LU87630A1 - Dispositif de mesure de la rugosite de la surface d'un produit metallique - Google Patents

Description

Dispositif de mesure de la rugosité de la surface d'un produit métallique.

La présente invention concerne un dispositif de mesure de la rugosité de la surface d'un produit métallique, en particulier d'un produit métallique laminé à froid.

Pour fixer les idées, la description qui suit se référera particulièrement au cas d'une bande en acier laminée à froid, en raison de la large utilisation de ce type de produit dans des domaines très variés. Une autre raison de ce choix est l'importance que revêt la rugosité de la surface pour une bande d'acier laminée à froid. On sait en effet que cette rugosité influence notamment la mise en oeuvre de la bande par emboutissage ainsi que son aspect après peinture. Le dispositif de l'invention peut cependant être utilisé pour mesurer la rugosité de tout autre produit métallique ,y compris des produits en métaux non ferreux.

Dans le brevet BE-A-905862, le présent demandeur a proposé un procédé de mesure de la rugosité d'une bande laminée, qui donne d'excellents résultats. Ce procédé est basé sur l'utilisation de deux rayonnements optiques, en l'occurrence deux faisceaux laser, frappant la surface de la bande, en un même point, mais sous des angles d'incidence différents. Un des rayonnements, dit principal, est le rayonnement de mesure et l'autre, dit auxiliaire, est un rayonnement de correction.

La mesure de la rugosité par ce procédé nécessite l'emploi d'au moins un émetteur des rayonnements incidents et de deux récepteurs des rayonnements réfléchis; ces rayonnements incidents et réfléchis doivent cependant présenter une inclinaison appropriée en fonction de la grandeur de la rugosité à mesurer. On sait en effet qu'il existe, pour chaque rugosité, un angle d'incidence optimal, 3pour lequel la mesure de l'intensité réfléchie, et par conséquent la mesure de la rugosité arithmétique Ra, présente une erreur minimum. Tout écart par rapport à cet angle optimal entraîne une erreur croissante sur la rugosité mesurée.

Théoriquement, tout couple d'angles utilisé dans le procédé précité ne permet donc de mesurer avec précision qu'une seule rugosité. En pratique cependant, cette précision est maintenue de manière suffisante pour une certaine gamme de rugosités encadrant la valeur optimale. Néanmoins, pour mesurer la rugosité de produits sensiblement différents, il s'avère nécessaire de disposer d'une série d'appareils de mesure adaptés chacun à un type de produit. Une telle solution n'est pas économique; en outre, elle provoque un encombrement important résultant de la présence de ces appareils dans une installation industrielle telle qu'un laminoir à froid. Enfin, les manipulations qu'elle requiert, notamment pour changer d'appareil, multiplient les risques d'erreur et d'imprécision des mesures.

La présente invention propose un dispositif de mesure de la rugosité de la surface d'un produit métallique, qui ne présente pas les inconvénients précités.

Le dispositif de mesure conforme à l'invention peut être mis en place définitivement, il présente un encombrement réduit et il s'adapte simplement et rapidement à différents types de produits.

Conformément à la présente invention, un dispositif de mesure de la rugosité de la surface d'un produit métallique, comprenant un boîtier dans lequel sont logés un émetteur de rayonnement incident et des récepteurs de rayonnement réfléchi spéculairement par ladite surface, ledit boîtier ayant une paroi dans laquelle sont ménagés des orifices pour le passage desdits rayonnements, est caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier modulateur comprenant un organe mobile pourvu de premiers moyens de réflexion destinés à dévier ledit faisceau incident vers la surface du produit métallique et de premiers moyens de transmission laissant passer le rayonnement incident; - un premier récepteur de rayonnement optique réfléchi recevant le rayonnement provenant desdits premiers moyens de réflexion et réfléchi spéculairement par ladite surface; - un second modulateur comprenant un organe mobile pourvu de deuxièmes moyens de réflexion destinés à dévier ledit rayonnement incident ayant traversé le premier modulateur vers la surface du produit métallique et de seconds moyens de transmission laissant passer ledit rayonnement incident; - un deuxième récepteur de rayonnement optique réfléchi recevant le rayonnement provenant desdits deuxièmes moyens de réflexion et réfléchi spéculairement par ladite surface; - des troisièmes moyens de réflexion destinés à dévier ledit rayonnement incident ayant traversé le premier et le second modulateurs vers la surface du produit métallique; - un troisième récepteur de rayonnement optique recevant le rayonnement provenant desdits troisièmes moyens de réflexion et réfléchi spéculairement par ladite surface.

Selon une variante particulière, l'organe mobile d'au moins un desdits modulateurs est constitué par un disque rotatif incliné par rapport à la direction du rayonnement incident et présentant successivement des zones réfléchissantes et des zones transparentes à l'égard dudit rayonnement incident, celui-ci étant ainsi alternativement dévié vers la surface du produit métallique par une zone réfléchissante, et transmis à travers une zone transparente vers le modulateur et/ou les moyens de réflexion suivants.

Egalement selon l'invention, l'émetteur de rayonnement incident est un émetteur laser, avec une longueur d'onde au moins égale à 5 p et une puissance inférieure à 25 W, par exemple un laser au CO^.

Il est préférable d'utiliser un rayonnement de faible puissance afin de ne pas endommager la surface examinée. En outre, il est recommandé, suivant l'invention, de choisir un rayonnement dont la longueur d'onde est nettement supérieure à la rugosité maximale de la surface examinée.

D'autres caractéristiques et avantages du dispositif de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est consacrée à une réalisation préférée du dispositif de l'invention, donnée à titre de simple exemple et illustrée par les dessins annexés, dans lesquels la

Figure 1 est un diagramme montrant l'évolution de la précision de la mesure de la rugosité pour différents angles d'incidence du rayonnement; et la

Figure 2 illustre un dispositif de mesure de rugosité comportant deux gammes de mesure.

Ces figures, et particulièrement la figure 2, constituent des représentations schématiques, dans lesquelles on n'a reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Les flèches indiquent les sens de propagation des rayonnements utilisés.

Comme on l'a indiqué dans l'introduction, il existe pour chaque rugosité un angle d'incidence assurant la meilleure précision de la mesure. Pour une rugosité Ra déterminée, l'erreur sur la mesure de l'intensité du rayonnement réfléchi est d'autant plus grande que l'angle d'incidence s'écarte davantage de sa valeur optimale. Considérée en valeur absolue, cette erreur sur la mesure de l'intensité réfléchie a un effet multiplicateur sur l'erreur de la valeur calculée de Ra. Cet effet mutiplicateur peut être exprimé par un coefficient M, qui représente le rapport entre l'erreur relative aur le calcul de Ra et l'erreur absolue sur la mesure de l'intensité réfléchie spéculairement par la surface.

La Figure 1 montre l'évolution de ce coefficient M en fonction de la rugosité Ra, pour différents angles d'incidence a et pour une bande d’acier laminée à froid. Ces valeurs correspondent à l'emploi d'un rayonnement laser C02 ayant une longueur d'onde de 10,6/im.

On constate, dans la Figure 1, que les angles d'incidence = 20°, a2 = 55° et a3 = 68° correspondent respectivement, de manière optimale, à des rugosités Ra = 0,7 μιη; 1,2 μιη et 1,8 μπι.

Cette Figure 1 montre également que l'utilisation du couple d'angles (0^ = 20°; a2 = 55°) permet de mesurer avec une bonne précision les rugosités Ra comprises entre 0,4 μι et 1 μιη. De même, les angles (a2 = 55°; = 68°) assurent une mesure suffisam ment précise des rugosités Ra comprises entre 1 μιη et 3 μιη.

La gamme de rugosités Ra ainsi couverte, à savoir de 0,4 μιη, à 3 μιη, est généralement suffisante pour englober la majorité des produits métalliques, notamment des produits laminés. Il est d'ailleurs possible d'élargir cette gamme en utilisant des angles d'incidence a plus faibles ou plus élevés selon les cas. La seule condition à respecter est que l’angle d'incidence utilisé permette la réflexion spéculaire du rayonnement et la réception du rayonnement ainsi réfléchi.

La Figure 2 illustre un dispositif de mesure de la rugosité d'une bande d'acier en mouvement comportant les deux gammes de mesure résultant de la Figure 1. Dans un boîtier étanche 1, sont montés un émetteur laser 2 et trois récepteurs désignés globalement par les repères respectifs 3, 4 et 5. Le rayonnement laser provenant de l'émetteur 1 est d'abord dévié par un premier miroir 6, dont le seul but est de réduire l'encombrement du boîtier 1. Le rayonnement ainsi dévié arrive à un premier modulateur constitué essentiellement d'un disque rotatif 7 entraîné par un moteur 8. Le disque 7 est pourvu d'une série d'ouvertures disposées suivant une circonférence et séparées par des parties opaques réfléchissant le rayonnement laser. Pendant la rotation du disque 7, le rayonnement laser est alternativement transmis à travers les ouvertures et dévié par ces parties réfléchissantes. Le rayonnement dévié par le disque 7 vient frapper une bande d'acier au point 0 sous un premier angle d'incidence = 20° et le rayonnement réfléchi en direction spéculaire est capté par un premier récepteur 3 qui mesure son intensité. Le rayonnement transmis à travers les ouvertures du disque 7 vient frapper un second modulateur, analogue au premier, c'est-à-dire composé d'un disque rotatif 9 et d'un moteur d'entraînement 10. Le disque 9 est également percé d'ouvertures disposées suivant une circonférence et séparées par des parties réfléchissant le rayonnement laser. Le rayonnement dévié par ce second disque 9 vient frapper une bande d'acier 11 au même point 0 sous un deuxième angle d'incidence = 55°, et le rayonnement réfléchi en direction spéculaire est capté par un deuxième récepteur 4 qui mesure son intensité. Le rayonnement transmis à travers les ouvertures du disque 9 vient frapper un miroir fixe 12, qui renvoie le rayonnement vers le point 0 de la bande, sous un troisième angle d'incidence «3 = 68°. Le rayonnement réfléchi en direction spéculaire est capté par un troisième récepteur 5, qui mesure son intensité. Les rayonnements incidents et réfléchis traversent la paroi du boîtier par des hublots appropriés, montés de manière étanche et de préférence au fond de tubulures qui leur assurent une certaine protection contre l'encrassement. Ces tubulures sont orientées dans la direction des rayonnements qui les traversent.

Le fonctionnement du dispositif de l'invention se comprend aisément par la Figure 2. Pour la mesure de rugosités comprises wntra 0,4 ßm et 1 fim, on utilise les angles = 20° et = 55°; à cet effet, le disque 7 du premier modulateur est en rotation et le disque 9 du second modulateur est bloqué en position de déviation du rayonnement laser. Le miroir 12 ne reçoit ainsi aucun rayonnement. Pour la mesure de rugosités comprises entre l j/m et 3 Mm, on utilise les angles «2 = 55° et «3 = 68°; à cet effet, le disque 7 du premier modulateur est bloqué en position de transmission du rayonnement et le disque 9 du second modulateur est en rotation. Le miroir 12 reçoit donc un rayonnement intermittent.

Il convient de souligner que les valeurs des angles d'incidence, données ici et dans les revendications, ne constituent pas des valeurs impératives; les valeurs utilisées en pratique peuvent s'en écarter quelque peu sans nuire de façon sensible à la précision des mesures.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit et illustré. Il va de soi qu'un homme de métier pourrait envisager d'autres variantes, notamment en faisant varier les angles afin d'élargir la gamme de mesure des rugosités. De même, il ne sortirait pas du cadre de l'invention de mesurer la rugosité en plusieurs points de la largeur du produit métallique, en particulier lorsque celui-ci est une bande, en déplaçant le dispositif de mesure transversalement par rapport au sens du mouvement de ce produit.

Claims (9)

1· Dispositif de mesure de la rugosité de la surface d'un produit métallique (11), comprenant un boîtier (1) dans lequel sont logés un émetteur (2) de rayonnement incident et des récepteurs de rayonnement réfléchi spéculairement par ladite surface, ledit boîtier ayant une paroi dans laquelle1 sont ménagés des orifices pour le passage desdits rayonnements, caractérisé en ce qu'il comporte : un premier modulateur (7,8) comprenant un organe mobile (7) pourvu de premiers moyens de réflexion destinés à dévier ledit rayonnement incident vers la surface du produit métallique et de premiers moyens de transmission laissant passer le rayonnement incident; - un premier récepteur (3) de rayonnement optique réfléchi recevant le rayonnement provenant desdits premiers moyens de réflexion et réfléchi spéculairement par ladite surface; - un second modulateur (9,10) comprenant un organe mobile (9) pourvu de deuxièmes moyens de réflexion destinés à dévier ledit rayonnement incident ayant traversé le premier modulateur vers la surface du produit métallique et de seconds moyens de transmission laissant passer ledit rayonnement incident; - un deuxième récepteur (4) de rayonnement optique réfléchi recevant le rayonnement provenant desdits deuxièmes moyens de réflexion et réfléchi spéculairement par ladite surface; - des troisièmes moyens de réflexion (12) destinés à dévier ledit rayonnement incident ayant traversé le premier et le second modulateurs vers la surface du produit métallique; - un troisième récepteur (5) de rayonnement optique recevant le rayonnement provenant desdits troisièmes moyens de réflexion (12) et réfléchi spéculairement par ladite surface.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe mobile d'au moins un desdits modulateurs est constitué par un dî3que rotatif incliné par rapport à la direction du rayonnement incident et présentant successivement des zones réfléchissantes et des zones transparentes à l'égard dudit rayonnement incident, celui-ci étant ainsi alternativement dévié vers la surface du produit métallique par une zone réfléchissante, et transmis à travers une zone transparente vers le modulateur et/ou les moyens de réflexion suivants.

3. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'émetteur (2) de rayonnement optique incident est un émetteur laser à CO^, avec une longueur d'onde de l'ordre de 10,6 μια et une puissance inférieure à 25 W.

4. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de réflexion sont orientés de façon à dévier ledit rayonnement incident dans une direction faisant un angle de l'ordre de 20° par rapport à la normale à la surface du produit métallique.

5. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens de réflexion sont orientés de façon à dévier ledit rayonnement incident dans une direction faisant un angle de oc2 de l'ordre de 55° par rapport à la normale à la surface du produit métallique.

6. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens de réflexion sont orientés de façon à dévier ledit rayonnement incident dans une direction faisant un angle de l'ordre de 68° par rapport à la normale à la surface du produit métallique.

7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de réflexion sont disposés de façon à diriger les trois rayonnements réfléchis vers un même point de la surface du produit métallique.

8. Procédé de mesure de la rugosité de la surface d'un produit métallique au moyen d'un dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour mesurer des rugosités comprises entre 0,4 μια et 1 μιη, on bloque le second modulateur en position de réflexion du rayonnement incident et on fait tourner l'organe mobile du premier modulateur, ce qui permet d'effectuer la mesure au moyen des angles = 20° et a2 = 55°.

9. Procédé de mesure de la rugosité de la surface d'un produit métallique au moyen d'un dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour mesurer des rugosités comprises entre 1 μπι et 3 μιη, on bloque le premier modulateur en position de transmission du rayonnement incident et on fait tourner l'organe mobile du second modulateur, ce qui permet d'effectuer la mesure au moyen des angles a. = 55° et a = 68°. w O