Titre du projet - telecom

P30. Création d’un masque à obturateur
optique rapide pour la soudure à l’arc.
Année 2004-2005
Encadrants : L. DUPONT – Enseignant chercheur (MO)
D. PASTOR – Enseignant chercheur (SC)
Partenaires : M. Michel. ROCHE
Société Physique & Industrie
Mots clés : Cellule à cristaux liquides, photométrie, matériaux ferroélectriques, matériaux
antiferroélectriques, soudure à l’arc.
Résumé : Lors de ce projet, nous avions pour objectif de réaliser un prototype de masque
de protection utilisable pour la soudure à l’arc. Lors de notre étude, nous avons réalisé
différents tests photométriques et des mesures de temps de réponse sur les cellules LCD,
de plus, nous avons réalisé un circuit de commande permettant de contrôler l’obturation de
la cellule et l’alimentation de la baguette de soudure.
1. Présentation et contexte du projet.
Le procédé de soudure à l’arc génère, comme son nom l’indique un arc électrique qui rayonne
intensément. Cet arc s’il n’est pas filtré peut créer des lésions à la rétine.
Notre masque doit donc obturer la cellule quand l’arc de soudure est produit. Mais jusqu’à
présent, les masques existants sur le marché s’obturent lorsque l’arc électrique se déclenche et reste
obturé jusqu’à ce que la soudure soit terminée. La soudure se fait donc à l’aveugle.
Notre objectif est de parvenir, par une commande synchronisée à obturer la cellule 9
millisecondes sur 10, ce qui permettrait alors au soudeur d’avoir l’impression de voir la scène de
manière presque continue. Ainsi, il pourra mieux contrôler son travail et la soudure sera de meilleure
qualité.
2. Méthodologie développée pour aboutir.
Pour pouvoir répondre aux besoins énoncés précédemment, il nous a fallu utiliser des cristaux
liquides dont les temps de commutation sont suffisamment rapides pour permettre une obturation à
une fréquence de 100 Hz. Les masques existants sur le marché utilisent des cristaux liquides
nématiques qui ne permettent pas une commutation assez rapide, aussi nous avions décidé d’utiliser
des cellules composées de cristaux liquides ferroélectriques ou antiferroélectriques.
Notre projet comprend donc trois grandes parties : une série de tests photométriques, de
temps de réponses des cellules ferroélectriques et antiferroélectriques en fonction de la température
ambiante afin de pouvoir vérifier que ces cellules répondent bien à nos attentes, et la conception du
circuit de commande. Nous avons décidé de nous partager ces travaux selon trois groupes de deux
personnes qui ont ainsi travaillé simultanément au développement du projet.
Une fois les mesures de temps de réponse terminées, les responsables de cette partie se
sont joints aux autres groupes, afin de les aider. Le circuit et les tests photométriques se sont
terminés au même moment, et nous avons pu vérifier que nous obtenions bien le résultat attendu.
C'est-à-dire que le système obturait bien quand nous le souhaitions et que nous pouvions également
voir la scène.
3. Développement des différentes tâches et principaux résultats.
31. Mesure des temps de réponse
Les mesures de temps de réponse ont été effectuées en étuve pour vérifier le comportement
des cellules selon la température. En effet, la soudure à l’arc a lieu dans des conditions de
températures particulières, et la cellule doit pouvoir obturer malgré ces changements.
T°
5
20
23
40
50
Extinction sans
champ (nW)
59
60
49
51
56
Extinction
(nW)
188
130
115
56
50
Etat passant
(µW)
410
390
360
360
420
contraste
2180
3000
3130
6428
8400
Rise time
(µs)
800
600
550
215
120
Fall time
(µs)
75
30
30
25
25
Ces résultats nous ont permis de valider l’utilisation des cellules ferroélectriques, pour la
cassette d’obturation.
32. Tests photométriques
Les tests de photométrie ont été réalisés à l’aide d’un spectroscope séparant les différentes
longueurs d’onde afin de vérifier que les taux d’atténuation des cellules utilisées étaient conformes
aux normes sur la protection de l’œil.
Les résultats donnent un taux d’atténuation conforme aux normes en vigueur (échelle 10 pour
les cellules anti-ferroélectriques et 11 pour les cellules ferroélectriques dans les normes sur la
protection de l’œil).
33. Circuit de commande
Le circuit de commande permet de produire des tensions synchronisées, ces tensions dirigent
l’obturation de la cellule et l’extinction de l’arc de soudure lui-même. Pour cela le circuit est divisé en
trois étages, alimentation, création de la forme des tensions de commande intermédiaire et
production des tensions de commande synchronisées.
4. Conclusions et perspectives.
Nous sommes donc parvenus à réaliser le prototype attendu. Néanmoins, des modifications
restent à réaliser avant la mise sur le marché, en effet certains éléments numériques pourraient être
remplacés par un microcontrôleur, ce qui simplifierait le circuit, diminuerait la consommation,
augmenterait la fiabilité du masque.
Bibliographie
[1] J.W. GOODBY, Robert BLINC, Noel A. CLARK: "Ferroelectrics Liquid Crystals; Principles,
Properties and Applications", Gordon and Breach Science Publishers, 1991.
[2] P.G. de GENNES, J. PROST : "The Physics of Liquid Crystals, Second Edition", Oxford Science
Publications, 1993.
[3] Laure LE BOURHIS : "Structures et propriétés de quelques cristaux liquide ferroélectriques et
antiferroélectriques : Exemples d’applications", Rapport de Thèse, Université de Bordeaux I, 06
octobre 1995.
[4] Mustapha RAZZAK : "Commutateur optique 3D à cristaux liquide ferroélectrique pour le routage
de canaux optiques WDM", Rapport de Thèse, Université de Rennes I, 01 juillet 2003.