> Capteur par transmission de rayons X de basse énergie
 


Le meilleur choix quand le profil travers doit être régulé et contrôlé finement.

Principe.

Ce capteur est fait pour mesurer le grammage ou l’épaisseur (quand la densité est constante) de matériaux relativement légers voire très légers. Il fonctionne par transmission.

Un tube à rayons X situé dans la tête émettrice (source) délivre un faisceau de rayons X qui est détecté et dont l’énergie globale (I0) est mesurée par la tête réceptrice. Lorsqu’on interpose un matériau dans l’espace séparant les deux têtes (air-gap), une partie du faisceau est absorbé, et seule la fraction transmise (I) est alors détectée (fig. 1).



En fonction de la quantité de matière interposée, le faisceau transmis est plus ou moins atténué. La figure 2 montre la relation entre l’épaisseur (densité constante) et la proportion du signal transmis. Le signal vaut 100% quand il n’y a rien entre les têtes.

Connaissant cette relation précisément et mesurant, pour un matériau donné, le pourcentage de signal transmis, on peut déterminer la masse surfacique ou l’épaisseur pour les matériaux homogènes.

Tube à rayons X.

Un tube à rayons X est un composant électrique qui permet de générer des rayons X.
Un filament (en rouge sur la figure 3) est chauffé par un courant. Il émet des électrons en surface. La pièce en bleu, que l’on appelle cible, est portée à un potentiel positif (tension accélératrice). Les électrons sont alors accélérés vers la cible qu’ils viennent frapper. Les chocs causent l’émission de rayons X. Ils sont bien entendu émis sur 4p, mais sont arrêtés par l’enceinte du tube à l’exception de ceux émis au travers de la fenêtre en bleu clair (fenêtre constituée d’un matériau qui absorbe très peu les rayons X).
On forme ainsi un faisceau de rayons X presque cylindrique (faible angle du cône d’émission).

Il y a deux intérêts principaux à utiliser un tel tube:

  • Pas d’émission lorsque la tension d’alimentation est coupée. C’est donc un gage de sûreté pour les interventions de maintenance.
  • On sélectionne l’énergie du faisceau, et donc l’adaptation à la gamme de mesure, en ajustant la tension accélératrice.


Détecteurs.

Scantech développe et fabrique ses propres détecteurs. Le détecteur joue bien entendu un rôle très important et, pour une large part, il défini le niveau de performance du capteur. La maitrise des technologies de détection est une des raisons du haut niveau de performance atteint par les capteurs X de Scantech.

Nous ne donnons pas de détail technique sur les technologies de détection utilisées.


Caractéristiques.

Nos capteurs ont des propriétés remarquables. C’est de beaucoup la meilleure solution ), loin devant les solutions Infra Rouge ou Bêta, pour les applications où une mesure rapide et un profil précis est nécessaire, comme c’est le cas lorsqu’il faut piloter une filière (film Cast, film Bi-orienté.

En effet, c’est le seul capteur à combiner les propriétés suivantes:

  • Gamme de mesure étonnante. Par exemple avec une énergie inférieure à 5kev (tension accélératrice inférieure à 5kVolts), on peut mesurer très précisément du film polypropylène entre 2µm et 2000µm! Ce capteur rend très bien compte de la forme des lisières des films bi-orientés (la fig. 4 montre une lisière gauche).
    Avec des tensions légèrement supérieures, la gamme de mesure s’étend très vite. Avec 7kVolts on peut atteindre 6 à 7kg/m2.
  • Excellente précision. A basse énergie, le mode d’absorption des rayons X avec la matière est binaire. Un rayon X est soit complètement arrêté, soit il passe au travers la matière sans altération de son énergie et de sa trajectoire (comme s’il n’y avait pas de matière). Il n’y a que ces deux possibilités, ce qui donne la meilleure statistique possible (statistique binomiale) et donc la meilleure précision. La figure 5 montre la précision typique qui peut être obtenue sur un film fini, le système de mesure pilotant la filière. Il s’agit d’un film BOPP (capacitor film) de 6,6µm. Le film fini (5,5m de large) montre un écart type de 0,026µm sur l’épaisseur.
  • Très court temps de réponse. L’excellente précision permet des temps de réponse inférieurs à 10 msec. Même avec des vitesses de scanning élevées, ce qui est nécessaire pour réduire l’influence des variations d’épaisseur dans le sens machine, le profil est lu correctement au premier scanning. Les variations d’épaisseurs sont vues avec leur amplitude réelle et ne sont pas du tout lissées ce qui est de première importance pour un pilotage rapide et efficace d’une filière.
  • La meilleure résolution spatiale. La résolution spatiale est la meilleure parmi toutes les technologies disponibles. Pour certaines applications Scantech a déjà expérimenté des résolutions de moins de 0,2mm dans le sens travers! C’est le faisceau de rayons X, très droit, sans diffusion, qui permet d’obtenir des résolutions spatiales aussi bonnes. La figure suivante est un agrandissement d’un profil obtenu sur un matériau aillant une structure en grille. Dans le sens travers la structure a un pas de 3mm. Pour obtenir ce niveau de détail les mesures ont une résolution de 0,2mm.
  • Facilité d’utilisation. Ce capteur est très facile d’utilisation car aucune calibration n’est nécessaire pour:
    • Un changement d’épaisseur ou de grammage quelconque sur toute la gamme.
    • Différentes couleurs.
    • Différents additifs.
    Il se calibre en une minute lorsqu’on change la proportion de charge et les coefficients sont gardés en recette.
  • Pas de problème de maintenance. Il n’y a pas d’émission de rayons X quand le capteur est hors tension. Il n’y a donc pas de risque lors d’intervention sur le capteur.
  • Pas de formalité administrative ni autorisation légale dans la plupart des cas.Pour la grande majorité des applications, une haute tension inférieure à 5kVolts est suffisante. Il n’y a alors aucune émission autour des têtes du capteur. Aucune approbation, autorisation, aucun contrôle ne sont alors nécessaires quels que soient la législation et le pays d’installation.

Design.

Bien que ce capteur soit extrêmement simple d’utilisation, son design est difficile et nécessite beaucoup d’expérience.

Scantech a été la première société à proposer cette technologie pour le marché des matériaux légers (plastiques, non-tissés…) bien qu’elle ait été utilisée en sidérurgie, à des énergies plus élevées, pour la mesure de bandes en acier.

Scantech est dépositaire des brevets protégeant cette technologie en dessous de 5keV dans les principaux pays, même si elle a été largement copiée ces dernières années.

Il n’en reste pas moins que Scantech a 15 ans d’avance dans ce domaine. Nos capteurs ont donc atteint un niveau de maturité inégalé:

  • Pas de dérive dans le temps quel que soit les variations de température, de pression, d’humidité. Pas de dérive électronique (pour un film de 20µm, l’écart type sur une tendance de 10 heures est inférieure à 0,005µm).
  • Pas de d’influence liée à la température de la matière. Le capteur supporte des écarts de température, sans variation de signal, de 40°C sur le travers de la laize, et ce même pour des vitesses ligne pouvant atteindre 550m/min.
  • Influence négligeable due au désalignement des têtes émettrice et réceptrice. Variation du signal inférieure à moins de 1/10000, pour des désalignements pouvant atteindre 2mm!
  • Influence négligeable des variations de distance entre les têtes.