Brevet FR2417102A1 — publié le 19790907

La présente invention a trait a la détermination de l'état magnétique de produits métalliques. Elle concerne plus particulièrement la détection des changements d'etat magnétique susceptibles d'intervenir au cours du refroidissement de produits métalliques initialement portés a haute température. La technique usuelle dans le domaine considéré repose sur le principe bien connu d'induire dans le produit à contrôler des courants de Foucault au moyen d'un capteur électromagnétique comportant une bobine inductrice que l'on amène a proximité de la surface de manière à réaliser entre le produit et la bobine un couplage inductif. Ce dernier est sensible au comportement magnétique du produit examiné et s'apprécie par ses effets sur l'impédance apparente de la bobine. Cette méthode, décrite notamment dans le BF 2 235 372 et dans la demande de BF 76.02-708 peut servir à la détermination de l'état magnétique du produit à examiner.Elle trouve cependant une application préférentielle pour la détection de changements d'état magnétique de produits en acier susceptibles de présenter successivement un état paramagnétique et un etat ferromagnétique, par exemple au cours de traitements thermomécaniques ou de traitements thermiques. Ces produits sont de préférence immobiles lors du contrôle, ou en défi le ment, par exemple dans la partie terminale d'un train de laminoir, mais à condition dans ce cas qu'ils présentent, malgré leur mouvement relatif par rapport au capteur, une continuité, au moins apparente, dans la région de l'espace soumise à l'action de ce dernier. Ainsi cette technique appararait, dans l'état actuel de son développement, peu appropriée au contrôle de produits discontinus en défilement dont un bon exemple est constitué par du fil d'acier étale en boucles sur le plateau métallique du refroidisseur d'un laminoir. Dans ce cas en effet, le capteur voit alternativement un tronçon de boucle suivi d'une portion de plateau, lequel en raison de ses propriétés électroconductrices, introduit un niveau de bruit élevé qui rend difficile la discrimination du signal représentatif de l'état magnétique du produit examiné, et ceci d'autant plus que le tronçon de boucle considéré constitue, de par ses dimensions réduites, un terrain peu propice au développement des courants de Foucault. La présente invention a précisemment pour but une technique de détection du genre précité qui soit spécifiquement appropriée aux produits discontinus en défilement, ctest-à-dire, présentant de par leur mouvement relatif par rapport aux moyens de détection, une discontinuité au moins apparente dans la région de l'espace ou s'exerce l'action de ces moyens. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détermination de l'état magnétique de produits metalliques, qui consiste à soumettre une région déterminée de l'espace à un champ magnetique continu, à mettre le produit à examiner en mouvement relatif par rapport à cette région, à conférer au produit une presentation telle qu'il apparaisse discontinu lors de sa traversée de la région considérée et à détecter dans celle-ci toute variation de flux magnétique consécutive au passage du produit. Conformément à une application avantageuse de l'invention au contrôle d'un produit discontinu en défilement et susceptible de subir au cours du temps un changement d'état magnétique, on détecte un tel changement en multipliant le long du chemin de défilement du produit le nombre de régions de l'espace traversées par le produit et soumises à un champ magnétique continu présentant, dans chacune d'elles, des caractéristiques identiques, on recueille, pour chaque région respectivement, un signal représentatif des variations de flux magnétique, et on compare les signaux entre eux de manière à suivre l'évolution du comportement magnetique du produit examiné. L'invention a egalement pour objet un appareil destiné à mettre en oeuvre le procédé pour le contrôle de produits portés à température élevée. Cet appareil se compose d'un capteur proprement dit et d'une unité de traitement du signal capté. Le capteur comprend une unité de détection et un ensemble de protection. L'unité de détection est constituée d'un organe émetteur d'un champ magnétique continu, par exemple un aimant permanent, et d'un organe récepteur sensible aux variations de flux magnétique, par exemple une bobine en materiau électroconducteur entourant l'aimant et supportée par celui-ci.L'ensemble de protection est constitue par une enceinte dans laquelle est placée l'unité de détection, cette enceinte comprenant une paroi latérale à double cloison pour permettre la circulation d'un fluide de refroidissement et une plaque de base amagnétique et bonne conductrice de la chaleur, sur laquelle repose l'unité de detection. L'unité de traitement du signal capté comprend successivement un amplificateur, un filtre passe-bas et un module de calcul valeur efficace dont la sortie est connectée à un organe de visualisation du signal. Conformément à un mode de réalisation du capteur, approprié contrôle de produits en défilement susceptibles, de par leur présentation, d'occasionner des chocs accidentels avec le capteur, l'enceinte protectrice présente une paroi latérale à suface externe de forme cylindrique et exempte d'aspérités, l'enceinte est en outre solidaire d'un support qui permet son basculement dans la direction de défilement du produit, et des moyens d'arrêt, pour assurer un retour rapide du capteur à sa position initiale, sont prévus. L'invention a encore pour objet un dispositif de detection des modifications du comportement magnétique de produits en défilement portés à température élevée. Ce dispositif comprend une pluralite d'appareils tels que décrits précédemment, distribués le long du chemin de parcours du produit et relies chacun a un ensemble commun de traitement des signaux captés, comprenant un commutateur cyclique pour permettre la scrutation séquentielle des capteurs et transmettre les signaux successifs reçus a un organe de visualisation. Comme on le comprend, l'invention relève de la propriété bien connue qu'ont les métaux magnétiques, et en particulier les matériaux ferromagnétiques, de 'canaliser", ou si l'on préfère, de "concentrer" dans leur masse les lignes de force d'un champ magnétique auquel ils sont soumis, et ceci contrairement aux matériaux amagnétiques, ou faiblement magnétiques (para ou diamagnétiques), qui eux apparaissent pratiquement transparents aux lignes de force. L'invention s'appuie donc sur la caractéristique distinctive de ces premiers de pouvoir perturber par leur présence, l'environnement magnétique dans lequel ils sont plonges. Le principe du contrôle consiste ainsi a détecter la présence d'un matériau d'une telle nature, dans une région déterminee de l'espace soumise à un champ magnétique continu, par la réorganisation des lignes de champ dans cette région consécutive a ladite présence. Cette détection s'opère par une surveillance du flux magnétique, ou plus précisemment de ses variations, au travers, toute, ou partie de la région de l'espace considérée. La technique du contrôle consiste donc à soumettre cette région à un champ magnétique continu créé par un organe émetteur, par exemple un solenolde, ou plus si.plement un aimant permanent, associe à un organe récepteur, par exemple une magnétorésistance, ou de préférence une bobine en matériau électroconduc- teur. La présence ultérieure d'un corps magnétique dans cette region est alors détectée grace au signal obtenu par l'apparition, au sein de la bobine, d'une force électromagnétique induite consécutive à la variation de flux magnétique dans l'entrefer de la bobine résultant de la pénétration et/ou de la sortie du corps magnétique dans la région considérée. Il ressort, par ailleurs, de ce qui précède, que l'invention ne se limite pas a une méthode de detection de presence d'un produit magnétique mais concerne également, par raisonnement inverse, une méthode de détection d'absence de produit magnétique ou, exprimé de manière équivalente, une méthode de détection de présence de produit amagnétique. A cet effet, il apparat donc justifié de qualifier la méthode de contrôle selon l'invention, d'un procéde de determination de l'état magnétique de produits métalliques en defilement. On comprend en outre que, si l'on desire obtenir un signal indiquant de façon permanente ou du moins de façon répétitive, l'état magnétique du produit a examiner, on a intérêt a opérer sur un produit en défilement présentant, de par son mouvement, un grand nombre de discontinuités au cours de sa traversée de la région sous surveillance. Ces discontinuites, au moins apparentes pour le capteur, peuvent à ce titre être qualifiées de "discontinuités d'origine cinématique", il est clair que la fréquence de telles discontinuités depend a la fois de la présentation du produit et de sa vitesse de défilement.A cet égard, il apparaît donc clairement que la méthode selon l'invention est bien adaptée au contrôle de produits métalliques filiformes en cours de finition sur un train de laminage dans la partie terminale duquel on les fait progresser selon 7a technique habituelle, sous forme de boucles étalées disposées les unes a la suite des autres. Il doit être noté que la méthode faisant l'objet de la présente invention n'est pas nouvelle en soi. On connaît en effet une technique de contrôle de produits métalliques en défilement faisant appel à un capteur comprenant un aimant permanent associé à une bobine de sorte que tout mouvement de piece magnétique au voisinage du capteur provoque un signal par variation de flux magnétique.Toutefois, a la connaissance du demandeur, cette technique n'a jamais été utilisée pour la détermination de l'état magnétique des produits à examiner, mais était réservée soit aux opérations de comptage d'objets en défilement devant le capteur, avec application, en tachymetrie par exemple, soit au contrôle du comportement mécanique (déformation) de produits magnétiques avec application, notamment en métallurgie, pour le contrôle de la planéité des tôles d'acier susceptibles de présenter des ondulations consécutives aux efforts de traction exercés sur elles au cours d'un laminage à froid. Par ailleurs, la méthode de determination de l'état magnétique des produits métalliques selon l'invention, présente par rapport à ses congénères antérieurs à courant de Foucault, évoqués dans les premières pages, la caractéristique intéressante de séparer les moyens d'émission du champ (aimant permanent) des moyens de réception du signal (bobine), alors qu'ils etaient auparavant confondus au sein d'un même enroulement remplissant simultanément ces deux fonctions. Il en resulte, outre l'appropriation du procédé aux produits dits 1,produits discontinus en defilement, un certain nombre d'avantages qui peuvent être énumérés de la façon suivante - suppression des organes pour fournir à la bobine le courant d'excitation primaire à haute fréquence, - simplification des organes de traitement du signal de détection reçu, - moindres coûts de fabrication du capteur et de mise en oeuvre du procédé, - la bobine réceptrice est à faible impédance, d'où la possibilité d'augmenter le nombre de spires de celle-ci pour obtenir un signal d'amplitude plus élevée. La présente invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles - la figure l représente en coupe axiale d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour déterminer l'état magnetique de fils d'acier en fin de laminage, - la figure 2 représente l'aspect d'un signal de détection avant sa mise en forme définitive, - la figure 3 illustre de façon schématique une vue du dessus de la partie terminale d'un train de laminage à fils équipée d'un dispositif pour l'application du procède selon l'invention à la détection des changements d'état magnétique du fils en cours de refroidissement. En se reportant à la figure 1, on voit que l'appareil représenté est composé du capteur 1 proprement-dit et d'un système de traitement 2 du signal de détection. Le capteur 1 est positionné à quelques cm/s au dessus d'un plateau 3 sur lequel défile, dans le sens indiqué par la flèche et avec une vitesse de l'ordre de 1 m/s, un fil d'acier 4, étalé sous forme de boucles dont la section est reférencée en 5. On a représente en 6 une surépaisseur correspondant au chevauchement de deux boucles successives, et en 7 l'extrêmité recourbée du fil. Ce capteur est composé d'un organe émetteur, creant le champ mantique, constitué par un aimant permanent 8 de structure connue et d'un organe récepteur constitue par une bobine 9 entourant l'aimant.Comme on le voit l'aimant 8 comporte intérieurement une virole 10 en matériau amagnetique dont le rôle est de partager l'aimant en un noyau interne 13 et une enveloppe annulaire externe 14 dont les faces polaires respectives sont de polarités opposees. L'ensemble aimant-bobine est disposé dans une enceinte protectrice 11. Cette enceinte comprend une paroi métallique latérale creuse 12 pour permettre éventuellement une circulation interne d'eau de redroidissement. L'enceinte comprend en outre un couvercle métallique 15 et une plaque de base 16 amagnétique, bonne conductrice de la chaleur et suffisamment résistante pour supporter le poids conjugué de l'aimant et de la bobine. A cet égard une plaque en laiton convient parfaitement. Comme on le voit, cette derniere est visse dans un taraudage 17 prévu à cet effet à l'extrémité inférieure de la paroi latérale. Par ailleurs, l'aimant 8 est fixé à la plaque 16 par une vis d'assemblage 27 à tête fraisee plate. On comprend que les dispositions précédentes sont relatives a la protection thermique du capteur lequel est assez sévèrement sollicité, étant à proximité d'un produit 4 porté à température élevée. Par ailleurs, il est nécessaire de premunir ce capteur contre les chocs éventuels avec le produit 4 en défilement. De tels chocs peuvent être occasionnes notamment par des surépaisseurs sur le plateau 3 résultant, comme on l'a vu, d'un chevauchement 6 de boucles, ou consecutives à un arret momentané du transport alors que le fil continue à être débité par les cages finisseuses du laminoir placées en amont. D'autres causes, moins fréquentes mais plus conséquentes, résident dans la présence d'extrémités recourbées du fil, telles que 7, qui peuvent percuter le capteur et même s'y accrocher pour peu que celui-ci présente des aspérités suffisantes. Pour éviter de tels inconvénients, le capteur selon l'invention présente, d'une part, une paroi latérale 12 à surface exterieure cylindrique, sans aspé rités aucunes et, d'autre part, un système de support du capteur comportant une articulation 18 permettant l'escamotage de ce dernier, par basculement dans la direction du défilement du produit, lors de rencontres accidentelles avec celuici. Le retour rapide en position est assuré par des moyens d'arrêt qui, dans l'exemple décrit, sont constitués par une butée de retenue représentée en 19. Comme on le voit, cette articulation 18 est obtenue au moyen d'un câble 20 ancré à ses deux extrémités sur le couvercle-15 et coopérant avec une poulie à gorge 21 solidaire d'un axe de rotation 22 perpendiculaire à la direction de defile- ment indiquée par la fleche. Lorsque le produit examiné 4 est dans un état magnétique, le passage d'une portion de boucle sous le capteur provoque une variation de flux magnétique dans la bobine 9, laquelle devient de ce fait le siège d'une force électromagnétique induite. Cette derniere se manifeste aux bornes de la bobine par l'apparition d'une différence de potentiel qui constitue le signal de detection. Ce signal est ensuite mis en forme, dans l'unité de traitement 2 de la manière qui va etre exposée par la suite. A la sortie de la bobine réceptrice 9, le signal est introduit successivement dans un amplificateur 23 puts transmis dans un filtre passe-bas 24 pour eliminer des fréquences parasites résultant notamment de variations rapides de la distance séparant l'aimant du produit examiné, variations dues, pour l'essentiel, aux vibrations du plateau 3. A la sortie du filtre 24 le signal presente une allure conforme au graphe de la figure 2 sur lequel on a porté en abscisse l'axe des temps et en ordonnée l'amplitude du signal. Ce dernier est alors appliqué dans un module 25 pour le calcul de la valeur efficace du signal, laquelle est ensuite visualisée en 26, par exemple sur un ecran, par un spot lumineux dont la position peut être déterminée par rapport à un repère fixe correspondant à un signal de détection d'amplitude nulle traduisant notamment le passage d'un produit amagnétique. L'amplificateur 23 est de préférence de type amplificateur continu à gain reglable, par exemple par bond de 1 à 100. De méme, le filtre passe-bas 24 est réglable par exemple de O a 20 Hz. Enfin le module 25 calcule la valeur efficace Vs du signal en réalisant ltoperation dt par élévation au carre de la valeur instantanée Vi, filtrage passe-bas avec une constante de temps réglable de 5 millisecondes à 10 secondes, et extraction de la racine carree. On va maintenant décrire en référence à la figure 3, une application de l'invention a la détection de l'endroit, sur le plateau de défilement 3 où a lieu la transformation r > a d'un fil machine en acier dur en cours de refroi dissement' et'préaiablement laminé à chaud. On sait qu'un tel repérage constitue un moyen efficace pour permettre un réglage avantageux de la marche d'un train à fil, notamment en ce qui concerne les conditions de refroidissement du fil à sa sortie des cages finisseuses de manière a obtenir directement une structure métallographique appropriée au trefilageosans nécessiter de traitements ultérieurs. Le dispositif représente sur la figure 3 est constitué d'une pluralité d'appareils 27 identiques à celui décrit précédemment en référence à la figure 1 et distribués le long du plateau 3 sur lequel défile, dans le sens indiqué par la flèche, le produit 4 sous forme de boucles étalées. Chaque appareil est donc composé d'un capteur 1 et d'une unité de traitement 2, laquelle ne se distingue de son hosiologue de la figure 1 que par l'absence de l'organe de visualisation 26 du signal. Chaque appareil 27 est connecté à un poste central commun 28 constitué par un commutateur cyclique de type habituel piloté par une horloge 29; Le commutateur scrute successivement chaque sortie avec une vitesse pouvant être de l'ordre de 100 commutations/s, et expédie le signal reçu sur un moyen de visualisation 30.Le signal apparat alors sous la forme d'un tracé representé sur la figure en 31, dont l'observation visuelle permet immédiatement de repérer le point A de debut, et le point B de fin de transformation y j a . Les portions de courbe de part et d'autre de ces deux points correspondent, bien entendu, a un produit 4 respectivement dans un état encore amagnétique et dans un etat devenu ferromagnétique. On peut également, selon des dispositions bien connues, prévoir un système a seuil fournissant l'adresse du, ou des capteurs, où se fait la transformation, et a partir de là asservir la marche du laminoir pour localiser la transformation en un endroit du plateau choisi par avance. Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits. Il en est ainsi de la nature ou de la présentation du produit métallique a contrôler dans la mesure ou, comme il a été précisé, ce produit est en déplacement relatif par rapport au capteur et ne présente pas au cours de son passage dans la zone d'influence de ce dernier un caractère continu. Il en est de même de l'application de l'invention à la détection des changements d'état magnétique du produit examiné, laquelle peut présenter d'autres réalisations équivalentes dont l'une notamment consiste à n'opérer qu'avec un seul capteur que l'on déplace le long du plateau de défilement. A cet égard, on peut dire qu'il existe au moins deux variantes de réali sation de l'application prémentionnée en ce qui concerne la multiplication des régions soumises à un champ magnétique continu. La première consiste dans la mise en oeuvre simultanée d'une pluralité de telles régions, et peut à ce titre être qualifiée de "multiplication dans l'espace". La seconde consiste dans la mise en oeuvre d'une région unique qui balaye le produit le long du plateau et que l'on peut alors qualifier de "multiplication dans le temps". Par ailleurs, si les conditions d'implantation le permettent, il est pré férable de placer le capteur sans le plateau. On s'affranchit ainsi d'une part du système d'escamotage puisque le risque d'accrochage avec le produit en defilement n'existe plus et d'autre part des opérations de reglage en hauteur du capteur en fonction du format du produit à examiner. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la détermination de l'état magnétique de produits métalliques caractérisé en ce que - on soumet une région déterminée de l'espace à un champ magnétique continu, - on met cette dernière et le produit à examiner en mouvement relatif l'un par rapport a l'autre, - on confere à celui-ci une présentation telle qu'il apparaisse discontinu lors de sa traversée de la région considérée, - on détecte dans celle-ci toute variation de flux magnétique consécutive au passage du produit. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on détecte la variation de flux magnétique par une surveillance de l'apparition d'une force electromotrice induite dans un corps électroconducteur entourant a cet effet au moins une partie de la région soumise au champ magnetique. 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le corps électroconducteur constituant un circuit électrique ouvert, on recueille, entre ses deux extremités, un signal représentatif de la différence de potentiel consécutive a l'apparition au sein dudit corps d'une force électromagnétique induite, ce signal constituant après traitement un dicateur de passage d'un produit qui se trouve dans un état magnétique. 4 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le traitement du signal consiste d'abord à l'amplifier, à le filter ensuite pour éliminer les frequences parasites élevées, puis à calculer sa valeur efficace que l'on expédie sur un organe de visualisation. 5 - Application du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, au contrôle de produits discontinus en défilement et susceptibles de subir au cours du temps des changements d'état magnétique, caractérisé en ce que l'on multiplie le long du chemin de défilement du produit le nombre de régions traversées par ledit produit et soumises a un champ magnétique continu présentant dans chacune d'elles des caracteristiques identiques, - on recueille pour chaque région respectivement un signal représentatif des variations de flux magnétique, - et on compare les différents signaux entre eux de manière a suivre l'evo- lution du comportement magnétique du produit examiné. 6 - Application selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on multiplie dans l'espace le nombre desdites regions soumises a un champ magnétique continu. 7 - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 au contrôle de produits portés à température élevée, caractérise : - en ce qu'il se compose d'un capteur proprement-dit et d'une unité de traitement du signal capté, - en ce que ledit capteur comprend une unité de détection se composant d'un organe émetteur d'un champ magnétique continu, et d'un organe récepteur sensible aux variations de flux magnétique, et un ensemble de protection constitué par une enceinte dans laquelle est placee l'unité de détection, ladite enceinte comprenant une paroi latérale à double cloison pour permettre la circulation d'un fluide refroidissant, et une plaque de base amagnétique et bonne conductrice de la chaleur sur laquelle est placee l'unité de détection. - et en ce que l'unité de traitement du signal capté comprend successivement un amplificateur, un filtre passe-bas et un module de calcul de valeur efficace connecté à un organe de visualisation. 8 - Appareil selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'organe émetteur du champ magnétique continue est constitué par un aimant permanent. 9 - Appareil selon les revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que l'organe récepteur du signal de detection est constitué par une bobine en matériau électroconducteur. 10 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, pour le contrôle de produits en défilement susceptibles de par leur présentation d'occasionner des chocs accidentels avec le capteur, caractérisé en ce que l'enceinte de protection présente : - une paroi latérale à surface externe de forme cylindrique et sans aspérites, - un système de support comprenant une articulation permettant son escamotage par basculement dans la direction de défilement du produit et des moyens de freinage en retour pour assurer une mise en place rapide du capteur à sa position initiale. 11 - Dispositif de detection des changements de comportement magnétique de produits en défilement pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il se compose d'une pluralité d'appareils conformes à la revendication 7, distribués le long du chemin de défilement des produits à contrôler, et reliés chacun à une unité centrale commune de traitement des signaux captes, ladite unité comprenant un commutateur cyclique piloté par une horloge pour permettre de scruter les capteurs de façon séquentielle et un organe de visualisation connecté à la sortie unique du commutateur.