FR2683899A1

FR2683899A1 - Method and device for measuring the width of a thin band in continuous advance

Info

Publication number: FR2683899A1
Application number: FR9114310A
Authority: FR
Inventors: Courouble Bertrand
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1991-11-20
Filing date: 1991-11-20
Publication date: 1993-05-21

Abstract

Lamb waves are emitted into the band from a transmitter (emitter) (2) and the passage of the Lamb waves over two detectors (3, 4) is detected, these detectors being arranged so that the distances between the transmitter (2) and each of the detectors (3, 4) are different. The time interval separating the passage of a direct wave coming from the transmitter (2) over one or other of the two detectors (3, 4) and the time intervals separating the passage of the wave reflected by each of the edges (5, 6) of the sheet metal (1) over the detector located on the same side as this edge, from the passage of the direct wave over the same detector are measured. The width of the sheet metal (1) is deduced therefrom by calculation.

Description

L'invention est relative à la mesure de largeur d'une bande mince en défilement, par exemple d'une bande métallique produite en continu et notamment d'une bande en acier. The invention relates to the measurement of the width of a thin strip running, for example of a continuously produced metal strip and in particular of a steel strip.

Des dispositifs de contrôle de la largeur d'une bande mince produite en continu sont connus. Tous ces dispositifs utilisent des moyens optiques en particulier de triangulation optique. Ils présentent l'inconvénient d'être sensibles à l'environnement, par exemple à la présence de poussières, de fumées ou de vapeurs qu'on rencontre très souvent sur les lignes de fabrication en continu. Devices for controlling the width of a continuously produced thin strip are known. All these devices use optical means, in particular optical triangulation. They have the drawback of being sensitive to the environment, for example to the presence of dust, fumes or vapors which are very often encountered on continuous production lines.

Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un moyen de contrôle de la largeur d'une bande mince qui ne soit pas sensible à l'environnement. The object of the present invention is to remedy this drawback by proposing a means of controlling the width of a thin strip which is not sensitive to the environment.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mesure de la largeur d'une bande mince par exemple produite en continu notamment d'une bande en acier caractérisé en ce que
- le long d'une ligne parallèle à la surface et perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bande on dispose un émetteur et deux détecteurs d'ondes ultrasonores de Lamb, l'émetteur étant situé de telle sorte que les distances entre l'émetteur et chacun des récepteurs soient différentes,
- avec l'émetteur on génère dans la bande une onde ultrasonore de Lamb et avec les détecteurs on détecte le passage de l'onde directe provenant de l'émetteur et le passage des ondes réfléchies par les bords latéraux de la tôle appelés rives de la bande,
- on détermine les intervalles de temps suivants
AT0 :: intervalle de temps entre le passage de l'onde directe sur le premier détecteur et sur le second détecteur ;
AT1 : intervalle de temps entre le passage de l'onde directe sur le premier détecteur et le passage de l'onde réfléchie par la rive de la tôle située du côté du premier détecteur sur le premier détecteur
AT2 : intervalle de temps entre le passage de l'onde directe sur le deuxième détecteur et le passage de l'onde réfléchie par la rive de la tôle située du côté du deuxième détecteur sur le deuxième détecteur, - on calcule la largeur L de la bande par la formule

dans laquelle L1 et L2 sont les distances respectives de l'émetteur au premier et au deuxième détecteurs et K est une constante égale à L1 + L2 si l'émetteur est situé entre les détecteurs et égale à la distance L1 de l'émetteur au détecteur le plus éloigné de l'émetteur si l'émetteur n'est pas situé entre les deux détecteurs.To this end, the subject of the invention is a method for measuring the width of a thin strip, for example produced continuously, in particular of a steel strip, characterized in that
- along a line parallel to the surface and perpendicular to the longitudinal axis of the strip, there is a transmitter and two ultrasonic Lamb wave detectors, the transmitter being located so that the distances between the transmitter and each of the receivers are different,
- with the transmitter, an ultrasonic Lamb wave is generated in the band and with the detectors, the passage of the direct wave coming from the transmitter and the passage of the waves reflected by the lateral edges of the sheet, called the edges of the sheet, are detected. bandaged,
- the following time intervals are determined
AT0 :: time interval between the passage of the direct wave on the first detector and on the second detector;
AT1: time interval between the passage of the direct wave on the first detector and the passage of the wave reflected by the edge of the sheet located on the side of the first detector on the first detector
AT2: time interval between the passage of the direct wave on the second detector and the passage of the wave reflected by the edge of the sheet located on the side of the second detector on the second detector, - the width L of the tape by formula

in which L1 and L2 are the respective distances from the transmitter to the first and second detectors and K is a constant equal to L1 + L2 if the transmitter is located between the detectors and equal to the distance L1 from the transmitter to the detector furthest from the transmitter if the transmitter is not located between the two detectors.

L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. The invention also relates to a device for implementing the method according to the invention.

Ce dispositif comprend au moins un ensemble constitué d'un émetteur et de deux détecteurs d'ondes ultrasonores de Lamb placés sur une même ligne et disposés de façon telle que les distances de l'émetteur aux deux détecteurs soient différentes. Les émetteurs et les détecteurs sont reliés à un dispositif électronique de commande, d'acquisition et de traitement du signal. This device comprises at least one assembly consisting of a transmitter and two Lamb ultrasonic wave detectors placed on the same line and arranged in such a way that the distances from the transmitter to the two detectors are different. The transmitters and detectors are connected to an electronic control, acquisition and signal processing device.

De préférence, l'émetteur est situé entre les deux détecteurs. Les émetteurs et détecteurs peuvent être placés dans un rouleau déflecteur monté rotatif autour de son axe. Preferably, the transmitter is located between the two detectors. The transmitters and detectors can be placed in a deflector roller mounted to rotate around its axis.

De préférence, les émetteurs et les détecteurs d'ondes ultrasonores de Lamb sont du type électromagnétoacoustique. Preferably, the Lamb ultrasonic wave transmitters and detectors are of the electromagnetoacoustic type.

Les émetteurs et les récepteurs d'onde ultrasonore de Lamb peuvent également être du type piézoélectrique. Lamb's ultrasonic wave transmitters and receivers can also be of the piezoelectric type.

L'invention concerne enfin un rouleau mesureur de largeur du type comprenant une table cylindrique et des tourillons et monté rotatif autour de son axe, comportant le long d'au moins une génératrice de la table, un émetteur et deux récepteurs d'ondes ultrasonores de Lamb disposés de façon telle que les distances de l'émetteur à l'un et à l'autre des deux récepteurs soient différentes. The invention finally relates to a width measuring roller of the type comprising a cylindrical table and trunnions and rotatably mounted about its axis, comprising along at least one generator of the table, a transmitter and two receivers of ultrasonic waves of Lamb arranged in such a way that the distances from the transmitter to either of the two receivers are different.

L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise mais non limitative en regard des figures annexées dans lesquelles
- la figure 1 est une vue schématique d'une bande mince au-dessus de laquelle est placé un dispositif de mesure de largeur selon l'invention ;
- la figure 2 est un schéma de principe montrant la disposition des émetteurs et récepteurs d'ultrasons ainsi que les distances parcourues par les ondes ultrasonores
- la figure 3 est un exemple d'enregistrement d'échos ultrasonores obtenus à l'aide du dispositif de mesure de largeur, l'axe des abscisses représente le temps, l'axe des ordonnées l'intensité du signal
- la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un rouleau mesureur de largeur
- la figure 5 est une vue en perspective d'un rouleau mesureur de largeur.The invention will now be described in a more precise but nonlimiting manner with regard to the appended figures in which
- Figure 1 is a schematic view of a thin strip above which is placed a width measuring device according to the invention;
- Figure 2 is a block diagram showing the arrangement of the ultrasonic transmitters and receivers as well as the distances traveled by the ultrasonic waves
- Figure 3 is an example of recording ultrasonic echoes obtained using the width measurement device, the abscissa axis represents time, the ordinate axis the signal intensity
- Figure 4 is an axial sectional view of a width measuring roller
- Figure 5 is a perspective view of a width measuring roller.

Pour mesurer la largeur d'une bande mince 1 défilant dans le sens de la flèche sur une ligne de fabrication non représentée, on dispose sur une ligne XX' (figure 1), parallèle à la surface de la bande et perpen diculaire à l'axe longitudinal vv' de la bande, un émetteur 2 d'ondes ultrasonores de Lamb et deux détecteurs 3 et 4 d'ondes ultrasonores de Lamb. L'émetteur et les détecteurs peuvent être placés au-dessus ou au-dessous de la bande. To measure the width of a thin strip 1 running in the direction of the arrow on a production line not shown, we have on a line XX '(Figure 1), parallel to the surface of the strip and perpen dicular to longitudinal axis vv ′ of the strip, a transmitter 2 of ultrasonic Lamb waves and two detectors 3 and 4 of ultrasonic Lamb waves. The transmitter and detectors can be placed above or below the band.

Comme celà est représenté à la figure 2, l'émetteur 2 est situé dans la partie centrale de la bande, les détecteurs 3 et 4 sont situés de part et d'autre de l'émetteur. As shown in Figure 2, the transmitter 2 is located in the central part of the strip, the detectors 3 and 4 are located on either side of the transmitter.

La distance L1 entre l'émetteur 2 et le récepteur 3 est plus grande que la distance L2 entre l'émetteur 2 et le récepteur 4. The distance L1 between the transmitter 2 and the receiver 3 is greater than the distance L2 between the transmitter 2 and the receiver 4.

L'émetteur 2 et les récepteurs 3 et 4 sont des dispositifs électromagnéto-acoustiques connus en euxmêmes. Ils sont constitués d'une grille et d'un aimant. La grille de l'émetteur est parcourue par un courant haute fréquence. Ils sont placés à une distance contrôlée de la surface de la bande. L'émetteur 2 et les récepteurs 3 et 4 sont reliés à un dispositif 12 électronique de commande, d'acquisition et de traitement du signal. The transmitter 2 and the receivers 3 and 4 are electromagnetic-acoustic devices known in themselves. They consist of a grid and a magnet. The grid of the transmitter is traversed by a high frequency current. They are placed at a controlled distance from the surface of the strip. The transmitter 2 and the receivers 3 and 4 are connected to an electronic device 12 for controlling, acquiring and processing the signal.

A un instant t quelconque, à l'aide du dispositif 12 on envoie à l'émetteur 2 une impulsion, l'émetteur 2 génère alors une onde de Lamb qui se propage dans la bande en direction de chacune des rives 5 et 6 de la bande. At any instant t, using the device 12, a pulse is sent to the transmitter 2, the transmitter 2 then generates a Lamb wave which propagates in the strip in the direction of each of the strands 5 and 6 of the bandaged.

L'onde passe au droit du détecteur 4 à un instant t + t2, ce qui génère un signal 7, l'onde a alors parcouru une distance L2. The wave passes to the right of the detector 4 at an instant t + t2, which generates a signal 7, the wave then traversed a distance L2.

Puis l'onde se réfléchit sur la rive 6 de la bande et revient vers le détecteur 4. Elle passe au droit de ce détecteur 4 à un instant t + t'2, ce qui génère un signal 9 ; l'onde a alors parcouru une distance L'2. Then the wave is reflected on the bank 6 of the strip and returns to the detector 4. It passes to the right of this detector 4 at an instant t + t'2, which generates a signal 9; the wave then traveled a distance L'2.

De même, en direction de la rive 5, l'onde passe au droit du détecteur 3 à l'instant t + t1 après avoir parcouru une distance L1 et génère un signal 8, puis elle se réfléchit sur la rive 5, passe au droit du détecteur 3 à l'instant t + t'1 après avoir parcouru une distance L' et génère un signal 10. Similarly, towards bank 5, the wave passes to the right of detector 3 at time t + t1 after having traveled a distance L1 and generates a signal 8, then it is reflected on bank 5, passes to right of detector 3 at time t + t'1 after having traveled a distance L 'and generates a signal 10.

En détectant et analysant les signaux 7, 8, 9 et 10 à l'aide du dispositif 12 on détermine les instants t + t1, t + t'1, t + t2, t + t'2 et on calcule les grandeurs
ATo = (t + t1) - (t + t2) = t1 - t2
AT1 = (t + t'1) - (t + t1) = t 1 - t1
AT2 = (t + t'2) - (t + t2) = t 2 - t2. By detecting and analyzing the signals 7, 8, 9 and 10 using the device 12, the instants t + t1, t + t'1, t + t2, t + t'2 are determined and the quantities are calculated.
ATo = (t + t1) - (t + t2) = t1 - t2
AT1 = (t + t'1) - (t + t1) = t 1 - t1
AT2 = (t + t'2) - (t + t2) = t 2 - t2.

ATo, AT1, AT2 sont les intervalles de temps qui séparent les différents signaux. ATo, AT1, AT2 are the time intervals which separate the different signals.

On notera qu'il est possible de poser arbitrairement t = O (instant initial, on mesure alors directement t1, t'1, t 2. It will be noted that it is possible to set arbitrarily t = O (initial instant, we then directly measure t1, t'1, t 2.

A partir de ces mesures et connaissant L1 et L2 il est possible de calculer la largeur de la bande. From these measurements and knowing L1 and L2 it is possible to calculate the width of the strip.

En effet, si L est la largeur de la bande, on a
L = 1/2 EL'1 + L'2 + L1 + L2]
= 1/2 E(L'1 - L1) + (L'2 - L2)] + L1 + L2. Indeed, if L is the width of the strip, we have
L = 1/2 EL'1 + L'2 + L1 + L2]
= 1/2 E (L'1 - L1) + (L'2 - L2)] + L1 + L2.

Si V est la vitesse de propagation de l'onde de
Lamb dans la bande on a
L1 - L2
V = ------- ATo

If V is the propagation speed of the wave of
Lamb in the band we have
L1 - L2
V = ------- ATo

Or L1 et L2 sont des grandeurs connues par construction et ATo, AT1, AT2 sont mesurés avec précision ; celà permet de déterminer la largeur L de la bande avec une précision de l'ordre de 1 mm pour une largeur d'l m. Now L1 and L2 are quantities known by construction and ATo, AT1, AT2 are measured with precision; this makes it possible to determine the width L of the strip with an accuracy of the order of 1 mm for a width of l m.

Il est important de noter que pour pouvoir faire la mesure, il faut impérativement que les distances L1 et
L2 soient différentes.It is important to note that to be able to make the measurement, it is imperative that the distances L1 and
L2 are different.

On remarquera que l'émetteur n'a pas besoin d'être placé entre les détecteurs. Note that the transmitter does not need to be placed between the detectors.

Lorsque l'émetteur n'est pas placé entre les détecteurs, un calcul semblable à celui qui a été fait précédemment montre que si L1 est la distance entre l'émetteur et le récepteur le plus éloigné, la largeur L de la bande se calcule par la formule

When the transmitter is not placed between the detectors, a calculation similar to that which was done previously shows that if L1 is the distance between the transmitter and the most distant receiver, the width L of the band is calculated by the formula

Ce procédé est applicable à des matériaux dans lesquels on peut générer des ondes de Lamb notamment par des moyens électromagnétoacoustiques. This method is applicable to materials in which it is possible to generate Lamb waves, in particular by electromagnetic-acoustic means.

Les matériaux les mieux adaptés aux moyens électromagnétoacoustiques sont en particulier l'acier et les matériaux ferromagnétiques. The materials best suited to electromagnetic-acoustic means are in particular steel and ferromagnetic materials.

Les ondes de Lamb peuvent également être générés par d'autres moyens, par exemple par des palpeurs piézoélectriques. Lamb waves can also be generated by other means, for example by piezoelectric feelers.

Pour mettre en oeuvre ce procédé, on peut disposer l'émetteur 2 et les détecteurs 3 et 4 dans un rouleau mesureur de largeur sur lequel vient s'appuyer la bande. To implement this method, the transmitter 2 and the detectors 3 and 4 can be placed in a width measuring roller on which the strip rests.

Le rouleau 20 mesureur de largeur comporte une table cylindrique 21 et des tourillons 22. I1 est monté rotatif autour de son axe. The width measuring roller 20 comprises a cylindrical table 21 and pins 22. I1 is mounted to rotate about its axis.

La table 21 du rouleau 20 comporte une pluralité de logements 23 creux. Ces logements 23 sont disposés aux points d'intersection de trois cercles 30, 31, 32 situés sur la surface de la table du cylindre avec des génératrices 33, 34, 35 de la table du cylindre. I1 peut n'y avoir qu'une génératrice ; le cylindre ne comporte alors que trois logements. Il peut y avoir deux génératrices, trois, quatre ou plus. The table 21 of the roller 20 has a plurality of hollow housings 23. These housings 23 are arranged at the points of intersection of three circles 30, 31, 32 located on the surface of the cylinder table with generators 33, 34, 35 of the cylinder table. There can only be one generator; the cylinder then has only three housings. There can be two generators, three, four or more.

Les cercles sur lesquels les logements sont disposés sont situés sur la table du cylindre de façon telle que les distances entre deux cercles successifs soient différentes. The circles on which the housings are arranged are located on the cylinder table in such a way that the distances between two successive circles are different.

Un cercle 30 est situé du côté d'une extrémité 36 du cylindre 20 ; un cercle 31 est situé dans la partie centrale du cylindre ; un cercle 32 est situé du côté de l'autre extrémité 37 du cylindre 20. La distance entre le cercle 30 et le cercle 31 est différente de la distance entre le cercle 31 et le cercle 32. Ces distances correspondent aux distances L1 et L2 entre l'émetteur et les détecteurs d'ultrasons dont il a été question plus haut. A circle 30 is located on the side of one end 36 of the cylinder 20; a circle 31 is located in the central part of the cylinder; a circle 32 is located on the side of the other end 37 of the cylinder 20. The distance between the circle 30 and the circle 31 is different from the distance between the circle 31 and the circle 32. These distances correspond to the distances L1 and L2 between the transmitter and the ultrasonic detectors mentioned above.

Dans chaque logement est placé un émetteur ou un récepteur d'onde ultrasonore de Lamb constitué d'une grille 24 entourée d'un aimant 25. La grille et les pôles de l'aimant affleurent à la surface de la table 21 du cylindre. La position exacte de la grille est déterminée de façon connue afin d'obtenir un bon couplage avec une bande mince s'appuyant sur le cylindre. In each housing is placed a Lamb ultrasonic wave transmitter or receiver consisting of a grid 24 surrounded by a magnet 25. The grid and the poles of the magnet are flush with the surface of the table 21 of the cylinder. The exact position of the grid is determined in a known manner in order to obtain good coupling with a thin strip resting on the cylinder.

Les grilles sont reliées au dispositif électronique de commande, d'acquisition et de traitement du signal 12. The grids are connected to the electronic control, acquisition and signal processing device 12.

Les grilles peuvent être montées de façon connue en émetteur ou en récepteur. The grids can be mounted in a known manner as a transmitter or a receiver.

Les grilles situées dans la partie centrale de la table du rouleau, c'est-à-dire le long du cercle 31, sont montées en émetteur. The grids located in the central part of the roller table, that is to say along the circle 31, are mounted as a transmitter.

Les grilles situées dans les parties extrêmales de la table du cylindre, c'est-à-dire le long des cercles 30 et 32 sont montées de façon connue en récepteur. The grids located in the extreme parts of the cylinder table, that is to say along the circles 30 and 32 are mounted in a known manner as a receiver.

Les ensembles grille-aimant constituent des dispositifs connus d'émission ou de détection d'onde ultrasonore de Lamb du type électromagnétoacoustique. The grid-magnet assemblies constitute known devices for transmitting or detecting ultrasonic Lamb wave of the electromagnetoacoustic type.

Lorsqu'une bande est en appui sur un tel cylindre et qu'elle est animée d'un mouvement de défilement, elle entraîne en rotation le cylindre si bien que chaque génératrice contenant un émetteur et deux récepteurs d'ultrasons vient successivement au contact de la bande. When a strip is supported on such a cylinder and it is animated by a scrolling movement, it drives the cylinder in rotation so that each generator containing a transmitter and two ultrasonic receivers comes successively in contact with the bandaged.

Lorsqu'une série d'émetteurs-détecteurs vient au contact de la bande, avec l'émetteur on génère une onde ultrasonore de Lamb et avec les détecteurs on détecte les ondes directes et les ondes réfléchies par les rives de la bande. Celà permet de faire la mesure de largeur par le procédé décrit plus haut.When a series of transmitter-detectors comes into contact with the strip, with the transmitter, an ultrasonic Lamb wave is generated and with the detectors, the direct waves and the waves reflected by the edges of the strip are detected. This makes it possible to measure the width by the method described above.

Les émetteurs-récepteurs du type électromagnétoacoustique peuvent être remplacés par tout type d'émetteur-récepteur d'ondes ultrasonores de Lamb, par exemple des émetteurs-récepteurs du type piézoélectrique. The electromagnetoacoustic type transceivers can be replaced by any type of Lamb ultrasonic wave transceiver, for example piezoelectric type transceivers.

Claims

1.- Method for measuring the width of a thin strip, in particular in continuous movement such as a steel strip, characterized in that

- along a line parallel to the surface of the strip (1) and approximately perpendicular to the longitudinal axis of the strip, there is an emitter (2) and two detectors (3, 4) of Lamb ultrasonic wave , the transmitter (2) being located so that the distances between said transmitter (2) and each of said detectors (3, 4) are different,

- with the transmitter (2) an ultrasonic Lamb wave is generated in the strip (1) and with the detectors (3, 4) the passage of the is detected at the right of each of the detectors (3, 4) direct wave coming directly from the transmitter (2) and the passage of the waves reflected by the lateral edges (5, 6) called edges of the strip (1),

- the following time intervals are determined

AT0 :: time interval between the passage of the direct wave on the first detector (3) and on the second detector (4);

AT1: time interval between the passage of the wave reflected by the edge (5) of the strip (I) located on the side of the first detector (3) on the first detector (3) and the passage of the direct wave on the first detector (3)

AT2: time interval between the passage of the wave reflected by the edge (6) of the strip (1) located on the side of the second detector (4) on the second detector (4) and the passage of the direct wave on the second detector (4), - the width L of the strip (1) is calculated by the formula:

in which L1 and L2 are the respective distances from the transmitter to the first and second detectors (3, 4), K is a constant equal to L1 + L2 if the transmitter (2) is located between the detectors (3, 4 ) and equal to L1 distance from the transmitter (2) to the detector (3) furthest from the transmitter (2) when the transmitter (2) is not located between the two detectors (3, 4).

2.- Device for implementing the method according to claim 1, characterized in that it comprises at least one assembly consisting of a transmitter (2) and two detectors (3, 4) of ultrasonic waves of Lamb placed on the same line and arranged so that the distances from the transmitter (2) to the two detectors (3, 4) are different and in that, for each of the assemblies, the transmitter (2) and the detectors ( 3, 4) are connected to an electronic control, acquisition and signal processing device.

3.- Device according to claim 2, characterized in that, for each assembly consisting of a transmitter (2) and two detectors (3, 4), the transmitter (2) is located between the two detectors (3, 4).

4.- Device according to claim 2 or claim 3, characterized in that the assembly or assemblies consisting of an emitter (2) and two detectors (3, 4) of ultrasonic waves of Lamb are arranged in a detector roller (20) rotatably mounted around its axis.

5.- Device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the transmitter (s) (2) and the receivers (3, 4) of ultrasonic waves of Lamb are of the electromagnetoacoustic type and are each constituted by a magnet (25) and a grid (24).

6.- Device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the emitter (s) (2) and the detectors (3, 4) of ultrasonic waves of Lamb are of the piezoelectric type.

7.- Width measuring roller of the type comprising a cylindrical table (21) and trunnions (22) and rotatably mounted around its axis characterized in that it comprises along at least one generator (33, 34, 35 ) from the table (21) a transmitter and two Lamb ultrasonic wave receivers arranged so that the distances from the transmitter to the two receivers are different.