FR2803027A1

FR2803027A1 - Optical measurement technique for determination of the wall thickness of a transparent container uses two light beams derived from an interferometer to determine the optical path lengths to a target and a reference reflector

Info

Publication number: FR2803027A1
Application number: FR9916322A
Authority: FR
Inventors: Philippe Nerin
Original assignee: Nanotec Solution SAS
Current assignee: Nanotec Solution SAS
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: FR2803027B1

Abstract

Method in which an interferometer (2) is illuminated with polychromatic light (f1). A first light beam from the interferometer (f2) is directed towards the transparent object (7) the thickness of which is to be measured. A second reference beam (f3) is directed towards a reference reflector (8) and the optical path of the second beam is varied spatially and periodically, so that the material thickness (e) is determined by equalizing the 2 optical beam paths. An Independent claim is made for a device for non-contact measurement of the thickness of a transparent wall or sample.

Description

Procédé de mesure optique pour la mesure sans contact d'épaisseur de matériaux translucides, et dispositif associé. La présente invention concerne un procédé de mesure optique sans contact d'épaisseur d'un matériau translucide. Elle trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine de contrôle en production de l'épaisseur des parois d'un récipient ou d'une enceinte de verre de forme cylindrique ou sphérique telle qu'une bouteille. Optical measurement method for non-contact thickness measurement of translucent materials, and associated device The present invention relates to a non-contact optical measurement method of thickness of a translucent material. It finds a particularly interesting application in the field of control in production of the thickness of the walls of a container or a cylindrical or spherical glass enclosure such as a bottle.

D'une manière générale, la présente invention peut s'appliquerà tout domaine technique dans lequel on réalise une inspection de matériau translucide. In general, the present invention can be applied to any technical field in which an inspection of translucent material is carried out.

La mesure de l'épaisseur d'un milieu translucide peut être réalisée selon deux approches différentes: - la méthodeà contact, mettant principalement en #uvre des moyens capacitifs, et - la méthode sans contact, mettant principalement en #uvre des moyens optiques. The measurement of the thickness of a translucent medium can be carried out according to two different approaches : - method to contact, mainly putting in # Capacitive means, and - the contactless method, mainly using optical means.

L'objet de la présente invention concerne la deuxième approche dans lequel,à l'aide d'appareils optiques, on effectue des mesures sans contact. On évite ainsi de détériorer le matériau concerné par les mesures et on simplifie le dispositif de mise en ceuvre desdites mesures. The object of the present invention relates to the second approach in which, by means of optical apparatus, non-contact measurements are carried out. This avoids deterioration of the material concerned by the measurements and simplifies the device for implementing said measurements.

On connaît de nombreuses méthodes optiques sans contact de mesure de l'épaisseur de la paroi d'un récipient en verre. La demande de brevet EP0871007 décrit un procédé optique pour mesurer l'épaisseur d'une paroi d'un récipient en envoyant un faisceau lumineux incident sur la face externe du récipient selon un angle donné.A l'aide d'un capteur photosensible on récupère les lumières réfléchies duesà la réflexion du faisceau incident sur la paroi externe et interne du récipient. Many non-contact optical methods for measuring the wall thickness of a glass container are known. Patent Application EP0871007 discloses an optical method for measuring the thickness of a wall of a container by sending a light beam incident on the outer face of the container at a given angle. A a photosensitive sensor is recovered the reflected lights due to the reflection of the incident beam on the outer and inner wall of the container.

La demande de brevet EP0877913 décrit une méthode de mesure d'une épaisseur d'un objet transparent en utilisant un interféromètre de Michelson dans lequel est envoyé une lumière dont la longueur de cohérence de la source est courte. Cependant les méthodes décrites ci-dessus présentent une précision de mesures très influencée par la forme de l'objet et les mouvements dudit objet par rapport au capteur pendant le temps de la mesure, ce qui est par exemple le cas du contrôle, en production, de l'épaisseur des parois d'un récipient ou d'une enceinte de verre de forme cylindrique ou sphérique. Patent application EP0877913 describes a method for measuring a thickness of a transparent object by using a Michelson interferometer in which a light is sent whose length of coherence of the source is short. However, the methods described above have a measurement accuracy very influenced by the shape of the object and the movements of said object relative to the sensor during the time of measurement, which is for example the case of control, in production, the thickness of the walls of a container or a cylindrical or spherical glass enclosure.

La présente invention viseà remédierà ce problème en proposant un procédé et un dispositif optique dans lesquels la précision de mesure est faiblement perturbée par la forme et la position de l'objet mesuré. The present invention aims to remedy this problem by proposing a method and an optical device in which the measurement accuracy is weakly disturbed by the shape and position of the object. measured.

La présente invention a également pour objet un procédé de mesure optique sans contact dont la précision de mesure est de l'ordre de10 pn. The present invention also relates to a non-contact optical measuring method whose measurement accuracy is of the order of 10 pn.

L'invention propose donc un procédé de mesure optique sans contact d'épaisseur d'un matériau translucide dans lequel on éclaire un interféromètre par une lumière polychromatique, on dirige un premier faisceau lumineux vers ledit matériau translucide, on dirige un second faisceau lumineux vers un réflecteur de référence, on fait varier de façon spatiale et périodique le chemin optique du second faisceau lumineux, et on détermine l'épaisseur du matériau translucide en détectant l'égalité de chemin optique des deux faisceaux lumineux. The invention thus proposes a non-contact thickness optical measurement method of a translucent material in which an interferometer is illuminated by a polychromatic light, a first light beam is directed towards said translucent material, a second light beam is directed towards a light source. reference reflector, the optical path of the second light beam is periodically and periodically varied, and the thickness of the translucent material is determined by detecting the optical path equality of the two light beams.

Selon l'invention, une partie au moins du premier faisceau lumineux traverse le matériau translucide et se réfléchie sur un réflecteur de mesure fixe, et les deux faisceaux réfléchis des deux faisceaux lumineux sont sommés en un faisceau dit mélangé. According to the invention, at least a portion of the first light beam passes through the translucent material and is reflected on a fixed measuring reflector, and the two reflected beams of the two light beams are summed into a so-called mixed beam.

L'invention est remarquable dans le sens que l'on détermine l'épaisseur du matériau translucideà partir de deux distances de chemin optique parcouru par le second faisceau lumineuxD' etD correspondant aux cas où le matériau translucide est disposé respectivement devant et après le réflecteur de mesure, lesdites distancesD' etD étant obtenues à partir du faisceau mélangé. En fait, on détecte les maximum d'intensité du faisceau mélangé. The invention is remarkable in that the thickness of the translucent material is determined from two optical path distances traveled by the second light beam D ' and D corresponding to the cases where the translucent material is disposed respectively before and after the measuring reflector, said distances D and D being obtained to from the mixed beam. In fact, the maximum intensity of the mixed beam is detected.

Selon un premier mode de mise en ceuvre de l'invention dans le cas de mesure d'épaisseur d'un récipient vide en matériau translucide, le réflecteur de mesure est placéà l'intérieur dudit récipient vide de sorte que le premier faisceau lumineux incident traverse une fois le flanc du récipient, et en ce que la position dudit réflecteur de mesure est identique pour la mesure des distancesD etD'. According to a first embodiment of the invention in the case of measuring the thickness of an empty container made of translucent material, the measuring reflector is placed within the empty container of the container. so that the first incident light beam passes through the side of the container once, and in that the position of said measuring reflector is identical for measuring distances D and D '.

Selon un second mode de mise en #uvre de l'invention, également dans le cas de mesure d'épaisseur d'un récipient vide en matériau translucide, le réflecteur de mesure est placéà l'extérieur dudit récipient vide de sorte que le premier faisceau lumineux incident traverse deux fois le flanc du récipient et en ce que la position dudit réflecteur de mesure est identique pour la mesure des distancesD etD'. According to a second embodiment of the invention, also in the case of measuring the thickness of an empty container made of translucent material, the measurement reflector is placed at the outside of said empty container so that the first incident light beam crosses twice the side of the container and in that the position of said measuring reflector is identical for measuring distances D and D '.

Les deux modes de mise en #uvre ci-dessus définis correspondentà une méthode dite de simple écho avec un réflecteur de mesure placé soità l'intérieur du récipient soit placéà l'extérieur du récipient. The two implementation modes defined above correspond to a so-called simple echo method with a measurement reflector placed either inside the container or placed inside the container. B> to the outside of the container.

Suivant une variante de l'invention, pour déterminer la distance d'étalonnageD, le réflecteur de mesure est la première face du matériau translucide rencontrée par le premier faisceau lumineux, et en ce que pour déterminer la distanceD', le réflecteur de mesure est la deuxième face du matériau translucide rencontrée par le premier faisceau lumineux. La variante ainsi définie correspondà une méthode dite double écho car le premier faisceau lumineux réfléchi sur les deux faces du matériau translucide. Dans ce cas, le réflecteur de mesure est représenté par les deux faces du matériau translucide. According to a variant of the invention, to determine the calibration distance D, the measuring reflector is the first face of the translucent material encountered by the first light beam, and in that to determine the distance D ', the measuring reflector is the second side of the translucent material encountered by the first light beam. The variant thus defined corresponds to a so-called double echo method because the first light beam reflected on both sides of the translucent material. In this case, the measuring reflector is represented by both sides of the translucent material.

Selon une caractéristique de l'invention, l'interféromètre est un coup leur-mé 1 angeur optique large bande fonctionnant de manière unimodale à une longueur d'onde ;#p donnée, et en ce que ledit coupleur mélangeur reçoit la lumière polychromatique, émet le premier et le second faisceaux lumineux, récupère les faisceaux réfléchis desdits premier et second faisceaux lumineux pour former le faisceau mélangé. According to one characteristic of the invention, the interferometer is a broadband optical waveguide operating unimodally at at a given wavelength; and in that said mixer coupler receives the polychromatic light, emits the first and second light beams, recovers the reflected beams of said first and second light beams to form the mixed beam.

De préférence, la lumière polychromatique est centrée

Preferably, the polychromatic light is centered

sur <SEP> la <SEP> longueur <SEP> d'onde <SEP> Xp. Avantageusement, on peut déterminer les distancesD etD' à l'aide d'une unité de contrôle qui commande et positionne le réflecteur de référence et reçoit le signal électrique d'un détecteur photoélectrique sur lequel arrive le faisceau mélangé. L'unité de contrôle peut comprendre un système électronique de traitement de données, un moyen de visualisation et éventuellement un moyen d'impression. on <SEP> the <SEP> length <SEP> wave <SEP> Xp. Advantageously, it is possible to determine the distances D and D to using a control unit that controls and positions the reference reflector and receives the electrical signal from a photoelectric detector on which the mixed beam arrives. The control unit may comprise an electronic data processing system, a display means and possibly a printing means.

A titre d'exemple, l'unité de contrôle peut être un micro-ordinateur. A As an example, the control unit can be a microcomputer.

Selon un mode de réalisation préféré, le détecteur photoélectrique transforme le faisceau mélangé en un courant photoélectrique qui présente un pic d'intensité lorsque la distance du second faisceau lumineux égale celle du premier faisceau lumineux. According to a preferred embodiment, the photoelectric detector transforms the mixed beam into a photoelectric current which has a peak of intensity when the distance of the second light beam is equal to that of the first light beam.

Selon un mode de mise en #uvre de l'invention, le réflecteur de référence est supporté par un scanner haute résolution dont la position est repérée par un codeur. According to one embodiment of the invention, the reference reflector is supported by a high resolution scanner whose position is marked by an encoder.

Selon un mode de mise en #uvre avantageux, le réflecteur de référence est un micro-réflecteur plan dont la surface est successivement balayée par le second faisceau lumineux dévié par un miroir en rotation. Le miroir peut être un miroir simple ou un miroir polygonal. According to an advantageous embodiment, the reference reflector is a plane micro-reflector whose surface is successively scanned by the second light beam deflected by a rotating mirror. The mirror can be a simple mirror or a polygonal mirror.

De préférence, le réflecteur de référence est un micro- réflecteur de forme hélicoïdale dont la surface est successivement balayée par le second faisceau lumineux dévié par un miroir en rotation. Preferably, the reference reflector is a helical micro-reflector whose surface is successively scanned by the second light beam deflected by a rotating mirror.

L'invention concerne également un dispositif de mesure optique sans contact d'épaisseur d'un matériau translucide comprenant: - une source optique pour émettre une lumière polychromatique

The invention also relates to a non-contact thickness optical measuring device of a translucent material comprising : - an optical source for emitting a polychromatic light

centrée <SEP> sur <SEP> une <SEP> longueur <SEP> d'onde <SEP> Xp, - un coup leur-mé 1 angeur optique large bande fonctionnant de manière unimodale à la longueur d'onde ;#p, ledit coupleur- mélangeur étant éclairé par la lumière polychromatique pour - former un premier faisceau lumineux et un second faisceau lumineux, - recevoir les faisceaux réfléchis desdits premier et second faisceaux lumineux afin de former un faisceau mélangé, - un réflecteur de mesure pour recevoir et renvoyer ledit premier faisceau lumineux dans le cas où le matériau translucide se situe devant ledit réflecteur de mesure et dans le cas où le matériau translucide ne se situe pas devant ledit réflecteur de mesure, - un réflecteur de référence pour recevoir et renvoyer ledit second faisceau lumineux, - un détecteur photoélectrique pour transformer le faisceau mélangé en un courant photoélectrique, - une unité de contrôle pour commander et positionner le réflecteur de référence, pour acquérir le courant photoélectrique, pour calculer la distance de chemin parcouru par le second faisceau lumineux lorsque ladite distance est égaleà la distance de chemin parcouru par le premier faisceau lumineux, et pour calculer l'épaisseur du matériau translucide à partir de différentes mesures de la distance de chemin parcouru par le second faisceau lumineux. centered <SEP> on <SEP> a <SEP> <SEP> wave length <SEP> Xp, - a hit their own 1 wide-band optical aperture operating unimodally at the wavelength; #p, said coupler-mixer being illuminated by the polychromatic light to - form a first beam light and a second light beam, receiving the reflected beams of said first and second light beams to form a mixed beam, a measuring reflector for receiving and returning said first light beam in the case where the translucent material is in front of said measuring reflector and in the case where the translucent material is not in front of said measuring reflector, a reference reflector for receiving and returning said second light beam, - a photoelectric detector for transforming the mixed beam into a photoelectric current, - a control unit for controlling and positioning the reference reflector, for acquiring the photoelectric current, for calculating the path distance traveled by the second light beam when said distance is equal to the distance traveled by the first light beam, and to calculate the thickness of the translucent material from from different measurements of the path distance traveled by the second light beam.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtrontà l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en ceuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure1 est un schéma synoptique de l'appareillage nécessaireà la réalisation du procédé selon l'invention, avec un réflecteur de mesureà l'intérieur d'une bouteille; - la figure 2 est un graphe montrant un signal d'interférence obtenu sur un écran de contrôle lorsque les distances de chemin optique parcouru par le premier et le second faisceau lumineux sont égales; - la figure3 est un schéma synoptique de l'appareillage illustré sur la figure1, mais avec un réflecteur de mesure à l'extérieur de la bouteille; - la figure 4 est un schéma synoptique de l'appareillage illustré sur la figure1 dans lequel le réflecteur de référenceà mouvement linéaire est remplacé par un dispositifà miroir rotatif et un réflecteur plan; - la figure5 est un schéma synoptique de l'appareillage illustré sur la figure 4 mais avec un réflecteur de forme hélicoïdale; - la figure6 est un schéma synoptique de l'appareillage illustré sur la figure5, mais avec un procédé de réalisation selon l'invention qui est une variante de celui correspondant aux figures1 à 5 ; et - la figure7 est un graphe montrant deux signaux d'interférence selon le procédé correspondantà la figure6. En se référantà la figure1, on voit une source de lumière1 qui envoie une lumière polychromatique fl dans un connecteurA du coup1 eur-mé 1 angeur 2. La source de lumière1 est une source optique émettant une lumière polychromatique centrée sur une longueur d'onde Xp. Cette source peut être une LED (diode électro-luminescente), une S-LED ou bien un cristal ionique fonctionnant comme générateur de fluorescence, choisi par exemple parmi les matériaux suivants: YAG (y3Al,5012), LMA (LaMgA111019), YVO', YSO (y2SiO5), YLF (YliF4) ou GdVO4, ou encore choisi parmi des milieux amplificateurs ayant une bande d'amplification très large telle que des verres, verre/phosphate. Pour des émissions d'une lumière polychromatique centrée sur une longueur d'onde #.p voisin de 1,06 pm, les cristaux ioniques cités ci-dessus peuvent être dopésà l'aide de l'ion actif néodyme (Nd). Pour d'autres longueurs d'ondes, on choisira des matériaux et des dopants différents. En général, les ions actifs sont choisis parmi - Nd pour une émission autour de1,06 pm et1,3 pm, - Er ou en codopage erbium-ytterbium Er+Yb pour une émission autour de1,5 pm, - Tm ou Ho ou en codopage de thulium et d'holmium Tm+Ho pour une émission autour de 2 pm. Other advantages and features of the invention will become apparent from the discussion of the detailed description of a non-limiting embodiment, and the accompanying drawings, in which: B> - Figure 1 is a synoptic diagram of the apparatus necessary to the realization of the method according to the invention, with a reflector of measurement to inside a bottle ; - Figure 2 is a graph showing an interference signal obtained on a control screen when the optical path distances traveled by the first and second light beams are equal; - Figure 3 is a block diagram of the apparatus illustrated in Figure 1, but with a measurement reflector to the outside of the bottle; - Figure 4 is a block diagram of the apparatus illustrated in Figure 1 in which the reference reflector to linear motion is replaced by a rotating mirror device and a planar reflector; - Figure 5 is a block diagram of the apparatus shown in Figure 4 but with a helical shaped reflector; - Figure 6 is a block diagram of the apparatus shown in Figure 5, but with an embodiment according to the invention which is a variant of that corresponding to Figures 1 to 5; and - Figure 7 is a graph showing two interference signals according to the method corresponding to the figure 6. to the figure 1, we see a light source 1 which sends a polychromatic light fl in a connector A of the shot 1 eur-m <1> angular 2. The source of light 1 is an optical source emitting a polychromatic light centered on a wavelength Xp. This source may be an LED (electroluminescent diode), an S-LED or an ionic crystal functioning as a fluorescence generator, selected for example from the following materials: : YAG (y3Al, 5012), LMA (LaMgA111019), YVO ', YSO (y2SiO5), YLF (YliF4) or GdVO4, or alternatively selected from amplifying media having a very broad amplification band such as glasses, glass / phosphate. For emissions of a polychromatic light centered on a wavelength # .p close to 1.06 pm, the ionic crystals mentioned above may be doped to using the active neodymium ion (Nd). For other wavelengths, different materials and dopants will be chosen. In general, active ions are selected from - Nd for emission around 1.06 pm and 1.3 pm, - Er or in erbium-ytterbium codopage Er + Yb for emission around 1.5 pm, - Tm or Ho or codopage thulium and holmium Tm + Ho for an emission around 2 pm.

Le coupleur-mélangeur 2 un coupleur-mélangeur optique large bande fonctionnant de manière unimodale à la longueur d'onde Xp. Il permet de former deux faisceaux lumineuxf2 et f3. Le faisceau lumineuxf2 sort par un connecteurD du coupleur-mélangeur 2 et vient se réfléchir sur un réflecteur de mesure5 liéà un support6 placé dans une bouteille7 dont on désire mesurer l'épaisseur e de la paroi. La lumière réfléchie par le faisceau de lumièref2 retourne dans le coupleur- mélangeur 2 par le connecteurD en empruntant le même chemin que celui du faisceau de lumièref2. A partir de la lumière réfléchi par le faisceau lumineuxf2, le coupleur-mélangeur 2 forme un faisceau lumineuxf22 sortant par un connecteur B. The coupler-mixer 2 a broadband optical coupler-mixer operating unimodally at the wavelength Xp. It makes it possible to form two light beams f2 and f3. The light beam f2 leaves by a connector D of the coupler -mixer 2 and comes to reflect on a measuring reflector 5 bound to a support 6 placed in a bottle 7 which one wants to measure the thickness e of the wall. The light reflected by the light beam f2 returns to the coupler-mixer 2 via the connector D along the same path as that of the light beam f2. From the light reflected by the light beam f2, the coupler-mixer 2 forms a light beam f22 coming out through a connector B.

Le faisceau lumineuxf3 sort par un connecteurC du coupleur-mélangeur 2 et vient se réfléchir sur un réflecteur de référence8 rendu linéairement mobile par un scanner9, un scanner haute résolution dont la position est repérée par un codeur tel qu'un codeur linéaire ou circulaire de technologies optique ou capacitive. La lumière réfléchie par le faisceau de lumièref3 retourne dans le coupleur-mélangeur 2 par le connecteurC en empruntant le même chemin que celui du faisceau de lumièref3. A partir de la lumière réfléchi par le faisceau lumineuxf3, le coupleur-mélangeur 2 forme un faisceau lumineux f33 sortant par le connecteur B et s'ajoutant ainsi au faisceau lumineuxf22. The light beam f3 exits through a connector C of the coupler-mixer 2 and is reflected on a reference reflector 8 made linearly mobile by a scanner 9, a high-resolution scanner whose position is marked by an encoder such as a linear or circular encoder of optical or capacitive technologies. The light reflected by the light beam f3 returns to the coupler-mixer 2 by the connector C along the same path as that of the light beam f3. From the light reflected by the light beam f3, the coupler-mixer 2 forms a light beam f33 exiting through the connector B and thus adding to the light beam f22.

Le coupleur-mélangeur 2 émet donc par le connecteur B un faisceau lumineux f22+f33 vers un détecteur photoélectrique10 tel qu'une photodiode PIN. Le détecteur10 transmet le signal optique reçu (f22+f33) sous forme d'un courant photoélectrique 21à un dispositif électronique de traitement11. Le dispositif électronique de traitement11 pilote le scanner9 et récupère les données concernant le positionnement du réflecteur8. Le dispositif électronique11 est également reliéà un moyen de visualisation 12 permettant d'afficher des graphes de résultat des mesures effectuées. The coupler-mixer 2 therefore emits, via connector B, a light beam f22 + f33 towards a photoelectric detector 10 such as a PIN photodiode. The detector 10 transmits the received optical signal (f22 + f33) as a photoelectric current 21 to an electronic processing device 11. The electronic processing device 11 drives the scanner 9 and retrieves the data relating to the positioning of the reflector 8. The electronic device 11 is also connected to a display means 12 for displaying graphs of results of the measurements made.

D'une façon générale, le dispositif de traitement électronique11 permet de commander et de positionner le scanner9, d'acquérir des signaux, et d'effectuer le calcul de lFépaisseur e. Le dispositif de traitement électronique11 peut être un ordinateur portable muni d'une carte d'acquisition possédant des entrées/sorties analogiques et numériques, et le moyen de visualisation 12 peut être l'écran de l'ordinateur portable, une imprimante ou un dispositif de stockage de données. In general, the electronic processing device 11 makes it possible to control and position the scanner 9, to acquire signals, and to perform the calculation of the thickness e. The electronic processing device 11 may be a portable computer equipped with an acquisition card having analog and digital inputs / outputs, and the display means 12 may be the computer screen. portable, a printer or a data storage device.

Les faisceaux lumineux fl, f2, f3, et f22+f33 sont véhiculés par des fibres optiques monomodes à la longueur d'onde #,p, respectivement13, 14,15 et16. Des moyens optiques de réception et de collimation 3 et 4 sont disposés en terminaisons des fibres 14 et15 de façonà guider correctement les faisceaux lumineuxf2 etf3 sur les réflecteurs de mesure5 et de référence8. The light beams fl, f2, f3, and f22 + f33 are conveyed by monomode optical fibers at wavelength #, p, respectively 13, 14, 15 and 16. Optical means of reception and collimation 3 and 4 are arranged in endings of the fibers 14 and 15 to to correctly guide the light beams f2 and f3 on the measurement reflectors 5 and reference 8.

Pour mesurer l'épaisseur e de la bouteille7 selon l'invention, on commande le scanner9 afin de déplacer le réflecteur de référence8 par des mouvements de va-et-vient horizontaux. Le déplacement du réflecteur de référence8 modifie la distance de chemin optique parcouru par le faisceau lumineuxf3. En fait, on chercheà égaler les deux chemins optiques suivis par les faisceaux lumineuxf2 etf3. Lorsque les deux chemins optiques sont égaux, le faisceau lumineux f22+f33 interfère et produit une modulation d'intensité lumineuse qui est convertie en une modulation de courant photoélectrique 21 par le détecteur photoélectrique10. L'interférence des faisceaux lumineuxf22 etf33 produit un signal d'interférence tel que celui illustré dans le graphe de la figure 2 visible par le moyen de visualisation 12. L'axe des abscisses représente le positionnement du réflecteur dans le scanner, et l'axe des ordonnées représente l'intensité du signal envoyé par le détecteur10. Le signal d'interférence obtenu sur le graphe de la figure 2 correspondà la mesure de l'épaisseur d'une bouteille en verre de couleur verte et de forme cylindrique. Le pic d'intensité que l'on voit au centre du graphe correspondà une position donnée du réflecteur de référence dans le scanner9 pour laquelle les deux chemins optiques des faisceaux lumineuxf2 etf3 sont égaux. To measure the thickness e of the bottle 7 according to the invention, the scanner 9 is controlled in order to move the reference reflector 8 by horizontal back and forth movements. The displacement of the reference reflector 8 modifies the optical path distance traveled by the light beam f3. In fact, we try to to equalize the two optical paths followed by the light beams f2 and f3. When the two optical paths are equal, the light beam f22 + f33 interferes and produces a light intensity modulation which is converted to photoelectric current modulation 21 by photoelectric detector 10. interference of light beams f22 and f33 produces an interference signal such as that illustrated in the graph of Figure 2 visible by the display means 12. The abscissa axis represents the positioning of the reflector in the scanner, and the ordinate axis represents the intensity of the signal sent by the detector 10. The interference signal obtained on the graph of Figure 2 corresponds to at the measurement of the thickness of a glass bottle of green color and cylindrical shape. The peak of intensity that we see in the center of the graph corresponds to a given position of the reference reflector in the scanner for which the two optical paths of the light beams f2 and f3 are equal.

La mesure de l'épaisseur e de la bouteille7 seffectue en deux étapes: Etape 1 : on mesure la distance du réflecteur de mesure5 dans l'air en recherchant l'état d'interférence entre les deux chemins optiques des faisceauxf2 etf3. L'état d'interférence se traduit par une modulation de l'intensité lumineuse du faisceau lumineux f22+f33 directement convertie en signal électrique par le détecteur photoélectrique10. La distance entre le réflecteur de mesure5 et l'optique de réception3 est appeléeD. On pose: D = X+ e+ Y avec e, épaisseur de la paroi de la bouteille7 que l'on désire mesurer, X et Y sont deux valeurs indéterminées correspondant respectivementà la distance entre l'optique de réception 3 et la face externe d'une bouteille sur laquelle arrive le faisceau lumineuxf2, età la distance entre la face interne de ladite bouteille et le réflecteur de mesure5 disposé dans la bouteille. The measurement of the thickness e of the bottle 7 is carried out in two steps : Step 1: the distance of the measuring reflector 5 in the air looking for the state of interference between the two optical paths of the beams f2 and f3. The state of interference is reflected by a modulation of the luminous intensity of the f22 + f33 light beam directly converted into an electrical signal by the photoelectric detector 10. The distance between the measuring reflector 5 and the Receive Optical 3 is called D. : D = X + e + Y with e, thickness of the wall of the bottle 7 that one wants to measure, X and Y are two indeterminate values corresponding respectively to the distance between the receiving optics 3 and the outside of a bottle on which the light beam f2, and to the distance between the inner face of ladi the bottle and the measuring reflector 5 in the bottle.

Etape 2: on place le réflecteur de mesure5 dans la bouteille7 et on mesure la distance du chemin optique parcouru par le faisceauf2 entre l'optique de réception3 et ledit réflecteur de mesure5. L'indice de réfraction du verre introduit un déphasage, la distance apparente du réflecteur de mesure5 est alors égaleà : D' = X' + n.e + Y' avec n, indice de réfraction du verre, X', distance entre l'optique de réception3 et la face externe de la bouteille7 sur laquelle arrive le faisceau lumineuxf2, et Y', distance entre la face interne de la bouteille7 et le réflecteur de mesure5 disposé dans la bouteille7. Notons que par construction X+Y= X'+Yl La différence D'-D <B≥ e(n-1) L'épaisseur est donc donnée par la relation e<B≥ (D'-D)/(n- 1) Les quantitésD et D' sont mesurées par l'intermédiaire d'un codeur directement couplé au scanner alors que l'indice de réfraction n est prédéterminé pour chaque qualité de verre. Step 2 : Place the measuring reflector 5 in the bottle 7 and measure the distance of the optical path traveled by the beam f2 between receiving optics 3 and said measuring reflector 5. The refractive index of the glass introduces a phase shift, the apparent distance of the reflector from measure 5 is then equal to: D '= X' + ne + Y 'with n, refractive index of the glass, X', distance between the reception optic 3 and the external face of the bottle 7 on which the light beam arrives f2, and Y ', distance between the inside of the bottle 7 and the measuring reflector 5 placed in the bottle 7 Note that by construction X + Y = X '+ Yl The difference D'-D <B≥ e (n-1) The thickness is given by the relation e <B≥ (D'-D) / (n- 1) The quantities D and D 'are measured by means of a direct encoder coupled with the scanner while the refractive index n is predetermined for each glass quality.

Le calcul de l'épaisseur montre que la position de la bouteille dans le faisceau n'a aucune importance puisque X+Y=XI+Y1. Par ailleurs il est possible, pour la réalisation de l'étape 2, de placer le réflecteur de mesure5 à l'extérieur de la bouteille7 conformément au schéma illustré sur la figure3. L'ensemble des éléments de la figure1 se retrouve sur la figure3 avec une modification dans la disposition de la bouteille7 par rapport au réflecteur de mesure5. En effet, la bouteille7 est placée devant le réflecteur de mesure5 de sorte que le faisceau lumineuxf2 traverse deux fois la paroi de la bouteille7. Ainsi, l'épaisseur mesurée est l'épaisseur cumulée el + e2 (qui sont chacune égalesà e dans le cas d'une bouteille dont l'épaisseur de la paroi est uniforme). The calculation of the thickness shows that the position of the bottle in the beam has no importance since X + Y = XI + Y1. Furthermore, it is possible, for the realization of step 2, to place the measuring reflector 5 at the outside of the bottle 7 in accordance with the diagram illustrated on the drawing. figure 3. All the elements of the figure 1 are found in the figure 3 with a modification in the arrangement of the bottle 7 in relation to the measuring reflector 5. 7 is placed in front of the 5 measuring reflector. so that the light beam f2 crosses twice the wall of the bottle 7. Thus, the measured thickness is the cumulative thickness el + e2 (which are each equal to e in the case of a bottle whose wall thickness is uniform).

Les deux étapes de mesure sont alors les suivantes Etape 1 : on mesure la distance du réflecteur de mesure5 dans l'air en recherchant l'état d'interférence entre les deux chemins optiques des faisceauxf2 etf3. L'état d'interférence se traduit par une modulation de l'intensité lumineuse du faisceau lumineux f22+f33 directement convertie en signal électrique par le détecteur photoélectrique10. La distance entre le réflecteur de mesure5 et l'optique de réception3 est appeléeD. On pose: D = X+ el + Y+ e2+ Z, avec el et e2, épaisseurs de la paroi avant et arrière de la bouteille7, X, Y et Z sont trois valeurs indéterminées correspondant respectivementà la distance entre l'optique de réception 3 et la face externe d'une bouteille sur laquelle arrive le faisceau lumineuxf2, au diamètre interne de ladite bouteille au niveau du faisceau lumineuxf2, età la distance entre la face externe de ladite bouteille par laquelle sort le faisceau lumineuxf2 et le réflecteur de mesure5. Etape 2: on mesure la distance du réflecteur de mesure5 à travers la bouteille7. L'indice de réfraction du verre introduit un déphasage, la di-stance apparente du réflecteur de mesure5 est alors égaleà (en se référantà la figure3) DI= XI + n.el + Y'+ n.e2 + Z' avec n, indice de réfraction du verre, XI, distance entre l'optique de réception3 et la face externe de la bouteille7 sur laquelle arrive le faisceau lumineuxf2, Y', diamètre interne de ladite bouteille au niveau du faisceau lumineuxf2, et ZI, distance entre la face externe de la bouteille7 par laquelle sort le faisceau lumineuxf2 et le réflecteur de mesure5. Notons que par construction X+ Y+ Z<B≥ XI + Y'+ ZI La différence D'-D <B≥ el(n-1) + e2(n-1) On a donc l'épaisseur cumulée: 1 el + e2<B≥ (D'-D)/(n- 1)1 ou l'épaisseur moyenne (el+e2)/2 Aux figures1 et 2, l'appareillage décrit est utilisable pour des applications de laboratoire nécessitant des cadences d'acquisition relativement faible, quelques10 mesures par seconde. Dans ce cas en effet, la cadence d'acquisition est fixée par la vitesse linéaire du moteur du scanner9. Le mouvement n'est pas continu puisque le scanner9 oscille et passe aux extrémités par deux points de vitesse nulle. The two measuring steps are then as follows: Step 1: the distance of the measuring reflector 5 in the air is measured by looking for the state of interference between the two optical paths of beams f2 and f3. The interference state results in a modulation of the luminous intensity of the light beam f22 + f33 directly converted into an electrical signal by the photoelectric detector 10. The distance between the measuring reflector 5 and the receiving optics 3 is called D. We put : D = X + el + Y + e2 + Z, with el and e2, thicknesses of the front and rear wall of the bottle 7, X, Y and Z are three indeterminate values respectively corresponding to the distance between the reception optics 3 and the external face of a bottle on which the light beam f2, arrives at the internal diameter of said bottle at the level of beam luminous f2, and to the distance between the outer face of said bottle through which the light beam f2 comes out and the measuring reflector 5. Step 2 : measure the distance from the measuring reflector 5 to through the bottle 7. The refractive index of the glass introduces a phase shift, the apparent diameter of the measuring reflector 5 is then equal to (by referring to Figure 3) DI = XI + n.el + Y ' + n.e2 + Z 'with n, refractive index of glass, XI, distance between receiving optics 3 and the outside of the bottle 7 on which happens the light beam f2, Y ', internal diameter of said bottle at the level of the light beam f2, and ZI, distance between the external face of the bottle 7 by which the light beam f2 and the measuring reflector 5 come out. Note that by construction X + Y + Z <B≥ XI + Y ' + ZI The difference D'-D <B≥ el (n- 1) + e2 (n-1) So we have the cumulative thickness : 1 el + e2 <B≥ (D-D) / (n- 1) 1 or the average thickness (el + e2) In Figures 1 and 2, the described apparatus is usable for laboratory applications requiring relatively low acquisition rates, some 10 measurements per second. In this case indeed, the acquisition rate is fixed by the linear speed of the scanner motor 9. The motion is not continuous since the scanner 9 oscillates and passes at the extremities by two points of zero velocity.

Pour augmenter les cadences de mesure il est possible d'utiliser, conformémentà la figure 4, un miroir simple ou polygonal17 tournantà grande vitesse et liéà un ensemble 20 composé d'un moteur et d'un codeur angulaire, le faisceau défléchi étant en autocollimation sur un réseau de micro- réflecteurs plan18 du type microbilles ou micro-prismes. To increase the measurement rates it is possible to use, according to to Figure 4, a single or polygonal mirror 17 rotating to high speed and bound to a set 20 composed of a motor and an angular encoder, the deflected beam being in autocollimation on a microbeads plane array 18 or micro-prisms.

Dans le dispositif de la figure 4, la variation du chemin optique du faisceau lumineuxf3 est réalisée en transformant un mouvement linéaire en mouvement circulaire. Le faisceau est projeté sur le micro-réflecteur plan18 et décrit celui-ci par balayages successifs. SiN est le nombre de facettes du miroir polygonal17, et si fr est sa fréquence de rotation, la cadence d'acquisition fa du capteur est égale au produit N*fr. In the device of Figure 4, the variation of the optical path of the light beam f3 is achieved by transforming a linear motion into circular motion. The beam is projected on the micro-reflector plane 18 and describes it by successive sweeps. If N is the number of facets of the polygon mirror 17, and if fr is its frequency of rotation, the acquisition rate fa of the sensor is equal to the product N * fr .

A titre d'exemple, pour fr <B≥ 100 Hz etN = 12, la fréquence d'acquisition est fa<B≥ 1,2 kHz. A as an example, for fr <B≥ 100 Hz and N = 12 , the acquisition frequency is <B≥ 1.2 kHz.

H est la hauteur moyenne du faisceau lumineuxf3 par rapport au plan moyen du micro-réflecteur plan18 et0 l'angle de déflection. La variation du chemin optique du faisceau lumineuxf3 est donnée par la relation: V(O) <B≥ H(1-1/cosO). Ainsi pour0 e[0 ;n/41 et H<B≥ 30 mm, on obtient une variation de chemin optique du faisceau lumineux f3 égaleà V (7c/4 ) = - 12,426 mm. H is the average height of the light beam f3 relative to the mean plane of the micro-reflector plane 18 and 0 the angle of deflection. The variation of the optical path of the light beam f3 is given by the relation : V (O) <B≥ H (1-1 / cosO). Thus for 0 e [0 ; n / 41 and H <B≥ 30 mm, we obtain an optical path variation of the light beam f3 equal at V (7c / 4 ) = - 12,426 mm.

Par ailleurs, le signal d'interférence (courant photoélectrique 21) a une extension spatiale Lc ( longueur de cohérence de la source) et le signal de modulation de l'intensité lumineuse f22+f33 possède une porteuseà la fréquence fm <B≥ k.V(M) , k est le vecteur d'onde du faisceau lumineux incidentf3 et V(M) est la vitesse du faisceau lumineuxf3 sur le micro-réflecteur plan18. Dans la configuration de la figure 4, la fréquence de la porteuse du signal de modulation fm n'est pas constante au cours du balayage. Afin de simplifier l'électronique de détection, il est possible d'utiliser un réflecteur de forme hélicoïdale19 tel qu'illustré sur la figure5. Dans le dispositif de la figure5, la variation de chemin optique du faisceau lumineux f3 est donnée par la relation V (0) <B≥ kO/2it aveck, pas de l'hélice du réflecteur de forme hélicoïdale19. on obtient la fréquence de la porteuse du signal de modulation sur le détecteur10 par la relation: fm <B≥ (2n/kp).k.fr valeur indépendante de0. On the other hand, the interference signal (photoelectric current 21) has a spatial extension Lc (coherence length of the source ) and the modulation signal of the light intensity f22 + f33 has a carrier at the frequency fm <B≥ kV (M) , k is the wave vector of the incident light beam f3 and V (M) is the speed of the light beam f3 on the plane micro-reflector 18. In the configuration of Figure 4, the frequency of the carrier of the modulation signal fm is not constant during the scanning. In order to simplify the detection electronics, it is possible to use a helical reflector 19 as shown in Figure 5. In the device of the figure 5, the optical path variation of the light beam f3 is given by the relation V (0) <B≥ kO / 2it with k, Helical helical reflector helix 19. The carrier frequency of the modulation signal on detector 10 is obtained by the relation : fm <B≥ (2n / kp) .k.fr value independent of 0.

Les dispositifs décrits sur les figures1 à 5 permettent de mesurer l'épaisseur e de la bouteille7 en repérant une modulation (pic d'intensité) du courant photoélectrique 21 sur le détecteur10 correspondantà une égalisation de chemin optique entre le faisceau lumineuxf2 et le faisceau lumineux f3. Cette méthode, dite méthode simple écho, nécessite deux étapes correspondantà la mesure des distancesD etD'. The devices described in Figures 1 to 5 can measure the thickness e of the bottle 7 by identifying a modulation (intensity peak) of the photoelectric current 21 on the detector 10 corresponding to an optical path equalization between the f2 light beam and the f3 light beam. This method , called the simple echo method, requires two steps corresponding to measuring the distances D and D '.

Une variante de la méthode simple écho est une méthode dite double écho consistantà la mesure de l'épaisseur e de la bouteille7 en une seule étape. La méthode double écho comporte une simplification par le fait qu'elle ne nécessite pas un réflecteur de mesure5 et simplifie l'utilisation du détecteur photoélectrique10. A variant of the simple echo method is a so-called double echo method consisting in measuring the thickness e of the bottle in a single step. The double echo method is simpler in that it does not require a measuring reflector 5 and simplifies the use of the photoelectric detector 10.

Comme on le voit sur la figure6, l'optique de réception 3 est disposée de telle sorte que les deux faces constituant la paroi de la bouteille7 sont détectées successivement. Dans ce cas, le faisceau lumineuxf2 appliquée sur la bouteille7 est en partie réfléchie par la première paroi, alors que lautre partie du faisceau est transmise vers la seconde paroi. La partie de lumière transmise est ensuite réfléchie par la face interne pour revenir enfin dans le système de détection. Chaque écho peut être détecté séparément en ajustant la position du miroir17. On mesure donc l'épaisseur e de la bouteille7 en repérant deux modulations (pic d'intensité) du courant photoélectrique 21 sur le détecteur10 correspondantà deux égalisations de chemin optique entre le faisceau lumineuxf2 et le faisceau lumineuxf3. La première égalisation correspondà la face externe de la paroi d'épaisseur e de la bouteille7 et la seconde égalisation correspondà la face interne de la même paroi. Les deux égalisations correspondantà deux positions du miroir17 sont détectées lorsque le signal du détecteur10 présente des pics d'intensité comportant une porteuseà la fréquence fm. Sur la figure7 on voit deux pics d'intensité obtenus conformémentà la méthode du double écho.A l'aide du codeur angulaire de l'ensemble 20, on repère la position du miroir17 lorsque le courant photoélectrique 21 est modulé sur le détecteur10. L'épaisseur est donnée par la relation: e<B≥ C( Dl-D2) C est une constante dépendant du matériau considéré et du codeur utilisé, Dl etD2 sont les distances entre l'optique de réception 3 et la face externe et la face interne de la paroi de la bouteille7. As seen in FIG. 6, the receiving optics 3 are arranged so that the two sides constituting the wall of the bottle 7 are detected successively. In this case, the light beam f2 applied to the bottle 7 is partially reflected by the first wall, while the other part of the beam is transmitted to the second wall. The transmitted light portion is then reflected by the inner face to finally return to the detection system. Each echo can be detected separately by adjusting the position of the mirror 17. So we measure the thickness e of the bottle 7 by identifying two modulations (peak intensity) of the photoelectric current 21 on the corresponding 10 detector at two optical path equalizations between the f2 light beam and the f3 light beam. The first equalization corresponds to the outer face of the thickness wall e of the bottle 7 and the second equalization corresponds to to internal face of the same wall. The two equalizations corresponding to at two positions of the mirror 17 are detected when the signal of the detector 10 has intensity peaks comprising a carrier at the frequency fm. In figure 7 we see two peaks of intensity obtained according to at the double echo method. A using the angular encoder of the together 20, the position of the mirror 17 is identified when the photoelectric current 21 is modulated on the detector 10. The thickness is given by the relation : e <B≥ C ( Dl-D2) C is a constant that depends on the considered material and the encoder used, Dl and D2 are the distances between receiving optics 3 and the outside and inside of the bottle wall 7.

La présente invention permet de mesurer l'épaisseur de la paroi d'un récipient translucide avec une méthode utilisant une lumière polychromatique et aboutissantà une précision de mesure inférieure ou égaleà 10 jim. The present invention makes it possible to measure the thickness of the wall of a translucent container with a method using a polychromatic light and resulting at a measuring accuracy of <10> <10> jim.

Claims

CLAIMS 1. Non-contact optical measuring method of thickness (e) of a translucent material (7), characterized in that an interferometer is illuminated by a polychromatic light (fl), a first light beam (f2) is directed towards the translucent material (7), a second light beam is directed (f3) to a reference reflector (8, 18, 19), the optical path of the second light beam is periodically and periodically varied, and the thickness (e) of the translucent material (7) by detecting the optical path equality of the two light beams. 2. Method according to the preceding claim, characterized in that : a) at least a portion of the first light beam (f2) passes through the translucent material (7) and is reflected on a measuring reflector (5, 7) fixed, and the two reflected beams of the two light beams (f2, f3) are summed in a so-called mixed beam (f22 + f33), then b) the thickness (e) of the translucent material is determined from two optical path distances traveled by the second light beam (f3) D1 and D corresponding to the case where the translucent material (7) is respectively disposed in front of and after the measuring reflector (5, 7), where D and D are obtained from from the mixed beam (f22 + f33 ). 3. Process according to claim 2, characterized in that, in the case of measurement of the thickness of an empty container (7) made of translucent material, the reflector of measure (5) is placed within the empty container so that the first incident light beam (f2) passes through the flank once. of the container, and in that the position of said measuring reflector is identical for measuring distances D and D '. 4. Method according to claim 2, characterized in that, in the case of thickness measurement of an empty container of translucent material, the measuring reflector (5) is placed at outside said empty container so that the first incident light beam crosses twice the side of the container and in that the position of said measuring reflector is identical for the measurement of distances D and D '. 5. A method according to claim 2, characterized in that, to determine the calibration distance D, the reflector of measurement is the first face of the translucent material (7) encountered by the first light beam (f2), and in that to determine the distance D ', the measuring reflector is the second face of the translucent material (7) encountered by the first light beam (f2). 6. Process according to any one of Claims 2 to 4, characterized characterized in that the interferometer (2) is a broadband optical coupler-mixer operating unimodally at a given wavelength # p, and in that said mixer coupler receives the light polychromatic (fl), emits the first (f2) and the second light beam (f3), retrieves the reflected beams of said first and second light beams to form the mixed beam ( f22 + f33). 7. The method of claim 6, wherein the polychromatic light (fl) is centered on the wavelength .p. 8. A method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the distances D and D ' to using a control unit (11, 12) which controls and sets the reference reflector (8, 18, 19) and receives the electrical signal (21) from a photoelectric detector (10) on which the mixed beam arrives. 9. The method of claim 7, characterized in that the control unit comprises an electronic data processing system (B) (11) . display means (12) and possibly printing means. 10. Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the control unit is a microcomputer. 11. A method according to any one of claims 8, 9 or 10, characterized in that the photoelectric detector transforms the mixed beam into a a photoelectric current (21) having a peak of intensity when the distance of the second light beam is equal to that of the first light beam. 12. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reference reflector is supported by a high resolution scanner (9) whose position is marked by an encoder. 13. The method according to any of the claims 1 to 10, characterized in that the reference reflector is a micro-reflector plane (18) whose surface is successively scanned by the second light beam deflected by a rotating mirror (17). 14. A method according to any one of Claims 1 to 10, characterized in that the reference reflector is a helical micro-reflector (19) whose surface is successively scanned by the second light beam deflected by a rotating mirror. 15. Non-contact optical measuring device of thickness of a translucent material, characterized in that it comprises : - an optical source (1) to emit a polychromatic light (f1) centered on a wavelength Xp, - a broadband optical coupler-mixer (2) operating unimodally at the wavelength #, p, said coupler-mixer being illuminated by the polychromatic light to - form a first light beam and a second light beam, - receive the reflected beams of said first and second light beams to form a mixed beam, - a measuring reflector (5, 7) to receive and return said first light beam in the case where the translucent material is in front of said measuring reflector and in the case where the translucent material is not in front of said measuring reflector, - a reflector of reference (8, 18, 19) for receiving and returning said second light beam, - a photoelectric detector (10) to transform the mixed beam in a photoelectric current (21), - a control unit (11, 12) for controlling and positioning the reference reflector, for acquiring the photoelectric current, to calculate the distance traveled by the second light beam when said distance is equal to at the path distance traveled by the first light beam, and to calculate the thickness of the translucent material to from different measurements of the path distance traveled by the second light beam. 16. Device according to claim 15, characterized in that the control unit is a microcomputer. 17. Device according to one of claims 15 or 16, characterized in that the reference reflector is supported by a scanner (9) high resolution whose position is marked by an encoder. 18. Device according to one of claims 15 or 16, characterized in that the reference reflector is a micro-reflector plane (18) whose surface is successively scanned by the second light beam deflected by a mirror (17) in rotation. 19. Device according to one of claims 15 or 16, characterized in that the reference reflector is a helicoidal micro-reflector (19) whose surface is successively scanned by the second light beam deflected by a rotating mirror.