Qu'est-ce qu'un polariscope ? Guide de la visualisation des contraintes dans le verre et les préformes PET

Un polariscope rend visibles les contraintes internes d'un matériau transparent. L'échantillon est placé entre deux filtres polarisants devant une source lumineuse, et les zones sous contrainte apparaissent sous forme de motifs colorés ou sombres. Les verriers utilisent les polariscopes pour contrôler les contraintes résiduelles des bouteilles, des pots et de la verrerie, et les fabricants de préformes PET pour détecter les défauts d'injection.

Comment fonctionne un polariscope ?

La lumière ordinaire vibre dans toutes les directions. Un premier filtre polarisant, le polariseur, ne laisse passer que la lumière qui vibre dans une seule direction. Un second filtre, l'analyseur, tourné à 90° par rapport au premier, bloque cette lumière : le champ de vision paraît sombre.

Lorsqu'un échantillon transparent est placé entre les deux filtres, les contraintes ou l'orientation moléculaire à l'intérieur du matériau modifient la façon dont la lumière le traverse. Le matériau devient biréfringent : il divise la lumière en deux composantes qui se propagent à des vitesses différentes. Une partie de la lumière traverse alors l'analyseur, et les zones sous contrainte apparaissent sous forme de franges claires ou colorées sur le fond sombre.

Deux types de motifs se lisent sur une préforme PET :

Franges isochromatiques : le motif coloré visible lorsque la préforme est tenue à 45° de l'axe de polarisation. Il indique l'importance de la biréfringence.

Isoclines : la bande noire visible lorsque la préforme est tenue parallèlement à l'axe de polarisation. Elle indique la direction de l'orientation moléculaire.

Principales applications

Contenants en verre et verrerie : contrôle des contraintes résiduelles des bouteilles, des pots, des articles de table, de la verrerie de laboratoire et des ampoules.

Préformes PET : détection des défauts d'injection grâce au motif des lignes d'écoulement du polymère.

Réglages du procédé : comparaison des préformes après un changement de réglages d'injection ou de moules.

Production verrière : contrôles visuels rapides des bouteilles en verre avec des systèmes d'éclairage d'inspection.

Notions clés : biréfringence, contraintes résiduelles et inspection qualitative

Biréfringence : la propriété d'un matériau transparent sous contrainte ou orienté de diviser la lumière en deux. Plus la contrainte est forte, plus la biréfringence est importante, et plus les franges ou les couleurs sont nombreuses.

Contraintes résiduelles : les contraintes qui restent dans une pièce après sa fabrication. Dans le verre, elles peuvent être néfastes, car elles peuvent contribuer à une casse en service, ou utiles, car elles peuvent augmenter la résistance. Dans les deux cas, le contrôle qualité doit savoir qu'elles sont là.

Lame teinte sensible : une lame teinte sensible de 530 nm, comme sur le PL-G d'AT2E, donne une représentation des contraintes en couleurs. Le fond apparaît magenta au lieu de sombre, et les petites contraintes se voient comme des changements de couleur.

Inspection qualitative : un polariscope comme le PL-G montre où se trouvent les contraintes et comment elles se répartissent, plutôt qu'une valeur de contrainte. Pour un résultat quantitatif, la norme ASTM C148, Standard Test Methods for Polariscopic Examination of Glass Containers, mesure le retard optique qui indique la qualité de la recuisson, soit par comparaison avec des étalons de référence, soit avec un polarimètre.

Les lunettes de soleil polarisantes, un polariscope du quotidien

Regardez la lunette arrière d'une voiture avec des lunettes de soleil polarisantes : vous verrez peut-être un motif de taches ou de bandes sombres. Le verre trempé de la vitre porte des contraintes internes, la lumière du ciel est en partie polarisée, et les lunettes jouent le rôle de l'analyseur.

Un polariscope fait la même chose de façon contrôlée. Il possède sa propre source de lumière polarisée et son propre analyseur : le motif ne dépend donc que de l'échantillon, et non du ciel. C'est ce qui permet de comparer une préforme ou une bouteille à une autre.

La vérification du polariscope

Un polariscope donne une image plutôt qu'un chiffre. Le vérifier consiste donc à vérifier l'image :

1. Sans échantillon, vérifier que le champ de vision est éclairé de façon homogène et uniforme : sombre sur un polariscope simple, ou d'un magenta régulier sur un appareil à lame teinte sensible comme le PL-G.

2. Observer un échantillon de référence, comme une préforme ou une bouteille conservée comme échantillon limite, et comparer son motif avec l'image de référence.

3. Nettoyer les filtres et remplacer toute lampe qui a perdu de son intensité, puis refaire la vérification.

Les échantillons et les photos de référence aident aussi les opérateurs à juger les motifs de la même manière, ce qui compte autant que l'instrument lui-même pour une inspection visuelle.

Les polariscopes et éclairages d'inspection AT2E

Les polariscopes AT2E couvrent le verre et le PET, du poste d'observation à la rotation automatique :

• PL-G : polariscope pour le verre avec lame teinte sensible de 530 nm et loupe amovible, zone d'observation de 125 x 105 mm, espace de travail réglable de 250 à 500 mm.

• PL-P : polariscope pour préformes PET à éclairage LED, zone d'observation de 330 x 150 mm, angle réglable.

• APLP - MPLP : polariscope pour préformes avec supports de préformes et rotation automatique ou manuelle, pour observer plusieurs échantillons à 360° en même temps.

• LSS : système d'éclairage à verre blanc et lumière LED pour le contrôle rapide des bouteilles en verre en production.

• LS-1 : système d'éclairage gradué pour le contrôle rapide de la hauteur de dôme des bouteilles en verre jusqu'à 89 mm de diamètre.

Conclusion

Les contraintes ne se voient pas à l'œil nu, et pourtant elles déterminent la façon dont le verre se brisera et dont une préforme se soufflera. Un polariscope les montre en quelques secondes. Avec un instrument propre, éclairé de façon homogène, et des échantillons de référence que tout le monde utilise de la même manière, il devient un contrôle de routine rapide et fiable pour les préformes et les contenants en verre.

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