Brevet FR2389440A1 — publié le 19781201

La présente invention concerne un système automatique de commande du découpage de tronçons de poids prédéterminé et d'épaisseur spécifiée, dans une ébauche cylindrique creuse, de section variable, en ligne de production de tubes. Dans la fabrication de tubes à partir d'une ébauche cylindrique creuse, qui présente habituellement une section de matière variable dans différents plans transversaux, la méthode usuelle consistant à découper dans cette ébauche des tronçons unitaires de longueur constante - donc de poids variable - dont chacun est transformé en un tube de diamètre et d'épaisseur bien définis, présente l'inconvénient de conduire à des tubes dont les longueurs peuvent être très dispersées : on peut observer un pourcentage important de tubes ayant une longueur inférieure à la longueur nominale, provenant de tronçons de poids insuffisant, ce qui entraîne le rebut de ces tubes, et un pourcentage élevé de tubes dont la longueur est très supérieure à la longueur nominale, provenant de tronçons de poids trop grand, ce qui entraîne une perte par chutage de surlongueurs excessives. La présente invention a donc pour principal objet un système automatique permettant de commander le découpage de tronçons unitaires de poids PO prédéterminé, dans une ébauche cylindrique creuse, animée d'un mouvement de translation longitudinale, en ligne de production de tubes. Un autre objet de l'invention est de détecter, repérer, et éliminer de fa çon automatique les portions défectueuses de l'ébauche cylindrique creuse, notamment celles dont épaisseur est en-dehors d'un intervalle défini par deux valeurs de consigne, emin et emax; de plus, l'invention prévoit aussi lssarrêt automatique du mouvement de translation longitudinale de l'ébauche, lorsque le nombre N de tronçons unitaires de poids PO et d'épaisseur spécifiée découpés atteint une valeur de consigne No Le système selon l'invention comporte des moyens automatiques pour calculer le poids P d'ébauche ayant défilé devant un repère fixe, et des moyens pour comparer ce poids P au poids de référence PO désiré de chaque tronçon unitaire, qui déclenchent des dispositifs de marquage et/ou de découpage d'un tronçon, à chaque fois que le poids P atteint la valeur de consigne PO, avec un retard égal au temps de parcours de l'ébauche, du repère fixe auxdits dispositifs de marquage et/ou de découpage, et en prenant comme origine ltextremité d'ébauche pour le découpage du premier tronçon, ou la limite du tronçon d'ordre n pour le découpage du tronçon d'ordre n+ 1. Le système selon l'invention comporte également des moyens automatiques destinés à annuler le résultat du calcul du poids P d'ébauche pendant la durée du passage de portions défectueuses, notamment des portions dont l'épaisseur est hors-tolérances, devant le repère fixe. De plus, le système selon l'invention comporte des moyens qui permettent la reprise automatique du calcul du poids P débauchez en prenant comme nouvelle origine, sur l'ébauche, la zone limitrophe de la portion défectueuse venant de passer devant le repère fixe. Le système selon l'invention comporte en outre des moyens de comptage du nombre N de tronçons de poids PO découpés, et des moyens de comparaison de ce nombre N à un nombre prédéterminé Nos qui provoquent l'arret du mouvement de translation longitudinale de l'ébauche lorsque le nombre N atteint le nombre prédéterminé Nos Selon une réalisation de l'invention, les moyens automatiques pour calculer le poids P d'ébauche, ayant défilé devant un repère fixe, comprennent - un dispositif mesureur de la vitesse v de translation longitudinale de l'ébau che - un dispositif de détermination de l'aire S de la section de matière de ltebau- che creuse, dans les portions d'ébauche de longueur élémentaireaL, qui fran chissent successivement le repère fixe;; - des circuits effectuant le calcul du poids élémentaire AP correspondant à la longueur élémentaire d'ebauche, L, ayant franchi le repère fixe, dans un temps At, soit C.S.#L S.u.Bt i où e est la densité de la matière de l'ébauche. - un circuit intégrateur effectuant la somme des poids élémentaires qui fran chissent successivement le repère fixe, soit P =4P. Le dispositif de détermination de l'aire S de la section de matière de l'é- bauche creuse comporte un émetteurrécepteur d'impulsions ultrasonores, relié électriquement à un transducteur dont le faisceau est orienté radialement, et animé d'un mouvement circulaire uniforme de rayon R connu, autour de l'ébauche. Le repère fixe par rapport auquel on observe le mouvement de translation longitudinale de ltebauche, est constitué par le plan de rotation du transducteur à ultrasons. Chaque impulsion ultrasonore émise donne lieu à deux échos successifs, par réflexion de ladite impulsion, d'abord sur la surface extérieure, puis sur la surface intérieure de l'ébauche cylindrique creuse. Les signaux de réception de ces deux échos d'impulsion fournissent des informations temporelles qui sont converties en distance dl du transducteur à la surface extérieure de l'ébauche cylindrique creuse, et en distance d2 de la surface extérieure à la surface intérieure, égale à l'épaisseur e, de ladite ébauche. La mesure de la distance dl conduit à la valeur du rayon extérieur RI de l'ébauche au point d'entrée des ultra-sons, soit RI = R - dl; la mesure de l'épaisseur e de l'ébauche conduit à la valeur du rayon intérieur de I1 ébauche, soit R2 = R1 - e. Dans une application pratique, l'aire S de la section de matière de l'é- bauche creuse est obtenue en utilisant les valeurs moyennes R1 et R2 des rayons R1 et R2, mesurés en des points régulièrement espacés le long d'une hélice, pendant une révolution du transducteur autour de l'ébauche, soit La durée #t d'une révolution du transducteur étant connue et la vitesse v de translation longitudinale de 11 ébauche étant mesurée, la détermination de la section S permet le calcul du poids élémentaire d'ebauche EP ayant défilé devant le repère fixe pendant une révolution du transducteur, par application numérique de la relation 1, dans un calculateur électronique. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les valeurs de consigne du poids PO de chaque tronçon unitaire, du nombre No de tronçons unitaires à découper dans l'ébauche pour un cycle de production de tubes, des épaisseurs minimale et maximale desdits tronçons, ainsi que les données de calcul du poids P : densité e de la matière de ltébauche, durée at d'une séquence de mesures, sont introduites dans le système par bande ou cartes perforées, composées à l'avance, modifiables ou interchangeables instantanément, en conformité avec le programme de production des tubes. Le dessin annexé (Planche unique) illustre, à titre d'exemple, un mode de réalisation du système conforme à la présente invention. Tel qu'il est représenté dans cette illustration, le système comporte un dispositif à ultra-sons (1) de type connu, dont le transducteur, émetteur-récepteur d'impulsions, est orienté radialement et animé d'un mouvement circulaire uniforme de rayon R connu, autour de l'ébauche cylindrique creuse (2) qui se déplace par translation longitudinale à la vitesse v; ledit dispositif à ultrasons (1) fournit des signaux U1 et U2, respectivement proportionnels au rayon extérieur RI et à l'épaisseur e de l'ébauche creuse, mesurés en plusieurs points de ladite ébauche, le long d'une hélice, à la fréquence de récurrence ultrasonore. Les signaux Ul proportionnels aux valeurs ponctuelles du rayon extérieur R1 de l'ébauche creuse sont traités dans un circuit (3) calculateur du rayon ex térieur moyen Les signaux U2 proportionnels aux valeurs ponctuelles de ltepaisseur e de l'ébauche creuse sont traités dans un circuit (4) calculateur de l'épaisseur moyenne et dans un circuit (5) détecteur des valeurs minimales et maximales de l'épaisseur de l'ébauche creuse. D'autre part, un dispositif (6) mesureur de la vitesse v de translation longitudinale de l'ébauche (2) délivre un signal de sortie proportionnel à ladite vitesse v, tandis que les circuits d'introduction de données (7) et (8) fournissent respectivement un signal proportionnel à la densité p , connue, de la matière de l'ébauche, et un signal proportionnel à la durée a t d'une séquence de mesures, c'est à dire à la durée connue d'une révolution du transducteur autour de l'#bauche. Un calculateur électronique principal (9) élabore le calcul des poids é lementaires GP des portions successives de l'ébauche défilant devant le repère fixe, selon la relation à partir - du signal proportionnel à la densité, connue, f, de la matière de l'ébauche, fourni par le circuit d'introduction de donnée (7); - du signal proportionnel à la durée, connue, At, d'une séquence de mesures, fourni par le circuit d'introduction donnée (8), - des signaux proportionnels à la vitesse v de translation longitudinale de l'ébauche creuse, et à son rayon extérieur moyen RI , délivrés respectivement par les circuits (6) et (3). - et du signal proportionnel à l'épaisseur moyenne e de l'ébauche creuse, déli vré par le circuit (4). Un comparateur électronique (10) reçoit, d'une part, les signaux proportionnels aux valeurs minimales et maximales effectives de l'épaisseur de lté- bauche creuse , délivrés par le circuit (5), et, d'autre part, des signaux proportionnels aux limites acceptables de l'épaisseur de ladite ébauche, délivrés par le circuit de consigne (1I). Lorsqu'une portion d'ébauche d'épaisseur hors-tolérances passe devant le repère fixe, et pendant toute la durée de ce passage, le comparateur (10) délivre un signal de sortie, appliqué au circuit inhibiteur (12), qui commande la RiZ du calculateur (9) élaborant le calcul des poids élémentaires A P et la RAZ du calculateur (13) élaborant la somme des poids P =EAP, et qui maintient le calculateur (9) à l'état bloqué. Le fonctionnement des calculateurs électroniques (9) et (13) reprend à partir de AP = 0 et P = 0 lorsque le signal du comparateur (10) cesse, ctest à dire lorsque la zone limitrophe de la fin de la portion défectueuse d'ébauche passe devant le repère fixe. En outre, les fronts avant et arrière du signal de sortie du comparateur (10), dérivés sous forme d'impulsions brèves dans le circuit inhibiteur (12), provoquent le déclenchement d'un dispositif de marquage distinctif et/ou le dispositif de découpage de la portion d'ébauche dont l'épaisseur est hors-tolérances, à rebuter s avec un retard égal au temps r de parcours de l'ébauche depuis le repère fixe jusqu'auxdits dispositifs de marquage et/ou de découpage (distance D). Un comparateur électronique (15) reçoit, d'une part, un signal proportion nel au poids d'ébauche P =##P P calculé par le circuit intégrateur (13), et, d'autre part, un signal proportionnel à la valeur de consigne PO du poids désiré de chaque tronçon unitaire, délivré par le circuit de consigne (16). Lorsque la valeur effective du poids P atteint la valeur #de consigne PO, le comparateur (15) délivre un signal de sortie qui est appliqué au circuit de déclenchement normal (17) des dispositifs de marquage et/ou de découpage (14) de tronçons unitaires dans l'ébauche, avec un retard égal au temps r de parcours de l'ébauche du repère fixe auxdits dispositifs (distance D). Un circuit de comptage (18) reçoit une impulsion à craque fois qu'un tron çon unitaire de poids PO est découpé; lorsque le nombre N d'impulsions ainsi re çues atteint une valeur prédéterminée NOJ fournie par le circuit de consigne ( ] 9), le circuit de comptage (18) délivre un signal de coupure qui provoque, par l'intermédiaire du coffret-disjoncteur (20), l'arrêt des moteurs d'entraînement de l'ébauche; un circuit de réarmement START-STOP, incorporé au circuit de comptage (18), permet de déclencher le cycle de production suivant. Le circuit de programmation (21), utilisant une bande perforée, introduit dans le système les valeurs de consigne prédéterminées, c'est à dire la valeur de consigne du poids PO de chaque tronçon unitaire et le nombre No de tronçons unitaires à découper dans l'ébauche, les valeurs limites acceptables de l'épais- seur des tronçons, ainsi que les données de calcul : densité e de la matière de l'ébauche, durée At de révolution du transducteur autour de l'ébauche, à partir desquelles le système assure le contrôle automatique du cycle de production de tubes, au stade du découpage des tronçons unitaires, transformés ultérieurement chacun en un tube. La modification ou le remplacement de la bande perforée permet l'adaptation instantanée du système à tout changement de programme dans la production de tubes. Le système objet de l'invention comporte en outre des circuits de visualisation, de transcription et de transmission des résultats de contrôle des ébauches et des tronçons découpés; ces circuits ne sont pas représentés sur le dessin annexé. Les descriptions qui précèdent sont données à titre d'exemple et d'autres variantes de circuits destinés à compléter le contrôle des ébauches et des tronçons découpés peuvent être incorporées au système sans sortir du cadre de l'invention. Le système objet de l'invention peut être utilise en ligne de production de tubes automatisée, dans tous les cas où la longueur des tubes obtenus doit rester comprise entre des limites très étroites, afin d'éviter les pertes par chûtage de sur longueurs trop importantes ou par rebut de tubes trop courts, en vue d'optimiser le rendement de la matière et la productivité; notamment, il peut éviter l'opération de calibrage final de la longueur des tubes. Des applications particulièrement intéressantes concernent la production de tubes de haute qualité et de prix coûteux, utilisés en particulier dans la construction d'échangeurs thermiques pour les installations nucléaires. REVENDICATIONS f - Système automatique permettant de commander le découpage de tronçons unitaires de poids PO prédéterminé, et d'épaisseur comprise entre des limites présélectionnées, dans des écbauches cylindriques creuses, de section variable, en ligne de production de tubes, caractérisé par le fait qu'il comporte - des moyens destinés à mesurer la vitesse v de translation longitudinale de l'ébauche cylindrique creuse; - des moyens destinés à mesurer l'épaisseur et le rayon extérieur de ladite é bauche, en plusieurs points du pourtour de l'ébauche, au fur et à mesure de sa translation longitudinale;; - des moyens de calcul électronique automatique du poids P d'ébauche ayant defi- lé devant un repère fixe, en fonction de la vitesse v de translation longitu dinale de l'ébauche, de l'épaisseur et du rayon extérieur de l'ébauche, c'est à dire de la section variable S de matière, de la densité e de cette matière, et du temps t, soit ou t est la durée d'une séquence de mesures, égale à la durée du passage d'une portion élémentaire d'ébauche de longueur 4 L = v . 4t, devant le repère fixe. - des moyens destinés à déclencher un dispositif de découpage d'un tronçon dans l'ébauche, ou de marquage d'un plan de coupe, à chaque fois que le poids P d'ébauche ayant défilé devant ledit dispositif atteint la valeur de consigne PO, en prenant comme origine la coupe ou la marque précédente. - des moyens de détection, de marquage, et d'élimination des portions d'ébau che qui possèdent une épaisseur hors-tolérances - des moyens pour provoquer l'arret du mouvement de translation longitudinale de l'ébauche lorsque le nombre N de tronçons de poids PO obtenus atteint une valeur de consigne No prédéterminée. - des moyens de visualisation, de transcription et de transmission des résultats de mesure du rayon extérieur, de l'épaisseur et de la section de matière de l'ébauche, des résultats de calcul des poids élémentaires À P et du poids P =SZ P, et du nombre N de tronçons de poids PO découpés. 2 - Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens destinés à déclencher le disgpositif de découpage de tronçons de poids PO prédéterminé dans l'ébauche comprennent un comparateur électronique qui reçoit, d'une part, un signal de consigne correspondant au poids désiré PO de chaque tronçon, et, d'autre part, le signal correspondant au poids effectif P calculé d'ébauche ayant défilé devant le repère fixe, et qui délivre un signal de sortie lorsque le poids P atteint la valeur de consigne PO. 3 - Système selon les revendications 1 et 2, dans lequel le signal de sortie du comparateur commande le déclenchement du dispositif de découpage ou de marquage de l'ébauche, par l'intermédiaire d'un circuit temporisateur qui introduit un retard égal au temps de parcours de l'ébauche du repère fixe au dispositif de découpage ou de marquage. 4 - Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de détection et d'élimination des portions d'ébauche dont l'épaisseur est en-dehors des limites présélectionnées comprennent un comparateur électronique qui reçoit, d'une part, des signaux de consigne correspondant aux épaisseurs limites présélectionnées, et d'autre part, les signaux correspondant aux épaisseurs mesurées, et qui délivre un signal de sortie provoquant l'annulation du poids P calcule, et le blocage des moyens de calcul électronique du poids P, pendant la durée du passage d'une portion défectueuse de l'ébauche devant le repère fixe. 5 - Système selon les revendications 1,4, dans lequel les moyens de calcul électronique du poids P d'ébauche ayant défilé devant le repère fixe redeviennent actifs, à partir de P 9 O, lorsque la zone limitrophe de la fin d'une portion défectueuse de l'ébauche passe devant le repère fixe. 6 - Système selon les revendications 1, 4, 5, dans lequel le signal de sortie du comparateur provoque, par l'intermédiaire d'un circuit temporisateur, le déclenchement d'un dispositif de marquage distinctif et/ou le dispositif de découpage de l'ébauche, lors du passage du début et de la fin d'une portion défectueuse devant lesdits dispositifs. 7 - Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens permettant de découper un nombre présélectionné No de tronçons de poids prédéterminé PO dans l'ébauche, et de stopper le mouvement de l'ébauche lorsque le nombre désiré No de ces tronçons est obtenu, comprennent un compteur d'impulsions, qui reçoit une impulsion à chaque fois qu'un tronçon de poids PO est découpé, et qui délivre un signal de sortie provoquant l'arrêt des mécanismes d'entraînement de ltebauche, lorsque le nombre N d'impulsions reçues atteint la valeur de consigne N0. 8 - Système selon les revendications 1, 2, 4, 5, dans lequel les valeurs de consigne du poids PO des tronçons unitaires, du nombre No de tronçons à découper dans l'ébauche, de leur épaisseur minimale et de leur épaisseur maximale, ainsi que les données de calcul : densité de la matière de l'ébauche, durée d'une séquence de mesures, sont introduites a l'aide de bande ou de carte perforée, composée à l'avance, modifiable ou interchangeable, instantanément, selon le programme de fabrication des tubes. 9 - Système selon la revendication 1 dans lequel les moyens de mesure de l'épaisseur et du rayon extérieur de l'ébauche consistent dans un dispositif à ultra-sons relié électriquement à un transducteur émetteur-récepteur d'impulsions, à faisceau orienté radialement, et animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe de l'ébauche.