Brevet FR2535055A1 — publié le 19840427

L'invention est relative au domaine du contrôle non destructif des matériaux et des produits manufacturés et concerne notamment des dispositifs de contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques. en mouvement. L'invention est surtout avantageusement utilisable pour le contrôle de la dureté de pièces oblongues en des nuances d'acier dont les caractéristiques mécaniques sont liées de façon non ambigüe à leur force coercitive. On sait que la force coercitive d'un matériau est bien souvent un critère de la qualité de sa structure. On sait également que pour des pièces à grand facteur démagnétisant aimantées jusqu'à saturation, la valeur de l'induction magnétique résiduelle dans la pièce est déterminée-par la force coercitive du matériau de la pièce et est un paramètre sensible à la structure. C'est pourquoi, ayant mesuré la valeur de l'induction résiduelle dans la pièce après son aimantation, on peut juger, par exemple, de sa dureté. On connaft un dispositif de contrôle de pièces ferromagnétiques par la mesure de l'induction résiduelle de leur matériau (voir,par exemple, le Certificat d'auteur de 1'URSS ne475573 publié en 1975), ce dispositif contenant un système magnétisant et, connectés en série : un convertisseur. de mesure primaire du champ magnétique, un amplificateur et un enregistreur. Ce dispositif permet de con trôner les caract éristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques d'après la valeur de l'induction résiduelle.Un inconvénient de ce dispositif réside dans sa faible vitesse de fonctionnement, due au fait que la pièce à contrôler doit être au repos pendant la mesure. On connaît également un dispositif de contrôle des propriétés physico-mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement, à grand facteur démagnétisant, d'après la valeur du moment magnétique proportionnel à l'induction résiduelle (voir par exemple, le memento " Appareils pour le contrôle non destructif de matériaux et de produits manufacturés, sous la direction de V. V. Kluev, Moscou, et " Machinostroenie , 1978,p. 86). Ce dispositif comporte une bobine demagnétisante et une bobine magnétisante, des ferrosondes et un dispositif d'automatisme. La pièce à contrôler est amenée, à l'aide d'un transporteur, dans la bobine démagnétisante, après quoi elle est aimantée dans la bobine magnétisante.Le transporteur achemine ensuite la pièce à côté des ferrosondes dont le signal parvient sur le dispositif d'automatisme qui envoie une commande à des mécanismes d'exécution. Suivant la commande, la pièce est dirigée par un canal de guidage soit dans l'ouverture d'une trémie pour les pièces de bonne qualité, soit dans l'ouverture d'une trémie pour les pièces douces ou dures mises au rebut. Un inconvénient de ce dispositif réside dans sa faible fiabilité de contrôle, due à une forte influence, sur les résultats de la mesure du moment magnétique de la pièce, des déplacements vibratoires des pièces aimantées intervenant inévitablement au cours de leur mouvement sur le transporteur et faisant varier la distance entre les ferrosondes et la pièce à contrôler. On connais encore un dispositif pour le contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement (voir, par exemple, le recueil " Methodes non destructives de contrôle de matériaux et de produits manufacturés, sous la direction de S. T. Nazarov, Moscou, éd. " Ontipribor ",1964 p. 362), comportant un système d'aimantation monté sur le trajet de mouvement des pièces à contrôler et une bobine de lecture placée derrière le système dlaimantation dans le sens du mouvement des pièces et reliée à un amplificateur dont la sortie est branchée, à travers un convertisseur " tension-code ", à un bloc de triage et d'enregistrement.Le dispositif fonctionne de la manière suivante, la pièce à contrôler est placée dans le système d'aimantation alimenté en courant continu, où elle est maintenue suspendue dans son champ magnétique à une hauteur déterminée. Dès que le courant alimentant le système d'aimantation est coupé, la pièce tombe librement en passant à travers la bobine de lecture dont le signal parvient, à travers l'amplificateur, sur le convertisseur " tension-code ", qui comporte un dispositif à seuil et qui sert à commander le bloc de triage et d'enregistrement. L'amplitude du signal induit par la pièce aimantée tombante, dans la bobine lectrice est proportionnelle à la valeur de l'aimantation résiduelle de la pièce et est un critère de son utilité. Un inconvénient de ce dispositif est sa précision médiocre et son rendement de contrôle insuffisant. Cela tient à ce que le signal d'information, c'est à dire le signal issu de la bobine de lecture, est proportionnel non seulement aux caractéristiques mécaniques de la pièce, mais aussi à la vitesse de mouvement. Le fait est que pour accroître la précision de contrôle, il est indispensable de stabiliser la vitesse de passage des pièces à travers la bobine de lecture., ce qui revient à dire quelles doivent tomber à travers la bobine de lecture d'une même hauteur avec une vitesse initiale nulle. La nécessité d'observer cette condition oblige de choisir un régime d'aimantation de la pièce tel qu'elle se suspende à une hauteur déterminée dans le champ de la bobine magnétisante, c 'est à dire s'arrête.Cependant, il en résulte une réduction de la vitesse de fonctionnement du dispositif et de rendement de contrôle. Par ailleurs, même à ce régime d'aimantation des pièces, des variations de la vitesse de chute à travers la bobine de lecture sont inévitables, ce qui diminue la précision du contrôle. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement, qui permette d'accroitre la précision du contrôle en éliminant l'effet de la vitesse de mouvement des pièces à travers la bobine de lecture, sur les résultats du contrôle et à augmenter le rendement du contrôle. L'invention a donc pour objet un tel dispositif qui comporte un système magnétisant monté sur le trajet des pièces à contrôler, une bobine de lecture placée au-delà du système magnétisant dans le sens de mouvement des pièces et un convertisseur "tension-code " qui réagit aux signaux venant de la bobine de lecture et dont la sortie est connectée à un bloc de triage et d'enregistrement destiné à délivrer des signaux de code correspondant aux caractéristiques mécaniques des pièces à contrôler, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, un redresseur commandé dont ltentrée est reliée à la bobine de lecture à laquelle est connectée l'entrée d'un comparateur pour la formation de signaux dont la position dans le temps correspond à celle des impulsions unipolaires des signaux de la bobine de lecture, un intégrateur dont l'entrée est reliée à la sortie du redresseur commandé et dont la sortie est reliée à l'entrée d'information du convertisseur " tension-code ", et un conformateur d'impulsion de porte dont l'entrée est reliée à la sortie du comparateur et à l'entrée de commande du redresseur et qui réagit au front arrière du signal de sortie du comparateur,l'entrée de mise à zéro de l'intégrateur étant branchée sur une autre sortie du convertisseur " tension-code "pour la remise à l'état initial de llin- tégrateur après achèvement de la conversion de son signal de sortie en un code, et la sortie du conformateur d'impulsion de porte étant branchée à l'entrée de synchronisation du convertisseur "tension-code ",pour définir le début de la conversion en code du signal de sortie de l'intégrateur. L'utilisation dans le dispositif proposé, d1un redresseur commandé et d'un comparateur permet d'isoler du signal de la bobine de lecture une impulsion unipolaire de tension dont l'intégration fournit un signal d'information qui ne dépend pas de la vitesse du mouvement de la pièce à travers la bobine de lecture mais qui est seulement déterminé par la valeur de l'induction résiduelle dans la pièce moyennant quoi une plus grande précision du contrôle est atteinte. Le rendement du contre est accru grace au fait qu'il n'est plus nécessaire dans le le dispositif de l'invention, d'arrêter les pièces lors de leur alimentation pour stabiliser leur vitesse de passage à travers la bobine de lecture, comme c'était le cas dans le dispositif connu. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation, en regard des dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est un schéma du dispositif de contr- le électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement selon l'invention, et - les Fig. 2a à 2d sont des diagrammes des temps illustrant le fonctionnement du dispositif représenté sur la Fig. 1. Le dispositif pour le contrôle électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement, objet de l'invention, comporte un système magnétisant 1 (Fig. 1) entourant une auge de guidage 2 (ou un transporteur) sur laquelle se déplacent des pièces 3 à contrôler, une bobine de lecture 4 étant placée au--delà du système magnétisant 1 dans le sens du mouvement des pièces- et entourant également l'auge de guidage 2.I1 est prévu également un redresseur commandé 5, un comparateur 6,un intégrateur 7,un conformateur 8 d'impulsion de déclenchement, un convertisseur 9 " tension-code " et un bloc 10 de triage et d'enregistrement. Le système magnétisant 1 est constitué par un électroaimant ou une bobine alimenté par une source 11 de courant continu. La bobine de lecture 4 est connectée à l'entrée du redresseur commandé 5 et à l'entrée du comparateur 6 dont la sortie est reliée à l'entrée de commande du redresseur 5 et à l'entrée du conformateur 8 d'impulsion de déclenchement.L'entrée d'information de l'intégrateur 7 est reliée à la sortie du redresseur 5 et sa sortie est reliée à l'entrée d'information du convertisseur 9 " tension-code "t dont l'entrée de synchronisation est reliée à la sortie du conformateur 8 qui détermine l'instant du début du traitement du signal de sortie de l'intégrateur 7.Le convertisseur 9 " tension -code comporte deux sorties dont l'une délivre un signal de code portant sur les caractéristiques mécaniques des pièces à contrôler et est branchée surle bloc 10 de triage et d'enregistrement, tand%s que l'autre fournit un signal pour la remise à l'état initial de l'intégrateur après achèvement de l'élaboration du code à partir du signal de l'intégrateur 7, et elle est reliée à l'entrée de mise à zéro de ce dernier. Selon le cas du contrôle, le bloc 10 peut être, soit un organe d'exécution, s'il est prévu un triage des pièces selon leurs caractéristiques mécaniques, soit une imprimante numérique si on a besoin d'enregistrer les résultats du contrôle. Le dispositif proposé fonctionne de la manière suivante. Les pièces ferromagnétiques 3 à contrôler sont posées dans l'auge 2 de guidage et, en tombant à l'intérieur de celle-ci, traversant un champ magnétique permanent créé par le sys thème magnétisant 1, en s'aimantant jusqu'S saturation. L'intensité de champ du système magnétisant 1 et la vitesse des pièces 3 à contrôler traversant ce système sont choisies de telle manière que les pièces 3 ne s'arrêtent pas au cours de leur aimantation, dans la zone entourée par le système magnétisant 1, mais la traversent rapidement.Au cours de leur mouvement dans l'auge 2,les pièces passent à travers une zone entourée par la bobine de lecture 4 dans laquelle le flux d'induction varie, de sorte que dans cette bobine est induit un signal a (t) montré sur la Fig. 2a, qui parvient, soit directement, soit à travers un amplificateur (non représenté), aux entrées du redresseur 5 et du comparateur 6. Suivant la loi d'induction de Faraday, ce signal est de la forme #(t) = - N d#(t) dt où N = nombre de spires de la bcoine de lecture - t = temps, et (t) = flux magnétique engendré dans la bobine 4 au moment t. Au moment tl (Fig. 2a), quand la tension du signal de la bobine 4 dépasse le niveau de seuil du comparateur 6, celui-ci fonctionne et débloque le redresseur 5 qui laisse passer le signal de la bobine de lecture 4 pour l'entrée de l'intégrateur 7. Il apparait alors à la sortie de ce dernier une tension U7(t) qui varie suivant la loi où K est la constante d'intégration, et qui est montrée sur la Fig. 2b.Au moment t2, quand la tension du signal de la la bobine de lecture 4 tombe en dessous du niveau de seuil du compa rateur 6, celui-ci fonctionne de nouveau en achevant la formation d'une impulsion rectangulaire U6, (Fig. 2c) dont la position dans le temps correspond à celle de l'impulsion unipolaire,positive en ltoccurence du signal #(t) (Fig. 2a) provenant de la bobine de lec ture 4.A ce moment le redresseur 5 se bloque. La tension U7 (t2) apparaissant au moment t2 aux bornes de l'intégrateur 7 est donne par En tenant compte du fait que le flux # (tl) au moment tl est égal à zéro, puisqu'à ce moment, la pièce 3 commence à peine d'exercer son influence sur la bobine de lecture 4, et du fait que que le flux #(t2) au moment t2 est égal à un flux maximal max' comme le signal de la bobine de lacture 4 change de signe juste au moment t2 quand la portion de la pièce 3 présentant la plus grande valeur du flux magnétique résiduel + ax passe à travers la section de la bobine 4,la tension U7 (t2) à la sortie de l'inté72 grateur 7 au moment t2 est U7(t2) = -NK #max' c 'est à dire qu'elle ne dépend pas de la vitesse du mouvement de la pièce 3 à travers la bobine 4 mais est seulement déterminée par la valeur masimale du flux magnétique résiduel Cp ax dans la pièce 3, flux max qui est bien un paramètre sensible à la structure. L'impulsion de sortie du comparateur 6 est également appliquée au conformateur 8 qui forme une impulsion de déclenchement U8 au moment t2, c'est à dire selon le front arrière de l'impulsion de sortie du comparateur 6, comme montré sur la Fig. 2d. En recevant cette impulsion de déclenchement, le convertisseur 9 " tension-code " effectue le traitement analogique-numérique du signal de sortie de l'intégrateur 7. Il apparat alors sur la première sortie du convertisseur 9 " tension-code ", un code numérique correspondant à la valeur de la dureté de la pièce ayant passée par la bobine de lecture 4 et commandant le bloc 10 de triage et d'enregistrement qui classe les pièces 3 selon leurs caractéristiques mécaniques et/ou enregistre l'information concernant ces caractéristiques. Une fois la conversion analogique -numérique achevée, il apparaft sur la seconde sortie du convertisseur 9 un signal qui est apiqué à l'en- trée de mise à zéro de l'intégrateur 7 et le remet à l'étant initial, comme indiqué sur la Fig. 2b, c'est à dire prépare le dispositif pour le contrôle de pièce suivante. L'auge de guidage 2 doit assurer un positionnement identique des pièces 3 à contrôler au cours de leur passage à travers le système magnétisant 1 et la bobine de lecture 4. Ainsi le signal de sortie du dispositif proposé, utilisé comme critère de qualité des pièces à controler,ne dépend pas des variations de la vitesse du mouvement des pièces et est seulement déterminé par la valeur maximale du flux magnétique résiduel dans les pièces, soit par les caractéristiques mécaniques dù matériau des pièces, grâce à quoi on obtient une précision suffisamment grande du contrôle. La cadence du contrôle obtenu avec le dispositif proposé est pratiquement déterminée par la seule vitesse de transport mécanique des pièces, étant donné que l'aimantation des piè ces,de même que la lecture de l'information sur leurs propriétés magnétiques, s'effectuent au cours de mouvement des pièces. La vitesse de traitement des signaux est extrêmement grande de sorte que le temps de traitement des signaux n'influe pas sur le rendement du contrôle. I1 est avantageux d'utiliser le dispositif proposé dans l'industrie de la construction mécanique pour le contrôle des caractéristiques mécaniques de petites pièces ferromagnétiques. L'utilisation du dispositif permet de contrôler les pièces sur une chape de fabrication sans ralentir la cadence de production et avec une grande précision. iREVENDICATION Dispositif pour le contre électromagnétique des caractéristiques mécaniques de pièces ferromagnétiques en mouvement, comporta-nt un système magnétisant (1) monté sur le trajet de mouvement des pièces à contrôler (3) une bobine de lecture (4) placée au-delà du système magnétisant (1) dans le sens du mouvement des pièces (3) et un convertisseur (9) "tension-code" qui réagit au signal provenant de la bobine de lecture (4) et dont la sortie est branchée sur un bloc (10) de triage et d'enregistrement destiné à délivrer des signaux de code représentant les caractéristiques mécaniques des pièces (3) à contrôler, caractérisé en ce qu'il comporte également un redresseur commandé (5) dont l'entrée est reliée à la bobine de lecture (4), un comparateur (6) dont l'entrée est reliée à cette bobine et qui est destiné à former des signaux dont la position dans le temps correspond à celle des impulsions unipolaires des signaux de la bobine de lecture (4), un intégrateur (7) dont ltentrée est reliée à la sortie du redresseur commandé (5) et dont la sortie est reliée à l'entrée d'information du convertisseur (9) "tension-code", et un conformateur (8) d'impulsion de dédenchement, dont l'entrée est reliée à la sortie du comparateur (6) et à l'entrée de commande du redresseur (5) et qui réagit au front arrière du signal de sortie du comparateur (6), l'entrée de remise à zéro de l'intégrateur (7) étant branchée sur une autre sortie du convertisseur (9) "tensioncode" pour la remise à état initial de liintégrateur (7) après achèvement de la conversion de son signal de sortie en un code, et la sortie du conformateur (8) d'impulsion de déclenchement étant branchée à l'entrée de synchronisation du convertisseur (9) "tension-code" pour définir l'instant de début de la conversion du signal de sortie de l'intégrateur (7) en un code.