EP0252109A1 - Dispositif pour detecter une amorce de dechirure sur une feuille lors de sa fabrication - Google Patents

Dispositif pour detecter une amorce de dechirure sur une feuille lors de sa fabrication

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EP0252109A1
EP0252109A1 EP87900172A EP87900172A EP0252109A1 EP 0252109 A1 EP0252109 A1 EP 0252109A1 EP 87900172 A EP87900172 A EP 87900172A EP 87900172 A EP87900172 A EP 87900172A EP 0252109 A1 EP0252109 A1 EP 0252109A1
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EP
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cell
sheet
source
light
light source
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EP87900172A
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German (de)
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Inventor
Jacques Sabater
Serge Bauduin
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CENTRE TECHNIQUE DE L'INDUSTRIE DES PAPIERS CARTONS ET CELLULOSE
Original Assignee
CENTRE TECHNIQUE DE L'INDUSTRIE DES PAPIERS CARTONS ET CELLULOSE
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8901—Optical details; Scanning details

Definitions

  • the present invention relates to a device for detecting tear primers which can be present on the edges of a sheet during its manufacture, in particular on a sheet of paper, cardboard or the like.
  • the manufacture of a sheet of paper is done on a paper machine which allows successively to form the sheet, to dry it and finally to wind it.
  • this sheet is subject to a large number of tensions resulting either from shrinkage during drying, or from variations in speed of the numerous cylindrical organs responsible for driving and drying the sheet, organs which are complex to regulate speed.
  • the sheet of paper very often undergoes a wet surface treatment which momentarily weakens it, so that the manufacturing speeds are generally of the order of several hundred meters per minute.
  • This device of the invention overcomes these drawbacks.
  • This device for detecting incidences of breakage or tearing on the edge of a sheet of moving paper of the type comprising:. a light source,
  • a receiving cell for capturing the light transmitted by the source through the sheet which passes between the source and the cell is characterized: - on the one hand, in that the light source is a laser source; and on the other hand, in that the receiving cell is an optoelectronic cell arranged in such a way that the solid angle at which one sees, the useful surface of said cell, or its image by an optical system, from the sheet of paper is less than 0.01 steradian.
  • the invention consists in combining the laser source as a light source with an optoelectronic receiving cell, provided that the solid angle at which the useful surface of this cell is seen from the sheet of paper is less than 0.01 steradian.
  • the amount of light scattered by the sheet and received by the cell that is to say the amount of light scattered in said solid angle, would be more important, and consequently the difference in the light fluxes received by the cell, when there is a tear initiation and when there is none, would be smaller. This would affect the accuracy of the measurement.
  • the floor value results from the surface of the cell which is of the order of a few square millimeters.
  • the moving sheet As the light beam from the laser source is perfectly cylindrical, the moving sheet is illuminated at a single point. " It follows that the studied area receives all the light emitted by this source. So, when there is a tear initiation on this sheet, the light beam encounters no obstacle, and the cell then receives all the light emitted by However, when the leaf is intact, the transmitted light is scattered in all directions included in a solid angle cone of T (pi) steradians.
  • the solid angle at which the cell or its optical image can be seen from the sheet is S / d2.
  • the quantity of light collected being proportional to the solid angle, the cell will therefore only receive (S / d2) the quantity of light scattered.
  • the solid angle under which we see the cell from the sheet is 0.003 steradian and the cell does not receive that less than a thousandth of the light scattered by the sheet.
  • the device according to the invention therefore makes it possible to detect with very high precision tear primers on a sheet being scrolled, in particular on a sheet of paper during manufacture.
  • the laser source is a gas laser or a semiconductor laser
  • the opto-electronic cell is a cell with a very small surface, that is to say of the order of a few square millimeters
  • the useful surface of the opto-electronic cell is as already said the smallest possible in order to have a very precise device but nevertheless greater than the size of the light spot on the sheet of paper, increased by the divergence of the laser beam; preferably, this surface is such that the solid angle at which one sees said cell, or its image by an optical system, from the sheet of paper, is less than 0.01 steradian and advantageously 0.003
  • dry compressed air is sent into the device at the orifices intended to allow the light beam to pass; in this way, thanks to the overpressure, the deposit of fibers or of charges on the optical surfaces is avoided.
  • the device according to the invention consists of a U-shaped box, the two branches of which respectively contain the laser source and optoelectronic cell.
  • the power supply of the laser source is housed in the part of the box connecting the two branches of the U.
  • This box includes a supply of dry compressed air which is evacuated through the orifices intended to allow the light beam to pass. The optical surfaces are thus protected from surrounding dust.
  • the compressed air is also used simultaneously to cool the laser tube and its power supply.
  • the two branches of the U are tubular.
  • an additional diaphragm is inserted between the sheet of paper and the cell or the image of said cell by an optical system.
  • This device for detecting the initiation of rupture essentially takes a case (1) on which is fitted two parallel tubular branches (2,3) between which the edge (4) of a sheet of moving paper passes ( 5).
  • the set (1,2,3) therefore has the general shape of a U.
  • the upper branch (2) contains a source la ⁇ ser (6), for example a helium-neon laser, powered by a suitable member (7) connected by connections (8) to an inlet (9) of the housing.
  • This laser (6) emits a light beam (10) which is reflected by a mirror prism (11) on the sheet (5) through the opening (12).
  • the transmitted ray (13) then passes through another opening (14) formed in the parallel branch (3) to be reflected on a mirror (15), passes through a diaphragm (16) and arrives on an optoelectronic cell.
  • (17) for example a silicon cell.
  • This silicon cell is electrically powered by a connection (18) also connected to the inlet (9).
  • the cell (17) is connected to an electronic card (19) which is in turn connected via a power relay (20) to one or more alarm devices (21), such as an indicator light, a buzzer or a display counter.
  • the solid angle is close to 0.002.
  • the housing (1) also has an inlet (22) for compressed air connected to a source not shown.
  • This compressed air which passes through a baffle (23) is used on the one hand, to cool the laser source (6) and on the other hand, by evacuating via (12) and (14), to clean these two passage orifices of the laser beam (10,13) and thus avoid clogging of the optical elements (11,15,17).
  • This detection device is particularly advantageous: on the one hand, because of its structural simplicity which does not comprise any moving part;

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Abstract

Dispositif pour détecter les amorces de rupture ou de déchirure sur les bords (4) d'une feuille (5) en mouvement, du type comprenant: une source lumineuse (6) et une cellule réceptrice pour capter la lumière transmise par la source (6) au travers de la feuille (5) qui défile entre la source (6) et la cellule; caractérisé: d'une part, en ce que la source lumineuse (6) est une source laser, et d'autre part, en ce que la cellule réceptrice (17) est une cellule opto-électronique disposée de telle façon que l'angle solide sous lequel on voit la surface utile de cette cellule (17) ou de son image par un système optique, depuis la feuille de papier (5) est inférieur à 0,01 stéradian.

Description

DISPOSITIF POUR DETECTER UNE AMORCE DE DECHIRURE SUR UNE FEUILLE LORS DE SA FABRICATION.
La présente invention concerne un dispositif pour détecter les amorces de déchirure qui peuvent se présen¬ ter sur les bords d'une feuille lors de sa fabrication, notamment sur une feuille de papier, de carton ou analo¬ gues.
La fabrication d'une feuille de papier se fait sur une machine à papier qui permet successivement de former la feuille, de la sécher et enfin de l'enrouler. En cours de fabrication, cette feuille est l'objet d'un grand nombre de tensions résultant soit des retraits durant le séchaqe, soit des variations de vitesse des nombreux organes cylindriques chargés d'entraîner et de sécher la feuille, organes qui sont complexes à réguler en vitesse. De plus, la feuille de papier subit très souvent un traitement de surface par voie humide qui momentanément la fragilise,d' autanb que les vitesses de fabrication sont généralement de l'ordre de plusieurs centaines de mètres à la minute.
Dans de telles conditions, on comprend aisément que ce matériau dont l'épaisseur n'est que de quelques dizaines de microns et qui est relativement fragile, subisse des ruptures ,voire des casses qui per¬ turbent la fabrication et finalement coûtent très cher.
II est donc important de pouvoir détecter avec le plus de précision possible les amorces de déchirure qui peuvent naître sur le bord d'une feuille durant sa fa¬ brication et qui sont le signe avant courreur d'une cas¬ se prochaine. Il existe déjà des dispositifs très simples, constitués d'une source lumineuse, en qénéral une lampe à incandescence, et d'une cellule disposée de l'autre côté de la feuille. La feuille de papier passe alors entre la source lumineuse et la cellule, qui caote alors la lumière transmise à travers cette feuille. Tant que la feuille de papier passe normalement entre la source et la cellule, l'intensité lumineuse transmise est faible. En revanche, lorsqu'on est en présence d'une amorce de riipture, la cellule reçoit alors toute l'intensité lumineuse émise par la source, ce qui déclenche un moyen d'alarme.
Ce dispositif, bien que larqement utilisé, présente encore toutefois de nombreux inconvénients. Tout d'abord, la lumière émise par la source diffuse dans to tes les directions. Il s'ensuit que la quantité de lumière reçue en un point de la feuille est donc très faible, ce qui perturbe la détection. Ensuite, I35 cel- Iules de détection sont affectées par les radiations lumineuses environnantes,car leur anqle de réception est trop important. Enfin, à la lonque, le dispositif de dé¬ tection s'encrasse, car des fibres et des charges se dé¬ posent sur les surfaces optiques destinées à laisser passer le faisceau lumineux, ce qui rend alors le disoo- sitif inutilisable.
Pour obtenir les meilleures conditions possibles de détection, il faudrait donc que la quantité de lumiè- re reçue par la cellule soit très faible lorsque la feuille de paoier passe entre la source et la cellule, et très importante lorsque la lumière émise par la sour¬ ce atteint directement la cellule, ce que l'on ne sait faire jusqu'alors. Le dispositif de l'invention pallie ces inconvé¬ nients. Ce dispositif pour détecter les amorces de rup¬ ture ou de déchirure sur le bord d'une feuille de pa¬ pier en mouvement, du type comprenant : . une source lumineuse,
. et une cellule réceptrice pour capter la lumière transmise par la source au travers de la feuille gui défile entre la source et la cellule, se caractérise : - d'une part, en ce_ que la source lumineuse est une source laser ; et d'autre part, en ce que la cellule réceptrice est une cellule opto-électronique disposée de telle fa¬ çon que l'angle solide sous lequel on voit, la surface utile de ladite cellule, ou son image par un système optigue, depuis la feuille de papier est inférieur à 0,01 steradian.
En d'autres termes, l'invention consiste à combiner la source laser comme source lumineuse avec une cellule réceptrice opto-électronique, sous réserve que l'angle solide sous lequel on voit, depuis la feuille de papier, la surface utile de cette cellule est inférieure à 0,01 steradian.
En effet, on a observé que si cet angle solide était supérieur à 0,01 steradian, la quantité de lumière diffusée par la feuille et reçue par la cellule, c'est- à-dire la quantité de lumière diffusée dans ledit angle solide, serait plus important, et par conséquent la dif¬ férence des flux lumineux reçus par la cellule, quand il y a une amorce de déchirure et quand il n'y en a pas, serait plus faible. Cela affecterait alors la précision de la mesure. En pratique, la valeur plancher résulte de la sur¬ face de la cellule qui est de l'ordre de quelques milli¬ mètres carré.
De même, on a observé que si l'on utilisait une autre source lumineuse qu'une source laser, on perdrait alors le bénéfice de la cohérence spatiale du faisceau lumineux, en particulier le bénéfice d'une différence considérable du faisceau lumineux reçu par la cellule en présence d'une amorce de rupture.
Comme le faisceau lumineux de la source laser est parfaitement cylindrique, on éclaire en un seul point la feuille qui défile . "Il s'ensuit que la zone étudiée reçoit toute la lumière émise par cette source. Ainsi, quand il y a une amorce de déchirure sur cette feuille, le faisceau lumineux ne rencontre aucun obstacle, et la cellule reçoit alors toute la lumière émise par la source. En revanche, lorsque la feuille est intacte, la lumière transmise est diffusée dans toutes les directions comprises dans un cône d'angle solide de T (pi) stéradians.
Si la feuille se trouve à une distance cl de la cel- Iule ou de son image optique, et que la surface utile de la cellule est S, l'angle solide sous lequel on voit la cellule ou son image optique depuis la feuille est S/d2. La quantité de lumière recueillie étant proportionnelle à l'angle solide, la cellule ne recevra donc que ( S/d2) de la quantité de la lumière diffusée. "
Si dans un exemple de réalisation correspondant à la pratique S = 5 mm2 et la distance d = 5 cm, l'angle solide sous lequel on voit la cellule depuis la feuille est de 0,003 steradian et la cellule ne reçoit alors que moins d'un millième de la lumière diffusée par la feuille.
Le dispositif selon l'invention permet donc de détecter avec une très grande précision des amorces de déchirure sur une feuille en cours de défilement, notam¬ ment sur une feuille de papier en cours de fabrication.
Avantageusement, en pratique : - la source laser est un laser à gaz ou un laser à semi-conducteur ; la cellule opto-électronique est une cellule de très petite surface, c'est-à-dire de l'ordre de quelques millimètres carré ; - on peut placer devant la cellule opto-électroni¬ que un diaphragme, de façon à réduire la surface utile de la cellule à la taille voulue ; la surface utile de la cellule opto-électronique est comme déjà dit la plus petite possible afin d'avoir un dispositif très précis mais néanmoins supérieure à la taille de la tache lumineuse sur la feuille de papier, augmentée de la divergence du faisceau laser ; de préfé¬ rence, cette surface est telle que l'angle solide sous lequel on voit ladite cellule, ou son image par un sys- tème optique, depuis la feuille de papier, est inférieur à 0,01 steradian et avantageusement de 0,003 ; on envoie dans le dispositif de l'air comprimé sec au niveau des orifices destinés à laisser passer le faisceau lumineux ; de la sorte, grâce à la surpression, on évite la formation de dépôt de fibres ou de charges sur les surfaces optiques.
Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention est constitué d'un boitier en forme de U dont les deux branches contiennent respectivement la source laser et la cellule opto-électronique. L'alimen¬ tation de la source laser est logée dans la partie du boitier reliant les deux branches d.u U. Ce boitier com¬ prend une alimentation en air comprimé sec qui s'évacue par les orifices destinés à laisser passer le faisceau lumineux. Les surfaces optiques sont ainsi à l'abri des poussières environnantes. L'air comprimé sert en outre et simultanément à refroidir le tube laser et son alimentation. Pour éviter les angles vifs qui risqueraient de provoquer des cassures de la feuille lors de vibrations intempestives, les deux branches du U sont tubulaires.
Pour affaiblir l'influence des radiations lumineu- ses environnantes, on intercale un diaphragme supplémen¬ taire entre la feuille de papier et la cellule ou l'ima¬ ge de ladite cellule par un système optique.
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit donné à titre indica¬ tif et non limitatif, à l'appui de la figure unigue an¬ nexée qui montre, vu en coupe, un exemple de réalisation avantageux conforme à l'invention.
Ce dispositif de détection d'amorce de rupture com¬ prend essentiellement un boitier (1) sur lequel est em¬ manché deux branches tubulaires parallèles (2,3) entre lesquelles passe le bord (4) d'une feuille de papier en mouvement ( 5) .
L'ensemble (1,2,3) a donc la forme générale d'un U. La branche supérieure (2) contient une source la¬ ser (6), par exemple un laser hélium-néon, alimenté par un organe approprié (7) relié par des connections (8) à une arrivée (9) du boitier.
Ce laser (6) émet un rayon lumineux (10) qui est réfléchi par un prisme miroir (11) sur la feuille (5) en traversant l'ouverture (12). Le rayon transmis (13) tra¬ verse alors une autre ouverture (14) ménagée dans la branche parallèle (3) pour être réfléchie sur un miroir (15), traverse un diaphragme (16) et arrive sur une cel¬ lule opto-électronique (17), par exemple une cellule au silicium. Cette cellule au silicium est alimentée élec¬ triquement par une connection (18) également reliée à l'arrivée (9). La cellule (17) est reliée à une carte électronique (19) qui est reliée à son tour par l'inter¬ médiaire d'un relais de puissance (20) à un ou plusieurs organes d'alarme (21), tel qu'un voyant lumineux, une sonnerie ou un compteur d'affichage.
Dans l'exemple de réalisation décrit, l'angle soli¬ de est voisin de 0,002.
Le boitier (1) présente également une arrivée (22) d'air comprimé reliée à une source non représentée. Cet air comprimé qui traverse une chicane (23) sert d'une part, à refroidir la source laser (6) et d'autre part, en s'évacuant par (12) et (14), à nettoyer ces deux orifices de passage du rayon laser (10,13) et ainsi d'éviter l'encrassement des éléments optiques (11, 15,17).
Lors d'une rupture ou d'une déchirure, la quantité de lumière reçue par la cellule (17) augmente brutale- ment. Il s'ensuit que grâce à l'électronique (19), on provoque un déclenchement de l'alarme (21). Le conduc¬ teur marque alors la feuille (5) qui continue à défiler pour repérer ce défaut.
Ce dispositif de détection est particulièrement avantageux : d'une part, du fait de sa simplicité de structu¬ re qui ne comporte aucune pièce en mouvement ;
- par la simplicité de sa construction et de sa mi- se en place et la sécurité de son fonctionnement.
Il est donc parfaitement adapté aux machines pape- tières.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Dispositif pour détecter les amorces de rupture ou de déchirure sur les bords (4) d'une feuille (5) en mouvement, du type comprenant : . une source lumineuse (6),
. et une cellule réceptrice pour capter la lumière transmise par la source (6) au travers de la feuille (5) qui défile entre la source (6) et la cellule, caractérisé :
- d'une part, en ce que la source lumineuse (6) est une source laser ; et d'autre part, en ce que la cellule réceptrice (17) est une cellule opto-électronique disposée de toile façon que l'angle solide sous lequel on voit la surface utile de cette cellule (17) ou de son image par un sys¬ tème optigue, depuis la feuille de papier (5), est inférieur à 0,01 steradian.
2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse (6) et la cellule récep¬ trice (17) sont logées respectivement dans chacune des deux branches (2,3) d'un ensemble en forme de U, reliées à un boitier (1) .
3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le boitier (1) comporte une alimentation (22) en air comprimé destiné à refroidir la source lumineuse (6) et à maintenir par surpression l'état de propreté des surfaces optiques en circulant par les orifices (12,14) de passage du rayon lumineux (10) et du rayon réfléchi (13) . 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source laser (6) est un laser à gaz.
5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la source laser (6) est une source laser à semi-conducteur.
6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un diaphragme supplé¬ mentaire (17) intercalé entre la feuille (5) et la cel¬ lule (17) ou l'image de ladite cellule par un système optique.
7/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle solide est voisin de 0,003 steradian.
EP87900172A 1985-12-31 1986-12-23 Dispositif pour detecter une amorce de dechirure sur une feuille lors de sa fabrication Ceased EP0252109A1 (fr)

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FR8519569 1985-12-31

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EP0252109A1 true EP0252109A1 (fr) 1988-01-13

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