Brevet FR2478313A1 — publié le 19810918

Procédé et dispositif de contrôle électro magnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique en mouvement. La présente invention concerne le contrôle non destructif de matériaux et d'articles et plus parti culierement elle concerne un procédé et un dispositif pour le contrôle électromagnétique des propriétés mé- caniques d'un objet ferromagnétique en mouvement. L'invention est applicable au contrôle des propriétés mécaniques de laminés d'acier au cours de leur fabrication. On connait des procédés employés pour le contrôle non destructif des propriétés mécaniques de matériaux et d'objets ferromagnétiques en mouvement (cf. brevet Grande-Bretagne NO 1 067 764). Ce brevet concerne un procédé et un dispositif pour déterminer la dureté de matériaux ferromagnétiques. Le procédé consiste à aimanter par impulsions le matériau à contrôler à l'aide d'une tete d'aimantation, puis à relever le champ r- siduel à l'aide d'une tête de lecture. Animé du mouvement, l'objet à contrôler (un matériau ou un produit) est en vibration et, si c'est un objet cylindrique, il tourne autour de son axe de symétrie. Dans tous les cas, on constate un changement de l'espace entre le matériau à contrôler et la tête de lecture. Les variations du signal dues au changement de l'espace entre l'objet à contrôler et la tête de lecture sont en partie compensées grâce à la modification de l'amplitude des impulsions d'aimantation réalisée à l'aide d'une contre-réaction. Cette réaction est réalisée sous forme d'un enroulement d'effacement sur la tete d'aimantation. Toutefois, le procéda en question ne permet pas d'obtenir des résultats stables de contrôle parce que objet à contrôler n'est pas porté à la saturation magnétique. Or, il n'est pas utile de le porter à la saturation magnétique, celle-ci mettant hors jeu la contre-réaction. Le caractère instable des résultats se fait le plus sentir en cas de contrôle d'objets d'une épaisseur considérable. D'autre part, il n'est possible de réduire l'influence de la variation dudit espace que dans un intervalle étroit, lorsque le signal dû aux changements de l'espace est beaucoup plus faible que le signal qui véhicule l'information sur les propriétés mécaniques de l'objet à contrôler. On connait aussi un procédé de contrôle non destructif d'articles métalliques (cf. certificat d'auteur d'URSS NO 340 954) selon lequel le courant d'excitation d'une ferrosonde de mesure de gradient servant de con vernisseur de lecture varie proportionnellement au changement de la capacité d'un capteur de jeu. Un tel mode de suppression de l'influence provenant des changements de l'espace n'est possible que dans une marge bien réduite, du fait que la relation entre le signal à la sortie du capteur de jeu et la grandeur du jeu n'est pas linéaire et que la relation entre le signal à la sortie de la ferrosonde de mesure et le courant d'excitation de celle-ci n'est pas linéaire non plus. On connait encore un dispositif pour le contrôle électromagnétique de matériaux ferromagnétiques en mouvement (cf. certificat d'auteur d'URSS NO 696 369) comportant des éléments d'aimantation disposés symétriquement par rapport à l'objet à contrôler. Lesdits éléments d'aimantation, qui magnétisent des secteurs de l'objet à contrôler jusqu'à saturation, sont montés de manière que les champs qu'ils engendrent soient opposés l'un à l'autre. Les signaux perçus par des capteurs magnétosensibles disposés symétriquement à l'objet à contrôler arrivent à l'entrée d'un totalisa teur. Ce dernier totalise lesdits signaux et les envoie à un appareil d'enregistrement. L'objet à contrôler se déplace dans le champ des éléments d'aimantation et entre les capteurs magnétosensibles. On fait passer, à travers les enroulements des éléments d'aimantation, un courant impulsionnel qui crée des repères magnétiques portant l'information sur les propriétés mécaniques de l'objet à contrôler. On choisit la grandeur des impulsions d'aimantation de telle sorte que l'objet à contrôler puisse être porté à saturation. Les repères magnétiques passent entre les capteurs magnétosensibles et y induisent des signaux. Lorsque le matériau à contrôler passe exactement au milieu des capteurs magnétosensibles, ceux-ci délivrent des signaux égaux. Le signal à la sortie du totalisateur est égal à la somme des signaux parvenant à ses entrées depuis les capteurs magnétosensibles. Lorsque l'objet à contrôler en mouvement s'écarte de l'axe de symétrie des capteurs, certains de ces derniers auront les signaux induits plus forts et les autres plus faibles, mais la somme de ces signaux en cas d'amplitude faible de vibration restera constante pour les memes propriétés mécaniques de l'objet à contrôler. Cependant, en cas d'amplitude importante de vibrations, la précision des résultats de contrôle accuse une baisse sensible. En cas d'une telle vibration, la. valeur du signal à la sortie du capteur magnétosensible par rapport à la distance jusqu'à l'objet à contrôler (voire aux écarts de celui-ci) est en relation non pas linéaire mais quasi-exponentielle parce que c'est ce caractère justement que porte le rapport entre la valeur du champ magnétique résiduel et la distance à l'objet à contrôler. C'est pourquoi, en cas d'écart de l'objet à contrôler vers un des capteurs magnétosensibles, le signal à la sortie de ce dernier est augmenté d'une valeur plus grande que celle dont diminue le signal à la sortie de l'autre capteur ma gnétosensible. Il s'ensuit que le signal délivré par le totalisateur est toujours plus grand qu'en l'absence d'écarts.Ceci réduit la précision du contrôle et rétrécit la marge de la suppression éventuelle de l'influence due aux écarts vibratoires de l'objet à contrôler. L'invention vise un procédé et un dispositif de contrôle électromagnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique en mouvement qui permettent, en supprimant l'influence que la vibration de l'objet à contrôler autour de son axe longitudinal exerce sur le résultat de contrôle, d'améliorer, dans une large gamme, la stabilité et la précision des résultats de contrôle. Le problème posé est résolu à l'aide d'un procédé de contrôle électromagnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique en mouvement consistant à aimanter l'objet à contrôler par un champ impulsif, à relever les gradients de champ magnétique résiduel, à totaliser ces derniers et à apprécier, d'après la somme obtenue, les propriétés mécaniques de l'objet, ledit procédé étant caractérisé, selon l'invention, en ce que, avant de les totaliser, on convertit les résultats de relèvement des composantes normales des gradients de champ magnétique résiduel suivant la loi logarithmique et on convertit la somme obtenue après totalisation suivant la loi antilogarithmique. Le problème posé est également résolu à l'aide d'un dispositif de contrôle électromagnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique en mouvement, comportant des éléments magnétisants disposés symétriquement à l'objet à contrôler et montés de fa çon que les champs magnétiques qu'ils créent soient onnosés l'un à l'autre, des capteurs magnétosensibles symétriques à l'objet à contrôler et reliés électriquement aux entrées d'un totalisateur dont la sortie est associée à celle du dispositif, ledit dispositif étant caractérisé, selon l'invention, en ce qu'il est doté de convertisseurs de signal électrique suivant la loi logarithmique, servant à matérialiser la liaison desdits cafteurs magnétosensibles avec les entrées dudit totalisateur, la sortie du totalisateur étant associée à celle du dispositif par l'intermédiaire d'un convertisseur de signal électrique suivant la loi antilogarithmique. De la sorte, on réduit considérablement l'influence qu exercent les écarts vibratoires de l'objet à contrôler sur les résultats de contrôle, grâce à la Drise en considération du caractère quasi-exponentiel que revêt la relation entre la composante normale du champ magnétique rémanent (et du gradient de celui-ci) et la distance jusqu'à l'objet à contrôler. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un exemple de conception d'un dispositif pour la réalisation d'un procédé selon l'invention ;; - la figure 2 représente la relation entre le signal de sortie d'un élément magnétosensible (ferrosonde de mesure de gradient) et la distance jusqu'à la surface de l'objet à contrôler pour trois objets d'acier aux propriétés mécaniques différentes - la figure 3 représente la relation entre le loqarithme du signal de sortie d'un élément magnétosensible et la distance jusqu'à la surface de l'objet à contrôler pour les mêmes objets d' acier - la figure 4 illustre les résultats obtenus en supprimant l'influence exercée par des écarts de l'objet à contrôler par rapport à l'axe de son mouvement pour le procédé connu et pour le procédé proposé de contrôle. Un procédé selon- l'invention est réalisé comme suit. En se servant d'un système d'aimantation connu, on porte sur l'objet à contrôler en mouvement, par exemple une barre, des repères magnétiques qui transportent l'information quant aux propriétés mécaniques de l'objet. Le rôle de système d'aimantation peut être tenu par exemple par un générateur d'impulsions de courant à la sortie duquel on relie des bobines d'aimantation entourant la barre. Au cours de l'aimantation, on choisit la valeur des impulsions d'aimantation de manière à pouvoir porter à la saturation magnétique l'objet à contrôler dans la zone d'aimantation. Lorsque l'objet à contrôler se déplace symétriquement aux capteurs magnétosensibles disposés sur son périmètre, les signaux induits dans lesdits capteurs magnétosensibles sont égaux entre eux et le signal total est égal au produit du signal à la sortie d'un des capteurs magnétosensibles par le nombre de convertisseurs. Lorsque l'objet à contrôler en mouvement est asymétrique par rapport aux capteurs magnétosensibles, les signaux induits dans ces derniers varient mais la somme des logarithmes de ces signaux, après le calcul des antilogarithmes, restera constante Dour les memes propriétés mécaniques de l'objet à contrôler. L'exemple préférentiel de réalisation du procédé proposé prévoit que le nombre des paires des convertisseurs de lecture ne soit pas inférieur au nombre des degrés de liberté de vibration de l'objet à contrôler. L'exemple de réalisation du procédé qui vient d'etre décrit nour le cas où l'objet à contrôler à un seul degré de liberté de vibration peut être matérialisé à l'aide du dispositif représenté à la figure 1. Ce dernier comprend un générateur 1 d'impulsions de courant aux sorties duquel on a couplé des bobines d'aimantation 2. Lesdites bobines sont reliées entre elles de manière que les flux magnétiques impulsifs qu'elles créent soient opposés l'un à l'autre, ce qui permet, lors du choix de la distance optimale entre les bobines d'aimantation, d'obtenir le gradient maximal de la comnosante normale du champ magnétique rémanent et d'améliorer la sensibilité du procédé. Un objet à contrôler 3 se déplace à l'intérieur de ces bobines. La figure 1 montre aussi deux capteurs magnétosensibles 4 dont les fonctions sont remplies par exemple par des ferrosondes de mesure de gradient ou des cellules de Hall. Ces capteurs magnétosensibles forment une Daire située sur la droite le long de laquelle ont lieu les écarts vibratoires de l'objet à contrôler. Les capteurs magnétosensibles 4 sont reliés, par l'intermédiaire de détecteurs de crête 5, à des convertisseurs 6 de signal électrique suivant la loi logarithmique. Les sorties de ces convertisseurs sont couplées aux entrées d'un totalisateur 7 dont la sortie est raccordée, par l'intermédiaire d'un convertisseur 8 du signal électrique suivant la loi antilogarithmique, à un appareil d'enreqistrement 9. Le dispositif fonctionne comme suit. Les bobines d'aimantation 2 agissant à un rythme donné engendrent, dans l'objet à contrôler 3, des zones d'induction résiduelle qui transportent l'information sur les propriétés mécaniques de l'objet à contrôler. Les impulsions d'aimantation ont une valeur qui permet d'atteindre la saturation magnétique dans la zone créée d'induction résiduelle. Lesdites zones passent entre les capteurs magnétosensibles 4 en y induisant des signaux qui sont envoyés aux détecteurs de crete 5. Après avoir franchi la zone d'induction résiduelle, les signaux à la sortie des détecteurs de crête 5 ne seront pas égaux à cause d'écarts vibratoires de l'objet à contrôler. On aura, à la sortie d'un capteur magnétosensible 4 le signal U4 et a la sortie du second capteur magnétosensible le signal U'4.Ces signaux arrivent aux entrées des convertisseurs 6 qui les transforment selon la loi U6 = lnU5 (U6 = signal à la sortie du convertisseur ;U5 = signal à l'entrée de celui-ci). Les signaux délivrés par les convertisseurs 6 attaquent les entrées du totalisateur 7 à la sortie duquel le signal est égal à la demi-somme des signaux d'entrée : U7 = 2 (lnU5 + lu'5). Partant du totalisateur 7, le signal est appliqué à l'entrée du convertisseur 8. A la sortie de ce dernier, le signal est défini comme U8 = e 12 (lnU5 + lnU'5). C'est ce signal qui arrive à l'appareil d'enregistrement 9. D'après la valeur de ce signal, on apprécie les propriétés mé- caniques de l'objet à contrôler. La figure 2 représente la relation entre le signal de sortie U du capteur magnétosensible (f errosonde de mesure de gradient) et la distance L jusqu'à la surface de l'objet à contrôler pour trois articles d'acier aux propriétés mécaniques différentes. A,B,C sont les trois courbes qui correspondent à ladite relation pour ces articles. La figure 3 représente la relation entre le signal de sortie U du convertisseur logarithmique ayant un capteur magnétosensible à son entrée et la distance entre ce capteur et la surface de 1' objet à contrôler pour les memes articles d-'acier. Comme on le voit à la figure 2, les signaux aux sorties des capteurs magnétosensibles sont en relation quasi exponentielle avec la distance à l'objet à contrôler, tandis que la relation (courbes A', B', C') entre les logarithmes de ces signaux et cette même distance est pratiquement linéaire (figure 3). C'est pourquoi, avant de les totaliser, il y a lieu de convertir les signaux suivant la loi logarithmique, puis convertir la somme obtenue suivant la loi antilogarithmique. I1 en résulte une réduction au minimum de l'influence des écarts vibratoires de l'objet à contrôler sur les résultats de contrôle dans une large étendue. On l'explique à l'aide de la figure 4 dans laquelle le pointillé représente les courbes A", B", C" obtenues lors de la réalisation du procédé connu et les courbes A"', B"', C"' obtenues à l'aide du procédé selon l'invention. On voit que si la distance entre les capteurs magnétosensibles est de lo cm, le procédé connu assure un signal constant avec une précision de 5 % pour des écarts de l'objet à contrôler de + 1 cm par rapport à sa position centrale. Le procédé proposé ne fait pas une erreur supérieure à 1,5 % lors des écarts de l'ob- jet à contrôler dans les memes marges. Le procédé proposé permet de réduire de plusieurs fois l'erreur qui. apparait lors du contrôle des propriétés mécaniques d'objets ferromagnétiques, au cours de la fabrication de ceux-ci, à cause d'écarts vibratoires de l'objet à contrôler en mouvement et qui est liée au caractère quasi exponentiel de la relation entre les signaux des convertisseurs de lecture et la distance de l'objet à contrôler. La sensibilité du procédé proposé envers les propriétés mécaniques ne diminue pas par rapport au procédé connu, étant donné qu'en l'absence d'écarts, ils donnent les mêmes résultats. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens dncrits, ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle électromagnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique en mouvement, consistant à aimanter l'objet à contrôler-par un champ magnétique impulsif, à relever les gradients de champ magnétique résiduel, à totaliser ces derniers et à apprécier, d'après la somme obtenue, les propriétés mécaniques de l'objet à contrôler, caractérisé en ce qu'avant de les totaliser, on convertit les résultats de relèvement des composantes normales des gradients de champ magnétique résiduel de l'objet à contrôler suivant la loi logarithmique et on convertit la somme obtenue après totalisation suivant la loi antilogarithmique. 2. Dispositif de contrôle électromagnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique en mouvement, comportant des éléments magnétisants (2) disposés symétriquement par rapport à l'objet à contrôler (3) et montés de façon que les champs magnétiques qu'ils créent soient opposés l'un à l'autre, des capteurs magnétosensibles (4) symétriques tar rapport à l'objet à contrôler et reliés électriquement aux entrées d'un totalisateur (7) dont la sortie est associée à celle du dispositif, caractérisé en ce qu il est doté de convertisseurs (6) de signal électrique suivant la loi logarithmique, matérialisant la liaison électrique desdits capteurs magnétosensibles (4) avec les entrées dudit totalisateur, la sortie du totalisateur (7) étant associée à celle du dispositif par l'intermédiaire d'un convertisseur (8) de signal électrique suivant la loi antilogarithmique.