LU83429A1 - Procede et dispositif pour controler la planeite des toles metalliques - Google Patents

Description

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Association sans but lucratif - vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique) .

Procédé et dispositif pour contrôler la planéité des tôles métalliques.

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour contrôler la planéité des tôles métalliques, » particulièrement intéressants dans le cas de tôles en acier à la t sortie du laminoir.'

Le demandeur - a déjà préconisé un procédé de ce type dans lequel on mesure les niveaux par rapport à un plan horizontal de référence à l'aide d'une triangulation optique. Suivant ce procédé, on effectue une telle mesure de niveau pour au moins deux fibres judicieusement choisies à la surface du produit, on détermine la longueur de ces fibres en associant la mesure de ces ni- / veaux à la vitesse de déplacement du produit et on calcule 1' / / Ψ

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allongement différentiel de ces fibres pour obtenir une valeur i significative de la planéité de la dite surface.

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Dans un article publié dans la revue Iron and Steel International, August 1978, p. 215-221, le demandeur décrit une installation comprenant trois faisceaux lasers fixes et trois caméras à photodiodes pour mesurer le niveau de la tôle le long de la fibre centrale et sur les bords latéraux (rives). Ces données sont fournies à un mini-calculateur qui calcule les valeurs de la * Ί planéité dont l'affichage sur un écran permet aux opérateurs de v prendre rapidement les dispositions qui s'imposent en parfaite connaissance de cause.

Les résultats obtenus de cette façon se sont révélés très satisfaisants, même dans le cas de très faibles défauts de planéité, ce qui devient de plus en plus fréquent avec les nouveaux laminoirs à réglage automatique, et on a pu ainsi contrôler non seulement la qualité du produit laminé, mais également la qualité du travail de laminage.

Il y a cepéndant toujours intérêt à augmenter la rapidité et la précision de ces mesures d'une part, pour des raisons d'ordre économique (éviter les rebuts) et d'autre part, pour des raisons d'efficacité de contrôle. En effet les cadences de laminage sont de plus en plus élevées et pour contrôler les produits en cours de fabrication, il faut mesurer de plus en plus vite. En outre, si on veut mettre les produits à longueur, on a intérêt à répéter les mesures le plus fréquemment possible le + long des produits, de façon à mieux localiser les endroits où 1’ on passe d'une planéité correcte à une planéité hors tolérance.

ILe positionnement des appareils émetteurs et récepteurs constitue un problème très important qui se pose une fois au cours d'une campagne de laminage de tôles d'une même largeur nominale, mais qui par contre, se pose chaque fois que la largeur, nominale des tôles à laminer change, ce gui est le cas le plus/-/ fréquemment rencontré. f f/ 3.-

Avec le laminage de larges tôles, il y a en outre intérêt à augmenter le nombre de points de mesure, car la surface comprise entre la fibre centrale de la tôle et les rives est plus grande et requiert une plus grande densité de mesures ponctuelles, avec pour conséquence une multiplication des appareils et un problème de positionnement de ces appareils rendu d'autant plus contraignant.

Jusqu'à présent, diverses méthodes de positionnement sont utilisées, mais elles présentent toutes les inconvénients de nécessiter le déplacement d'un grand nombre d'appareils ou de sup-- ports lourds et encombrants au moyen de dispositifs toujours compliqués et coûteux. C'est ainsi par exemple que l'on déplace chaque circuit optique constitutif d'une triangulation de mesure, ce circuit étant généralement de grandes dimensions et d'un poids élevé.

Un autre inconvénient réside dans l'espace de hauteur généralement faible laissé libre par la jauge de mesure au-dessus des tôles à contrôler avec pour conséquence, le risque de provoquer une collision entre une partie des tôles et la jauge de mesure.

La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier à ces inconvénients.

Le procédé, objet de la présente invention, dans lequel on émet des faisceaux optiques tels que par exemple des faisceaux lasers en direction de la fibre centrale et des rives de la tôle et éventuellement en direction d'autres zones intermédiaires, puis une partie du rayonnement optique retransmis par la tôle étant captée au moyen d'appareils récepteurs appropriés tels que par exem-

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pie des caméras à photodiodes, on calcule les niveaux de ces points par rapport à un plan horizontal de référence, à l'aide des triangulations optiques formées par les dits émetteurs et récepteurs, et on détermine un indice de planéité exprimant l'allongement différentiel des fibres scrutées, est essentiellement caractérisé en ce que l'on positionne les faisceaux émis et les axes optiques des appareils récepteurs au moyen de déflecteurs orientables pour/ que les points d'impact de ces faisceaux se situent aux endroi^^ voulus de la tôle, quelle que soit la largeur de cette 4.- 1 < * l

Suivant une modalité particulièrement avantageuse de \ l'invention, au moins deux des faisceaux optiques émis sont sécants, I leurs axes font un angle connu et constant entre eux et leur point d'intersection est situé sur 1'axe de rotation du déflecteur; le grand avantage de cette modalité réside surtout dans la possibilité de réduire le nombre de déflecteurs orientables à utiliser.

Les axes émetteur et récepteur d'une même triangula-. tion sont coplanaires. De plus, en général, les plans de plusieurs triangulations se confondent, mais il peut être avantageux qu’ils soient distincts et de préférence parallèles, afin d'éviter que le même récepteur puisse intercepter les faisceaux provenant de deux émetteurs distincts. Toutefois, deux des faisceaux optiques émis sont avantageusement orthogonaux à l'axe de rotation du même déflecteur orientable sans être ni sécants ni parallèles entre eux.

La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus.

Le dispositif, objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend deux coffrets hermétiques situés au-dessus de la tôle à contrôler, symétriquement i par rapport au plan vertical central du support de cette tôle, à une distance verticale süffisante, de préférence supérieure à 2 mètres, pour ne pas encombrer le voisinage immédiat au-dessus de ! . la tôle et pour réduire l'effet thermique dû à la haute température j j de cette tôle dans le cas d'un laminoir à chaud et séparés l'un de i · l'autre d'une distance nettement supérieure à la largeur de la tôle, en ce que ces deux coffrets comprennent les appareils - émetteur et récepteur ainsi que les déflecteurs orientables de positionnement et en ce que ces deux coffrets comportent des orifices munis de hublots transparents, pour le passage des faisceaux à émettre et à réceptionner.

Suivant l’invention, les coffrets contiennent eux-mêmes un compartiment étanche à l'eau et à la poussière, muni de' hublots, à l'intérieur duquel sont disposés les déflecteurs _fi:xes et mobiles, les objectifs et les composants optiques. / 1/ « I t Λ · l 5.-

La figure ci-jointe est donnée à titre d'exemple non limitatif et représente un mode préférentiel de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.

La tôle 1 dont on veut contrôler la planéité a une largeur de 2000 mm, mais elle peut avoir une largeur allant de 350 mm à 2000 mm, voire plus.

A une hauteur de 3,25 m au-dessus de la tôle 1 sont fixées les faces supérieures des coffrets 2 et 3, sous la poutre 4, symétriquement par rapport au plan vertical central (trace 5) du support de la tôle 1. La distance horizontale séparant ces deux coffrets est de 2,70 m, alors que la section des dits coffrets suivant le plan du dessin est 1,20 m x 1 m. L'espace libre situé au-dessus de la tôle 1 est donc de 3,25 m x 2,70 m.

Le coffret 2 comprend deux émetteurs lasers 6 et 7 . et trois récepteurs (caméras à photodiodes) 8,9 et 10, tandis que le coffret 3 comprend trois émetteurs 11,12 et 13 et deux récepteurs 14 et 15.

Les faisceaux lasers sortant des émetteurs 6 et 7 rencontrent d'abord, chacun un miroir fixe (respectivement 16, 17) ; puis convergent sur l'axe de rotation d’un miroir 18 pouvant tourner autour d'un axe perpendiculaire au plan du dessin. Les faisceaux incidents au miroir 18 forment entre eux un angle "a" qui reste constant après réflexion, quelle que soit l'orientation du miroir 18. Les rayons réfléchis sont représentés par les repères 19 et 20. Ces faisceaux sont destinés aux mesures à effectuer du côté gauche de la tôle dans la partie comprise entre la rive et la fibre cen-* traie et déterminent des zones éclairées aux endroits 21 et,22 des points d'impact sur la tôle 1. On a représenté en pointillés une autre position des faisceaux 19 et 20, à la suite d'une position différente du miroir 18. Par l'intermédiaire des miroirs orientables 23 et 24, des miroirs fixes 25 et 26 et des orifices 27 et 28 munis également de hublots transparents, les récepteurs 14 et 15 situés dans le coffret 3 scrutent le côté gauche de la tôle dans la partie comprise entre la rive et la fibre centrale. De / cette façon, les zones éclairées aux endroits 21 et 22 des poiryfcs/ d'impact sur la tôle des faisceaux 19 et 20 provenant du coffre^, 2 S ' 1 Ü 6.- ! y j · I sont repérées par les récepteurs 14 et 15 du coffret 3. On choisit I un angle "a" suffisamment grand pour que le récepteur 14 ne puisse | jamais voir le point 21 éclairé par le faisceau 19.

| Les faisceaux lasers sortant des émetteurs 11, 12 et 13 rencontrent d'abord chacun un miroir fixe (respectivement 29, 30 et31), puis le faisceau fixe sortant du récepteur 11 et destiné à la fibre centrale de la tôle 1 rencontre un second miroir fixe 32 qui l'oriente vers l’orifice 33 de sortie du coffret 3 en direction de la tôle 1, suivant la flèche 34. La tôle 1 qui a reçu le faisceau 34 en un point 35 de sa fibre centrale le retransmet par réflexion diffuse, notamment suivantla flèche 36 vers le coffret j 2. Par l'intermédiaire des miroirs fixes 37 et 38 et de l'orifice 39 muni d'un hublot transparent, le récepteur 10 situé dans le ! coffret 3 scrute le point 35 de la tôle 1 éclairé par le faisceau ! incident 34.

. D'autre part, les faisceaux provenant des émetteurs 12 et 13 convergent ensuite vers un miroir orientable 40 pouvant également tourner autour d'un axe perpendiculaire au plan du dessin. Les faisceaux incidents au miroir 40 forment entre eux un angle "b" qui reste constant après réflexion,quelle que soit l'orientation du miroir 40 et sontreprésentés par les repères 41 et 42. Ces faisceaux sont destinés aux mesures à effectuer du côté droit de la tôle dans la partie comprise entre çette rive et la fibre centrale et sortent du coffret 3 par le même orifice 33 que celui du faisceau 34, cet orifice étant également muni d'un hublot transparent. Les faisceaux 41 et 42 déterminent des zones éclairées aux endroits 43 et 44 des points d'impact sur la tôle 1. On a représenté en pointillés une autre position des faisceaux 41 et 42 à la suite d'une rotation différente du miroir 40. Les récepteurs 8 et 9 situés dans le coffret 2 scrutent le côté droit de la tôle 1 dans la partie comprise entre la rive et la fibre centrale, par l'intermédiaire des miroirs orientables 45 et 46, des miroirs fixes 47 et 48 et des orifices 49 et 50 munis de hublots transparents.

De cette façon, les zones éclairées aux endroits 43 et 44 des / points d'impact sur la tôle 1 des faisceaux incidents 41 et 42 // provenant du coffret 3 sont reoêrées par les réceoteurs 8 et 9 [/ Λ » ‘ 7.- du coffret 2. On choisit un angle "b" suffisamment grand pour que le récepteur 8 ne puisse jamais voir le point 44 éclairé par le faisceau 42. En pratique, les angles “a" et "b" sont égaux.

Il a déjà été signalé que les appareils émetteurs pouvaient être des lasers, mais on peut évidemment utiliser d' autres sources de faisceaux optiques émettant dans le bleu ou 1' ultraviolet pour les distinguer du rayonnement propre dans le rouge et l'infrarouge de la tôle à haute température, telles que des lampes à vapeur de mercure. Cette distinction peut encore être renforcée en interposant des filtres sélectifs devant les récepteurs.

On sait également qu'il y a intérêt à concentrer toute l'énergie optique fournie par la source dans un faisceau très fin dont la largeur est de l'ordre du millimètre; c'est précisément l'avantage présenté par les faisceaux lasers préconisés. On peut évidemment, suivant l'invention utiliser des lentilles, par exemple cylindriques,en association avec les émetteurs pour focaliser les faisceaux.

En ce qui concerne les récepteurs, la préférence est généralement accordée dans le cadre de l'invention, à des caméras à photodiodes comme déjà dit plus haut, car elle permet un repérage facile des positions de mesure et de référence des images optiques. Il ne sort cependant pas du cadre de la présente invention, d'utiliser d'autres appareils récepteurs. Le plan de référence par ailleuis par- rapport auquel on mesure les niveaux des différents points de la section transversale de la tôle peut être constitué par le plan horizontal tangent aux rouleaux de support

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de la tôle.

D'une façon plus explicite, on donne ci-après la méthode de mesure de la planéité mise au point par le demandeur.

Pendant des intervalles de temps choisis, on mesure les niveaux des 3 points (fibre centrale, rives) sur la tôle en déplacement sous la jauge de planéité. Pour ces trois points, les longueurs de fibres (longueur réelle le long des ondulations) et . leurs allongements différentiels ù L sont calculés.Les résultats / sont exprimés sous la forme d'indices de planéité définis par l/e/1' 8.- j: rapport 4 L/L où L est une longueur de référence. Si on désigne !!! par exemple par les symboles L^, L^» L^ les valeurs des longueurs de fibre de la tôle respectivement du côté droit, au-milieu et du côté gauche (dans le sens du déplacement de la tôle), les indices de planéité sont donnés par les expressions suivantes : R = 1/2 L1 - L2 + L3 - L2 L2 L2 R ,= 1/2 L1 ~ L2 L3 ~ L2 = 1 L1 ~ L3 - ° L2 " L2 2 ’ L2

Bien entendu, quand on dispose de 5 points de mesure, on peut définir un plus grand nombre d'indices de planéité.

Au sujet de l'utilisation des couples de faisceaux faisant un angle connu entre eux, elle concerne les mesures à faire en rives et entre la fibre centrale et les rives de la tôle. Comme déjà dit plus haut, cette utilisation permet de réduire le nombre de déflecteurs orientables toujours coûteux, mais elle peut également permettre de réduire le nombre d’émetteurs, car une seule source lumineuse peut être associée à des éléments optiques pour obtenir un tel couple de deux faisceaux.

* Les déflecteurs orientables sont généralement des miroirs plans, mais on peut évidemment utiliser d'autres déflecteurs sans sortir du cadre de la présente invention. Dans l'exemple décrit ci-dessus, les déflecteurs orientables sont .utilisés pour l'émission de 1 et 2 faisceaux et pour la réception de chaque faisceaux distinctement, mais on peut les utiliser pour un nombre quelconque de faisceaux à la réception et à l'émission.

La présente invention présente encore l'avantage de laisser libre un espace important situé au-dessus de la tôle sortant du laminoir. En effet, le dispositif comporte deux coffrets largement distants avec seulement des liens mécaniques et statiques entre eux, ainsi qu'un emballage de protection mécanique et I

» * *· 9.- de l'absence de portiques coûteux qui enjambent généralement le train de laminage.Cet espace libre constitue également un gain pour les opérations de tournage (entretien) et assure une meilleure fiabilité du système.

Bien que la figure représente un modèle particulier de réalisation d'un appareillage conforme à l'invention, il est bien entendu qu'il peut exister des modifications et des variantes «sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.j i %

Claims (8)

1. Procédé pour contrôler la planéité des tôles métalliques et en particulier de tôles en acier à la sortie d'un laminoir à chaud, dans lequel on émet des faisceaux optiques tels que par exemple des faisceaux lasers en direction de la fibre centrale et des rives de la tôle, et éventuellement en direction d'autres zones situées entre ces deux derniers endroits, puis une partie du rayonnement optique retransmis par la tôle étant captée au moyen d'appareils récepteurs appropriés, tels que par exemple des . caméras à photodiodes, on calcule les niveaux de ces points par rapport à un plan horizontal de référence à l'aide des triangulations optiques formées par les dits émetteurs et récepteurs et on détermine un indice de planéité exprimant l'allongement différentiel des fibres scrutées, caractérisé en ce que l'on positionne | les faisceaux émis et les axes optiques des appareils récepteurs au moyen de déflecteurs orientables pour que les points d'impact de ces faisceaux se situent aux endroits voulus de la tôle, quelle que soit la largeur de cette tôle.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux des faisceaux optiques émis sont sécants, leurs axes faisant un angle connu et constant entre eux et leur point d'intersection étant situé sur l'axe de rotation du déflectei

3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les axes émetteur et récepteur + d'une même triangulation sont coplanaires.

4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les plans de plusieurs triangulations sont distincts et de préférence parallèles. / / 11.- « * » * " *

5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que deux des faisceaux optiques émis sont orthogonaux à l'axe de rotation du mère déflecteur orientable sans être ni sécants ni parallèles entre eux.

6. Procédé suivant l'une ou l’autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les faisceaux émis par des lasers sont focalisés et filtrés. k * «

7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit dans l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte deux coffrets situés au-dessus de la tôle à contrôler, symétriquement par rapport au plan vertical central du support de cette tôle, à une distance verticale suffisante, de préférence supérieure à 2 mètres, pour ne pas encombrer le voisinage immédiat au-dessus de la tôle et pour réduire l'effet thermique dû à la haute température de cette tôle dans le cas d'un laminoir à chaud, et séparés l'un de l'autre d'une distance nettement supérieure à la largeur de la tôle, en ce que ces deux coffrets comprennent les appareils émetteur et récepteur, ainsi que les déflecteurs orientables de positionnement et en ce que ces deux coffrets comportent des orifices munis de hublots transparents pour le passage des faisceaux à émettre et à réceptionner.

8. Dispositif suivant ls revendication 7, caractérisé en ce que les coffrets contiennent sux-mêmes un compartiment étanche * à l'eau et à la poussière, muni de hublots, à l'intérieur duquel sont disposés les déflecteurs fixes et mobiles, les objectifs et les composants optiques. Dessins : -Ji— p'snr.hes cesse dont .....£........de r-τ^Φ?- .......V '· -- ......JL ·: rsver·.· Calions ............„"ΤΓί'/θ csscrsp”. Lur?r.r 12 ££ 1231