Brevet FR2529341A1 — publié le 19831230

Procédé et dispositif pour contrôle magnétique des propriétés mécaniques d'objet ferromaqnétique lonq en mouvement. La présente invention se rapporte aux procédés de contrôle non destructif de matériaux et produits et, plus spécialement, elle concerne un procédé de contrôle magnétique des propriétés mécaniques d'un matériau ferromagnétique long en mouvement et un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. L'invention s'applique plus particulièrement au contrôle des propriétés mécaniques de tous les profilés en acier et des tubes lors du laminage. Il est connu que les propriétés mécaniques des matériaux ferromagnétiques, par exemple des aciers, de même que leurs propriétés magnétiques, sont fonction de leurs composition chimique e de leur structure conférée par telle ou telle technique de production. Une composition chimique constante et des conditions opératoires stables permettent normalement d'obtenir des aciers à propriétés mécaniques recherchées (dureté, résistance limite, limite d'élasticité, allongement relatif).Du fait que les mêmes variations (dans certaines limites) de la composition chimique, de même que des variations de conditions opératoires, ont pour effet une modification des propriétés mécaniques aussi bien que des propriétés magnétiques, une corrélation est observée entre les unes et les autres ce qui permet de déterminer les propriétés mécaniques des matériaux en partant de leurs proretés magnétiques. Les propriétés magnétiques convenant i mieux à cet effet sont la force coercitive et l'induction (ou aimantation) rémanente. On connaît un procédé de mesure de l'aimantation rémanente (demande de brevet Japon n" 53-29109), qui consiste à placer, au-dessus et au-dessous de l'objet à contrôler (feuillard, par exemple), l'un en face de l'autre, des électro-aimants dont l'effet réside en une piste magné- tique aimantée dans ledit objet, parallèlement à la direction de son déplacement. A une certaine distance des électro-aimants sont positionnés des capteurs animés d'un mouvement en travers de la piste magpétique. Les signaux provenant des capteurs sont traduits en intensité d'aimantation rémanente. Un des inconvénients du procédé en question réside dans le fait que les résultats du contrôle sont sensiblement affectés par les vibrations de l'objet à contrôler. D'autre part. il est très difficile de mettre en oeuvre ce procédé en présence de plusieurs éléments mobiles ce qui nuit à sa fiabilité. On connaît également un procédé de détection d'anomalies magnétiques des matériaux ferromagnétiques ou non (brevet GB nO 1 498 218) selon lequel l'objet à contrôler est déplacé à travers un aimant annulaire d'où résulte son aimantation. Les paramètres de l'objet sont déterminés en partant de l'intensité des signaux induits, dans les enroulements de mesure, par les dipôles magnétiques formés dans ledit objet. Les amplitudes des signaux induits, lesquelles servent de repères pour la détermination des propriétés de l'objet, sont proportionnelles à la grandeur des bipales magnétiques et à la vitesse de déplacement de l'objet à contraler. Cette dépendance "signal-vitesse" a un effet négatif sur la fiabilité du procédé. On connaît aussi un procédé et un dispositif pour le contrôle électromagnétique de propriétés mécaniques d'objets ferromagnétiques en-mouvement et présentant une section circulaire (certificat d'auteur URSS nO 696 369). Le dispositif susmentionné comprend un générateur d'impulsions d'aimantation dont la fréquence de répétition est réglable. Dans le circuit du générateur sont branchés en opposition des solénoides jouant le rôle d'éléments d'aimantation. Un desdits solénoides abrite des convertisseurs de lecture disposés symétriquement par rapport à son axe. Les convertisseurs de lecture sont, en l'occurrence, des ferrosondes de mesure de gradient, de conception connue. Celles-ci sont branchées de sorte que les signaux apparaissant à leurs sorties soient additionnés les uns aux autres. Les enroulements d'excitation des ferrosondes sont connectés par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance à un générateur d'excitation, et les enroulements de mesure sont branchés sur l'entrée d'un amplificateur sélectif accordé avec la deuxième harmonique. La description du fonctionnement de ce dispositif fait ressortir le procédé de contrôle électromagnétique qui consiste en ce qui suit. L'objet à contrôler se déplace à l'intérieur des solénoïdes d'aimantation et entre les ferrosondes. Les enroulements d'aimantation des solénoïdes sont traversés par un courant impulsionnel qui marque des repères magnétiques. Les paramètres des impulsions sont choisis de manière à aimanter l'objet à contrôler jusqu'à saturation. La distance entre les solénoïdes d'aimantation est établie telle que le gradient de champ rémanent soit maximal. La fréquence des impulsions d'aimantation est accordée avec la vitesse de déplacement de l'objet à contrôler de sorte que le champ rémanent ne se fasse pas sentir lorsque les repères magnétiques passent à l'intérieur du deuxième solénoïde. Les ferrosondes de mesure de gradient répondent au gradient de la composante du champ rémanent normale par rapport au sens de mouvement, lequel gradient est porteur des informations sur les propriétés mécaniques de l'objet soumis au contrôle. Lorsque l'objet passe exactement au milieu entre les ferrosondes, les signaux induits dans celles-ci sont égaux. Le signal total est égal à la somme de tous les signaux.Lorsque l'objet en mouvement s'écarte de sa position centrale, on voit les signaux augmenter aux sorties d'une série de ferrosondes et diminuer aux sorties de l'autre série de ferrosondes ce qui n'empêche pourtant pas (à faibles amplitudes de vibration) que la somme des signaux demeure constante, si les propriétés mécaniques de l'objet restent les mêmes. Le procédé et le dispositif qui viennent d'être décrits ne permettent. cependant pas de remédier dans une mesure suffisante à l'effet des vibrations que celles-ci ont sur les résultats de contrôle. Cet inconvénient est dû à ce que la relation entre le gradient du champ rémanent et la distance jusqu'à la surface de l'objet à contrôler porte un caractère non linéaire. Les capacités des procédés et dispositif susmentionnés sont en outre limitées aux objets présentant une section circulaire. L'invention vise donc à mettre au point un procédé et un dispositif pour le contrôle de propriétés mécaniques d'objets ferromagnétiques longs en mouvement, le lesquels procédé et dispositif permettraient de remédier à tout effet négatif que les vibrations de l'objet et les variations de sa vitesse de mouvement ont normalement sur les résultats de contrôle et, par là même, d'accroStre la précision du contrôle des propriétés mécaniques dudit objet, indépendamment de la forme de sa section transversale. Selon l'invention le procédé de contrôle magnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique long en mouvement, consiste aimanter une portion de l'objet à contrôler par un champ magnétique impulsionnel en formant dans la tache d'induction rémanente des zones aimantées dans les sens opposés jusqu'à saturation1 à déterminer la valeur de l'induction rémanente et à en déduire des renseignements sur les propriétés mécaniques de l'objet, et il est caractérisé en ce que la valeur de l'induction rémanente est déterminée en convertissant le gradient d'induction rémanente suivant la longueur de la portion aimantée en signal électrique, en séparant de ce signal une impulsion monopolaire qui correspond au changement de l'induction rémanente entre les zones susmentionnées, et en exécutant l'intégration de ladite impulsion. Egalement selon l'invention le dispositif pour le contrôle magnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique long en mouvement comprend un générateur d'impulsions d'aimantation, des enroulements d'aimantation embrassant l'objet à contrôler, ces enroulements étant disposés le long de celui-ci et étant branchés en opposition sur la sortie du générateur, et un convertisseur de lecture du gradient d'induction rémanente en signal électrique, ce convertisseur embrassant l'objet à contrôler et étant branché sur un circuit de mesure relié à un indicateur, et il est caractérisé en ce que le circuit de mesure comprend, reliés en série, un commutateur et un intégrateur ainsi qu'un comparateur destiné à séparer le moment où le signal fourni par la sortie du convertisseur passe par zéro", lequel comparateur présente son entrée branchée sur ledit convertisseur et sa sortie reliée électriquement à l'entrée de commande du commutateur. Il est avantageux que le comparateur soit relié électriquement à l'entrée de commande du commutateur par l'intermédiaire d'un bloc de commande, le dispositif étant réalisé de manière que la sortie de l'intégrateur soit branchée sur l'autre entrée du bloc de commande par l'intermédiaire d'un autre comparateur destiné à séparer le moment où le signal fourni par la sortie de l'intégrateur est égal à téro et l'autre sortie du bloc de commande soit branchée, par l'intermédiaire d'un générateur commandé de courant, à l'autre entrée de l'intégrateur. Cette forme de réalisation du dispositif permet d'améliorer la reproductibilité des résultats du contrôle à fortes fluctuations de la température ambiante et d'élever l'insensibilité du dispositif aux parasites. Le procédé et le dispositif qui viennent d'etre définis garantissent l'indépendance des résultats de contrôle de 1a vitesse de mouvement de l'objet soumis au contrôle et des vibrations de celui-ci, ils permettent en outre d'élargir la gamme de produits à contrôler, Les résultats de contrôle obtenus par le procédé et le dispositif de l'invention ne sont déterminés que par les paramètres de la tache d'induction rémanente et, par conséquent, caractérisent les propriétés mécaniques de l'objet i une parfaite précision. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux a la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement a titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels:: la figure la représente la courbe de répartition de l'induction rémanente suivant la longueur de l'objet soumis au contrôle dans la zone d'aimantation, courbe obtenue selon l'invention; la figure lb représente la répartition du gradient d'induction rémanente dans la zone d'aimantation, répartition obtenue selon l'invention; la figure 2 représente le schéma structural du dispositif selon l'invention; la figure 3 représente les signaux obtenus a la sortie du convertisseur de lecture 9 différentes vitesses de mouvement de l'objet soumis au contrôle; la figure 4 représente le diagramme temporel illustrant le fonctionnement du dispositif montré sur la figure 2; la figure 5 représente un autre mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention;; la figure 6 représente le diagramme temporel illustrant le fonctionnement du dispositif, objet de la figure 5. le procédé conforme a l'invention consiste en ce qui suit. L'objet q contrôler est soumis à l'aimantation par un champ magnétique impulsionnel afin d'obtenir une tache d'induction rémanente. La configuration de cette tache est donnée sur la figure la d'où ressort que ladite tache présente des zones aimantées jusqu'à saturation dans les sens opposés et disposées, les unes à côté des autres, le long de l'objet soumis au contrôle.Aux fins des développements ultérieurs, il est rationnel d'introduire une fonction B = B(x) qui décrit cette con figuration. le grad-ient d'induction rémanente, décrit par la fonction (figure lb), est converti, lors du mouvement de l'objet, en signal électrique g=g(t), ouE(t) est f.e.m. d'induction du convertisseur de lecture dudit gradient en signal électrique. Le convertisseur en question peut se présenter, par exemple, en forme d'un enroulement d'induction de mesure. En conformité de la loi d'induction électromagnétique de Faraday, la f.e.m. (t) d'induction de l'enroulement est la différentielle complete d'une certaine fonc tion # (t) décrivant le changement temporel de l'inten- sité du courant magnétique agissant sur l'enroulement en question: C'est pourquoi lintegrale de la fonction (t) dans un certain intervalle de temps [T1, T2] n'est déterminée que par la valeur de la fonction Cp (t) dans les moments de temps T1 et T2.Suivant la formule de Newton-Leibniz on trouve: Indépendamment de la vitesse de mouvement de l'objet à contrôler le moment de temps T1 correspond, dans le procédé de l'invention à celui où l'on voit passer, à travers le convertisseur de lecture, une section de l'objet (en l'occurrence, c'est la section X2 dans la figure la ) aimantée jusqu'à saturation dans un sens, tandis que le moment de temps T2 correspond à icelui de passage, à travers le convertisseur de lecture, d'une section de l'objet aimantée jusqu's saturation dans le sens opposé (section x Cela résulte du fait que dans ces moments de temps le signal fourni par le convertisseur de lecture est égal 9 zéro (change de signe) indépendamment de la vitesse de-mouvement de l'objet soumis au contrôle.Alors, Si on sépare du signal provenant du convertisseur de lecture une impulsion monopolaire et on soumet celle-ci à l'intégration, on aboutit à un résultat comme suit: où qp(X2)=qp(4)=qp et est le flux magnétique traversant le convertisseur de lecture au momendde temps T1, (début de l'intégration) ou, en d'autres termes, c'est le flux magnétique rémanent dans la section I2 de l'objet; et est le flux magnétique traversant le convertisseur de lecture au moment de temps T2 (fin de l'integration) ou, autrement dit, c'est le flux magnétique rémanent dans la section Xi de l'objet; est es la fonction de répartition de l'induction rémanente suivant la section;; K est le coefficient constant déterminé par les paramètres du convertisseur de lecture et de l'indicateur. La relation obtenue néglige les déplacements radiaux de l'objet qui résultent des vibrations de celui-ci, lors du mouvement, dans les limites de toute la section transversale du convertisseur de lecture, car aux moments de temps T1 et T2 (pour les sections respectivement I2 et X1) pratiquement tout le flux magnétique agissant sur l'enroulement est concentré dans l'objet soumis au contrôle. Cette relation ne dépend pas aussi de la vitesse de mouvement de l'objet lorsque celui-ci passe à travers le convertisseur de lecture. Le signal de sortie n'est fonction que de la valeur de l'induction rémanente présentée par l'objet (valeur du flux magnétique rémanent) et de la forme de la section transversale de celui-ci. Le procédé qui vient d'être décrit peut etre mis en oeuvre à laide du dispositif représenté dans la figure 2. Ce dispositif comprend un générateur d'impulsions d'aimantation 1 à la sortie duquel sont branchés en opposition deux enroulement d'aimantation 2. Les enroulements 2 sont disposés le long d'un objet 3 à contrôler de manière à l'embrasser. L'espacement entre les enroulements 2 est choisi en partant des conditions réelles de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le dispositif en question comprend en outre un convertis seur de lecture du gradient d'induction rémanente en signal électrique, convertisseur dont la forme préférée de réalisation est un ennoulement de mesure 4. Cet enroulement embrasse l'objet à contrôler 3 et est branché sur un circuit de mesure comprenant un commutateur 5, un intégrateur 6 et un comparateur 7. Le commutateur 5 et l'intégrateur 6 sont branchés en parallèle sur l'enroulement 4. Le comparateur 7 est destiné à séparer le moment où le signal fourni par l'enroulement 4 passe par "zéro", lequel comparateur est branché sur ledit enroulement par son entrée. La sortie du comparateur 7 est reliée électriquement à l'entrée de commande du commutateur 5. le circuit de mesure peut être branché sur un appareil d'enregistrement convenable que l'on relie à la sortie de l'intégrateur. le dispositif fonctionne de manière suivante. Le générateur 1 d'impulsions d'aimantation forme des impulsions qui traversent les enroulements d'aimantation 2 d'où résultent des taches d'induction rémanente sur l'objet à contrôler (voir la figure la). I1 est évident que, lors du processus de contrôle, des taches pareilles peuvent etre marquées périodiquement, à une fréquence prédéterminée, ou bien d'une manière épisodique En passant à travers l'enroulement de mesure 4, la tache d'induction rémanente présentée par l'objet en mouvement Induit, dans l'enroulement en question, un signal g (t) (figure 3). Âu moment T1, qui correspond à celui de passage à travers l'enroulement de mesure 4 dune zone aimantée jusqu'à saturation dans un sens, se met en jeu le comparateur 7 qui ouvre le commutateur 5. L'intégrateur 6 commence alors à intégrer le signal arrivant à partir de ltenroulement de mesure 4. Au moment de temps T2 le comparateur 7 se remet en jeu ce qui aboutit à la fermeture du commutateur 5. I1 en résulte, à la sortie de l'intégrateur 6, une tension proportionnelle à l'intégrale du signal fourni par l'enroulement de mesure 4 dans l'intervalle de temps T7, T2 . Cette tension est enregistrée par un appareil approprié (non représenté dans les dessins) après quoi l'intégrateur se remet en état initial, le circuit de mesure étant prêt pour le traitement de l'impulsion suivante. Le diagramme temporel de la tension prélevée à la sortie de l'intégrateur 6 est montré sur la figure 4.En partant de la valeur du signal enregistré, on fait état des propriétés mécaniques de l'objet soumis au contrôle. Afin d'assurer la reproductibilité des résultats de contrôle dans les conditions de fluctuations sensibles de température ambiante et d'élever l'insensibilité du dispositif aux parasites, il est rationnel de réaliser celui-ci en conformité de la version donnée ci-dessous. Le dispositif illustré dans la figure 5 comprend, outre les éléments constituants montrés dans la figure 2, un bloc de commande 8 par l'intermédiaire duquel est opérée la liaison électrique du comparateur 7 et de l'entrée de commande du commutateur 5. La sortie de l'intégrateur 6 est branchée sur l'autre entrée du bloc 8 par l'intermédiaire d'un autre comparateur 9 destiné à séparér le moment de temps où le signal à la sortie de l'intégrateur 6 est égal à zéro. L'autre sortie du bloc 8 de commande est branchée, par l'intermédiaire d'un générateur commandé 10 de courant, à l'autre entrée de l'intégrateur, la même sortie du bloc 8 de commande pouvant être branchée à un appareil convenable destiné à enregistrer la durée de l'intervalle de temps pendant lequel le bloc 8 de commande maintient branché le générateur commandé 10 de courant. Les moments de temps T1 et T2 correspondent à ceux de passage à travers l'enroulement 4 des zones de la tache d'induction rémanente présentée par l'objet 3 soumis au contrôle, zones aimantées au maximum dans les sens opposés. Conçu en conformité du mode de réalisation considéré, le dispositif fonctionne comme suit. L'objet 3 en mouvement est aimanté à l'aide des enroulements 2. La configuration de la tache d'induc tion rémanente est donnée sur la figure la. lorsqu'on voit passer à travers l'enroulement de mesure 4 une portion non aimantée de l'objet 3, le signal à la sortie dudit enroulement est égal à zéro. le commutateur 5 est fermé. Le générateur commandé 10 de courant est mis hors jeu. Le signal à la sortie de l'integrateur 6, lui aussi, est égal à zéro. Lorsque la tache d'induction rémanente passe à travers ltenroulement de mesure 4, elle induit dans celui-ci une f.e.m. (voir la figure 3). Au moment de temps T, se met en jeu le comparateur 7 (figure 5). le bloc 8 de commande ouvre le commutateur 5 et le signal fourni par l'enroulement de mesure 4 arrive à l'entrée de l'intérrateur 6. On voit la tension accroître à sa sortie proportionnellement Alors, se met en jeu le comparateur 9 dont le niveau d'enclanchement caractérise I'insensibilité du dispositif aux parasites. Au moment de temps T2 (figure 3) le comparateur 7 se remet en jeu et le bloc 8 de commande ferme le commutateur 5 en branchant le générateur commandé 10 de courant. Alors, le courant fourni par le générateur commandé 10 commence à décharger le condensateur (non représenté) de l'integrateur 6. Lorsque la tension à la sortie de l'intégrateur 6 est égala à zéro, le comparateur 9 se remet en jeu et le bloc 8 de commande met hors circuit le générateur commandé 10 de courant. Le dispositif est prêt au traitement de l'impulsion suivant e. Les propriétés mécaniques de l'objet soumis au con trolle sont èstimées en partant de la durée de fonctionnement du générateur commandé 10 de courant. Cette durée est à convertir en signal numérique et à afficher sur l'indicateur. Si le générateur commandé 10 de courant est un générateur de courant continu, la durée de son fonctionnement est proportionnelle à la valeur de la tension de sortie de l'integrateur 6 au moment de temps T2 (figure 8) c'est à dire (Le diagramme temporel de la tension a la sortie de lwlntegrateur b est montré sur la figure 6).Comme il a été déjà mentionné, la valeur de cet intégrale ne dépend pas de la vitesse de mouvement de l'objet soumis au contrôle et de ses déplacements radiaux dans les limites de toute la section transversale de l'enroulement de mesure 4. Cette valeur n'est déterminée que par les paramètres de la tache d'induction rémanente. Le procédé et le dispositif qui viennent d'être décrits permettent de parer à toutes les erreures possibles lors de la lecture des informations sur les paramètres de la tache d'induction rémanente, erreures dues normalement aux déplacements radiaux de l'objet soumis au contrôle et au caractère non linéaire que porte la dépendance du signal fourni par le convertisseur de lecture, de ces déplacements. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent en outre d'éviter toute erreure due normalement à la dépendance du signal fourni par le convertisseur de lecture de la vitesse de mouvement de l'objet soumis au contrôle et de ses torsions. le procédé et le dispositif conformes a l'invention n'exigent aucune symétrie de la section transversale de l'objet à contrôler et, du fait de procurer une parfaite précision, permettent de contrôler les pièces laminées présentant n'importe quel profil en section transversale. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'a titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle magnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique long en mouvement consistant à aimanter une portion de l'objet soumis au contrôle par un champ magnétique impulsionnel en formant dans la tache d'induction rémanente des zones aimantées dans les sens opposés jusqu'à saturation, à déterminer la valeur de l'induction rémanente et à en déduire des informations sur-les propriétés mécaniques de l'objet, caractérisé en ce que la valeur de l'induction rémanente est déterminée en convertissant le gradient d'induction rémanente suivant la longueur de la portion aimantée en signal électrique, en séparant de ce signal une impulsion monopolaire qui correspond au changement de l'induction rémanente entre les zones susmentionnées, et en exécutant l'intégration de cette impulsion. 2. Dispositif pour le contrôle magnétique des propriétés mécaniques d'un objet ferromagnétique long (3) en mouvement comprenant un générateur d'impulsions d'aimantation (1), des enroulements d'aimantation (2) embrassant l'objet (3) soumis au contrôle, ces enroulements étant disposés le long de celui-ci et étant branchés en opposition sur la sortie dudit générateur, et un convertisseur de lecture () du gradient d 'induction rémanente en signal électrique, ce convertisseur embrassant l'objet à contrôler et étant branché sur un circuit de mesure (5, 6, 7) relié à un indicateur, caractérisé en ce que le circuit de mesure comprend, relis en série, un commutateur (5) et un intégrateur (6) ainsi qu'un comparateur (7) destiné à séparer le moment où le signal fourni par la sortie du convertisseur de lecture (4) passe par "zéro", lequel comparateur (7) présente son entre branchée sur ledit convertisseur (4) et sa sortie reliée électriquement à l'entrée de commande du commutateur (5). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la liaison électrique du comparateur (7) avec l'entrée de commande du commutateur (5) est réalisée par l'intermédiaire d'un bloc de commande (8), la sortie de l'intégrateur (6) est branchée sur l'autre entrée du bloc de commande (8) par l'intermédiaire d'un autre comparateur (9) destiné à séparer le moment où le signal fourni par la sortie de l'intégrateur (6) est égal à zéro, et l'autre sortie du bloc de commande (8) est branchée par l'intermédiaire d'un générateur commandé de courant (10) à l'autre entrée de l'intégrateur (6).