FR2718521A1 - Dimension and surface variation detection of fibres & tubes - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DE L'ETAT DE
SURFACE ET DE DETECTION DE VARIATIONS DE DIMENSIONS
TRANSVERSALES D'UN ELEMENT CYLINDRIQUE.METHOD AND DEVICE FOR MONITORING THE CONDITION OF
SURFACE AND DETECTION OF DIMENSION VARIATIONS
TRANSVERSALS OF A CYLINDRICAL ELEMENT.
La présente invention concerne un procédé de contrôle de l'état de surface et/ou de détection de variations de dimensions transversales d'un élément cylindrique de section quelconque, au moins partiellement réfléchissant, notamment d'une fibre optique, dans lequel on met ledit élément cylindrique en mouvement dans une direction parallèle à son axe longitudinal.The present invention relates to a method of controlling the surface condition and / or of detecting variations in transverse dimensions of a cylindrical element of any cross-section, at least partially reflecting, in particular of an optical fiber, in which said element is placed. cylindrical element moving in a direction parallel to its longitudinal axis.
Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.It also relates to a device for implementing this method.
Lors de la fabrication d'éléments cylindriques tels que par exemple des tubes extrudés, des fils tréfilés, des conducteurs métalliques pour des câbles ou des fibres optiques, il peut être important de contrôler leurs dimensions transversales et/ou leur état de surface. Lorsque l'état de surface, la quantité de défauts ou le diamètre ne correspondent plus à des tolérances admissibles, il est important d'arrêter la production ou de modifier certains paramètres du dispositif de fabrication le plus rapidement possible afin d'éviter une perte de production. Dans ce but, il est indispensable de pouvoir effectuer des contrôles et d'obtenir les résultats de ces contrôles le plus rapidement possible. Il est également important d'être en mesure de détecter des défauts aussi ponctuels que possible, ce que ne permettent pas les moyens de contrôle traditionnels qui ne fournissent que des valeurs moyennes.When manufacturing cylindrical elements such as for example extruded tubes, drawn wires, metal conductors for cables or optical fibers, it may be important to check their transverse dimensions and / or their surface condition. When the surface finish, the quantity of defects or the diameter no longer correspond to permissible tolerances, it is important to stop production or to modify certain parameters of the manufacturing device as quickly as possible in order to avoid loss of production. For this purpose, it is essential to be able to carry out checks and obtain the results of these checks as quickly as possible. It is also important to be able to detect faults as punctual as possible, which traditional means of control do not allow, which only provide average values.
Les procédés existant actuellement pour contrôler en détail la qualité d'un produit du type défini ci-dessus consiste à prélever un échantillon de l'élément cylindrique et à observer son état de surface par des moyens traditionnels en laboratoire. Ces procédés induisent un retard considérable et aboutissent obligatoirement à un déchet de production difficile à maîtriser.The methods currently existing for controlling in detail the quality of a product of the type defined above consists in taking a sample of the cylindrical element and in observing its surface condition by traditional means in the laboratory. These processes cause considerable delay and necessarily result in production waste that is difficult to control.
Ces procédés présentent trois inconvénients majeurs. Le premier est dû au fait qu'il est impossible de réaliser la mesure en continu sur une ligne de production.These methods have three major drawbacks. The first is due to the fact that it is impossible to carry out continuous measurement on a production line.
Le deuxième inconvénient vient du fait que l'échantillonnage ne permet pas d'obtenir une image complète des valeurs mesurées pour l'ensemble du produit fabriqué. L'échantillon est supposé être représentatif du produit ce qui peut engendrer des erreurs graves. Le troisième inconvénient vient du fait que la mesure des caractéristiques de l'échantillon selon des procédés classiques est relativement longue. Il en résulte donc un délai important entre le moment où l'échantillon est prélevé et celui où les résultats des mesures sont disponibles.The second drawback comes from the fact that the sampling does not make it possible to obtain a complete image of the values measured for the entire product produced. The sample is assumed to be representative of the product, which can cause serious errors. The third drawback comes from the fact that the measurement of the characteristics of the sample according to conventional methods is relatively long. This therefore results in a significant delay between the time when the sample is taken and when the results of the measurements are available.
Pendant ce délai, la fabrication du produit se poursuit et la production effectuée entre le moment où l'on prélève l'échantillon et celui où l'on constate que cet échantillon ne répond pas aux critères de qualité imposés est inutilisable.During this period, the production of the product continues and the production carried out between the time when the sample is taken and when it is found that this sample does not meet the imposed quality criteria is unusable.
Le procédé idéal pour la détection de variations de dimensions transversales et/ou le controle de l'état de surface d'un élément cylindrique devrait fonctionner en ligne et en continu, directement pendant la fabrication et fournir des résultats en temps réel correspondant à une résolution spatiale aussi élevée que possible.The ideal method for detecting variations in transverse dimensions and / or checking the surface condition of a cylindrical element should operate online and continuously, directly during manufacturing and provide real-time results corresponding to a resolution as high as possible.
Ce but est atteint par un procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que l'on envoie un faisceau lumineux incident sur ledit élément cylindrique, on capte le faisceau' réfléchi par cet élément cylindrique sur des moyens de détection agencés pour générer un signal dépendant de la position angulaire dudit faisceau réfléchi et on analyse ledit signal pour en déduire des informations représentatives des modifications de forme et/ou de dimensions dudit élément cylindrique par rapport à ses dimensions initiales, le changement de position angulaire étant directement lié à une desdites modification de forme et/ou de dimensions.This object is achieved by a method as defined in the preamble and characterized in that an incident light beam is sent on said cylindrical element, the beam 'reflected by this cylindrical element is captured on detection means arranged to generate a signal depending on the angular position of said reflected beam and said signal is analyzed to deduce therefrom information representative of the changes in shape and / or dimensions of said cylindrical element with respect to its initial dimensions, the change in angular position being directly linked to one of said changes of shape and / or dimensions.
Selon un mode de réalisation préféré, on focalise ledit faisceau lumineux incident sur une ligne focale étendue, sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément cylindrique.According to a preferred embodiment, said incident light beam is focused on an extended focal line, substantially perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical element.
Selon une forme de réalisation préférée, on envoie le faisceau lumineux incident sur l'élément cylindrique selon un angle d'incidence O formé entre ledit faisceau lumineux incident et une normale à l'axe longitudinal de l'élément cylindrique, cette normale étant contenue dans le plan formé par le faisceau lumineux incident et l'axe longitudinal, et l'angle O étant compris entre O et 45". According to a preferred embodiment, the incident light beam is sent on the cylindrical element at an angle of incidence O formed between said incident light beam and a normal to the longitudinal axis of the cylindrical element, this normal being contained in the plane formed by the incident light beam and the longitudinal axis, and the angle O being between O and 45 ".
On envoie avantageusement le faisceau lumineux incident sur l'élément cylindrique selon un angle d'incidence O compris entre 0" et 10 . The incident light beam is advantageously sent to the cylindrical element at an angle of incidence O of between 0 "and 10.
Ce but est également atteint par un dispositif tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse directive agencée pour envoyer un faisceau lumineux incident sur l'élément cylindrique et des moyens de détection de la position angulaire du faisceau réfléchi par l'élément cylindrique, ces moyens de détection étant agencés pour générer un signal dépendant de la position angulaire dudit faisceau réfléchi et pour déduire dudit signal, des informations représentatives des modifications de forme et/ou de dimensions dudit élément cylindrique par rapport à ses dimensions initiales, le changement de position angulaire étant directement lié à une desdites modification de forme et/ou de dimensions.This object is also achieved by a device as defined in the preamble and characterized in that it comprises a directive light source arranged to send a light beam incident on the cylindrical element and means for detecting the angular position of the beam reflected by the cylindrical element, these detection means being arranged to generate a signal depending on the angular position of said reflected beam and to deduce from said signal, information representative of the changes in shape and / or dimensions of said cylindrical element with respect to its initial dimensions , the change in angular position being directly linked to one of said changes in shape and / or dimensions.
Les moyens de détection comportant de préférence au moins deux photodétecteurs disposés symétriquement autour d'un axe central formant un angle O avec une normale à l'axe longitudinal de l'élément cylindrique et un angle 20 avec le faisceau lumineux incident et appartiennent au plan P contenant ledit faisceau lumineux et ladite normale.The detection means preferably comprising at least two photodetectors arranged symmetrically around a central axis forming an angle O with a normal to the longitudinal axis of the cylindrical element and an angle 20 with the incident light beam and belong to the plane P containing said light beam and said normal.
Selon un mode de réalisation préféré, ces moyens de détection comportent un amplificateur à gain fixe prédéfini connecté à chaque photodétecteur et un amplificateur différentiel auquel sont connectées les sorties de tous les amplificateurs à gain fixe prédéfini.According to a preferred embodiment, these detection means comprise a predefined fixed gain amplifier connected to each photodetector and a differential amplifier to which the outputs of all the predefined fixed gain amplifiers are connected.
Les gains de tous les amplificateurs connectés à des photodétecteurs disposés d'un même côté de l'axe central sont avantageusement différents et de préférence proportionnels à l'éloignement par rapport à cet axe central.The gains of all the amplifiers connected to photodetectors arranged on the same side of the central axis are advantageously different and preferably proportional to the distance from this central axis.
Selon une forme de réalisation préférée, le dispositif comporte une lentille cylindrique convergente ou divergente dont l'axe de cylindricité est contenu dans le plan P et est perpendiculaire au faisceau lumineux incident, la valeur absolue de la distance focale de cette lentille étant sensiblement égale à la distance entre ladite lentille et ledit axe longitudinal. According to a preferred embodiment, the device comprises a convergent or divergent cylindrical lens whose axis of cylindricity is contained in the plane P and is perpendicular to the incident light beam, the absolute value of the focal distance of this lens being substantially equal to the distance between said lens and said longitudinal axis.
Le faisceau lumineux incident forme un angle d'incidence O avec la normale, cet angle O étant avantageusement compris entre 0" et 45" et de préférence compris entre 0û et 10 . The incident light beam forms an angle of incidence O with the normal, this angle O being advantageously between 0 "and 45" and preferably between 0 and 10.
Selon une forme de réalisation préférée, le dispositif est placé en ligne avec un dispositif de production de l'élément cylindrique.According to a preferred embodiment, the device is placed in line with a device for producing the cylindrical element.
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure I est une vue en perspective du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du dispositif selon la présente invention, - la figure 3 illustre deux types de défauts qui peuvent apparaitre sur un élément cylindrique, - la figure 4 représente le décalage angulaire du faisceau réfléchi par l'élément cylindrique de la figure 3, en fonction de la position longitudinale dudit élément cylindrique, - les figures 5a et 5b représentent deux variantes de réalisation des moyens de détection utilisés dans le dispositif selon la présente invention, et - les figures 6a et 6b sont des vue en coupe illustrant la réflexion d'un faisceau lumineux respectivement sur un élément cylindrique opaque et sur un élément cylindrique transparent.The present invention and its advantages will appear better in the following description of an exemplary embodiment, with reference to the appended drawings in which: - Figure I is a perspective view of the device according to the invention, - Figure 2 is a view in perspective of an alternative embodiment of the device according to the present invention, - Figure 3 illustrates two types of defects that can appear on a cylindrical element, - Figure 4 shows the angular offset of the beam reflected by the cylindrical element of the Figure 3, depending on the longitudinal position of said cylindrical element, - Figures 5a and 5b show two alternative embodiments of the detection means used in the device according to the present invention, and - Figures 6a and 6b are sectional views illustrating the reflection of a light beam respectively on an opaque cylindrical element and on a transparent cylindrical element.
En référence aux figures et notamment à la figure 1, le dispositif 10 de contrôle et de détection comporte une source lumineuse directive 11 qui est avantageusement mais non obligatoirement constituée par une source laser, et des moyens de détection 12 photosensibles qui seront décrits ci-dessous. La source lumineuse 1 1 génère un faisceau lumineux incident 13 qui est focalisé par une lentille convergente 14. Ce faisceau 13 traverse ensuite une lentille cylindrique 15 préservant sa focalisation dans la direction de l'axe longitudinal 18 de l'élément cylindrique 17 à controler tout en le défocalisant dans la direction perpendiculaire, créant ainsi une tache lumineuse allongée selon une ligne appelée ligne focale 16, perpendiculaire à l'axe longitudinal 18. Le faisceau lumineux 13 et l'axe longitudinal 18 définissent un plan P. Considérons une droite contenue dans ce plan P, perpendiculaire à l'axe longitudinal 18 de l'élément cylindrique 17 et passant par un point de la ligne focale 16. On appellera cette droite, la normale 19. Le faisceau lumineux 13 forme un angle O d'environ 7,5 avec cette normale 19.With reference to the figures and in particular to Figure 1, the control and detection device 10 comprises a directive light source 11 which is advantageously but not necessarily constituted by a laser source, and photosensitive detection means 12 which will be described below . The light source 1 1 generates an incident light beam 13 which is focused by a converging lens 14. This beam 13 then passes through a cylindrical lens 15 preserving its focus in the direction of the longitudinal axis 18 of the cylindrical element 17 to control everything by defocusing it in the perpendicular direction, thus creating an elongated light spot along a line called focal line 16, perpendicular to the longitudinal axis 18. The light beam 13 and the longitudinal axis 18 define a plane P. Let us consider a line contained in this plane P, perpendicular to the longitudinal axis 18 of the cylindrical element 17 and passing through a point on the focal line 16. This line will be called the normal 19. The light beam 13 forms an angle O of approximately 7, 5 with this par 19.
Les moyens de détection 12 ont pour fonction de déterminer la position du faisceau réfléchi par la surface de l'élément cylindrique 17 et d'en déduire des informations sous la forme d'une variation d'un signal, représentative de modifications de forme et/ou de dimensions dudit l'élément cylindrique par rapport à sa forme et/ou ses dimensions initiales. Ces moyens se composent de quatre photodétecteurs 20, quatre amplificateurs à gain fixe pré défini 21 et un amplificateur differentiel 22. Les quatre photodétecteurs 20 sont disposés dans le plan P, de façon symétrique par rapport à un axe central 23 contenu dans ce même plan P, cet axe 23 étant lui-meme symétrique au faisceau incident 13 par rapport à la normale 19. Chaque détecteur 20 est connecté à un amplificateur à gain fixe prédéfini 21, les gains des amplificateurs 21 connectés à des photodétecteurs 20 disposés d'un même côté de l'axe central 23 étant différents et sensiblement proportionnels à l'éloignement desdits détecteurs 20 de l'axe central 23. Les sorties des amplificateurs 21 connectés aux photodétecteurs 20 disposés d'un meme coté de l'axe central 23 sont reliées à une même entrée de l'amplificateur différentiel 22. Les sorties des amplificateurs 21 connectés aux photodétecteurs 20 disposés de l'autre côté de l'axe central 23 sont reliées à l'autre entrée de l'amplificateur différentiel 22. Celui-ci délivre comme signal de sortie, un signal correspondant à la différence entre les signaux des deux entrées. Le signal de sortie de cet amplificateur 22 fournit donc un signal codé en fonction des gains des amplificateurs à gain fixe prédéfini 21, et représentatif de la position du faisceau 24 réfléchi par l'élément cylindrique 17. Or cette fonction est elle-même dépendante de l'état de la surface de cet élément cylindrique, de sorte que le déplacement angulaire ss du faisceau réfléchi 24 par rapport à l'axe 23 qui correspond en fait au faisceau réfléchi 24 lorsque l'élément cylindrique 17 ne présente aucun défaut, et par suite les variations du signal de sortie de l'amplificateur différentiel permettent de repérer et d'identifier une discontinuité dans cet état de surface.The detection means 12 have the function of determining the position of the beam reflected by the surface of the cylindrical element 17 and of deducing therefrom information in the form of a variation of a signal, representative of modifications of shape and / or of dimensions of said cylindrical element with respect to its shape and / or its initial dimensions. These means consist of four photodetectors 20, four pre-defined fixed gain amplifiers 21 and a differential amplifier 22. The four photodetectors 20 are arranged in the plane P, symmetrically with respect to a central axis 23 contained in this same plane P , this axis 23 being itself symmetrical to the incident beam 13 with respect to the normal 19. Each detector 20 is connected to a predefined fixed gain amplifier 21, the gains of the amplifiers 21 connected to photodetectors 20 arranged on the same side of the central axis 23 being different and substantially proportional to the distance of said detectors 20 from the central axis 23. The outputs of the amplifiers 21 connected to the photodetectors 20 disposed on the same side of the central axis 23 are connected to a same input of the differential amplifier 22. The outputs of the amplifiers 21 connected to the photodetectors 20 arranged on the other side of the central axis 23 are connected to the other input of the differential amplifier 22. This delivers as output signal, a signal corresponding to the difference between the signals of the two inputs. The output signal from this amplifier 22 therefore provides a signal coded as a function of the gains of the predefined fixed gain amplifiers 21, and representative of the position of the beam 24 reflected by the cylindrical element 17. However, this function is itself dependent on the state of the surface of this cylindrical element, so that the angular displacement ss of the reflected beam 24 relative to the axis 23 which in fact corresponds to the reflected beam 24 when the cylindrical element 17 has no defect, and by following the variations of the output signal of the differential amplifier make it possible to locate and identify a discontinuity in this surface state.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, les éléments constituant le dispositif de l'invention sont les memes que dans le mode de réalisation décrit en référence à la figure 1. Leur disposition est toutefois légèrement différente.In the embodiment illustrated in Figure 2, the elements constituting the device of the invention are the same as in the embodiment described with reference to Figure 1. Their arrangement is however slightly different.
Les détecteurs 20 ne se trouvent pas dans le plan P défini par le faisceau lumineux incident 13 et l'axe longitudinal 18, mais dans un plan P1 coupant le plan P selon l'axe longitudinal 18 de l'élément cylindrique 17. Les deux plans P et P1 forment un angle 20. et la normale 19 est située dans un plan perpendiculaire à l'axe 18 contenant le faisceau lumineux incident 13 et passant au milieu de l'ensemble formé par les quatre détecteurs 20. De cette manière, les moyens de détection et le faisceau lumineux ne sont pas confondus, et le faisceau lumineux incident et la projection du faisceau réfléchi sur le plan perpendiculaire à l'axe de l'élément cylindrique forment un angle sensiblement constant. Ce dispositif fonctionne toutefois selon le meme principe que celui illustré par la figue 1. En effet, dans les deux cas, on mesure la déviation B du faisceau réfléchi 24 dans le plan P1 contenant les photodétecteurs 20.The detectors 20 are not in the plane P defined by the incident light beam 13 and the longitudinal axis 18, but in a plane P1 intersecting the plane P along the longitudinal axis 18 of the cylindrical element 17. The two planes P and P1 form an angle 20. and the normal 19 is located in a plane perpendicular to the axis 18 containing the incident light beam 13 and passing through the middle of the assembly formed by the four detectors 20. In this way, the means detection and the light beam are not confused, and the incident light beam and the projection of the reflected beam on the plane perpendicular to the axis of the cylindrical element form a substantially constant angle. However, this device operates on the same principle as that illustrated in FIG. 1. In fact, in both cases, the deflection B of the reflected beam 24 in the plane P1 containing the photodetectors 20 is measured.
La figure 3 est une vue en coupe d'un élément cylindrique 17 comportant cinq zones respectivement (a), (b), (c), (d) et (e). Dans la première zone (a) l'élément à contrôler présente un diamètre et un état de surface conformes à la norme.Figure 3 is a sectional view of a cylindrical member 17 having five areas respectively (a), (b), (c), (d) and (e). In the first zone (a) the element to be checked has a diameter and a surface condition in accordance with the standard.
Dans la deuxième zone (b) cet élément présente un défaut de surface qui se traduit par une protubérance. Dans la troisième zone (c) l'élément est à nouveau conforme à la norme. Dans la quatrième zone (d) I'élément présente un défaut dû à une augmentation de diamètre et dans la cinquième zone (e) I'élément a un diamètre constant plus grand que le diamètre normal. Pour ne pas surcharger la figure, I'élément cylindrique 17 est supposé opaque et réfléchissant, mais il pourrait également être transparent. Dans ce cas, la réflexion détectée aurait son origine principalement sur la face arrière de l'élément sans que le principe du procédé décrit ne soit modifié.In the second zone (b) this element has a surface defect which results in a protuberance. In the third zone (c) the element again conforms to the standard. In the fourth zone (d) the element has a defect due to an increase in diameter and in the fifth zone (e) the element has a constant diameter larger than the normal diameter. In order not to overload the figure, the cylindrical element 17 is assumed to be opaque and reflective, but it could also be transparent. In this case, the reflection detected would have its origin mainly on the rear face of the element without the principle of the described method being changed.
Comme précédemment définis, O est l'angle entre le faisceau incident 13 et la normale 19 et ss représente la différence entre l'angle de réflexion O pour un élément cylindrique conforme à la norme et l'angle de réflexion mesuré, 0+ss étant par conséquent l'angle entre cette normale 19 et le faisceau 24 réfléchi par
I'élément cylindrique 17. Selon la loi de la réflexion, dans la première zone (a) dans laquelle la surface de réflexion est parallèle à l'axe longitudinal 0+ss est égal à 0, ss est donc nul. Dans la deuxième zone (b), la tangente à la surface de l'élément cylindrique 17 a tout d'abord une pente positive dans la première partie de la protubérance, nulle au sommet, puis négative dans la deuxième partie. L'angle ss est donc tout d'abord négatif, nul au sommet, puis positif. La troisième zone (c) étant identique à la première, l'angle ss est également nul. La quatrième zone (d) présente une pente semblable à celle de la première moitié de la protubérance, l'angle ss est donc négatif dans cette zone. Finalement, la cinquième zone (e) présente une surface parallèle à l'axe longitudinal 18 de l'élément cylindrique, l'angle ss est donc nul.As previously defined, O is the angle between the incident beam 13 and the normal 19 and ss represents the difference between the angle of reflection O for a cylindrical element conforming to the standard and the angle of reflection measured, 0 + ss being consequently the angle between this normal 19 and the beam 24 reflected by
The cylindrical element 17. According to the law of reflection, in the first zone (a) in which the reflection surface is parallel to the longitudinal axis 0 + ss is equal to 0, ss is therefore zero. In the second zone (b), the tangent to the surface of the cylindrical element 17 first has a positive slope in the first part of the protuberance, zero at the top, then negative in the second part. The angle ss is therefore first of all negative, zero at the top, then positive. The third zone (c) being identical to the first, the angle ss is also zero. The fourth zone (d) has a slope similar to that of the first half of the protuberance, the angle ss is therefore negative in this zone. Finally, the fifth zone (e) has a surface parallel to the longitudinal axis 18 of the cylindrical element, the angle ss is therefore zero.
Les valeurs de cet angle ss en fonction de la zone controlée le long de l'élément cylindrique 17 sont reportées sur la courbe représentée à la figure 4.The values of this angle ss as a function of the controlled area along the cylindrical element 17 are plotted on the curve shown in FIG. 4.
Etant donné que le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 22 correspond à une valeur qui identifie la différence de l'intensité lumineuse reçue de chaque côté de l'axe central 23, on peut relier ce signal de sortie à l'angle ss en connaissant les gains des amplificateurs à gain fixe prédéfini 21. La mesure du signal de sortie de l'amplificateur différentiel 22 permet ainsi de connaitre les variations de forme de l'élément cylindrique 17 et de fixer une limite à ces variations de forme en fixant une limite à l'intensité dudit signal de sortie.Since the output signal of the differential amplifier 22 corresponds to a value which identifies the difference in the light intensity received on each side of the central axis 23, it is possible to link this output signal to the angle ss in knowing the gains of the predefined fixed gain amplifiers 21. Measuring the output signal of the differential amplifier 22 thus makes it possible to know the variations in shape of the cylindrical element 17 and to set a limit to these variations in shape by fixing a limit the intensity of said output signal.
Si l'élément cylindrique 17 comporte un creux ou une diminution de diamètre, la courbe illustrant l'intensité ou l'angle ss en fonction de la position sera symétrique par rapport à l'axe horizontal.If the cylindrical element 17 has a hollow or a decrease in diameter, the curve illustrating the intensity or the angle ss as a function of the position will be symmetrical with respect to the horizontal axis.
Les moyens de détection 12 peuvent comporter deux ou quatre photodétecteurs 20. Lorsqu'ils comportent quatre photodétecteurs (voir figure 5a), les deux photodétecteurs 20 disposés du même côté de l'axe central 23 doivent être connectés à des amplificateurs 21 ayant des gains différents de préférence proportionnels à l'éloignement des centres desdits détecteurs par rapport à cet axe central. En partant de l'amplificateur 21 relié au photodétecteur 20 le plus éloigné de l'axe central 23, les gains peuvent par exemple avoir des valeurs 3, 1,
1, 3. Cette caractéristique permet d'obtenir à la sortie de l'amplificateur, un signal représentatif de la position du faisceau réfléchi par l'élément cylindrique. The detection means 12 can comprise two or four photodetectors 20. When they comprise four photodetectors (see FIG. 5a), the two photodetectors 20 arranged on the same side of the central axis 23 must be connected to amplifiers 21 having different gains preferably proportional to the distance of the centers of said detectors from this central axis. Starting from the amplifier 21 connected to the photodetector 20 furthest from the central axis 23, the gains can for example have values 3, 1,
1, 3. This characteristic makes it possible to obtain at the output of the amplifier, a signal representative of the position of the beam reflected by the cylindrical element.
Lorsque les moyens 12 ne comportent que deux photodétecteurs 20 (voir figure 5b) disposés de part et d'autre de l'axe central 23, chaque photodétecteur 20 est connecté à un amplificateur 21 dont le gain est identique. La sortie de l'un de ces amplificateurs 21 est connectée à l'entrée positive de l'amplificateur différentiel 22 et la sortie de l'autre amplificateur 21 est connectée à l'entrée négative de l'amplificateur différentiel 22. Le signal de sortie de cet amplificateur différentiel 22 représente la différence d'intensité reçue par chacun des photodétecteurs 20.When the means 12 comprise only two photodetectors 20 (see FIG. 5b) arranged on either side of the central axis 23, each photodetector 20 is connected to an amplifier 21 whose gain is identical. The output of one of these amplifiers 21 is connected to the positive input of the differential amplifier 22 and the output of the other amplifier 21 is connected to the negative input of the differential amplifier 22. The output signal of this differential amplifier 22 represents the difference in intensity received by each of the photodetectors 20.
La réflexion de la lumière incidente sur l'élément cylindrique à contrôler ne se fait pas de façon identique lorsque cet élément est opaque ou transparent. Dans le cas où l'élément cylindrique 17 est opaque (figure 6a), une partie de la lumière réfléchie est partiellement dispersée sous la forme de rayons 24. Dans ce cas, il peut etre avantageux d'utiliser des photodétecteurs 20 ayant une extension spatiale relativement importante autour du plan P et qui permettent de récupérer une bonne partie de ces rayons 24.The reflection of the incident light on the cylindrical element to be checked is not done in the same way when this element is opaque or transparent. In the case where the cylindrical element 17 is opaque (FIG. 6a), part of the reflected light is partially dispersed in the form of rays 24. In this case, it may be advantageous to use photodetectors 20 having a spatial extension relatively large around the plane P and which make it possible to recover a good part of these rays 24.
Dans le cas où l'élément cylindrique 17 est transparent (figure 6b), une faible quantité de lumière est réfléchie et dispersée à la première interface entre l'air et l'élément cylindrique. La lumière qui pénètre dans cet élément cylindrique est focalisée car la matière transparente de l'élément cylindrique joue le role d'une lentille convergente. Une partie de la lumière est réfléchie sur l'interface arrière entre l'élément cylindrique et l'air, puis est captée par les photodétecteurs 20.In the case where the cylindrical element 17 is transparent (FIG. 6b), a small amount of light is reflected and dispersed at the first interface between the air and the cylindrical element. The light entering this cylindrical element is focused because the transparent material of the cylindrical element plays the role of a converging lens. Part of the light is reflected on the rear interface between the cylindrical element and the air, then is captured by the photodetectors 20.
Ce phénomène de focalisation, qui diminue la quantité de lumière dispersée sous la forme des rayons 24, compense partiellement le faible coefficient de réflexion d'un élément transparent.This focusing phenomenon, which reduces the amount of light dispersed in the form of rays 24, partially compensates for the low reflection coefficient of a transparent element.
Le dispositif 10 de contrôle et de détection peut etre placé sur une ligne de production de l'élément cylindrique 17. Cet élément cylindrique se déplace selon son axe longitudinal 18 et passe ainsi entièrement devant ledit dispositif de contrôle. L'état de surface et les variations de diamètre sont de ce fait analysés en permanence ce qui permet d'intervenir très rapidement lorsque l'élément 17 n'est plus conforme aux exigences du constructeur. Le faisceau 13 émis par la source lumineuse 11 frappe l'élément cylindrique 17 selon un angle O qui peut être compris entre 0 et 45" environ. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, il est environ égal à 7,5 c Le fait d'avoir un angle O relativement faible présente un avantage important. A la sortie de la chaine de production, l'élément cylindrique 17 peut vibrer transversalement. Si l'angle O est trop grand, cette vibration transversale peut etre interprétée comme étant due à un défaut de l'état de surface. Ce risque est de plus en plus faible lorsque O diminue. Pour faciliter la construction, un angle O d'environ 7,5 est préféré afin que la source lumineuse 11 et les photodétecteurs 20 soient localisés en des endroits différents. I1 est également possible de minimiser l'influence des vibrations transversales grâce au dispositif illustré par la figure 2. En effet, l'angle entre le faisceau incident et la projection sur le plan P de l'axe central 23 étant nul, les vibrations transversales ne jouent pas de rôle dans la mesure de l'angle ss. The control and detection device 10 can be placed on a production line of the cylindrical element 17. This cylindrical element moves along its longitudinal axis 18 and thus passes entirely in front of said control device. The surface condition and the variations in diameter are therefore constantly analyzed, which makes it possible to intervene very quickly when the element 17 no longer complies with the manufacturer's requirements. The beam 13 emitted by the light source 11 strikes the cylindrical element 17 at an angle O which can be between 0 and 45 "approximately. In the embodiment illustrated in FIG. 1, it is approximately equal to 7.5 c Having a relatively small angle O has an important advantage. When leaving the production line, the cylindrical element 17 can vibrate transversely. If the angle O is too large, this transverse vibration can be interpreted as being due to a defect in the surface condition. This risk is lower and lower when O decreases. To facilitate construction, an angle O of about 7.5 is preferred so that the light source 11 and the photodetectors 20 are located in different places. It is also possible to minimize the influence of transverse vibrations using the device illustrated in FIG. 2. Indeed, the angle between the incident beam and the projection on the plane P of the central axis 23 being zero, the transverse vibrations do not play a role in the measurement of the angle ss.
Selon une réalisation concrète, le dispositif objet de l'invention a été utilisé pour contrôler l'état de surface et détecter les variations de diamètre du revêtement acrylique transparent d'une fibre optique. Ce controle est particulièrement important car il a été constaté qu'un mauvais état de surface de ce revetement conduit à une augmentation de l'atténuation des fibres. Ce dispositif permet donc de repérer facilement les segments de fibres de mauvaise qualité.According to a concrete embodiment, the device which is the subject of the invention was used to control the surface condition and detect the variations in diameter of the transparent acrylic coating of an optical fiber. This control is particularly important because it has been observed that a poor surface condition of this coating leads to an increase in the attenuation of the fibers. This device therefore makes it possible to easily identify segments of poor quality fibers.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toute modification évidente pour l'homme de l'art. Le type, le nombre et la disposition des photodétecteurs peuvent par exemple être modifiés en fonction des besoins spécifiques liés au type d'élément cylindrique à analyser. I1 est par exemple possible de remplacer les photodétecteurs discrets par un détecteur continu générant un signal de sortie dont l'intensité dépend de la position du faisceau qu'il capte.The present invention is not limited to the embodiments described, but extends to any modification obvious to a person skilled in the art. The type, number and arrangement of the photodetectors can for example be modified according to the specific needs linked to the type of cylindrical element to be analyzed. It is for example possible to replace the discrete photodetectors with a continuous detector generating an output signal whose intensity depends on the position of the beam which it picks up.
Le signal sortant de l'amplificateur différentiel 22 peut etre enregistré ou tracé, ou être utilisé pour générer un signal d'alarme ou d'arret de la ligne de production de l'élément cylindrique lorsqu'il dépasse une valeur limite. Ce signal pourrait aussi être intégré pour en déduire la dérive de diamètre accumulée à partir du lancement d'une production ou à partir d'une référence obtenue périodiquement par une autre méthode de mesure.The outgoing signal from the differential amplifier 22 can be recorded or traced, or be used to generate an alarm signal or stop the production line of the cylindrical element when it exceeds a limit value. This signal could also be integrated to deduce the diameter drift accumulated from the start of a production or from a reference obtained periodically by another measurement method.
Ce signal sortant de l'amplificateur 22 peut en outre etre normalisé. Ceci est réalisé en divisant son intensité par l'intensité lumineuse totale reçue par les photodétecteurs. Cette intensité totale est mesurée en connectant tous les photodétecteurs à des amplificateurs ayant un meme gain fixe prédéfmi, puis en connectant la sortie de ces amplificateurs à l'entrée positive de l'amplificateur différentiel 22. Le signal de sortie de cet amplificateur donne alors l'intensité lumineuse totale. De cette manière, on obtient une valeur normalisée indépendante de la puissance de la source lumineuse et du coefficient de réflexion de l'élément cylindrique. This signal leaving the amplifier 22 can also be normalized. This is achieved by dividing its intensity by the total light intensity received by the photodetectors. This total intensity is measured by connecting all the photodetectors to amplifiers having the same predefined fixed gain, then by connecting the output of these amplifiers to the positive input of the differential amplifier 22. The output signal of this amplifier then gives l total light intensity. In this way, a normalized value is obtained independent of the power of the light source and the reflection coefficient of the cylindrical element.
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1994
- 1994-04-08 FR FR9404417A patent/FR2718521B1/en not_active Expired - Fee Related
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| FR2718521B1 (en) | 1996-06-07 |
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