Brevet FR2408115A1 — publié le 19790601

La présente invention concerne l'ivaluation du profil d'une surface et elle se rapporte plus particulièrement, mais non exclusivement, au jaugeage du profil de la surface des cylindres de laminoirs. les cylindres de laminoir, en particulier les cylindres utilisés pour la réduction de section à froid de feuillard d'acier, doivent être en général, rectifiés de manière précise pour assurer que le feuillard qui sort de la région de pincement formée entre les cylindres a le profil correct pour la cage particulière considérée du laminoir. Â la suite d'une utilisation de longue durée, le profil de la surface du cylindre de même que la rugosité de cette surface se dégradent progressivement jusqu'au point où sont produits des feuillards ayant à la fois un profil de surface et une qualité inacceptables.Il est, par conséquent, de pratique courante, afin d'éviter la production excessive de åtières inacceptables, de contrôle régulièrement le profil et la rugosité de surface des cylindres de façon qu'un cylindre puisse être renvoyé en atelier pour être à nouveau rectifié lorsque son profil ou sa rugosité dépassent des limites déterminées. L'invention a pour objet un appareil destiné à jauger ou évaluer l'état du profil de la surface d'une pièce, comprenant des moyens pour maintenir sous une force de traction un élément qui s1 étend au moins sur toute la longueur de la surface à jauger et qui sert à fournir une surface de référence à laquelle la surface soumise au contrôle peut être comparée pour être jaugée et un transducteur de déplacement, servant à produire un signal représentatif de ltécart entre les surfaces, en combinaison avec des moyens adaptés pour porter le transducteur de façon qu'il puisse se déplacer dans le sens de la longueur de la surface à jauger. Des moyens prévus pour séparer l'un de l'autre les organes supports peuvent être réglables pour permettre de modifier la longueur de l'élément sous traction et la longueur de la surface soumise au con trolle. L'élément sous traction peut être une tige, un fil ou un filament ou un faisceau de tiges, fils métalliques ou filaments. De préférence, cet élément est composé d'un ou de plusieurs filament d'une matière capable de resister à une forte traction sous une section assurant un faible poids, de sorte que l'effet de la flèche provoquée par le poids soit réduit au minimum. Une matière avantageuse qui combine une telle résistance à la traction avec un faible poids, est la fibre de carbone qui est avantageusement utilisée sous forme de faisceas de fibres individuelles. Avantageusement, les fibres de carbone ou autres sont enrobées dans un agent, tel qu'une résine époxy, de façon à accroître la rigidité de la surface de référence fournie. Dans ce cas, on peut précontraindre 3!élément en le plaçant sous traction pendant que l'agent d'enrobage durcit. Dans le cas où l'élément est enrobé, la surface exposée de l1a- gent d'enrobage peut être profilée soit pendant, soit après son durcissement pour produire une surface de référence dont le profil est autre qu'un profil rectiligne. La surface soumise au contrôle peut être jaugée par rapport à la surface de référence au moyen d'un transducteur de mouvement approprié quelconque, tel qu'un comparateur optique ou électrique. Dans un mode de réalisation, un transducteur électromécanique a ses parties mobiles l'une par rapport à l'autre adaptées pour venir en contact à glissement contre la surface de référence et contre la surface soumise au contrôle respectivement. le signal de sortie électrique du transducteur représente l'écart entre la surface soumise au contrôle et la surface de référence et fournit le jaugeage requis. Dans un autre mode de réalisation, le jaugeage est effectué au moyen d'un faisceau lumineux agencé de façon à se déplacer en réponse au profil de la surface soumise au contrôle et à être progressivement masqué par la surface de référence. Le degré de masquage" qui est re présentatif de l'écart entre les surfaces peut être détecté par une matrice linéaire de photodiodes disposées de façon à se déplacer à l'unisson avec le faisceau. Dans le cas où il est nécessaire d'effectuer la mesure du profil sur une course importante, la longueur en porte-à-faux soumise à l'ac- tion de la pesanteur de l'élément de référence devient de plus en plus importante. L'effet du porte-à-faux peut être réduit en diminuant la densité et en augmentant la contrainte de traction loçgitudinale ap plique à l'élément de référence. Par conséquent, l'élément de référence idéal pour obtenir un effet de porte-i-faus minimal est un 6 ment fortement tendu ayant une résistance élev8e'g la traction et une faible masse par unité de longueur. Un tel élément tendre est, cependant, particulièrement sensible à une déformation provoquée par le contact avec la sonde du transducteur, par conséquent, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le jaugeage est effectué en utilisant un transducteur dans lequel au moins la sonde sensible à la surface de référence est mainte- nue à une distance constante de cette surface. De cette manière, on évite toute charge provoquée par le transducteur sur la surface de référence. De préférence, la surface de référence est fournie par un élément de référence sous tractions ayant une grande régularité dimensionnelle, tel qu'un mince fil métallique ayant une forte résistance à la traction. Avantageusement, la capacité électrique entre le détecteur et l'élément de référence est utilisée pour fournir une indication de 1'écartement .Un signal représentatif de la capacité est avantageusement utilisé pour commander le fonctionnement d'un moteur ou autre machine motrice servant à régler la position du transducteur par rapport à ltélément de référence de façon à maintenir un écartement constant. D'une façon idéale le moteur fait partie d'un dispositif de commande en boucie fermée servant à maintenir un écartement oonstant entre le transducteur et l'élément de référence. Dans certaines applications, il est nécessaire de connaître le profil absolu de la surface soumise au contrôle plutôt que la stabilité de sa différence par rapport à une surface de référence et ce ré- sultat peut être obtenu en adaptant le transducteur de façon qu'il soit, en outre, sensible à des moyens auxquels sont incorporées des informations representatives de l'écart de la surface de référence par rapport à une surface normale. Gr ce à l'emploi de ces moyens, les signaux dx transducteur peuvent être combinés d'une manière appropriée pour produire un signal de sortie indicatif du profil de la surface soumise au contrôle par réf*- renee au profil d'une surface normale. Avantageusement, les moyens générateurs d'informations comprennent un organe qui s'étend le long de la ligne de la surface contrôlée et qui est profilé de façon à refléter l'écart de la surface de référence par rapport à la surface étalon. le profil de l'organe est, de préférence, un agrandissement de l'écart réel entre les surfaces en cause de façon à accroître la réponse du transducteur. Une correction pour tenir compte de l'agrandissement est ensuite appliquée lorsque les signaux sont combinés et traduits pour permettre leur lecture. Le transducteur peut être d'un type courant quelconque bien connu dans la technique et il peut être constitué soit par des appareils séparés soit par des appareils combinés en un seul. le transducteur, cependant, peut être basé sur l'utilisation d'éléments électriques, magnétiques ou optiques ou de toute combinaison de tels éléments. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels - la Fig. I est une vue latérale d'un appareil servant à jauger le profil de cylindres de laminoir; - la Fig. 2 est une vue en plan de dessus de l'appareil de la Fig. 1; - la Fig. 3 est une vue en bout de l'appareil des Fig. 1 et 2, cette vue montrant des moyens électromécaniques pour jauger le profil de la surface; - la Fig. 4 est une vue en bout de l'appareil des Fig. 1 et 2, montrant des moyens électromécaniques pour jauger le profil de la surface; - la Fig. 5 est une vue latérale en coupe d'une variante de jauge pour mesurer le profil de la surface par un procédé sans contact avec la surface de référence;; - la Fig. 6 est une vue en bout et en coupe d'une jauge servant à mesurer le profil d'une surface et effectuant une correction par rapport à une surface normale; - la Fig. 7 est une vue latérale schématique des moyens incorporés à la jauge de la Fig. 6 pour contenir les informations relatives à l'écart entre le profil due la surface de référence et celui d'une surface normale. L'appareil représenté sur les Fig.l et 2, comprend deux organes de support rigides espacés 2, 4 muftis de pieds adaptes paur reposer sur la surface d'un cylindre 6 de laminoir soumis au contrôle. Bien que les organes de support aient été représentés comme s'étendant sur à peu près la totalité de la longueur axiale du cylindre, ils peuvent couvrir une plus courte longueur si l'on ne doit effectuer le jaugeage que sur une courte longueur du cylindre, par exemple uniquement sur la partie centrale de celui-ci. Les organes de support 2 et 4 sont maintenus dans une disposition relative espacée par des tubes rigides 8 de forte épaisseur qui sont engagés dans des gorges formées dans les organes de support. Le contact des tubes avec les organes de support est maintenu par la force de traction appliquée à un élément de référence 10. L'élément de référence 10, dans ce mode de réalisation, est constitué par un faisceau de fibres de carbone 44 x 10 ayant un diamètre d'environ 7 à 8 microns. Les fibres qui sont fournies en 44 cibles de 10.000 fibres chacun, sont enrobés dans un agent constitué par une résine époxy dans un moule qui forme une section rectangulaire de 16x 1,75mm dont l'une des petites faces est utilisée comme surface de référence par rapport à laquelle la surface du cylindre 6 sera jaugée. les fibres occupent environ 60% du volume de l'élément qui est maintenu, dans ce mode de réalisation, sous une force de traction de l'ordre de 1.200 à 1.600 méganewtons par mètre carré. Chacune des extrémités du faisceau de fibres est agencée de façon à former une partie d'extrémité conique 12 pour permettre à l'élément d'être maintenu de manière sare en tension par coopération avec des évidements correspondants formés dans des plaques qui s'étendent à partir des organes de support. L'élément est tendu en serrant des vis de réglage 13 qui prennent appui contre un organe en forme de coin qui sert à écarter les parties d'extrémité de l'élément des organes de support. La surface de référence de l'élément tendu peut être utilisée uniquement à des fins de comparaison entre des surfaces successives soumises au contrôle. Elle peut, cependant, entre utilisée comme surface étalon secondaire pour la mesure absolue du profil d'une surface. Dans ce cas, l'élément lui-même peut être étalonné par rapport à un étalon primaire. Des selles 14 qui supportent des guides tubulaires espacés 16 sont portées par des tubes 8. Un chariot 20 est muni d'organes coulissants 22 adaptés pour coulisser le long des guides 16 pour permettre au chariot de se déplacer sur toute la longueur de la surface qui doit être jaugée. Dans le le mode de réalisation de la Fig. 3, le jaugeage est ef :fectué par un transducteur linéaire électromécanique désigné par la référence 24 et monté sur le chariot 20. le transducteur 24 qui peut être d'un type de courant quelconque, comprend un corps 26 qui contient des bobines à inductance mutuelle sensible à la position d'une culasse mobile. La culasse (non représentde) est couplée à un palpeur 28 qui est en appui à glissement sur la surface de référence de l'élé- ment 1C. Un prolongement du corps 26 se termine par un palpeur similaire 30 qui est en appui à glissement contre la surface du cylindre soumise au contrôle. le signal produit par le transducteur est, par conséquent, représentatif de la distance entre les sondes et peut titre utilisé pour indiquer l'écart entre les surfaces de façon à fournir une mesure. Dans le mode de réalisation de la Fig. 4, le jaugeage est effectué au moyen d'un faisceau lumineux 40 obtenu d'une source 42 après collimation appropriée. La source 42 est portée dans un chassies qui peut se déplacer avec le chariot 20 et qui porte un palpeur 44 en appui à glissement contre la surface du cylindre de laminoir.Un dispositif linéaire de photodiodes 46 qui reçoit la partie du faisceau lumi neux 40 qui n' est pas arrêtée, ou masquée, par l'élément de référence 10 est également porté par le chassies. Les signaux de sortie du dispositif à photodiodes sont, par conséquent, représentatifs du déplacement du palpeur 44 par rapport à la surface de référence de l'élément 10 et indiquent l'écart entre les surfaces de façon à réaliser ainsi le jaugeage. L'appareil selon l'invention peut être utilisé pour le jauge de cylindres qui ont été retirés du laminoir en vue de leur contrôle. Cependant, en réalisant les organes de supports d'une manière appropriée, l'appareil peut être utilisé pour jauger les cylindres de laminoir sur place. Dans ce cas, les organes de supports peuvent être réalisés de façon à pouvoir se loger dans l'intervalle de placement entre les cylindres adjacents de sorte que l'un et l'autre de ces cylindres peuvent être contrôlés. le contrôle sur place des cylindres au moyen de l'appareil de l'invention présente des avantages particuliers dans le cas des laminoirs à chaud dans lesquels les changements de température d'une barre de référence classique, provoqués par le rayonnement émis par les cylindres chauds, peuvent produire des déformations inacceptables auxquelles l'élément tendu de l'appareil selon l'invention est moins sujet. Pour faciliter l'opération de contrôle, le chariot peut, en outre, être muni d'un moteur de traction tandis que les signaux de jau- geage produits par le transducteur utilisé peuvent être traduits pour fournir les indications lisibles spécifiques requises. l'autre mode de réalisation de la jauge représenté sur la Fig.5, à laquelle on se référera, comporte un organe rigide 23 ayant, en coupe, la forme d'un U renversé qui s'étend sur toute la longueur de la surface soumise au contrôle qui dans ce mode de réalisation, est la surface d'un cylindre 43 de laminoir. L'organe 23 sert d'entretoise pour des pièces de support d'extrémité (non représentées) au moyen desquelles l'élément de référence constitué par un fil métallique 63 est tendu par des moyens de type courant quelconque. la jauge est portée sur la surface du cylindre 43 au moyen de pieds 83 qui sont réglables de façon à maintenir une distance approximativement constante entre la surface du cylindre et le fil 63. Un guide linéaire 103 est fixé sur la surface intérieure de l'organe 23, ce guide 103 portant à coulissement un chariot 123 mobile dans le sens de la longueur du cylindre. Un bloc support 143 eet monté sur le chariot 123, ce bloc 145 portant un transducteur linéaire 163 qui est sensible à l'écart entre la surface du cylindre 43 et le fil de référence tendu 63. le bloc support 143 sur lequel le transducteur 163 est monté au moyen d'un bras 183 est également muni d'un guide qui permet son déplacement dans une direction approximativement perpendiculaire å la surface du cylindre. Ce déplacement est effectué au moyen d'un appareil moteur (non représenté) convenablement accouplé, tel qu'un moteur électrique alimenté par une source de courant approprié en réponse à la distance entre le fil 63 et le corps du transducteur 163. La source de courant qui peut être d'un type quelconque connu dans la technique est montée de façon à fonctionner en réponse à la capacité entre le fil 63 et la partie de corps du transducteur 163. Pour accroître l'effet capacitif, le corps du transducteur se termine, au voisinage du fil 63, par une plaque 203 qui agit pour augmenter la surface capacitive. Lors de l'utilisation de la jauge, le transducteur 163 est déplacé dans le sens de la longueur de la surface du cylindre de façon que la partie mobile qui se termine par la sonde 223 soit en appui à glissement contre la surface du cylindre et réponde à l'écart présenté par le profil de la surface. Cet écart est mesuré par référence au fil tendu 63 qui est maintenu à une distance constante de la plaque 203. Cette distante constante de la plaque assure que le signal de sortie du transducteur 163 représente avec précision l'écart du profil du cylindre par rapport à la surface de référence, sans aucune déformation de la surface de référence qui serait provoquée par la charge appliquée par le transducteur. L'autre mode de réalisation de la jauge de profil représenté sur la Fig. 6, à laquelle on se réfèrera, comporte un roulement linéaire désigné par la référence 25 et qui s'étend sur toute la longueur de mesure utile de la jauge. Le roulement linéaire 25 comporte un support 45 sur lequel un chariot 65 peut se déplacer à coulissement de façon à pouvoir parcourir toute la longueur utile de la surface soumise au contrôle et désignée par la référence 85. Un bras coudé 105 est fixé au chariot 65, ce bras pouvant être déplacé le long de la surface contrôlée et pouvant pivoter autour du roulement linéaire. Le bras 105 porte un palpeur 125 qui est en appui à glissement contre la surface contrôlée et produit un déplacement du bras 105 fonction de la variation du profil de la surface. La longueur et la configuration du bras 105 et les excursions relativement petites du profil de la surface produisent un déplacement vertical important de la partie du bras 105 à laquelle est fixé le palpeur 125. Deux transducteurs de déplacement linéaire 145, 165 du type bien connu dans la technique et décrit dans la demande de brevet britannique nu5180/77, au nom de la demanderesse, sont fixés au bras 105 en un point adjacent au palpeur 125. le corps du transducteur 145 est fixé au bras 105 et son palpeur mobile 155 est en appui à glissement centre la surface de référence 185 de la jauge. la surface de référence, comme dans la jauge décrite dans la demande de brevet britannique précitée, est constituée par un élément en fibres de carbone tendu et enrobées dans un corps en résine polymérisée et/ou réticulée. Le transducteur 145 produit, par conséquent, un signal représentatif de l'écart entre le profil de la surface 85 soumise au contrôle et la surface de référence 185. L'élément portant la surface de référence 185 est maintenu sous tension entre deux organes qui n'ont pas été représentés et qui sont maintenus rigidement espacés par un tube 205 de section rectangulaire. Le corps du transducteur 165 est également fixé au bras 105; son palpeur mobile 175 est en appui à glissement contre la surface supérieure d'un organe 225 dont le profil est une représentation agrandie de l'écart entre la surface de référence 185 et une surface étalon ou copie d'étalon, de précision élevée et connue. Ces surfaces étalons conservées par le mationel Physical Laboratory" (GB) et par des institutions analogues. le transducteur 165 produit, par conséquent, un signal représentatif de la correction qui doit être appliquée au signal émis par le transducteur 145 afin de permettre à la jauge de comparer le profil de la surface soumise au contrôle à celui de la surface étalon. Une correction est effectuée dans un comparateur approprié (non représenté) qui compense l'agrandissement inhérent du signal du transducteur 165. le signal de sortie du comparateur est appliqué à un dispositif indicateur approprié, tel qu'un enregistreur graphique ou analogue. L'organe 225 qui est fixé sur le côté du tube 205 est produit par le mesure obtenueen remplaçant la surface 85 soumise-au contrôle par la surface étalon. le signal du transducteur 145, obtenu de cette manière, peut être utilisé pour travailler le profil de l'organe 225 à l'aide de moyens appropriés classiques, par exemple au moyen d'une fraise à profiler commandée par programme. On comprend que, bien que l'invention ait été décrite en se référant au jaugeage du profil de la surface de cylindre de laminage elle peut tout aussi bien être appliquée au jaugeage d'une autre surface quelconque. De même bien que l'invention ait été décrite en se rEfé- rant à l'emploi d'une surface de référence rectiligne, elle peut tout aussi bien être utilisée avec une surface de référence ayant un profil choisi quelconque. Bien que, dans le cas dtun jaugeage sans contact avec la surface de référence on puisse utiliser des moyens capacitifs pour mesurer l'écart, on peut tout aussi bien utiliser des moyens optiques par in duction ou autres bien connus pour la mesure des distances. - REVENDICATIONS 1 - Appareil pour jauger l'état du profil de la surface d'une pièce, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour maintenir tendu un élément qui s'étend au moins sur toute la longueur de la surface à jauger et qui sert à fournir une surface de référence à laquelle la surface soumise au contrôle peut être comparée pour être jaugée et un transducteur de déplacement servant à produire un signal représentatif de la distance entre les surfaces, en combinaison avec des moyens adaptés pour porter le transducteur de façon qu'il puisse se déplacer dans le sens de la longueur de la surface à jauger. 2 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le transducteur comprend des palpeurs mobiles l'un par rapport à l'autre et sensibles respectivement à la surface de référence et à la surface soumise au contrôle. 3 - Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que les palpeurs du transducteur sont adaptés pour venir en appui à glissement contre la surface de référence et contre la surface soumise au contrôle. 4 - Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'au moins le palpeur sensible à la surface de référence est maintenu écarté de cette surface d'une distance constante. 5 - Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que la distance est maintenue par un appareil moteur relié au transducteur. 6 - Appareil selon la revendication 5 caractérisé en ce que ltap- pareil moteur est un moteur électrique. 7 - Appareil selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'ap- pareil moteur est alimenté par une source sensible à la distance entre le palpeur et la surface de référence. 8 - Appareil selon la revendication 7 caractérisé en ce que la source est sensible à un signal représentatif de la capacité entre le palpeur et la surface de référence. 9 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 et 8 caractérisé en ce que l'appareil moteur et la source forment une boucle fermée avec le palpeur. 10 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 caractérisé en ce que le déplacement relatif des palpeurs est comparé électriquement. 11 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 caractérisé en ce que le déplacement relatif des palpeurs est comparé optiquement. 12 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que l'élément tendu comprend au moins un filament. 13 - Appareil selon la revendication 12 caractérisé en ce que le filament est une tige ou un fil. 14 - Appareil selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'élément tendu est constitué par un faisceau de fibres de carbone. 15 - Appareil selon l'une quelconque des revendications n à 14 caractérisé en ce qu'un faisceau de filaments est enrobé dans un agent rigide. 16 - Appareil selon la revendication 15 caractérisé en ce que ledit agent est une résine polymérisable. 17 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 caractérisé en ce que l'élément est tendu entre des organes qui sont espacés d'au moins la longueur de la surface à jauger. 18 - Appareil selon la revendication 17 caractérisé en ce que leedits organes sont adaptés pour venir en contact avec la surface de la pièce à contrôler. - 19 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens adaptés pour contenir des informations représentatives de l'erreur entre la surface de référence et une surface étalon. 20 - Appareil selon la revendication 19 caractérisé en ce que les informations emmagasinées sont un multiple de l'erreur réelle. 21 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 19 et 20 caractérisé en ce que le jaugeage de la surface soumise au contrôle est corrigé en fonction des informations d'erreurs emmagasinées. 22 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 19 à 21 caractérisé en ce que les informations d'erreurssont emmagasinées mécaniquement ou électriquement. 23 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 22 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour produire une repré- sentation visuelle du profil de la surface.