’orientation du vitrage soit indifférente, le dispositif comprend l’interposition de lames quart d’onde de part et d’autre du vitrage. Ces lames sont orientées de façon à transformer le faisceau polarisé linéairement en un faisceau elliptique. Les lames en question sont choisies avantageusement pour la longueur d’onde moyenne du spectre visible. Cette longueur d’onde est d’environ 550nm.
Par commodité, le photo-détecteur est avantageusement constitué d’une caméra matricielle.
Pour former l’image entière du vitrage il est préféré de procéder ! par balayage de la surface de celui-ci. Le vitrage est animé d’un mouvement relatif par rapport à l’ensemble d’analyse. Le faisceau lumineux est distribué suivant une ligne qui s’étend transversalement au mouvement relatif de la feuille de verre. Le faisceau est reçu sur un détecteur qui s’étend linéairement suivant une direction parallèle à celle du faisceau lumineux initial. Les pixels composants photo-sensibles de la caméra sont donc alignés selon cette direction.
Les signaux émis par la caméra sont ensuite repris dans un ensemble de traitement comportant un programme qui traduit ces signaux dans les grandeurs définies comme étant les paramètres préétablis.
L’invention est décrite de manière détaillée dans la suite en faisant référence aux planches de dessin dans lesquelles : - la figure 1 est une photographie d’un vitrage comportant des marques de trempe ; - la figure 2 est une illustration schématique d’un ensemble utilisé pour l’analyse selon l’invention.
- la figure 3 est une illustration de l’image du faisceau lumineux reçu par la caméra après son traitement ; - la figure 4 représente par des lignes de niveau, des intensités lumineuses correspondant à l’exemple de la figure 3 ; - la figure 4 illustre le profil des intensités de la figure 4 tel qu’il apparaît sur la ligne A-A.
Le vitrage de la figure 1 montre de façon typique, le type de marques de trempe (ici relativement discrètes) qui apparaît sur un vitrage qui a été exposé à des jets de trempe. Dans l’exemple présenté les marques sous j forme de points sont distribuées de manière régulière sur toute la surface. Si dans l’exemple les marques sont discernables, dans d’autres cas leur présence est beaucoup plus sensible et peut être considérée comme esthétiquement inacceptable.
La figure 2 présente schématiquement le principe de la mesure de photo-élasticimétrie utilisée pour l’analyse des marques de trempe.
La feuille de verre 1 dans le dispositif optique représenté est exposée au rayonnement lumineux d’une source 2. Pour conserver les conditions les plus voisines de celles correspondant aux conditions ordinaires dans lesquelles ces marques sont perçues, la source reproduit un spectre lumineux voisin du spectre solaire. Un éclairage blanc de type à décharge dit "néon" répond bien à cet usage. j
Le rayonnement émis par la source 2, est passé dans un polariseur rectiligne 3.
Pour ne pas être tributaire de l’orientation du vitrage vis-à-vis du système optique, le polariseur 3 est associé à une lame quart d’onde 4. Cette lame transforme l’onde linéaire en une onde elliptique.
Le faisceau passe ensuite dans la feuille de verre 1 sous une incidence voisine de la normale.
Les vitrages les plus fréquemment utilisés, même s’ils sont bombés, offrent généralement une courbure restreinte. Le vitrage est disposé de telle sorte que l’incidence soit normale par rapport à la partie centrale du vitrage. Dans ces conditions les écarte d’incidence si le vitrage est déplacé dans un plan perpendiculaire au faisceau restent modestes. Si les courbures sont plus accentuées, et si les parties correspondantes doivent néanmoins faire l’objet d’une analyse, l’orientation du vitrage est alors avantageusement maintenue telle que le faisceau soit toujours pratiquement normale.
La présence de contraintes de trempe dans le verre conduit à un phénomène de biréfringence qui modifie le faisceau.
Le faisceau issu de la feuille de verre est passé ensuite dans une deuxième lame V4 d’onde 5 qui transforme la vibration elliptique en vibration linéaire.
L’analyseur 6 complète la décomposition de la vibration et permet une mesure quantitative de l’influence des marques de trempe par des variations d’intensité lumineuse.
La caméra 7 transforme l’intensité lumineuse pour un traitement dans l’unité de traitement 8.
Dans la pratique les variations d’intensité du faisceau reçu par la caméra traduisent de manière synthétique la biréfringence du vitrage dans toute son épaisseur. Les éléments les plus significatifs sont la différence existant entre la surface du verre et le cœur <ke la feuille. L’épaisseur du vitrage, dont les variations sont dans la pratique limitées, ne nécessitent pas de correction par rapport aux données de la base de référence. C’est le cas en particulier pour des feuilles de verre dont les épaisseurs se situent entre 1,6 et 3,5mm.
De manière la plus usuelle les vitrages analysés sont des vitrages de verre clair. Néanmoins dans le domaine automobile, il est fréquent notamment pour les vitrages latéraux arrière ou les lunettes arrière, de choisir des verres à faible transmission lumineuse et à forte coloration. Dans la mesure où les marques de trempe, ou au moins leur perception, dépend sensiblement de la nature du verre correspondant, il est nécessaire de faire intervenir ce facteur dans la base de référence est donc dans le traitement analytique utilisant cette base.
En pratique pour procéder à l’analyse de la totalité de la feuille de verre on procède avantageusemjent à un balayage de la feuille par un faisceau prenant une forme linéaire. De même la réception du faisceau analysé se fait sur une caméra dont le récepteur est composé d’une série de pixels alignés. Pour couvrir l’ensemble de la feuille un mouvement de la feuille par rapport au système optique est aménagé. A cet effet le vitrage est avantageusement disposé sur un charriot mobile animé d’un mouvement uniforme.
Exemple.
Un échantillon de vitrages trempés dans des conditions diverses, comportant des produits variés (vitrages latéraux, lunettes arrière...) est soumis à l’analyse dans les conditions indiquées ci-après pour constituer la base de référence pour les mesures ultérieures'.
Pour éviter les flux lumineux parasites, l’ensemble de mesure est placé dans une pièce obscure.
L’appareillage utilisé comprend une source constituée par exemple d’un tube néon délivrant un flux de lumière blanche de spectre correspondant approximativement au spectre solaire. La source comporte un diffuseur destiné à rendre son éclairage plus uniforme.
Le faisceau lumineux est disposé dans un plan vertical transversalement aux moyens assurant la mobilité du vitrage analysé au moyen de ce faisceau.
Successivement le faisceau traverse un filtre à polarisation linéaire (Edmund Opties, NT 71-939); un retardateur XA d’onde de 140±10nm (quart d’onde par rapport à la mediane de la lumière visible estimée à 550nm). Le faisceau passe ensuite la feuille de verre analysée sous une incidence pratiquement normale, et un deuxième retardateur Vu d’onde identique mais opposé au précédent. Un deuxième filtre polarisant est disposé de telle sorte que les deux polarisateurs aient des directions orthogonales.
Le faisceau lumineux est reçu par une caméra numérique comprenant une série de 2048 pixels disposés dans le plan du faisceau lumineux initial.
La vitesse de défilement constante du vitrage assure une analyse complète de la surface.
Les mesures d’intensité lumineuse sont l’objet du traitement ultérieur qui établit pour chaque pixel l’intensité reçue, pour plusieurs pixels successifs le gradient d’intensité, l’étendue des zones d’intensité, la distribution de ces zones sur la surface du vitrage...
Les figures 3 à 5 sont une illustration des modes d’analyse réalisés selon l’invention.
La figure 3 présente l’image d’un vitrage comportant des marques de trempe très prononcées et relativement irrégulières telles qu’elles peuvent apparaître après polarisation, et passage dans les systèmes retardateurs. L’image est celle du faisceau tel que parvenant à la caméra chargée quantifier les signaux optiques et de numériser ceux-ci pour l’analyse ultérieure.
Dans l’ensemble optique constitué, le faisceau reçu par la caméra est d’autant plus intense quej la biréfringence est importante au point considéré. La figure 4 est une représentation du niveau de biréfringence de la figure 3 pour des seuils déterminés faisant ressortir l’intensité et la localisation des marques de trempe. |
La figure 5 donne dcjns une échelle arbitraire la mesure de l’intensité des marques du même vitrage telles qu’elles apparaissent selon la ligne A-A de la figure 4.
Claims (10)
1. Procédé d’analyse des marques de trempe de vitrages, comprenant la détermination des contraintes locales par une technique de photo-élasticimétrie, et l’analyse de ces contraintes suivant un ou plusieurs critères préétablis dans une base de référence pour correspondre aux caractéristiques de perception de l’apparence de ces marques.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la base de référence est établie partant des observations statistiques d’échantillons de verre correspondant à un ensemble représentatif des marques de trempe rencontrées, et en soumettant ces échantillons à la technique de mesure des contraintes par élasticimétrie.
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel les critères préétablis de la base de référence comportent au moins l’un de ceux du groupe comprenant : - la densité des marques à la surface du vitrage - la dimension des marques - la régularité des marques sur l’ensemble vitrage - le gradient d’intensité jde la marque.
4. Procédé selon l’unje des revendications précédentes dans lequel l’analyse d’image est faite en illuminant le vitrage en lumière polarisée, puis en analysant la lumière issue de la transmission à travers le vitrage par un analyseur, les variations d’intensité correspondant aux contraintes présentes.
5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel la lumière polarisée est passée dans une lame quart d’onde avant de traverser la vitrage analysé, et le faisceau lumineux sortant du vitrage traverse une deuxième lame quart d’onde avant de passer dans l’analyseur.
6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel le faisceau lumineux est reçu sur un photo-détecteur dont le signal fait l’objet du traitement d’analyse mettant en jeu la base de référence.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel 1 analyse du vitrage est réalisée de manière dynamique en balayant le vitrage par un faisceau s’étendant transversalement au vitrage et en établissant un mouvement relatif de faisceau par rapport au vitrage.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le photodétecteur est une caméra dont les éléments sensibles (pixels) sont disposés en ligne correspondant à l’orientation du faisceau.
9. Procédé selon l’une des revendications 4 à 8 dans lequel le faisceau lumineux est dirigé sur le vitrage selon une incidence voisine de la normale.
10. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel la base de référence comprend en plus des données relatives aux contraintes un ou plusieurs facteurs dont au moins un déterminé en fonction de la couleur du verre.
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