FR2721703A1 - Tubular metallic items dimensions measurement appts. - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF POUR LA MESURE DE8 DIMENSIONS D'UNE PIECE
TUBULAIRE, TELLE QU'UN TUBE METALLIQUE
L'invention concerne le domaine du contrôle dimensionnel des tubes, notamment des gros tubes métalliques soudés.DEVICE FOR MEASURING 8 DIMENSIONS OF A WORKPIECE
TUBULAR, SUCH AS A METAL TUBE
The invention relates to the field of dimensional control of tubes, in particular large welded metal tubes.
Les fabricants de gros tubes métalliques, notamment de tubes réalisés par cintrage d'une tôle puis soudage de ses deux bords latéraux, ont besoin de réaliser un contrôle dimensionnel précis de leurs produits. Les principales grandeurs à évaluer sur ces gros tubes après la réalisation de la soudure sont
- leur circonférence
- leur diamètre en un grand nombre de points, ce qui donne accès à l'ovalisation du tube et permet de vérifier que son enveloppe s'inscrit bien dans un gabarit prédéterminé il faut savoir aussi localiser les endroits où le diamètre atteint ses valeurs minimale et maximale
- leur épaisseur et son évolution selon la circonférence du tube, y compris au niveau du cordon de soudure ; il faut également pouvoir déterminer la forme de ce cordon, en particulier le décalage entre les deux bords de part et d'autre de la soudure
- la forme de la face radiale d'extrémité et du chanfrein
- l'équerrage de l'extrémité par rapport au corps du tube
- la longueur du tube.Manufacturers of large metal tubes, in particular tubes produced by bending a sheet metal then welding its two lateral edges, need to carry out precise dimensional control of their products. The main quantities to be evaluated on these large tubes after the welding is carried out are
- their circumference
- their diameter at a large number of points, which gives access to the ovalization of the tube and makes it possible to verify that its envelope fits well into a predetermined template, it is also necessary to know how to locate the places where the diameter reaches its minimum values and maximum
- their thickness and its evolution along the circumference of the tube, including at the weld bead; it is also necessary to be able to determine the shape of this bead, in particular the offset between the two edges on either side of the weld
- the shape of the radial end face and the chamfer
- squaring the end with respect to the body of the tube
- the length of the tube.
Ces mesures peuvent être effectuées manuellement à l'aide d'instruments de mesure classiques tels que des mètres à ruban, des calibres de forme, etc. Mais il est clair que, dans ces conditions, une évaluation raisonnablement complète des dimensions du tube prend beaucoup de temps, et que sa précision laisse fortement à désirer. C'est pourquoi des machines permettant d'effectuer automatiquement ces mesures ont été proposées. These measurements can be performed manually using conventional measuring instruments such as measuring tapes, form gauges, etc. But it is clear that, under these conditions, a reasonably complete evaluation of the dimensions of the tube takes a long time, and that its accuracy leaves much to be desired. This is why machines allowing these measurements to be carried out automatically have been proposed.
L'une d'entre elles est décrite dans le brevet allemand
DE 3816130. Le tube à mesurer est posé horizontalement sur un berceau. Face à chacune des extrémités du tube, un chariot de mesure mobile est disposé dans leur prolongement. Ce chariot de mesure comporte, comme organe principal, une tête de mesure comprenant deux potences se prolongeant l'une l'autre et pouvant être mises en rotation autour d'un axe horizontal colinéaire à l'axe du tube. A leurs extrémités libres respectives, chacune de ces potences rotatives comporte un bras de mesure horizontal terminé par une roulette.Ces deux bras de mesure peuvent coulisser l'un vers l'autre le long des potences qui les portent, de manière à ce que, lors des opérations de mesure, la roulette de l'un soit appliquée en permanence contre la paroi interne du tube et la roulette de l'autre appliquée en permanence contre la paroi externe du tube. Pendant ces opérations, la tête de mesure est mise en rotation, et les déplacements des deux bras de mesure par rapport à l'axe de la tête sont enregistrés. Un tour complet de la tête de mesure permet ainsi de construire une image continue des diamètres intérieur et extérieur du tube. On a également accès à l'épaisseur de la paroi du tube à un endroit, par calcul de la différence entre les deux mesures précédentes pour une même position angulaire des roulettes.One of them is described in the German patent
DE 3816130. The measuring tube is placed horizontally on a cradle. Facing each end of the tube, a mobile measuring carriage is arranged in their extension. This measuring carriage comprises, as main member, a measuring head comprising two brackets extending one another and which can be rotated about a horizontal axis collinear with the axis of the tube. At their respective free ends, each of these rotary brackets has a horizontal measuring arm terminated by a wheel. These two measuring arms can slide towards each other along the brackets which carry them, so that, during the measurement operations, the roller of one is permanently applied against the internal wall of the tube and the roller of the other permanently applied against the external wall of the tube. During these operations, the measuring head is rotated, and the displacements of the two measuring arms relative to the axis of the head are recorded. A full turn of the measuring head thus makes it possible to construct a continuous image of the inside and outside diameters of the tube. We also have access to the thickness of the wall of the tube in one place, by calculating the difference between the two previous measurements for the same angular position of the rollers.
Par ailleurs, un autre capteur détecte l'extrémité du tube, et la mesure de la distance entre ce capteur et son homologue qui équipe le chariot de mesure disposé au voisinage de l'autre extrémité du tube donne accès à la longueur du tube.In addition, another sensor detects the end of the tube, and the measurement of the distance between this sensor and its counterpart which equips the measuring carriage placed in the vicinity of the other end of the tube gives access to the length of the tube.
L'inconvénient principal de cette machine est d'utiliser des capteurs à contact physique, assuré par les roulettes. Une précision acceptable ne peut être obtenue qu'en faisant tourner la tête de mesure à une vitesse faible, et la mesure ne peut être réalisée aussi rapidement qu'il serait souhaitable. D'autre part, les roulettes ne procurent qu'une résolution spatiale limitée, car leur contact avec le tube ne peut être rigoureusement ponctuel. Cette résolution est également limitée par la sensibilité des dispositifs mécaniques qui enregistrent les déplacements des bras de mesure. Les accidents locaux de forme, tels que ceux liés à la présence du cordon de soudure, ne sont donc pas restitués avec suffisamment de précision. The main disadvantage of this machine is to use sensors with physical contact, provided by the rollers. Acceptable accuracy can only be achieved by rotating the measuring head at a low speed, and the measurement cannot be performed as quickly as would be desirable. On the other hand, the casters provide only a limited spatial resolution, since their contact with the tube cannot be strictly punctual. This resolution is also limited by the sensitivity of the mechanical devices which record the movements of the measuring arms. Local form accidents, such as those linked to the presence of the weld bead, are therefore not reproduced with sufficient precision.
Le but de l'invention est de procurer aux fabricants de pièces tubulaires, notamment de gros tubes métalliques soudés, une installation leur permettant de contrôler les dimensions de leurs produits avec une précision et une rapidité satisfaisantes. The object of the invention is to provide manufacturers of tubular parts, in particular large welded metal tubes, with an installation enabling them to control the dimensions of their products with satisfactory precision and speed.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour la mesure des dimensions d'une pièce tubulaire, telle qu'un tube métallique, caractérisé en ce qu'il comprend un berceau destiné à recevoir ladite pièce tubulaire en position horizontale, un socle fixe solidaire du sol, un chariot de mesure mobile en translation sur ledit socle selon une direction parallèle à l'axe longitudinal de ladite pièce tubulaire, une première potence solidaire dudit chariot, un support pouvant coulisser le long de ladite première potence, des moyens pour maintenir ledit support dans une position déterminée, un arbre d'axe sensiblement horizontal, soutenu par ledit support, des moyens pour mettre en rotation ledit arbre autour de son axe, des moyens pour repérer la position angulaire dudit arbre, une deuxième potence solidaire dudit arbre, un support en C comportant deux branches horizontales, ledit support en C pouvant coulisser le long d'une face de ladite potence tournée vers ladite pièce tubulaire, des moyens pour maintenir ledit support en C dans une position déterminée, deux capteurs de distance optiques disposés chacun dans une desdites branches horizontales du support en
C et se faisant face, l'un desdits capteurs étant destiné à mesurer sa distance à la face externe de ladite pièce tubulaire et l'autre étant destiné à mesurer sa distance à la face interne de ladite pièce tubulaire, et des moyens de calcul pour enregistrer la position angulaire de l'arbre, la position longitudinale du support en C par rapport à l'extrémité du tube et les résultats des mesures fournies par les capteurs de distance optiques, et pour calculer les dimensions de ladite pièce tubulaire d'après les résultats desdites mesures effectuées pour différentes positions angulaires dudit arbre.To this end, the subject of the invention is a device for measuring the dimensions of a tubular part, such as a metal tube, characterized in that it comprises a cradle intended to receive said tubular part in a horizontal position, a fixed base secured to the ground, a measuring carriage movable in translation on said base in a direction parallel to the longitudinal axis of said tubular part, a first bracket integral with said carriage, a support which can slide along said first bracket, means to maintain said support in a determined position, a shaft with a substantially horizontal axis, supported by said support, means for rotating said shaft around its axis, means for locating the angular position of said shaft, a second bracket integral with said shaft, a C support comprising two horizontal branches, said C support being able to slide along one face of said stem facing towards said pi said tubular, means for maintaining said support C in a determined position, two optical distance sensors each arranged in one of said horizontal arms of the support
C and facing each other, one of said sensors being intended to measure its distance from the external face of said tubular part and the other being intended to measure its distance from the internal face of said tubular part, and calculation means for record the angular position of the shaft, the longitudinal position of the support in C relative to the end of the tube and the results of the measurements provided by the optical distance sensors, and to calculate the dimensions of said tubular part according to the results of said measurements carried out for different angular positions of said shaft.
Comme on l'aura compris, par rapport aux machines existantes, l'installation selon l'invention a pour principale caractéristique de remplacer les capteurs à contact physique par des capteurs optiques. Cela permet d'obtenir des mesures d'une meilleure précision tout en autorisant une simplification notable de la partie mécanique de l'installation. As will be understood, with respect to existing machines, the installation according to the invention has the main characteristic of replacing the physical contact sensors with optical sensors. This makes it possible to obtain better precision measurements while allowing a significant simplification of the mechanical part of the installation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes
- la figure 1 qui montre schématiquement un dispositif selon l'invention vu de profil, en train de mesurer les dimensions d'un tube lui-même vu en section longitudinale
- la figure 2 qui montre une variante du dispositif selon l'invention, incluant un capteur à balayage laser pour la détection du bord dudit tube
- la figure 3 qui montre une autre variante du dispositif selon l'invention, incluant un capteur de profil pour la détermination de la forme de la face radiale et du chanfrein dudit tube.The invention will be better understood on reading the description which follows, given with reference to the following appended figures
- Figure 1 which schematically shows a device according to the invention seen in profile, measuring the dimensions of a tube itself seen in longitudinal section
- Figure 2 which shows a variant of the device according to the invention, including a laser scanning sensor for detecting the edge of said tube
- Figure 3 which shows another variant of the device according to the invention, including a profile sensor for determining the shape of the radial face and the chamfer of said tube.
La figure 1 schématise un dispositif selon l'invention, au cours de la mesure des dimensions d'un gros tube soudé 1. FIG. 1 shows schematically a device according to the invention, during the measurement of the dimensions of a large welded tube 1.
Celui-ci est placé dans un berceau 2 ayant, par exemple, une section en V ou en Y, avec son axe longitudinal XX' horizontal. Le dispositif selon l'invention comprend un socle 3 fixé au sol 4 et disposé face à l'extrémité du tube 1. Sur ce socle 3 un chariot 5 peut se déplacer selon une direction parallèle à l'axe XX' du tube 1. Il est solidaire d'une première potence verticale 6. Il comporte des moyens (non représentés) de repérage de sa position sur le socle 3. Un support 7 coulisse verticalement le long de la première potence 6 et peut être maintenu par des moyens non représentés dans une position choisie par l'opérateur en fonction du diamètre du tube 1. Ce support 7 soutient un arbre 8 à axe horizontal YY' et des moyens non représentés pour mettre cet arbre 8 en rotation. L'arbre 8 est équipé de moyens pour mesurer sa position angulaire, tels qu'un codeur angulaire 9.This is placed in a cradle 2 having, for example, a V or Y section, with its longitudinal axis XX 'horizontal. The device according to the invention comprises a base 3 fixed to the ground 4 and disposed facing the end of the tube 1. On this base 3 a carriage 5 can move in a direction parallel to the axis XX 'of the tube 1. It is secured to a first vertical bracket 6. It includes means (not shown) for locating its position on the base 3. A support 7 slides vertically along the first bracket 6 and can be held by means not shown in a position chosen by the operator as a function of the diameter of the tube 1. This support 7 supports a shaft 8 with a horizontal axis YY 'and means not shown for rotating this shaft 8. The shaft 8 is equipped with means for measuring its angular position, such as an angular encoder 9.
L'arbre rotatif 8 porte à son extrémité tournée vers le tube une deuxième potence 10 qui lui est perpendiculaire.
Cette deuxième potence 10 porte sur sa face 31 tournée vers le tube 1 un support 11 en forme de C, possédant donc une branche verticale 12 et deux branches horizontales 13, 14 qui lui sont rattachées. Ladite branche verticale 12 peut coulisser le long de la deuxième potence 10 et être maintenue dans une position choisie. Chacune des branches horizontales 13, 14 du support en C 11 porte un capteur de distance optique 15, 16 et ceux-ci sont disposés de manière à se faire face.Ces capteurs optiques 15, 16 sont, par exemple, du type connu comprenant des moyens d'émission d'un faisceau laser 17, 18 de diamètre inférieur à 1 mm et une caméra non représentée pointée sur la zone dans laquelle le faisceau 17, 18 est susceptible de rencontrer la surface du tube 1 dont on désire relever les dimensions. Cette zone peut, par exemple, s'étendre entre 100 et 300 mm à partir de l'origine du faisceau 17, 18. Le champ de ces caméras est délimité en pointillés sur les figures. Les dimensions du support en C 11 sont telles que les deux capteurs optiques 15, 16 sont séparés par une distance de l'ordre de, par exemple, 400 mm.The rotary shaft 8 carries at its end facing the tube a second bracket 10 which is perpendicular to it.
This second bracket 10 carries on its face 31 facing the tube 1 a support 11 in the form of a C, therefore having a vertical branch 12 and two horizontal branches 13, 14 which are attached to it. Said vertical branch 12 can slide along the second bracket 10 and be held in a chosen position. Each of the horizontal branches 13, 14 of the support in C 11 carries an optical distance sensor 15, 16 and these are arranged so as to face each other. These optical sensors 15, 16 are, for example, of the known type comprising means for emitting a laser beam 17, 18 of diameter less than 1 mm and a camera, not shown, pointed at the area in which the beam 17, 18 is liable to meet the surface of the tube 1, the dimensions of which it is desired to note. This area can, for example, extend between 100 and 300 mm from the origin of the beam 17, 18. The field of these cameras is delimited in dotted lines in the figures. The dimensions of the support in C 11 are such that the two optical sensors 15, 16 are separated by a distance of the order of, for example, 400 mm.
L'installation comprend enfin des moyens 19 d'enregistrement et de calcul auxquels sont reliés le codeur angulaire 9 de l'arbre rotatif 8, le chariot 5, le support en
C 11 et les capteurs 17, 18, et qui peuvent recueillir et traiter les informations concernant la position angulaire de l'arbre rotatif 8, la position longitudinale du chariot 5, la position du support en C 11 sur la deuxième potence 10 et les mesures fournies par les capteurs 17, 18.The installation finally comprises means 19 for recording and calculation to which the angular encoder 9 of the rotary shaft 8, the carriage 5, the support in
C 11 and the sensors 17, 18, and which can collect and process information concerning the angular position of the rotary shaft 8, the longitudinal position of the carriage 5, the position of the support at C 11 on the second stem 10 and the measurements supplied by sensors 17, 18.
Le dispositif de mesure est utilisé comme suit. Le chariot de mesure 5 est placé dans une position reculée par rapport à la future position du tube 1. Puis le tube 1 à mesurer est placé sur son berceau 2. L'arbre rotatif 8 du dispositif est ensuite placé en hauteur de manière à ce que son axe YY' soit à peu près (mais pas forcément rigoureusement) colinéaire à l'axe XX' du tube 1, puis on fait coulisser le support en C 11 sur la potence 10 de manière à ce que les deux branches horizontales 13, 14 du support en C 11 puissent ultérieurement encadrer la paroi du tube 1. Cette possibilité de coulissement permet d'effectuer avec une même installation les mesures sur des tubes de différents diamètres.Enfin, le chariot 5 est rapproché du tube 1, de façon à ce que l'un des capteurs optiques 15 puisse envoyer son faisceau laser 17 sur la surface externe 20 du tube 1, et que l'autre capteur optique 16 puisse envoyer son faisceau laser 18 sur la face interne 21 du tube 1. On dispose le chariot de mesure 5 par exemple de manière à ce que les impacts sur le tube 1 des faisceaux laser 17, 18 soient tous deux situés à environ 100 mm de l'extrémité du tube 1, de manière à se conformer aux normes en vigueur qui prévoient que les mesures relatives au diamètre des tubes soient effectuées à ce niveau. Les mesures peuvent alors commencer. The measuring device is used as follows. The measuring carriage 5 is placed in a retracted position relative to the future position of the tube 1. Then the tube 1 to be measured is placed on its cradle 2. The rotary shaft 8 of the device is then placed in height so that that its axis YY 'is roughly (but not necessarily rigorously) collinear with the axis XX' of the tube 1, then the support in C 11 is made to slide on the bracket 10 so that the two horizontal branches 13, 14 of the support in C 11 can later frame the wall of the tube 1. This sliding possibility makes it possible to carry out, with the same installation, the measurements on tubes of different diameters. Finally, the carriage 5 is brought closer to the tube 1, so as to that one of the optical sensors 15 can send its laser beam 17 to the external surface 20 of the tube 1, and that the other optical sensor 16 can send its laser beam 18 to the internal face 21 of the tube 1. The measuring trolley 5 for example from so that the impacts on the tube 1 of the laser beams 17, 18 are both located approximately 100 mm from the end of the tube 1, so as to comply with the standards in force which provide that the measurements relating to the diameter of the tubes are made at this level. Measurements can then begin.
Alors que l'arbre rotatif 8 et la deuxième potence 10 qui lui est solidaire sont maintenus dans leurs positions d'origine, les faisceaux laser 17, 18 de chaque capteur 15, 16 sont envoyés sur le tube 1, et leurs impacts sont localisés par les caméras intégrées aux capteurs 15, 16. On peut ainsi connaître avec précision (+ 0,1 mm environ) et enregistrer dans les moyens de calcul 19 la distance qui sépare la face 20, 21 du tube 1 concernée du capteur 15, 16, connaissant la géométrie de celui-ci. Comme on a préalablement mesuré la distance séparant les capteurs 15, 16 et que ceux-ci se font face, la différence entre cette distance et la somme des deux distances capteur 15,16-tube 1, mesurées pour une position angulaire donnée connue de l'axe rotatif 8, fournit l'épaisseur "e" du tube au lieu de mesure. While the rotary shaft 8 and the second bracket 10 which is integral with it are maintained in their original positions, the laser beams 17, 18 of each sensor 15, 16 are sent to the tube 1, and their impacts are located by the cameras integrated into the sensors 15, 16. It is thus possible to know with precision (+ 0.1 mm approximately) and to record in the calculation means 19 the distance which separates the face 20, 21 of the tube 1 concerned from the sensor 15, 16, knowing the geometry of it. As the distance separating the sensors 15, 16 has been measured beforehand and that these face each other, the difference between this distance and the sum of the two sensor 15,16-tube 1 distances, measured for a given angular position known to l 'rotary axis 8, provides the thickness "e" of the tube at the place of measurement.
Cette épaisseur "e" est immédiatement déterminée par les moyens de calcul 19. Connaissant la position du support en
C 11 sur la deuxième potence 10, les moyens de calcul 19 déterminent également les distances entre les faces externe 20 et interne 21 du tube 1 et l'axe YY' de l'arbre rotatif 8.This thickness "e" is immediately determined by the calculation means 19. Knowing the position of the support in
C 11 on the second bracket 10, the calculation means 19 also determine the distances between the external 20 and internal 21 faces of the tube 1 and the axis YY 'of the rotary shaft 8.
Une fois cette série de mesures effectuée, on fait tourner l'arbre rotatif 8 d'un angle 6 0 faible et connu (de l'ordre, par exemple, de 0,10), et une autre série de mesures similaires est exécutée. On explore ainsi, par pas successifs, l'ensemble de la circonférence du tube 1. Il est donc possible d'obtenir directement l'épaisseur "e" de la paroi du tube 1 en un très grand nombre de points (en fait d'une manière quasi continue si le pas 6 O est faible). Once this series of measurements has been made, the rotary shaft 8 is rotated by a small and known angle 60 (of the order, for example, of 0.10), and another series of similar measurements is carried out. We thus explore, in successive steps, the entire circumference of the tube 1. It is therefore possible to directly obtain the thickness "e" of the wall of the tube 1 at a very large number of points (in fact of almost continuously if step 6 O is weak).
D'autre part, en combinant les déterminations, effectuées pour chaque position angulaire de l'arbre rotatif 8, des distances entre les faces 20, 21 du tube et l'axe YY', les moyens de calcul 19 reconstituent une image des circonférences intérieure et extérieure du tube 1 à une distance donnée de son extrémité. Le résultat de cette reconstitution est restitué à l'opérateur sous une forme appropriée, telle qu'un tableau de mesures et une représentation sur écran 22. De cette reconstitution, on peut déduire
- les circonférences interne et externe du tube 1
- des valeurs moyennes des diamètres intérieur et extérieur du tube 1 ;
- les positions angulaires des zones où ces diamètres sont les plus faibles ou les plus élevés ;
- le degré d'ovalisation du tube 1.On the other hand, by combining the determinations, carried out for each angular position of the rotary shaft 8, of the distances between the faces 20, 21 of the tube and the axis YY ', the calculation means 19 reconstitute an image of the inner circumferences and outside of the tube 1 at a given distance from its end. The result of this reconstruction is returned to the operator in an appropriate form, such as a table of measurements and a representation on screen 22. From this reconstruction, it can be deduced
- the internal and external circumferences of the tube 1
- average values of the inside and outside diameters of the tube 1;
- the angular positions of the zones where these diameters are the smallest or the highest;
- the degree of ovalization of the tube 1.
Compte tenu du caractère quasi-instantané des mesures, une exploration complète d'une circonférence du tube 1 avec un pas 6 O de 0,10 peut, par exemple, être effectuée en 30 secondes environ. Si on désire obtenir ces mêmes mesures sur une autre circonférence plus proche ou plus éloignée de l'extrémité du tube 1, il suffit de translater le chariot de mesure 5 et de recommencer l'opération. Given the almost instantaneous nature of the measurements, a complete exploration of a circumference of the tube 1 with a pitch 6 O of 0.10 can, for example, be carried out in approximately 30 seconds. If it is desired to obtain these same measurements on another circumference closer or more distant from the end of the tube 1, it suffices to translate the measuring carriage 5 and to repeat the operation.
Comme on l'a dit, la zone du cordon de soudure présente un intérêt particulier, et on peut souhaiter déterminer sa géométrie avec une meilleure précision que pour le restant de la circonférence du tube 1. On pourrait, par exemple, prendre un pas 68 de 0,1 uniquement au voisinage du cordon de soudure, et se contenter d'un pas 68 de 10 ou de quelques degrés sur le restant de la circonférence. Avantageusement, le support en C 11 est également muni d'un moyen de détection du cordon de soudure, de préférence connecté aux moyens de mise en rotation de l'arbre rotatif 8. Ce moyen peut être constitué par un capteur à courants de Foucault 23, qui détecte le cordon de soudure d'après ses différences structurelles avec le métal du tube.Ce capteur 23, pour fonctionner correctement, doit avoir son extrémité placée à une faible distance (quelques mm) de la surface externe 20 ou interne 21 du tube. On a donc intérêt à prévoir un moyen de réglage automatique de cette distance qui réagirait aux irrégularités de la forme de la surface du tube 1 (notamment près du cordon de soudure), et éviterait ainsi que le capteur 23 ne vienne heurter le tube 1 ou, inversement, ne s'en éloigne trop. Ce moyen de réglage peut comporter des moyens optiques, ou, plus simplement, des moyens purement mécaniques incluant un palpeur frottant contre le tube 1. Le pas 60peut ainsi être choisi en fonction des informations fournies par ce capteur 23 : dès que le capteur 23 réagit à la présence du cordon de soudure le pas 6 O est réduit à sa valeur la plus faible.Si le capteur 23 est connecté aux moyens de mise en rotation de l'arbre rotatif 8, cette réduction peut être effectuée automatiquement. As we said, the weld bead area is of particular interest, and we may wish to determine its geometry with better precision than for the rest of the circumference of the tube 1. We could, for example, take a step 68 0.1 only in the vicinity of the weld bead, and be satisfied with a step 68 of 10 or a few degrees over the rest of the circumference. Advantageously, the support in C 11 is also provided with a means for detecting the weld bead, preferably connected to the means for rotating the rotary shaft 8. This means can be constituted by an eddy current sensor 23 , which detects the weld bead according to its structural differences with the metal of the tube. This sensor 23, to function correctly, must have its end placed a short distance (a few mm) from the external surface 20 or internal 21 of the tube . It is therefore advantageous to provide a means of automatic adjustment of this distance which would react to irregularities in the shape of the surface of the tube 1 (especially near the weld bead), and thus prevent the sensor 23 from hitting the tube 1 or , conversely, do not stray too far from it. This adjustment means may include optical means, or, more simply, purely mechanical means including a feeler rubbing against the tube 1. The pitch 60 can thus be chosen as a function of the information provided by this sensor 23: as soon as the sensor 23 reacts when the weld bead is present, the pitch 6 O is reduced to its lowest value. If the sensor 23 is connected to the means for rotating the rotary shaft 8, this reduction can be carried out automatically.
Comme on l'a dit, il est aussi intéressant, pour le fabricant de tubes, de localiser précisément l'extrémité du tube 1 et de déterminer sa forme exacte, à savoir la géométrie du chanfrein 24 et l'équerrage de la face radiale 25 (c'est-à-dire l'écart par rapport à la géométrie idéale où cette face radiale 25 serait entièrement comprise dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal XX' du tube 1). As we said, it is also interesting for the tube manufacturer to locate the end of the tube 1 precisely and to determine its exact shape, namely the geometry of the chamfer 24 and the squareness of the radial face 25 (that is to say the deviation from the ideal geometry where this radial face 25 would be entirely included in a plane perpendicular to the longitudinal axis XX 'of the tube 1).
Cette forme peut être déterminée en utilisant le dispositif selon l'invention tel qu'il vient d'être décrit. Il faut alors effectuer des séries de mesures successives sur différentes circonférences du tube 1 séparées par une translation du chariot de mesure 5, cette translation étant d'autant plus petite que la précision recherchée est meilleure, et en tout cas pas supérieure à (à préciser).This shape can be determined using the device according to the invention as just described. It is then necessary to carry out successive series of measurements on different circumferences of the tube 1 separated by a translation of the measuring carriage 5, this translation being all the smaller the better the precision sought, and in any case not greater than (to be specified ).
Toutefois, on imagine bien que le temps nécessaire à cette détermination précise peut paraître exagérément long, sachant que l'exploration d'une seule circonférence prend environ (à préciser) minutes, et qu'il est nécessaire d'explorer les circonférences qui s'étendent sur environ les 100 derniers mm du tube. Préférentiellement, il est donc souhaitable d'intégrer au dispositif de mesure des moyens permettant d'obtenir une image de l'extrémité du tube sans que cette obtention ne conduise à un allongement significatif de la durée des opérations de mesure.However, it is easy to imagine that the time necessary for this precise determination may seem excessively long, knowing that the exploration of a single circumference takes approximately (to be specified) minutes, and that it is necessary to explore the circumferences extend for about the last 100 mm of the tube. Preferably, it is therefore desirable to integrate into the measurement device means making it possible to obtain an image of the end of the tube without this obtaining leading to a significant lengthening of the duration of the measurement operations.
La figure 2 représente le support en C 11 modifié pour recevoir un exemple de tels moyens d'obtention d'une image de l'extrémité du tube 1. Ces moyens consistent ici en un capteur de mesure de position de bord constitué par un système à balayage à nappe laser parallèle. Un tel capteur est connu en lui-même, et est commercialisé par de nombreuses sociétés, notamment par la firme ZUMBACH et ODAC. Il comprend d'abord une partie émettrice 26 intégrée à la branche horizontale 14 du support en C 11 qui est tournée vers la face interne 21 du tube 1. Cette partie émettrice 26 envoie un faisceau laser balayant en continu la zone d'observation, que l'on pourrait donc assimiler à une série de faisceaux laser 27 alignés parallèlement à l'axe XX' du tube 1. Ce faisceau est orienté en direction d'une partie réceptrice 28. FIG. 2 represents the support in C 11 modified to receive an example of such means for obtaining an image of the end of the tube 1. These means consist here of an edge position measurement sensor constituted by a system with parallel laser sheet scanning. Such a sensor is known in itself, and is marketed by many companies, in particular by the firm ZUMBACH and ODAC. It first comprises an emitting part 26 integrated into the horizontal branch 14 of the support at C 11 which is turned towards the internal face 21 of the tube 1. This emitting part 26 sends a laser beam continuously scanning the observation area, we could therefore assimilate to a series of laser beams 27 aligned parallel to the axis XX 'of the tube 1. This beam is oriented in the direction of a receiving part 28.
Celle-ci est intégrée à la branche horizontale 13 du support en C 11 qui est tournée vers la face externe 20 du tube 1.This is integrated into the horizontal branch 13 of the C-shaped support 11 which faces the external face 20 of the tube 1.
Ainsi, en déterminant grâce aux moyens de calcul 19 pour lesquelle de ses positions ce faisceau laser est arrêté par la face interne 21 du tube 1 et pour lesquelles il ne l'est pas, on peut localiser l'extrémité du tube 1 pour chaque position angulaire de l'arbre rotatif 8. On peut ainsi placer précisément le chariot de mesure 5 de telle façon que les capteurs de distance 15, 16 explorent bien la circonférence désirée du tube 1. On peut également déterminer l'image en trois dimensions de la face radiale 25 du tube 1 et évaluer son équerrage. En revanche, il n'est pas possible de déterminer la forme du chanfrein 24.Thus, by determining thanks to the calculation means 19 for which of its positions this laser beam is stopped by the internal face 21 of the tube 1 and for which it is not, we can locate the end of the tube 1 for each position angle of the rotary shaft 8. It is thus possible to precisely position the measuring carriage 5 so that the distance sensors 15, 16 explore the desired circumference of the tube 1. It is also possible to determine the three-dimensional image of the radial face 25 of tube 1 and assess its squareness. However, it is not possible to determine the shape of the chamfer 24.
Cette détermination est, en revanche, possible avec le dispositif représenté sur la figure 3, dans lequel le support en C 11 comporte un capteur de profil 29 intégré à sa branche verticale 12. Ce capteur de profil 29 est d'un type connu en lui-même. Il est commercialisé, notamment, par la firme
PERCEPTRON (sous la référence DATACAM CONTOUR SENSORS) et
MESACON (sous la référence MESAMETER DS2), et fonctionne selon le principe de la coupe optique ou de la triangulation à balayage. Dans le cas de la coupe optique, il inclut un générateur d'un plan laser 30 orienté vers l'extrémité du tube et une caméra matricielle qui capte l'image en trois dimensions de la trace du plan laser 30 sur l'extrémité du tube 1, incluant la face radiale 25 et le chanfrein 24.Les moyens de calcul 19 auxquels est relié ce capteur, peuvent ainsi reconstituer instantanément cette image, et en particulier la forme du chanfrein 24 et la position longitudinale de la face radiale 25. En répétant l'opération pour chaque position angulaire de l'arbre rotatif 8, on obtient ainsi une image complète de la face radiale 25 du tube 1 et de son chanfrein 24, et ce après un seul tour de l'arbre rotatif 8.This determination is, however, possible with the device shown in FIG. 3, in which the support in C 11 comprises a profile sensor 29 integrated into its vertical branch 12. This profile sensor 29 is of a type known in itself -even. It is marketed, in particular, by the firm
PERCEPTRON (under the reference DATACAM CONTOUR SENSORS) and
MESACON (under the reference MESAMETER DS2), and operates on the principle of optical cutting or scanning triangulation. In the case of optical cutting, it includes a generator of a laser plane 30 oriented towards the end of the tube and a matrix camera which captures the three-dimensional image of the trace of the laser plane 30 on the end of the tube 1, including the radial face 25 and the chamfer 24. The calculation means 19 to which this sensor is connected, can thus instantly reconstruct this image, and in particular the shape of the chamfer 24 and the longitudinal position of the radial face 25. By repeating the operation for each angular position of the rotary shaft 8, a complete image of the radial face 25 of the tube 1 and of its chamfer 24 is thus obtained, and this after a single turn of the rotary shaft 8.
Notons également que les capteurs que l'on vient de décrire et qui permettent de détecter les bords du tube 1 et de déterminer leur forme permettent également de repérer les positions relatives de l'extrémité du tube 1 et du support en
C 11. Par cet intermédiaire, on peut réaliser un positionnement précis des capteurs de distance 15, 16 par rapport à l'extrémité du tube 1, sans qu'il soit alors nécessaire de repérer la position du chariot 5 sur le socle 3.It should also be noted that the sensors which have just been described and which make it possible to detect the edges of the tube 1 and to determine their shape also make it possible to identify the relative positions of the end of the tube 1 and of the support in
C 11. By this intermediary, it is possible to achieve precise positioning of the distance sensors 15, 16 relative to the end of the tube 1, without it then being necessary to locate the position of the carriage 5 on the base 3.
Préférentiellement, le dispositif selon l'invention comporte deux chariots de mesure 5 équipés comme on vient de le décrire, disposés chacun face à une extrémité du berceau porte-tube 2. On peut ainsi simultanément décrire les deux extrémités du tube 1. De plus, en mesurant la distance séparant les deux chariots 5 (ou d'autres éléments qui leur sont solidaires, par exemple les supports en C 11) et en la communiquant aux moyens de calcul 19, on peut facilement déduire la longueur du tube 1, qui est aussi un paramètre intéressant à connaître. Preferably, the device according to the invention comprises two measuring carriages 5 equipped as described above, each arranged opposite one end of the tube-carrying cradle 2. It is thus possible to simultaneously describe the two ends of the tube 1. In addition, by measuring the distance separating the two carriages 5 (or other elements which are integral with them, for example the supports in C 11) and by communicating it to the calculation means 19, it is easy to deduce the length of the tube 1, which is also an interesting parameter to know.
Si l'invention, dans l'exemple décrit, s'applique à la mesure des dimensions des gros tubes métalliques soudés, il est clair qu'elle peut être appliquée à d'autres types de produits de forme tubulaire, dont les dimensions sont compatibles avec celles de l'appareillage : tubes métalliques sans soudure, tubes non métalliques, etc... D'autre part, des dispositifs optiques de mesure autres que ceux exemplifiés, mais assurant les mêmes fonctions, peuvent être utilisés. If the invention, in the example described, applies to the measurement of the dimensions of large welded metal tubes, it is clear that it can be applied to other types of tubular products, the dimensions of which are compatible with those of the apparatus: seamless metal tubes, non-metallic tubes, etc. On the other hand, optical measurement devices other than those exemplified, but ensuring the same functions, can be used.
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| FR2721703B1 (en) | 1996-08-02 |
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