Brevet FR2493991A1 — publié le 19820514

La présente invention est relative au contrôle le non destructif de produits métalliques par courants de Foucault au moyen d'une sonde ponctuelle devant laquez le défile le produit. Elle s'applique en particulier au contrôle de barres rondes a l'intérieur d'une dresseuse faisant partie d'une chaîne d'étirage et conférant à ces barres un mouvement hélicoldal de défilement. I1 a été proposé (brevet FR 2 218 146) d'intégrer une sonde comportant deux enroulements en série dans une dresseuse, à l'emplacement od les vibrations de la barre sont minimales et où la vitesse de défilement est constante. La sonde est appliquée élastiquement sur la barre et rétractée lors de l'entrée et de la sortie de celle-ci. Cette solution présente de graves inconvénients: - lorsque des produits à controler se déplacent, notamment dans le cas des dresseuses, ils soumettent leurs organes de guidage à des chocs importants lors de leur entrée et de leur sortie. Ces chocs peuvent endommager le dispositif de mise en appui de la sonde; - en cours de contrôle, la sonde peut être endommagée par de gros défauts de la barre; - un dérèglement ou une avarie du système de commande de mise en contact des sondes peut entraîner leur destruction immédiate; - la présence et l'accumulation de boues, résultant du mélange des liquides de lubrification avec les particules métalliques "décollées" du produit par les contraintes de dressage, sont de nature à empêcher très rapidement le fonctionnement des mécanismes de commande des sondes;; - le principe d'effacer les sondes à l'entrée et à la sortie élimine le contrôle d'une zone importante aux extrémités de la barre. I1 serait souhaitable de pouvoir utiliser une sonde qui ne soit pas en contact avec le produit: on pourrait alors inspecter la qasi-totalité de la barre sans qu'aucun dispositif de déplacement de la sonde soit nécessaire et sans risque d'endommager cette sonde. Cependant, on ne peut pas se contenter d'éloigner du produit la sonde du brevet français précité. En effet, dans ce cas, les variations de distance entre le produit et la sonde suivant les conditions de réglage de la dresseuse, lesquelles sont fcncXiondes caractéristiques mécaniques désirées, les différences d'élévation de tempé- rature et d'état de contraintes du produit suivant ce réglage, ainsi que les petites vibrations inévitables du produit, rendent difficile l'obtention d'une sensibilité de détection constante, d'autant plus que l'intervalle entre la sonde et le produit a pour conséquence un mauvais couplage électro-magnétique. L'invention a donc pour but de fournir un procédé de détection permettant d'utiliser industrielle- ment une sonde maintenue hors de contact avec le produit à contrôler. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détection par courants de Foucault de défauts dans un produit métallique défilant devant une sonde ponctuelle comprenant deux enroulements en surie, notamment à l'intérieur d'une dresseuse, caractérisé en ce qu'on dispose les deux enroulements de façon asymétrique par rapport au produit à contrôler, on engendre un champ électro-magnéique alternatif symétriquement dans ces deux enroulements, on mesure la tension induite aux bornes des deux enroulements, et on détecte les variations de l'argument du vecteur tournant représentatif de cette tension par rapport au vecteur tension inductrice. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procéde. Ce dispositif comprend au moins une sonde comprenant les deux enroulements en série disposés à des distances différentes du produit, un enroulement inducteur disposé de façon à engendrer dans les deux enroulements des champs magnétiques opposés, des moyens de captage de la tension aux bornes de ces deux enroulements, et un circuit électronique de détection de la variation de l'argument du vecteur représentatif de cette tension par rapport à la tension inductrice. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, qui en représentent seulement un mode d'exécution. Sur ces dessins: la Fig. 1 est une vue schématique d'une sonde destinée à la mise en oeuvre de l'invention; les Fig. 2 à 5 sont des diagrammes illustrant le procédé de détection de l'invention; la Fig. 6 est un schéma d'implantation d'une sonde dans une dresseuse; la Fig. 7 est une vue en perspective du positionnement de deux sondes pour la mise en oeuvre de l'invention; les Fig. 8A à 8C sont des courbes illustrant le traitement des informations fournies par les deux sondes de la Fig. 7; les Fig. 9A à 9C constituent ensemble un schéma du circuit électronique de traitement des signaux. La sonde 1 de la Fig. 1 a la forme d'un H perpendiculaire au produit métallique 2 à controler, qui défile devant elle en mouvement relatif. Les deux branches 3 du H se terminent à la même distance du produit 2, et son âme 4 est parallèle à ce dernier. L'amie 4 porte un enroulement inducteur 5, tandis qu'une branche 3 porte deux enroulements 6, 7 montés en série, placés symétriquement par rapport à l'enroulement 5 et enroulés dans le même sens. L'enroulement 5 est relié à une source de tension alternative et engendre à chaque instant un champ magnétique dans les deux moitiés du H. Ce champ traverse en sens inverses les enroulements 6 et 7, comme illustré à la Fig. 1. La variation de ce champ induit dans les enroulements 6 et 7 des f.é.m.alternatives. En l'absence du produit 2, les f.é.m. induites s'annulent, de sorte qu'aucun signal électrique n'est engendré aux bornes des deux enroulements 6 et 7. Par contre, lorsque le produit 2 coupe les lignes de flux magnétique, il est le siège de courants de Foucault qui, à leur tour, créent un champ magnétique variable influençant essentiellement le flux magnétique le plus proche. La f.é.m. induite dans l'enroulement 6 le plus proche du produit 2 est donc modifiée, de sorte qu'un signal de tension alternative V apparaît aux bornes des deux enroulements 6 et 7. Cette tension alternative peut être représentée par un vecteur tournant V (Fig. 2) de module r et d'argument ou dephasage e par rapport au vecteur tension inductrice .Les valeurs de r et de e dépendent de la distance D du produit 2 à la sonde 1. On a représenté à la Fig. 2 le lieu des extrémités du vecteur V, l'origine O correspondant à une distance infinie et les points V1 à V4 à des distances D de plus en plus faibles. Le passage d'un défaut du produit 2 proche de la surface de celui-ci provoque une modification rapide # r, # # du vecteur V. La Demanderesse a constaté que la valeur de A e est indépendante de -la distance D pour un défaut donné, c'est-à-dire que /N 2= e2 83=/\ 94. De plus, un choix judicieux de la fréquence de la tension inductrice permet d'annuler pratiquement /\ r et donc de garantir que le déplacement du point représentatif est perpendiculaire au rayon-vecteur. La Fig. 4 montre dans cette hypothèse le lieu des points respectifs V'1 à V'4 au passage du défaut. Cette constatation fournit ainsi une méthode de détection des défauts qui n'est pas affectée par les variations de distance entre la sonde et le produit: on extrait l'argument e du signal obtenu aux bornes des enroulements 6 et 7, et on détecte les variations e. Cette méthode annule également les effets des variations de température et d'état de contraintes du produit 2 dues au réglage de la dresseuse, car ces effets ne se font sentir pratiquement que sur la valeur de a et de r mais non sur celle de n e. Toutefois, ceci suppose une annulation parfaite du signal, c'est-a-dire un équilibrage parfait en l'absence du produit 2. En effet, comme on le voit à la Fig. 5, un déséquilibre initial, provoqué par la présence des masses métalliques avoisinantes, correspond à un déca lage de l'origine pour les courbes lieux des points V1 à V4 et V'1 à V'4, ce qui conduit à une valeur non constante de # #. Il est donc important d'effectuer une mesure préalable en l'absence du produit 2 et d'engendrer et d'appliquer aux bornes des enroulements 6 et 7 une tension alternative opposée à la tension obtenue. La Fig. 6 montre l'implantation de la sonde dans une dresseuse à deux galets.La dresseuse comprend un galet cylindrique 8 et un galet hyperbolique 9 tournant dans le même sens et dont les axes horizontaux sont obliques, orientés en sens opposés et coupent le plan vertical de symétrie P de la machine dans un même plan transversal qui ut le plan de la Fig.6. La sonde 1 est située dans ce plan transversal, ou au voisinage de ce plan, en pratique dans les limites des galets 8 et 9 pour avoir une vibration acceptable du produit 2. La machine comporte de plus deux réglettes horizontales fixes de guidage 10 et 11. En service, la réglette 10 qui fait face au sens de rotation du galet hyperbolique 9 n'est attaquée que par les extrémités du produit 2, alors que la partie courante de celui-ci ne vient en contact que c la réglette 11 opposée. La sonde 1 est noyée dans la réglette 10 et est protégée par une pièce interchangeable 12. En pratique1 on superpose deux sondes la et 1b symétriquement par rapport au plan horizontal de défilement horizontal du produit 2, comme représenté à la Fig. 7. Ainsi, tous les phénomènes perturbateurs qui peuvent produire des signaux de variation de l'angle e (variations de structure du produit, vibrations, etc.) sont perçus de la même façon et simultanément par les deux sondes, tandis que les défauts du produit 2 agissent sur elles de la même façon mais avec un léger décalage dans le temps du fait du mouvement hélicoïdal précite. On a ainsi représenté à la Fig. 8A, pour la sonde la, les variations de a en fonction du temps t: à partir d'une valeur ea fonction du réglage de la dresseuse, on a indiqué l'effet d'une vibration du produit (# #,a)et du passage d'un défaut (#/#a); la Fig. 8E est la courbe correspondante En pratique, on définit un coefficient de pondération K, voisin de 0,5 , choisi de façon à compenser les différences de réponse entre les circuits des deux sondes,et on calcule # # = K #a-(1-K)#b. De plus,notamment pour les barres de gros diamètre,il est avantageux que les deux sondes la,lb soient décalées longitudinalement de fa çon à augmenter la longueur de barre qu'elles couvrent.De préférence égalerrnt,l'épaisseur totale de la ou des deux sondes est au plus égale au diamètre de la barre 2. L'expérience montre que cette méthode,combinée avec un filtrage passe-haut à pente élevée de façon à ne conserver que les composantes à variation rapide des signaux, donne d'excellents résultats dans l'évaluation des défauts, même dans le cas où le couplage magnétique entre la sonde et le produit à contrôler n'est pas optimal. Pour mieux évaluer l'importance des défauts du produit contrôlé, on peut utiliser plusieurs couples de sondes la-lb justaposés le long de l'axe de défilement du produit de part et d'autre du plan transversal de la Fig. 6; tous ces couples peuvent être incorporés à une même réglette 10 et protégés par une pièce 12 commune. On décrira ci-dessous en regard des Fig. 9A à 9C l'appa reillage électronique de détection associé à deux couples de sondes la-lb et 1C-ld Sur ces Fig. 9A à 9C, on a représenté en traitsmixtes les liaisons mécaniques, en pointillé les liaisons analogiques et en traits pleins les liaisons logiques. L'ensemble du circuit électronique peut être connecté par quatre commutateurs 13 soit aux quatre sondes la à 1d soit à quatre autres sondes analogues 1 ,a à ld disposées de la même façon mais en un emplacement exté rieur à la dresseuse. Ces quatre autres sondes servent à réaliser l'étalonnage du circuit par balayage d'un tron çon de barre entraîné en rotation mais fixe en transla tion et possédant un défaut bien défini. Un oscillateur 14 alimente par l'intermediai- re d'amplificateurs de puissance 15 l'un ou l'autre des deux groupes de quatre sondes. Dans une application réel- le, on a réglé la fréquence de l'oscillateur 14 sur 100 kHz, ce qui conduit à des variations pratiquement purement angulaires du vecteur V. Les tensions V recueillies aux bornes de chaque sonde, après avoir été préamplifiées par un module de préamplification incorporé à chaque sonde, sont en voyees vers l'armoire de traitement contenant le circuit électronique. La chaine de traitement de chaque sonde comprend tout d'abord, en aval du commutateur 13 correspondant: - un récepteur 16 qui a pour rôle principal de compenser rigoureusement la tension résiduelle de la sonde; et - un phasemètre-redresseur 17 qui extrait les coordonnées polaires du signal provenant du récepteur 16, à savoir le module r et l'argument e. Cet argument est fourni par rapport au vecteur tension inductrice de réfé- rence correspondant au fonctionnementde~l'oscillateur 14. En l'absence de produit, si r f 0,' on synthétise au moyen de l'oscillateur 14 un vecteur de composantes (R, J) qui annule le vecteur analysé par le phasemètre-redresseur 17. Ensuite, en cours de contrôle d'une barre, le module r est fourni à un circuit de détermination de position 18 commun aux quatre sondes. Les arguments e correspondant à deux sondes d'un même couple, par exemple 1a et 1b, sont combinés dans un circuit de calcul 19 dont la sortie, qui correspond à e B = K a ~ (1-K) eb, est filtrée par des filtres passe- bas 20 et passe-haut 21 à pente raide, de manière à ne conserver qu'une bande passante déterminée correspondant aux signaux de défauts recherchés. Les signaux sont ensuite amplifiés par un amplificateur 22 et parviennent à un interrupteur 23. Le circuit 18 compare les modules r à des valeurs correspondant à deux distances prédéterminées minimale dm et maximale dM et sort quatre informations lo da d giques da à dd. Si la distance du produit 2 à la sonde concernée est supérieure à dM, on considère que ce produit est absent; si elle est inferieure à dm, ceci correspond à une usure excessive de la pièce de protection 12. Les passage de l'une des informations da à dd de 0 à 1 correspond à une distance produit - sonde comprise entre dîma et dM, c'est-a-dire à la présence d'une barre devant la sonde et à une bonne protection de celle-ci,et ferme l'interrupteur 23, ce qui évite de traiter plus avant les signaux erratiques apparaissant en l'absence de barre. On supposera dans la suite que l'interrupteur 23 est fermé. Après filtrage dans un filtre passe-haut 24, le signal aborde la partie logique du circuit electroni- que en arrivant à deux comparateurs 25, 26 où il est comparé respectivement à deux seuils. En position "etalon- nage", le comparateur 25 reçoit un seuil Y1 et le comparateur 26 un seuil de + 15 Volts très supérieur aux signaux pouvant être reçus, de sorte que seul le premier comparateur fournit des signaux de sortie . En position "contrôle", les deux comparateurs reçoivent des seuils Y1 et Y2 correspondant à deux degrés de sévérité du contrôle. Les quatre seuils précités sont obtenus au moyen d'un double commutateur 27 couplé aux commutateurs 13. La sortie de chaque comparateur 25, 26,appliquée à une entrée de deux portes ET 28,29 respectivement, fournit ainsi des signaux logiques représentatifs de phenomènes perturbateurs d'amplitude au moins égale à une valeur prédéterminée. La suite du circuit sert à détecter s'il s'agit ou non de défauts du produit. En effet, un signal de sortie des comparateurs 25, 26 peut être engendré non seulement par un défaut métallurgique du type recherché, mais également par l'influence des extrémités du produit à contrôler sur les sondes ou par un phénomène perturbateur d'origine électrique ou mecanique. On s'intéressera tout d'abord aux extrémités de la barre. On a vu que l'extrémité avant de la barre devant une sonde fait passer le signal d correspondant de 0 à 1. Cette information logique est appliquée à la deuxième entrée des portes ET 28, 29 après une temporisation T qui est fonction de la longueur L exclue du traitement à chaque extrémité de la barre. Plus précisément, cette temporisation correspond au défilement d'une longueur L de barre prédéterminée. Dans le cas d'une dresseuse à deux galets, on mesure avec une dynamo tachymétrique 30 associée à un potentiomètre d'ajustage 301 la vitesse du galet cylindrique 8. Cette tension, après pondération, est envoyée dans un convertisseur tension/fréquence 31 qui détermine la temporisation T, égale à un multiple de 1/F1 avec F1 = VG . K1/L où VG est la tension ajustée de la dynamo tachymétrique et K1.Vr la vitesse linéaire du produit 2. Ainsi: Ceci supprime les signaux non significatifs de début de contrôle correspondant à la longueur L en tête de barre. Les signaux restants sont envoyés d'une part, par une porte OU 32, à un circuit de corrélation 33, d'autre part à une entre de deux autres portes ET 34, 35 commandées par le circuit 33. L'autre entrée de ces portes ET reçoit la sortie des portes ET 28, 29 respectivement, et leurs sorties parviennent respectivement à deux registres à décalage 36, 37. Ces registres ont une fréquence propre égale à la valeur F1 indiquée plus haut et un temps de passage égal au temps T précité. Lorsque l'extrémité arrière de la barre franchit le couple de sondes la-lb , les signaux da et db reviennent à zéro . Ceci provoque la remise à zéro des registres 36 et 37 . Ainsi , les signaux entrant dans ces registres mais correspondant à la partie arrière de longueur L de la barre ne sortent pas des registres 36 et 37. Les signaux sortant des registres 36 et 37 sont combinés,à travers une porte OU 38, 39 respectivement,avec les signaux correspondants relatifs aux deux autres sondes 1c et îd,et parviennent à un dispositif 40 de comptage, mémorisation et commande de marquage. Diver ses décisions peuvent alors être prises quant au sort des barres contrôlées, suivant le nombre de défauts supérieurs aux deux seuils, ce grâce à des compteurs 41, à une commande de tri 42 et à une commande de marquage des barres 43 reliées au dispositif 40. Le dispositif 40 permet également d'évaluer les dimensions des défauts detectés. Le circuit de corrélation 33 est destiné à éliminer les signaux parasites d'origine électrique ou mécanique. Pour cela, ce circuit mémorise chaque signal reçu, puis à l'apparition d'un second signal, il vérifie que celui-ci correspond au même endroit sur la barre, ou à un autre endroit situé sur la même génératrice. Dans l'affirmative, et seulement dans ce cas, le signal est validé et traité comme correspondant à un défaut. Pour cela, le circuit 33, qui est commun aux deux couples de sondes la,lb et lC-ld, comprend un registre à décalage piloté par une fréquence propre pro portionnelle à la vitesse de rotation de la barre. Dans le cas d'une dresseuse à deux galets, cette fréquence est F2 = VG x K2/D, où D est le diamètre de la barre contrôlée, et est fournie par un convertisseur tension/ fréquence 44 relié à la dynamo 30. 11 est à noter que le facteur K2 incorpore l'inclinaison des galets, qui détermine le pas de l'hélice d'avance de la barre. Le temps de passage du registre à décalage précité est égal au temps de rotation de la barre 2. Ainsi, si un signal correspond à un défaut, il est appli qué à la deuxième entrée des portes ET 34 et 35 en même temps que le second signal parvient à la première entrée de ces portes. Celles-ci s'ouvrent donc en délivrant un signal logique dans la suite du circuit. I1 est encore prévu un dispositif 45 de surveillance des sondes qui vérifie le passage à peu pres simultané de 0 à 1 et de 1 à 0 des signaux da à dd. Ce dispositif est relié à des dispositifs de sécurité et d'alarme appropriés 46. Le dispositif électronique des Fig. 9A à 9C comporte un certain nombre de points-tests appropriés permettant de mesurer les signaux en ces points. Ces points-tests n'ont pas été représentés, dans un but de clarté. En variante, la forme de chaque sonde peut différer d'un H. En particulier, la sonde peut comporter une branche supplémentaire perpendiculaire au produit 2, la branche médiane portant les deux enroulements 6 et 7. Bien entendu, l'invention s'applique au contrôle de produits métalliques autres que des barres rondes tels que des barres ayant une autre forme en section ou des feuillardS. De plus, en variante, le produit contrôlé peut être fixe et la ou les sondes mobiles de façon à balayer toute la surface du produit. En particulier, la sonde peut être montée sur un support rotatif pour contrôler une barre ronde se déplaçant en translation le long de l'axe de rotation de ce support. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de détection par courants de Foucault de défauts dans un produit métallique défilant devant une sonde ponctuelle comprenant deux enroulements en série, notamment à l'intérieur d'une dresseuse, carac térise en ce qu'on dispose les deux enroulements (6, 7) de façon asymetrique par rapport au produit (2) à contrôler, on engendre un champ électro-magnétique alternatif symétriquement dans ces deux enroulements, on mesure la tension (V) induite aux bornes des deux enroulements, et on détecte les variations ( G) de l'argument (o) du vecteur tournant représentatif de cette tension par rapport au vecteur tension inductrice 0. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérise en ce qu'on effectue une mesure préalable de la tension induite (V) en l'absence du produit métallique (2), on engendre un vecteur tournant (R, J) opposé au vecteur tournant mesuré, et on additionne ce vecteur au vecteur (V) mesuré en cours de contrôle. 3.- Procedé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on effectue la mesure avec deux sondes analogues(1a,1b;1c,1d)décalées par rapport au sens de défilement du produit (2), et on soustrait les arguments (ea, Eb) des deux tensions induites mesurées, éventuellement avec pondération, de façon à annuler les variations dudit argument dues à des phénomènes qui intéressent simultanement les deux sondes. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on retire du signal (e) obtenu par ladite soustraction les composantes de fréquences les plus élevées et de fréquences les plus basses. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on détermine la fréquence de la tension inductrice de façon que le vecteur (V) représentatif de la tension induite subisse à peu près uniquement une variation d'argument ( e) lors du passage d'un défaut. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on positionne la ou chaque sonde (1 a à 1d) à une certaine distance (D)du produit métallique (2). 7.- Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérise en ce qu'il comprend au moins une sonde (1 à ld) comprenant les deux enroulements (6 7) en série disposes à des distances différentes du produit (2), un enroulement inducteur (5) disposé de façon à engendrer dans les deux enroulements des champs magnétiques opposés, des moyens de captage de la tension (V) aux bornes de ces deux enroulements, et un circuit électronique (16 à 40) de détection de la variation de l'argument (#) du vecteur représentatif de cette tension par rapport au vecteur tension inductrice. (). 8.- Dispositif suivant la revendication 7, destiné à être intégré à une dresseuse à deux galets, caractérisé en ce que la sonde (1a à 1d) est noyée dans l'organe de guidage (10) de la dresseuse situé face au sens de rotation du galet hyperbolique (9) et est proté- gée par une pièce remplaçable (12). 9.- Dispositif suivant l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend un jeu de sondes d'étalonnage(l'a à l'd) disposé à l'extérieur de la dresseuse, un jeu analogue de sondes de contrôle (1 à 1d) disposé dans la dresseuse, et des moyens (13) pour relier sélectivement à l'un ou l'autre de ces jeux de sondes le circuit électronique (16 à 40). 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le circuit électronique (16 à 40) comprend une première partie d'analyse de signaux du type analogique (16 à 24) conduisant à un comparateur à seuil (25, 26 ), puis une deuxième partie de type logique (25 à 40). 11.- Dispositif suivant la revendication 10, destiné à être intégré à une dresseuse à deux galets, caractérisé en ce que la partie logique (25 à 40) du circuit électronique (16 à 40) comporte un circuit de corrélation (33) afin de ne conserver que les signaux apparaissant deux fois lors de deux passages successifs d'une meme génératrice du produit (2) devant la sonde (1 , 1 ) . 12.- Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le circuit de corrélation (33) comprend un registre à décalage dont le temps de traversée est égal au temps de rotation du produit (2). 13.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la partie logique ( 25 à 40) du circuit électronique (16 à 40) comprend des moyens (36, 37) pour éliminer les signaux correspondant à des longueurs prédéterminées 14.- Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens d'élimination de tête de produit comprennent une temporisation (T) égale au temps de défilement de la longueur de tête prédéterminée (L). 15.- Dispositif suivant l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que les moyens d'élimination de queue de produit comprennent un registre à décalage final (36, 37) dont le temps de passage est égal au temps de défilement de la longueur de queue prédéterminée (L) , des moyens (1a à 1d,184)pour détecter le passage de la queue de barre devant la sonde, et des moyens pour ramener à zéro le registre à décalage final (36,37) sous la commande de ces moyens (1a à 1d,18).