Brevet FR2515810A1 — publié le 19830506

O PROCEDE DE MESURE DIMENSIONNELLE DE POUTRELLES METALLIQUES. La présente invention concerne un proc Mdé de mesure dimensionnelle de poutrelles métalliques et un appareil de mise en oeuvre de ce proce- dé. Les poutrelles (on désigne par ce vocable les profilés en "H" et en "I") sont généralement utilisées en étant assemblées les unes aux autres, pcr exemple, pgr soudoge ou boulonnao Ces deux sortes assem- blage exigent une exactitude dimensionnelle sévère des poutrelles au cours de leur fabrication par laminage Toutefois, le laminage des pou- trelles s'accompagne d'un risque d'entraîner des défauts dimensionnels, par exemple, de la façon suivante: Au cours du laminage des poutrelles dans une cage universelle, l'élargissement des ailes étant laissé libre, la symétrie des poutrelles n'est pas assurée suffisamment La table et les outillages d'entrée de la cage universelle jouent un rôle important pour le réglage de la symétrie des poutrelles Toutefois, en raison des imprécisions sur la largeur des ailes des ébauches initiales et du fait 4 que cette largeur s'accroit à chaque passe, la table de rouleaux amenant les poutrelles à la cage n'est pas forcément réglée dans une position permettant d'enga- ger la poutrelle de façon symétrique Pour la même raison, les défauts dimensionnels des poutrelles ne peuvent pas être corrigés complètement par la cage finisseuse. Or, les poutrelles sont utilisées telles quelles à leur sortie de l'usine de laminage, sans qu'aucune opération complémentaire puisse en corriger les défauts dimensionnels éventuels Si on trouve des défauts dimensionnels des poutrelles en cours de construction, par exemple, de bâtiments, on est parfois obligé d'arrêter la construction pour rempla- cer les poutrelles non conformes C'est ainsi qu'on a besoin d'effectuer une mesure dimensionnelle exacte des poutrelles à l'usine de laminage soit en vue de les classer par leur exactitude dimensionnelle avant leur envoi à la clientèle, soit pour pouvoir intervenir en correction par ré- glage des paramètres de marche du laminoir. Le but de la présente invention est de résoudre les problèmes ci- dessus et de fournir un procédé de mesure dimensionnelle de poutrelles métalliques et un appareil de mise en oeuvre de ce procédé. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de mesure dimensionnelle de poutrelles métalliques, du type de celles en 39 forme de "H" ou de " 1 " comportant une âme et deux ailes, caractérisé en 25158 1 O ce qu'il consiste à déterminer a) la hauteur de l'extrémité d'une aile de la poutrelle par rap- port à une référence donnée en émettant, d'un côté de ladite aile, un faisceau lumineux dirigé vers la face de l'aile de façon que le faisceau soit partiellement intercepté par ladite face, l'autre partie se propageant au delà de l'extrémité de l'aile dont on détermine le niveau et en détectant, de l'autre côté de l'aile, la position du lieu d'intersection entre la zonr c 1-n Irge et la zone non éclairée par le faisceau, b) la position et l'inclinaison sur la verticale de la face exté- rieure de ladite aile en effectuant une triangulation optique pour deux points au moins, situas à des niveaux différents sur la largeur de la- dite face extérieure, c) la position et l'inclinaison de la face de l'âme de la poutrel- le tournée vers l'extrémité de l'aile dont on détermine le niveau en ef- fectuant une triangulation optique pour deux points situés à des en- droits différents sur la largeur de ladite face de l'âme, d) et à calculer à partir des donn es ainsi recueillies la largeur de la demi- aile correspondant à l'extrémité dont on mesure le niveau On peut de cette façon en reproduisant la méthode pour chaque demi-aile déterminer la demi-largeur de toutes les demi-ailes de la poutrelle de même que la symétrie de celle-ci. On peut également, en reproduisant l'opération a) ci-dessus pour les deux extrémités d'une même aile-et en effectuant l'opération b) sur ladite aile, calculer la largeur de cette dernière. De même en reproduisant l'opération c) pour les deux faces de l'âme, on peut calculer l'épaisseur de celle-ci. A partir de ce résultat et de la largeur d'une aile obtenue comme indiqué précédemment et en effectuant l'opération a) pour une extrémité d'une aile ainsi que l'opération b) sur ladite aile, il est possible de calculer la largeur de la demi-aile correspondant à l'autre extrémité de ladite aile. On peut également, conformément à l'invention, calculer l'épais- seur de l'âme à partir des caractéristiques de la cage de poutrelle. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil de mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend; l au moins un couple optique constitué par un émetteur de lu- mière disposé entre les deux ailes de la poutrelle et dont le faisceau lumineux est dirige vers la face intérieure d'une aile de façon qu'une 39 partie seulement dudit faisceau soit interceptée par cette dernière, 25158 1 O l'autre partie se propageant au delà de l'extrémité de l'aile et par un récepteur optique disposé en regard de l'émetteur du côté de la face ex- térieure de l'aile et sur le trajet de la partie du faisceau non inter- ceptée et délivrant un signal représentatif de la hauteur du lieu de transition entre la zone éclairée et la zone non éclairée par le faisceau sur le récepteur, 2 des moyens de triangulation optique pour déterminer la posi- tion et l'inclinaison de ladite aile par réflexion de rayons lumineux sur la face extérieure de celle-ci en deux points décalés sur la largeur de ladite aile et délivrant un signal représentatif desdites position et inclinaison, 3 des moyens de manipulation optique pour déterminer la position et l'inclinaison de la face de l'âme de la poutrelle tournée en regard de l'émetteur, par réflexion de rayon lumineux sur ladite face en deux points décalés sur la largeur de l'âme et délivrant un signal représentatif desdites position et inclinaison, 4 et un système de traitement électronique pour calculer à par- tir des signaux la largeur de la demi-aile au delà de l'extrémité de laquelle se propage la partie non interceptée du faisceau lumineux. Grâce au procédé et à l'appareil selon l'invention, on peut con- naitre la dimension exacte de chaque partie des poutrelles ainsi que leurs positions relatives Il est alors aisé de les classer par leur exactitude dimensionnelle et/ou conformationnelle dans l'usine de lami- nage en vue de leur expédition à la clientèle On peut également agir en correction des défauts détectés en intervenant sur le réglage des para- mètres de marche du laminage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés qui -représentent schématiquement, et uniquement à titre d'exemple, des modes de réalisation de l'invention, sur lesquels: La figure 1 montre le principe des mesures dimensionnelles des poutrelles suivant un mode de réalisation du procédé selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement le calcul d'une largeur d'une demi-aile de la poutrelle. En se référant à la figure 1, une poutrelle 1 profilée en H se déplace en direction de l'observateur sur une ligne de rouleaux de transfert (non représentée sur la figure) qui se trouve, par exemple, à la sortie de la cage finisseuse La poutrelle 1 est constituée d'une âme 39 2 limitée par deux ailes 3 et 3 ' qui sont en principe perpendiculaires à 25158 1 O l'âme 2. L'opération da la mesure dimensionnelle de la largeur des demi- ailes suivant le mode principal de réalisation du procédé selon l'inven- tion se compose des dtapes a, b, c et d définies auparavant St explici- tées en détail dans ce qui suit: a) Détermination du niveau en hauteur des extrémités des ailes. Pour la détermination de la hauteur des ailes, deux émetteurs lumineux 4 et t' sont disposes entre les ailes 3 et 3 ', l'un eu-d-5-ur de l'autre en ménageant entre eux un passage pour le défilement de la poutrelle 1 de façon à ce que l'âme 2 soit placée en regard des deux émetteurs 4 et 4 ' par chacune de ses faces respectivement. Les émetteurs 4 et 4 ' sont montés respectivement sur des supports et 5 ' qui sont eux-mêmes fixés à un bâti 6 et 6 ', et projettent chacun un faisceau lumineux vers les faces intérieures des ailes 3 et 3 ' Comme on le voit sur la figure 1, le faisceau lumineux, représenté par des flèches, est partiellement éclipsé par la face intérieure de l'aile 3 ou 3 ', et la partie non interceptée du faisceau se propage au-delà du bord des ailes 3 et 3 '. D'autre part, quatre récepteurs optiques 7, 7 ' et 8, 8 ', identi- ques entre-eux, sont disposés sur le trajet de la partie non interceptée des faisceaux lumineux Ces récepteurs 7, 7 ' et 8, 8 ' sont équipés d'un réseau linéaire de photodiodes qui délivrent chacun un signal électrique représentatif de la hauteur du lieu de transition entre la zone éclairée et la zone non éclairée par le faisceau sur les récepteurs Ceux-ci sont d'un type déjà connu en soi et sont disponibles dans le commerce, par exemple sous la marque "RETICON type 1024 H 20 ". b) Détermination de la position de l'aile. Pour cette détermination, on effectue une triangulation optique pour deux points sur la face extérieure de l'aile concernée, ces deux points étant décalés sur la largeur de l'aile Le principe de la trian- gulation optique est déjà connu en soi-même et ne constitue donc pas l'essentiel de l'invention. Afin d'effectuer la triangulation optique, on utilise un couple projecteur-récepteur optique pour chaque point à mesurer A cet effet, quatre couples de projecteurs-récepteurs optiques 9, 9 ' et 11, 10 ' sont disposés en regard de la face extérieure des ailes 3 et 3 ' Les quatre couples 9, 9 ' et E, IG' sont affectés par paire à chacune des deux ailes 3 et 3 ' de la poutrelle 1 de façon à pouvoir déterminer la posi- 39 tion de deux points sur chaque face extérieure des ailes 3 et 3 ' Il est noté que la couple de projecteur-récepteur optique est représenté par un simple bloc sur la figure 1 pour ne pas la surcharger inutilement. Les récepteurs de ces couples optiques 9, 9 ' et 10, 1 M' délivrent les signaux électriques représentatifs de la position des points A 1, A'1 et A 2, A'2 (figure 2). c) Détermination de la position de la face de 1 '8 me. Pour la détermination de la position de la face supérieure de l'eiep 2, on effectue une trianguletion optique pour de Aux points Pl et P 2 sur la face supérieure de l'âme 2 décalés selon la largeur de celle-ci. A cet effet, deux couples de projecteurs-récepteurs optiques 11 et 11 ' sont disposés en regard de la face supérieure de l'âme 2 de la poutrel- le. Les récepteurs de ces couples optiques 11 et 11 ' délivrent les signaux électriques représentatifs de la position des points Bl et B 2 sur la face supérieure de l'âme 2. Selon un mode de réalisation de l'invention, on effectue une tri- angulation optique pour seulement un point B 3 sur la face inférieure de l'âme 2, afin de déterminer à partir des signaux délivrés par les cou- ples 11 et/ou 11 ', l'épaisseur "e" de l'âme 2 A cet effet, un couple de projecteur-récepteur optique 12 est disposé en regard de la face infé- rieure de l'âme 2 Le récepteur de ce couple optique 12 délivre un si- gnal électrique de la position du point B 3 sur la face inférieure de l'âme 2. d) Calcul des dimensions à partir des signaux. Pour la détermination des dimensions de la poutrelle, on peut uti- liser un système de traitement électronique, par exemple un microproces- seur qui est associé aux récepteurs optiques cités ci-dessus. En se référant à la figure 2, les opérations de calcul sont les suivantes: les signaux fournis par les capteurs 7, 7 ' et 8, 8 ', permettent de déterminer les positions respectives des points E 1, E'1 et E 2, E'2 représentant respectivement les extrémités des ailes 3 et 3 ' Ces posi- tions sont définies par les cotes h h'l et h 2 h 12, de El, El, et E 2, E'2 par rapport à un plan de référence qui peut être par exemple la sur- face du chassis 6 ' représenté par l'axe ff'. les signaux fournis par les triangulations optiques 9, 9 ' et R, ' permettent la détermination des points A 1, A', et A 2, A'2 et, par conséquent donnent la position des droites a ' atl et a 2 a#2 représen- 39 tatives de la face extérieure des ailes 3 et 3 '. 25158 1 O De même façon, à l'aide des triangulations 11 et 11 ', on détermine la position de la ligne b b' représentative de la face supérieure de l'âme 2. A partir de ces informations, il est aisé de déterminer la posi- tion du point Cl d'intersection des droites a a'i et b b' La position ae El étant connue, on détermine la mesure d du segment Cl El, largeur de la demi-aile supérieure 3. Jn calcul i Aentique ert réalisa pour les trois autres demi-ailes. La largeur totale D de l'aile 3 est obtenue de la même façon par la connaissance de la position des points E 1 et E'1 et de la droite al a l. La même opération est conduite pour le calcul de D 2 ' mesure de la longueur du segment E 2 E' En ce qui concerne l'épaisseur "e" de l'âme 2, il y a deux mani- ères de calcul. Premièrement, l'épaisseur "e" peut être calculée à partir des don- nées délivrées par la cage de laminage. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'épaisseur "e"- de l'âme 2 peut être calculée à partir de la position des trois points B 1, B 2 et B 3 Les faces supérieure et inférieure de l'âme 2 sont consi- dérées comme parallèles entre elles La connaissance de la position d'un seul point B 3 sur la ligne que présente la face inférieure de l'âme 2 permet à calculer la distance séparant les deux faces de l'âme,c'est-à- dire, l'épaisseur lel. Avec cette épaisseur lel, on peut facilement calculer la largeur des deux ailes inférieures, soit dgl D d e -et d 12 D 2 d 2 e Cette façon de procéder, utilisant la larqeur d'aile et l'épais- seur d'âme pour déterminer, à partir de la largeur d'une demi-aile, la largeur de la demi-aile complémentaire, constitue une variante de mise en oeuvre de l'invention. Elle se distingue de la mise en oeuvre décrite précédement, et se caractérise par une répétition de la méthode élémentaire de calcul d'une demi-aile, par le fait que trois couples seulement "émetteur- récepteur" de triangulation optique attachés à l'âme de la poutrelle sont nécessaires et non quatre. L'avantage réside notamment dans le moindre encombrement du dis- 39 positif de mesure ainsi que dans l'économie d'un couple "émetteur- 25158 1 O récepteur". Il doit être souligné cependant que cette variante se fonde sur l'hypothèse que les deux faces de l'âme sont paralèiles, ce qui est d'ailleurs généralement le cas. Le procédé selon la présente invention permet une mesure dimen- sionnelle exacte des poutrelles et trouve des applications étendues dans le domaine métallurgique. Il va de soi que l'invention n'a ôté dcrite et représentée qu'à titre purement explicatif, nullement limitatif, et que diverses modifi- cations de détail, variantes ou équivalents pourraient être apportées sans sortir de la portée de l'invention dans la mesure o sont respec- tdes les caractéristiques énoncées dans les revendications annexées. En particulier, on peut doubler le nombre de couples "émetteur-récepteur" de triangulation optique affectés aux ailes de la poutrelle, une paire de couples étant destinée à une mesure de position de deux points lumineux sur chaque demi-aile Une telle variante, correspondant à la mise en oeuvre de l'invention la plus complète que sache faire les inventeurs, permet de déterminer avec la précision souhaitée les caractéristiques dimensionnelles des poutrelles -mêma dans le cas o) les ailes ne sont pas planes mais sont profilées en V. 25158 1 O REVENDICATIONS l) Procédé de mesure dimensionnelle de poutrelles métalliques, ou typa te celles en forma de h ou de I comportant une âme et deux ailes, caractériso en ce qu'il consiste à effectuer les opérations suivantes (l'âme étant considérée à l'horizontal): a) déterminer le niveau en hauteur d'une extrémité d'une aile de i nnutirel p onr rnpnrt ' une r 4 f'rence donnée en mettant, d'un cet de ladite aile, un faisceau lumineux dirigé vers une face de l'aile de façon que le faisceau soit partiellement intercepté par ladite face, l'autre partie se propageant au delà de l'extrémité de l'aile dont on détermine le niveau, et en détectant, de l'autre côté de l'aile, la position du lieu de transition entre la zone éclairée et la zone non éclairée par le faisceau, b) déterminer la position de la face extérieure de ladite aile en effectuant une triangulation optique pour deux points au moins situés à des niveaux différents sur la largeur de ladite face extérieure, c) déterminer la position de la face de l'âme tournée vers l'extrémité de l'aile dont on détermine le niveau, en effectuant une triangulation optique pour deux points situés en des endroits différents sur la largeur de ladite face de l'âme, d) et calculer, à partir des données recueillies dans les opéra- tions a, b, et c ci-avant, la largeur de la demi-aile correspondant à l'extrémité dont on a déterminé le niveau en hauteur. 2) Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que l'on répète les opérations a, b, c et d pour chaque extrémité des deux ailes de la poutrelle. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue les opérations a et b pour chaque extrémité d'une même aile et en ce que à partir des données obtenues, on calcule la largeur de ladite aile. 4) Procédé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que l'on effectue l'opération c) pour une extrémité de l'aile, en ce que l'on calcule la largeur de la demi-aile correspondant à ladite extrémité et, à partir de cette grandeur, de la largeur de ladite aile et de l'épaisseur de l'âme, on calcule la largeur de la demi-aile correspon- dant à l'autre extrémité de ladite aile. ) Procéde selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on 39 calcule l'épaisseur de l'âme en déterminant par triangulation optique la 25158 1 O position d'un point seulement sur la face de l'âme opposée à celle o on a effectué l'opération c). 6) Appareil de mise en oeuvre du procédé de mesure dimensionnelle des poutrelles selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisa en ce qu'il comprend: au moins un couple optique constitué par un émetteur de lumière ( 4) disposé entre les deux ailes ( 3, 3 ') de la poutrelle ( 1) et dont le fciscenu lumineux est dirigé vers la face intérieure d'une aile ( 1) de façon qu'une partie seulement du faisceau lumineux soit interceptée par cette dernière, l'autre partie se propageant au delà de l'extrémité de l'aile, et par un récepteur optique ( 7) disposé en regard de l'émetteur ( 4) du côté de la face extérieure de l'aile et sur le trajet de la partie du faisceau non interceptée et délivrant un signal représentatif du niveau en hauteur du lieu de transition entre la zone éclairée et la zone non éclairée par le faisceau sur ledit récepteur, des moyens de triangulation optique ( 9, 9 ') pour déterminer la position de ladite aile par réflexion de lumière sur la face extérieure de l'aile en au moins deux points (A 1, A'1) décalés sur la largeur de l'aile et délivrant un signal représentatif de ladite position, des moyens de triangulation optique ( 11, 11 ') pour déterminer la position de la face de l'âme ( 2) de la poutrelle tournée vers l'émetteur ( 4), par réflexion de lumière sur ladite face en au moins deux points (B, 2) décalés sur la largeur de l'âme ( 2) et délivrant un signal représentatif de ladite position, et un système de traitement électronique pour calculer à partir desdits signaux la largeur de la demi-aile passant entre l'émetteur ( 4) et le récepteur ( 7). 7) Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend quatre couples optiques "émetteur-récepteur" dont les émetteurs disposés entre les ailes ( 3, 3 ') de la poutrelle sont regroupés par paire ( 4, 4 ') placées l'une au dessus de l'autre en ménageant entre elles un passage pour le défilement de l'âme ( 2) de la poutrelle, et dont les récepteurs ( 7, 7 ', 8, 8 ') sont disposés chacun en regard d'une demi-aile de la poutrelle, en ce qu'il comprend au moins quatre moyens de triangulation optique ( 9, 9 ', 10, 1 l C') disposés deux par deux en regard de chaque aile de la poutrelle, et en ce qu'il comprend au moins trois moyens de triangulation optique ( 11, 11 ', 12) dont deux sont disposés en regard d'une face de l'âme ( 2) et dont un au moins est 39 disposé en regard de l'autre face de l'âme ( 2). 25158 1 O il O) Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de triangulation optique disposés en regard des ailes de la poutrelle sont au nombre da huit, lesdits moyens étant regroupés par paire, une paire étant disposée en regard de chaque demi-aile de la poutrelle.