WO1998006999A1 - Procede et dispositif de mesure en continu d'epaisseur de revetement isolant - Google Patents

Procede et dispositif de mesure en continu d'epaisseur de revetement isolant Download PDF

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WO1998006999A1
WO1998006999A1 PCT/FR1997/001457 FR9701457W WO9806999A1 WO 1998006999 A1 WO1998006999 A1 WO 1998006999A1 FR 9701457 W FR9701457 W FR 9701457W WO 9806999 A1 WO9806999 A1 WO 9806999A1
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Claude Bonnebat
Samy Branci
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Sollac
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  • the inductive sensor generates and remotely measures magnetic induction and / or eddy currents in a zone Z B - of the strip reentrant, opposite the sensitive surface of the sensor, and deduces a value d jnd - of apparent distance

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Abstract

Au cours de l'application du revêtement sur un substrat métallique en défilement, en utilisant des capteurs doubles (1, 3) de mesure de distances sans contact, inductifs d'une part, et par exemple optiques ou capacitifs d'autre part, on effectue, avant application, au moins une double mesure de distance sur une zone de bande non encore revêtue, puis, on effectue, après application, au moins une autre double mesure de distance sur approximativement la même zone de bande revêtue, et on déduit l'épaisseur du revêtement appliqué desdites doubles mesures avant application et après application. Application à la mesure d'épaisseur, sur des substrats ferromagnétiques de revêtements non solidifiés, notamment liquide ou pâteux et à la régulation d'épaisseur dans des installations de revêtement correspondantes.

Description

Procédé et dispositif de mesure en continu d'épaisseur de revêtement isolant.
L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure en continu d'épaisseur de revêtement isolant appliqué sur un substrat ferromagnétique en mouvement, comme une bande ou un rouleau métallique
La bande métallique à revêtir en défilement est notamment une bande d'acier, nu ou revêtu d'une couche métallique paramagnétique, comme une couche de zinc, d'étain, d'aluminium ou d'alliages à base de ces métaux, ou encore déjà revêtu d'une couche isolante, comme une peinture L'épaisseur de la couche métallique paramagnétique est généralement comprise entre 1 et 100 μm
Le rouleau métallique à revêtir en rotation est par exemple un rouleau dit de « transfert » du revêtement sur une bande quelconque défilant contre ledit rouleau , le rouleau métallique est par exemple un rouieau d'acier, nu ou revêtu d'une couche métallique, comme une couche de chrome , le revêtement isolant est appliqué sur le rouleau, puis transféré sur la bande (méthodes dénommées en langue anglaise « forward roll coating », ou « reverse roll coating »)
Le revêtement isolant à appliquer est par exemple une peinture ou un polymère L'application du revêtement isolant peut être réalisée à l'état liquide, par exemple par enduction d'une solution (notamment cas d'une peinture) ou par extrusion (notamment cas d'un polymère)
L'application du revêtement isolant peut également être réalisée à l'état solide, par exemple par projection de poudre ou par placage d'un film polymère sur le substrat
Une installation de revêtement en continu d'une bande comprend généralement des moyens d'application du revêtement sur la bande, des moyens de défilement en continu de la bande de l'amont vers l'aval de l'installation et des moyens d'ajustement et/ou de régulation de l'épaisseur appliquée
Dans le cas de l'application intermédiaire sur un rouleau de transfert, on peut ajuster ou réguler l'épaisseur appliquée sur le rouleau de transfert
Dans le cas d'application de peintures on utilise couramment une tête d'enduction comme moyen d'application et I installation comporte alors également des moyens de séchage de la peinture implantés en aval des moyens d'application
Les moyens de séchage sont considères comme des moyens de solidification du revêtement Ainsi, dans le cas d'application de peinture sur une bande métallique, la bande traverse les moyens d'application de peinture, en ressort revêtue d'une couche de peinture humide, puis traverse des moyens de séchage du revêtement appliqué et en ressort revêtue d'une couche de peinture sèche Comme moyens de mesure d'épaisseur sans contact d'un revêtement isolant appliqué sur un substrat conducteur, on connaît des dispositifs associant deux types de capteurs, le premier capteur pour mesurer la distance du dispositif à l'interface entre le substrat conducteur et le revêtement isolant, le second capteur pour mesurer la distance du dispositif à la surface revêtue lui faisant face.
L'épaisseur du revêtement se déduit alors de la différence entre l'indication donnée par le premier capteur et l'indication donnée par le second capteur.
Ce procédé et ce dispositif sont par exemple décrits dans la demande de brevet français N°2 707 109, dans la demande de brevet européen N°0 629 450 ou dans la demande de brevet allemand DE 4 007 363
Comme type de second capteur, on peut utiliser un capteur optique de mesure de distance, procédant par exemple par triangulation de faisceaux, tel que décrit par exemple dans le brevet américain US 5 355 083 Comme type de second capteur, on peut aussi utiliser un capteur capacitif, parce que le revêtement appliqué est isolant et parce que le substrat est conducteur , le capteur capacitif doit être étalonné en fonction de la constante diélectrique du revêtement à la fréquence de mesure utilisée , pour être précis, il doit généralement être positionné à faible distance du substrat revêtu (de l'ordre de quelques millimètres pour avoir une précision de l'ordre du micromètre).
Le fonctionnement des capteurs de type capacitif est basé sur la mesure d'une capacité formée entre une électrode plane du capteur et le substrat métallique , cette capacité est formée par la lame d'air séparant le capteur du substrat revêtu et par le revêtement isolant lui-même , on mesure cette capacité en l'alimentant par un courant électrique alternatif ; ces capteurs connus sont adaptés pour déduire de cette mesure de capacité, ou "signal capacitif, la distance qui sépare le capteur de la surface du substrat revêtu Comme type de premier capteur, on peut utiliser un capteur inductif Le fonctionnement des capteurs de type inductif est basé sur la mesure, à distance du substrat, de l'induction magnétique et/ou des courants de Foucault engendrés dans le substrat par un solénoide du capteur alimenté par un courant électrique alternatif , ces capteurs connus sont adaptés pour déduire de cette mesure, ou "signal inductif, la distance qui sépare le capteur (ou un plan de référence associé au capteur) de l'interface substrat-revêtement isolant
La réponse d'un capteur inductif n'est pas linéaire et il importe de l'étalonner avant utilisation , pour l'étalonnage, on peut procéder comme indiqué dans le document FR 2 707 109 déjà cité
- on introduit un substrat conducteur non revêtu dans le champ du dispositif associant deux capteurs,
- on déplace le dispositif transversalement au substrat, - pour chaque déplacement, on mesure la distance capteur-substrat à l'aide du second capteur (optique ou capacitif, par exemple) et le signal inductif,
- on établit ainsi la fonction d'étalonnage recherchée * distance = f(sιgnal inductif) La réponse du capteur inductif est ainsi « linéarisée », de telle sorte que l'indication donnée par le capteur est une valeur de distance
Pour la mesure sans contact d'épaisseur de revêtement isolant sur un substrat conducteur, la méthode de mesure inductive se relève cependant inopérante dans de très nombreux cas pratiques, notamment lorsqu'on requiert une précision de l'ordre de la dizaine de micromètres, voire d'un micromètre notamment lorsque le substrat métallique est ferromagnétique et/ou présente une surface hétérogène (ce qui est le cas, par exemple, des bandes d'acier galvanisé ou étamé, ou des rouleaux d'acier chromé)
En effet lorsque le substrat métallique est ferromagnétique et7ou présente une surface hétérogène, la demanderesse a observé que les fluctuations importantes de la conductivité électrique et de la susceptibilité magnétique dans la profondeur au voisinage de la surface métallique dans la zone de pénétration du rayonnement émis par le capteur inductif provoquaient des perturbations considérables du « signal inductif » La profondeur de la zone de pénétration du rayonnement émis par le capteur dépend de la fréquence c'est le phénomène bien connu "d'effet de peau"
La profondeur de pénétration standard δ (en mm) est calculée comme étant la profondeur dans le substrat où l'intensité des courants de Foucault a chuté de 37% par rapport à la valeur en surface , elle s'exprime de la manière suivante (5 = 50 — — , où p est la résistivite du substrat (μΩ cm), f est la
fréquence de mesure (Hz), et μr la perméabilité relative du substrat Ainsi, à pour f= 1 Mhz, on a, à température ambiante
- pour le zinc pur δ # 120 μm, - pour l'aluminium pur δ # 70 μm,
- pour le plomb pur δ # 230 μm,
- pour l'acier moulé (acier ferromagnétique) δ # 20 μm
- pour mémoire, pour l'acier inoxydable dénommé 304 (UGINE), on a δ # 700 μm On constate donc que, à 1 Mhz, pour de l'acier ferromagnétique comme de l'acier moulé, la profondeur de pénétration standard est si faible que le signal inductif est très sensible aux moindres hétérogénéités de surface de l'acier
Ainsi, si le substrat est constitue d'un matériau conducteur ferromagnétique, comme de l'acier nu, le signal délivré par le capteur inductif pourra être très perturbé tant que la fréquence sera trop élevée, c'est à dire tant que la profondeur de pénétration standard n'atteindra pas au moins 100 μ m
On constate aussi que, à 1 MHz, pour un substrat conducteur ferromagnétique comportant une couche métallique paramagnétique de surface, d'épaisseur généralement inférieure a 100 μm, la profondeur de pénétration standard est supérieure a l'épaisseur de la couche métallique de surface du substrat et le signal inductif est sensible a la fois aux hétérogénéités de la couche métallique paramagnétique et a celles de l'interface acier-couche métallique
Ainsi, si le substrat est constitue d'un matériau conducteur ferromagnétique, comme de l'acier, revêtu d une couche métallique non ferromagnétique qui présente un effet de peau très différent, le signal délivré par le capteur inductif pourra être très perturbe tant que la profondeur de pénétration standard reste supérieure à l'épaisseur de la couche métallique pour que la profondeur de pénétration soit inférieure à l'épaisseur de la couche métallique, il faudrait, à l'inverse, effectuer les mesures à des fréquences beaucoup plus élevées , mais les capteurs inductifs procédant à de telles fréquences sont beaucoup plus onéreux Malgré un étalonnage précis préalable du capteur inductif, par exemple tel que décrit dans le document FR 2 707 109 déjà cite l'indication d'épaisseur délivrée par le dispositif à capteur double peut donc fluctuer dans des proportions très importantes sans relation avec l'épaisseur réelle du revêtement isolant
Ce problème a été mis en évidence par la demanderesse lors d'essais de mesure à l'aide d'un dispositif associant deux capteurs, un capteur inductif et un capteur capacitif.
Le dispositif utilisé fonctionne à une fréquence de 1 MHz et comporte des algorithmes de linéarisation de la réponse des deux capteurs dans le domaine des mesures de distance considéré, de sorte que la différence entre les indications linéarisées (ou « étalonnées ») des deux capteurs orientés vers un substrat conducteur devraient correspondre exactement à l'épaisseur d'un revêtement isolant appliqué sur ce substrat , cette différence devrait être nulle ou proche de zéro si ce substrat n'est pas revêtu d'une couche isolante
Une première série d'essais consiste à effectuer une mesure d'épaisseur de revêtement sur des bandes métalliques nues c'est à dire non revêtues d'une couche isolante , on porte sur la bande vingt-deux repères équidistants de 5 cm et on effectue une mesure d'épaisseur de revêtement isolant à chaque fois qu'un repère passe dans le champ des capteurs du dispositif , aux imprécisions près des capteurs du dispositif, la différence des indications linéarisées des deux capteurs devrait être nulle pour chaque repère puisque les bandes testées sont nues
On a reporté sur la figure 5 l'indication (en μm) donnée par le dispositif ou « épaisseur » de revêtement isolant en fonction du numéro de repère sur la bande, pour 3 types de bandes métalliques nues une bande d'acier inoxydable (« Inox » ; points en forme de triangles), une bande d'acier non alliée brute de laminage à froid (« LAF , points en forme de losanges) et la même bande d'acier galvanisée (« galvanisé » , épaisseur de zinc d'environ 15 μm ; points en forme de carrés).
On constate que le dispositif associant deux capteurs donne une indication proche de zéro et assez reproductible sur une bande d'acier inoxydable, non ferromagnétique , la variation d'indication selon les repères ne dépasse pas 2 μm.
On s'attendrait à un résultat semblable sur les deux autres types de bande
Or, pour l'acier non allié brut de laminage, encore plus pour l'acier non allié revêtu d'une couche conductrice, notamment une couche métallique, la variation d'indication donnée par le dispositif atteint 8 μm dans le premier cas,
18 μm dans le second cas, ce qui montre bien que l'on ne peut plus se fier dans ces cas aux indications données par le dispositif associant deux capteurs, alors que ces capteurs sont pourtant étalonnés et « linéarisés »
On a préparé ensuite des échantillons de tôles d'acier ferromagnétique revêtus de couches de zinc d'épaisseur variable , on a reporté à la figure 6 l'indication donnée par le même dispositif en fonction de l'épaisseur réelle (en μm) de zinc déposée sur la tôle d'acier , on constate que la réponse du dispositif, dont les deux capteurs sont pourtant étalonnés, s'éloigne de la valeur réelle d'épaisseur de revêtement isolant (ICI zéro) à mesure que l'épaisseur de zinc diminue , la pente de la courbe étant très forte pour un substrat d'acier ferromagnétique revêtu d'une couche de 10 μm environ de zinc, on conçoit que la mesure d'épaisseur d un revêtement isolant sur un tel substrat sera très sensible aux moindres fluctuations d'épaisseur du revêtement métallique sous-jacent, comme l'illustre la figure 7
La figure 7 représente les indications données par le même dispositif appliqué d'une part sur un rouleau d'acier chromé nu, d'autre part sur le même rouleau d'acier chromé revêtu d'une couche isolante de peinture , on constate que les fluctuations éventuelles de l'épaisseur de la couche de peinture sont totalement masquées par la sensibilité très importante du dispositif aux moindres fluctuations d'épaisseur, de structure ou de composition de la couche de chrome sous-jacente
L'invention a donc pour but un procède pour mesurer avec précision et sans contact l'épaisseur d'un revêtement isolant appliqué sur un substrat conducteur ferromagnétique en mouvement notamment une tôle ou un rouleau d'acier nu ou revêtu d'une couche métallique non ferromagnétique, à l'aide de dispositifs associant deux capteurs, tel que décrits dans la demande de brevet français N°2 707 109, dans la demande de brevet européen N°0 629 450 ou dans la demande de brevet allemand DE 4 007 363
En dehors de la question de la mesure d'épaisseur de revêtement elle- même, pour réguler en continu l'épaisseur d'un revêtement au cours de son application, on utilise, outre des moyens de mesure d'épaisseur de revêtement disposés en aval des moyens d'application un actionneur des moyens d'application adapté pour faire varier l'épaisseur du revêtement en fonction d'un signal de commande et des moyens électroniques d'asservissement dudit actionneur auxdits moyens de mesure en fonction d'un signal de consigne correspondant à une épaisseur prédéterminée de revêtement souhaité
Lorsque le revêtement est appliqué a l'état liquide, l'installation comporte des moyens de solidification du revêtement en aval des moyens d'application et des moyens classiques de mesure d'épaisseur, qui, lorsqu'ils ne sont efficaces ou facilement utilisables que sur des revêtements solides, doivent être disposés encore en aval des moyens de solidification
Les moyens de régulation d'épaisseur ne permettent alors pas de réguler l'épaisseur avec un temps de réponse suffisamment court, parce que les moyens de mesure d'épaisseur sont trop éloignés des moyens d'application du revêtement
L'invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et d'offrir la possibilité de réaliser facilement des mesures continues, économiques, précises et fiables, de l'épaisseur d'un revêtement isolant, même liquide ou pâteux, sur un substrat métallique ferromagnétique en mouvement, notamment dans une installation de revêtement
L'invention a donc pour objet un procède de mesure en continu et sans contact de l'épaisseur d'un revêtement isolant au cours de son application sur un substrat métallique en mouvement, à l'aide de moyens de mesure associant deux capteurs de mesure de distance, le mouvement du substrat l'amenant successivement dans le champ des moyens de mesure d'entrée, des moyens d'application dudit revêtement, puis dans le champ des moyens de mesure de sortie, le premier capteur desdits moyens de mesure étant un capteur à effet inductif et le deuxième capteur desdits moyens de mesure étant adapté pour mesurer sans contact la distance à la surface du substrat, revêtu ou non, caractérisé en ce que, on effectue, avant application et à l'aide des moyens de mesure d'entrée, au moins une double mesure de distance vers une zone de substrat non encore revêtue, puis, après application dudit revêtement isolant sur ladite zone de substrat à l'aide desdits moyens d application, à l'aide des moyens de mesure de sortie, on effectue au moins une autre double mesure de distance vers approximativement la même zone de substrat maintenant revêtue, on calcule la différence entre l'au moins une indication de distance donnée par le premier capteur inductif et l'au moins une indication de distance donnée par le deuxième capteur tant au niveau des moyens de mesure d'entrée qu au niveau des moyens de mesure de sortie pour approximativement la même zone de substrat on déduit l'épaisseur du revêtement appliqué sur ladite zone de substrat, a un facteur correctif éventuel près, par différence entre la différence calculée au niveau des moyens de mesure de sortie et la différence calculée au niveau des moyens de mesure d'entrée
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de mesure en continu et sans contact de I épaisseur d'un revêtement isolant au cours de son application sur un substrat métallique ferromagnétique en mouvement par rapport aux moyens d'application dudit revêtement, caractérisé en ce que, avant application du revêtement et à l'aide de moyens de mesure d'entrée disposés en amont de l'application du revêtement, orientés vers une zone rentrante de mesure ZB r du substrat à revêtir et définissant un plan fixe de référence d'entrée P°réf r approximativement parallèle audit substrat dans la zone ZB r , on mesure, à un instant tr de mesure d'entrée, d'une part, par effet inductif, une valeur dιnd r qui correspondrait, si ledit substrat n'était pas ferromagnétique, à la distance entre ledit plan de référence P°ref - et la surface ou interface métallique Smét r du substrat qui lui fait face dans la zone ZB r, et, d'autre part, sans contact, une valeur dsurf r qui correspond ou correspondrait, en l'absence de revêtement isolant préalable sur la surface du substrat à revêtir, à la distance entre ledit plan de référence P°ref r et la surface Smet r du substrat qui lui fait face dans la zone ZB r, et en ce que, après application du revêtement et à l'aide de moyens de mesure de sortie disposés en aval de l'application du revêtement, orientés vers une zone sortante de mesure ZB s du substrat revêtu et définissant un plan fixe de référence de sortie P°ref s approximativement parallèle audit substrat dans la zone ZB s , on mesure, à un instant ts décalé de l'instant tr d'un intervalle de décalage Td, de la même façon que précédemment, une valeur dιn s par effet inductif et une valeur dsurf s sur la portion de substrat revêtue ZB s, et en ce que le temps de transit du substrat en mouvement entre les moyens de mesure d'entrée et les moyens de mesure de sortie au travers de moyens d'application dudit revêtement étant égal à Tt on choisit Td = Tt de sorte que les zones ZB r et ZB s correspondent à la même zone ZB de substrat avant et après revêtement, et on déduit alors, à un facteur correctif éventuel près, l'épaisseur EB du revêtement déposé sur la zone ZB de la formule . EB = {[dιnd s - dsurf s] - [dιnd - - dsurf r]}
L'invention concerne également plus particulièrement un procédé de mesure en continu et sans contact de l'épaisseur d'un revêtement isolant au cours de son application sur un substrat métallique ferromagnétique en mouvement par rapport aux moyens d'application dudit revêtement, caractérisé en ce que, avant application du revêtement et a l'aide de moyens de mesure d'entrée disposés en amont de l'application du revêtement, orientés vers une série de N zones successives rentrantes de mesure ZB - du substrat à revêtir et définissant un plan fixe de référence d entrée P°ref r approximativement parallèle audit substrat dans les zones ZB r , on mesure, a un instant médian tr de mesure d'entrée, d'une part, par effet inductif une série de N valeurs dιnd r qui correspondraient, si ledit substrat n'était pas ferromagnétique, à la distance entre ledit plan de référence P°ref r et la surface ou interface métallique Smet r du substrat qui lui fait face dans les zones correspondantes ZB r, et, d'autre part, une série de N valeurs dsurf r qui correspondent ou correspondraient, en l'absence de revêtement isolant préalable sur la surface du substrat à revêtir, à la distance entre ledit plan de référence P°ref r et la surface Smét.r du substrat qui lui fait face dans les zones correspondantes ZB r, et en ce que, après application du revêtement et à l'aide de moyens de mesure de sortie disposés en aval de l'application du revêtement, orientés vers une série de N zones sortantes de mesure ZB s du substrat revêtu et définissant un plan fixe de référence de sortie P°réf s approximativement parallèle audit substrat dans la zone ZB s, on mesure, à un instant médian ts décalé de l'instant tr d'un intervalle de décalage Td, de la même façon que précédemment une série de N valeurs dmd s par effet inductif et une série de N valeurs dsurf s sur les zones correspondantes de substrat revêtu ZB s, et en ce que, les valeurs d d r , dsurfr , dιnd s et dsurfs désignant les moyennes des valeurs respectives dιnd r , dsurf r, --Ws et dsurf s dans chaque série de N mesures, le temps de transit du substrat en mouvement entre les moyens de mesure d'entrée et les moyens de mesure de sortie au travers de moyens d'application dudit revêtement étant égal à Tt, on choisit Td suffisamment proche de Tt de sorte que la série de N zones ZB r et la série de N zones ZB s aient en commun au moins 90% de zones successives ZB de substrat avant et après revêtement, lesdites zones successives ZB de substrat formant un segment de brin de substrat, et on déduit alors, à un facteur correctif éventuel près l'épaisseur moyenne EB du revêtement déposé sur ledit segment de brin de substrat de la formule EB = tf dind s - d -urf . ] - [dmd r " d su.fr ]} Selon d'autres caractéristiques possibles de l'invention
- pour choisir Td suffisamment proche de T, la cadence de mesure dans une série de N mesures correspondant à une fréquence d'échantillonnage v et/ou à un temps d'intégration τ , τ étant lié à v par la relation τ = N/v, I Td - Tt | désignant l'écart maximum entre le temps de décalage T et le temps de transfert Tt, on choisit τ, N, v ou | ïd - Tt I de manière à satisfaire la relation τ > 10 x l' Td - Tt I
- on choisit τ, N, v ou Tt de manière à satisfaire la relation τ < Tt /10
- les valeurs dsurf r et dsurf s sont mesurées par effet capacitif et, ledit revêtement à appliquer présentant une constante diélectrique relative prédéterminée εapp| , on applique le facteur correctif [εapp|/(εapp|-1 )] à l'épaisseur calculée EB du revêtement
- les valeurs dsur r et dsurf s sont mesurée par triangulation de faisceaux lumineux, notamment de faisceau LASER L'invention a également pour objet un procédé d'application d'un revêtement isolant sur un substrat métallique ferromagnétique en mouvement dans lequel on régule l'épaisseur de revêtement appliqué en adaptant l'épaisseur de revêtement appliqué en fonction d'une consigne prédéterminée d'épaisseur et d'une mesure d'épaisseur appliquée, caractérisé en ce que ladite mesure d'épaisseur est réalisée par le procédé d'épaisseur selon l'invention.
L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - lorsque ledit revêtement est appliqué à l'état liquide ou pâteux puis est solidifié après application, lesdites mesures effectuées après application sont effectuées avant solidification.
- le substrat métallique en mouvement est en acier ferromagnétique.
- la fréquence de mesure par effet inductif induit une profondeur de pénétration standard dans ledit acier ou « profondeur de peau » inférieure à
100 μm.
- ledit acier est revêtu d'une couche métallique paramagnétique, notamment une couche de zinc, d'aluminium, de chrome, d'étain ou de leurs alliages. - la fréquence de mesure par effet inductif induit une profondeur de pénétration standard dans ladite couche supérieure à l'épaisseur de ladite couche.
- le substrat en mouvement est une bande en défilement
- le substrat en mouvement est un rouleau en rotation L'invention a enfin pour objet une installation d'application d'un revêtement isolant sur un substrat métallique en mouvement, du type comportant des moyens d'application du revêtement, des moyens de mise en mouvement du substrat définissant un chemin de défilement du substrat dans ladite installation et un dispositif de mesure en continu de l'épaisseur de revêtement appliqué par les moyens d'application, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte
- des moyens de mesure orientables vers une zone de mesure dudit chemin de défilement, associant deux capteurs de mesure de distance, le premier capteur procédant par effet inductif pour mesurer la distance à une surface ou interface métallique homogène non ferromagnétique placée dans ladite zone de mesure, le deuxième capteur étant adapté pour mesurer la distance à une surface disposée en regard dudit capteur dans ladite zone de mesure, lesdits moyens de mesure étant disposés face à un même brin du chemin de défilement du substrat, d'une part à l'entrée en amont des moyens d'application, d'autre part à la sortie en aval des moyens d'application,
- des moyens pour déclencher les moyens de mesure de sortie en décalage d'un intervalle de temps Td par rapport à l'instant de déclenchement des moyens de mesure d'entrée approximativement égal au temps de transit Tt du substrat entre la zone de mesure des moyens de mesure d'entrée et la zone de mesure des moyens de mesure de sortie,
- et des moyens pour calculer la différence entre l'au moins une indication de distance donnée par le capteur inductif et l'au moins une indication de distance donnée par le deuxième capteur tant au niveau des moyens de mesure d'entrée qu'au niveau des moyens de mesure de sortie déclenchés avec le décalage de temps Td, et pour déduire l'épaisseur du revêtement appliqué sur la zone de substrat défilant dans ladite zone de mesure de sortie, à un facteur correctif éventuel près, par différence entre la différence calculée au niveau des moyens de mesure de sortie et la différence calculée au niveau des moyens de mesure d'entrée
L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
- ledit deuxième capteur de mesure de distance procède par effet capacitif
- ledit deuxième capteur de mesure de distance procède par triangulation de faisceaux optiques, notamment de faisceau LASER
- les moyens d'application sont adaptes pour appliquer un revêtement à l'état liquide ou pâteux, l'installation comprend des moyens de solidification dudit revêtement implantés en aval desdits moyens d'application sur ledit chemin de défilement et les moyens de mesure de sortie sont positionnés entre lesdits moyens d'application et lesdits moyens de solidification
- l'installation de revêtement comporte en outre des moyens de régulation de l'épaisseur appliquée par lesdits moyens d'application adaptés pour agir en continu en fonction de la mesure d'épaisseur de revêtement délivrée par ledit dispositif de mesure d'épaisseur
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif dans le cas particulier du revêtement d'une bande métallique, en référence aux figures suivantes - la figure 1 est une vue de dessus d'une installation de revêtement de bande selon l'invention, présentant l'implantation d'un dispositif de mesure selon l'invention - la figure 2 est une vue de côté de l'installation de l'installation de la figure 1 , où sont également représentés les moyens de calcul du dispositif de mesure selon l'invention.
- la figure 3 représente, de côté et en coupe, une bande, avant revêtement, défilant sur un rouleau de support face à des moyens de mesure d'entrée dans l'installation de revêtement de la figure 1
- la figure 4 représente, de côté et en coupe, une bande, après revêtement, défilant sur un rouleau de support face à des moyens de mesure de sortie dans l'installation de revêtement de la figure 1 - la figure 5 représente les indications d'épaisseur de revêtement isolant données par des moyens de mesure associant deux capteurs selon l'art antérieur, appliqués à trois types de tôles métalliques nues en défilement
- la figure 6 représente les indications d'épaisseur de revêtement isolant données par des moyens de mesure associant deux capteurs selon l'art antérieur, appliqués à des échantillons de tôle revêtue d'une couche de zinc d'épaisseur variable
- la figure 7 représente les indications d'épaisseur de revêtement isolant données par des moyens de mesure associant deux capteurs selon l'art antérieur, appliqués à un rouleau d'acier chromé sans revêtement isolant d'une part, revêtu de peinture isolante d'autre part
Comme représenté aux figures 1 et 2 l'installation de revêtement en continu de bande comprend, de l'amont vers l'aval le long d'un chemin de défilement de bande comportant une succession de rouleaux de support de bande, des moyens de mesure d'entrée 1 , des moyens d'application d'un revêtement isolant sur la bande 2, connus en eux-mêmes, et des moyens de mesure de sortie 3 ; cette installation comporte également des moyens de défilement en continu de la bande de l'amont vers l'aval de l'installation et des moyens de calcul 4 de l'épaisseur du revêtement appliqué
Les moyens de calcul 4 de l'épaisseur du revêtement appliqué sont reliés aux moyens de mesure d'entrée 1 et de mesure de sortie 3 déjà cités, et adaptés pour synchroniser ces moyens et calculer l'épaisseur du revêtement appliqué comme indiqué dans la suite de la description
Les moyens de mesure d'entrée 1 et les moyens de mesure de sortie 3 sont sensiblement identiques, positionnés et fixés au même niveau dans le sens de la largeur de bande (donc face au même brin de bande) comme représenté à la figure 1 , les premiers en amont, les seconds en aval des moyens d'application 2 par rapport au sens de défilement de la bande figuré par des flèches Le dispositif de mesure d'épaisseur selon l'invention comprend donc les moyens de mesure 1 , 3 et les moyens de calcul 4
Chaque moyen de mesure 1 , 3 comprend un capteur inductif et ici un capteur capacitif qui sont associés à un dispositif électronique d'alimentation et d'acquisition des signaux de ces deux capteurs
Le capteur inductif procède à une fréquence comprise entre 0,5 et 2 MHz
Chaque moyen de mesure 1 , 3 forme donc un capteur double
Les deux capteurs inductifs et capacitifs sont solidaires et présentent une surface sensible orientée vers une même zone du chemin de défilement de bande ZB - pour l'entrée et ZB s pour la sortie
Cette surface sensible fixe est aussi appelée plan de référence de mesure d'épaisseur P°ref r à l'entrée et Pc ref s à la sortie
Les zones visées par les capteurs (ZB r et ZB s ) correspondent de préférence à des rouleaux de support de bande 5 6 du chemin de défilement, de manière à ce que la distance entre les plans de référence (P°ref r ou P0 réf s ) et le dessous de la bande (ou face interne au contact de ces rouleaux) soit sensiblement constante
Cette disposition est représentée plus en détail aux figures 3 et 4 On repère la position du dessous de la bande par des plans tangents à ces rouleaux 5, 6 à l'endroit du contact bande-rouleau dans les zones de mesure Rref r a l'entrée pour la zone ZB r et Rref S a 'a sortie pour la zone
ZB s
Comme représenté aux figures 3 et 4, la distance entre les plans de référence (P°réf r ou P°réf s ) et 'a face interne de la bande défilant au contact de ces rouleaux s'exprime donc par distance (P°ref r -Rref r) a l'entrée et distance (P0 ref s - Rréf s) à la sortie
Si on appelle Rc réf - et R°ref s la position des plans tangents aux rouleaux
(toujours dans les zones de mesure) correspondant a leur diamètre nominal, et si on appelle ρr(t) et ps(t) les excentricités instantanées respectivement du rouleau d'entrée et du rouleau de sortie, on a distance (P°réf - - Rréf r) = distance (P°ref - - R°ref . ) - Pr (t) distance (P°ref s - Rréf s) = distance (P°ref s - R°ref s) - ps (t) les distances (P°f r - R°réf r ) et (P°ref s - R°ref s) correspondant à des distances nominales constantes auxquelles ont ete fixées les moyens de mesure d'entrée 1 et de sortie 3 face aux rouleaux de support de bande correspondants 5 et 6
Comme les moyens de mesure d'entrée 1 et de sortie 3 sont positionnés d'un seul et même côté de la bande, ils sont plus faciles a implanter dans l'installation et sont facilement déplaçabies sur toute la largeur de la bande, en fonction du brin de bande sur lequel on souhaite mesurer l'épaisseur de revêtement appliqué.
Le capteur inductif et le dispositif électronique associé des moyens de mesure d'entrée 1 sont adaptés d'une manière connue en elle-même, notamment après étalonnage, pour mesurer une valeur dιnd r correspondant à la distance séparant le plan de référence P°réf r de la surface conductrice ou métallique la plus proche Smét r passant dans le champ du capteur, face audit plan de référence P°réf r , dans la zone de mesure ZB r , dans la cas où la bande rentrante est homogène métallique et paramagnétique (qu'elle soit dotée ou non d'un revêtement isolant)
On a alors dιnd r = distance (P°ref - - Smet r )
L'étalonnage du capteur inductif est effectue d'une manière connue en elle-même pour « linéariser » la réponse du capteur, de telle sorte que la valeur mesurée dιnd r corresponde bien a la distance séparant le plan P0 réf r de la surface Smét r sur tout l'intervalle de mesure souhaité
L'intervalle de mesure du capteur inductif varie en fonction de l'épaisseur des bandes défilant dans l'installation et en fonction de l'excentricité pr(t) du rouleau 5 de support de bande Si la bande rentrant dans le champ du capteur présente un revêtement isolant, le capteur inductif d'entrée mesure la distance séparant le plan de référence Préf r de l'interface métal-revêtement Smet - au niveau de la zone ZB - de la bande
Si la bande rentrante est ferromagnétique, les effets de peau sont exacerbés et les moindres hétérogenités de surface engendrent des perturbations de la valeur mesurée dιnd r , la valeur mesurée dιnd r donnée par le capteur étalonné n'est plus qu'une distance ' apparente" fluctuant au cours du défilement de la bande sans relation avec la distance réelle séparant Préf - de la surface Smét r On a alors dιnd r ≠ distance (P°ref r - Smet r )
Si la bande rentrante ferromagnétique est revêtue d'une couche métallique paramagnétique de faible épaisseur, comme une couche de zinc, d'aluminium, d'étaiπ ou de chrome (ou leurs alliages), ces perturbations sont encore plus fortes, notamment si l'épaisseur de la couche métallique reste inférieure à la profondeur de pénétration ou profondeur de « peau » du rayonnement émis par le capteur inductif
Ainsi, le capteur inductif engendre et mesure à distance une induction magnétique et/ou des courants de Foucault dans une zone ZB - de la bande rentrante, en face de la surface sensible du capteur, et déduit une valeur djnd - de distance apparente
Le capteur inductif et le dispositif électronique associé des moyens de mesure de sortie 3 sont de la même façon adaptés pour mesurer une distance apparente dιnd s séparant le plan de référence correspondant P°réf s de la surface conductrice ou métallique la plus proche Smet s passant dans le champ du capteur, face audit plan de référence P°ref s , dans une zone ZB s de bande sortant de l'installation.
Au niveau des moyens de mesure d'entrée 1 , on désigne par DB r = distance (Rréf.r - S-nét.r ^ la distance entre ie dessous de la bande et la surface métallique Smét r ; DB r correspond donc à l'épaisseur du substrat dans la zone
ZB.r -
De même, au niveau des moyens de mesure de sortie 3, on désigne par
DB s = distance (Rréf.s - Srnét.s ^ 'a dιstaπce eπtre le dessous de la bande et la surface métallique Smét.s ' ^B s correspond donc à l'épaisseur du substrat dans la zone ZB s .
Si on décale l'instant de mesure de sortie ts par rapport à l'instant de mesure d'entrée tr d'un intervalle de décalage Td choisi exactement égal au temps de transit Tt de la bande dans l'installation entre les moyens de mesure d'entrée 1 et les moyens de mesure de sortie 3, la zone de mesure de sortie
ZB s et la zone de mesure d'entrée ZB r correspondent à la même zone de bande ZB .
On a alors DB - = DB s quelle que soit les fluctuations de l'épaisseur de la bande par ailleurs, ou de celle d'un revêtement déjà déposé sur la face interne (qui ferait partie du substrat).
On désigne par DB la valeur commune DB - = DB s
Alors, si la bande rentrant dans l'installation est une bande paramagnétique homogène, rentrant nue (figure 3) dans l'installation et sortant revêtue (figure 4) , les capteurs inductifs mesurent - à l'entrée dιnd - = distance (P°réf r - Smet r) = [distance (P°réf r - Rréf .) - DB]
- et à la sortie dιnd s = distance (P°réf s - Smet s) = [distance (P°réf s - Rréf s) - DB]
Par ailleurs, comme on a (cf. ci-dessus) - distance (P°réf - - Rréf r) = distance (P°réf r - R°réf . ) - Pr (tr) - distance (P°réf s - Rréf.s) = distance (P°ref s - R°réf s) - Ps (ts)
La différence dιnd s - dιnd r vaut donc [distance (P°réf s - R°réf s) - distance (P°ref - - R°réf - ) j - [Ps (ts) - Pr (tr)] Le premier terme [distance (P°réf s - R°ref s) - distance (P°ref r - R°réf - ) ] conserve une valeur constante, qu'on désigne par F°, qui dépend de la fixation des composants dans l'installation (notamment les rouleaux 5, 6 et les moyens de mesure 1 , 3) On a donc alors [dιnd s - dιnd r ] = F° + [ps (ts) - Pr (tr)]
Dans la même configuration, si la bande rentrant dans l'installation est ferromagnétique, préalablement revêtue ou non d'une couche métallique de nature différente, alors que pourtant la mesure inductive d'entrée dιn - ≠ distance (P°réf.r - Smét r -1 et C|ue la mesure mductive de sortie dιn s ≠ distance (P°réf.s " Smét.s )• on constate que la différence entre les deux mesures [dιnd s - dιnd r ] présente la même valeur que précédemment F° + [ps (ts) - pr (tr)]
On a donc bien également
[d.nd s - d.nd r ] = [distance (P°ref s - Smet s) - distance (P°réf r - St r)]
Cette constatation à la base de l'invention provient de ce que les mêmes perturbations dues à la nature de la bande affectent la mesure dιnd - et la mesure dind s , en effet, ces mesures sont effectuées sur la même zone ZB de bande et sont donc affectées par des perturbations de même ampleur qui s'éliminent par soustraction
Le capteur capacitif et le dispositif électronique associé des moyens de mesure d'entrée 1 sont adaptés d'une manière connue en elle-même pour mesurer une valeur dcap - correspondant a I épaisseur d'une lame d'air séparant le plan de référence P°réf r d'une surface métallique conductrice défilant dans la zone de mesure ZB r
Si l'on considère que le capteur capacitif est doté d'une électrode plane dans le plan P°réf r es moyens de mesure d'entrée 1 , et que cette électrode ferait face à une surface parallèle métallique et conductrice Smét r, alors P°f r et Smét ι- f°rment 'es eux électrodes d'un condensateur
Les moyens électroniques associés au capteur capacitif sont adaptés d'une manière connue en elle-même pour mesurer la capacité Cr de ce condensateur et, si P°réf r et Smet r ne sont sépares que par de l'air, pour déduire, de cette capacité mesurée Cr , une valeur dcap r correspondant à la distance (P°f r - Smét.r)
Cette déduction est réalisée par une relation du type
- Cr = ευ [Surface des électrodes]/dcap r où ε0 est la constante diélectrique absolue de l'air
Ainsi, dans le cas où on fait défiler devant le capteur dans la zone ZB - , une bande conductrice et nue, la mesure dcap r effectuée par le capteur satisfait la relation dcap - = distance (P°ref r - Smet r) Si, au contraire la bande défilant dans la zone ZB - est déjà revêtue d'une couche isolante, dcap r ≠ distance (P°réf r - smet r)
En effet, si cette couche isolante présente une constante diélectrique relative YZ-, et une épaisseur E^ le condensateur C- mesuré par le capteur est formé de la superposition de deux couches
- une couche diélectrique ε-\ d'épaisseur Ei correspondant à une capacité cdιél
- et une couche d'air d'épaisseur = [distance (P°réf r'Smét r)"^l] correspondant à une capacité Caιr On a alors la relation 1/Cr = 1/Cdléi + Caιr , de laquelle on déduit
- dcap r = [distance (P°f r-Smét r) " E-* ] + E^
On remarque que si ε-j » 1 , on a dcap r # [distance (P°réf r- mét r) " ^1 ] ce qui signifie que le capteur capacitif "voit" comme précédemment la surface de la bande (qui est ICI isolante) Le capteur capacitif et le dispositif électronique associé des moyens de mesure de sortie 3 sont de la même façon adaptes pour déduire de la même façon une valeur mesurée dcap s à partir de la mesure d'une capacité Cs
On va maintenant décrire le fonctionnement de l'installation de revêtement et comment l'on peut mesurer en continu l'épaisseur EB de revêtement appliqué sur une zone ZB de bande immédiatement à sa sortie des moyens d'application 2
Dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, on fait défiler une bande métallique B ferromagnétique notamment une bande d'acier, revêtue ou non d'une couche métallique paramagnétique, comme une couche de zinc, d'aluminium, de chrome, d'étain ou de leurs alliages, dans l'installation pour lui appliquer une couche isolante
On suppose connue la constante diélectrique εapp| de la couche appliquée par les moyens d'application 2
Si l'on suppose comme précédemment que l'instant de mesure de sortie ts est décalé par rapport à l'instant de mesure d'entrée tr d'un intervalle de décalage Td correspondant exactement au temps de transit Tt de la bande dans l'installation, la zone de mesure de sortie ZB s et la zone de mesure d'entrée ZB - correspondent à la même zone de bande "mesurée" ZB Selon l'invention, on déduit alors EB de la relation EB = [εapp|/(εapp|-1 )]x{[dιnd s - dcap s] - [dιnd . - dcap ,]} où dιnd r et dcap r sont les valeurs mesurées fournies par les moyens de mesure d'entrée 1 et dmd s et dcap s sont les valeurs mesurées fournies par les moyens de mesure de sortie 3 Cette relation donnant EB se vérifie de la manière suivante On transforme la relation ci-dessus en
= p/teappr1 )]χ{(dιnd s - dιnd ri ** ldcap s ' dcap ri) On s'intéresse d'abord au premier terme [dιnd s - dιnd r] Puisque la zone de mesure de sortie ZB s et la zone de mesure d'entrée
ZB r correspondent à la même zone de bande ZB, on a, comme indiqué précédemment
- .nd s - d.nd r ] = [distance (P°réf s - Smet s) - distance (P°réf r - Smét r)] On s'intéresse ensuite au deuxième terme [dcap s - dcap r] Puisque la bande rentrant dans l'installation ne présente pas de revêtement isolant, on a dcap - = distance (P°ref r-Smet r)
Puisque la bande sortant de l'installation est dotée d'un revêtement isolant dont on recherche l'épaisseur EB, on a dcap s = [distance (P°ref S-Smét s) - EB ] + EBapp, Alors, la différence [dcap s -dcap r] vaut alors
[dιstance(P°f s' met s)-dιstance(P°ref r-Smet r)] - EB x [(εappr1 )/εapp!] En reprenant le premier et le deuxième termes de la relation, on a
{[d-nd s " dmd r] " [dcap s " dCap ri) = EB x [(εappr1 )app|] . ce qui vérifie la relation ci-dessus exprimant EB Les moyens de calcul 4 de l'épaisseur de revêtement appliqué sont adaptés pour calculer EB selon cette relation
Avantageusement, on constate qu on s affranchit complètement des perturbations des capteurs inductifs dues au caractère ferromagnétique de la bande et/ou à ses hétérogénéités de surface notamment celles qu'apportent une couche métallique paramagnétique
De la même façon, on s'affranchit des problèmes de dérive thermique que posent généralement les capteurs inductifs
Avantageusement, on constate qu'on s'affranchit complètement des excentricités ps et ρs de chaque rouleau de support de bande au niveau des moyens de mesure d'entrée et des moyens de mesure de sortie, quelle que soit l'importance de ces excentricités
Dans un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, si la bande métallique ferromagnétique à revêtir est déjà revêtue d'une couche isolante, la mesure EB est effectuée de la même manière, a partir de la même relation et des mêmes mesures
Soit E, l'épaisseur et ε, la constante diélectrique de cette couche isolante de revêtement préalable Puisque la bande rentrant dans l'installation présente déjà un revêtement isolant, on a - cf ci-dessus dcap r = [distance (P°ref s- met s) - Eι ] + E ει
Puisque la bande sortant de l'installation est dotée d'un second revêtement isolant dont on recherche l'épaisseur EB on peut démontrer la relation suivante dcap s = [distance (P°réf S-Smet s) - Er EB ] + E .+ EBappι La différence [dcap 5 -dcap -) s'expπmant alors comme précédemment, on a toujours [dcap s -dcap r] = [dιnd s - dιnd r]- EB x [(εapp,-1 )/εapp|], et la relation exprimant EB est inchangée Avantageusement, on constate donc qu'on peut mesurer l'épaisseur de revêtement appliqué dans les moyens d'application 2 même si la bande rentrante est déjà revêtue d'une couche isolante, et même sans connaître les caractéristiques de cette couche isolante
Selon une variante de l'invention, au lieu de capteurs capacitifs, les moyens de mesure d'entrée et de sortie comportent d'autres types de capteurs adaptés pour mesurer la distance les séparant d'une surface disposée en regard , les indications données par ces capteurs sont alors dsurf r et dsurf s au heu de dcap r et d^ s
On peut notamment utiliser des capteurs optiques, adaptés pour mesurer la distance séparant les plans de référence P°ref - et P°ref s de la surface de la bande respectivement dans les zones de mesure ZB r et ZB s
Ces capteurs optiques sont connus en eux-mêmes et ne seront pas décrits ici en détail , il s'agit par exemple de capteurs fonctionnant par triangulation de faisceaux LASER orientes et réfléchis sur la surface de la bande dans les zones de mesure
Cette variante peut être utilisée quand la surface de la bande est suffisamment réfléchissante à l'entrée comme a la sortie de l'installation
Dans le cas, l'épaisseur du revêtement dépose sur une zone de bande ZB s'exprime plus simplement EB = {[dιnd s - dopt s] - [dιnd r - dopt r]}, donc sans le facteur correctif [εapp|/(εapp|-1 )] propre aux capteurs capacitifs et où dopt r et dopt s sont 'es mesures de distance délivrées respectivement par le capteur optique d'entrée et le capteur optique de sortie
Comme on le voit, à ce stade encore incomplet de la description, la mise en oeuvre de l'invention suppose que l'on puisse décaler en permanence l'instant ts de mesures de sortie par rapport a l'instant tr de mesures d'entrée d'un intervalle de décalage de mesure Td= ts - tr correspondant exactement au temps de transit Tt de la bande dans l'installation entre les moyens de mesure d'entrée 1 et les moyens de mesure de sortie 3 Si la bande défile dans l'installation a la vitesse VB , si la longueur de cheminement de la bande entre les moyens de mesure d'entrée et les moyens de mesure de sortie est Lt , ou longueur de transit, le temps de transit Tt de la bande dans l'installation vaut LtA/B En pratique, pour une fréquence de mesure de 400 Hz , pour une vitesse de bande de 1 m/s par exemple, la distance séparant deux zones de mesure successives sur la bande sera de (1/400) m, soit 2,5 mm
Ainsi, si la zone de mesure s'étale sur 2 a 3 mm, l'ensemble de la surface d'un brin de bande est bien explorée tout le long de la bande en défilement par le dispositif de mesure d'épaisseur selon l'invention
Mais pour avoir correspondance stricte d'une zone de mesure de sortie ZB s à une zone de mesure d'entrée ZB r , 1a longueur de transit Lt doit être connue avec une précision de l'ordre du millimètre (ce qui signifie moins de 0,1 % d'erreur sur la vitesse), ce qui n'est pas réalisable en pratique En effet, la longueur de transit Lt est telle que de simples variations de tension de la bande peuvent faire varier cette longueur de beaucoup plus qu'un millimètre '
Si l'on procède avec un intervalle de décalage Td constant, de faibles variations de vitesse VB de défilement de bande suffisent à ne plus mettre en coïncidence sur une même zone ZB de bande les zones de mesure d'entrée ZB r et de sortie ZB s
En pratique et toujours selon l'invention on procède alors par séries de mesures des séries de N mesures dιnd . et dcap r a l'entrée a un instant médian tr et des séries de N mesures dm s et dcap s a la sortie a un instant médian ts, et on calcule EB comme précédemment en remplaçant successivement d|nd - , dcap - , dmd s et dcap s par les valeurs des moyennes des séries correspondantes , d,nd r , dcap . , d,nd . et d. ι( , dans l'expression de EB
Selon l'invention, on a alors EB(t) = [εappi/appr1 )]x{[d,nd - - dcap s ] (mesure a ts) ** [dιnJ r - dcap r ](mesuré a tr) } Cette adaptation du procédé est transposable au cas où les capteurs capacitifs sont remplacés par des capteurs optiques
L'instant t correspond à l'instant médian de revêtement par les moyens d'application 2 du revêtement sur une série de zones successives de bande
ZB L'ensemble des zones successives ZB d une série regroupe alors tous les points de mesure d'une même série et s'étend alors sur un segment de brin de bande Sachant que l'instant tr correspond au moment médian de passage dudit segment de brin de bande dans les moyens de mesure d'entrée 1 , l'instant t se déduit de tr en fonction du temps de transit Ta dudit segment de brin de bande entre les moyens de mesure d'entrée 1 et le revêtement du même brin dans les moyens d'application 2 : on a donc t # tr + Ta
Toujours selon l'invention, on décale l'instant médian ts de la série de mesures de sortie [dmd s , d^ par rapport à l'instant médian tr de la série de mesures d'entrée [dιnd r , dcap r ] d'un intervalle de décalage de mesure Td = ts - tr choisi aussi proche que possible de la valeur Tt du temps de transit de la bande entre les moyens de mesure d'entrée 1 et de sortie 3 (donc Td # Tt ).
Il importe en effet que la série de N zones successives rentrantes de mesure ZB r du substrat à revêtir et la série de N zones sortantes de mesure ZB s du substrat revêtu aient en commun le plus grand nombre possible de zones successives ZB de bande, de préférence au moins 90%. Si τ désigne le temps d'intégration de chaque série de mesures, c'est à dire la durée sur laquelle on effectue une moyenne pour une série de N mesures, on choisit de préférence τ > 10 x I T - T, | , I Td - Tt | désignant l'écart maximum entre Td et Tt , qui résulte par exemple de l'instabilité de la vitesse de bande VB ou de fluctuations de la longueur de transit Lt . Ainsi, chaque calcul d'épaisseur de revêtement EB(t) incorpore alors, parmi les N mesures de chaque série, au maximum Ne mesures de sortie dind s et dcap s effectuées sur des zones sortantes ZB s qui ne correspondent à aucune zone rentrante ZB r de la série des mesures d'entrée djnd r et dcap r. Ne s'exprime alors selon la relation Ne = I Td - Tt I x N/τ . La condition τ > 10 x | T - T, | s'exprime alors N^N < 1/10, ce qui signifie qu'on tolère que 10% des mesures, dans une série de mesures de sortie effectuées à l'instant ts et dans une série de mesure d'entrée effectuées à l'instant tr, ne se correspondent pas (c'est à dire ne correspondent pas au même segment de brin de bande). Par exemple, pour un temps de décalage constant Td= 2 secondes, un temps de transit Tt de environ 2 secondes (cas où Lt # 2 m, VB # 1 m/s), et si les fluctuations maximum relatives de la vitesse de bande VB ou de la longueur de transit Lt valent 0,5 %, on a au maximum i Td - Tt | = Tt x 0,5% *= 0,01 s et la condition sur τ s'exprime alors : τ > 10 x 0,01 s , c'est à dire τ > 0, 1 s Par ailleurs, pour éviter un temps de réponse trop long, il importe que le temps d'intégration τ ne représente qu'une fraction du temps de transit Tt de la bande entre les moyens de mesure d'entrée 1 et de sortie 3 De préférence, on choisit τ < Tt /10 En pratique, on choisit τ tel que Tt /100 < τ < Tt /10, ce qui signifie qu'on fait généralement entre 10 et 100 séries de mesure pendant le temps de transit
Tt
Cette condition peut s'exprimer d'une autre façon équivalente si v est la fréquence de mesure ou fréquence d'échantillonnage des moyens de mesure
1 , 3 (on a donc x = N/v), si Tt est le temps de transit de la bande entre les moyens de mesure d'entrée 1 et de sortie 3, on choisit de préférence le nombre
N de mesures dans chaque série [dmd r , dcap , ] ou [d^, cζ selon la relation v . Tt / 100 < N < v Tt / 10 Les capteurs des moyens d'entrée et de sortie présentent de préférence des temps de réponse inférieurs à l'inverse de la fréquence de mesure ou fréquence d'échantillonnage v par exemple pour une fréquence de mesure v
= 400 Hz , les temps de réponse seront de préférence inférieurs à 0,25 10**2 s
Ainsi, si le nombre N de mesures dans chaque série vaut 40, si la bande défile dans l'installation à la vitesse VB = 1 m/s, et si la fréquence d'échantillonnage v vaut 400 Hz, la zone de bande ZB ou le segment de brin de bande sur laquelle on effectue selon l'invention un calcul d'épaisseur moyenne de revêtement EB(t) présente une longueur de 40 / 400 Hz x 1 m/s = 10 cm (dans la direction de défilement) Le choix préférentiel du temps d'intégration τ selon la relation Tt /100 < T
< T, /10, où le temps de transit Tt vaut Lt/VB soit 2 secondes (pour VB = 1 m/s et Lt = 2 m) , donne alors 0,02 s < τ < 0,2 s
Le choix préférentiel de N selon la relation {v Tt / 100 < N < v Tt / 10} s'exprime alors : (v Lt)/(100 VB ) < N < (v L,)/(10 VB ) , ce qui, avec les mêmes données que précédemment pour v et VB et une longueur de transit Lt= 2 m , donne 8 < N < 80
D'une manière connue en elle-même, les moyens de calcul 4 connectés aux moyens de mesure d'entrée 1 et de sortie 3 sont adaptés pour piloter (et décaler) les séries de mesures, pour effectuer le calcul des moyennes par série de mesures, voire même le calcul des vanances (et écart type) et pour en déduire l'épaisseur du revêtement applique par les moyens d'application 2 à l'instant t, par la relation ci dessus exprimant EB(t) selon l'invention
Selon une variante de l'invention on peut faire varier le temps de décalage Td pour qu'il demeure le plus proche possible du temps de transit Tt ce qui permet d'améliorer la précision de calcul de l'épaisseur EB
L'invention permet ainsi d'obtenir facilement une mesure continue, précise et fiable de l'épaisseur d'un revêtement isolant appliqué en continu sur un substrat métallique ferromagnétique (bande ou rouleau) même s'il est doté en surface d'une couche métallique paramagnétique
Le dispositif selon l'invention permet d'utiliser des capteurs inductifs économiques, tant sur acier nu que sur acier revêtu d'une couche métallique d'épaisseur inférieure à 100 μm
Le procédé selon l'invention reste simple a mettre en oeuvre, notamment grâce au traitement des mesures locales d'épaisseur par séries, qui évite une contrainte trop forte au niveau de la synchronisation des moyens de mesure d'entrée et des moyens de mesure de sortie L'invention s'applique à tout type de substrats ferromagnétiques, quels que soient leur revêtement préalable, métallique non ferromagnétique ou même isolant
Dans le cas de l'utilisation de capteurs capacitifs, l'invention permet de mesurer l'épaisseur d'un revêtement au cours de son application à condition de connaître la valeur de sa constante diélectrique εappι (à l'endroit de la mesure de sortie) et la précision de la mesure de l'épaisseur est d'autant plus grande que cette constante diélectrique est supérieure a 1
A titre indicatif, dans le cas de revêtements appliques à l'état liquide, la valeur de cette constante diélectrique est élevée pour les milieux aqueux (εappι = 80), de l'ordre de 4 pour des peintures liquides de type dispersion (les "organosols" ou "plastisol" comme de polychlorure de vinyle), comprise entre 6 et 10 pour des peintures liquides de type solution (tel que les peintures polyester)
Le dispositif selon l'invention permet de mesurer des épaisseurs de revêtements au moins dans une gamme 1 à 200 μm et pour des constantes diélectriques comprises entre 4 et 10, permet d'atteindre une précision de l'ordre de 1 μm sur l'épaisseur du revêtement applique
Avantageusement, le principe de la mesure d'épaisseur (par différence) permet de s'affranchir des dérives thermiques éventuelles des capteurs inductifs (qui se compensent entre l'entrée et la sortie)
L'étalonnage du dispositif selon l'invention est facile à réaliser et ne nécessite de connaître aucune donnée particulière sur le substrat ou la bande à revêtir (par exemple épaisseur, présence préalable ou non d'un revêtement isolant) Les moyens de mesure 1 ,3 prenant place d une seul et même côté de la bande, sont faciles à installer, même au plus près des moyens d'application 2 même sur un dispositif qui permet de les déplacer sur toute la largeur du substrat (bande ou rouleau), tout en conservant toujours la même précision de mesure
Ce dispositif de mesure d'épaisseur selon l'invention fonctionne en continu, pendant l'application du revêtement Le temps de réponse Trép de ce dispositif vaut ici Trép # T + τ , où τ est le temps d'intégration et T est le temps de transit de la bande entre les moyens d'application 2 et les moyens de mesure de sortie (on a Tt = Ta + T )
Pour raccourcir le temps de réponse, il existe donc deux possibilités *
- soit diminuer le temps d'intégration τ (tout en vérifiant de préférence les conditions déjà énoncées sur τ ) ,
- soit raccourcir le temps Tb , c'est à dire placer les moyens de mesure de sortie 3 le plus près possible des moyens d'application 2
Le placement des moyens de mesure de sortie 3 à proximité immédiate des moyens d'application 2 est ici possible, même si le revêtement appliqué est encore liquide ou non solidifié en sortie des moyens d'application 2
Cette possibilité est offerte ICI, notamment parce que les moyens de mesure de sortie 3 procèdent sans contact avec la bande B en défilement
Avantageusement, l'invention permet donc de mesurer l'épaisseur d'un revêtement encore à l'état liquide ou pâteux Selon une variante avantageuse de l'invention, dans le cas d'un revêtement appliqué à l'état liquide et de moyens de mesure 1 , 3 comprenant des capteurs capacitifs, l'installation de revêtement comporte également, outre des moyens pour alimenter les moyens d'application 2 en liquide ou en pâte de revêtement, des moyens pour mesurer automatiquement et en continu la constante diélectrique εappι du liquide ou de la pâte avant son application sur le substrat (bande ou rouleau)
A titre non limitatif d'exemple de réalisation de mise en oeuvre de cette variante, l'installation comporte alors une sonde capacitive coaxiale montée sur le circuit d'alimentation des moyens d'application au travers de laquelle circule le liquide ou la pâte de revêtement et un dispositif électronique adapté pour mesurer en continu la constante diélectrique εappι du produit circulant dans la sonde
Ce dispositif électronique associé à la sonde est, dans ce cas, relié aux moyens de calcul 4 de façon à ce que la valeur mesurée εapp)(t) soit prise en compte pour le calcul de l'épaisseur de revêtement appliqué EB(t)
Ainsi, comme le calcul d'épaisseur de revêtement appliqué prend en compte la valeur instantanée de la constante diélectrique εappι du produit appliqué, le dispositif de mesure selon l'invention n'est pas perturbé par des fluctuations de composition de produit appliqué
Ainsi, un avantage essentiel de l'invention est d'offrir un dispositif et un procédé de mesure d'épaisseur en continu à réponse rapide, même dans le cas d'application de revêtement à l'état liquide ou pâteux
Dans le cas d'application de revêtement à l'état liquide ou pâteux, les moyens d'application 2 comportent par exemple une tête d'extrusion en polymère fondu, ou une tête d'enduction en peinture ou en laque.
Avantageusement, le dispositif et le procédé selon l'invention peuvent être utilisés pour le pilotage des moyens d'application 2 l'installation comporte alors un actionneur adapté pour faire varier l'épaisseur de revêtement appliqué et un régulateur d'épaisseur ; l'actionneur, le régulateur et le dispositif selon l'invention forment alors une boucle fermée adaptée pour régler l'épaisseur de revêtement appliqué à un niveau prédéterminé Dans cette configuration, la rapidité de réponse (Tr P court) est un élément déterminant dans la performance de l'installation
Dans le cas d'application de revêtement à l'état liquide ou pâteux, après l'application-même du revêtement dans les moyens d'application 2, on solidifie le revêtement appliqué. L'installation de revêtement comporte alors, en aval des moyens d'application, des moyens de solidification du revêtement appliqué
Les moyens de solidification du revêtement appliqué sont adaptés à la nature du revêtement et au procédé d'application sur le substrat (bande ou rouleau) ; il s'agit par exemple de moyens de séchage dans le cas de l'application d'une peinture liquide, ou de moyens de cuisson dans le cas de l'application d'un revêtement polymère thermodur, ou de moyens de refroidissement dans le cas de l'application d'un polymère à l'état fondu.
Or, dans les procédés de mesure d'épaisseur de l'art antérieur, notamment avec contact, on ne pouvait mesurer l'épaisseur que de revêtements solidifiés, et les moyens de mesure d'épaisseur ne pouvaient être implantés qu'en aval des moyens de solidification, ce qui entraînait des temps de réponse très longs.
Grâce à l'invention, les moyens de mesure (ici de sortie : 3) peuvent être implantés immédiatement à la sortie des moyens d'application 2, donc en amont des moyens de solidification et le temps de réponse Trép du dispositif de mesure d'épaisseur est considérablement raccourci, ce qui permet d'améliorer la qualité du revêtement appliqué, notamment au niveau de la régularité de l'épaisseur.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Procédé de mesure en continu et sans contact de l'épaisseur d'un revêtement isolant au cours de son application sur un substrat métallique B en mouvement, à l'aide de moyens de mesure (1 , 3) associant deux capteurs de mesure de distance, le mouvement du substrat l'amenant successivement dans le champ des moyens de mesure d'entrée (1 ), des moyens d'application (2) dudit revêtement, puis dans le champ des moyens de mesure de sortie (3), le premier capteur desdits moyens de mesure (1 , 3) étant un capteur à effet inductif et le deuxième capteur desdits moyens de mesure (1 , 3) étant adapté pour mesurer sans contact la distance à la surface du substrat, revêtu ou non, caractérisé en ce que, on effectue, avant application et à l'aide des moyens de mesure d'entrée (1 ), au moins une double mesure de distance vers une zone de substrat non encore revêtue, puis, après application dudit revêtement isolant sur ladite zone de substrat à l'aide desdits moyens d'application (2), à l'aide des moyens de mesure de sortie (3), on effectue au moins une autre double mesure de distance vers approximativement la même zone de substrat maintenant revêtue, on calcule la différence entre l'au moins une indication de distance donnée par le premier capteur inductif et l'au moins une indication de distance donnée par le deuxième capteur tant au niveau des moyens de mesure d'entrée (1 ) qu'au niveau des moyens de mesure de sortie (3) pour approximativement la même zone de substrat, on déduit l'épaisseur du revêtement appliqué sur ladite zone de substrat à un facteur correctif éventuel près, par différence entre la différence calculée au niveau des moyens de mesure de sortie (3) et la différence calculée au niveau des moyens de mesure d'entrée (1 )
2 - Procédé de mesure en continu et sans contact de l'épaisseur d'un revêtement isolant au cours de son application sur un substrat métallique ferromagnétique B en mouvement par rapport aux moyens d'application dudit revêtement, caractérisé en ce que, avant application du revêtement et à l'aide de moyens de mesure d'entrée (1 ) disposés en amont de l'application du revêtement, orientés vers une zone rentrante de mesure ZB r du substrat à revêtir et définissant un plan fixe de référence d'entrée P°réf r approximativement parallèle audit substrat dans la zone ZB r , on mesure, à un instant tr de mesure d'entrée, d'une part, par effet inductif, une valeur dιnd - qui correspondrait, si ledit substrat n'était pas ferromagnétique, à la distance entre ledit plan de référence P°réf r et la surface ou interface métallique Smet r du substrat qui lui fait face dans la zone ZB r, et, d'autre part, sans contact, une valeur dsurf r qui correspond ou correspondrait, en l'absence de revêtement isolant préalable sur la surface du substrat à revêtir, à la distance entre ledit plan de référence P°f r et 'a surface Smét r du substrat qui lui fait face dans la zone ZB r, et en ce que, après application du revêtement et a l'aide de moyens de mesure de sortie (3) disposés en aval de l'application du revêtement, orientés vers une zone sortante de mesure ZB s du substrat revêtu et définissant un plan fixe de référence de sortie P°ref S approximativement parallèle audit substrat dans la zone ZB s , on mesure, à un instant ts décalé de l'instant tr d'un intervalle de décalage
Td, de la même façon que précédemment, une valeur d,nd s par effet inductif et une valeur dsurf s sur la portion de substrat revêtue ZB s et en ce que, le temps de transit du substrat en mouvement entre les moyens de mesure d'entrée (1 ) et les moyens de mesure de sortie (3) au travers de moyens d'application dudit revêtement (2) étant égal a Tt on choisit Td = Tt de sorte que les zones ZB r et ZB s correspondent à la même zone ZB de substrat avant et après revêtement, et on déduit alors, à un facteur correctif éventuel près, l'épaisseur EB du revêtement déposé sur la zone ZB de la formule
EB = {fdind s - surf si - [dmd r " dsurf r]}
3 - Procédé de mesure en continu et sans contact de l'épaisseur d'un revêtement isolant au cours de son application sur un substrat métallique ferromagnétique B en mouvement par rapport aux moyens d'application dudit revêtement, caractérisé en ce que, avant application du revêtement et a I aide de moyens de mesure d'entrée
(1 ) disposés en amont de l'application du revêtement, orientés vers une série de N zones successives rentrantes de mesure ZB - du substrat à revêtir et définissant un plan fixe de référence d'entrée P°ref r approximativement parallèle audit substrat dans les zones ZB r , on mesure, à un instant médian tr de mesure d'entrée, d'une part, par effet inductif, une série de N valeurs dιnd r qui correspondraient, si ledit substrat n'était pas ferromagnétique, à la distance entre ledit plan de référence P°réf.r et la surface ou interface métallique Smét r du substrat qui lui fait face dans les zones correspondantes ZB r, et, d'autre part, une série de N valeurs dsurf r qui correspondent ou correspondraient, en l'absence de revêtement isolant préalable sur la surface du substrat à revêtir, à la distance entre ledit plan de référence P°réf r et ,a surface Smét.r du substrat qui lui fait face dans les zones correspondantes ZB r, et en ce que, après application du revêtement et à l'aide de moyens de mesure de sortie (3) disposés en aval de l'application du revêtement, orientés vers une série de N zones sortantes de mesure ZB s du substrat revêtu et définissant un plan fixe de référence de sortie P°ref s approximativement parallèle audit substrat dans la zone ZB s, on mesure, à un instant médian ts décalé de l'instant tr d'un intervalle de décalage Td, de la même façon que précédemment une série de N valeurs djnd.s. Par e^et mductif et une série de N valeurs dsurf s sur les zones correspondantes de substrat revêtu ZB s, et en ce que, les valeurs dιnd r , d.u-rr , dιnd 5 et d-url désignant les moyennes des valeurs respectives dιnd r , dsurf r, dιnd s et dsurf s dans chaque série de N mesures, le temps de transit du substrat en mouvement entre les moyens de mesure d'entrée (1 ) et les moyens de mesure de sortie (3) au travers de moyens d'application dudit revêtement (2) étant égal à Tt, on choisit Td suffisamment proche de Tt de sorte que la série de N zones ZB τ et la série de N zones ZB s aient en commun au moins 90% de zones successives ZB de substrat avant et après revêtement lesdites zones successives ZB de substrat formant un segment de brin de substrat, et on déduit alors, à un facteur correctif éventuel près, l'épaisseur moyenne EB du revêtement déposé sur ledit segment de brin de substrat de la formule : EB = {[dιnd s - d.ur,5 ] - [d,nd r - dsurl , ]}
4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour choisir Td suffisamment proche de T(, la cadence de mesure dans une série de N mesures correspondant à une fréquence d'échantillonnage v et/ou à un temps d'intégration τ , τ étant lié à v par la relation τ = N/v, | Td - Tt I désignant l'écart maximum entre le temps de décalage T et le temps de transfert Tt, on choisit τ, N, v ou I Td - Tt | de manière a satisfaire la relation τ > 10 x | Td - Tt |
5 Procédé selon la revendication 4 caractérise en ce qu'on choisit τ, N, v ou Tt de manière à satisfaire la relation τ < Tt /10
6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les valeurs dsurf r et dsurf s sont mesurées par effet capacitif et, ledit revêtement à appliquer présentant une constante diélectrique relative prédéterminée εappι , on applique le facteur correctif [εapp|/(εapp|-1 )] à l'épaisseur calculée EB du revêtement
7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les valeurs dsurf r et dsurf s sont mesurée par triangulation de faisceaux lumineux, notamment de faisceau LASER
8 - Procédé d'application d'un revêtement isolant sur un substrat métallique ferromagnétique en mouvement dans lequel on régule l'épaisseur de revêtement appliqué en adaptant l'épaisseur de revêtement appliqué en fonction d'une consigne prédéterminée d épaisseur et d'une mesure d'épaisseur appliquée, caractérisé en ce que ladite mesure d'épaisseur est réalisée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7
9 - Procédé selon la revendication 8 caractérise en ce que, lorsque ledit revêtement est appliqué à l'état liquide ou pâteux puis est solidifié après application, lesdites mesures effectuées après application sont effectuées avant solidification
10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 9 caractérise en ce que le substrat métallique en mouvement est en acier ferromagnétique
11 - Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que la profondeur de pénétration standard dans ledit acier ou « profondeur de peau » de la mesure par effet inductif est inférieure a 100 um 12 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 11 caractérisé en ce que ledit acier est revêtu d'une couche métallique paramagnétique, notamment une couche de zinc, d'aluminium, de chrome, d'étain ou de leurs alliages
13 - Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite couche métallique est inférieure à la profondeur de pénétration standard dans ladite couche ou « profondeur de peau » de la mesure par effet inductif
14 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat en mouvement est une bande en défilement
15 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 13 caractéπsé en ce que le substrat en mouvement est un rouleau en rotation
16 - Installation d'application d'un revêtement isolant sur un substrat métallique en mouvement, du type comportant des moyens d'application du revêtement (2), des moyens de mise en mouvement du substrat définissant un chemin de défilement du substrat dans ladite installation et un dispositif de mesure en continu de l'épaisseur de revêtement appliqué par les moyens d'application, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte
- des moyens de mesure (1 , 3) orientables vers une zone de mesure dudit chemin de défilement, associant deux capteurs de mesure de distance, le premier capteur procédant par effet inductif pour mesurer la distance a une surface ou interface métallique homogène non ferromagnétique placée dans ladite zone de mesure, le deuxième capteur étant adapté pour mesurer la distance à une surface disposée en regard dudit capteur dans ladite zone de mesure, lesdits moyens de mesure (1 , 3) étant disposes face à un même brin du chemin de défilement du substrat, d'une part (1 ) a l'entrée en amont des moyens d'application (2), d'autre part (3) a la sortie en aval des moyens d'application (2),
- des moyens pour déclencher les moyens de mesure de sortie (3) en décalage d'un intervalle de temps Td par rapport a l'instant de déclenchement des moyens de mesure d'entrée (1 ) approximativement égal au temps de transit Tt du substrat entre la zone de mesure des moyens de mesure d'entrée (1 ) et la zone de mesure des moyens de mesure de sortie (3), - et des moyens (4) pour calculer la différence entre l'au moins une indication de distance donnée par le capteur inductif et l'au moins une indication de distance donnée par le deuxième capteur tant au niveau des moyens de mesure d'entrée (1 ) qu'au niveau des moyens de mesure de sortie (3) déclenchés avec le décalage de temps Td, et pour déduire l'épaisseur du revêtement appliqué sur la zone de substrat défilant dans ladite zone de mesure de sortie, à un facteur correctif éventuel près, par différence entre la différence calculée au niveau des moyens de mesure de sortie (3) et la différence calculée au niveau des moyens de mesure d'entrée (1 )
17 - Installation selon la revendication 16 caractérisée en ce que ledit deuxième capteur de mesure de distance procède par effet capacitif
18 - Installation selon la revendication 16 caractérisée en ce que ledit deuxième capteur de mesure de distance procède par triangulation de faisceaux optiques, notamment de faisceau LASER
19 - Installation de revêtement selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, où les moyens d'application (2) sont adaptés pour appliquer un revêtement à l'état liquide ou pâteux, comprenant des moyens de solidification dudit revêtement implantés en aval desdits moyens d'application (2) sur ledit chemin de défilement, caractérisée en ce que les moyens de mesure de sortie (3) sont positionnés entre lesdits moyens d'application (2) et lesdits moyens de solidification
20 - Installation de revêtement selon l'une quelconque des revendications 16 à 19 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de régulation de l'épaisseur appliquée par lesdits moyens d'application (2) adaptés pour agir en continu en fonction de la mesure d'épaisseur de revêtement délivrée par ledit dispositif de mesure d'épaisseur
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