WO2007141412A2 - Procede de mesure a la volee de la hauteur d'une anode d'electrolyse - Google Patents

Procede de mesure a la volee de la hauteur d'une anode d'electrolyse Download PDF

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WO2007141412A2
WO2007141412A2 PCT/FR2007/000911 FR2007000911W WO2007141412A2 WO 2007141412 A2 WO2007141412 A2 WO 2007141412A2 FR 2007000911 W FR2007000911 W FR 2007000911W WO 2007141412 A2 WO2007141412 A2 WO 2007141412A2
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WO
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anode
beams
measuring
rod
fly
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PCT/FR2007/000911
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WO2007141412A3 (fr
Inventor
Alain Van Acker
Alain Rose
Patrick Marchand
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E.C.L.
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Publication date
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Priority to EP07788823A priority patent/EP2027308A2/fr
Priority to CA002654140A priority patent/CA2654140A1/fr
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Publication of WO2007141412A3 publication Critical patent/WO2007141412A3/fr

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements

Definitions

  • the invention relates to the measurement of the height of the electrolytic anodes, in particular the anodes of the aluminum production plants by igneous electrolysis.
  • “functional”, that is to say the distance between the attachment point of the anode and the lower surface of the anode block, is essential to limit the operating disturbances of the electrolysis cell that result from the various manipulations related to the replacement of said anodes.
  • Aluminum is produced industrially by igneous electrolysis in electrolysis cells according to the well-known Hall-Héroult process.
  • French patent application FR 2 806 742 (corresponding to US Pat. No. 4,094,894) describes installations of an electrolysis plant intended for the production of aluminum.
  • the electrolysis cells comprise a plurality of so-called "precooked" anodes of carbonaceous material which are consumed during the electrolytic reduction reactions of aluminum.
  • the gradual consumption of the anodes requires interventions on the electrolysis cells, including, in particular, the replacement of the spent anodes with new anodes.
  • a service unit called an “electrolysis service machine” or “MS E”("PTA” or “Pot Tending Assembly” or “PTM” or “PTM”) is generally used.
  • MS E electrolysis service machine
  • PTA PTA Tending Assembly
  • PTM PTM
  • PTM PTM
  • PTM PTM
  • This unit of service comprises a movable bridge which can be translated over the electrolysis cells, and along the series of cells, and at least one service machine, able to be moved on the mobile bridge, comprising a carriage and a service module provided inter alia with anode handling members
  • International Patent Application WO2005 / 095676 of the Applicant describes for example a compact electrolysis service machine (MSE).
  • the spent anode is extracted from the cell and deposited on a reference surface, typically a metal plate;
  • the level of the chalk line on the rod is raised, the spent anode is removed and a new anode is placed on the said reference surface; - a dash of chalk is drawn on the stem of the new anode at the raised level;
  • the new anode is placed on the anode frame so that the chalk line is located at the determined reference point on the anode frame
  • anode handling tool comprising a positioning member a gripping member and a vertical position sensor used for measuring the vertical distance between a particular point of the gripping member with respect to a reference level N given, and b) a sound or electromagnetic wave beam is produced in a plane parallel to the reference level N; c) this beam is placed in the trajectory of the spent anode and that of the replacement anode so that, as the anodes pass at the level of the beam, dimensional readings are taken on the fly using the sensor displacement and are then used to correctly place the replacement anode.
  • a gripping member is placed in the gripping position of the metal rod of the spent anode and the vertical distance between the reference level N and a particular point of the organ is measured with the aid of the displacement sensor. gripping when it has grasped said metal rod;
  • the used anode is removed from the electrolysis cell, the anode block of this anode is passed through the said beam in a vertical movement and the vertical distance between the level is measured with the aid of the displacement sensor; reference numeral N and the particular point of the gripping member at the moment when a particular surface of the captured anode passes through said beam;
  • the anode block of this anode is passed through the said beam in a vertical movement and the vertical distance between the reference level N and the particular point of the gripping member is measured with the aid of the displacement sensor. at the moment when the particular surface of the anode passes through said beam; - AT -
  • the vertical position of the replacement anode in the cell is determined from the values measured previously, and taking into account various other corrections, in particular those due to the differences in weight and temperature between the spent anode at the time of its seizure and the replacement anode at the time of its installation;
  • the replacement anode is placed at the position determined in the previous step in the location initially occupied by the spent anode.
  • This method has a great advantage over the conventional method described above since it reduces the number of manipulations to be performed during the replacement of an anode.
  • it has the disadvantage of being highly dependent on the quality of the particular surface of the anode which has been chosen to carry out these measurements.
  • the best surface to take this type of measurement is the lower surface of the anode block.
  • a worn anode no longer has a perfectly parallelepipedal geometry with sharp edges.
  • the plane of the lower face of the carbon block is no longer parallel to the beam, so that the beam is disturbed not immediately by the lower surface of the block but by an eroded edge, or a point on this edge.
  • a first object of the invention is a method for on-the-fly measurement of the length in the direction (z'z) of a production anode, typically an anode for producing aluminum by igneous electrolysis.
  • said anode comprising a rod extending substantially along an axis, of direction (z'z), and whose orthogonal section is a rectangle whose sides follow the directions (x'x) and (y'y) , as well as a block of carbon - also called anodic block - of rectangular parallelepipedal overall shape, whose height extends in the direction of the axis (z'z) and whose orthogonal section has sides substantially parallel to ( x'x) and (y'y).
  • said anode is suspended from a gripping member which grasps, at the point of attachment, the rod of the anode so that it can not rotate about its axis .
  • Said gripping member is guided in its movement so that it moves along the vertical axis Z'Z and so that, when it grasps a new anode, the directions (x'x) and (y ' y) remain substantially parallel to two horizontal directions (X 1 X) and (Y'Y) given, orthogonal to each other. These directions typically, but not necessarily, correspond to the small and large sides of the electrolysis cell respectively.
  • the measurement of the angle of inclination of the axis (z'z) of the axis of the rod can be performed when the anode is stopped, before its vertical displacement, or on the contrary on the fly during its vertical displacement and, in the latter case, it can be carried out before
  • the method according to the invention is a method of on-the-fly measurement, that is to say not requiring the immobilization and placement of the anode on a storage area, a pallet or a vehicle.
  • the measurement is taken when the anode 0 is suspended, the contact between the anode and the gripping member being on an area whose center of gravity is called "point of attachment", which can be considered as belonging as much to the gripping member only to the anode rod.
  • This measuring method is intended to know the height of the anode, or more precisely, a "functional" height corresponding to the distance
  • the new ⁇ node presents a perfect equilibrium so that the directions (x'x), (y'y), (z'z) correspond to those of its axes of symmetry.
  • the gripping member is arranged such that, when the new anode is suspended, the directions (x'x) and (y'y) remain parallel to two horizontal directions (X'X) and (Y 1 Y) data. These directions may, especially if the measurement is made near the electrolysis cell, be parallel respectively to the small and large side of the electrolysis cell.
  • the worn anode no longer has the initial equilibrium so that its axes (x'x), (y'y), (z'z) are no longer parallel to the axes (X 'X), (Y'Y) and (Z 1 Z).
  • This imbalance which results in a lack of horizontality of the lower surface of the anode block, may be due to a lack of distribution of the anode cover (the mixture of ground bath and alumina which is poured on the bath electrolysis and on the upper face of the anode blocks) and / or local deterioration of the anodic block (local lack of carbonaceous material).
  • This defect nonetheless corresponds to a small inclination, a few degrees at most relative to the horizontal plane, and it is a question of evaluating the consequences of this angular difference on the estimation of the real height of the anode.
  • the gripping member envisaged in the context of the invention moves vertically and grasps the anode so that the rod can not rotate about its axis z'z.
  • This gripping member may belong to a handling tool which is usually used during the replacement of the anodes, such as that described in the international application WO2004 / 079046.
  • such a handling tool comprises a fixed gripping member on a positioning member which is itself attached to the carriage of a service machine which rolls on a movable bridge adapted to be translated above and along the series of electrolysis cells
  • Said positioning member is typically a telescopic arm arranged vertically, composed of at least two masts sliding one inside the other, a mast being moved by an actuator and being guided by the other mast attached to said service machine, the gripping member, fixed at the end of the mast moved by an actuator, moves vertically, without undergoing or rotating around the axis z'z nor significant transverse displacement.
  • each articulated branch of the clamp comprises for example at least one projection, also called "iinguet", which is inserted with clearance in a bore of the anode rod. Said bore, crossing or not, extends in the direction perpendicular to that of the pivot axis of the branches of the clamp, that is to say perpendicular to the short side or the long side of the section of the rod.
  • attachment means of complementary shapes may be in a different geometric configuration: for example, a bore made in the branch of the clamp and tree portions projecting on the small faces or large faces of the rod or other forms of geometric conjugate that allow to lock and lift the anode.
  • perpendicularly to said attachment means that is to say parallel to the pivot axis of the articulated branches, are blanks which surround the other faces of the rod, so that when the clamp is closed, the end of the rod can not undergo substantial transverse displacement relative to the positioning member.
  • Leclit gripping member is provided with a displacement sensor which makes it possible to measure the vertical position of a particular point of the gripping member with respect to a horizontal reference level (N).
  • the position sensor may be, for example, a cable encoder or a laser range finder. Typically, it is fixed rigidly to the part of the positioning member which is attached to the service machine, and it makes it possible to measure the relative distance between its position and that of a particular point of the gripping member which corresponds to , in the case of a cable encoder, at the attachment point of the moving end of the cable or, in the case of a laser range finder, at the point of the gripping device referred to in laser ray.
  • the vertical distance between this particular point and the attachment point can be easily known, so that the displacement sensor makes it possible to know at any time the vertical position of the point of attachment, that is to say the distance between the reference level (N) and the snap point.
  • the gripping member is a clamp
  • the distance between the particular point and the pivot axis of the articulated branches is known
  • the distance between the pivot axis and the axes of the latches is known
  • the clearance between said latches and the bore or bores of the rod is low, so that it is possible to determine with good accuracy the vertical position of the attachment point.
  • it is advantageous to provide the positioning member with a means for measuring the tension in the tool. such as an axial dynamometer, which allows to know the moment when the kinematic chain of the tool is in traction and to determine the moment when the mechanical clearances are all taken again.
  • the anode is suspended from the gripping member, for example by means of said bore and said projections, in a hooking zone located on the rod, at a known position on said rod. Due to the imbalance caused by wear, its axes (x'x), (y'y) and (z'z) do not necessarily coincide with the initial axes (X 1 X) 7 (Y 1 Y) and ( Z'Z). If the anode is clamped in rotation about its axis (z'z) by the end of its stem, it may nevertheless behave as a kind of pendulum likely to oscillate around the point of attachment.
  • the actuators which impose the movements of the gripping member in the vertical direction Z 1 Z and in the horizontal plane, typically along the directions X 1 X and Y'Y are preferably controlled in acceleration and deceleration so that, when the anode is lowered or mounted in the context of step ii) of the present method according to the invention, it undergoes a movement as close as possible to a pure vertical translation, with axes (x'x), (y'y) and (z'z) which retain their respective directions throughout said displacement.
  • the anode is moved vertically so that its lower surface passes through a plane formed by a plurality of n sonic or electromagnetic wave beams, n being at least two, preferably three.
  • n being at least two, preferably three.
  • the sound waves are typically ultrasonic waves and the electromagnetic waves are typically visible light, infrared or radio waves.
  • said beams are generated using lasers.
  • this plane is horizontal or slightly inclined relative to the horizontal plane, typically an angle of less than 3 °.
  • the anode being suspended and the carbon block being the lowest part of the anode, the height of the anode is advantageously measured in a phase where it is subjected to a vertical descent.
  • the measurement can also be made by imposing a vertical rise to the anode, provided that it is possible to distinguish the disturbances of the beams due to the upper surface of the block. ⁇ nodic of those due to the lower surface.
  • the generators are placed and oriented such that when the beams they emit are disturbed, it is possible to determine without ambiguity the cause of the disturbance and to retain only the disturbances due to the flat part of the lower surface of the anode block,
  • this flat area is used either by maintaining the plane of the beams in a fixed direction (preferably the horizontal plane) and taking into account that it is the lowest part of the periphery of this planar zone which first disturbs said beams, or by orienting the plane of the beams so that it becomes parallel to said planar zone.
  • the generators are advantageously grouped together on a platform which can be imposed with respect to the horizontal plane such that said plane beam becomes orthogonal to the direction (z'z) of the anode rod, whose inclination has been measured before.
  • step N the position of the attachment point is known at all times: its vertical distance relative to the reference level (N) is deduced the vertical position of the particular point given by the displacement sensor and its coordinates in the horizontal plane are related to those of the positioning device.
  • N the vertical distance relative to the reference level
  • these coordinates in the horizontal plane are determined by the respective positions of the carriage and the moving bridge whose directions of movement are parallel to the directions X 1 X and Y 1 Y.
  • the anode is then subjected to a vertical translation movement, preferably downward, so that the bottom surface of the anode block passes through the plane of the beams. Whenever one of the n beams is disturbed by the crossing of the lower surface of the anode block, the vertical position h ⁇ of said attachment point is measured,
  • the detection of the disturbance of said beams can be done in several ways.
  • a sound or electromagnetic wave detector facing a sonic or electromagnetic wave beam generator so that the detector can detect the
  • These elements can be arranged in a triangle so as to form a plane. As in the first mode, the moment when the lower surface of the anode block interrupts the transmission of said beam to the detector is noted.
  • a sound or electromagnetic wave detector and a sound or electromagnetic wave beam generator so that the detector can detect the beam produced by the generator and reflected by the anode block.
  • the moment when the lower surface of the anode block passes through said beam is then noted, so that the anode block reflects (measurement downwards) or no longer reflects (upward measurement) all or part of said beam to the detector.
  • Tests have shown that the reflectivity of the surface of a new or used anode is sufficient to allow satisfactory operation of this embodiment, even if the reflective surface is not perfectly perpendicular to the beam.
  • This embodiment has the advantage of allowing to geographically regroup the detector and the generator in one and the same place, all the means used for this measurement becoming a unit of measurement easily mobile and autonomous.
  • the anode in particular its stem, is advantageously observed in two non-parallel vertical planes, preferably orthogonal and its angle of inclination with respect to the vertical Z 1 Z is considered as having two components: the angles a and ⁇ that the anode rod makes respectively with these two vertical planes.
  • these planes pass through the point of attachment of the anode rod and are respectively perpendicular to two horizontal directions VV and WW orthogonal to each other, which we will call directions of sight.
  • VV and WW horizontal directions
  • a first solution for estimating the angle of inclination of the anode relative to the vertical axis is to use at least one camera by placing it facing each of these vertical planes, at a certain distance, typically a few meters from the anode and orienting it towards the anode rod. With this camera placed and orientated, it is possible to measure, directly or with the aid of an image analysis software, the angle of inclination of the rod relative to the vertical plane passing through the viewing direction V 1 V (respectively WW), that is to say perpendicular to the other direction WW, (respectively VV).
  • any pair of orthogonal directions (V 1 V, WW) can be chosen in particular (X'X, Y'Y).
  • the vertical planes orthogonal to X 1 X and Y'Y will be chosen, insofar as they make it possible to aim the anode in directions substantially orthogonal to the lateral faces of the rod and of the anode block.
  • a second solution for estimating the angle of inclination of the anode with respect to the vertical axis is to use at least one aiming means, for example a laser rangefinder, by placing it facing each of said vertical planes, at a certain distance, typically a few meters, from the anode and orienting it towards the anode rod in the direction of view (VV) (respectively WW), so as to be able to measure the distance which separates the rod from anode of this aiming means along said aiming direction.
  • VV direction of view
  • the viewing direction (VV) (respectively WW) is substantially parallel to the direction X'X (respectively Y'Y), c ' that is to say that it does with said direction X'X 5 (respectively Y'Y) an angle less than 25 °, preferably 15 °, more preferably 10 °.
  • a first way of proceeding consists in placing, in front of this plane, m means of aiming
  • Another way of proceeding for this second solution is to place a single sighting means facing each of said vertical planes, but to make, m times during the vertical displacement of the anode, the measure of the distance dj which separates said means. of aiming of the anode rod and to take up during this measurement the position hj of the point of attachment.
  • the inclination is estimated by linear regression on all points (dj, hj), the estimate being all the more precise as the time interval between the first and the last measurement is important and typically corresponds to a displacement. the anode rod close to the height of the latter.
  • a third solution for estimating the angle of inclination of the anode relative to the vertical axis consists in using two groups of coplanar beams by following the general method described in the French application 04 09508, the beams of each of these groups. being further arranged in a horizontal plane and generally oriented perpendicularly to an edge of the anode block, so that they are disturbed by one and the same edge said block.
  • the viewing directions V 1 V and W 1 W coincide with X 1 X and Y 1 Y and is used, to estimate the inclination with respect to each of said vertical planes, a group of horizontal coplanar beams, generally oriented in the direction (X 1 X), (respectively Y 1 Y).
  • the coplanar beams of each group are parallel to each other, oriented in a first horizontal direction (X'X, respectively Y 1 Y) and each have a known position in the perpendicular horizontal direction, said second horizontal direction (Y 1 Y , resp., X'X).
  • the measurement of the inclination of the anode rod with respect to the vertical plane perpendicular to the first horizontal direction (X 1 X, or Y'Y) is done during a vertical displacement of the anode, the as follows: a) during the descent of the anode, whenever a beam fi of the group oriented along this first horizontal direction (X'X, or Y'Y) is disturbed by the crossing of the surface lower of the anode block, the vertical position (h ⁇ ) of the attachment point is measured; b) knowing the altitude difference H existing between the plane of the beams and the reference level (N), and by taking the point of attachment O as the origin of the reference in the plane OYZ perpendicular to X'X (respectively OXZ) perpendicular to Y'Y), we establish that the ordinate along Z 1 Z of the point of disturbance of the beam is (hi-H).
  • the two groups of coplanar beams used in the context of this third solution form horizontal planes each placed at a given fixed distance from the reference level (N). They could form a fixed non-horizontal plane but here again at the cost of adding corrective terms. They are at distinct from the group of coplanar beams which is used in the context of step ii) of the process according to the invention, but the latter can, depending on the operating mode chosen, be chosen to also constitute one of the two groups used in the framework of this third solution.
  • the first angle ⁇ can be estimated using a series of rangefinders or a group of beams forming a fixed horizontal plane and the angle ⁇ can be estimated using 'a camera.
  • the estimation of each component (a or ⁇ ) of the inclination of the anode rod with respect to the vertical Z 1 Z can be carried out using a process step different from that used for the other component.
  • the method step relating to each component being chosen from one of the three solutions proposed above, but being limited to the estimation of this single component (a or ⁇ ).
  • step ii) a group of beams which form a variable plane that will be oriented perpendicularly to the rod, therefore parallel to the residual planar surface of the lower face of the anode block: it is necessary to know said inclination before the lower face of the anode block does disturb these said
  • step ii) a group of beams forming a fixed plane is used and an overall estimation calculation is made taking into account all the data measured during the vertical movement of the beam.
  • the n coplanar beams used in step ii) are advantageously emitted by generators grouped on a platform that can be rotated by independent rotations about two orthogonal axes between them. This therefore requires a first step of measurement for estimating the angle of inclination of the anode rod with respect to Z 1 Z, a second step during which the virtual plane formed by the beams is inclined according to the inclination of the rod, typically by rotation of said platform, and a third step corresponding to step ii), the first two steps must be performed sufficiently quickly, before the lower face of the anode block disturbs the beams.
  • This directs the plane of the beams perpendicularly to the anode rod.
  • step ii) the vertical displacement of the anode exposed in step ii) is carried out.
  • the n h ⁇ values of the position of the hooking point are noted when the n beams are interrupted.
  • the values (h ⁇ ) are averaged to derive a position Ti characteristic of crossing the plane of the beams by the flat part of the lower surface of the anode block.
  • the length Lo of the anode is then estimated by the following expression:
  • Y is the following coordinate W'W of the barycenter of the beam disturbance points. If the beams are all parallel to VV, Y is the average of the W'W coordinates of these beams.
  • the n coplanar beams used in step ii) are advantageously emitted by generators grouped on a fixed form, and preferably form a horizontal virtual plane located at a distance H from the reference level (N), In this second operating mode, it is not necessary to know the inclination of the rod before the face bottom of the anode block does not disturb the beams,
  • the n beams are grouped and oriented so that they cut only one edge of the anode block.
  • n electromagnetic or sound beam generators arranged in such a way that they emit n coplanar beams inclined by less than 25 °, preferably less than 15 °, more preferably less than 10 °, with respect to a direction parallel to X 1 X or Y'Y.
  • the corrective term F is close to (br), where b is the half length of the anodic block along X'X (respectively Y'Y) and r is the mean radius of the wear edge of the edge, if it is circular or the half axis along X'X (respectively Y'Y) if it is elliptical.
  • this corrective term F is determined beforehand from statistical measurements and may take into account other factors, such as the more or less good linearity of the disturbing edge of the beams, the reception sensitivity of the reflected or diffracted laser beam. by the rounded edge, etc.
  • the coplanar beams used in the context of this second operating mode may correspond to one of the two groups used in said third solution.
  • the means used for measuring the inclination of the rod and the coplanar beams which are used in step ii) are chosen so that they operate only in a single direction of rotation. referred.
  • one or more telemeters may be used to measure the component ce of the inclination of the rod relative to the vertical plane perpendicular to X'X, a camera for estimating the component ⁇ with respect to the vertical plane passing through X'X and a group of coplanar beams generally oriented along X'X and forming a plane with variable orientation
  • the rangefinder target the anode rod in a direction inclined by less than 25 °, preferably less than 15 °, more preferably less than 10 ° with respect to the aiming direction.
  • the coplanar beams target the anode following a direction inclined less than 25 °, preferably less than 15 °, more preferably less than 10 ° relative to the direction of sight.
  • the axis X 1 X being associated with the axis of movement of the gripping member of the anode which is perpendicular to the anode frame, this modality is particularly suitable for a measurement made when the anode is moved near the anode. electrolysis cell during its evacuation or placement in the electrolysis cell.
  • all the means used for on-the-fly measurement are advantageously grouped together in a mobile and autonomous measuring unit which can be brought close to the area where the anode is to be replaced. , in the alley that flows between two electrolysis cells.
  • the mobile unit is oriented so that the direction (X 1 X) is substantially parallel to the direction of the short side of the electrolysis cell and that said means are oriented in aiming towards the location of the anode to be replaced.
  • the Applicant has indeed found, during the manipulations for the replacement of the anodes, that once extracted from the cell, the spent anode has an anode block with generally an anode cover thicker towards the outside of the cell. cell and / or carbon deficiency defects in the inward parts of the cell. The anode then tends to incline substantially with respect to the vertical plane passing through (Y 1 Y).
  • the angle ⁇ which in this case is the angle of inclination with respect to the vertical plane perpendicular to (X 1 X), is therefore substantially higher than ⁇ , angle inclin ⁇ ison relative to the vertical plane perpendicular to (Y 1 Y), and its influence on the estimation of the height is amplified by the effect "lever arm” constituted by the corresponding dimensions of the anode block.
  • the measurement unit described above which groups together measurement means using a common overall direction of direction substantially parallel to the direction X 1 X, is used.
  • the generators of the beams are grouped in this unit so that the plane of the beams can be rotated by an angle a about an axis parallel to the direction (Y 1 Y) (first operating mode) or on the contrary be held fixed horizontally, at a given distance H from the reference level (N) (second procedure).
  • the mobile unit In the case of the first operating mode, the mobile unit is placed at the right of the attachment point so that the axis of pivoting of the plane of the beams
  • Coplanar is parallel to (Y 1 Y) at a distance f from the hook point in the direction (X 1 X).
  • the inclination ⁇ of the anode rod is first measured and then the plane of the beams of said angle ⁇ is rotated relative to the horizontal plane.
  • the anode is then moved vertically until the beams are disturbed by the lower surface of the anode block.
  • the position h ⁇ of the attachment point is read and an average position h of the attachment point corresponding to the disturbance of the plane of the beams is deduced therefrom.
  • the mobile unit In the case of the second operating mode, the mobile unit is placed at the right of the
  • the generators are grouped in such a way that they generate n sound or electromagnetic beams, n being at least two, preferably three, coplangires and slightly inclined with respect to XX ', that is to say, typically forming an angle less than 25 °, preferably less than 15 °, more preferably less than 10 ° with respect to (X 1 X), the average inclination of the n bundles being as small as possible, preferably less than 10 °.
  • the Applicant has found that in fact the flat area of the lower surface of the anode blocks has a periphery with "edges" which substantially retain the directions (x'x) and ( y'y) axes of the anode. So that coplanar beams little inclined with respect to (X 1 X) will be disturbed by a low edge parallel to (y'y). As indicated above, the spent anode at the cell outlet has this low edge towards the outside of the cell, so that said beams do not feel the influence of the lower surface of the anode block before being interrupted and that they are thus clearly interrupted by the anodic block,
  • the beams are oriented such that the barycenter of the disturbed points is located in proximity, typically less than 10 mm, from the vertical point of the attachment point,
  • the coplanar beams used in the context of this second operating mode can be parallel to each other and to the X'X direction: in this case, they could also be used to estimate the ⁇ inclination using the third solution described above.
  • the unit of measurement may be camera-free.
  • the slope is only estimated by extrapolation of data from disturbance points that are supposed to be on the same edge, the risk of error is great if one of these points is on another edge.
  • Such a mobile unit should therefore be used with a reliable means, embedded or not in said mobile unit, which makes it possible to verify that the points of disturbance of the beams are located on the same edge,
  • the unit of measurement used in the context of the invention comprises two groups of separate means, one of which has the function of estimating the angle of inclination of the anode rod, the other having the function of It is therefore another object of the invention to provide a movable measurement unit comprising: n generators of electromagnetic or sound beams arranged in such a way that they emit n bundles coplanar inclined less than 25 °, preferably less than 15 °, more preferably less than 10 °, with respect to a direction of sight, n being at least equal to two, preferably three,
  • each receiver being able to detect the disturbance of the corresponding transmitted beam, and at least one telemeter aiming in an inclined direction of less than 25 °, preferably less than 15 °, more preferably less than 10 °, with respect to said aiming direction.
  • this mobile unit also comprises a camera which aims in a direction inclined by less than 25 °, preferably less than 15 °, more preferably less than 10 °, with respect to said aiming direction and which makes it possible to measure the inclination of the anode rod with respect to the vertical plane passing through the aiming direction.
  • the movable measuring unit can be arranged in such a way that it comprises all the generators of the coplanar beams and the set of rangefinders intended to measure the inclinations of the minus two stems.
  • the mobile unit when the mobile unit is to measure the height of two anodes, the mobile unit is placed between the anodes and average sighting directions are arranged that are as symmetrical as possible with respect to X'X, the mobile unit being placed on said direction X'X at a distance f sufficient so that each of the angles of sight of the beams relating to an anode does not exceed + OR - 20 ° with respect to (X'X) and that the average angle of sight of the beams and of the rangefinder relative to an anode does not exceed + or - 10 ° with respect to (X'X).
  • Another object of the invention is the use of the method of on-the-fly measurement of the height of an anode as described above in the context of a process for replacing spent anodes in a production cell. aluminum by igneous electrolysis such as that described in French Application No. 04 09508.
  • the mobile measuring unit described above is used by bringing it close to the area where the anode must be replaced , by taking the path that passes between two electrolysis cells (the measuring unit can for example be placed on a vehicle on the ground or suspended on a moving bridge) and by orienting said measurement unit so that the direction (X 1 X) coincides with the direction of the short side of said electrolysis cell.
  • Figure 1 shows, front view, a new anode vertically placed just before a gripping member seizes.
  • FIG. 2 diagrammatically represents the anode grasped by the gripping member, the different axis systems (x'x, y'y, z'z), (X 1 X, Y 1 Y, Z 1 Z) and (V 1 V, W 1 W, Z 1 Z), the point of attachment, corresponding to the origin O of the OXYZ mark, as well as the means used for the on-the-fly measurement of the height of the anode.
  • Figure 3 illustrates, seen in section, a typical electrolysis workshop for the production of aluminum and comprising a service unit shown schematically.
  • FIG. 4 illustrates the use of a particular modality of the on-the-fly measurement method of the height of an anode according to the invention, in the context of the replacement of spent anodes in an aluminum production cell by igneous electrolysis.
  • FIGS. 1 to 4 shows a particular embodiment of the measuring method according to the invention, in which a mobile measurement unit 80 comprises means generally oriented along X 1 X.
  • the anode 20 comprises a rod 22 and an anode block 21.
  • the gripping member 13a is arranged in such a way that, when the new anode is suspended, the directions x'x and y'y remain parallel to the directions X'X and Y 1 Y which are parallel respectively to the small and the large side of the electrolysis cell, the direction of the long side coinciding with that of the anode frame 23 on which the anode is connected.
  • the worn anode When suspended, the worn anode no longer has the initial equilibrium so that its axes x'x, y'y, z'z are no longer parallel to the axes X 1 X, Y 1 Y and Z'Z .
  • the problem is to obtain, without immobilizing the anode, and whatever its state of wear, an estimate as faithful as possible of the distance Lo between the lower surface 21a of the anode block 21 and the attachment point O.
  • the gripping member 13a moves vertically and grasps the anode so that the rod does not rotate about its axis z'z.
  • This gripping member used for changing the anodes 20 in an electrolysis cell 2 is fixed on a positioning member 13b attached to the carriage 7 of a service machine 6 which rolls on a movable bridge 5 adapted to be translated. in the electrolysis workshop 1, above and along the series of cells electrolysis.
  • Said positioning member 13b is typically a telescopic arm arranged vertically composed of at least two masts 13b.l and 13b.2 sliding one inside the other, the mast 13b.2 being moved by an actuator and being guided by the Another mast 13b.l which is attached to the service machine 6.
  • the gripping member 13a is an anode clamp which, attached to the end of the mast 13b.2, moves vertically without undergoing any rotation or rotation around it. the z'z axis nor significant transverse horizontal displacement.
  • the clamp comprises articulated branches 130 which pivot about a horizontal axis m which remains parallel to Y 1 Y.
  • Each articulated branch of the clamp comprises a pawl 131, which is inserted with clearance in a bore 22b of the rod.
  • Blanks (not shown) are framed on the other faces of the rod, so that when the clamp is closed, the end of the rod can not undergo any relative displacement, axial or transverse, relative to the organ of
  • the gripping member 13a is provided with a displacement sensor (not shown) which makes it possible to measure the vertical position of a particular point M of the gripping member with respect to a horizontal reference level (N). 0
  • the sensor is placed so that one of its ends is attached to the base of the telescopic mast, the altitude of which serves as the horizontal reference level (N). Its other end is fixed on the particular point of the gripping member.
  • the anode 20 is moved vertically downwards so that its lower surface 21a passes through a horizontal plane P formed by n (n typically between 3 and 5) beams (f 1, ..., fi, ..., f n ) electromagnetic waves generated using laser generators 52.
  • the plane P is located at a known distance H from the reference level N.
  • the beams are oriented such that the barycenter of the disturbed points (Bi, ..., BB n ) is located near the vertical of the point of attachment O, Typically within 10 mm of this, the XX 'direction itself corresponds to the direction of the long side of the anode and the short side of the electrolysis cell.
  • step H the position of the anchoring point O is known at all times: its vertical distance from the reference level N is deduced from the vertical position of the particular point M given by the displacement sensor and its coordinates in the horizontal plane are determined by the respective positions of the mobile bridge and the carriage carrying the service machine to which the positioning member is fixed and whose displacement directions are parallel to the directions X 1 X and Y 1 Y,
  • the anode is then subjected to a vertical translation movement downwards, so that the lower surface 21a of the anode block 21 passes through the horizontal plane P of the beams.
  • the worn anode being unbalanced, the lower surface 21a of the anode block is not parallel to the plane P, so that said plane P intersects the anode block along a curve 60 which is not parallel to the edge of the block and that the beams are not disturbed simultaneously.
  • the detectors (not shown) and the generators 52 of the laser beams are arranged so that each detector can detect the beam produced by the associated generator and reflected by the anode block.
  • each detector can detect the beam produced by the associated generator and reflected by the anode block.
  • This embodiment has the advantage of allowing the detector and the generator to be grouped geographically in one and the same place, In the particular case of this example the coplanar beams (fi fi, ..., f n ) intersect. It would also be possible to use n parallel beams with each other, preferably an odd number of equidistant beams, by arranging for the middle beam to arrive vertically above the point of attachment,
  • a laser rangefinder 70 which aims at the rod 22 along X 1 X.
  • the inclination a is determined by measuring the horizontal distance between the laser rangefinder 70 and a point T of the rod 22 at several different times,
  • the measurement is made m times during the vertical displacement of the anode of the distance dj to the anode rod, and during this measurement the position hj of the hooking point O is recorded.
  • the inclination is estimated by regression. linear on all points (dj, hj).
  • the time interval between the first and the last measurement is chosen so that it corresponds to a displacement of the anode rod of the order of 1 meter.
  • the thickness of the rod (typically 50 mm or more) is such that one can always have a reflection or diffraction of the laser beam on the face of the rod despite the inclination thereof (typically less than 3 ° ).
  • the generators 52 of the laser beams, the detectors as well as the laser rangefinder 70 are grouped together on the same mobile measurement unit 80 mounted on a motor vehicle able to circulate in the alley that is between two electrolysis cells, perpendicular to the circulation lane 3, and which makes it possible to bring said measurement unit close to the zone where the anode is to be replaced.
  • the measurement is made after the anode is disconnected from the anode frame 23 and sufficiently far from the cell 2 so that it can rise vertically.
  • a first rise is made until the point M of the anode clamp reaches a vertical position ho given, then the anode is re-lowered until the anodic block disturbs all the n parallel beams.
  • the departure altitude is sufficiently high for the estimate of the slope to be made with a height difference of about 1 meter

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Abstract

Procédé de mesure à la volée de la longueur suivant un axe (z'z) d'une anode (20) par électrolyse ignée dans lequel: i) on suspend ladite anode à un organe de préhension (13a) qui est muni d'un capteur de déplacement mesurant la position verticale du point d'accrochage (O); ii) on déplace verticalement ledit organe de préhension, de sorte que la surface inférieure (21 a) de l'anode traverse un plan (P) formé par n faisceaux (fi,.., fi,.., fn) et, à chaque fois qu'un desdits faisceaux i (i=1 à n) est perturbé par la traversée de la surface inférieure de l'anode, on mesure la position verticale hι dudit point d'accrochage (O); iii) on mesure l'angle d'inclinaison de l'axe zz' de la tige d'anode et on déduit à partir des valeurs mesurées hi (i=1 à n), et de la valeur de l'inclinaison de la tige d'anode, la distance entre le point d'accrochage et la surface inférieure (21a) du bloc anodique (21).

Description

PROCEDE DE MESURE A LA VOLEE DE LA HAUTEUR D'UNE ANODE
DΕLECTROLYSE
DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la mesure de la hauteur des anodes d'électrolyse, en particulier des anodes des usines de production d'aluminium par électrolyse ignée, La connaissance précise de la hauteur desdites anodes, neuves ou usées, plus particulièrement de la hauteur "fonctionnelle", c'est-à-dire de la distance entre le point d'accrochage de l'anode et la surface inférieure ,du bloc anodique, est essentielle pour limiter les perturbations de fonctionnement de la cellule d'électrolyse qui résultent des diverses manipulations liées au remplacement desdites anodes.
ETAT DE LA TECHNIQUE
L'aluminium est produit industriellement par électroiyse ignée dans des cellules d'électrolyse suivant le procédé bien connu de Hall-Héroult. La demande de brevet français FR 2 806 742 (correspondant au brevet américain US ό 409 894) décrit des installations d'une usine d'électrolyse destinée à la production d'aluminium.
Selon la technologie la plus répandue, les cellules d'électrolyse comportent une pluralité d'anodes dites "précuites" en matériau carboné qui sont consommées lors des réactions de réduction électrolytique de l'aluminium. La consommation progressive des anodes nécessite des interventions sur les cellules d'électrolyse parmi lesquelles figure, notamment, le remplacement des anodes usées par des anodes neuves.
Afin d'effectuer le remplacement des anodes usées par des anodes neuves, on utilise en général une unité de service, appelée "machine de service électrolyse" ou "M. S. E" ("PTA" ou "Pot Tending Assembly" ou "PTM" ou "Pot Tending Machine" en langue anglaise). Cette unité de service comprend un pont mobile qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse, et le long des séries de cellules, et au moins une machine de service, apte à être déplacée sur le pont mobile, comprenant un chariot et un module de service muni entre autres d'organes de manutention des anodes, La demande de brevet internationale WO2005/095676 de la demanderesse décrit par exemple une machine de service électrolyse (MSE) compacte.
Afin de limiter la perturbation du fonctionnement d'une cellule d'électrolyse lors d'un changement d'anode, il est préférable de placer l'anode neuve de manière à ce que sa surface inférieure soit au même niveau que celle des autres anodes de la cellule. Pour assurer une mise à niveau correcte des anodes neuves, on utilise encore couramment la méthode classique suivante:
- avant son enlèvement, on marque la tige de l'anode usée d'un trait de craie à un endroit correspondant à un repère déterminé sur le cadre anodique;
- l'anode usée est extraite de la cellule et déposée sur une surface de référence, typiquement un plateau métallique;
- le niveau du trait de craie sur la tige est relevé, l'anode usée est retirée et une anode neuve est placée sur ladite surface de référence; - un trait de craie est tracé sur la tige de l'anode neuve au niveau relevé;
- l'anode neuve est placée sur le cadre anodique de façon à ce que le trait de craie soit situé au niveau du repère déterminé sur le cadre anodique,
Ces opérations, essentiellement manuelles, nécessitent l'intervention d'un opérateur dans la zone d'action des outils de manutention des anodes et l'exposent aux risques inhérents à ces opérations, tels que les risques de décrochement de la charge et les projections de métal liquide,
Dans une modalité préférée de la demande française de la demanderesse, dont le numéro de dépôt est 04 09508, il est proposé de remplacer les anodes usées en utilisant un nouveau procédé qui nécessite moins d'interventions manuelles: α) on utilise un outil de manutention d'anode comprenant un organe de positionnement un organe de préhension et un capteur de position verticale utilisé pour mesurer la distance verticale entre un point particulier de l'organe de préhension par rapport à un niveau de référence N donné, et b) on réalise un faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques dans un plan parallèle au niveau de référence N; c) on place ce faisceau dans la trajectoire de l'anode usée et dans celle de l'anode de remplacement de sorte que, au passage des anodes au niveau du faisceau, des relevés dimensionnels sont pris à la volée à l'aide du capteur de déplacement et sont ensuite utilisés pour placer correctement l'anode de remplacement.
Les relevés dimensionnels sont effectués de la manière suivante:
- on place un organe de préhension en position de saisie de la tige métallique de l'anode usée et on mesure, à l'aide du capteur de déplacement, la distance verticale entre le niveau de référence N et un point particulier de l'organe de préhension lorsque celui-ci a saisi ladite tige métallique;
- on retire l'anode usée de la cellule d'électrolyse, on fait passer le bloc anodique de cette anode à travers ledit faisceau en un mouvement vertical et on mesure, à l'aide du capteur de déplacement, la distance verticale entre le niveau de référence N et le point particulier de l'organe de préhension au moment où une surface particulière de l'anode saisie traverse ledit faisceau;
- on saisit la tige métallique d'une anode de remplacement à l'aide d'un organe de préhension, de préférence le même pour utiliser le même point de référence et ainsi éviter l'ajout de corrections supplémentaires de positionnement;
- on fait passer le bloc anodique de cette anode à travers ledit faisceau en un mouvement vertical et on mesure, à l'aide du capteur de déplacement, la distance verticale entre le niveau de référence N et le point particulier de l'organe de préhension au moment où la surface particulière de l'anode traverse ledit faisceau ; - A -
- on détermine la position verticale de l'anode de remplacement dans la cellule à partir des valeurs mesurées précédemment, et en tenant compte de diverses autres corrections, en particulier celles dues aux différences de poids et de température entre l'anode usée au moment de sa saisie et l'anode de remplacement au moment de sa mise en place;
- enfin, on place l'anode de remplacement, à la position déterminée à l'étape précédente, dans l'emplacement initialement occupé par l'anode usée.
PROBLEME POSE
Ce procédé présente un grand avantage par rapport à la méthode classique décrite plus haut puisqu'il permet de réduire le nombre de manipulations à effectuer au cours du remplacement d'une anode. Il a toutefois l'inconvénient d'être fortement tributaire de la qualité de la surface particulière de l'anode qui a été choisie pour réaliser ces mesures. En pratique, la surface la mieux adaptée pour prendre ce type de mesure est la surface inférieure du bloc anodique. Or une anode usée ne présente plus une géométrie parfaitement parallélépipédique avec des arêtes vives, De plus, si, pour une raison quelconque, l'anode se trouve déséquilibrée au moment où elle traverse le faisceau, le plan de la face inférieure du bloc de carbone n'est plus parallèle au faisceau, de sorte que le faisceau est perturbé non pas d'emblée par la surface inférieure du bloc mais par une arête érodée, voire un point sur cette arête. Ceci peut entraîner, avec les géométries courantes considérées et un décalage angulaire typique de 3°, un décalage dans l'estimation du nivellement de l'ordre de 40 mm pour une anode dont le bloc présente une longueur de 1550 mm. Une telle erreur n'est pas compatible avec l'exploitation des cuves.
La demanderesse a donc recherché une procédure et des moyens qui permettent d'éviter ces inconvénients et en particulier d'exploiter industriellement et de manière économiquement satisfaisante le procédé décrit dans la demande française 0409508.
OBJET DE L'INVENTION Un premier objet de l'invention est un procédé de mesure à la volée de la longueur suivant la direction (z'z) d'une anode de production, typiquement une anode de production d'aluminium par électrolyse ignée, ladite anode comprenant une tige qui s'étend substantiellement le long d'un axe, de direction (z'z), et dont la section orthogonale est un rectangle dont les côtés suivent les directions (x'x) et (y'y), ainsi qu'un bloc de carbone - appelé également bloc anodique - de forme globale parallélépipédique rectangle, dont la hauteur s'étend suivant la direction de l'axe (z'z) et dont la section orthogonale présente des côtés substantiellement parallèles à (x'x) et (y'y). C'est un procédé dans lequel: i) on suspend ladite anode à un organe de préhension qui saisit, au niveau du point d'accrochage, la tige de l'anode de telle sorte qu'elle ne peut pas tourner autour de son axe. Ledit organe de préhension est guidé dans son mouvement de telle sorte qu'il se déplace suivant l'axe vertical Z'Z et de telle sorte que, lorsqu'il saisit une anode neuve, les directions (x'x) et (y'y) restent sensiblement parallèles à deux directions horizontales (X1X) et (Y'Y) données, orthogonales entre elles. Ces directions correspondent typiquement, mais non nécessairement, respectivement au petit et au grand côté de la cellule d'électrolyse. Ledit organe de préhension est muni d'un capteur de déplacement permettant de mesurer la position verticale du point d'accrochage, c'est-à-dire la distance verticale entre un niveau de référence horizontal (N) et ledit point d'accrochage; ii) on déplace verticalement ledit organe de préhension, de sorte que la surface inférieure du bloc anodique traverse au moins un plan formé par une pluralité de n faisceaux d'ondes sonores ou électromagnétiques, et on relève à l'aide dudit capteur de déplacement la position verticale hi (i=l à n) dudit point d'accrochage à chaque fois qu'un desdits faisceaux est perturbé par la traversée de la surface inférieure de l'anode;
Ledit procédé est caractérisé en ce que: iii) on mesure également l'angle d'inclinaison de l'axe (z'z) de la tige d'anode 5 par rapport à la verticale (Z'Z) pour déduire de cet angle d'inclinaison et des valeurs mesurées hι (i=l à n) la distance entre le point d'accrochage et la surface inférieure du bloc anodique.
Les étapes caractéristiques ii) et iii) du procédé telles que décrites ci-dessus ne m se suivent pas nécessairement dans l'ordre chronologique. Ainsi, suivant les variantes possibles de l'invention, la mesure de l'angle d'inclinaison de l'axe (z'z) de l'axe de la tige peut être effectuée lorsque l'anode est à l'arrêt, avant son déplacement vertical, ou au contraire à la volée au cours de son déplacement vertical et, dans ce dernier cas, elle peut être effectuée avant
/5 ou après que le premier des n faisceaux soit perturbé,
Le procédé selon l'invention est un procédé de mesure à la volée, c'est-à-dire ne nécessitant pas l'immobilisation et la mise en place de l'anode sur une aire de stockage, une palette ou un véhicule. La mesure est prise lorsque l'anode 0 est suspendue, le contact entre l'anode et l'organe de préhension se faisant sur une zone dont le barycentre est appelé "point d'accrochage", que l'on peut considérer comme appartenant autant à l'organe de préhension qu'à la tige d'anode. Ce procédé de mesure est destiné à connaître la hauteur de l'anode, ou plus précisément, une hauteur "fonctionnelle" correspondant à la distance
25 suivant (z'z) entre ledit point d'accrochage et la surface inférieure du bloc anodique. Pour que cette mesure soit valable quel que soit l'état d'usure de l'anode, on doit prendre en compte la modification d'orientation de l'anode lorsqu'elle est suspendue, qui peut résulter du déséquilibre occasionné par l'usure, voire la détérioration, du bloc anodique.
30 L'αnode neuve présente un parfait équilibre de sorte que les directions (x'x), (y'y), (z'z) correspondent à celles de ses axes de symétrie. L'organe de préhension est agencé de telle sorte que, lorsque l'anode neuve est suspendue, les directions (x'x) et (y'y) restent parallèles à deux directions horizontales (X'X) et (Y1Y) données. Ces directions peuvent, en particulier si la mesure se fait à proximité de la cellule d'électrolyse, être parallèles respectivement au petit et au grand côté de la cellule d'électrolyse. En effet, lorsque l'anode neuve évolue à proximité de la cellule d'électrolyse lors des changements d'anode, elle est déplacée de telle sorte que son axe (z'z) est vertical et que les directions (x'x) et (y'y) sont parallèles au petit et au grand côté de ladite cellule d'électrolyse, la direction du grand côté de la cellule correspondant à la direction du cadre anodique sur lequel l'anode est connectée.
Par contre, lorsqu'elle est suspendue, l'anode usée ne présente plus l'équilibre initial de sorte que ses axes (x'x), (y'y), (z'z) ne sont plus parallèles aux axes (X'X), (Y'Y) et (Z1Z). Ce déséquilibre, qui se traduit par un défaut d'horizontalité de la surface inférieure du bloc anodique, peut être dû à un défaut de répartition de la couverture d'anode (le mélange de bain broyé et d'alumine qui est versé sur le bain d'électrolyse et sur la face supérieure des blocs anodiques) et/ou à une détérioration locale du bloc anodique (manque local de matière carbonée). Ce défaut correspond néanmoins à une faible inclinaison, quelques degrés au plus par rapport au plan horizontal, et il s'agit d'évaluer les conséquences de cet écart angulaire sur l'estimation de la hauteur réelle de l'anode.
L'organe de préhension envisagé dans le cadre de l'invention se déplace verticalement et saisit l'anode de telle sorte que la tige ne peut pas tourner autour de son axe z'z. Cet organe de préhension peut appartenir à un outil de manutention qui est habituellement utilisé lors du remplacement des anodes, tel que celui décrit dans la demande internationale WO2004/079046. En général, un tel outil de manutention comprend un organe de préhension fixé sur un organe de positionnement qui est lui-même attaché au chariot d'une machine de service qui roule sur un pont mobile apte à être translaté au-dessus et le long des séries de cellules d'électrolyse, Ledit organe de positionnement est typiquement un bras télescopique disposé verticalement, composé d'au moins deux mâts coulissant l'un dans l'autre, un mât étant mû par un actionneur et étant guidé par l'autre mât attaché à ladite machine de service, L'organe de préhension, fixé à l'extrémité du mât mû par un actionneur, se déplace verticalement, sans subir ni rotation autour de l'axe z'z ni déplacement transversal important.
Le dispositif de saisie de l'organe de préhension empêche toute rotation autour de l'axe (z'z) de la tige. Il s'agit par exemple d'une pince dont les branches articulées pivotent autour d'un axe horizontal qui reste parallèle à une direction donnée, coïncidant typiquement avec l'axe (X1X) ou (Y1Y), Dans cette modalité de l'invention, chaque branche articulée de la pince comprend par exemple au moins une saillie, appelée également "iinguet", qui s'insère avec jeu dans un alésage de la tige d'anode. Ledit alésage, traversant ou non, s'étend suivant la direction perpendiculaire à celle de l'axe de pivotement des branches de la pince, c'est-à-dire perpendiculairement au petit côté ou au grand côté de la section de la tige. Bien évidemment, ces moyens d'accrochage de formes complémentaires peuvent se présenter sous une configuration géométrique différente: par exemple, un alésage pratiqué dans la branche de la pince et des portions d'arbre placés en saillie sur les petites faces ou les grandes faces de la tige ou encore toutes autres formes géométriques conjuguées qui permettent de verrouiller et de lever l'anode. Dans cette modalité de l'invention également, on ménage avantageusement, perpendiculairement auxdits moyens d'accrochage, c'est-à-dire parallèlement à l'axe de pivotement des branches articulées, des flans qui viennent encadrer les autres faces de la tige, de sorte que, lorsque la pince est fermée, l'extrémité de la tige ne peut subir aucun déplacement transversal substantiel par rapport à l'organe de positionnement. Leclit organe de préhension est muni d'un capteur de déplacement qui permet de mesurer la position verticale d'un point particulier de l'organe de préhension par rapport à un niveau de référence horizontal (N). Le capteur de position peut être, par exemple, un encodeur à câble ou un télémètre laser. Typiquement, il est fixé rigidement à la partie de l'organe de positionnement qui est attachée à la machine de service, et il permet de mesurer la distance relative entre sa position et celle d'un point particulier de l'organe de préhension qui correspond, s'il s'agit d'un encodeur à câble, au point de fixation de l'extrémité mobile du câble ou, s'il s'agit d'un télémètre laser, au point de l'organe de préhension visé par le rayon laser. La distance verticale entre ce point particulier et le point d'accrochage peut être facilement connue, de sorte que le capteur de déplacement permet de connaître à tout moment la position verticale du point d'accrochage, c'est-à-dire la distance entre le niveau de référence (N) et le point d'accrochage.
Par exemple, dans le cas où l'organe de préhension est une pince, la distance entre le point particulier et l'axe de pivotement des branches articulées est connue, la distance existant entre l'axe de pivotement et les axes des linguets est connue et le jeu existant entre lesdits linguets et le ou les alésages de la tige est faible, de sorte qu'il est possible de déterminer avec une bonne précision la position verticale du point d'accrochage. Pour s'assurer que la distance verticale entre le point particulier et le point d'accrochage reste constante pendant l'ensemble des mesures, il est avantageux de munir l'organe de positionnement d'un moyen de mesure de la tension dans l'outil, tel qu'un dynamomètre axial, qui permet de connaître le moment où la chaîne cinématique de l'outil est en traction et de déterminer le moment où les jeux mécaniques sont tous repris.
L'anode est suspendue à l'organe de préhension, par exemple par l'intermédiaire dudit alésage et desdites saillies, en une zone d'accrochage située sur la tige, à une position connue sur ladite tige. En raison du déséquilibre occasionné par l'usure, ses axes (x'x), (y'y) et (z'z) ne coïncident plus nécessairement avec les axes initiaux (X1X)7 (Y1Y) et (Z'Z). Si l'anode est bridée en rotation autour de son axe (z'z) par l'extrémité de sa tige, elle risque néanmoins de se comporter comme une sorte de pendule susceptible d'osciller autour du point d'accrochage. De façon à ce que ces oscillations ne perturbent pas trop les mesures, les actionneurs qui imposent les déplacements de l'organe de préhension suivant la direction verticale Z1Z et dans le plan horizontal, typiquement suivant les directions X1X et Y'Y, sont de préférence contrôlés en accélération et en décélération de telle sorte que, lorsque l'anode est descendue ou montée dans le cadre de l'étape ii) du présent procédé selon l'invention, elle subit un mouvement aussi proche que possible d'une translation verticale pure, avec des axes (x'x), (y'y) et (z'z) qui conservent leurs directions respectives tout au long dudit déplacement.
Au cours du procédé de mesure, on déplace verticalement l'anode de sorte que sa surface inférieure traverse un plan formé par une pluralité de n faisceaux d'ondes sonores ou électromagnétiques, n étant au moins égal à deux, de préférence trois. Comme indiqué dans la demande française 0409508, les ondes sonores sont typiquement des ondes ultrasonores et les ondes électromagnétiques sont typiquement de la lumière visible, des infrarouges ou des ondes radio. Dans une modalité préférée de l'invention, lesdits faisceaux sont générés à l'aide de lasers.
Selon les modalités de l'invention, ce plan est horizontal ou faiblement incliné par rapport au plan horizontal, typiquement d'un angle inférieur à 3°. L'anode étant suspendue et le bloc de carbone étant la partie la plus basse de l'anode, la hauteur de l'anode est avantageusement mesurée dans une phase où on lui fait subir une descente verticale. Toutefois, la mesure peut également être effectuée en imposant une montée verticale à l'anode, à condition de pouvoir distinguer les perturbations des faisceaux dues à la surface supérieure du bloc αnodique de celles dues à la surface inférieure. D'une manière plus générale, les générateurs sont placés et orientés de telle sorte que lorsque les faisceaux qu'ils émettent sont perturbés, on peut déterminer sans ambiguïté la cause de la perturbation et ne retenir que les perturbations dues à la partie plane de la surface inférieure du bloc anodique,
La demanderesse a en effet constaté que si la surface inférieure des anodes usées était en général érodée sur sa périphérie, elle conservait néanmoins dans la quasi-totalité des cas une zone plane perpendiculaire à la tige, qui correspond à la partie la plus basse du bloc anodique et sert donc de base à l'estimation de la distance entre l'anode et l'ensemble cathodique, et dont l'orientation réelle peut être estimée en mesurant l'inclinaison de la tige par rapport à l'axe vertical. Dans le cadre de la présente invention, on utilise cette zone plane soit en maintenant le plan des faisceaux dans une direction fixe (de préférence le plan horizontal) et tenant compte du fait que c'est la partie la plus basse de la périphérie de cette zone plane qui perturbe en premier lesdits faisceaux, soit en orientant le plan des faisceaux de façon à ce qu'il devienne parallèle à ladite zone plane. Dans ce dernier cas, les générateurs sont avantageusement regroupés sur une plateforme dont on peut imposer une orientation par rapport au plan horizontal telle que ledit faisceau plan devient orthogonal à la direction (z'z) de la tige d'anode, dont l'inclinaison a été mesurée auparavant.
Au cours du déplacement vertical de l'anode en vue de la mesure de sa hauteur (étape N)), la position du point d'accrochage est connue à tout moment: sa distance verticale par rapport au niveau de référence (N) est déduite de la position verticale du point particulier donnée par le capteur de déplacement et ses coordonnées dans le plan horizontal sont liées à celles du dispositif de positionnement. Lorsque ce dernier est fixé à une machine de service pour la manipulation d'une anode à proximité d'une cellule d'électrolyse, ces coordonnées dans le plan horizontal sont déterminées par les positions respectives du chariot et du pont mobile dont les directions de déplacement sont parallèles aux directions X1X et Y1Y.
L'anode est ensuite soumise à un mouvement de translation verticale, de 5 préférence vers le bas, de sorte que la surface inférieure du bloc anodique traverse le plan des faisceaux. A chaque fois qu'un des n faisceaux est perturbé par la traversée de la surface inférieure du bloc anodique, on mesure la position verticale hι dudit point d'accrochage,
w Comme indiqué dans la demande française 04 09508, la détection de la perturbation desdits faisceaux peut se faire de plusieurs manières. Selon un premier mode de réalisation, on dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques en regard d'un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques de manière à ce que le détecteur puisse détecter le
/5 faisceau produit par le générateur et on relève alors le moment où le bloc anodique interrompt la transmission dudit faisceau au détecteur. Selon un autre mode de réalisation, on dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques et un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques en regard d'une surface de manière à ce que le 0 détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur et réfléchi par ladite surface. Ces éléments peuvent être disposés en triangle de manière à former un plan. On relève comme dans le premier mode le moment où la surface inférieure du bloc anodique interrompt la transmission dudit faisceau au détecteur.
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Selon encore un autre mode de réalisation, on dispose un détecteur d'ondes sonores ou électromagnétiques et un générateur de faisceau d'ondes sonores ou électromagnétiques de manière à ce que le détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur et réfléchi par le bloc anodique. On relève 30 alors le moment où la surface inférieure du bloc anodique traverse ledit faisceau, de sorte que le bloc anodique réfléchit (mesure en descendant) ou ne réfléchit plus (mesure en montant) tout ou partie dudit faisceau vers le détecteur. Des essais ont montré que la réflectivité de la surface d'une anode neuve ou usée était suffisante pour permettre un fonctionnement satisfaisant de ce mode de réalisation, même si la surface réfléchissante n'est pas parfaitement perpendiculaire au faisceau. En effet, même si le récepteur reçoit un rayon diffracté et non le rayon réfléchi, l'intensité reçue est suffisante pour caractériser la présence de la surface qui fait obstacle au faisceau. Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre de regrouper géographiquement le détecteur et le générateur en un même endroit, l'ensemble des moyens utilisés pour cette mesure devenant une unité de mesure aisément mobile et autonome.
Pour connaître avec une précision suffisante la hauteur réelle de l'anode, il reste à estimer l'inclinaison de la partie plane de la surface inférieure du bloc anodique en mesurant l'angle d'inclinaison de l'anode par rapport à l'axe vertical, Comme il n'est pas possible de prévoir à l'avance dans quelle direction l'anode va s'incliner, l'anode, en particulier sa tige, est avantageusement observée suivant deux plans verticaux non parallèles, de préférence orthogonaux et son angle d'inclinaison par rapport à la verticale Z1Z est considéré comme présentant deux composantes: les angles a et β que fait la tige d'anode respectivement avec ces deux plans verticaux. De préférence, ces plans passent par le point d'accrochage de la tige d'anode et sont perpendiculaires respectivement à deux directions horizontales VV et WW orthogonales entre elles, que nous appellerons directions de visée. Nous noterons a l'angle d'inclinaison par rapport au plan vertical perpendiculaire à la première direction (V1V) et β l'angle d'inclinaison par rapport au plan vertical perpendiculaire à la deuxième direction (WW).
Une première solution pour estimer l'angle d'inclinaison de l'anode par rapport à l'axe vertical consiste à utiliser au moins une caméra en la plaçant face à chacun de ces plans verticaux, à une certaine distance, typiquement quelques mètres, de l'anode et en l'orientant vers la tige d'anode, Cette caméra ainsi placée et orientée, il est possible de mesurer, directement ou à l'aide d'un logiciel d'analyse d'image, l'angle d'inclinaison de la tige par rapport au plan vertical passant par Ia direction de visée V1V (respectivement WW), 5 c'est-à-dire perpendiculaire à l'autre direction WW, (respectivement VV).
Avec cette solution, tout couple de directions orthogonales (V1V; WW) peut être choisi en particulier (X'X, Y'Y). De préférence, on choisira les plans verticaux orthogonaux à X1X et Y'Y, dans la mesure où ils permettent de viser m l'anode dans des directions sensiblement orthogonales aux faces latérales de la tige et du bloc anodique.
Une deuxième solution pour estimer l'angle d'inclinaison de l'anode par rapport à l'axe vertical consiste à utiliser au moins un moyen de visée, par exemple un /5 télémètre laser, en le plaçant face à chacun desdits plans verticaux, à une certaine distance, typiquement quelques mètres, de l'anode et en l'orientant vers la tige d'anode suivant la direction de visée (VV) (respectivement WW), de façon à pouvoir mesurer la distance qui sépare la tige d'anode de ce moyen de visée suivant ladite direction de visée. 0
Avantageusement, pour bénéficier d'une meilleure réception des faisceaux réfléchis ou diffractés sur une face de la tige, la direction de visée (VV) (respectivement WW) est sensiblement parallèle à la direction X'X (respectivement Y'Y), c'est-à-dire qu'elle fait avec ladite direction X'X 5 (respectivement Y'Y) un angle inférieur à 25°, de préférence 15°, de préférence encore 10°.
Pour estimer, dans le cadre de cette deuxième solution, l'angle d'inclinaison de la tige par rapport à chacun de ces plans verticaux, une première façon de procéder consiste à placer, face à ce plan, m moyens de visée les uns au
30 dessus des autres, à une distance Hj Q=Lm) connue du niveau de référence (N). Ces moyens de visée mesurent en même temps l'ensemble des distances dj qui les séparent de la tige d'anode. L'inclinaison est alors estimée par régression linéaire sur l'ensemble des points relevés (dj, Hj). L'estimation est d'autant plus précise que la distance entre les plus éloignés de ces moyens de visée est proche de la longueur de la tige d'anode.
Une autre façon de procéder pour cette deuxième solution consiste à placer un seul moyen de visée face à chacun desdits plans verticaux, mais à faire, m fois au cours du déplacement vertical de l'anode, la mesure de la distance dj qui sépare ledit moyen de visée de la tige d'anode et à relever lors de cette mesure la position hj du point d'accrochage. L'inclinaison est estimée par régression linéaire sur l'ensemble des points (dj, hj), l'estimation étant d'autant plus précise que l'intervalle de temps entre la première et la dernière mesure est important et correspond typiquement à un déplacement de la tige d'anode voisin de la hauteur de celle-ci.
Enfin, on peut combiner ces deux variantes en effectuant plusieurs fois dans le temps une mesure simultanée sur plusieurs télémètres et en moyennant les résultats. Cette dernière façon de procéder peut se révéler avantageuse lorsque l'on souhaite avoir une estimation précise de l'inclinaison de la tige après une course relativement courte de l'anode, sensiblement inférieure à la longueur de la tige d'anode. Ceci peut se révéler avantageux, en particulier si on met en oeuvre le premier mode opératoire, décrit ci-après, qui exige que l'inclinaison de la tige soit connue avant que la face inférieure du bloc anodique ne vienne perturber les faisceaux.
Une troisième solution pour estimer l'angle d'inclinaison de l'anode par rapport à l'axe vertical consiste à utiliser deux groupes de faisceaux coplanaires en suivant le procédé général décrit dans la demande française 04 09508, les faisceaux de chacun de ces groupes étant de plus disposés dans un plan horizontal et globalement orientés perpendiculairement à une arête du bloc anodique, de façon à ce qu'ils soient perturbés par une seule et même arête dudit bloc. Comme les arêtes de la surface inférieure d'un bloc anodique usé restent sensiblement parallèles aux directions X'X et Y'Y, les directions de visée V1V et W1W coïncident avec X1X et Y1Y et on utilise, pour estimer l'inclinaison par rapport à chacun desdits plans verticaux, un groupe de faisceaux coplanaires horizontaux, globalement orienté suivant la direction (X1X), (respectivement Y1Y). Avantageusement, les faisceaux coplanaires de chaque groupe sont parallèles entre eux, orientés suivant une première direction horizontale (X'X, resp. Y1Y) et ont chacun une position connue suivant la direction horizontale perpendiculaire, dite deuxième direction horizontale (Y1Y , resp. X'X).
La mesure de l'inclinaison de la tige d'anode par rapport au plan vertical perpendiculaire à la première direction horizontale (X1X, resp. Y'Y) se fait au cours d'un déplacement vertical de l'anode, de la manière suivante: a) au cours de la descente de l'anode, à chaque fois qu'un faisceau fi du groupe orienté selon cette première direction horizontale (X'X, resp. Y'Y) est perturbé par la traversée de la surface inférieure du bloc anodique, on mesure la position verticale (hι)du point d'accrochage; b) connaissant la différence d'altitude H existant entre le plan des faisceaux et le niveau de référence (N), et en prenant le point d'accrochage O comme origine du repère dans le plan OYZ perpendiculaire à X'X (resp. OXZ perpendiculaire à Y'Y), on établit que l'ordonnée suivant Z1Z du point de perturbation du faisceau est (hi-H). c) connaissant la position Yi (resp. Xi) suivant la seconde direction horizontale (Y'Y, resp. X'X) de chacun des faisceaux fi, on en déduit, en effectuant une régression linéaire sur l'ensemble des points relevés, la forme et la pente moyenne de la projection - sur OYZ (resp. OXZ) - de l'arête du bloc qui coupe lesdits faisceaux. L'angle que fait avec l'horizontale cette arête projetée sur le plan OYZ (resp. OXZ) est considéré comme représentatif de l'angle que fait avec la verticale la tige projetée sur ce même plan. Pαr exemple, en procédant ainsi avec le premier groupe de faisceaux orientés selon XX on relève n points dans le repère OYZ dont le centre O est le point d'accrochage. Ces points ont des coordonnées (Yi, Zi), Yi étant donnée par la position du faisceau fi suivant la direction Y1Y et Zi étant égal à (hi-H). L'arête projetée sur le plan OYZ s'appuie sur une droite qui est obtenue par régression linéaire sur l'ensemble de ces points et qui a pour équation:
Figure imgf000019_0001
La pente de cette droite permet d'estimer l'inclinaison β de l'anode par rapport au plan vertical OXZ, perpendiculaire à Y'Y:
/? = Arctan^) . On obtient également une estimation de la distance de cette droite projetée sur OYZ au point d'accrochage, qui est donnée par d .
Figure imgf000019_0002
En procédant de la même façon avec le deuxième groupe de faisceaux orientés selon Y1Y, on peut obtenir la valeur de l'inclinaison a de l'anode par rapport à OYZ.
Il est possible d'utiliser des faisceaux coplanaires non parallèles, mais toujours sensiblement orientés suivant une direction commune parallèle à X'X ou Y'Y, au prix de l'ajout de termes correctifs tenant compte du décalage d'orientation de chacun des faisceaux par rapport à cette direction commune.
Les deux groupes de faisceaux coplanaires utilisés dans le cadre de cette troisième solution forment des plans horizontaux placés chacun à une distance fixe donnée du niveau de référence (N). Ils pourraient former un plan non horizontal fixe mais ici encore au prix de l'ajout de termes correctifs. Ils sont a priori distincts du groupe de faisceaux coplanaires qui est utilisé dans le cadre de l'étape ii) du procédé selon l'invention, mais ce dernier peut en fonction du mode opératoire choisi, être choisi pour constituer également l'un des deux groupes utilisés dans le cadre de cette troisième solution.
Ces trois solutions peuvent naturellement être combinées: on peut par exemple estimer le premier angle a à l'aide d'une série de télémètres ou d'un groupe de faisceaux formant un plan horizontal fixe et estimer l'angle β à l'aide d'une caméra. Autrement dit, l'estimation de chaque composante (a ou β) de l'inclinaison de la tige d'anode par rapport à la verticale Z1Z peut être réalisée en utilisant une étape de procédé différente de celle utilisée pour l'autre composante, l'étape de procédé relative à chaque composante étant choisie parmi l'une des trois solutions proposées ci-dessus, mais étant limitée à l'estimation de cette seule composante (a ou β).
Une fois que l'inclinaison de la tige par rapport à la verticale Z1Z est connue, on peut procéder suivant au moins deux modes opératoires différents, Dans le premier mode opératoire, on utilise au cours de l'étape ii) un groupe de faisceaux qui forme un plan variable que l'on va orienter perpendiculairement à la tige, donc parallèlement à la surface plane résiduelle de la face inférieure du bloc anodique: il faut donc connaître ladite inclinaison avant que la face inférieure du bloc anodique ne vienne perturber lesdits faisceaux, Dans le deuxième mode opératoire, on utilise au cours de l'étape ii) un groupe de faisceaux formant un plan fixe et on effectue un calcul d'estimation global prenant en compte l'ensemble des données mesurées au cours du mouvement vertical de l'anode,
Dans le premier mode opératoire, les n faisceaux coplanaires utilisés dans l'étape ii) sont avantageusement émis par des générateurs regroupés sur une plate-forme que l'on peut faire pivoter par rotations indépendantes, autour de deux axes orthogonaux entre eux. Ceci nécessite donc une première étape de mesure destinée à estimer l'angle d'inclinaison de la tige d'anode par rapport à Z1Z, une deuxième étape au cours de laquelle on incline le plan virtuel formé par les faisceaux en fonction de l'inclinaison de la tige, typiquement par rotation de ladite plate-forme, et une troisième étape correspondant à l'étape ii), Les deux premières étapes doivent être effectuées suffisamment rapidement, avant que la face inférieure du bloc anodique ne vienne perturber les faisceaux.
Ainsi, par exemple, après avoir caractérisé l'inclinaison de la tige par les angles a et β que fait la tige d'anode avec les plans perpendiculaires respectivement aux directions horizontales V1V et W1W, on impose à la plate-forme, initialement placée horizontalement à une distance H du niveau de référence, une rotation d'un angle a autour du premier axe qui a été placé parallèlement à W'W et à une distance f, suivant la direction VV, du point d'accrochage, puis une rotation d'un angle β'=arctan(cos oc tan β) autour du deuxième axe, résultant de la rotation d'angle a de W'W. On oriente ainsi le plan des faisceaux perpendiculairement à la tige d'anode. Ensuite, on effectue le déplacement vertical de l'anode exposé à l'étape ii). Au cours de ce déplacement vertical de l'anode, on relève les n valeurs hι de la position du point d'accrochage lors de l'interruption des n faisceaux. Ensuite, on calcule la moyenne les valeurs (hι) pour en déduire une position Ti caractéristique du franchissement du plan des faisceaux par la partie plane de la surface inférieure du bloc anodique. La longueur Lo de l'anode est alors estimée par l'expression suivante:
Figure imgf000021_0001
où Y est la coordonnée suivant W'W du barycentre des points de perturbation des faisceaux. Si les faisceaux sont tous parallèles à VV, Y est la moyenne des coordonnées suivant W'W de ces faisceaux.
Dans le deuxième mode opératoire, les n faisceaux coplanaires utilisés dans l'étape ii) sont avantageusement émis par des générateurs regroupés sur une plαte-forme fixe, et forment de préférence un plan virtuel horizontal situé à une distance H du niveau de référence (N), Dans ce deuxième mode opératoire, il n'est pas nécessaire de connaître l'inclinaison de la tige avant que la face inférieure du bloc anodique ne vienne perturber les faisceaux,
Dans ce deuxième mode opératoire, on suit la chronologie des étapes i), ii) et iii) et l'estimation est effectuée de la façon suivante : a) au cours de la descente de l'anode, à chaque fois qu'un faisceau est perturbé par la traversée de la surface inférieure du bloc anodique, on mesure la position verticale (hi)du point d'accrochage, b) on effectue une moyenne ~k des positions verticales hι en attribuant cette position à un point caractéristique du franchissement du plan des faisceaux par la partie plane de la surface inférieure du bloc anodique. d) on en déduit alors la hauteur de l'anode par l'expression approchée suivante : jfo- (H-Ii)-FSkIa ψ tan/91 "cosαcos^l+tan2^ ∞Ψ où β'= αrctαn(cos α tαn β), Y est la coordonnée suivant WW du barycentre des points de perturbation des faisceaux, et F est un terme correctif, en particulier lié à l'effet de forme de la périphérie de la zone plane de la surface inférieure du bloc anodique, L'angle a étant faible, des termes correctifs proportionnels à , donc de l'ordre de a2 (a exprimé en radians), ont été cos a négligés.
De préférence, les n faisceaux sont regroupés et orientés de telle sorte qu'ils ne coupent qu'une seule arête du bloc anodique. Pour cette raison, on utilise préférentiellement n générateurs de faisceaux électromagnétiques ou sonores disposés de telle sorte qu'ils émettent n faisceaux coplanaires inclinés de moins de 25°, de préférence moins de 15°, de préférence encore moins de 10°, par rapport à une direction parallèle à X1X ou Y'Y. Si on α choisi X'X (respectivement Y'Y) comme direction globale des faisceaux, le terme correctif F est voisin de (b-r), où b est la demi longueur du bloc anodique suivant X'X (respectivement Y'Y) et r est le rayon moyen du congé d'usure de l'arête, si celui-ci est circulaire ou encore le demi axe suivant X'X (respectivement Y'Y) si celui-ci est elliptique. Avantageusement ce terme correctif F est déterminé au préalable à partir de mesures statistiques et peut prendre en compte d'autres facteurs, tels que la plus ou moins bonne linéarité de l'arête perturbatrice des faisceaux, la sensibilité de réception du rayon laser réfléchi ou diffracté par l'arête arrondie, etc..
Au cas où l'on a choisi d'estimer l'inclinaison de la tige en suivant la troisième solution décrite précédemment les faisceaux coplanaires utilisés dans le cadre de ce deuxième mode opératoire peuvent correspondre à l'un des deux groupes utilisés dans ladite troisième solution. Toutefois, de façon à obtenir une bonne estimation de l'inclinaison de l'anode, il importe de s'assurer que les points de perturbation des faisceaux correspondent à une même arête.
Dans une modalité préférée, on choisit les moyens qui sont utilisés pour la mesure de l'inclinaison de la tige et les faisceaux coplanaires qui sont utilisés à l'étape ii) de telle sorte qu'ils n'opèrent que suivant une seule direction de visée.
On peut par exemple employer un ou plusieurs télémètres pour mesurer la composante ce de l'inclinaison de la tige par rapport au plan vertical perpendiculaire à X'X, une caméra pour estimer la composante β par rapport au plan vertical passant par X'X et un groupe de faisceaux coplanaires globalement orientés suivant X'X et formant un plan à orientation variable
(premier mode opératoire) ou fixe et de préférence horizontal (deuxième mode opératoire). Typiquement, le ou les télémètres visent la tige d'anode suivant une direction inclinée de moins de 25°, de préférence de moins de 15°, de préférence encore de moins de 10° par rapport a la direction de visée. De même, typiquement les faisceaux coplanaires visent l'anode suivant une direction inclinée de moins de 25°, de préférence de moins de 15°, de préférence encore de moins de 10° par rapport à la direction de visée.
L'axe X1X étant associé à l'axe de déplacement de l'organe de préhension de l'anode qui est perpendiculaire au cadre anodique, cette modalité est particulièrement adaptée à une mesure effectuée lorsque l'anode est déplacée à proximité de la cellule d'électrolyse lors de son évacuation ou de sa mise en place dans la cellule d'électrolyse. Ainsi, dans cette modalité préférée de l'invention, l'ensemble des moyens utilisés pour la mesure à la volée est avantageusement regroupé dans une unité de mesure mobile et autonome qui peut être amenée à proximité de la zone où l'anode doit être remplacée, dans l'allée qui circule entre deux cellules d'électrolyse. Lorsqu'elle est mise en place pour les mesures, l'unité mobile est orientée de telle sorte que la direction (X1X) soit sensiblement parallèle à la direction du petit côté de la cellule d'électrolyse et que lesdits moyens sont orientés en visant vers l'emplacement de l'anode à remplacer.
Dans une variante simplifiée de la dite modalité préférée, on mesure uniquement l'angle d'inclinaison a de la tige d'anode par rapport au plan vertical parallèle au cadre anodique, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe (X1X) et on vérifie simplement, par exemple à l'aide de caméras, que l'inclinaison β reste limitée à une valeur au plus égale à une valeur critique, typiquement 1°.
La demanderesse a en effet constaté, lors des manipulations en vue du remplacement des anodes, qu'une fois extraite de la cellule, l'anode usée présente un bloc anodique avec en général une couverture d'anode plus épaisse vers l'extérieur de la cellule et/ou des défauts de manque de carbone dans les parties situées vers l'intérieur de la cellule. L'anode a alors tendance à s'incliner essentiellement par rapport au plan vertical passant par (Y1Y). L'angle a, qui en l'occurrence est l'angle d'inclinaison par rapport au plan vertical perpendiculaire à (X1X), est donc substantiellement plus élevé que β, angle d'incliπαison par rapport au plan vertical perpendiculaire à (Y1Y), et son influence sur l'estimation de la hauteur est amplifiée par l'effet "bras de levier" constitué par les dimensions correspondantes du bloc anodique.
5 On utilise dans cette variante l'unité de mesure décrite plus haut qui regroupe des moyens de mesure utilisant une direction de visée globale commune sensiblement parallèle à la direction X1X, Les générateurs des faisceaux sont regroupés dans cette unité de telle sorte que le plan des faisceaux peut pivoter d'un angle a autour d'un axe parallèle à la direction (Y1Y) (premier mode w opératoire) ou au contraire être maintenu fixe horizontal, à une distance H donnée du niveau de référence (N) (deuxième mode opératoire).
Dans le cas du premier mode opératoire, on place l'unité mobile au droit du point d'accrochage de sorte que l'axe de pivotement du plan des faisceaux
/5 coplanaires soit parallèle à (Y1Y), à une distance f du point d'accrochage suivant la direction (X1X). On mesure d'abord l'inclinaison a de la tige d'anode puis on fait pivoter le plan des faisceaux dudit angle a par rapport au plan horizontal. On déplace ensuite l'anode verticalement jusqu'à ce que les faisceaux soient perturbés par la surface inférieure du bloc anodique. A 0 chaque fois qu'un faisceau i est perturbé, on relève la position hι du point d'accrochage et l'on en déduit une position moyenne h du point d'accrochage correspondant à la perturbation du plan des faisceaux. En disposant les faisceaux de telle sorte que le barycentre des points de perturbation des faisceaux se trouve à la verticale du point d'accrochage (ou 5 à proximité de celle-ci, typiquement moins de 10 mm), la longueur Lo de l'anode peut être estimée par la formule simplifiée:
L0 = (H -/ï)cosa-/sinctr
Dans le cas du deuxième mode opératoire, on place l'unité mobile au droit du
30 point d'accrochage de sorte que les moyens de visée utilisés pour l'estimation de l'inclinaison de la tige d'anode soient à une distance f du point d'αccrochαge suivant la direction (X1X), On maintient le plan des faisceaux dans une direction fixe. De préférence, ce plan est horizontal. Les générateurs sont regroupés de telle sorte qu'ils génèrent n faisceaux sonores ou électromagnétiques, n étant au moins égal à deux, de préférence trois, coplangires et faiblement inclinés par rapport à XX', c'est-à-dire faisant typiquement un angle inférieur à 25°, de préférence inférieur à 15°, de préférence encore inférieur à 10° par rapport à (X1X), l'inclinaison moyenne des n faisceaux étant aussi faible que possible, de préférence inférieure à 10°.
Pour exploiter les mesures prises dans le cadre de cette variante, la demanderesse a constaté qu'en fait la zone plane de la surface inférieure des blocs anodique présentait une périphérie avec des "arêtes" qui conservent sensiblement les directions (x'x) et (y'y) des axes de l'anode. De sorte que des faisceaux coplanaires peu inclinés par rapport à (X1X) seront perturbés par une arête basse parallèle à (y'y). Comme indiqué précédemment, l'anode usée en sortie de cellule présente cette arête basse vers l'extérieur de la cellule, de sorte que lesdits faisceaux ne sentent pas l'influence de la surface inférieure du bloc anodique avant d'être interrompus et qu'ils sont de ce fait interrompus de façon nette par le bloc anodique,
Les faisceaux sont orientés de telle sorte que le barycentre des points perturbés soit situé à proximité, typiquement moins de 10 mm, de la verticale du point d'accrochage,
Au temps tι, lorsqu'on relève que le faisceau est perturbé par la traversée du bloc de carbone de l'anode, on mesure la position verticale hι dudit point d'accrochage, On effectue une moyenne h des positions verticales hi et la hauteur de l'anode est estimée à l'aide de la formule simplifiée; L0 = (H - h) - Fa , où a est exprimé en radians et où F est un coefficient correcteur lié en particulier à l'effet de forme de l'arrondi des arêtes et déterminé par ailleurs à partir de mesures statistiques. Ce deuxième mode opératoire présente l'intérêt de ne pas imposer la connaissance de l'angle d'inclinaison de la tige d'anode avant que les faisceaux soient perturbés par la face inférieure du bloc anodique.
Les faisceaux coplanaires utilisés dans le cadre de ce deuxième mode opératoire peuvent être parallèles entre eux et à la direction X'X : dans ce cas, ils pourraient également être utilisés pour estimer l'inclinaison β en utilisant la troisième solution décrite plus haut. Dans ce cas, l'unité de mesure pourrait être exempte de caméras. Cependant, l'inclinaison étant uniquement estimée par extrapolation de données provenant de points de perturbation censés se trouver sur une même arête, le risque d'erreur est grand si l'un de ces points se trouve sur autre arête. Une telle unité mobile devrait donc être utilisée avec un moyen fiable, embarqué ou non dans ladite unité mobile, qui permet de vérifier que les points de perturbation des faisceaux se situent bien sur une même arête,
De préférence, l'unité de mesure utilisée dans le cadre de l'invention comprend deux groupes de moyens séparés, l'un ayant pour fonction d'estimer l'angle d'inclinaison de la tige d'anode, l'autre ayant pour mission de relever les positions du point d'accrochage à chaque perturbation des faisceaux, Ainsi, un autre objet de l'invention est une unité de mesure mobile regroupant: n générateurs de faisceaux électromagnétiques ou sonores disposés de telle sorte qu'ils émettent n faisceaux coplanaires inclinés de moins de 25°, de préférence moins de 15°, de préférence encore moins de 10°, par rapport à une direction de visée, n étant au moins égal à deux, de préférence trois,
- n récepteurs, chaque récepteur étant susceptible de déceler la perturbation du faisceau émis correspondant, et au moins un télémètre visant dans une direction inclinée de moins de 25°, de préférence moins de 15°, de préférence encore moins de 10°, par rapport à ladite direction de visée.
Avantageusement cette unité mobile comprend également une caméra qui vise dans une direction inclinée de moins de 25°, de préférence moins de 15°, de préférence encore moins de 10°, par rapport à ladite direction de visée et qui permet de mesurer l'inclinaison de la tige d'anode par rapport au plan vertical passant par la direction de visée.
Selon un mode de réalisation assez fréquent on remplace au moins deux ensembles anodiques usés à la fois par deux ensembles anodiques neufs. Dans ce cas, au moins deux pinces à anodes sont utilisées et on peut aménager l'unité de mesure mobile de telle sorte qu'elle comprenne l'ensemble des générateurs des faisceaux coplanaires et l'ensemble des télémètres destinés à mesurer les inclinaisons des au moins deux tiges. On s'arrange alors pour placer l'unité de telle sorte que chaque télémètre soit placé dans le plan vertical passant par le point d'accrochage de l'anode correspondante et parallèle à la direction (X'X) du grand côté des anodes neuves et que la direction moyenne des faisceaux coplanaires corresponde à ladite direction (X'X). Mais cela impose de séparer les télémètres et les groupes de générateurs des faisceaux coplanaires, ce qui entraîne une augmentation de l'encombrement de l'unité de mesure mobile. On peut alors regrouper les télémètres et les générateurs des faisceaux coplanaires relatifs aux au moins deux anodes. Avantageusement, lorsque l'unité mobile doit mesurer la hauteur de deux anodes, on place l'unité mobile entre les anodes et on aménage des directions de visée moyennes aussi symétriques que possible par rapport à X'X, l'unité mobile étant placée sur ladite direction X'X à une distance f suffisante pour que chacun des angles de visée des faisceaux relatifs à une anode ne dépasse pas + OU - 20° par rapport à (X'X) et que l'angle moyen de visée des faisceaux et du télémètre relatifs à une anode ne dépasse pas + ou - 10° par rapport à (X'X). Un autre objet de l'invention est l'utilisation du procédé de mesure à la volée de la hauteur d'une anode tel que décrit ci-dessus dans le cadre d'un procédé de remplacement des anodes usées dans une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée tel que celui décrit dans la demande française n° 04 09508. Dans une modalité avantageuse, on utilise l'unité de mesure mobile décrite ci-dessus en l'amenant à proximité de la zone où l'anode doit être remplacée, en empruntant l'allée qui circule entre deux cellules d'électrolyse (l'unité de mesure peut être par exemple placée sur un véhicule au sol ou suspendue à un pont mobile) et en orientant ladite unité de mesure de telle sorte que la direction (X1X) coïncide avec la direction du petit côté de ladite cellule d'électrolyse.
FIGURES
La figure 1 représente, vue de face, une anode neuve placée verticalement , juste avant qu'un organe de préhension la saisisse.
La figure 2 représente schématiquement l'anode saisie par l'organe de préhension, les différents systèmes d'axes (x'x, y'y, z'z), (X1X, Y1Y, Z1Z) et (V1V, W1W, Z1Z), le point d'accrochage, correspondant à l'origine O du repère OXYZ, ainsi que les moyens utilisés pour la mesure à la volée de la hauteur de l'anode.
La figure 3 illustre, vu en section, un atelier d'électrolyse typique destiné à la production d'aluminium et comprenant une unité de service représentée de manière schématique.
La figure 4 illustre l'utilisation d'une modalité particulière du procédé de mesure à la volée de la hauteur d'une anode selon l'invention, dans le cadre du remplacement des anodes usées dans une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée.
EXEMPLE
L'exemple, illustré par les figures 1 à 4, présente un mode de réalisation particulier du procédé de mesure selon l'invention, dans lequel on utilise une unité mobile de mesure 80 comprenant des moyens globalement orientés suivant X1X.
L'anode 20 comprend une tige 22 et un bloc anodique 21. Lorsqu'elle est neuve, elle est parfaitement équilibrée de sorte que les directions x'x, y'y, z'z correspondent à celles de ses axes de symétrie. L'organe de préhension 13a est agencé de telle sorte que, lorsque l'anode neuve est suspendue, les directions x'x et y'y restent parallèles aux directions X'X et Y1Y qui sont parallèles respectivement au petit et au grand côté de la cellule d'électrolyse, la direction du grand côté coïncidant avec celle du cadre anodique 23 sur lequel l'anode est connectée. Lorsqu'elle est suspendue, l'anode usée ne présente plus l'équilibre initial de sorte que ses axes x'x, y'y, z'z ne sont plus parallèles aux axes X1X, Y1Y et Z'Z. Le problème est d'obtenir, sans immobiliser l'anode, et quel que soit son état d'usure, une estimation aussi fidèle que possible de la distance Lo entre la surface inférieure 21a du bloc anodique 21 et le point d'accrochage O.
L'organe de préhension 13a se déplace verticalement et saisit l'anode de telle sorte que la tige ne tourne pas autour de son axe z'z. Cet organe de préhension, utilisé pour le changement des anodes 20 dans une cellule d'électrolyse 2, est fixé sur un organe de positionnement 13b attaché au chariot 7 d'une machine de service 6 qui roule sur un pont mobile 5 apte à être translaté dans l'atelier d'électrolyse 1, au-dessus et le long des séries de cellules d'électrolyse. Ledit organe de positionnement 13b est typiquement un bras télescopique disposé verticalement composé d'au moins deux mâts 13b.l et 13b.2 coulissant l'un dans l'autre, le mât 13b.2 étant mû par un actionneur et étant guidé par l'autre mât 13b.l qui est attaché à la machine de service 6. 5 L'organe de préhension 13a est une pince à anode qui, fixée à l'extrémité du mât 13b.2, se déplace verticalement sans subir ni rotation autour de l'axe z'z ni déplacement horizontal transversal important.
La pince comprend des branches articulées 130 qui pivotent autour d'un axe m horizontal qui reste parallèle à Y1Y. Chaque branche articulée de la pince comprend un linguet 131, qui s'insère avec jeu dans un alésage 22b de la tige d'anode, Des flans (non représentés) viennent encadrer les autres faces de la tige, de sorte que, lorsque la pince est fermée, l'extrémité de la tige ne peut subir aucun déplacement relatif, axial ou transversal, par rapport à l'organe de
/5 positionnement.
L'organe de préhension 13a est muni d'un capteur de déplacement (non représenté) qui permet de mesurer la position verticale d'un point particulier M de l'organe de préhension par rapport à un niveau de référence horizontal (N). 0 Le capteur est placé de telle sorte qu'une de ses extrémités est fixée à la base du mât télescopique, dont l'altitude sert de niveau de référence horizontal (N). Son autre extrémité est fixée sur le point particulier de l'organe de préhension.
Au cours du procédé de mesure, on déplace verticalement l'anode 20 vers le 5 bas de sorte que sa surface inférieure 21a traverse un plan P horizontal formé par n (n typiquement compris entre 3 et 5) faisceaux (fi, ..., fi, ..., fn) d'ondes électromagnétiques générées à l'aide de générateurs lasers 52. Le plan P est situé à une distance H connue du niveau de référence N.
30 Les faisceaux sont orientés de telle sorte que le barycentre des points perturbés (Bi, ..., B Bn) soit situé à proximité de la verticale du point d'accrochage O, typiquement à moins de 10 mm de celle-ci, La direction XX' correspond elle- même à la direction du grand côté de l'anode et du petit côté de la cellule d'électrolyse.
Au cours du déplacement vertical de l'anode en vue de la mesure de sa hauteur (étape H)), la position du point d'accrochage O est connue à tout moment: sa distance verticale par rapport au niveau de référence N est déduite de la position verticale du point particulier M donnée par le capteur de déplacement et ses coordonnées dans le plan horizontal sont déterminées par les positions respectives du pont mobile et du chariot porteurs de la machine de service à laquelle est fixé l'organe de positionnement et dont les directions de déplacement sont parallèles aux directions X1X et Y1Y,
L'anode est ensuite soumise à un mouvement de translation verticale vers le bas, de sorte que la surface inférieure 21a du bloc anodique 21 traverse le plan horizontal P des faisceaux. L'anode usée étant déséquilibrée, la surface inférieure 21a du bloc anodique n'est pas parallèle au plan P, de sorte que ledit plan P coupe le bloc anodique suivant une courbe 60 qui n'est pas parallèle à l'arête du bloc et que les faisceaux ne sont pas perturbés simultanément.
A chaque fois qu'un des n faisceaux est perturbé par la traversée la surface inférieure 21a du bloc anodique, on mesure la position verticale hi dudit point particulier de l'organe de préhension.
On dispose les détecteurs (non représentés) et les générateurs 52 des faisceaux laser de sorte que chaque détecteur puisse détecter le faisceau produit par le générateur associé et réfléchi par le bloc anodique. On relève alors le moment où la surface inférieure du bloc anodique traverse ledit faisceau, lorsque le bloc anodique réfléchit tout ou partie dudit faisceau vers le détecteur. Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre de regrouper géographiquement le détecteur et le générateur en un même endroit, Dans le cas particulier de cet exemple les faisceaux coplanaires (fi fi, ..., fn) se croisent. On aurait pu également utiliser n faisceaux parallèles entre eux, de préférence un nombre impair de faisceaux équidistants, en s'arrangeant pour que le faisceau du milieu arrive à la verticale du point d'accrochage,
Pour estimer l'angle d'inclinaison a, on utilise dans cet exemple un télémètre laser 70 qui vise la tige 22 selon X1X. L'inclinaison a est déterminée en mesurant la distance horizontale entre le télémètre laser 70 et un point T de la tige 22 à plusieurs instants différents,
On fait donc la mesure m fois au cours du déplacement vertical de l'anode de la distance dj à la tige d'anode et on relève lors de cette mesure la position hj du point d'accrochage O. L'inclinaison est estimée par régression linéaire sur l'ensemble des points (dj, hj). L'intervalle de temps entre la première et la dernière mesure est choisi de telle sorte qu'il correspond à un déplacement de la tige d'anode de l'ordre de 1 mètre. L'épaisseur de la tige (typiquement 50 mm ou plus) est telle que l'on peut toujours avoir une réflexion ou une diffraction du rayon laser sur la face de la tige malgré l'inclinaison de celle-ci (typiquement inférieure à 3°).
Les générateurs 52 des faisceaux laser, les détecteurs ainsi que le télémètre laser 70 sont regroupés sur une même unité de mesure mobile 80 monté sur un véhicule automobile apte à circuler dans l'allée qui se trouve entre deux cellules d'électrolyse, perpendiculairement à la voie de circulation 3, et qui permet d'amener ladite unité de mesure à proximité de la zone où l'anode doit être remplacée.
La mesure est effectuée après que l'anode est déconnectée du cadre anodique 23 et suffisamment éloignée de la cellule 2 pour qu'elle puisse monter verticalement. De préférence, on effectue une première montée jusqu'à ce que le point M de la pince à anode atteigne une position verticale ho donnée, puis on fait re-descendre l'anode jusqu'à ce que le bloc anodlque perturbe l'ensemble des n faisceaux parallèles. De préférence, l'altitude de départ est suffisamment haute pour que l'estimation de la pente a se fasse avec un écart de hauteur voisin de 1 mètre,

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé de mesure à la volée de la longueur suivant la direction (z'z) d'une anode (20) de production d'aluminium par électrolyse ignée, ladite anode comprenant une tige (22) qui s'étend substantiellement le long d'un axe (A), de direction (z'z), et dont la section orthogonale est un rectangle dont les côtés suivent les directions (x'x) et (y'y), ainsi qu'un bloc anodique (21) de forme globale parallélépipédique rectangle, dont la hauteur s'étend suivant la direction (z'z) et dont la section orthogonale présente des côtés substantiellement parallèles à ceux de la section de ladite tige; procédé dans lequel: i) on suspend ladite anode à un organe de préhension (13a) qui saisit, au niveau du point d'accrochage (O), la tige (22) de l'anode de telle sorte qu'elle ne peut pas tourner autour de son axe (A); - ledit organe de préhension étant guidé dans son mouvement de telle sorte qu'il se déplace suivant l'axe vertical Z'Z et de telle sorte que, lorsqu'il saisit une anode neuve, les directions (x'x) et (y'y) restent sensiblement parallèles à deux directions horizontales (X'X) et (Y1Y) données, orthogonales entre elles; - ledit organe de préhension étant muni d'un capteur de déplacement permettant de mesurer la position verticale du point d'accrochage (O); ii) on déplace verticalement ledit organe de préhension, de sorte que la surface inférieure (21a) du bloc anodique (21) traverse au moins un plan (P) formé par une pluralité de n faisceaux (fi, ...fi, .,„ fn) d'ondes sonores ou électromagnétiques, et on relève à l'aide dudit capteur de déplacement la position verticale h (i=l à n) dudit point d'accrochage à chaque fois qu'un desdits faisceaux est perturbé par la traversée de la surface inférieure de l'anode; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on mesure également l'angle d'inclinaison de l'axe (z'z) de la tige d'anode par rapport à la verticale Z'Z pour déduire de cet angle d'inclinaison et des valeurs mesurées hι (i=l à n) la distαnce entre le point d'accrochage (O) et la surface inférieure (21a) du bloc anodique,
2) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 1 dans lequel ledit
5 organe de préhension (13a) est fixé sur un organe de positionnement (13b) qui est attaché au chariot (7) d'une machine de service (6), ledit chariot roulant sur un pont mobile (5) apte à être translaté au-dessus et le long des séries de cellules d'électrolyse (2).
W 3) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 1 ou 2 dans lequel ledit organe de positionnement (13b) est un bras télescopique disposé verticalement, composé d'au moins deux mâts coulissant l'un dans l'autre, un mât (13b.2) étant mû par un actionneur et étant guidé par l'autre mât (13b.l) attaché à ladite machine de service (6).
75
4) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit organe de préhension (13a) est une pince dont les branches articulées (130) pivotent autour d'un axe horizontal qui reste parallèle à une direction donnée, coïncidant typiquement avec l'axe (X1X) 0 ou (Y1Y) et sont munies de moyens d'accrochage (131) orientés perpendiculairement à ladite direction et complémentaires de moyens d'accrochage (22b) disposés sur deux faces en vis-à-vis de la tige.
5) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 4 dans lequel ledit 5 organe de préhension est également muni de flans disposés parallèlement audit axe de pivotement des branches articulées et qui viennent encadrer les autres faces de la tige, de sorte que, lorsque la pince est fermée, l'extrémité de la tige (22) ne peut subir aucun déplacement transversal substantiel par rapport à l'organe de positionnement (13b).
30 6) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel ledit capteur de déplacement est fixé rigidement à la partie (13b,l) de l'organe de positionnement qui est attachée à la machine de service (6).
5
7) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les actionneurs, qui imposent les déplacements de l'organe de préhension suivant la direction verticale Z1Z et dans le plan horizontal typiquement suivant les direction X1X et Y1Y, sont pilotés en contrôlant les m accélérations et décélérations de telle sorte que, lorsque l'anode est descendue ou montée dans le cadre de l'étape ii), elle subit un mouvement aussi proche que possible d'une translation verticale pure, avec des axes (x'x), (y'y) et (z'z) qui conservent leurs directions respectives tout au long dudit déplacement.
75
8) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la mesure est effectuée au cours de la descente de l'anode.
0 9) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel lesdits n faisceaux (fi,..., fi,..., fn) coplanaires sont dans un plan fixe, typiquement horizontal et situé à une distance H donnée du niveau de référence (N).
5 10) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel lesdits n faisceaux (fi,..., fi,..., fn) coplanaires sont dans un plan à orientation variable, les générateurs étant regroupés sur une plateforme dont on peut imposer une orientation par rapport au plan horizontal telle que ledit faisceau plan devient orthogonal à la direction (z'z)
30 de la tige d'anode. 11) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'inclinaison de la tige (22) est estimée par la mesure de deux angles a et β que fait la tige d'anode respectivement avec deux plans verticaux non parallèles, de préférence passant par ledit point
5 d'accrochage (O) et perpendiculaires à deux directions horizontales (V1V) et (W1W) orthogonales entre elles, appelées directions de visée,
12) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 11 , dans lequel, pour chacun desdits plans verticaux, on utilise au moins une caméra en la
W plaçant face audit plan vertical, à une certaine distance, typiquement quelques mètres, de l'anode et en l'orientant vers la tige d'anode de telle sorte qu'il est possible de mesurer, directement ou à l'aide d'un logiciel d'analyse d'image, l'angle d'inclinaison de la tige par rapport au plan vertical passant par la direction de visée (V1V ou W1W) .
75
13) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 11 , dans lequel, pour chacun desdits plans verticaux, on utilise au moins un moyen de visée, par exemple un télémètre laser, en le plaçant face audit plan vertical, à une certaine distance, typiquement quelques mètres, de l'anode et orienté vers 0 la tige d'anode suivant la direction de visée (V1V) (respectivement W1W), de façon à pouvoir mesurer la distance qui sépare la tige l'anode de ce moyen de visée suivant ladite direction de visée.
14) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 13, dans lequel ladite 5 direction (V1V) (respectivement WW) est sensiblement parallèle à la direction X1X (respectivement Y1Y), c'est-à-dire faisant avec ladite direction X1X (respectivement Y'Y) un angle inférieur à 25°, de préférence 15°, de préférence encore 10°.
30 15) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 13 ou 14 dans lequel l'inclinaison est déterminée par m moyens de visée placés les uns au-dessus des autres à une distance Hj (J=Lm) connue du niveau de référence (N), et qui mesurent en même temps l'ensemble des distances dj Q=I, m) qui les sépare de la tige d'anode,
5 16) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 13 ou 14 dans lequel la mesure de l'inclinaison se fait à l'aide d'un seul télémètre et où l'on fait m fois au cours du déplacement vertical de l'anode la mesure de la distance dj qui sépare ledit moyen de la tige d'anode, en relevant lors de cette mesure la position hj du point d'accrochage, m
17) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 11 , dans lequel les directions VV et WW coïncident avec X1X et Y1Y et dans lequel on utilise, pour chacun desdits plans verticaux, un groupe de faisceaux coplanaires horizontaux, globalement orientés suivant la direction (X1X), (respectivement
/5 Y1Y), lesdits faisceaux étant de préférence parallèles entre eux, orientés suivant une première direction horizontale (X1X, resp. Y1Y) et ayant chacun une position connue suivant la direction perpendiculaire, dite deuxième direction horizontale (Y1Y , resp, X1X),
0 18) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 11 , dans lequel la mesure de l'inclinaison de la tige d'anode par rapport au plan vertical perpendiculaire à la première direction horizontale (X1X, resp, Y1Y) se fait au cours d'un déplacement vertical de ladite anode, de la manière suivante: a) au cours de la descente de l'anode, à chaque fois qu'un faisceau fi du 25 groupe orienté selon cette première direction horizontale (X1X, resp, Y1Y) est perturbé par la traversée la surface inférieure du bloc anodique, on mesure la position verticale (h) du point d'accrochage. b) connaissant la différence d'altitude H existant entre le plan des faisceaux et le niveau de référence (N), et en prenant le point d'accrochage O
30 comme origine du repère dans le plan OYZ perpendiculaire à X1X (resp. OXZ perpendiculaire à Y1Y), on établit que l'ordonnée suivant Z1Z du point de perturbation du faisceau est (hι-H), c) connaissant la position Yi (resp. Xi) suivant la seconde direction horizontale (Y1Y, resp. X1X) de chacun des faisceaux fi, on en déduit, en
5 effectuant une régression linéaire sur l'ensemble des points relevés, la forme et la pente moyenne de la projection - sur OYZ (resp, OXZ) - de l'arête du bloc qui coupe lesdits faisceaux.
19) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 11 , dans lequel m l'estimation de chaque composante (a ou β) de l'inclinaison de la tige d'anode par rapport à la verticale Z1Z est réalisée en utilisant une étape de procédé différente de celle utilisée pour l'autre composante, l'étape de procédé relative à chaque composante étant choisie parmi les étapes de procédé revendiquées en revendications 12, 13 à 1 ό ou 17 à 18, mais étant /5 limitée à l'estimation de cette seule composante.
20) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 1 1 à 19, dans lequel, après avoir caractérisé l'inclinaison de la tige par les angles a et β que fait la tige d'anode avec les plans perpendiculaires 0 respectivement aux directions horizontales VV et WW, a) on impose au plan formé par les n faisceaux utilisés dans l'étape ii), ledit plan étant initialement horizontal et à une distance H du niveau de référence (N), al) une rotation d'un angle a autour d'un premier axe qui a été placé parallèlement à WW et à une distance f, suivant la direction VV, du point 26 d'accrochage (O), a2) puis une rotation d'un angle β'=arctan(cos atan β) autour du deuxième axe, résultant de la rotation d'angle a de W1W, b) on relève au cours de l'étape ii) les n valeurs hι de la position verticale dudit point d'accrochage lors de l'interruption des n faisceaux, on calcule la
30 moyenne desdites valeurs pour en déduire la position h d'un point cαrαctéristique du franchissement du plan des faisceaux par la partie plane de la surface inférieure du bloc anodique, c) on estime la longueur Lo de l'anode à l'aide de la formule suivante:
Figure imgf000041_0001
5 où F est la coordonnée suivant WW du barycentre des points de perturbation des n faisceaux.
21) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 11 à 19, dans lequel les n faisceaux coplanaires (fi, ...fi, ..., fn) utilisés à l'étape m ii) forment un plan virtuel horizontal situé à une distance H du niveau de référence (N) et dans lequel au cours de la descente de l'anode, à chaque fois qu'un desdits n faisceaux est perturbé par la traversée la surface inférieure du bloc anodique, on mesure la position verticale (h) dudit point d'accrochage, puis on effectue une moyenne h des positions verticales hi et 75 on en déduit la hauteur de l'anode par l'expression approchée suivante : r (H-Jι)-Fsinα y tan/21 ~cosαcos/?(l+tan2yfl) ∞sβ où β'= αrctαn(cos α tαn β), Y est la coordonnée suivant WW du barycentre des points de perturbation (Bl, ...., Bi, ..„ Bn) des faisceaux, et F est un terme correctif, en particulier lié à l'effet de forme de la périphérie de la zone 0 plane de la surface inférieure du bloc anodique, de préférence déterminé au préalable à partir de mesures statistiques.
22) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 21 dans lequel lesdits n faisceaux coplanaires (fi, ...fi, ..„ fn) sont regroupés et orientés de telle sorte
25 qu'ils ne coupent qu'une seule arête du bloc anodique, les n générateurs de faisceaux électromagnétiques ou sonores étant typiquement disposés de telle sorte qu'ils émettent n faisceaux coplanaires inclinés de moins de 25°, dθ préférence moins de 15°, de préférence encore moins de 10°, par rapport à une direction parallèle à X1X ou Y'Y.
23) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 1 1 , dans lequel les s moyens utilisés pour la mesure de l'inclinaison de la tige et les faisceaux coplanaires utilisés à l'étape ii) n'opèrent que suivant une seule direction de visée.
24) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 23, dans lequel le ou /o les télémètres visent la tige d'anode suivant une direction inclinée de moins de 25°, de préférence de moins de 15°, de préférence encore de moins de 10° par rapport à ladite seule direction de visée.
25) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 24 ou 25, dans lequel /5 les faisceaux coplanaires visent l'anode suivant une direction inclinée de moins de 25°, de préférence de moins de 15°, de préférence encore de moins de 10° par rapport à ladite seule direction de visée.
26) Procédé de mesure à la volée selon l'une quelconque des revendications 0 23 à 25, dans lequel lesdits moyens utilisés pour la mesure de l'inclinaison de la tige et les faisceaux coplanaires utilisés à l'étape ii) sont regroupés dans une unité de mesure mobile et autonome qui peut être amenée à proximité de la zone de la cellule d'électrolyse où l'anode doit être remplacée et opèrent suivant la direction X1X, perpendiculaire au cadre anodique.
25
27) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 26, dans lequel l'inclinaison de la tige (22) est évaluée en mesurant uniquement la composante a de l'angle d'inclinaison de la tige d'anode par rapport au plan vertical perpendiculaire à (X1X), la composante β de l'angle
30 d'inclinaison étant simplement contrôlée comme restant inférieure à une valeur donnée, typiquement 1°. 28) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 27 dans lequel lesdits générateurs des n faisceaux sont regroupés sur une plateforme pouvant pivoter autour d'un axe et dans lequel :
5 a) on place l'unité de mesure mobile au droit du point d'accrochage de sorte que l'axe de pivotement de la plateforme des générateurs des faisceaux coplanaires soit parallèle à (Y1Y), à une distance f du point d'accrochage (O) suivant la direction (X1X), les faisceaux étant disposés de telle sorte que le barycentre des points de perturbation des faisceaux
W se trouve à la verticale du point d'accrochage, ou à proximité, typiquement à moins de 10 mm, de celle-ci; b) on mesure d'abord l'inclinaison a de la tige d'anode (22) puis on fait pivoter le plan des faisceaux dudit angle a par rapport au plan horizontal; c) on déplace ensuite l'anode verticalement jusqu'à ce que les faisceaux /5 soient perturbés par la surface inférieure du bloc anodique. A chaque fois qu'un faisceau i est perturbé, on relève la position hι du point d'accrochage et l'on en déduit une position moyenne JL du bloc d'accrochage correspondant à la perturbation du plan des faisceaux; d) on en déduit la longueur Lo de l'anode par l'expression suivante: 0 L0 = (H -/z)cosQf- / sina
29) Procédé de mesure à la volée selon la revendication 27 dans lequel on place l'unité mobile au droit du point d'accrochage (O) de sorte que les moyens de visée utilisés pour l'estimation de l'inclinaison de la tige d'anode
25 soient à une distance f du point d'accrochage suivant la direction (X1X), dans lequel le plan des faisceaux est horizontal et dans lequel les générateurs sont regroupés de telle sorte qu'ils génèrent n faisceaux sonores ou électromagnétiques, n étant au moins égal à deux, de préférence trois, coplanaires et faiblement inclinés par rapport à (X1X), dans lequel les
30 faisceaux coplanaires sont orientés de telle sorte que le barycentre des points perturbés soit situé à proximité de la verticale du point d'accrochage et dans lequel: a) on mesure la position verticale h dudit point d'accrochage à chaque fois qu'un faisceau i est perturbé par la traversée de la surface inférieure de
5 l'anode, b) on effectue une moyenne Ji des positions verticales hι en l'attribuant cette position au barycentre des points de perturbation pris sur l'arête de la zone plane de la surface inférieure du bloc anodique. c) on estime la hauteur de l'anode à l'aide de l'expression simplifiée : m L0 = (H - K) - Fa où a est exprimé en radians et où F est un terme déterminé par ailleurs à partir de mesures statistiques,
30) Unité de mesure mobile regroupant au moins:
/5 - n générateurs de faisceaux électromagnétiques ou sonores disposés de telle sorte qu'ils émettent n faisceaux coplanaires inclinés de moins de 25°, de préférence moins de 15°, de préférence encore moins de 10°, par rapport à une direction de visée, n étant au moins égal à deux, de préférence trois, 0 - n récepteurs, chaque récepteur étant susceptible de déceler la perturbation du faisceau émis correspondant,
- au moins un télémètre visant dans une direction inclinée de moins de 25°, de préférence moins de 15°, de préférence encore moins de 10°, par rapport à ladite direction de visée
25 et une caméra visant dans une direction inclinée de moins de 25°, de préférence moins de 15°, de préférence encore moins de 10°, par rapport à ladite direction de visée de façon à pouvoir mesurer l'inclinaison de la tige d'anode par rapport au plan vertical passant par la direction de visée.
30 31) Unité de mesure mobile selon la revendication 30 caractérisée en ce que ladite direction de visée est sensiblement horizontale. 32) Utilisation du procédé de mesure à la volée de la hauteur d'une anode selon l'une quelconque des revendications 1 à 29 dans le cadre d'un procédé de remplacement des anodes usées dans une cellule de production d'aluminium par électrolyse ignée,
5
33) Utilisation du procédé de mesure à la volée selon la revendication 32 dans laquelle on utilise l'unité de mesure mobile selon la revendication 30 ou 31, en l'amenant à proximité de la zone où l'anode doit être remplacée, en suivant l'allée qui circule entre deux cellules d'électrolyse et en orientant w ladite unité de mesure de telle sorte que la direction de visée coïncide avec la direction X1X du petit côté de ladite cellule d'électrolyse.
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