FR3140427A1 - Système de mesure de la planéité d’un substrat - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système de mesure de la planéité (1) d’une surface , ladite surface étant la surface d’un substrat (2) maintenu par un support, ledit système de mesure de la planéité comprenant un module détecteur (10) et une source lumineuse (12), ladite source lumineuse générant un faisceau lumineux (F) et étant agencée pour être fixée sur la surface du substrat ou sur le support pour servir de référence, ledit module détecteur comprend une surface réceptrice (102) portée par un capteur (102’) et apte à être placée en regard de la source lumineuse pour être pointée par ledit faisceau lumineux et fournir un signal électrique représentatif de la position pointé de la surface de détection, caractérisé en ce que ledit module détecteur est agencé pour que le capteur photoélectrique soit monté mobile orthogonalement par rapport au plan du substrat.
Fig 1
Description
L’invention concerne un système permettant de mesurer la planéité d’un substrat.
La production d’un substrat comme du verre plat de type float consiste à verser du verre fondu sur un bain d'étain liquide qui s'y étale en formant un ruban continu. Ce ruban continu est refroidi puis découpé pour former des plaques, préférentiellement rectangulaire.
Un critère de qualité de ces plaques est leur planéité. On comprend par-là que le produit attendu doit présenter un profil le plus plan possible
Or, le procédé de fabrication de verre et, éventuellement, le ou les procédés de traitement par exemple thermique des plaques, sont susceptibles d’entrainer une non planéité desdites plaques. Effectivement, le verre chaud sortant du four et convoyé par des moyens de convoyage du type rouleaux, est susceptible de se déformer lors de son refroidissement.
Si les procédés sont paramétrés et agencés pour éviter au maximum la formation de déformations et d’ondulations du profil du substrat verrier, ces déformation et ondulations peuvent toujours se produire.
Il existe donc un besoin d’avoir un système pour mesurer la planéité d’un substrat afin d’éviter tout problème qualité en particulier sur les étapes de transformation qui suivent le procédé float en particulier lors de la découpe du verre, son feuilletage du verre, ou encore la réalisation de double vitrage.
La présente invention a pour but de fournir un système de mesure de la planéité d’un substrat qui soit fiable et précis c’est-à-dire permettant de détecter des faibles variations de surface.
A ce titre, l’invention concerne un système de mesure de la planéité d’une surface , ladite surface étant la surface d’un substrat maintenu par un support, ledit système de mesure de la planéité comprenant un module détecteur et une source lumineuse, ladite source lumineuse générant un faisceau lumineux et étant agencée pour être fixée sur la surface du substrat ou sur le support pour servir de référence, ledit module détecteur comprend une surface réceptrice portée par un capteur et apte à être placée en regard de la source lumineuse pour être pointée par ledit faisceau lumineux et fournir un signal électrique représentatif de la position pointé de la surface de détection, caractérisé en ce que ledit module détecteur est agencé pour que le capteur photoélectrique soit monté mobile orthogonalement par rapport au plan du substrat.
Selon un exemple, le capteur photoélectrique comprend une jonction PN.
Selon un exemple, la jonction PN est du type PIN.
Selon un exemple, la couche I présente une résistivité supérieure aux couches P et N, la couche P comprenant deux électrodes.
Selon un exemple, le module détecteur comprend des moyens de guidage du capteur photoélectrique et un élément de contact permettant audit capteur photoélectrique d’être en contact avec la surface du substrat.
Selon un exemple, les moyens de guidage comprennent en outre au moins un élément ressort permettant d’assurer le contact entre le capteur photoélectrique et le substrat.
Selon un exemple, le module détecteur et /ou la source lumineuse comprennent en outre des moyens de positionnement.
Selon un exemple, les moyens de guidage comprennent en outre des moyens de réglage de la position de la surface réceptrice par rapport au faisceau lumineux.
Selon un exemple, au moins le module détecteur est monté sur un module de déplacement.
L’invention concerne en outre un procédé de mesure de la planéité d’un substrat disposé sur un support, ledit procédé comprenant le system selon l’une des revendications précédentes et comprenant les étapes :
- Se munir d’un substrat sur un support ;
- Se munir d’un système de mesure de la planéité ;
- Placer la source lumineuse sur le support ou le substrat et le module détecteur sur le substrat et orienter le faisceau lumineux vers la surface réceptrice, ledit module détecteur étant apte à générer un signal électrique représentatif de la position pointée de la surface de détection
Déplacer le module détecteur par rapport à la source lumineuse en gardant la source lumineuse orientée vers la surface réceptrice pour obtenir la variation de la position du faisceau lumineux sur la surface réceptrice.Selon un exemple, le système comprend des moyens de guidage comprenant en outre des moyens de réglage de la position de la surface réceptrice par rapport au faisceau lumineux et en ce que ledit procédé comprend une étape de réglage permettant d’aligner le faisceau et la surface réceptrice pat rapport à un point de référence.
Selon un exemple, au moins le module détecteur est monté sur un module de déplacement, ledit module de déplacement étant activé pour obtenir la variation de la position du faisceau lumineux sur la surface réceptrice
D’autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la représente une représentation schématique d’un substrat sur un support et un système de mesure de la planéité selon l’invention ;
- la représente une représentation schématique d’une source lumineuse d’un système de mesure de la planéité selon l’invention;
- la représente une représentation schématique d’un module détecteur d’un système de mesure de la planéité selon l’invention;
- la représente une représentation schématique d’un capteur d’un module détecteur d’un système de mesure de la planéité selon l’invention;
- la représente une représentation schématique du fonctionnement d’un système de mesure de la planéité selon l’invention;
- la représente une représentation schématique d’une variante d’un module détecteur d’un système de mesure de la planéité selon l’invention;
L’invention représenté sur la décrit un système de mesure 1 de la planéité d’un substrat 2. Ce substrat est un substrat réalisé dans n’importe quel matériau rigide comme un substrat en verre ou métallique ou plastique.
Le système de mesure de la planéité comprenant un module détecteur 10 et une source lumineuse 12.
La source lumineuse 12 est utilisée pour générer un faisceau F vers le module détecteur. La source lumineuse 12 est, de préférence, une source collimatée comme un laser. Une telle source est une source de lumière dont les rayonnements sont quasiment parallèles.
La source lumineuse 12 est agencée pour être sur le substrat 2 ou sur un support 3 sur lequel le substrat est placé. La source lumineuse 12, visible à la , comprend un générateur de faisceau 120 lumineux monté sur une base 122 fixée au substrat 2 ou au support 3 par un moyen de fixation 124. Ce moyen de fixation 124 peut utiliser une ventouse ou un système de pince.
Selon un exemple de réalisation, la source lumineuse 12 est une source dont la longueur d’onde est comprise entre 600 et 950nm avec un faisceau dont le diamètre, de préférence de quelques millimètres, est stable sur une distance de 5cm à 7m.
Le module détecteur 10, visible à la , est agencé pour être placé en regard de la source lumineuse. Ce module détecteur 10 comprend un châssis 100, apte à être placé sur le substrat 2. Le module détecteur 10 comprend en outre une surface réceptrice 102 montée sur le châssis. Le châssis 100 est astucieux en ce qu’il permet à la surface réceptrice d’être mobile. La surface réceptrice 102 est mobile par rapport à la surface du substrat 2.
Pour cela, le châssis 100 est conçu pour que la surface réceptrice 102 soit suspendue. Le châssis 100 comprend des moyens de guidage 104 comme, par exemple, une tige verticale 1040 par rapport au plan du substrat sur laquelle un élément support 1042 est monté coulissant. Cet élément support 1042 est apte à porter la surface réceptrice 102 lui permettant d’être mobile. Le module détecteur 10 comprend en outre des moyens de contact 106.
Ces moyens de contact 106, comme un plot, sont solidaires de la surface réceptrice 102 ou de l’élément support 1042 et servent à mettre ladite surface réceptrice 102 en contact avec le substrat 2. En effet, l’objectif des moyens de contact 106 est de permettre à la surface réceptrice 102 de se déplacer via les moyens de guidage 104, en fonction de la planéité du substrat. Ainsi, en fonction des bosses ou creux que le substrat peut présenter, la surface réceptrice 102 se déplacera verticalement ou orthogonalement par rapport au plan dudit substrat.
La surface réceptrice 102 est portée par un capteur 102’ sensible à la lumière, plus particulièrement au faisceau de lumière de la source lumineuse.
Le capteur 102’ est choisi pour avoir une réponse qui varie selon la position du faisceau par rapport audit capteur, plus précisément par rapport à la surface réceptrice. On comprend par-là que le capteur génère un signal électrique suite à l’exposition avec un faisceau et que ce signal électrique varie selon la position relative du faisceau sur la surface réceptrice.
Par conséquent, étant donné que le capteur 102’ est monté mobile sur son châssis et que ledit capteur génère un signal électrique qui est fonction de la position du faisceau sur la surface réceptrice, il devient donc possible de mesurer la planéité.
Pour générer un signal qui est fonction de la position du faisceau sur la surface réceptrice, le capteur peut se présenter sous différentes formes.
Une première forme consiste à avoir un capteur photoresistif. Un tel capteur photoresistif consiste en une jonction PN sur laquelle une couche résistive R est déposée permettant d’avoir une jonction PIN comme visible à la . Cette couche résistive R présente deux électrodes X1 et X2 alors que la couche N de la jonction PN présente une électrode dite commune. Le capteur est construit pour que les deux électrodes X1, X2 soient écartées d’une distance Lx et que l’électrode commune soit agencée à égale distance des deux électrodes X1, X2.
Un tel capteur photorésistif fonctionne sur le principe que lorsque qu’un faisceau de lumière est pointé sur la couche résistive, un courant I est généré. Pour connaitre la position du faisceau sur le capteur, on utilise alors une formule qui permet de déterminer la position, la distance XAdu faisceau par rapport au point milieu. Cette formule est la suivante et repose sur le principe que le courant généré se propage vers les deux électrodes X1, X2 avec un courant Ix1 et Ix2.
Les courants Ix2, Ix1 sont ensuite traités. Pour cela, les courants Ix1 et Ix2 sont convertis en tension puis convertis en valeur via un convertisseur analogique numérique avant d’être envoyé vers un processeur pour un traitement ultérieur. Les moyens de conversions en tension, les moyens de conversion analogique numérique et le processeur peuvent faire partie de la même unité de calcul ou peuvent être dissocié. Dans ce cas-là, les moyens de conversions en tension et les moyens de conversion analogique numérique sont séparés du processeur et des moyens de communication du type sans fil comme Bluetooth ou wifi sont agencés pour permettre l’envoi des données. Les données traitées par le processeur permettent de déterminer la distance XAdu faisceau par rapport au point milieu. Ces données sont stockées dans une mémoire interne ou externe et/ou envoyées vers des moyens d’affichage.
Pour mesurer la planéité du substrat, l’invention consiste en un procédé qui utilise la source lumineuse 12 et le module détecteur 10 précédemment décrit. Le procédé consiste ainsi à fixer la source lumineuse 12 sur le substrat ou sur le support portant le substrat. Ce substrat 3 peut être horizontal par rapport au plan du sol ou vertical ou incliné.
Ensuite, le module détecteur 10 est positionné en regard de la source lumineuse 12 de sorte que le faisceau lumineux F soit en capacité de pointer la surface réceptrice du capteur photorésistif 102’. Le module détecteur 10 est alors déplacé sur la surface du substrat 2 tout en gardant le faisceau pointé sur la surface réceptrice du capteur photorésistif comme visible à la .
Ce déplacement du module détecteur 10 sur la surface du substrat 2 permet au capteur de se déplacer le long des moyens de guidage 104 par l’intermédiaire des moyens de contact 106. Par conséquent, comme le faisceau laser reste immobile mais que la surface réceptrice 102 est mobile alors le point de jonction du faisceau F et de la surface réceptrice 102 change de position.
Par conséquent, il est possible d’obtenir une série de données représentative de la planéité de la surface du substrat 2 selon une direction.
Pour obtenir cela, il est nécessaire que les dimensions de la surface réceptrice 102 soient telles que le faisceau lumineux F puisse s’y déplacer. Pour cela, la surface réceptrice 102 pourra avoir un ou deux dimensions dont l’ordre de grandeur est au moins 5, de préférence 10 fois supérieure au diamètre du faisceau lumineux et compatible avec l’amplitude de la déformation à mesurer.
Dans une première variante, les moyens de contact 104 du module détecteur comprennent en outre un élément ressort 1044 comme visible à la . Cet élément ressort 1044 est agencé entre le châssis et le capteur 102’. Cet agencement est tel qu’il permet d’exercer une force sur le capteur 102’ en direction du substrat 2. Cette force permet avantageusement d’assurer le contact entre le capteur 102’, via les moyens de contact 106, et le substrat 2. En effet, si la gravité fait son office lorsque le substrat 2 est positionné horizontalement par rapport au plan du sol, ledit substrat 2 peut être positionné à la verticale ou avec une inclinaison, par exemple lorsque le substrat 2 est placé sur un chevalet. Dans ce cas, la gravité ne permet d’assurer le contact en permanence. L’élément ressort 1044 est donc utilisé pour garantir ce contact.
Dans une autre variante, le module détecteur 10 et/ou la source lumineuse 12 sont pourvus de moyens de positionnement. Ces moyens de positionnement sont une aide pour la mise en place du module détecteur10 et/ou de la source lumineuse 12. Effectivement, comme le faisceau lumineux de la source lumineuse 12 doit être en regard du capteur du module détecteur 10 et que le module détecteur peut se déplacer, il devient nécessaire de s’assurer du bon alignement. Pour cela, les moyens de positionnement comprennent au moins un élément de positionnement. Cet élément de positionnement se présente sous la forme d’un plot ou d’une plaque s’étendant depuis le châssis du module détecteur ou depuis la base de la source lumineuse. Cet élément de positionnement s’étend en direction du substrat ou du support sur lequel le substrat est placé. Cet élément de positionnement est alors apte à venir au contact du support ou du substrat, préférentiellement au niveau de sa tranche ou paroi latérale, pour caler la position dudit module détecteur 10 et/ou de la source lumineuse 12.
Par ailleurs, dans le cas du module détecteur, ces moyens de positionnement permettent au module détecteur, lors du déplacement de celui-ci, de garder l’alignement avec la source lumineuse.
Dans une autre variante, les moyens de guidage 104 du module détecteur 10 comprennent un moyen de réglage. Ce moyen de réglage consiste, par exemple, en un système de vis, denture permettant la translation du capteur sur les moyens de guidage. Cette translation permet de régler, de centrer la position du faisceau par rapport au capteur.
Effectivement, le procédé de mesure de la planéité consiste à détecter le faisceau lumineux sur la surface réceptrice 102 pour ensuite observer une position qui dévie et mesurer l’amplitude de cette déviation.
La mesure de l’amplitude se fait par rapport à un point de référence Pref. Ce point de référence Pref peut être n’importe quel point ou peut être point milieu Pm de la surface réceptrice 102. Or, selon que la source lumineuse 12 soit positionnée sur le substrat 2 ou son support 3 et selon l’épaisseur du substrat, le faisceau lumineux F de la source lumineuse 12 n’est pas forcément aligné avec le point milieu Pm du capteur. Les moyens de réglage permettent, lors d’une étape préliminaire, de modifier volontairement la position du capteur pour être centré sur le point milieu Pm.
Dans une autre variante, le module détecteur 10 peut être monté pour se déplacer automatiquement. Pour cela, le module détecteur 10 est monté sur un module de déplacement. Ce module de déplacement comprend un rail sur lequel le module détecteur est placé ou un bras monté sur rail, le bras portant le module détecteur. Le module de déplacement est fixé sur le support ou au sol et permet le déplacement du module détecteur. Ce module de déplacement présente l’avantage d’avoir un déplacement contrôlable et qui permet de garder l’alignement avec la source lumineuse. De façon encore plus préférée, le module de déplacement est posé sur le support et porte également la source lumineuse. Dans ce cas, la mise en place du système de mesure de la planéité est facilité.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l’exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l’homme de l’art.
Ainsi, le capteur du module détecteur peut se présenter sous différentes formes. Une forme alternative consiste à avoir une surface réceptrice qui est constituée d’une multitude de capteurs tel que décrit auparavant. La différence est qu’ici chaque capteur présente des dimensions similaires à celle du diamètre du faisceau. Les capteurs sont ainsi agencés sous une forme de grille. De ce fait, lorsque le faisceau lumineux pointe la surface réceptrice, au moins un capteur génère du courant. Il est ainsi facile de connaitre la position de ce capteur dans la grille.
Il est également possible que plusieurs capteurs adjacents génèrent du courant, dans ce cas, le capteur générant le courant le plus important étant le capteur dominant.
Claims (12)
- .Système de mesure de la planéité (1) d’une surface , ladite surface étant la surface d’un substrat (2) maintenu par un support, ledit système de mesure de la planéité comprenant un module détecteur (10) et une source lumineuse (12), ladite source lumineuse générant un faisceau lumineux (F) et étant agencée pour être fixée sur la surface du substrat ou sur le support pour servir de référence, ledit module détecteur comprend une surface réceptrice (102) portée par un capteur (102’) et apte à être placée en regard de la source lumineuse pour être pointée par ledit faisceau lumineux et fournir un signal électrique représentatif de la position pointé de la surface de détection, caractérisé en ce que ledit module détecteur est agencé pour que le capteur photoélectrique soit monté mobile orthogonalement par rapport au plan du substrat.
- système de mesure de la planéité d’une surface selon la revendication précédente, dans lequel le capteur photoélectrique comprend une jonction PN.
- système de mesure de la planéité d’une surface selon la revendication précédente, dans lequel la jonction PN est du type PIN.
- système de mesure de la planéité d’une surface selon la revendication précédente, dans la couche I présente une résistivité supérieure aux couches P et N, la couche P comprenant deux électrodes.
- système de mesure de la planéité d’une surface selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le module détecteur comprend des moyens de guidage (104) du capteur photoélectrique et un élément de contact (106) permettant audit capteur photoélectrique d’être en contact avec la surface du substrat.
- système de mesure de la planéité d’une surface selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de guidage comprennent en outre au moins un élément ressort (1044) permettant d’assurer le contact entre le capteur photoélectrique et le substrat.
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- Se munir d’un substrat sur un support ;
- Se munir d’un système de mesure de la planéité ;
- Placer la source lumineuse sur le support ou le substrat et le module détecteur sur le substrat et orienter le faisceau lumineux vers la surface réceptrice, ledit module détecteur étant apte à générer un signal électrique représentatif de la position pointée de la surface de détection
- Déplacer le module détecteur par rapport à la source lumineuse en gardant la source lumineuse orientée vers la surface réceptrice pour obtenir la variation de la position du faisceau lumineux sur la surface receptrice.
- procédé de mesure selon la revendication précédente, dans lequel le système comprend des moyens de guidage comprenant en outre des moyens de réglage de la position de la surface réceptrice par rapport au faisceau lumineux et en ce que ledit procédé comprend une étape de réglage permettant d’aligner le faisceau et la surface réceptrice pat rapport à un point de référence.
- procédé de mesure selon la revendication précédente, dans lequel au moins le module détecteur est monté sur un module de déplacement, ledit module de déplacement étant activé pour obtenir la variation de la position du faisceau lumineux sur la surface réceptrice
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| ANONYMOUS: "Position sensitive device", WIKIPEDIA, 21 September 2020 (2020-09-21), pages 1 - 4, XP093042226, Retrieved from the Internet <URL:https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Position_sensitive_device&oldid=979631164> [retrieved on 20230426] * |
| MASATO AKETAGAWA ET AL: "Calibration of a laser reference plane for large-scale dimensional flatness measurement", MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, IOP, BRISTOL, GB, vol. 9, no. 7, July 1998 (1998-07-01), pages 1115 - 1119, XP020064536, ISSN: 0957-0233, DOI: 10.1088/0957-0233/9/7/019 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024068850A1 (fr) | 2024-04-04 |
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