FR2626372A3 - Dispositif de detection par courants de foucault des defauts superficiels de produits longs a section circulaire - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de détection par courants de Foucault des défauts superficiels d'un produit long à section circulaire comporte une bobine 4 active encerclante, disposée autour du produit 1 en défilement relatif, et un appareillage d'observation de l'impédance de la bobine; la bobine 4 est montée excentrée sur des moyens de support et d'entraînement 8, 7, 9, 10, 13 agencés de manière à permettre un déplacement circulaire du centre de la bobine 4 autour de l'axe du produit 1 en défilement.

Description

Dispositif de détection par courants de Foucault des défauts superficiels de produits longs à section circulaire
L'invention concerne un dispositif de détection par courants de Foucault des défauts superficiels d'un produit long à section circulaire, du type comportant une bobine active encerclante, disposée autour du produit en défilement relatif, et d'un appareillage d'observation de l'impédance de la bobine.

Un tel dispositif est connu par exemple par le document
FR-A-2 426 257 dont on incorpore ici l'enseignement général par référence. On pourra notamment s'y reporter pour plus de détails sur l'appareillage d'observation, incluant généralement un montage électrique du type pont de Wheatstone dont une branche est formée par la bobine active.

Dans un tel dispositif, la bobine active est disposée coaxialement au produit en défilement. Le dispositif connu par le document précité a certes surpassé ses prédécesseurs qui utilisaient deux bobines identiques espacées axialement, dont le défaut principal était l'incapacité à discerner les défauts continus longs de deux défauts courts espacés. Cependant, ce dispositif n'est pas complétement à l'abri des reproches : en particulier, ses indications sont fonction de la température, de la nuance des produits, de défauts divers {autres que ceux qu'on cherche à détecter) et manquent par là de fiabilité.

On connaît par ailleurs une autre technique de détection, fondée non sur les courants de Foucault mais sur la magnétisation du matériau à contrôler par un champ alternatif à haute fréquence, dont le dispositif de mise en oeuvre comporte une tête rotative ou mobile dans un plan parallèle à la surface observée : cf. les documents FR-A-2 405 464, 2 435 Q35 et 2 440 553. Une telle technique impose des palpeurs et des contacts électriques entre le produit défilant et la tête tournante, ce qui entraîne une complication excessive du dispositif (transformateur tournant, collecteurs-balais) et des problèmes d'usure des pièces de frottement. Les mêmes inconvénients se retrouvent dans certains dispositifs de détection par courants de Foucault.

Le but de l'invention est de proposer Jn dispositif de détection fondé sur le principe de la bobine encerclante unique, sans contact avec le produit en défilement, d'une sensibilité et d'une fiabilité accrues.

L'invention atteint son but par le fait que la bobine est montée excentrée sur des moyens de support et d'entraînement agencés de manière à permettre un déplacement circulaire du centre de la bobine autour de l'axe du produit en défilement.

En effet, il a été observé dans le cadre de l'invention que l'amplitude Ou signal de défaut détecté dans une sonde encer cianve varie consIdérablement avec la distance du défaut à la surface intérieure du bobinage : en fait cette variation suit sensi Liement une ioi de décroissance exponentielle avec l'augmentatzon de distance. Ainsi, dans un montage expérimental, on a pu constater qu'un même défaut placé sur une billette et suivant qu'il est distant de 2 ou de 40mm de la surface intérieure de la sonde, engendre deux signaux dont les amplitudes diffèrent entre elles de plus de 20dB. Une bobine encerclante se comporte donc comme une sonde de surface à zone d'action limitée.

Par conséquent, grâce à l'excentration relative conforme à l'invention entre la bobine encerclante et le produit en défilement, on peut privilég eI : détectabilité d'un système à courants de Foucault dans une zone déterminée d'un produit long.

Plus précisément, il est possible grâce à un tel dispositif, grâce aux oscillations d'amplitude observées, de reconnaître à coup sûr un défaut superficiel (pour autant qu'il ne soit pas d'une géométrie parfaitement régulière sur tout le pourtour du produit).

Les applications du dispositif de l'invention sont multiples. I1 peut par exemple remplacer la pratique de l'essai de l'écrasement en extrémités de couronnes ou de barres.

I1 peut aussi être utilise dans des équipements de contrôle en ligne de produits longs chauds ou froids, sur ligne de laminage ou sur banc d'étirage et de tréfilage, pour la détection de défauts longs typiques, là où les moyens de contrôle actuels sont les moins performants.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode particulier de réalisation. I1 sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un schéma explicitant le mouvement de la sonde autour du produit, . la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation d'une sonde.

. les figures 3A et 3B représentent les enregistrements du signal lors d'une expérience sur fil étiré respectivement avec et sans défaut.

. les figures 4A et 4B sont analogues aux figures 3 & et 35 pou expérience faite sur fil machine.

. la figure 5 montre l'évolution de l'amplitude du signal en fonction de la fréquence d'excitation des bobines.

La figure 1 est prise dans un plan transversal au fil 1, dont on voit un défaut 2.

La sonde 3 est constituée de la bobine 4 dont le centre 5 parcourt un cercle 6 autour du fil 1, la sonde 3 restant parallèle à l'une quelconque de ses positions durant son déplacement.

On a représenté en traits interrompus une seconde position 3' de la sonde : dans cotte position, il est clair que la bobine 4' est plus éloignée au défaut 2 que dans la position 4, cet éloignement se traduisant par une nette diminution de l'amplitude du signal observé.

La bobine 4 est reliée par l'intermédiaire de son bras-support 7 à un dispositif classique d'alimentation électrique et de détection par courants de Foucault. Il est en particulier possible d'inclure la bobine active dans une branche d'un pont de
Wheatstone équilibré par une bobine de référence identique passive disposée dans une autre branche.

Un mode de réalisation du dispositif d'entraînement de ia sonde 3 est représenté fig.2.

La bobine 4 est enfermée dans un manchon 3 solidaire du bras-support 7, lequel fonctionne comme une bielle. A cet effet, le bras-support 7 comporte, espacées dans le sens de sa longueur, deux goupilles 9 montées en rotation libre dans le bras. Ces goupilles 9 peuvent pénétrer et tourillonner dans une encoche prévue dans la face de deux disques rotatifs 10 dont les arbres sont montés sur un châssis non représenté. Les disques 10 sont synchronisés par une courroie 11 s'enroulant autour de leur moyeu 12, l'un des disques 10 étant entraîné par l'arbre de sortie d'un moteur 13 monté sur le châssis.

Egalement monté sur le châssis est prévu un guide-fil 14, dont l'entrée 15 est évasée. Ce guide-fil 14 passe à l'intérieur du manchon 8.

Lorsque le moteur 13 est mis en route, il entraîne e rotation les disques 10 ; les goupilles 9 décrivent deux cercles parallèles et entraînent dans le même mouvement toute la sonde 3 par conséquent le manchon 8 contenant la bobine 4, décrit également un cercle de même diamètre autour du guide-fil 14, et donc du fil qui défile à l'intérieur.

A titre d'exemple de réalisation, destiné à l'examen d'un fil de 6mm de diamètre, la sonde mobile 3 peut avoir un diamètre de 60mm et être excentrée de 20mm par rapport à l'axe du produit. La vitesse de pseudo-rotation peut être de 3600 trs/min, et permet pour les vitesses de dwfn'ement envisagées (par exemple de 10 à 140m/s), la détection de défaut d'environ 0,3m à 5m de long (selon la vitesse du produit) par l'apparition d'au moins trois signaux (trois oscillations).

Les variations d'amplitude du signal électrique dans la bobine sont détectées et visualisées et/ou enregistrées et/ou traitées dans l'appareillage approprié. La présence d'un défaut se traduit par une augmentation considérable de l'amplitude des oscillations observées.

A titre d'illustration, on a réalisé les expériences suivantes sur deux échantillons distincts. Pour simplifier, les expériences ont été réalisées en statique, sans déplacement du fil.

Le premier échantillon est constitué d'une barre étirée en acier de 6mm de diamètre dans laquelle on a pratiqué par usinage une rainure longitudinale de 0,2mm de profondeur, soit 3X. du diamètre, et de 0,75mm de largueur.

La sonde a été placée successivement sur une partie sans défaut apparent de la barre et au droit de la rainure. La vitesse de pseudo-rotation était de 122trs/min.

Les enregistrements obtenus sont représentés en figs.3A, 3B où la partie supérieure 3A .ontre l'évolution de l'amplitude du signal sur la zone saine, l'enregistrement de la partie inférieure 3B représentant l'évolution du signal dans la zone à rainure.

On constate, que dans les conditions de la manipuwatwsn (fréquence 150ho ; phase 244,', la rainure est révélée et que rapport entre l'amplitude du signal de rainure et celle du bruit est de 54,5/6,5 soit 18 dB.

Cette manipulation a été renouvelée dans les mêmes conditions expérimentales sur un échantillon de fil machine de 5,5mm de diamètre présentant un fin défaut long à l'examen visuel.

Les résultats obtenus figurent en figs.4A,45 où les enregistrements correspondent à une partie apparemment saine de l'échantillon pour celui du haut (4A) et à la partie contenant le défaut long pour celui du bas (4B). Dans cette partie, on a constaté une saturation qui a amené à changer la sensibilité dans un rapport de 2.

Là encore, le défaut long induit un signal d'amplitude supérieure de 20dB (86/8) à celui de la zone saine.

Des expériences sur fil étiré à défaut artificiel et sur fil machine à défaut naturel ont été refaites en faisant varier continuellement la fréquence d'excitation des bobines de 5kHz à SOOkHz afin de déterminer la fréquence conduisant au rapport maximum de l'amplitude du signal de défaut sur l'amplitude moyenne du bruit relevé sur partie saine.

Les courbes de la fig. 5 illustrent comment évoluent ces amplitudes en fonction de la fréquence.

C'est aux environs de 200kHz à 300kHz que les amplitudes sur défaut artificiel et sur défaut naturel sont maximales, les amplitudes du signal sur parties saines n'évoluant pratiquement pas dans la gamme des fréquences explorées. C'est donc dans une plage d'environ 150 à 400kHz, et de préférence, 200 à 300z, qu'il est le plus intéressant de se fixer.

On constate par ailleurs qu'une limite d'utilisation du dispositif décrit ci-dessus est le seuil de détectabilité du défaut (longueur du plus court défaut détecté de manière fiable par apparition d'au moins trois signaux). En effet, pour des vitesses de défilement élevées seuls des défauts de grande longueur seront détectés de manière fiable.

Pour abaisser le seuil de détectabilité on peut avantageusement disposer plusieurs bobines sur le même bras support, espacées axialement. On comprendra facilement que, à vitesse de défilement et de pseudo-rotation respectivement égales et par rapport à l'utilisation d'une seule bobine, la longueur du défaut détectable est alors divisée par le nombre de bobines.

Avantageusement dans ce cas, les bobines sont reliées chacune à une voie de mesure indépendante, et les signaux de sortie des différentes voies sont ensuite combinés.

Un abaissement du seuil de détectabilité, par rapport au dispositif à une seule bobine, peut également être obtenu par l'utilisation d'une bobine allongée, au détriment cependant de la sensibilité de détection des elauts les plus courts.

Dans le meme but, il est également possible de disposer plusieurs dispositifs à une seule bobine axialement à la suite l'un de l'autre, sous réserve d'assurer un parfait synchronisme des mouvements de chacun.

Accessoirement le dispositif peut être muni d'un détecteur de position de la sonde ou du bras support permettant alors, en combinaison avec le détecteur de défaut, de repérer la position circonférentielle de celui-ci sur le produit. Cette localisation peut s'avérer particulièrement intéressante pour des produits de section importante.

L'inventeur du présent dispositif a par ailleurs observé que l'amplitude du signal délivré par le dispositif de mesure est fonction de la profondeur du défaut détecté. Tenant compte de cc fait, le dispositif décrit dans la dernière variante ci-dessus permet donc, d'obtenir la détection, la localisation et ure indication de la profondeur de défauts sur un prodit en défilement.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de détection par courants de Foucault des défauts superficiels d'un produit long à section circulaire, du type comportant une bobine (4) active encerclante, disposée autour du produit (1) en défilement relatif, et d'un appareillage d'observation de l'impédance de la bobine > caractérisé en ce que la bobine (4) est montée excentrée sur des moyens de support et d'entraînement (8,7,9,10,13) agencés de mÔnièra è permettre un déplacement circulaire du centre de la bobine (fol) autour de l'axe du produit (1) en défilement.

2. DIsposItif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un bras-support (7) monté en bielle sur deux disques (10) entrainés par un moteur (13).

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la fréquence d'excitation de la bobine est comprise entre environ 150 et 400 kHz, et de préférence entre 200 et 3û0 kHz.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs bobines axialement espacées.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection de la position de la bobine par rapport au produit.