Brevet FR2305710A1 — publié le 19761022

La présente invention concerne la détermination des dimensions d'un profilé en cours de laminage par mesure optique des caractéristiques dimensionnelles d'une image formée sur le produit en défilement. La mesure des dimensions des profilés a toujours constitué un sujet de préoccupation pour les métallurgistes en raison du nombre généralement élevé de ces dimensions, du temps nécessité pour effectuer ces mesures et par le fait que ces mesures sont généralement réalisées à postériori. De ce fait on constate par exemple des défauts de fabrication, mais sans possibilité d'agir au plus vite sur les conditions de laminage pour rattrapper le réglage et produire des profilés corrects. On comprend tout l'intérêt de méthodes permettant de mesurer en continu les caractéristiques du profilé et fournissant des données immédiatement exploitables en vu du réglage du train.De ce fait, des techniques variées ont été essayées pour résoudre ce problème notamment des méthodes basées sur la télémétrie optique dans lesquelles on mesure la distance entre un objet et un point de référence en projetant un rayonnement visible ou infrarouge sur l'objet. La présente invention à pour but de fournir un procédé et un dispositif permettant de mesurer en continu sur un produit en cours de fabrication. A cet effet l'invention a pour objet un procédé pour mesurer les diverses dimensions transversales d'un profilé, notamment au cours de son laminage dans lequel on projette en travers sur le profilé un faisceaux lumineux plat pour former sur le profilé une raie lumineuse transversale composée de segments droits formés par l'intersection dudit faisceau avec les diverses faces du profilé. A l'aide d'un système optique convergent, on forme l'image de chacun de ces segments lumineux sur une rangée d'éléments photo-sensibles, on repère les éléments éclairés et non éclairés sur chaque rangée d'éléments photo-sensibles et on détermine la longueur du segment droit correspondant à une dimension désirée par comptage des éléments éclairés ou non éclairés en tenant compte des caractéristiques du système optique et de la position géométrique de ce dernier par rapport au profilé. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, on forme l'image d'un segment lumineux sur une rangée d'éléments photo-sensibles, on repère les éléments éclairés et on en déduit par comptage de ces éléments éclairés la longueur dudit segment. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on forme l'image des deux segments lumineux adjacents au segment correspondant à une dimension désirée, sur deux rangées d'éléments photo-sensibles, on repère les élé- ments non éclairés de ces deux rangées et on en déduit par comptage des éléments non éclairés la distance qui sépare ces deux segments adjacents, c'est-à-dire la longueur du segment correspondant à la dimension désirée.Selon d'autres modalités de mise en oeuvre, l'axe du système optique est incliné par rapport à l'axe du profilé, de même que le faisceau lumineux plat formant la raie lumineuse brisée. Par ailleurs, la rangée d'éléments photo-sensibles est une rangée de photodiodes. Elle peut également être constituée par la surface sensible d'une caméra de télévision. Enfin l'axe optique des caméras est incliné par rapport au plan de projection de l'image sur le produit. Par ailleurs l'axe optique des cintras est également incliné par rapport au plan vertical perpendicdllairc au plan de p-fecin de I'imaysur le produit. L'invention sera d'ailleurs mieux comprise grâce à la description qui suit donnée à titre d'exemple en regard des planches de dessins sur lesquelles - la figure 1 représente en coupe un profilé - la figure 2 est un schéma du contour lumineux obtenu sur le produit - la figure 3 est une vue dans le plan longitudinal d'un profilé et montre les positions respective des organes de mesure la figure 4 est une vue dans le plan traversal du profilé et montre les positions respective des organes de mesure - la figure 5 est la visualisation schématique des images obtenues sur les caméras mesurant les dimensions verticales du profilé. Afin d'expliciter l'invention on a choisi de décrire le cas d'un profilé constitué par une poutrelle que l'on a représentée en coupe sur la figure 1. Au cours de la fabrication d'un tel produit, le métallurgiste souhaite connaître certaines dimensions qui sont, dans le cas présent, les épaisseurs des quatres ailes e e2, e3, e4 et les hauteurs des quatres demi-ailes hl, h2, h3, h4. e1, e2, e3, 4 On remarquera que le produit étant symétrique par rapport au plan horizontal, la technique de mesure est identique pour les deux moitiés du produit. Aussi, afin d'alléger le texte, on ne décrira que les moyens mis en oeuvre pour mesurer par exemple el, e2, hl, h2,la même technique étant utilisée pour atteindre e3, e4, h3, h4. Comme on a pu s'en rendre compte, le procédé consiste à former sur le produit un contour lumineux au moyen d'une source de lumière et d'une optique comportant une fente Ainsi l'image de cette fente est formée transversalement sur le produit à l'aide d'un objectif Cet objectif est choisi arc un grandissement tel que la longueur de l'image soit egale ou supérieure à la largeur maximale des produits et une profondeur de champ, dans le plan image, qui soit supérieure ou égale à la hautc- maximale d produits. Il est en effet évident que pour permettre des mesures optiques toute la largeur du produit doi r iairée afin qu'aucune zone d'ombre ne soit à l'origine d'llr. mesure erronée par défaut.En ce qui concerne la profondeur de champ, on comprend qu'une mesure optique doit s'effectuer sur une image aussi fine et nette que possible et ce quel que soit ' niveau du produit éclairé. Par ailleurs, si dans le cas ae mesure sur des produits froids on peut utiliser des rayonnements de lumière blanche, lorsqu'il s'agit de produits chauds qui rayonnent par eux même, il est nécessaire d'éliminer ce rayonnement perturbaeur et pour ce faire on utilise une source dont le spectre se situe dans le bleu ou l'utraviolet et l'on filtre le rayonnement reçu.En éclairant ainsi le produit on obtient sur celui-ci un contour lumineux dont la forme représentée sur la figure 2 n'est autre que la visualisation d'une demi-section droite du profilé En se reportant aux figurent 3 et 4 on va maintenant décrire a disposition des moyens d'éclairement et de détection par rapport au profilé. L'éclairement de la poutrelle par une image en forme de fente est obtenu au moyen d'une source ponctuelle de lumière 1 qui éclaire une fente 2. L'image de cette fente est formée sur le produit 3 à l'aide d'un objectif 4 dont los caractéristiques ont déjà été données plus haut. Comme on le remarque la trajectoire du faisceau lumineux P est perpendiculaire au plan horizontal de la poutrelle. La mesure des épaisseurs des demi-ailes c et e2 e= réalisée à partir de la longueur des segments lumineux A1B1 et B2A2 représentés sur la ligne 2. La détermination de la longueur de ces segments lumineux est obtenue au moyen de caméras dont la disposition apparaît sur les figures 3 et 4. C'est aine que l'on remarque que la caméra 5 qui assure la mesure d'une aile est inclinée par rapport au plan horizontal de la poutrelle de manière que la projection de l'optique 6 fasse un angle y d'environ 450 par rapport à l'axe du faisceau d'éclairement P. Cette inclinaison est motivée à la fois pour des raisons de disposition pratique mais également pour des raisons optiques, telles que les risquesd'interférences avec d'autres segments lumineux.Ce souci d-'EviXter que la caméra ne prenne en considération d'autres segments ou portions de segments lumineux que ceux à mesurer a amené le demandeur à adopter une disposition spéciale de la caméra dans le plan correspondant à la section de la poutrelle (figure 4). Pour simplifier les dessins les caméras sont schématisées par une optique et une surface représentant le plan image. C'est ainsi que l'on voit que la projection de l'axe optique de la caméra 5 fait un angle ss par rapport au plan vertical 7.Cette inclinaison de quelques degrés par rapport à la verticale permet d'éviter que la caméra prenne en compte d'autres segments lumineux que A1B1. Avec cette disposition on recueille sur le plan image 8 de la caméra un segment lumineux A'lB'l dont la longueur est proportionnelle à AlBl. La mesure de segment A' 1B'1 est obtenue de façon connue au moyen d'un détecteur photo électrique constitué d'une rangée de photo diodes placées dans le plan image de la caméra et d'un registre de scrutation. Le comptage des diodes éclairées permet d'effectuer la mesure de A'lB'1. Connaissant la valeur de l'angle B et le grandissement optique de la caméra, on peut écrire que la longueur du segment A' 1B'1 soit e'1 est égale à : e'l = el. g. cos B de meme pour A'2B'2, soit e'2 e'2 = e2. g. cos ss Par ailleurs si N est le nombre de diodes éclairées et P le pas de la rangée de diodes, exprimée en mm, l'épaisseur d'une demi-aile est donnée par N P es = l mm = g cos ss s g cos B Comme il ressort de la description, on voit que ce type de mesure consiste à fournir directement sur une rangée d'organes photo-sensibles le segment droit correspondant à la dimension désirée et à en déterminer la longueur par comptage des organes éclairés.En fait, si cette façon de faire apparaît comme la plus simple, elle n'est pas la seule possibilité envisageable pour réaliser une mesure de dimension. En effet, ainsi qu'il a été exposé, on obtient par éclairement du profilé par un faisceau lumineux plat une image du profilé constituée par une raie lumineuse brisée formée de segments droits.De ce fait, certains segments sont adjacents à un autre segment, comme c'est le cas des segments A11 et C12 vis-à-vis du segment B1C1. Si, avec une telle disposition des segments lumineux, la dimension à mesurer est B1C1, on peut former sur deux rangées d'éléments photosensibles les images correspondant aux deux segments adjacents A1B1 et C1C2. I1 est alors possible, en repérant non plus les éléments photo-sensibles éclairés, mais les éléments non éclairés, d'en déduire la distance qui sépare les deux segments adjacents, c1est-à-dire de déterminer une grandeur proportionnelle à la longueur du segment correspondant à la dimension à mesurer. On va maintenant décrire l'application de cette méthode de mesure à la détermination de la hauteur des demi-ailes hl et h2. I1 se pose en effet un problème différent du fait de la situation verticale des segments lumineux BlCl et B C correspondant aux grandeurs à mesurer. On conçoit en effet que si l'on vise directement ce segment avec une caméra, il sera pratiquement impossible de ne pas prendre en compte une partie plus ou moins importante du segment lumineux C1C2.Le demandeur a donc mis au point une variante de visée optique pour la mesure des segment s verticaux qui consiste à viser à la fois une portion du segment A1B1 et une portion du segment C 1C2 afin de déterminer leur position relative et atteindre à partir de cette donnée la longueur du segment B1C1. Une même caméra devra donc enregistrer deux informations correspondant respectivement aux positions relatives de deux segments lumineux. Or il est bien évident qu'une lecture n'est possible que si les deux images des segments sont nettement séparées. Cette séparation est obtenue au moyen d'une disposition adéquate des caméras de mesure.C'est ainsi que sur la figure 3 on voit que la projection de l'axe optique 8 de la caméra 9 est inclinée d'un angle a par rapport à la verticale et que l'optique 10 forme de ce fait sur le plan image 11 les images décalées des portions de segment A1B1 et C1C2. De plus, en se reportant à la figure 4, on voit que la projection de l'axe optique dans le plan considéré est également inclinée d'un angle â par rapport à la verticale. On constate aisément que cette inclinaison permet d'obtenir à la fois l'image d'une partie du segment lumineux A1B1 correspondant au niveau supérieur de l'aile et une image du segment C 1C2 correspondant au niveau inférieur de l'aile.On obtient donc dans le plan image deux segments lumineux tels que représentés sur la figure 5 correspondant au plan image de la caméra 8. Pour atteindre la longueur du segment B'lC'l il ne s'agit plus comme précédemment de mesurer la longueur d'un segment lumineux mais l'ecar- tement entre deux segments lumineux. Dans le plan image les caméras utilisées comportent deux détecteurs photo-électriques, parallèles entre eux et perpendiculaire aux segments lumineux. Les detecteurs sont également constitués d'une rangée de photodiodes mais compte tenu de leurs dispositions par rapport aux images seules quelques diodes sont éclairées sur chacun des détecteurs. Etant donnée l'inclinaison des caméras, on aura B'1C'1 = hl g4 cos a B'2C'2 = h2 g cos a g ayant la même signification que précédemment. En pratique, si on désigne par N1 et M1 le rang des diodes extrêmes éclairées sur un détecteur et N2 et M2 le rang des diodes éclairés sur l'autre détecteur et P le pas de la rangée de diodes (en mm), la hauteur d'une demi-aile est donnée par la relation On comprend que cette technique de mesure des segments verticaux permet de s'affranchir des erreurs qui proviendraient d'une estimation par excès de la longueur d'un segment lumineux comme cela serait le cas si l'on mesurait par exemple B1C1 plus une portion de C1C2. En ce qui concerne les mesures des dimensions e3, e4, h3, h4 on opère de la même manière en plaçant des moyens d'éclairage et de détection disposés symétriquement sous la poutrelle. Les moyens matériels pour la mise en oeuvre du procédé sont connus en eux-mêmes et disponibles dans le commerce, qu'il s'agisse des moyens d'éclairage ou des caméras équipées de photo-diodes de détection. Enfin on comprendra que, bien que la description soit basée sur la mesure des dimensions d'une poutrelle, on peut utiliser le procédé pour toutes les formes de profilés moyennant une adaptation au profil fabriqué. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer à distance les diverses dimensions transversales d'un profilé, notamment au cours de son laminage, caractérisé en ce qu'on projette en travers sur le profilé un faisceau lumineux plat pour former sur le profilé une raie lumineuse brisée trasversale composée de segments droits formés par l'intersection dudit faisceau avec les diverses faces du profilé, on forme, à l'aide d'un système optique convergent, l'image de chacun de ces segments lumineux sur une rangée d'éléments photosensibles, on repère les éléments éclairés et non éclairés sur chaque rangée et on détermine la longueur du segment droit correspondant à une dimension désirée par comptage des éléments éclairés ou non éclairés, en tenant compte des caractéristiques du système optique, et de la position géométrique de ce dernier par rapport au profilé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme l'image d'un segment lumineux sur une rangée d'éléments photo-sensibles, on repère les éléments éclairés de cette rangée1 et on en déduit par comptage des éléments éclairés, la longueur dudit segment 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme l'image des deux segments lumineux adjacents au segment correspondant à une dimension désirée, sur deux rangées d'éléments photo-sensibles, on repère les segments non éclairés, la distance qui sépare les deux segments adjacer, c'est-a-dire la longueur du segment correspondant à la dimension désirée. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 11axe du système optique est incliné par rapport à l'axe du profilé. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que it. faisceau Fuineux plat est incline par rapport à l'axe du profilé. o. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rangée d'éleents photo-sensibles est une rangée de photodiodes ir tgrée 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1. rangée d'éléments photo-sensibles est la surface sensible d'une camera de télévision.