FR2563337A1 - Mesure des contraintes dans le verre flotte - Google Patents

Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE A LA MESURE DES CONTRAINTES DU VERRE FLOTTE. DANS LE PROCEDE SELON L'INVENTION, LES CONTRAINTES DANS LE VERRE SONT DETERMINEES EN CONTINU PAR UNE MESURE DE BIREFRINGENCE EN BALAYANT LA FEUILLE SUR TOUTE SA LARGEUR, SIMULTANEMENT LA TEMPERATURE DE LA FEUILLE AU POINT EXAMINE EST AUSSI MESUREE. CES DEUX MESURES SONT COMBINEES POUR ETABLIR LES VALEURS DES CONTRAINTES PERMANENTES DU VERRE.

Description

MESURE DES CONTRAINTES DANS LE VERRE FLOTTE

L'invention est relative à la mesure des contraintes du verre

flotté sur la ligne de production.

Au cours du traitement de recuisson qui fait suite à la cou-

lée du verre, on s'efforce de réduire les contraintes présentes dans le

ruban de verre à des valeurs acceptables pour les utilisateurs.

Le traitement de recuisson doit aussi permettre d'écarter les risques de cassure au moment de la découpe, notamment les phénomènes de "casse en long" particulièrement difficiles à maîtriser lorsqu'ils se produisent.

On sait qu'il est possible par des traitements thermiques lo-

calisés de rééquilibrer la température du ruban de manière à réduire les contraintes. Pour cela néanmoins il est nécessaire d'intervenir très rapidement et les mesures des contraintes qui conduisent à ces traitements correctifs doivent étre faites en continu et le plus tôt

possible sur le trajet du ruban.

La connaissance des contraintes permanentes est encore plus

importante pour ce que l'on peut nommer l'optimisation de la découpe.

En effet, connaissant les contraintes permanentes dans le ruban de ver-

re flotté, il est possible de choisir une découpe qui permette d'abou-

tir à un maximum de volumes dans lesquels les contraintes soient

acceptables. En d'autres termes, la connaissance des contraintes per-

met, dans ce cas, de réduire la part de verre produit qui ne satisfait

pas aux normes qu'on se fixe.

De façon traditionnelle la mesure des contraintes sur le ru-

ban de verre flotté est effectuée par des moyens optiques. La présence

des contraintes se traduit par l'apparition d'une biréfringence du ver-

re. C'est la détection et la mesure de cette biréfringence qui sert à

déterminer les contraintes dans le verre.

La mesure de biréfringence est conduite au moyen d'une métho-

de mettant en jeu une lumière polarisée. Dans un type de méthode cou-

rant, un faisceau lumineux préalablement polarisé traverse le ruban de verre et une lame quart d'onde. La présence des contraintes entraîne

une transformation du faisceau. Le faisceau passe ensuite dans un se-

cond polariseur puis est reçu sur une cellule convertissant le signal lumineux en un signal électrique. L'un des polariseurs est animé d'un mouvement de rotation par rapport à l'autre conduisant i un signal d'intensité variable périodiquement. La lame quart d'onde est disposée entre le verre étudié et celui des polariseurs animé d'un mouvement de rotation. La présence du verre biréfringent se traduit par un déphasage

des variations d'intensité par rapport à celles correspondant i un ver-

re isotrope (ou à l'absence de verre). On montre que le déphasage ob-

servé dépend directement des contraintes présentes dans le ruban analysé suivant une loi dont l'expression mathématique est = P.C.d x n1 / dans laquelle: - " est l'angle de mesure du déphasage exprimé en radian, - P désigne la contrainte, - C est une constante caractéristique de la nature du verre nommée constante photoélastique ou de Brewster, - d est l'épaisseur de verre traversée,

- est la longueur d'onde du faisceau d'analyse.

Pour le ruban de verre flotté, les contraintes longitudinales sont normalement très supérieures aux contraintes transversales lorsque

l'on effectue la mesure à une distance suffisante de l'extrémité du ru-

ban. En conséquence, la mesure est conduite uniquement pour déterminer

les contraintes longitudinales.

L'expérience montre que sur une ligne de production de verre

flotté, la distribution des contraintes longitudinales reste sensible-

ment la méme sur des périodes de temps relativement longues. Des me-

sures dont la durée pour toute la largeur du ruban est de quelques

minutes conviennent bien pour les contrôles envisagés. Pour cette rai-

son, il est traditionnel d'utiliser un ensemble de mesure mobile animé d'un mouvement transversal de va-et-vient permettant de déterminer en

continu les contraintes sur toute la largeur du ruban de verre. Un dis-

positif de ce genre est décrit par exemple dans le brevet US 2 993 402.

Si dans leur principe les techniques décrites jusqu'à présent permettent d'obtenir des mesures de contraintes, dans la pratique de

nombreuses imperfections peuvent compromettre l'utilité de ces mesures.

Ces imperfections tiennent soit au choix des moyens utilisés, dont la précision ou la fiabilité n'est pas suffisante, soit à des facteurs physiques dont les variations influent sur les mesures et qui n'ont pas

été considérés dans les méthodes antérieurement décrites.

L'amélioration de ces mesures de contraintes qui constitue l'un des objets de l'invention est d'autant plus souhaitable que l'on s'efforce de respecter scrupuleusement les tolérances définies par les

normes dans ce domaine. La marge d'incertitude systématique sur la me-

sure des contraintes équivaut en fait à s'imposer une norme encore plus

rigoureuse pour garantir le respect de la norme officielle.

Par ailleurs, les mesures de contraintes, en plus du contrôle

de conformité des produits, ont pour but de permettre une action cor-

rectrice sur le produit en cours de fabrication. Des contraintes anor-

males décelées sur le ruban de verre sont corrigées par exemple en modifiant localement les conditions thermiques de fonctionnement de l'étenderie dans laquelle s'effectue la recuisson. Une meilleure connaissance des contraintes permet de régler de façon plus précise les

conditions de fonctionnement et donc d'améliorer la qualité des pro-

duits dans leur ensemble.

Les mesures de contraintes faites sur le verre flotté rencon-

trent certaines difficultés inhérentes aux conditions dans lesquelles elles sont effectuées. En particulier, il est souhaitable de procéder aux mesures sur le verre dès la sortie de l'étenderie, afin de pouvoir corriger le plus tôt possible les éventuels défauts détectés au moyen de ces mesures. A la sortie de l'étenderie, le ruban de verre est à une température encore relativement élevée qui peut atteindre ou dépasser C. Il peut alors exister un déséquilibre thermique induisant des

contraintes "temporaires" qui disparaitront après refroidissement com-

plet, et que, par conséquent, la température sera bien uniforme.

Dans la pratique, il est utile de distinguer ces contraintes

temporaires et celles qui demeurent une fois le verre ramené à la tem-

pérature ambiante et que, pour cette raison, on nomme contraintes per-

manentes. A titre indicatif, l'expérience montre que pour des gradients de températures de l'ordre d'une dizaine de degrés, les contraintes de température représentent une part importante des contraintes mesurées

qui peut atteindre ou dépasser 50 %.

Un objet de l'invention est de fournir notamment une mesure des contraintes permanentes sur un verre dont la température est encore

relativement élevée, c'est-à-dire lorsque ces contraintes se superpo-

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sent aux contraintes temporaires.

Dans les techniques antérieures, sans méconnaître le rôle de

la température, on s'efforçait soit d'en limiter l'influence en effec-

tuant la mesure en un point de la ligne de production o le verre se trouve à une température voisine de la température ambiante, soit d'évaluer de façon approximative l'influence-de la température sur la mesure effectuée. Dans ce dernier cas, une correction systématique

était appliquée qui tenait compte d'une valeur de température estimée.

Cette façon de faire n'est à l'évidence pas précise.

Selon l'invention, on procède en permanence à la mesure à la fois des contraintes et des températures de la bande de verre flotté, transversalement au sens de progression. Ces mesures sont faites de telle façon que pour tout point de la bande de verre, on dispose de la

mesure de contraintes et de la température correspondante, ces deux in-

formations rassemblées permettant notamment de déterminer les contrain-

tes permanentes, détermination qui est avantageusement effectuée de

façon automatique.

Les variations d'épaisseur, commne on le comprend d'après l'expression du déphasage indiquée précédemment, influent directement

sur la précision de la mesure.

Les verres flottés présentent dans l'ensemble une grande ré-

gularité d'épaisseur, mais on observe cependant des variations, qui mé-

me si elles restent d'ampleur très limitée (de l'ordre de 0,02 mm), influent sur les résultats des mesures de contraintes et sont d'autant

plus sensibles que le verre est d'épaisseur plus faible.

Par ailleurs, en raison même de la façon dont le ruban est formé, ses bords présentent le plus souvent une épaisseur différente de celle de la partie médiane. Une correction d'épaisseur est nécessaire

pour déterminer les contraintes dans ces bords.

L'invention s'est efforcée également d'éliminer le facteur

d'imprécision sur la mesure des contraintes que constituent les fluc-

tuations d'épaisseur de la feuille de verre.

Il convient de remarquer également que le mode de détermina-

tion des contraintes qui est détaillé dans la suite n'est pas sensible

aux modifications éventuelles de transmission du verre étudié.

D'autres moyens mis en oeuvre pour améliorer la technique des mesures de contraintes selon l'invention seront décrits dans la suite

du mémoire en faisant référence aux planches de dessins dans lesquel-

les - la figure 1 représente de façon schématique un ensemble de mesures selon l'invention vu de face, le ruban de verre se déplaçant dans le plan perpendiculaire à celui de la figure, - la figure 2 est une vue partielle schématique de côté des éléments mobiles de mesure de la figure 1, - la figure 3 présente un montage d'éléments optiques pour la mise en oeuvre de l'invention, - la figure 4 montre les positions angulaires relatives des éléments optiques de la figure 3, - la figure 5 est un schéma présentant un montage optique simplifié utilisant une source laser, - la figure 6 illustre un mode de détermination du déphasage servant au calcul des contraintes, - la figure 7 est un schéma montrant le principe d'un mode de mesure de l'épaisseur du verre, - la figure 8 est un schéma d'un autre mode de mesure de l'épaisseur du verre, - la figure 9 est un exemple de mesure des contraintes, et de

la température déterminées transversalement à la feuille de verre.

L'ensemble de mesure selon l'invention se présente d'abord de façon traditionnelle sous forme d'un portique comprenant deux piliers

1, 2 situés de part et d'autre du trajet du ruban de verre flotté 3.

Les piliers 1, 2 supportent des poutres transversales 5 et 6 situées

respectivement au-dessus et au-dessous du ruban de verre 3.

L'ensemble est disposé avantageusement à la sortie de l'éten-

derie. Le verre à cet endroit est supporté par des rouleaux 7 représen-

tés à la figure 2.

Sur chaque poutre transversale 5 et 6 sont fixés deux guides cylindriques 8, 9 et 10, 11 disposés horizontalement. Sur ces guides se

déplacent des châssis 12, 13 montés sur glissières 14, 15, 16, 17.

Les coffrets supérieur et inférieur 18, 19 contenant les élé-

ments utilisés pour les mesures sont fixes sur ces châssis. Les moyens

de fixation ne sont pas représentés. Ils permettent de déposer momenta-

nément les coffrets pour entretien par exemple sans toucher au montage

mécanique assurant la translation.

Les châssis 12 et 13 sont entrainés par une chaîne unique 26.

La chaîne 26 et le jeu de pignons de renvoi 21, 229 23, 24, 25 permet-

tent d'assurer un déplacement rigoureusement identique aux deux châssis

12 et 13.

Le moteur pour le déplacement en translation et ses organes

de commande sont fixés au pilier 1. Ils n'apparaissent pas sur les fi-

gures. Le pignon 27 relié au moteur par un système réducteur communique

le mouvement.

Le déplacement simultané des coffrets peut aussi être obtenu par des moyens moteurs asservis électriquement pour éviter tout défaut de coordination dans le mouvement, défauts qui dans le cas de moyens

purement mécaniques peuvent résulter par exemple de l'usure.

Le contenu des coffrets 18 et 19 est représenté à la figure 3. Les moyens utilisés pour fixer les divers éléments de ces coffrets,

tels que colliers, brides, etc... ne sont pas représentés.

Le coffret supérieur renferme tout d'abord un ensemble des-

tiné à la formation d'une source lumineuse ponctuelle.

Dans la configuration représentée à la figure 3, la source

est constituée par une lampe 28 de lumière blanche. On utilise avanta-

geusement une lampe à halogène pour limiter les problèmes d'échauffe-

ment.

Une lentille 29 condense la lumière émise par la lampe.

L'image ponctuelle de la lampe est localisée sur un diaphragme 30 cons-

tituant la source ponctuelle. La lumière provenant du diaphragme 30 passe par une lentille 31 (ou un ensemble équivalent) qui par exemple

forme l'image sur le ruban de verre analysé ou à proximité de celui-ci.

Il est avantageux, pour une détermination précise de la loca-

lisation des contraintes, de limiter la zone soumise au faisceau lumi-

neux. Avantageusement on limite cette zone à un diamètre inférieur à

mm et de préférence inférieur à 20 mm de diamètre.

Le faisceau passe ensuite dans un polariseur 32 et une lame quart d'onde 33 dont les lignes neutres sont de préférence - 45' de

1 'axe du ruban de verre.

Après avoir traversé la feuille de verre, le faisceau est re-

çu par les éléments disposés dans le coffret inférieur. Dans le mode présenté a la figure 3, ces éléments comprennent essentiellement un analyseur 34, dont le plan de polarisation est de préférence à 45' de

l'axe du ruban, un filtre 35 et une cellule photosensible 36.

La position des éléments du système optique les uns par rap-

port aux autres est réglée au montage en ajustant notamment la position

relative des bottiers 37 et 38 portant respectivement l'ensemble cons-

tituant la source ponctuelle, et l'optique formant le faisceau d'analy-

se.

Par ailleurs, pour avoir une mesure satisfaisante, l'axe op-

tique des éléments du coffret supérieur et du coffret inférieur doit être le même tout au long des opérations. En pratique, les écarts ne dépassent pas 0,5 mm et sont de préférence avantageusement inférieurs à 0,2 mm. Le réglage doit donc être précis. Le principe de ce type de mesure impose que le polariseur ou l'analyseur soit animé d'un mouvement de rotation. La lame quart d'onde est située dans les deux cas du même côté de la feuille de verre que celui de ces éléments qui est animé du mouvement de rotation. Dans la forme présentée il s'agit du polariseur 32 qui est disposé dans une monture 41 vissée sur une bride 39. La bride 39 est fixée à l'extrémité

du boîtier 38 par des moyens schématisés comprenant un ensemble de rou-

lement à billes 40 qui assure une libre rotation de l'ensemble 39, 41

par rapport au bottier 38.

Une roue dentée 42 est maintenue entre la bride 39 et la mon-

ture 41. Pour permettre une bonne compréhension de la figure, seule la

partie de cette roue située devant le système optique n'a pas été re-

présentée. La roue 31 communique au polariseur le mouvement de rotation transmis par la roue dentée 43 fixée sur l'axe d'un moteur électrique

synchrone 44.

La lame quart d'onde 33 et son support 45 sont immobiles de

même que l'analyseur 34.

Un disque 46 faisant partie d'un dispositif de codage optique

:i est entrainé en rotation par l'ensemble associé au polariseur tournant.

Le disque présente à sa périphérie un très grand nombre de perforations disposées régulièrement sur une seule ligne. Un cavalier 47 chevauche le bord du disque 46 o se trouvent les perforations. Une branche du cavalier comporte une source lumineuse, l'autre branche une cellule photosensible. Les dispositions respectives du cavalier 47 et du disque 46 sont telles que pour chaque passage d'une perforation un signal soit

émis par la cellule photosensible.

Le fonctionnement du dispositif de codage optique est décrit

plus loin.

A ce système destiné à mesurer les contraintes globales est associé un dispositif pour la mesure de la température du verre. Pour

des raisons de commodité, la mesure de la temperature du verre est ef-

fectuée au moyen d'un pyromêtre optique.

Compte tenu de la température relativement faible du verre au point de mesure - de l'ordre de 100 C - les moyens utilisés doivent

être relativement sensibles. Ces moyens doivent être d'autant plus sen-

sibles que les gradients de températures à déceler ne dépassent pas

normalement une quarantaine de degrés.

La mesure au moyen d'un pyrométre optique est très sensible à diverses conditions extérieures à la mesure. Il convient, pour éviter toute erreur, d'effectuer périodiquement un étalonnage. Il est possible

ainsi, le pyrométre étant animé du même mouvement que les moyens ser-

vant à la mesure de la biréfringence, de-rétalonner périodiquement

(éventuellement à chaque cycle correspondant un aller et retour).

L'étalonnage peut se faire par exemple sur un échantillon de verre

maintenu à une température bien définie, au moyen d'une plaque chauf-

fante thermostatée.

Le pyrométre optique doit présenter en outre une bonne sensi-

bilité aux radiations émises par le verre et être pratiquement insensi-

ble à la lumière ambiante. Le choix du rayonnement utilisé doit par ailleurs être indifférent à l'épaisseur du verre contrôlé. L'air doit

être en outre transparent au rayonnement en question.

On utilise avantageusement pour la mise en oeuvre de l'inven-

tion un pyromêtre optique travaillant sur un rayonnement correspondant à une étroite bande de longueur d'onde centrée sur 5 micrométres. Cette bande est comprise entre 4,5 et 5,5 micrométres et de préférence entre

4,8 et 5,2 micrométres.

Il est également important de choisir un pyrométre dont le

temps de réponse, mime pour une faible émissivité, soit court. La mesu-

re étant effectuée en cours de déplacement du dispositif de mesure plus

le temps de réponse est long, plus la résolution diminue.

Le fait que la mesure ne soit pas instantanée mais s'effectue pendant un déplacement limité, équivaut à établir une valeur moyenne sur un domaine dont l'ampleur est déterminée par le temps de réponse du pyrométre. Plus ce temps est faible, plus le domaine est étroit. Aux températures envisagées, compte tenu de la sensibilité des pyrométres existants, le temps de réponse nécessaire est de l'ordre d'une seconde

ou moins.

Bien entendu, la vitesse de déplacement du dispositif de mes-

ure peut être modifiée pour réduire le domaine correspondant au temps

de réponse.

Le pyrométre peut être dirigé de façon à viser le même domai-

ne de la surface du verre que celui observé pour la mesure de biréfrin-

gence. Il est disposé dans l'un des coffrets mobiles.

Pour éviter le dépôt de poussières sur l'objectif du pyromè-

tre, il est préférable de la placer dans le coffret supérieur.

A titre indicatif, le pyromètre 48 représenté à la figure 3 est dirigé vers le point du verre observé pour la mesure de contraintes. Dans cette disposition le pyromètre fait avec la verticale un angle de

environ.

Suivant une autre disposition, il peut être préférable que la

visée du pyromêtre soit perpendiculaire à la feuille de verre pour li-

miter les risques de perturbation par des rayonnements parasites. Cette disposition correspond aussi au maximum d'énergie du rayonnement capté

et permet donc d'opérer avec une sensibilité accrue.

Lorsque la visée du pyromêtre se fait perpendiculairement au

verre, à un instant donné les zones observées pour les mesures de tem-

pératures et de contraintes sont nécessairement distinctes même si el-

les ne sont pas très éloignées. Dans ce cas, si une correction continue est envisagée, on introduit une temporisation dans l'ensemble de mesure de façon à faire coïncider les mesures faites pour un même point. Le décalage introduit sera alors fonction de la distance séparant les deux

zones observées et de la vitesse de translation du dispositif.

Les éléments décrits précédemment ne constituent qu'un exem-

ple de réalisation du dispositif selon l'invention. De nombreuses va-

riantes peuvent être envisagées en substituant à certains de ces

éléments des éléments analogues.

251_ En particulier il est possible afin d'alléger la partie opti-

que de l'appareil, tout en améliorant les performances, de remplacer la lampe par une source laser. Le faisceau produit par la source laser est géométriquement très bien défini, et on peut ainsi supprimer toute l 'optique destinée à la formation du faisceau, à savoir la lentille 29,

le diaphragme 30, la lentille 31.

Toujours pour simplifier l'assemblage des moyens utilisés pour la mesure des contraintes, il est possible d'utiliser une source laser polarisée. Dans ce cas, le montage optique ne comprend plus de

polariseur et c'est l'analyseur qui est animé d'un mouvement de rota-

tion.

Le dispositif de mesure simplifié, schématisé à la figure 5, comprend essentiellement une source laser 50 d'un côté de la feuille de verre étudiée 52, et de l'au&-re côté de cette feuille une lame quart

d'onde 51, un analyseur tournant 53, et la cellule réceptrice 54.

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En outre, le faisceau laser qui est monochromatique, permet

d'accroitre la précision du dispositif.

Comme nous l'avons indiqué précédemment, l'expression de la mesure fait intervenir la longueur d'onde du faisceau utilisé. Le choix d'une lumière monochromatique supprime la dispersion qui accompagne né-

cessairement l'utilisation d'une lumière blanche. Les phénomènes obser-

vés sont mieux définis. La lame quart d'onde peut être choisie de façon

à correspondre exactement à celle de la source.

A titre indicatif, on utilise avantageusement une source la-

ser He-Ne de longueur d'onde 632,8 nm.

La mesure des contraintes est effectuée selon l'un des modes

traditionnels de compensation: Sénarmont, Friedel ou lardy. Les élé-

ments utilisés dans ces différents cas conduisent à quelques différen-

ces, mais l'analyse résultante est pour l'essentiel de même nature.

Le mode représenté aux figures 3 et 4 est du type Friedel.

Dans ce mode de mesure, la direction des contraintes détermi-

ne celle de la lame quart d'onde et de l'analyseur fixe.

Il faut remarquer que, si dans le mode décrit c'est le pola-

riseur qui est animé d'un mouvement de rotation, la méthode serait exactement identique en utilisant un polarisateur fixe et un analyseur

tournant suivant la méthode de Sénarmont.

La lame quart d'onde est disposée de façon que ses lignes neutres se situent de préférence à 45' de la direction de progression

* du ruban de verre, c'est-a-dire de la direction-des contraintes mesu-

rées. L'analyseur est également disposé à 45' de la direction des

contraintes (figure 4). A ces positions correspond un maximum de sensi-

bilité pour cette technique de mesure. On a en effet une différence

maximale entre le minimum et le maximum d'intensité lumineuse reçue.

Pour un faisceau lumineux monochromatique le minimum est même nul.

Si le principe optique du dispositif est bien respecté, l'in-

tensité de la lumière transmise par l'analyseur varie, au cours du

temps, de manière sinusoidale avec la rotation du polariseur. L'intro-

duction du verre biréfringent sur le trajet du faisceau produit un dé-

phasage des minima et maxima d'intensité. C'est ce déphasage qui permet de déterminer la valeur des contraintes, comme nous l'avons indiqué précédemment. Les variations d'intensité lumineuse après l'analyseur sont transformées en un signal électrique par l'élément photosensible 36. Au préalable le filtre 35, disposé sur le trajet du faisceau, élimine une il

partie des rayonnements parasites susceptibles de perturber la mesure.

Le choix de la bande passante du filtre est fonction bien

entendu de la source, mais aussi des autres éléments optiques utilisés.

Si par exemple on utilise une lame quart d'onde corrigée pour des va-

leurs de 400 et 700 nm, il est avantageux de choisir un filtre dont la bande passante se situe dans le domaine corrigé, c'est-à-dire

400-700 nm.

La figure 6 montre le principe de la mesure du déphasage in-

troduit lors de la mesure de contraintes. La courbe A représente sché-

matiquement la physionomie générale de l'intensité reçue par la cellule

photosensible en fonction du temps. La périodicité du phénomène est dé-

terminée par la vitesse de rotationdu polariseur.

Les signaux communiqués par la cellule 36 sont traités par un

ensemble de traitement de données qui reçoit simultanément les impul-

sions provenant du codeur d'optique 47.

On opère en déterminant les minima d'intensité, mais l'opéra-

tion pourrait s'effectuer de la même façon sur les maxima. Etant donné l'imprécision sur la détermination de ces points singuliers, on procède

à une détermination indirecte. A cet effet, on fixe un seuil dans l'en-

semble de traitement, tel que celui-ci recoupe la courbe d'intensité de façon nette et pas trop écartée des minima. Ce seuil est figuré par la ligne S. La position du minimum est calculée comme étant équidistante des deux points d'intersection voisins ni, n2. Même si la courbe n'est

pas rigoureusement symétrique, l'erreur commise de cette façon est sen-

siblement moindre que celle qui résulterait systématiquement de la dé-

termination directe des minima.

La "position" des points d'intersection avec seuil, et par suite celle des minima, est repérée par rapport au comptage des impul

sions liées à la rotation du disque 46.

On comprend que, plus le nombre d'impulsions par tour est élevé, plus grande est la précision de la mesure. Dans la pratique, on utilise avantageusement un disque présentant au moins 2000 perforations

et de préférence 4000 ou plus.

La mesure commence alors que le dispositif est sur le c6té au-delà du ruban de verre. Le déphasage est alors nul. La position de

la sinusoïde ainsi établie sert de référence. Lorsque, par suite du dé-

placement transversal, le dispositif se trouve au-dessus du verre la sinusoTde est déphasée par rapport à la précédente. L'écart entre les minima défini par le nombre d'impulsions dlu codeur optique séparant ces

minima est la mesure de ce déphasage.

Il est important de souligner que dans le système de comptage selon l'invention, un fonctionnement défaillant ou simplement imprécis du moteurentrainant le polariseur tournant est sans influence sur le résultat de la mesure. Le décompte des impulsions est par construction rigoureusement lié au mouvement du polariseur. Ce n'est pas le cas dans

les montages pour lesquels le mouvement est défini par une mesure chro-

nométrique. Les moyens d'analyse et de traitement des signaux reçoivent

par ailleurs les informations émises par le pyromètre optique, relati-

ves à la température du verre dans la zone examinée. Une correction de la contrainte est ainsi établie de préférence automatiquement par les moyens de traitement pour donner directement la valeur de la contrainte permanente.

La correction de température est établie suivant la rela-

tion: P PM - E. b.^T dans laquelle: - Pm est la contrainte mesurée, - - E est le module d'Young, --- -est-le coefficient de dilatation, - A-T est la différence entre la température mesurée et la température moyenne du verre, déterminée sur toute la largeur de la feuille. Les méthodes de détermination de l'épaisseur mises en oeuvre selon l'invention sont également avantageusement optiques. Une méthode préférée consiste à envoyer un faisceau géométriquement bien défini (un

faisceau laser par exemple) sur le point de la feuille de verre 55 étu-

dié et suivant un angle d'incidence bien défini de façon à obtenir des

réflexions sur les deux faces de la feuille, comme représenté à la fi-

gure 7.

Il faut préciser que les variations d'épaisseur les plus si-

gnificatives se présentent comme des ondulations de forme cylindrique de faible amplitude dont les génératrices sont dirigées dans le sens de

progression de la feuille de verre.

Par construction, selon la méthode proposée, le plan d'inci-

dence représenté à la figure 7 est dans le sens de la longueur de la

feuille de verre.

Sur la figure 7, l'angle d'incidence est relativement impor-

tant, de l'ordre de 30 . Ceci n'est donné qu'à titre d'illustration et

pour faciliter la compréhension. Un faisceau incident voisin de la nor-

male peut être préférable, en particulier pour faire en sorte que les faisceaux réfléchis sur la première et la seconde face de la feuille, présentent des intensités peu différentes l'une de l'autre. La détec-

tion en est rendue plus aisée.

Les faisceaux réfléchis R1, R2 sur chacune des faces sont reçus sur un détecteur 56 photosensible formé de multiples photodiodes de petites dimensions accollées les unes aux autres et permettant de déterminer la distance d séparant les deux faisceaux. Cette distance

est directement liée à l'épaisseur de la feuille e. Pour les angles in-

cidents petits, l'expression de e est: e = nd/2i dans laquelle: - i est l'angle d'incidence,

- n est l'indice de la feuille de verre.

Il est possible, sur un principe analogue, de remplacer la

mesure de la distance d par une mesure de temps.

Le principe de la méthode est schématisé à la figure 8. Le faisceau utilisé dans ce cas est réfléchi sur un miroir tournant 57 à grande vitesse angulaire. La source est située de telle façon que le rayon réfléchi sur le miroir tournant après passage de la lentille 60 reste parallèle à une même direction et dans le plan de la figure. Un rayon réfléchi balaye ainsi un segment de plan. Un diaphragme 58 de très petite dimension, est placé sur le trajet balayé par les rayons réfléchis à la surface de la feuille de verre, en un point tel qu'il reçoive alternativement respectivement a des temps tl et t2 un rayon réfléchi sur la première et la seconde face de la feuille. Connaissant la vitesse angulaire du miroir tournant, la mesure de l'intervalle de

temps séparant ces deux signaux reçus par une cellule 59 située derriè-

re le diaphragme 58 est une mesure de l'angle dont le miroir a tourné.

L'angle dont il est nécessaire de faire tourner le rayon in-

cident pour qu'il y ait coïncidence des deux réflexions, est lié géomé-

triquement à l'épaisseur de la feuille de verre commne dans la méthode

précédente.

Par ces méthodes, l'épaisseur est déterminée avec une très

grande précision. Elles permettent d'apprécier des variations d'épais-

seur de l'ordre de 10 micromètres.

La mesure de l'épaisseur est directement utilisée par les

moyens de traitement pour corriger les mesures de contraintes.

Les valeurs trouvées, compte tenu des diverses corrections introduites, permettent d'apprécier l'état final des contraintes pour

le verre à température ambiante, mais bien entendu également les con-

traintes temporaires qui peuvent avoir leur importance dans les régla-

ges appliqués dans les traitements de recuisson.

Il est possible aussi, selon l'invention, d'associer le dis-

positif de mesure aux moyens de réglage du traitement thermique de fa-

çon que les corrections soient opérées automatiquement selon des

instructions préétablies mises en mémoire.

Le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention est dé-

crit en détail dans ce qui suit, à titre d'exemple.

L'ensemble de mesure est disposé à la sortie de l'enceinte de recuisson de verre flotté à un endroit o la température du verre se

situe à environ 1000C.

Le ruban de verre est de 3200 mm de large et d'une épaisseur de 7 mm. Cette épaisseur qui est celle d'équilibre du verre sur le bain d'étain conduit à une feuille dont les bords ont pratiquement la même

épaisseur que le reste de la feuille.

La vitesse de défilement du verre est de 7 m/min.

Le dispositif de mesure animé du mouvement de translation ef-

fectue le déplacement transversal en une minute. Au choix, les mesures

peuvent être effectuées simplement à l'aller ou en aller et retour.

La vitesse de déplacement peut, bien entendu, être modifiée mais doit tenir compte des temps de réponse des dispositifs de mesures notamment de la mesure de température. Par ailleurs, un accroissement de la fréquence des balayages est en pratique inutile. Les variations détectées sont relativement lentes et les modifications des réglages des traitements thermiques ne peuvent pas se faire sentir rapidement en

raison de l'inertie thermique de l'étenderie. Pour ces raisons, des ré-

ponses très rapides ne sont pas normalement nécessaires et l'important est de pouvoir détecter et corriger les dérives éventuelles dans le

fonctionnement sur de longues périodes de fonctionnement.

Pour la mesure de température, compte tenu du niveau de tem-

pérature et de la sensibilité du pyrométre utilisé, le temps d'équili-

bre est de l'ordre de 5 secondes, ce qui équivaut à déterminer la température moyenne sur des domaines représentant le douzième de la largeur de la feuille de verre, soit sur 250 mm. Compte tenu de ce que les gradients de température dans la largeur de la feuille sont très

progressifs, ce mode de mesure est suffisant.

Le moteur synchrone tourne à 1800 tours par minute entrainant

le polariseur à 360 t/min.

La mesure d'épaisseur est continue et instantanée.

Les graphiques de la figure 9 montrent, de façon typique, les variations de contraintes (mesurées et corrigées), et les variations de

températures sur toute la largeur de la feuille.

Les trois courbes a, b, c représentent respectivement: la contrainte mesurée, la température et la contrainte résultant de cette température, et la contrainte résiduelle correspondant à la différence

des deux premières.

Toutes ces mesures sont faites sur toute la largeur du ruban

de verre représentée en abscisse.

Les contraintes observées sont en compression sur les bords

et en tension dans la partie médiane.

Les températures sont plus élevées dans la partie médiane que

sur les bords.

La correction des contraintes mesurées en fonction de la tem-

pérature, conduit à des contraintes résiduelles très différentes et ce-

ci bien que les gradients de températures mesurées soient relativement

peu importants (25 C environ).

Cet exemple montre l'importance des corrections de mesures

selon l'invention.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure des contraintes longitudinales permanen-

tes d'une feuille de verre flotté sur la ligne de production, dans le-

quel un faisceau lumineux polarisé passe dans la feuille de verre, les contraintes créant une biréfringence, le faisceau émergeant est analysé pour déterminer les modifications introduites par la biréfringence de la feuille et par suite la contrainte, la mesure des contraintes étant

conduite en continu en "balayant" la feuille sur toute sa largeur, si-

multanément une mesure est effectuée pour déterminer la température au

point de la feuille sur lequel la contrainte est mesurée, la combinai-

son de ces deux mesures conduisant aux valeurs des contraintes perma-

nentes sur toute la largeur de la feuille de verre.

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la mesure de

la température du verre au point analyse pour la détermination des con-

traintes est conduite de manière optique à partir du rayonnement émis

par le verre.

3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la mesure est

effectuée sur une fraction du rayonnement émis correspondant aux lon-

gueurs d'onde comprises entre 4,5 et 5,5 micrométres.

4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3

dans lequel la mesure -de température est réétalonnée de façon périodi-

- que par mesure sur un échantillon de verre porté à une température dé-

terminée.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans

lequel les mesures de températures sont enregistrées et traitées automatiquement pour chaque déplacement, de façon à établir la valeur

moyenne de la température dans la largeur de la feuille.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-

dentes dans lequel, simultanément, est conduite une mesure optique de l'épaisseur de la feuille de verre au point o s'effectue la mesure des contraintes.

7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel, pour la me-

sure de l'épaisseur, un faisceau monochromatique dirigé vers la feuille

et se réfléchit sur les deux faces, la distance séparant les deux fais-

ceaux réfléchis étant une mesure indirecte de l'épaisseur.

8. Procédé selon la revendication 6 dans lequel la mesure de l'épaisseur est effectuée au moyen d'une source monochromatique dirigée vers un miroir tournant, le rayon réfléchi sur le miroir est dirigé sur

la feuille de verre et reçu temporairement sur une cellule photosensi-

ble située derrière un diaphragme de très faible dimension, la disposi-

tion du diaphragme étant choisie de façon qu'alternativement il reçoive le rayon réfléchi sur chacune des deux faces de la feuille de verre, la

mesure du temps séparant ces deux rayons permettant d'obtenir la varia-

tion angulaire nécessaire pour amener ces deux rayons à coïncider et,

par suite, l'épaisseur correspondante.

9. Dispositif pour la mesure des contraintes longitudinales permanentes d'une feuille de verre flotté directement sur la ligne de

production comprenant des moyens de mesure en continu de la biréfrin-

gence selon la méthode de Friedel ou de Sénarmont comprenant, sur un même trajet optique, une source lumineuse (28, 50), un polariseur (32) polarisant linéairement le faisceau émis par la source, des moyens (33)

transformant le faisceau polarisé linéairement en une faisceau circu-

laire, un deuxième polariseur linéaire (34), un récepteur photosensible

(36) transformant l'intensité du faisceau lumineux en un signal élec-

trique, un des deux polariseurs (32, 34) étant animé d'un mouvement de rotation continu, des moyens de mesure de la température (48) de la

feuille, au point observé pour les contraintes, des moyens d'enregis-

trement et de traitement des mesures de contraintes et de température

calculant la contrainte permanente, les moyens de mesure de la biré-

fringence et ceux de température étant fixés sur un ensemble mécanique animé d'un mouvement de translation transversalement à la feuille de

verre flotté.

10. Dispositif selon la revendication 9 dans lequel la posi-

tion du polariseur tournant servant de base à la détermination de la mesure de biréfringence est repérée par un dispositif de codage optique comprenant un disque (46) solidaire du polariseur percé d'une multitude d'orifices qui se déplacent entre une source lumineuse d'une part, et un récepteur photosensible d'autre part, la position du disque (46) et

par suite du polariseur tournant étant définie par le décompte des im-

pulsions reçues par le détecteur pour chaque passage d'un orifice.

11. Dispositif selon la revendication 9 dans lequel les moyens de mesure de la température sont constitués par un pyrométre optique

(48) sensible aux longueurs d'onde comprises entre 4,5 et 5,5 micromè-

tres.

12. Dispositif selon la revendication 11 dans lequel le pyro-

mètre optique (48) est porté par le même ensemble mécanique que les

moyens de mesure de biréfrinwvnce et animes du même mouvement, trans-

versalement à la feuille de verre.

13. Dispositif selon la revendication 12 dans lequel les moyens de mesure de l'épaisseur comprennent un émetteur d'un faisceau

lumineux, dirigé sur la feuille de verre au point o s'effectue la me-

sure de biréfringence, un récepteur des faisceaux réfléchis sur les deux faces de la feuille déterminant la distance séparant ces faisceaux.