Brevet FR2426257A1 — publié le 19791214

L'invention concerne la détection, à l'aide d'un dispositif électromagnétique, des défauts superficiels de produits longs à section circulaire, notamment de fil machine et de barres de petite section. Les défauts recherchés appartiennent à deux classes principales : défauts courts tels que pailles et criques, défauts longs du type ligne ou repliure. Leur inspection par des méthodes basées sur l'utilisation des courants de Foucault est une technique déjà assez ancienne mais présentant des difficultés certaines car la grandeur mesurée est sensible à l'influence de paramètres autres que la présence de défauts. Elle consiste, en effet, à réaliser un couplage électromagnétique entre le produit examiné et une bobine inductrice, en déplacement relatif, et à observer les variations de l'impédance apparente de cette dernière. Les principaux paramètres qui influent sur cette impédance sont la résistivité électrique, la perméabilité magnétique et le diamètre du produit, ses variations de position relative par rapport à la bobine et la présence de défauts.Les effets de ces paramètres étant cumulatifs, on comprend facilement qu'il soit impossible de distinguer, sans traitement approprié du signal, les modifications causées par la présence de défauts. On a déjà proposé un dispositif, applicable en particulier au fil machine en défilement, constitué par deux bobines encerclantes identiques disposées à faible distance l'une de l'autre dans le sens de déplacement du fil. D'une bobine à l'autre, on peut supposer que la résistivité, le diamètre, la perméabilité magnétique ne varient pas sensiblement, ce dernier paramètre étant par ailleurs totalement éliminé lorsque le sondage est effectué à une température supérieure au point de Curie de l'acier. Les deux bobines sont disposées dans un montage différentiel, par exemple dans deux branches d'un pont classique dont les deux autres branches sont constituées par des résistances.Le signal recueilli peut être considéré comme représentatif des effets cumulés des paramètres défauts et excentration (ou variation relative de position par rapport à la bobine) et, par conséquent, en introduisant une compensation électronique à l'excentration dans l'unité de traitement du signal, on peut espérer recueillir un signal caractéristique de la présence de défauts. En fait, l'hypothèse selon laquelle la résistivité, le diamètre et la perméabilité magnétique varient de façon négligeable n'est pas très bien vérifiée et la compensation électronique de l'excentration est généralement imparfaite. On obtient donc bien un signal lié à la présence de défauts, mais avec un bruit de fond important et donc une sensibilité assez faible.De plus, et c'est sans doute l'inconvénient majeur présenté par les dispositifs de sondage de ce type, la présence d'un défaut long dans les deux bobines simultanément ne se traduit par aucun signal car les deux variations d'impédance s'annulent. Seuls apparaissent deux signaux correspondant respectivement à l'entrée du défaut dans la bobine amont et à sa sortie de la bobine aval. I7 n'est donc pas possible de distinguer un defaut long de deux défauts courts séparés d'une distance égale à la longueur du premier. La présente invention a précisément pour but de fournir un dispositif simple, sensible et permettant une détection effective des défauts en tenant compte de leur longueur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de détection, par courants de Foucault, des défauts superficiels de produits longs à section circulaire, notamment de fil machine et de barres de petite section, carac térisé en ce qu'il est constitué essentiellement d'une bobine encerclante unique, animée d'un mouvement longitudinal relatif par rapport au produit, dite bobine active, dont analyse l'impédance complexe à plusieurs fréquences du courant d'alimentation. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif suivant l'invention, la bobine active est placée dans une branche d'un pont de Wheatstone dont les trois autres branches sont constituées par des bobines, dites passives, identiques à la bobine active, à l'intérieur desquelles est placé un barreau de même diamètre et de même nature que le produit sondé, le signal analysé étant celui produit par le déséquilibre du pont. De préférence, afin de faciliter l'équilibrage du pont, la bobine active et les bobines passives sont placées à l'intérieur de boites étanches en matériau amagnétique de façon symétrique et un même fluide de refroidissement baigne successivement la bobine active et les bobines passives. De préférence également, chaque bobine est bobinée sur un bloc support fixé dans la boite étanche correspondante et disposé concentriquement à un tube de guidage traversant cette même boite, les bobines étant recouvertes d'un film isolant étanche. Le dispositif selon l'invention s'applique particulièrement bien au sondage du fil machine, à chaud, en fin de laminage. Comme on le comprend, les méthodes de sondage utilisées jusque là consistaient à éliminer directement les paramètres liés au produit, à l'exception de celui recherché, à l'aide d'un montage électrique différentiel. L'invention, par contre, consiste dans son principe à recueillir, aux bornes d'une bobine unique, un signal fonction a la fois de la résistivité, du diametre, de l'excentration, de la perméabilité magnétique (si on se trouve au-dessous du point de Curie), de la présence de défauts et à le traiter de manière à en extraire un signal représentatif de la présence de defauts.Ce traitement, mis au point par le demandeur et exposé de façon détaillee dans sa demande de brevet n" 78/11 459 est basé sur l'analyse, dans le plan complexe, des variations d'impédance de la bobine à plusieurs fréquences du courant d'alimentation et la séparation, par projection orthogonale sur des directions privilégiées et combinaison linéaire de ces projections, des effets des différents paramètres. De préférence, pour des raisons de sensibilité, le traitement est effectué sur le signal de déséquilibre d'un pont de mesure dans lequel est placée la bobine. L'invention sera de toutes façons bien comprise, au vu de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple en référence aux planches de dessin annexées sur lesquelles - la figure 1 schématise un train à fil classique, - la figure 2 est une coupe longitudinale de la partie active de la sonde selon l'invention, - la figure 3 est une coupe longitudinale de la partie passive de la sonde. L'exemple considéré concerne le sondage à chaud du fil machine, sur le train même de laminoir, comme le montre la figure 1. Les billettes, réchauffées dans le four 1 jusqu'à une température voisine de 1100 C, sont introduites dans le train intermédiaire 3. Le fil est ensuite amené au diamètre final par passage dans le bloc finisseur 4, forme de cages très rapprochées les unes des autres mises en mouvement par les moteurs 5, dont il sort à une température voisine de 1050"C. Il est refroidi jusque vers 9000C par traversée de plusieurs boites à eau successives 6 séparées par des passages d'homogénéisation thermique.La sonde selon l'invention 7 est placée, de préférence, à un endroit ou le fil est encore à l'état amagnétique, pour éliminer l'influence de la perméabilité magnétique, donc soit entre les cages finisseuses 4 et la première boite à eau 6, soit, comme représenté, entre la dernière boîte à eau 6 et la formeuse de spires 8. Cette dernière dépose le fil sur un convoyeur 9 où s'achève le refroidissement, assuré généralement par de l'air pulsé (symbolisé ici par des flèches verticales). Lorsque le fil est arrivé à température suffisamment basse en fin de convoyeur 9, il est mis sous forme de couronne dans une machine à rassembler les spires 10. Seule la bobine active doit être traversée par le fil lors de l'inspection de ce dernier. La sonde, schématisée sur la figure 1 par l'ensemble 7 se présente en fait sous forme de deux parties distinctes : la partie dite active placée sur le trajet du fil et la partie contenant les bobines passives qui peut, par exemple, être disposée en-dessous du train. La partie passive est en effet reliée à la partie active par le circuit électrique et le circuit d'eau et doit donc être située à proximité de cette dernière. La partie active, comme on peut le voir facilement sur la figure 2 est constituée essentiellement d'une bobine inductrice 11, bobinée sur un support creux 12, d'un tube guide 13, à l'intérieur duquel passe le fil non représenté, concentrique intérieurement au support 12 et définissant avec celui-ci un espace annulaire 14. L'ensemble est disposé à l'intérieur d'une boite étanche 15 en materiau amagnétique (généralement de l'acier inoxydable) de manière que le tube guide 13 traverse la boîte etanche 15 dans la direction de déplacement du fil. Les extrémités du tube 13 affleurent les parois externes correspondantes 16 et 17, désignées respectivement par les termes paroi d'entrée et paroi de sortie, de la boîte 15.Le support 12 est fixé sur la paroi de sortie 17, autour du tube guide 13, par exemple a l'aide d'ensembles vis-rondelles tels que 17, 18. Le fil étant très chaud, 9000C environ, a la sortie des boites à eau, il est nécessaire, afin d'éviter un échauffement nuisible de la bobine, de prevoir une circulation de fluide refroidissant. Ce fluide, généralement de l'eau, entre dans la boîte 15 par la conduite 20, baigne la bobine 11, traverse l'espace annulaire 14 et ressort par la conduite 21, assurant ainsi un refroidissement efficace de la bobine. Afin d'eviter la formation de capacités toujours craindre aux fréquences de travail, la bobine Il est recouverte d'un film de matiere étanche, ce qui procure également l'avantage de fixer les spires les unes par rapport aux autres et donc de conférer une grande rigidité a l'ensem- ble du bobinage. Le support de bobine 12 et le tube guide 13 doivent être réalisés dans une matiere isolante, etanche, présentant une bonne résistance aux chocs thermiques et une bonne tenue mécanique à la température d'utilisation. Le support 12 doit également posséder un coefficient diélectrique élevé En général les matériaux présentant ces qualités, que lton peut trouver facilement dans le commerce, sont trop fragiles pour supporter sans dommage les frottements du fil. Deux pièces de protection très resistantes 22 et 23, par exemple en acier inoxydable amagnétique, sont donc fixées en regard des extrémités du tube 13.Elles sont percées d'un conduit circulaire de diamètre très légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube 13, de maniere que le fil puisse traverser l'ensemble facilement mais, que compte tenu de ses vibrations et de sa flèche il repose sur les pièces 22 et 23 sans toucher le tube guide 13. Ces deux pièces sont fixées respectivement sur les parois 16 et 17, la pièce 22 a l'aide des ensembles vis-rondelles 24, 25, la piece 23 a l'aide des ensembles vis-rondelles 18, 19 servant également a fixer le support 12. Afin de faciliter l'entrée du fil, le conduit circulaire de la pièce 22 peut être prolongé vers l'amont par une portion tronconique suivie d'une portion circulaire de grand diamètre par rapport au fil. Les conducteurs 26 de la bobine Il passent dans un canal ménagé dans le support 12, traversent un tube 27, solidaire de ce dernier, qui se prolonge a l'extérieur de la boîte 15, sortant de celle-ci par un passage étanche 28. Le choix du diamètre de la bobine 11 est soumis a deux impératifs : il doit être assez petit pour assurer a la sonde une sensibilité suffisante aux défauts fins, il doit être assez grand pour que, compte tenu du diamètre, des vibrations et de la flèche du fil, les pièces de protection puissent assurer effectivement leur rible. De bons résultats ont été obtenus avec les diamètres suivants : fil 5,5 mm, tube guide 9 mm environ, bobine 18 mm environ. Pour des fils plus épais les différents diamètres croissent de maniere analogue ; leurs valeurs optimales exactes peuvent être facilement obtenues au cours d'essais. La partie passive de la sonde, comme on peut le voir sur la figure 3, comprend trois bobines 31 identiques à la bobine 11 de la partie active. Elles sont bobinées sur trois supports creux 32, de même nature que le support 12, concentriques extérieurement à un tube 33 de même diamètre et réalisé dans le même matériau que le tube guide 13, et définissant avec ce tube l'espace annulaire 34. L'ensemble est disposé à l'intérieur d'une boîte étanche 35 divisée en trois compartiments 49, 50 et 51 par des séparations 52 et 53 en matériau amagnétique. Chacun des compartiments ainsi defini a un volume sensiblement égal à celui de la boite étanche 15 et les ensembles supports-bobine y sont disposés selon la même géomètrie que l'ensemble correspondant de la partie active dans la boite 15.Les supports 32 sont fixés sur les séparations 52 et 53, comme le montre la figure 3, par exemple à l'aide de vis telles que 54. Le tube 33 traverse la boîte 35 et ses extrémités dépassent légèrement des parois externes 36 et 37 de cette boîte. En effet, cette disposition permet d'introduire facilement dans le tube 33 un barreau amagnétique de même diamètre que le fil sondé, de caractéristiques voisines mais exempt de défauts ; ce barreau étant fixe il n'y a pas lieu de prévoir de pièces de protection semblables aux pieces 22 et 23 de la partie active. Comme on le voit donc, les séparations 52 et 53 sont percées d'un canal circulaire pour laisser un passage au tube 33. Ce canal est de dimensions supérieures au diamètre externe du tube 33 de maniere à prolonger les espaces annulaires 34. L'eau de refroidissement sortant de la partie active par la conduite 21 pénètre ensuite dans la partie passive par la conduite 40, reliée à la conduite 21 par exemple par l'intermédiaire d'un tube souple non représenté sur les figures. Cette eau emplit le compartiment 49, entre dans l'espace annulaire 34, traverse la séparation 52, emplit le compartiment 50, traverse la séparation 53, l'espace annulaire 34 de la dernière bobine passive, emplit le compartiment 51 et sort de la boite 35 par la conduite d'évacuation 41. La circulation d'un même fluide de refroidissement dans les deux parties de la sonde permet de maintenir la bobine active et les trois bobines passives à la même température. Les conducteurs 46 de chacune des bobines passives passent dans des canaux ménagés dans les supports 32 correspondants, traversent des tubes 47 solidaires respectivement de chacun des supports 32. Ces derniers se prolongent à 1 'exté- rieur de la boite 35, dont ils sortent par des passages étanches 48. Les quatre bobines sont reliées électriquement de manière à former un pont de Wheatstone dont chacune occupe l'une des branches. Le pont est alimenté en courant alternatif a plusieurs fréquences, conformément à la méthode exposée dans la demande de brevet nO 78/11 459. En l'absence de variation de l'un des paramètres liés au fil (résistivité, diamètre, excentration, présence de défauts superficiels), compte tenu de la symétrie électrique, thermique et géométrique des quatre bobines, le pont est pratiquement équilibré. Toute variation de l'un des paramètres produit une variation d'impédance de la bobine active, qui se traduit par un signal de déséquilibre. Ce signal est recueilli et traité à l'aide d'un montage électronique approprié, selon la methode précitée, afin d'en extraire un signal représentatif de la présence de défauts. L'invention ne saurait être limitée, dans sa portee, à l'exemple décrit, mais est d'application générale à tout produit long cylindrique de faible section, aussi bien sur les lieux de fabrication que d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection, par courants de Foucault, des défauts superficiels de produits longs à section circulaire, notamment de fil machine et de barres de petite section, caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement d'une bobine encerclante unique, animée d'un mouvement longitudinal relatif par rapport au produit, dite bobine active, dont on analyse l'impédance complexe a plusieurs fréquences du courant d'alimentation. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la bobine active est placée dans une branche d'un pont de Wheatstone dont les trois autres branches sont constituées par des bobines, dites passives, identiques à la bobine active, à l'intérieur desquelles est placé un barreau de même diamètre et de même nature que le produit sondé, le signal analysé étant celui produit par le déséquilibre du pont. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que, en vue de faciliter l'équilibrage du pont, la bobine active et les bobines passives sont placées a l'intérieur de boites étanches en matériau amagnétique de façon symétrique et en ce qu'un même fluide baigne successivement la bobine active et les bobines passives. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que chaque bobine est bobinée sur un bloc-support fixé dans la boîte étanche correspondante et disposé concentriquement à un tube de guidage traversant cette même boite. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'un espace annulaire de faible dimension est ménagé entre le bloc-support et le tube, espace dans lequel circule le fluide de refroidissement. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que les bobines sont recouvertes d'un film de matière isolante et étanche. 7. Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes ou sondage a chaud des défauts superficiels de fil machine en fin de laminage.