FR2772122A1 - Procede et dispositif de mesure de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface laterale d'un produit allonge - Google Patents

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    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518Projection by scanning of the object

Abstract

Pour effectuer une mesure en continu de la forme et/ ou de la position d'un profil d'une surface latérale d'un produit allongé (1) en déplacement selon une direction longitudinale (F1) - on effectue un balayage de la surface latérale (15) au moyen d'un faisceau lumineux incident (21c) dirigé sensiblement perpendiculairement à la dite surface latérale,- on observe le point (26) formé sur la surface, selon une direction oblique, au moyen d'une caméra linéaire pourvue d'une barrette (32) d'éléments photosensibles, et d'une optique d'anamorphose (33) adaptée pour générer une image du dit point sur la barrette quelle que soit la position du faisceau,- on détermine au cours du balayage la position de l'image du dit point sur la barrette en fonction de la position du faisceau, et- on en déduit par triangulation la forme du profil de la surface latérale et sa position transversale.

Description

Procédé et dispositif de mesure de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface latérale d'un produit
allongé.
La présente invention concerne un procédé et dispositif de mesure de la forme et/ou de la position d'une surface latérale d'un produit allongé, notamment la mesure d'un profil de rive de produits métalliques plats, tels que, par exemple, des brames, plaques ou tôles en acier.
Lors de la fabrication de tôles, il est particulièrement important de pouvoir mesurer, le plus précisément possible, les dimensions de la tôle au cours des différentes étapes de fabrication, en particulier après certaines étapes de laminage. Ces mesures permettent notamment d'évaluer les déformations de la tôle provoquées par le laminage, et de déterminer la position des coupes destinées à chuter les rives déformées de la tôle.
Un procédé connu de détermination de la position d'une rive de tôle, permettant d'en déduire la largeur de la tôle et le profil en long des rives, consiste à placer une source lumineuse d'un côté de la tôle, et à observer, par exemple au moyen d'une caméra matricielle, le bord de la tôle, ce bord étant défini par la limite entre la zone sombre, où le rayonnement lumineux est caché par la tôle, et la zone éclairée où le rayonnement passe à côté de la tôle. I1 s'agit en fait dans ce procédé, d'une simple détermination de la position de la limite de l'ombre portée de la rive de la tôle.
Un premier problème résulte de l'erreur de parallaxe qui peut survenir du fait d'un déplacement transversal non négligeable de la tôle, alors que la caméra reste fixe en position. Cette erreur est d'autant plus importante que la tôle est épaisse, comme on le comprendra aisément. L'erreur est encore amplifiée dans le cas où la rive est déformée, présentant un profil irrégulier selon l'épaisseur de la tôle, comme on l'a représenté, à titre d'exemple, sur la figure 1.
Une solution déjà envisagée consisterait à assurer une visée perpendiculaire au plan de la tôle. Mais ceci nécessiterait, en fait, d'asservir la position de la caméra à la position du bord de la tôle, ou à placer la caméra suffisamment loin pour que l'angle de visée ne s'éloigne que très peu de la perpendiculaire au plan de la tôle. De telles dispositions compliqueraient l'installation de mesures, et nuiraient nécessairement à la précision.
De plus, dans tous les cas de mesures utilisant une visée selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan de la tôle, il est impossible de tenir compte des irrégularités du profil de rive, considéré selon l'épaisseur de la tôle. En effet, comme on le voit bien figure 1, on ne peut observer que la limite extrême de ce profil, autrement dit les bosses, telles que celles formées par les bavures ou replis des rives formés lors du laminage, alors que des creux importants peuvent exister dans le profil transversal de la rive. Ceci conduit généralement à chuter excessivement les rives, pour éviter tout risque d'irrégularités subsistantes après le chutage, et il y a donc des rebuts excessifs faute de pouvoir correctement déterminer la quantité de métal à chuter en rive.
On connaît aussi des procédés de détermination du profil d'un produit long, tel que poutrelle ou rail, par la méthode appelée coupe optique, qui consiste à éclairer le produit par un faisceau plat transversal, et à observer, par une caméra matricielle, selon une direction de visée oblique et suffisamment décalée par rapport à la direction du faisceau, la forme et la position du trait formé sur le produit par le dit faisceau plat.
Typiquement la résolution d'une telle caméra matricielle est de 500 X 500 pixels.
Un tel procédé est pratiquement inutilisable dès lors que la position du profil, par rapport à la caméra de mesure, est susceptible de varier fortement.
En effet, pour éviter que de telles variations ne fassent sortir le trait observé hors du champ de la caméra, il est nécessaire d'utiliser un champ suffisamment large, ce qui conduit nécessairement, pour une dimension de matrice donnée, à réduire la précision sur la détermination de la forme et de la position du profil de rive. Par ailleurs augmenter suffisamment le nombre de pixels d'une caméra matricielle n'est pratiquement pas possible, ou conduirait à un coût prohibitif.
La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes et vise à fournir un procédé et un dispositif permettant de déterminer la forme et la position de la rive avec une grande précision, même lors de fortes variations de la dite position.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de mesure en continu de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface latérale d'un produit allongé en déplacement selon une direction longitudinale, caractérisé en ce que
- on effectue un balayage de la surface latérale au moyen d'un faisceau lumineux dirigé sensiblement perpendiculairement à la dite surface latérale et générant un point lumineux sur la dite surface latérale, le faisceau étant déplacé dans un plan orthogonal à la direction longitudinale,
- on observe le dit point selon une direction oblique par rapport à la direction longitudinale du produit, au moyen d'une caméra linéaire pourvue d'une barrette d'éléments photo-sensibles qui s'étend dans un plan orthogonal à la direction de déplacement du faisceau, et d'une optique d'anamorphose adaptée pour générer une image du dit point sur la barrette quelle que soit la position du faisceau,
- on détermine la position du dit point sur la barrette en fonction de la position du faisceau, et
- on en déduit par triangulation la forme du profil de la surface latérale et sa position transversale.
Alors que le procédé appelé coupe optique détermine le profil par analyse de l'image complète du trait de coupe formée sur la caméra matricielle, le procédé selon l'invention détermine ce profil point par point. Chaque point de ce profil est défini dans l'espace par son appartenance au plan de balayage du faisceau et, dans ce plan, par une abscisse définie par la position du faisceau et par une ordonnée définie par la position du point sur la barrette de la caméra linéaire. Ces deux positions peuvent être déterminées par diverses méthodes.
On peut par exemple commander la saisie du signal représentatif de la position de l'image du point sur la barrette de la caméra par un signal représentatif de la position du faisceau. On fait alors effectuer au faisceau, typiquement un rayon laser, un balayage par incrément, et on valide la mesure de position effectuée par la caméra linéaire à chaque incrément du balayage. On peut aussi définir une fréquence de mesure et saisir périodiquement simultanément les signaux représentatifs de la position du faisceau et de celle de l'image du point formée sur la barrette de la caméra.
Le procédé selon l'invention permet de déterminer avec une grande précision la position de chaque point généré par le faisceau, grâce à la meilleure résolution de la caméra linéaire, par exemple de 2048 pixels. On peut par exemple obtenir, en ajoutant à la mesure un traitement sub-pixels, une précision de mesure de l'ordre de 0,2 mm sur un champ de 2 m.
Le balayage effectué par le faisceau peut être simplement effectué par une rotation ou une oscillation autour d'un axe parallèle à la direction longitudinale du produit. Dans un tel cas, la relation entre l'abscisse réelle du point formé par le faisceau et la position angulaire du dit faisceau dépend de la distance entre la source et la surface observée. Ceci peut être gênant pour la précision de la mesure si des variations importantes de cette distance peuvent survenir au cours d'une mesure.
Bien qu'il soit possible de tenir compte de telles variations pour corriger les mesures, préférentiellement le faisceau est déplacé parallèlement à lui même lors du balayage, de sorte que le faisceau reste toujours orthogonal à la surface latérale observée, et que la position du point sur la surface observée, dans la direction du balayage, est indépendante de la distance entre la source et la dite surface. Pour réaliser un tel balayage parallèle, on pourra par exemple utiliser un scanner formé par une source laser dont le rayon est dirigé sur un miroir oscillant ou rotatif placé au foyer d'un miroir parabolique, selon un principe connu en soi.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de mesure en continu de la forme et/ou de la position d1un profil d'une surface latérale d'un produit allongé en déplacement selon une direction longitudinale, caractérisé en ce qu'il comprend
- une source d'un rayon lumineux agencée pour créer un point lumineux sur la dite surface latérale,
- des moyens de balayage pour déplacer le rayon dans un plan orthogonal à la dite direction longitudinale et balayer la dite surface,
- une caméra linéaire comportant une barrette d'éléments photo-sensibles qui s'étend dans un plan orthogonal à la direction de déplacement du faisceau, et pourvue d'une optique d'anamorphose adaptée pour générer une image du dit point sur la barrette quelle que soit la position du rayon, et
- des moyens de calcul pour déterminer au cours du balayage la position du dit point sur la barrette en fonction de la position du rayon, et en déduire par triangulation la forme du profil de la surface latérale et/ou sa position transversale.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite, à titre d'exemple non limitatif, d'une installation de mesure des dimensions d'une tôle en acier, cette installation comportant un dispositif, conforme à l'invention, de mesure du profil et de la position des rives de la tôle, permettant notamment d'en déduire en continu la largeur de la dite tôle.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique partielle d'un profil de rive, illustrant les irrégularités susceptibles d'affecter cette rive,
- la figure 2 est une vue d'ensemble de l'installation de mesure, montrant une tôle en déplacement sur une table à rouleaux équipée des sources laser et des caméras utilisés pour la mesure de la forme et de la position des rives,
- la figure 3 est une vue en perspective illustrant la mise en oeuvre du dispositif de mesure,
- la figure 4 illustre le balayage de la rive par le rayon laser,
- la figure 5 illustre, en vue de dessus, la mesure par triangulation de la position du point généré par le rayon laser sur la rive,
- la figure 6 représente l'optique d'anamorphose utilisée pour élargir le champ de la caméra linéaire.
Sur le dessin de la figure 1 on a représenté à titre d'exemple, en coupe transversale, la rive d'une tôle laminée épaisse 1, pour illustrer les irrégularités de profil que peuvent présenter les rives en cours de laminage. On y a également représenté schématiquement une méthode connue de mesure de la position de la rive, par une caméra 2 détectant la limite de l'ombre portée de la rive éclairée par le côté opposé par une source lumineuse telle qu'un tube néon 3. La figure 1 fait clairement ressortir les inconvénients de cette méthode, déjà mentionnés dans la partie introductive de ce mémoire.
Le dessin de la figure 2 montre une tôle en acier 1, au cours ou en fin de laminage, par exemple en sortie d'une planeuse à chaud, en déplacement selon la direction de la flèche F1 sur une table à rouleaux 10, connue en soi. L'épaisseur de la tôle est par exemple de l'ordre de 8 à 400 mm, pour une largeur de l'ordre de 1 à 4 m, ces dimensions n'étant toutefois nullement limitatives.
La table à rouleaux est équipée d'une installation de mesure de la tôle comportant notamment des moyens de mesure de la forme et de la position des rives, qui vont être décrits par la suite, et pouvant aussi comporter d'autres moyens de mesure, non représentés, pour mesurer par exemple la longueur de la tôle, ou d'autres paramètres, par exemple sa température.
L'installation représentée est particulièrement destinée à déterminer la forme des rives, et la largeur de la tôle, cette largeur se déduisant des positions de chacune des deux rives mesurées simultanément lors du défilement de la tôle. A cet effet, l'installation comporte deux ensembles de mesure 11, 12, conformes à l'invention, situés respectivement de chaque côté de la table à rouleaux, sur des massifs rigides disposés à l'extérieur de la table à rouleaux. Deux autres ensembles similaires 13, 14, décalés longitudinalement, peuvent être utilisés pour améliorer la précision de la mesure et permettre un relevé de la géométrie d'ensemble de la tôle (par exemple, détermination du sabre de la tôle), même si la tôle subit une dérive transversale importante sur la table lors de son déplacement.
On va maintenant décrire plus en détail les éléments constitutifs d'un ensemble de mesure, et son utilisation.
Chaque ensemble de mesure est constitué d'un télémètre à triangulation qui comporte
- un module émetteur 20, destiné à générer un rayon lumineux 21 horizontal, perpendiculaire à la direction longitudinale de la table 10, et à faire effectuer par ce rayon un balayage vertical sur une hauteur couvrant la totalité de l'épaisseur de la tôle 1,
- un module capteur 30, décalé longitudinalement par rapport au module émetteur 20, et ayant un champ de vision 31 dont la direction générale est orientée obliquement par rapport à la direction du rayon 21, par exemple d'un angle d'environ 45". Ce module capteur est destiné à observer le point lumineux 26 formé par le rayon 21 sur la rive 15 de la tôle, et à déterminer sa position dans la direction transversale, par rapport à un référentiel fixe prédéfini,
- et un module de pilotage et de calcul 40, relié aux modules émetteur et capteur pour assurer leur synchronisation et fournir le résultat de la mesure, sous forme par exemple du profil de rive et de la position de cette rive, comme cela sera décrit par la suite.
Le module émetteur 20 comporte une source laser 22, par exemple un laser de 20 mW, et un système de scanner formé par un miroir tournant 23 placé au foyer d'un miroir parabolique 24. Dans l'exemple représenté figure 3, le miroir tournant 23 est un polygone dont chaque face est un miroir et qui est entraîné en rotation par un moteur 25 pourvu d'un codeur incrémenteur. Le rayon 2la issu du laser 22 est réfléchi par les facettes du miroir 23 sur le miroir parabolique 24, et de là vers la tôle 1, selon une direction horizontale. La rotation du miroir 23 provoque une variation de la direction du rayon réfléchi 21b, et donc de l'altitude du rayon 21c réfléchi par le miroir parabolique 24. La rotation du miroir 23 provoque donc un balayage vertical du rayon 21c, ce rayon restant toujours sensiblement horizontal du fait que le miroir tournant est situé au foyer de la parabole du second miroir 24. Dans un tel montage, le point d'impact du rayon incident 21a sur les facettes du miroir tournant 23 ne peut pas être continûment exactement au foyer de la parabole. Toutefois ceci ne provoque qu'une erreur négligeable sur l'horizontalité du rayon réfléchi 21c, erreur qui peut d'ailleurs être compensée par les moyens de calcul ou par une correction prédéterminée de la courbure du miroir 24.
La position verticale du rayon 21c est liée directement à la position angulaire du miroir tournant 24, mesurable par le codeur équipant le moteur 25.
L'intérêt particulier d'un balayage par un rayon restant horizontal est que l'altitude du point lumineux formé par le rayon 21c sur la rive de la tôle est indépendante des variations de distance entre la rive de la tôle et le module émetteur, ce qui ne serait pas le cas en cas de variation de l'inclinaison du rayon lors du balayage. On pourrait toutefois aussi utiliser un balayage par un tel rayon pivotant, généré par exemple par un laser oscillant autour d'un axe horizontal au lieu du scanner décrit précédemment, moyennant de prévoir les corrections nécessaires en fonction des variations de position transversale de la rive.
La figure 4 illustre une variante de réalisation du scanner, utilisant ici un miroir oscillant 23'.
Le module capteur 30 est constitué essentiellement d'une caméra linéaire 32, symbolisée sur les dessins par sa barrette d'éléments photosensibles qui s'étend horizontalement. Typiquement la barrette comporte 2048 éléments, constituants autant de pixels de mesure, chaque pixel ayant une dimension de l'ordre de 13 microns. La caméra est dotée d'une optique d'anamorphose 33 pour épaissir le champ de vision de la caméra dans la direction verticale, c'est à dire que cette optique concentre sur la barrette 32 tout rayonnement provenant d'un point situé dans son champ de vision, quelque soit l'altitude de ce point.
Pour effectuer la mesure, le codeur du moteur 25 envoie au module de calcul des impulsions correspondant à des incréments de la position angulaire du miroir tournant 23, ou du miroir oscillant 23', et donc à l'altitude du point formé sur la rive de la tôle par le rayon 21c. Chaque impulsion commande une saisie de l'information fournie par la caméra linéaire, représentative de la position transversale du point lumineux. Pour chaque altitude du point formé sur la rive, on a donc une mesure de sa position transversale.
Le module de calcul 40 peut alors reconstituer point par point le profil de la rive dans le plan de balayage.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et à l'application particulière qui ont été décrits ci-dessus uniquement à titre d'exemple. En particulier, elle peut aussi être utilisée pour effectuer des mesures dimensionnelles autre que sur les rives de la tôle, et aussi sur d'autres produits que des tôles.
On pourra aussi modifier l'optique de la caméra linéaire de manière que l'image du point lumineux formé sur la rive ne soit pas seulement un point mais un segment s'étendant verticalement et intersectant la barrette de la caméra. Avec une telle optique, on ne cherche plus alors à ramener l'image du point sur une même ligne quelle que soit l'altitude du dit point, mais on crée une image du point qui est un segment suffisamment étendu dans la direction verticale pour intersecter la barrette, quelle que soit l'altitude du point et donc celle de ce segment.

Claims (10)

  1. - on en déduit par triangulation la forme du profil de la surface latérale et sa position transversale.
    - on détermine au cours du balayage la position de l'image du dit point sur la barrette en fonction de la position du faisceau, et
    - on observe le dit point (26) selon une direction oblique par rapport à la direction longitudinale du produit, au moyen d'une caméra linéaire pourvue d'une barrette (32) d'éléments photo-sensibles qui s'étend dans un plan orthogonal à la direction (F2) de déplacement du faisceau, et d'une optique d'anamorphose (33) adaptée pour générer une image du dit point sur la barrette quelle que soit la position du faisceau,
    - on effectue un balayage de la surface latérale (15) au moyen d'un faisceau lumineux incident (21c) dirigé sensiblement perpendiculairement à la dite surface latérale et générant un point lumineux (26) sur la dite surface latérale, le faisceau étant déplacé dans un plan orthogonal à la direction longitudinale,
    REVENDICATIONS e 1. Procédé de mesure en continu de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface latérale d'un produit allongé (1) en déplacement selon une direction longitudinale (F1), caractérisé en ce que
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau (21c) est déplacé parallèlement à lui même lors du balayage.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déplacement du faisceau est généré en dirigeant le faisceau (21a) sur un miroir tournant (23) situé au foyer d'un miroir parabolique (24).
  4. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on saisit simultanément, selon une fréquence prédéterminée, les signaux représentatifs de la position du faisceau et de la position de l'image du point sur la barrette de la caméra.
    r
  5. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la saisie du signal représentatif de la position de l'image du point sur la barrette de la caméra est commandée par un signal représentatif de la position du faisceau.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, en vue de la mesure des dimensions d'une tôle (1) en défilement, on détermine la position des rives latérales de la tôle et on en déduit sa largeur.
    - des moyens de calcul (40) pour déterminer au cours du balayage la position du dit point sur la barrette en fonction de la position du rayon, et en déduire par triangulation la forme du profil de la surface latérale et/ou sa position transversale.
    - une caméra linéaire comportant une barrette (32) d'éléments photo-sensibles qui s'étend dans un plan orthogonal à la direction (F2) de déplacement du faisceau, et pourvue d'une optique d'anamorphose (33) adaptée pour générer une image du dit point sur la barrette quelle que soit la position du rayon, et
    - des moyens de balayage (23,24) pour déplacer le rayon dans un plan orthogonal à la dite direction longitudinale et balayer la dite surface,
    - une source (22) d'un rayon lumineux agencé pour créer un point lumineux (26) sur la dite surface latérale,
  7. 7. Dispositif de mesure en continu de la forme et/ou de la position d'un profil d'une surface latérale (15) d'un produit allongé (1) en déplacement selon une direction longitudinale (F1), caractérisé en ce qu'il comprend
  8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la source est une source de rayon laser (22).
  9. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de balayage comportent un miroir tournant (23) disposé au foyer d'un miroir parabolique (24), de manière que la rotation du miroir tournant provoque une translation du rayon (21c) réfléchi par le miroir parabolique, parallèlement à lui-même.
  10. 10. Installation de mesure des dimensions d'une tôle en défilement, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs dispositifs selon l'une des revendications 7 à 9, placés de part et d'autre de la trajectoire de la tôle.
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