WO2010031923A1 - Dispositif et procédé de mesure de la température de paroi d'une ébauche de récipient - Google Patents

Dispositif et procédé de mesure de la température de paroi d'une ébauche de récipient Download PDF

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Thierry Deau
Guy Feuilloley
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Definitions

  • the invention relates to the manufacture of containers from plastic blanks such as PET.
  • blanks such as PET.
  • the term "blank” is used here to refer to both a preform and an intermediate container which has undergone a first blow and intended to undergo a second one in order to obtain the final container.
  • the manufacturing operations of the containers comprise, in known manner, a heating operation in which the preforms are exposed to the infrared radiation of lamps or diodes of a scroll oven in which the preforms transit.
  • a heating operation in which the preforms are exposed to the infrared radiation of lamps or diodes of a scroll oven in which the preforms transit.
  • they are hung by their neck to rotary lines called "spinners".
  • each preform is introduced hot into a mold where it undergoes high pressure blowing, possibly doubled by stretching by means of an elongation rod.
  • Preform heating also known as thermal conditioning, is a delicate operation because of the importance of the temperature of the material for subsequent blowing or stretch blow molding operations.
  • the average temperature of the preform must be greater than the glass transition temperature of the material of which it is made (approximately 80 ° C. for PET), so as to allow a bi-orientation of the material during blowing. or stretch-blow molding, while being lower than a temperature (about 140 0 C for the PET) beyond which the material presents risks of crystallization which would make the preform unsuitable for blowing.
  • the temperature distribution within the preform itself affects the quality of the final container, and in particular its transparency and the distribution of the material in the body and the bottom of the container.
  • the temperature distribution has several aspects: the r circumference of the blank (that is to say angularly around the main axis of the blank) axially (that is to say parallel to the axis), and in the thickness of its wall. Owing to the rotation of the preforms during heating, the circumferential distribution of the temperature is generally uniform, although for certain useful applications it is possible to obtain a non-uniform circumferential distribution (see, for example, French patent no. FR 2,703,944 or its US equivalent No. 5,681,522).
  • the invention aims in particular to overcome the aforementioned drawbacks, by proposing a solution for measuring with increased reliability the wall temperature of a preform.
  • the invention proposes, in a first aspect, a method for measuring the wall temperature of a container blank, which comprises the operations of:
  • It can be provided to perform a single temperature measurement on the inner wall of the blank, or several simultaneous temperature measurements at different heights on the inner wall of the blank.
  • an additional operation may be provided, temperature measurement (s) on an outer wall of the blank, performed simultaneously with the or each temperature measurement (s) performed on the inner wall, at the same level than that (s).
  • the invention also proposes, according to a second aspect, a device for measuring the internal wall temperature of a container blank, comprising a non-contact temperature measurement unit mounted movably along a circuit comprising a useful section. coinciding locally with a roughing path and a buffer section spaced apart from said path, said measuring unit being movably mounted between a holding position, adopted in the buffer section of the circuit remote from the blank, and a measuring position , adopted in the useful section of the circuit and wherein the unit of measurement is at least partially introduced into the blank to make a non-contact temperature measurement of an inner wall of the blank.
  • This device is adapted to the implementation of the measurement method presented above.
  • the measuring unit comprises for example a probe provided with a tubular body in which is mounted a collection element of infrared radiation emitted by the inner wall of the blank, an infrared sensor remote from the collection element, and a waveguide for transmitting the collected radiation to the sensor.
  • the probe comprises a head surmounting the body and in which the infrared sensor is mounted.
  • the body of the probe is for example provided with a side window
  • the collecting element is for example a mirror disposed in the body at a lower end of the waveguide, opposite the window, this mirror being inclined relative to a main axis of the body to return infrared radiation at right angles in the waveguide.
  • the waveguide it can be formed by a reflective coating lining an inner wall of the body of the probe. Alternatively, it is an optical fiber.
  • the measurement unit may include a plurality of collection elements distributed over the height of the body, a plurality of sensors remote from the collection elements, and a plurality of waveguides between the collection elements and the sensors, so as to perform several simultaneous measurements at different levels in the blank and thus have a profile of the internal temperature of the blank on at least a portion of the height thereof.
  • the device comprises a plurality of measurement units mounted movable along the same circuit, so as to perform several simultaneous measurements of temperatures on several blanks.
  • the invention proposes a measuring system comprising a device for measuring an internal wall temperature of a blank as presented above, supplemented with a device for measuring a wall temperature. outer portion of the blank comprising an external wall temperature measurement unit mounted movable in synchronism with a unit for measuring the internal wall temperature, for simultaneous measurement of temperature (s) at the same level on the inner walls and external of a blank.
  • the invention proposes a machine for manufacturing containers from plastic blanks, which comprises a measuring device or a measuring system as presented above.
  • FIG. 1 is a perspective view partially showing a machine for manufacturing containers from preforms
  • Figure 2 is a perspective view showing the machine of Figure 1 according to another angle of view
  • Fig. 3 is a top view showing a device for measuring the preform wall temperature at the furnace exit of the machine of Figs. 1 and 2
  • Fig. 4 is a perspective view of the measuring device of Fig. 1
  • Fig. 5 is a sectional elevational view partially showing the device of Fig. 4 according to a first embodiment
  • Fig. 6 is a view similar to Fig. 5 according to a second embodiment
  • Figure 7 is a diagram showing two temperature distributions in the wall of a preform, following an ordinary profile, and in an optimized profile.
  • FIG. 1 a machine 1 for manufacturing containers 2 from preforms 3 of plastic such as PET.
  • This machine 1 comprises a heating unit 4, also called “oven” for convenience, a molding unit 5 provided with molds mounted on a carousel (shown schematically in the form of a cylinder), and a transfer wheel 6 arranged in a upstream of the molding unit 5 to feed it into hot preforms 3 at a predetermined rate.
  • a heating unit 4 also called “oven” for convenience
  • a molding unit 5 provided with molds mounted on a carousel (shown schematically in the form of a cylinder)
  • a transfer wheel 6 arranged in a upstream of the molding unit 5 to feed it into hot preforms 3 at a predetermined rate.
  • the preforms 3 are conveyed through the oven 4 to be heated prior to the blowing or stretching operations taking place within the molding unit 5.
  • the oven 4 is equipped with lamps or diodes radiating in the infrared at a predetermined power and spectrum.
  • the power and the spectrum of the radiation are controlled by means of a controller not shown.
  • the lamps or the diodes cover a wall 7 of the oven 4, an opposite wall 8 providing at least partial reflection of the radiation to optimize heating.
  • Each preform 3 is attached to a rotating hanger 9, also called a spinning device, which comprises a finger 10 fitted into the neck 11 of the preform 3, as well as a pinion meshing with a fixed chain running along the path followed by the preforms within 4, so as to ensure a substantially uniform rotation of the preform 3 during its heating.
  • a rotating hanger 9 also called a spinning device
  • conveying preforms 3 can indifferently be insured neck up (as in the example shown) or neck down.
  • the preforms 3 are heated in such a way that they present at the inlet of the molding unit 5 an average temperature greater than the glass transition temperature of the material (ie about 80 ° C. for PET).
  • the quality of the final container depends to a large extent on the quality of the heating, if one excludes the intrinsic defects of the preforms 3, which can not usually be erased from the manufacturing process, but which remain relatively rare.
  • a non-optimized heating of the preforms 3 can cause, at least, defects in the shape of the final containers, or even inadaptation of the preforms 3 to the blowing.
  • a too low temperature of the preform 3 can induce on the final container the appearance of pearlescence (beaded appearance) whitish, consequence of an overstretching of the preform 3 causing the molecular level breakage of long polymerized chains.
  • an excessively high temperature of the preform 3 may cause spherulitic crystallization of the material, rendering the preform 3 unsuitable for blowing.
  • one of the essential parameters to take into account to ensure the success of the blowing or stretching is the temperature distribution in the thickness of the preform 3.
  • the ordinary temperature profile generally has a strong gradient between the inner wall 12 and the outer wall 13, with a comparatively higher temperature on the outer wall 13, as shown in the diagram of FIG. 7, in which x denotes the thickness of the preform 3.
  • the inventors have found that the final container has good visual and structural qualities (in particular good transparency with a relatively homogeneous thickness) if the temperature distribution has an optimized profile as shown in the diagram of FIG. 7: low gradient between internal wall and outer wall, comparatively higher temperature in inner wall.
  • the control of this distribution can be achieved by adjusting various parameters of the machine 1 associated with the heating, in particular: the ventilation setpoint (cooling) of the preforms 3, the thermal stabilization time of the preforms 3, the exposure time of the preforms 3 to the radiation, and the speed of rotation of the preforms 3 on themselves. These adjustments are made manually or automatically on the basis of temperature measurements made on the preforms 3 at the outlet of the oven, under the conditions that will now be described.
  • the machine 1 comprises a device 14 for measuring the temperature of the inner wall 12 of the preforms 3 coming out of the oven 4.
  • the device 14 comprises a plurality of measurement units mounted movable on a closed loop circuit 16 extending along the path 17 (in this case substantially linear) of the preforms 3 at the outlet of the furnace 4.
  • the circuit 16 comprises a section 18, which coincides locally with the path 17 of the preforms 3, and in which the measurement units are coupled to the preforms 3 which they accompany over a predetermined distance to take the temperature measurement, and a buffer section 19, separated from the path 17 of the preforms 3, in which the measuring units 15 are uncoupled from the preforms for recirculation accompanied by thermal reconditioning (i.e., in practice, a cooling device). free or forced, for example by means of ventilation) in order to perform the following temperature measurement.
  • thermal reconditioning i.e., in practice, a cooling device.
  • Each measuring unit comprises a tubular probe 20, intended to be introduced into a preform 3 through a bore 21 made in the finger 10 of the spinner 9, in order to perform in the preform 3 a temperature measurement on the inner wall. 12 of it.
  • the probe 20 comprises a hollow cylindrical body 22 extending along a principal axis A (oriented vertically) and surmounted by a head 23 in which is mounted, at the junction with the body 22 at an upper end thereof, a infrared sensor 24 coupled to a signal processing electronics (not shown).
  • the measurement unit 15 is a single-sensor, the body 22 of the probe forming a waveguide formed by a cylindrical internal wall lined with a reflective coating.
  • a mirror 26 is mounted in the body 22 at a distance from the sensor 24, at a lower end of the guide 25 wave.
  • the mirror 26 is disposed at and facing a window 27 formed in the body 22 and is inclined, with respect to the axis A, by an angle of approximately 45 °, so that a light wave penetrating through the window 27 perpendicular to the axis A of the body is collected by the mirror 26 and reflected by the latter substantially parallel to the axis A towards the sensor 24.
  • This configuration makes it possible to take a temperature measurement at a single altitude on the inner wall 12 of the preform.
  • the angle of inclination of 45 ° of the mirror 26 is here given by way of example, the return of the right-angle wave corresponding to a greater architectural simplicity of the measurement unit.
  • the measurement unit 15 is multi-sensor, the probe 20 comprising several sensors associated with several windows 27 made at different heights in the body 22 to allow several temperature taps (preferably simultaneous) on the inner wall 12 of the preform 3, at different heights.
  • the general structure of the probe 20 may be derived from that of the single-sensor unit described above, with a plurality of mirrors disposed opposite the windows and separately connected to their respective sensors by means of separate infrared waveguides. extending in parallel with the axis A of the body 22.
  • the transmission of the infrared signal can be carried out by means of connecting optical fibers, infrared detectors mounted opposite the windows, and remote sensors located in the head 23 to relay the signal to the processing electronics. It should be noted that the measurements are not necessarily specific, but may target localized areas with an area of a few mm 2 at most.
  • the useful section 18 extends between a coupling zone 28, where the measurement units are introduced vertically into the preforms 3, and an uncoupling zone 29, where the units 15 are removed from the preforms 3.
  • the predetermined length of the useful section on which the measurements are made is chosen according to several parameters, including the reactivity of the measurement unit (as a function of its thermal inertia and the performance of the sensor 24, particularly its integration time, that is the time interval between the capturing of the signal by the photosites of the sensor 24 and the conversion of the received signal into digital data), the running speed of the preforms 3, and their rotational speed.
  • the measurement will be performed on a complete turn of the preform 3, so as to have the internal wall temperature profile 12 over the entire circumference of the preform 3.
  • the measurement units 15 are fixed in rotation, and retain their radial orientation during their displacement, which is consequently carried out by pure translation along their circuit 16. If the section 18 useful follows locally 17 followed by the preforms 3, the buffer section 19 has a form and a length independent of this path 17. In the illustrated example, which is not limiting in nature, the circuit 16 has an oblong profile (substantially racetrack shaped).
  • Each measurement unit 15 is fixed on a support 34 mounted vertically sliding (for example by means of a cam or, as represented in FIG. 5, of a jack 35) and moving along the circuit 16, between: a standby position (or high position in the illustrated configuration where the preforms 3 are conveyed neck up), adopted by the measuring unit in the buffer section 19, in which the unit 15 extends above preforms 3 (more precisely above a plane containing an upper face of the fingers 10 of the rollers 9, a measurement position (or low position in the configuration illustrated in particular in FIG. 5), adopted by the unit 15 in the useful section 18, in which the unit 15 extends at the level of the preforms 3 to enable the temperature to be taken up on the internal wall 12.
  • each measuring unit is brought tangentially to the vertical of a preform 3 and passes quickly (in a fraction of a second) from its waiting position to its measuring position, the probe 20 being introduced into the preform 3 to make the internal wall temperature measurement 12.
  • the probe 20 remains in the preform for a predetermined time throughout the useful section 18 by taking the temperature, before being removed in the zone 29 of uncoupling by a reverse movement from that described above.
  • the probe 20 Since the probe 20 has undergone heating due to its prolonged exposure to the hot atmosphere prevailing in the preform 3, it may be desirable to subject it to thermal reconditioning along the buffer section 19. This thermal reconditioning can be free, that is to say that the ambient air in which the device is bathed
  • each measuring unit 15 is not introduced into the preform 3, a heating of the sensor 24 can not be excluded because of the ascending hot air flow accompanying each preform 3, due to thermal convection phenomena. It should be noted that, given its thermal inertia, heating of the sensor 24 is brought to stabilize after starting or restarting production. It may be beneficial to take advantage of the warming of the sensor 24 by not promoting its cooling along the buffer section 19, so as to accelerate its responsiveness during the next measurement.
  • the measurements made are stored in order to feed a feedback program implemented in a central machine parameter control unit, in order to act on various parameters already mentioned above: heating temperature, ventilation setpoint, scrolling speed, speed of rotation of the preforms .
  • the machine 1 can be equipped with an additional device 31 for measuring the temperature of the outer wall 13 of the preforms 3, which comprises a plurality of measuring units 32 mounted movable on a closed loop circuit extending along the way
  • each measurement unit 32 comprises a single sensor 33 arranged to make a temperature measurement on the outer wall 13 of the preform 3 at the same level as the internal temperature measurement, so as to have, in addition to an absolute temperature measurement, an evaluation of the temperature difference between internal wall 12 and outer wall 13.
  • the internal and external measurements are made at the same level, that is to say at the same cylindrical coordinates on the preform 3 (same height and at the same angle).
  • the internal and external sensors 33 are preferably fixed on the same support 34, so as to ensure perfect coincidence of the measurement axes, as well as a synchronized displacement of the sensors 24 and 33 in the vertical direction.
  • each measuring unit 32 comprises a series of sensors 33 arranged vertically to make temperature taps on the outer wall 13 of the preform 3 at the same levels as the internal temperature taps. , so as to have, in addition to a plurality of temperatures at different heights in the preform 3, corresponding temperature differences between the inner wall 12 and the outer wall 13.
  • a thermal reconditioning such as that mentioned above may be provided for the external temperature measurement units 32, whose sensors 33 also have a tendency to heat up near the preforms 3 when taking temperature.
  • heating of the external sensors 33 can be better controlled than that of the internal sensors, insofar as it is possible to freely adjust the distance to the preform 3. It is thus possible to choose sensors 33, such as cameras thermal, having sufficient focusing distances to limit heating.
  • a sensor type OPTRIS® CT Laser model G5LCF3 (French specifications available online on the link www.optris.de/fr/pdfs/CTIaser.pdf) will be suitable for this purpose, with a focusing distance of 200 mm for a light spot diameter of about 2.9 mm.
  • the device 14 for measuring the internal temperature possibly coupled to the external measuring device 31 to form a global temperature measurement system, making it possible to carry out on the preforms 3 a systematic temperature measurement without sampling, without affecting the manufacturing process, and in particular without affecting the production rate.
  • the dual temperature measurement internal and external
  • the delta thus obtained is a representative quantity of the quality of the heating and makes it possible to better adjust the machine parameters so as to obtain the desired heating profile.
  • the preforms are rotated at the outlet of the furnace, in the same manner as within it.
  • the machine 1 does not include means for rotating the preforms 3 at the outlet of the oven 4, it may appear necessary to provide means for rotating the units 15 for measuring the internal temperature, so as to obtain a temperature profile on the internal (and possibly external) circumference of the preform 3.
  • the measuring unit 15 can be configured to jointly perform temperature measurements on the inner wall 12 and on the wall 13 external.
  • it may be configured as a jumper, and have an internal probe and an external probe connected to a common head equipped with sensors for each probe.

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Abstract

Procédé et dispositif de mesure de la température de paroi d'une ébauche (3) de récipient, comprenant les opérations consistant à: Introduire dans l'ébauche (3) en mouvement, à l'issue d'une opération de chauffe de l'ébauche (3) au sein d'un four (4), une sonde (20) de température; Maintenir la sonde (20) dans l'ébauche (3) en mouvement pendant un temps prédéterminé; Effectuer, au moyen de la sonde (20) maintenue dans l'ébauche (3), une mesure de température sans contact sur une paroi (12) interne de l'ébauche (3); Mémoriser la température ou le profil de température ainsi mesurée.

Description

Dispositif et procédé de mesure de la température de paroi d'une ébauche de récipient
L'invention a trait à la fabrication de récipients à partir d'ébauches en matière plastique tel que PET. Le terme « ébauche » est ici employé pour désigner tant une préforme qu'un récipient intermédiaire ayant subi un premier soufflage et destiné à en subir un second en vue d'obtenir le récipient final.
Dans ce qui suit, on suppose pour simplifier, ce qui n'est nullement restrictif quant au type de fabrication retenu, que les ébauches sont des préformes.
Les opérations de fabrication des récipients comprennent, de manière connue, une opération de chauffe dans laquelle les préformes sont exposées au rayonnement infrarouge de lampes ou des diodes d'un four à défilement dans lequel transitent les préformes. Afin de permettre une chauffe relativement uniforme des préformes, celles-ci sont accrochées par leur col à des suspentes rotatives appelées « tournettes ».
À la sortie du four, chaque préforme est introduite chaude dans un moule où elle subit un soufflage à haute pression, éventuellement doublé d'un étirage réalisé au moyen d'une tige d'élongation.
La chauffe des préformes, également dénommée conditionnement thermique, est une opération délicate en raison de l'importance que revêt la température du matériau pour les opérations subséquentes de soufflage ou d'étirage soufflage.
D'une part, la température moyenne de la préforme doit être supérieure à la température de transition vitreuse du matériau dont elle est constituée (environ 800C pour le PET), de sorte à permettre une bi- orientation de la matière lors du soufflage ou de l'étirage-soufflage, tout en étant inférieure à une température (environ 1400C pour le PET) au- delà de laquelle le matériau présente des risques de cristallisation qui rendrait la préforme impropre au soufflage.
D'autre part, la distribution de température au sein de la préforme elle-même a une incidence sur la qualité du récipient final, et en particulier sur sa transparence et sur la répartition de la matière dans le corps et le fond du récipient. La distribution de la température revêt plusieurs aspects : sur la r circonférence de l'ébauche (c'est-à-dire angulairement autour de l'axe principal de l'ébauche), axialement (c'est-à-dire parallèlement à l'axe), et dans l'épaisseur de sa paroi. Grâce à la rotation des préformes au cours de la chauffe, la distribution circonférentielle de la température est généralement uniforme, bien qu'il soit pour certaines applications utile d'obtenir une répartition circonférentielle non uniforme (cf. par ex. le brevet français n°FR 2 703 944 ou son équivalent américain n°US 5 681 522). II est également possible de contrôler le profil de chauffe parallèlement à l'axe de la préforme, en contrôlant la puissance rayonnée par les lampes ou les diodes du four. Si l'uniformité axiale de la température est généralement souhaitée, certaines applications requièrent des profils non uniformes. La distribution de la température dans l'épaisseur de la paroi de la préforme, en revanche, est bien plus complexe à maîtriser, alors même que cette distribution est capitale pour la maîtrise du soufflage ou de l'étirage soufflage.
Malgré une certaine homogénéisation de la température par convection pendant la chauffe, il persiste généralement un gradient de température dans l'épaisseur de la préforme, et la complexité des échanges thermiques intervenant dans le four ainsi que la difficulté à mesurer les coefficients d'échange thermique (avec l'air au sein de la préforme, et avec l'air à l'extérieur de celle-ci) n'ont pas permis, comme le relèvent certains spécialistes, de modéliser avec sophistication la distribution de la température dans la préforme au début de l'opération de soufflage ou d'étirage soufflage (cf. F. Schmidt, « Étude expérimentale et modélisation du procédé d'injection soufflage bi- orientation en cycle froid de bouteilles en PET », Thèse de Doctorat de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2005).
Des tentatives en ce sens ont toutefois récemment été conduites tant au niveau expérimental (cf. par ex. P. Lebaudy, « Étude et simulation de la répartition des températures dans un cylindre creux de PET soumis à un rayonnement infrarouge », Thèse de Doctorat de l'Université de Rouen, 2009) qu'en marge de la production industrielle (cf. par ex. le brevet américain n°US 6 839 652, qui propose une méthode pour déterminer la distribution de température dans l'épaisseur d'une préforme, à partir de mesures effectuées en laboratoire au moyen de pyromètres disposés en regard de la paroi de la préforme).
À ce jour, les solutions proposées pour permettre un meilleur contrôle de la distribution de température dans l'épaisseur de la paroi sont toutefois insatisfaisantes d'un point de vue industriel, car de mise en œuvre trop complexe. Des prélèvements doivent être effectués sur la chaîne de production pour permettre des mesures ponctuelles, en partie manuelles, sur des préformes échantillons. Les prélèvements engendrent un temps de transfert depuis la chaîne au banc d'essai, au cours duquel le profil de température est modifié (tendant à une homogénéisation par diffusion), de sorte que les mesures ne rendent pas fidèlement compte de la distribution de température au sein des préformes présentes sur la chaîne de fabrication.
Quant aux mesures effectuées à la volée (cf. par ex. le brevet américain n°US 7 230 378), elles requièrent de coûteux capteurs dont la fiabilité des mesures reste à démontrer, surtout s'agissant de la température de la paroi interne de la préforme, mesurée à distance et de manière instantanée par l'extérieur de celle-ci.
L'invention vise notamment à remédier aux inconvénients précités, en proposant une solution permettant de mesurer avec une fiabilité accrue la température de paroi d'une préforme.
À cet effet, l'invention propose, suivant un premier aspect, un procédé de mesure de la température de paroi d'une ébauche de récipient, qui comprend les opérations consistant à :
Introduire dans l'ébauche en mouvement, à l'issue d'une opération de chauffe de l'ébauche au sein d'un four, une sonde de température ; - Maintenir la sonde dans l'ébauche en mouvement pendant un temps prédéterminé ;
Effectuer, au moyen de la sonde maintenue dans l'ébauche, une mesure de température sans contact sur une paroi interne de l'ébauche ; - Mémoriser la température ou le profil de température ainsi mesurée. Les mesures, réalisées directement sur la chaîne de fabrication entre la chauffe et le soufflage, sans prélèvement et sans contact, permettent sans incidence sur la cadence de production, de disposer d'au moins une mesure de la température de paroi interne du récipient, au bénéfice d'une meilleur régulation de la chauffe.
L'on peut prévoir de réaliser une mesure unique de température sur la paroi interne de l'ébauche, ou plusieurs mesures de température simultanées à différentes hauteurs sur la paroi interne de l'ébauche.
En outre, une opération supplémentaire peut être prévue, de mesure(s) de température sur une paroi externe de l'ébauche, effectuée(s) simultanément à la ou chaque mesure(s) de température effectuée sur la paroi interne, au même niveau que celle(s)-ci.
L'invention propose également, selon un deuxième aspect, un dispositif de mesure de la température de paroi interne d'une ébauche de récipient, comprenant une unité de mesure de température sans contact, montée déplaçable le long d'un circuit comprenant une section utile coïncidant localement avec un trajet de l'ébauche et une section tampon écartée dudit trajet, ladite unité de mesure étant montée mobile entre une position d'attente, adoptée dans la section tampon du circuit à distance de l'ébauche, et une position de mesure, adoptée dans la section utile du circuit et dans laquelle l'unité de mesure est au moins partiellement introduite dans l'ébauche pour y effectuer une mesure de température sans contact d'une paroi interne de l'ébauche.
Ce dispositif est adapté à la mise en œuvre du procédé de mesure présenté ci-dessus.
Dans ce dispositif, l'unité de mesure comprend par exemple une sonde munie d'un corps tubulaire dans lequel est monté un élément de collecte d'un rayonnement infrarouge émis par la paroi interne de l'ébauche, un capteur infrarouge distant de l'élément de collecte, et un guide d'onde pour transmettre le rayonnement collecté au capteur.
Suivant un mode de réalisation, la sonde comprend une tête surmontant le corps et dans laquelle est monté le capteur infrarouge.
Le corps de la sonde est par exemple muni d'une fenêtre latérale, et l'élément de collecte est par exemple un miroir disposé dans le corps à une extrémité inférieure du guide d'onde, en regard de la fenêtre, ce miroir étant incliné par rapport à un axe principal du corps pour renvoyer le rayonnement infrarouge à angle droit dans le guide d'onde. Quant au guide d'onde, il peut être formé par un revêtement réfléchissant tapissant une paroi interne du corps de la sonde. En variante, il s'agit d'une fibre optique.
L'unité de mesure peut comprendre plusieurs éléments de collecte répartis sur la hauteur du corps, plusieurs capteurs distants des éléments de collecte, et plusieurs guides d'onde entre les éléments de collecte et les capteurs, de sorte à réaliser plusieurs mesures simultanées à différents niveaux dans l'ébauche et ainsi disposer d'un profil de la température interne de l'ébauche sur au moins une partie de la hauteur de celle-ci.
Suivant un mode de réalisation préféré, le dispositif comprend une pluralité d'unités de mesures montées déplaçables le long du même circuit, de sorte à réaliser plusieurs mesures simultanées de températures sur plusieurs ébauches. L'invention propose, suivant un troisième aspect, un système de mesure comprenant un dispositif de mesure d'une température de paroi interne d'une ébauche tel que présenté ci-dessus, complété d'un dispositif de mesure d'une température de paroi externe de l'ébauche comprenant une unité de mesure de la température de paroi externe montée déplaçable en synchronisme avec une unité de mesure de la température de paroi interne, pour effectuer une mesure simultanée de température(s) au même niveau sur les parois interne et externe d'une ébauche.
L'invention propose, suivant un quatrième aspect, une machine de fabrication de récipients à partir d'ébauches en matière plastique, qui comprend un dispositif de mesure ou un système de mesure tels que présentés ci-dessus.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective montrant partiellement une machine de fabrication de récipients à partir de préformes ; la figure 2 est une vue en perspective montrant la machine de la figure 1 suivant un autre angle de vue ; (a figure 3 est une vue de dessus montrant un dispositif de mesure de la température de paroi de préformes à la sortie du four de la machine des figures 1 et 2 ; la figure 4 est une vue en perspective du dispositif de mesure de la figure 3 ; la figure 5 est une vue d'élévation en coupe montrant partiellement le dispositif de la figure 4, selon un premier mode de réalisation ; la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, suivant un deuxième mode de réalisation ; - la figure 7 est un diagramme montrant deux distributions de températures dans la paroi d'une préforme, suivant un profil ordinaire, et suivant un profil optimisé.
Sur la figure 1 est représentée une machine 1 de fabrication de récipients 2 à partir de préformes 3 en matière plastique tel que PET. Cette machine 1 comprend une unité 4 de chauffe, également dénommée « four » par simple commodité, une unité 5 de moulage munie de moules montés sur un carrousel (représenté schématiquement sous forme d'un cylindre), et une roue 6 de transfert disposée en amont de l'unité 5 de moulage pour alimenter celle-ci en préformes 3 chaudes à une cadence prédéterminée.
Les préformes 3 sont convoyées au travers du four 4 pour y être chauffées préalablement aux opérations de soufflage ou d'étirage soufflage se déroulant au sein de l'unité 5 de moulage. À cet effet, le four 4 est équipé de lampes ou de diodes rayonnant dans l'infrarouge à une puissance et sur un spectre prédéterminés. La puissance et le spectre du rayonnement sont contrôlés au moyen d'une centrale de commande non représentée. De manière classique, les lampes ou les diodes tapissent une paroi 7 du four 4, une paroi 8 opposée assurant une réflexion au moins partielle du rayonnement pour optimiser la chauffe.
Chaque préforme 3 est accrochée à une suspente 9 rotative, également appelée tournette, qui comprend un doigt 10 emmanché dans le col 11 de la préforme 3, ainsi qu'un pignon engrenant une chaîne fixe courant le long du parcours suivi par les préformes au sein du four 4, de manière à assurer une rotation sensiblement uniforme de la préforme 3 au cours de sa chauffe. Il est à noter que le convoyage des préformes 3 peut indifféremment être assuré col en haut (comme dans l'exemple illustré) ou col en bas.
La chauffe des préformes 3 est réalisée de manière telle qu'elles présentent à l'entrée de l'unité 5 de moulage une température moyenne supérieure à la température de transition vitreuse du matériau (soit environ 800C pour le PET). La qualité du récipient final dépend en grande partie de la qualité de la chauffe, si l'on exclut les défauts intrinsèques des préformes 3, que ne peut généralement pas gommer le procédé de fabrication, mais qui restent relativement rares. A contrario, une chauffe non optimisée des préformes 3 peut engendrer, a minima des défauts de forme des récipients finaux, voire une inadaptation des préformes 3 au soufflage.
Ainsi, une température trop basse de la préforme 3 peut induire sur le récipient final l'apparition d'une perlescence (aspect perlé) blanchâtre, conséquence d'un surétirage de la préforme 3 provoquant au niveau moléculaire une rupture des longues chaînes polymérisées. A contrario, une température trop élevée de la préforme 3 peut provoquer une cristallisation sphérolitique du matériau, rendant la préforme 3 impropre au soufflage. Plus précisément, l'un des paramètres essentiels à prendre en compte pour assurer le succès du soufflage ou de l'étirage soufflage est la distribution de température dans l'épaisseur de la préforme 3.
En l'absence d'optimisation, le profil ordinaire de température présente généralement un fort gradient entre la paroi 12 interne et la paroi 13 externe, avec une température comparativement plus élevée en paroi 13 externe, comme cela est représenté sur le diagramme de la figure 7, sur lequel x désigne l'épaisseur de la préforme 3.
Les inventeurs ont constaté que le récipient final présentait des bonnes qualités visuelles et structurelles (notamment une bonne transparence une épaisseur relativement homogène) si la distribution de température présentait un profil optimisé tel que représenté sur le diagramme de la figure 7 : faible gradient entre paroi interne et paroi externe, température comparativement supérieure en paroi interne.
La maîtrise de cette distribution peut être réalisée en réglant divers paramètres de la machine 1 associés à la chauffe, notamment : la consigne de ventilation (refroidissement) des préformes 3, le temps de stabilisation thermique des préformes 3, le temps d'exposition des préformes 3 au rayonnement, et la vitesse de rotation des préformes 3 sur elles-mêmes. Ces réglages sont effectués manuellement ou de manière automatique sur la base de mesures de température effectuées sur les préformes 3 à la sortie du four, dans les conditions qui vont à présent être décrites.
Comme cela est illustré sur les figures 1 à 6, la machine 1 comprend un dispositif 14 de mesure de la température de la paroi 12 interne des préformes 3 sortant du four 4. Comme cela est visible sur les figures 1 à 4, le dispositif 14 comprend une pluralité d'unités 15 de mesures montées déplaçables sur un circuit 16 en boucle fermée s'étendant le long du trajet 17 (en l'occurrence sensiblement linéaire) des préformes 3 à la sortie du four 4. Le circuit 16 comprend une section 18 utile, qui coïncide localement avec le trajet 17 des préformes 3, et dans laquelle les unités 15 de mesure sont accouplées aux préformes 3 qu'elles accompagnent sur une distance prédéterminée pour effectuer la prise de température, et une section 19 tampon, écartée du trajet 17 des préformes 3, dans laquelle les unités 15 de mesure sont désaccouplées des préformes pour subir une recirculation accompagnée d'un reconditionnement thermique (c'est-à-dire, en pratique, un refroidissement libre ou forcé, par exemple au moyen d'une ventilation) en vue d'effectuer la prise de température suivante.
Chaque unité 15 de mesure comprend une sonde 20 tubulaire, destinée à être introduite dans une préforme 3 au travers d'un perçage 21 pratiqué dans le doigt 10 de la tournette 9, pour effectuer dans la préforme 3 une prise de température sur la paroi interne 12 de celle-ci.
La sonde 20 comprend un corps 22 cylindrique creux s'étendant suivant un axe A principal (orienté verticalement) et surmonté d'une tête 23 dans laquelle est monté, à la jonction avec le corps 22 à une extrémité supérieure de celui-ci, un capteur 24 infrarouge couplé à une électronique de traitement du signal (non représentée).
Suivant un premier mode de réalisation illustré sur la figure 5, l'unité 15 de mesure est monocapteur, le corps 22 de la sonde formant un guide 25 d'onde formé par une paroi interne cylindrique tapissée d'un revêtement réfléchissant. Un miroir 26 est monté dans le corps 22 à distance du capteur 24, à une extrémité inférieure du guide 25 d'onde. Le miroir 26 est disposé au niveau et en regard d'une fenêtre 27 pratiquée dans le corps 22 et est incliné, par rapport à l'axe A, d'un angle de 45° environ, de sorte qu'une onde lumineuse pénétrant par la fenêtre 27 perpendiculairement à l'axe A du corps est collectée par le miroir 26 et réfléchie par celui-ci sensiblement parallèlement à l'axe A en direction du capteur 24. Cette configuration permet d'effectuer une prise de température à une altitude unique sur la paroi 12 interne de la préforme. L'angle d'inclinaison de 45° du miroir 26 est ici donné à titre d'exemple, le renvoi de l'onde à angle droit correspondant à une plus grande simplicité architecturale de l'unité 15 de mesure.
Suivant un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 6, l'unité 15 de mesure est multicapteurs, la sonde 20 comprenant plusieurs capteurs associés à plusieurs fenêtres 27 pratiquées à différentes hauteurs dans le corps 22 pour permettre plusieurs prises de températures (de préférence simultanées) sur la paroi 12 interne de la préforme 3, à des hauteurs différentes. La structure générale de la sonde 20 peut être dérivée de celle de l'unité 15 monocapteur décrit ci- dessus, plusieurs miroirs étant disposés en face des fenêtres et reliés séparément à leurs capteurs respectifs au moyen de guides d'onde infrarouge distincts, s'étendant parallèlement à l'axe A du corps 22. En variante, on peut effectuer la transmission du signal infrarouge au moyen de fibres optiques reliant, des détecteurs infrarouges montés en regard des fenêtres, et des capteurs distants situés dans la tête 23 pour relayer le signal vers l'électronique de traitement. II est à noter que les mesures ne sont pas nécessairement ponctuelles, mais peuvent viser des zones localisées, d'une surface de quelques mm2 tout au plus.
Comme cela est visible sur les figures 3 et 4, la section 18 utile s'étend entre une zone 28 d'accouplement, où les unités 15 de mesure sont introduites verticalement dans les préformes 3, et une zone 29 de désaccouplement, où les unités 15 de mesure sont retirées des préformes 3.
La longueur, prédéterminée, de la section 18 utile sur laquelle sont effectuées les mesures, est choisie en fonction de plusieurs paramètres, dont la réactivité de l'unité 15 de mesure (fonction de son inertie thermique et des performances du capteur 24, notamment son temps d'intégration, c'est-à-dire l'intervalle de temps séparant la captation du signal par les photosites du capteur 24 et la conversion du signal reçu en données numériques), la vitesse de défilement des préformes 3, et leur vitesse de rotation.
De préférence, la prise de mesure sera effectuée sur un tour complet de la préforme 3, de manière à disposer du profil de température en paroi 12 interne sur la totalité de la circonférence de la préforme 3.
Comme cela est visible sur la figure 4, les unités 15 de mesures sont fixes en rotation, et conservent leur orientation radiale au cours de leur déplacement, qui s'effectue par conséquent par pure translation le long de leur circuit 16. Si la section 18 utile suit localement le 17 suivi par les préformes 3, la section 19 tampon présente quant à elle une forme et une longueur indépendante de ce trajet 17. Dans l'exemple illustré, qui ne revêt aucun caractère limitatif, le circuit 16 présente un profil oblong (sensiblement en forme d'hippodrome).
Chaque unité 15 de mesure est fixée sur un support 34 monté coulissant verticalement (par exemple au moyen d'une came ou, comme représenté sur la figure 5, d'un vérin 35) et se déplaçant le long du circuit 16, entre : - une position d'attente (ou position haute dans la configuration illustrée où les préformes 3 sont convoyées col en haut), adoptée par l'unité 15 de mesure dans la section 19 tampon, dans laquelle l'unité 15 s'étend au-dessus des préformes 3 (plus précisément au- dessus d'un plan contenant une face 30 supérieure des doigts 10 des tournettes 9, une position de mesure (ou position basse dans la configuration illustrée notamment sur la figure 5), adoptée par l'unité 15 de mesure dans la section 18 utile, dans laquelle l'unité 15 s'étend au niveau des préformes 3 pour permettre la prise de température sur la paroi 12 interne.
Dans la zone 28 d'accouplement, chaque unité 15 de mesure est amenée tangentiellement à la verticale d'une préforme 3 et passe rapidement (en une fraction de seconde) de sa position d'attente à sa position de mesure, la sonde 20 étant introduite dans la préforme 3 pour y effectuer la prise de température en paroi 12 interne.
La sonde 20 demeure dans la préforme pendant une durée prédéterminée tout au long de la section 18 utile en effectuant la prise de température, avant d'en être retirée dans la zone 29 de désaccouplement par un mouvement inverse de celui décrit ci-dessus.
La sonde 20 ayant subi un échauffement du fait de son exposition prolongée à l'atmosphère chaude régnant dans la préforme 3, il peut être souhaitable de la soumettre à un reconditionnement thermique le long de la section 19 tampon. Ce reconditionnement thermique peut être libre,, c'est-à-dire que l'air ambiant dans lequel baigne le dispositif
14 de mesure est jugé suffisant pour assurer un refroidissement correct des unités 15 de mesure en vue de leur réutilisation au cycle suivant, ou forcé au moyen d'une ventilation appropriée générant un flux d'air puisé dirigé vers les unités 15 de mesure. Ce flux d'air est préférentiellement dirigé vers les sondes 20. Toutefois, bien que la tête
23 de chaque unité 15 de mesure ne soit pas introduite dans la préforme 3, un échauffement du capteur 24 ne peut être exclu en raison du flux d'air chaud ascendant accompagnant chaque préforme 3, dû aux phénomènes de convection thermique. Il est à noter que, compte tenu de son inertie thermique, réchauffement du capteur 24 est amené à se stabiliser après le démarrage ou le redémarrage de la production. Il peut être bénéfique de mettre à profit réchauffement du capteur 24 en ne favorisant pas son refroidissement le long de la section 19 tampon, de sorte à accélérer sa réactivité lors de la prise de mesure suivante.
Les mesures effectuées sont mémorisées pour alimenter un programme de rétroaction implémenté dans une unité centrale de contrôle des paramètres machine, pour agir sur divers paramètres déjà évoqués ci-dessus : température de chauffe, consigne de ventilation, vitesse de défilement, vitesse de rotation des préformes.
Par ailleurs, la machine 1 peut être équipée d'un dispositif 31 supplémentaire de mesure de température de la paroi 13 externe des préformes 3, qui comprend une pluralité d'unités 32 de mesure montées déplaçables sur un circuit en boucle fermée s'étendant le long du trajet
17 des préformes 3 à la sortie du four, et accompagnant celles-ci le long de la section 18 utile couverte par le dispositif 14 de mesure de température interne. Les unités 15, 32 de mesure des deux dispositifs
14, 31 sont synchronisées de manière que les prises de températures interne et externe soient effectuées simultanément.
Suivant un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 5, chaque unité 32 de mesure comprend un capteur 33 unique disposé pour effectuer une prise de température sur la paroi 13 externe de la préforme 3 au même niveau que la prise de température interne, de sorte à disposer, en sus d'une mesure absolue de température, d'une évaluation de la différence de température entre paroi 12 interne et paroi 13 externe. Les mesures interne et externe sont effectuées au même niveau, c'est-à-dire aux mêmes coordonnées cylindriques sur la préforme 3 (même hauteur et au même angle). Les capteurs 24 interne et externe 33 sont de préférence fixés sur le même support 34, de sorte à assurer une parfaite coïncidence des axes de mesure, ainsi qu'un déplacement synchronisé des capteurs 24 et 33 dans la direction verticale.
Suivant un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 6, chaque unité 32 de mesure comprend une série de capteurs 33 disposés verticalement pour effectuer des prises de températures sur la paroi 13 externe de la préforme 3 aux mêmes niveaux que les prises de température internes, de sorte à disposer, en sus d'une pluralité de températures à différentes hauteur dans la préforme 3, des différences correspondantes de température entre paroi 12 interne et paroi 13 externe. Un reconditionnement thermique tel que celui évoqué ci-dessus peut, être prévu pour les unités 32 de mesure de température externe, dont les capteurs 33 ont eux aussi tendance à s'échauffer à proximité des préformes 3 lors de la prise de température.
Bien entendu, réchauffement des capteurs 33 externes peut être mieux contrôlé que celui des capteurs 24 internes, dans la mesure où il est possible d'en régler librement la distance à la préforme 3. On peut ainsi choisir des capteurs 33, telles que des caméras thermiques, ayant des distances de focalisation suffisantes pour limiter l'échauffement.
À titre d'exemple, on peut choisir un capteur de type OPTRIS® CT Laser de modèle G5LCF3 (spécifications françaises disponibles en ligne sur le lien www.optris.de/fr/pdfs/CTIaser.pdf) conviendra dans cette optique, avec une distance de focalisation de 200 mm pour un diamètre de tache lumineuse de 2,9 mm environ.
Le dispositif 14 de mesure de la température interne, éventuellement couplé au dispositif 31 de mesure externe pour former un système global de mesure de température, permettant d'effectuer sur les préformes 3 une prise de température systématique, sans prélèvement, sans incidence sur le procédé de fabrication, et en particulier sans incidence sur la cadence de fabrication.
S'agissant plus spécifiquement de la mesure double de température (interne et externe), elle permet de relever la différence (appelée « delta ») de température entre paroi interne et paroi externe. Le delta ainsi obtenu est une grandeur représentative de la qualité de la chauffe et permet de régler à meilleur escient les paramètres machine de sorte à obtenir le profil de chauffe souhaité.
Diverses variantes peuvent être prévues sans sortir du cadre général de l'invention, notamment pour adapter la mesure à la configuration générale de la machine 1.
Ainsi, dans les exemples décrits ci-dessus, on a supposé que les préformes sont entraînées en rotation à la sortie du four, de la même manière qu'au sein de celui-ci. Dans l'hypothèse où la machine 1 ne comprendrait pas de moyens de mise en rotation des préformes 3 à la sortie du four 4, il peut paraître nécessaire de prévoir des moyens de mise en rotation des unités 15 de mesure de la température interne, de sorte à obtenir un profil de température sur la circonférence interne (et éventuellement externe) de la préforme 3. De même, l'unité 15 de mesure peut être configurée pour effectuer conjointement des mesures de température sur la paroi 12 interne et sur la paroi 13 externe. A cet effet, elle peut être conformée en cavalier, et présenter une sonde interne et une sonde externe raccordées à une tête commune équipée de capteurs pour chaque sonde.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure de la température de paroi d'une ébauche
(3) de récipient, caractérisé par les opérations consistant à :
Introduire dans l'ébauche (3) en mouvement, à l'issue d'une opération de chauffe de l'ébauche (3) au sein d'un four (4), une sonde (20) de température ; - Maintenir la sonde (20) dans l'ébauche (3) en mouvement pendant un temps prédéterminé ;
Effectuer, au moyen de la sonde (20) maintenue dans l'ébauche (3), une mesure de température sans contact sur une paroi (12) interne de l'ébauche (3) ; - Mémoriser la température ou le profil de température ainsi mesurée.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel une mesure unique de température est effectuée sur la paroi (12) interne de l'ébauche (3).
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel plusieurs mesures de température sont effectuées simultanément à différentes hauteurs sur la paroi (12) interne de l'ébauche (3).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, qui comprend une opération . supplémentaire de mesure(s) de température sur une paroi (13) externe de l'ébauche (3), effectuée(s) simultanément à la ou chaque mesure(s) de température effectuée sur la paroi (12) interne, au même niveau que celle(s)-ci.
5. Dispositif (14) de mesure de la température de paroi (12) interne d'une ébauche (3) de récipient, caractérisé en ce qu'il comprend une unité (15) de mesure de température sans contact, montée déplaçable le long d'un circuit (16) comprenant une section (18) utile coïncidant localement avec un trajet (17) de l'ébauche (3) et une section (19) tampon écartée dudit trajet (17), ladite unité (15) de mesure étant montée mobile entre une position d'attente, adoptée dans la section (19) tampon du circuit (16) à distance de l'ébauche (3), et une position de mesure, adoptée dans la section (18) utile du circuit (16) et dans laquelle l'unité (15) de mesure est au moins partiellement introduite dans l'ébauche (3) pour y effectuer une mesure de température sans contact d'une paroi (12) interne de l'ébauche (3).
6. Dispositif (14) selon la revendication 5, dans lequel l'unité (15) de mesure comprend une sonde (20) munie d'un corps (22) tubulaire dans lequel est monté un élément (26) de collecte d'un rayonnement infrarouge émis par la paroi (12) interne de l'ébauche, un capteur (24) infrarouge distant de l'élément (26) de collecte, et un guide (25) d'onde pour transmettre le rayonnement collecté au capteur (24).
7. Dispositif (14) selon la revendication 6, dans lequel la sonde (20) comprend une tête (23) surmontant le corps (22) et dans laquelle est monté le capteur (24) infrarouge.
8. Dispositif (14) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le corps (22) de la sonde (20) est muni d'une fenêtre (27) latérale, et dans lequel l'élément (26) de collecte est un miroir disposé dans le corps (22) à une extrémité inférieure du guide (25) d'onde, en regard de la fenêtre (27), le miroir (26) étant incliné par rapport à un axe (A) principal du corps (22) pour renvoyer le rayonnement infrarouge à angle droit dans le guide (25) d'onde.
9. Dispositif (14) selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel le guide (25) d'onde est formé par un revêtement réfléchissant tapissant une paroi interne du corps (22) de la sonde (20).
10. Dispositif (14) selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel le guide (25) d'onde est une fibre optique.
1 1. Dispositif (14) selon l'une des revendications 5 à 10, dans lequel l'unité (15) de mesure comprend plusieurs éléments de collecte répartis sur la hauteur du corps, plusieurs capteurs distants des éléments de collecte, et plusieurs guides d'onde entre les éléments de collecte et les capteurs.
12. Dispositif (14) selon l'une des revendications 5 à 9, qui comprend une pluralité d'unités (15) de mesures montées déplaçables le long du même circuit (16).
13. Système de mesure comprenant un dispositif (14) de mesure d'une température de paroi (12) interne d'une ébauche (3) selon l'une des revendications 5 à 10, et un dispositif (31 ) de mesure d'une température de paroi (13) externe de l'ébauche (3) comprenant une unité (32) de mesure de la température de paroi (13) externe montée déplaçable en synchronisme avec une unité (15) de mesure de la température de paroi (12) interne, pour effectuer une mesure simultanée de température(s) au même niveau sur les parois (12, 13) interne et externe d'une ébauche (3).
14. Machine (1 ) de fabrication de récipients (2) à partir d'ébauches (3) en matière plastique, qui comprend un dispositif (14) de mesure selon l'une des revendications 5 à 12, ou un système de mesure selon la revendication 13.
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