Brevet FR2538537A1 — publié le 19840629

T Dispositif de mesure de la planéité d'une bande de métal sous tension L'invention concerne un dispositif de mesure de la planéité d'une bande de métal sous tension. Lors du laminage ou de l'étirage de bandes de tôles métalliques telles que des tôles d'aluminium, il est nécessaire de détecter les défauts de planéité éventuels de ces bandes et de remédier à ces défauts en agis- sant sur les conditions de laminage ou d'étirage Il est également nécessai- re d'opérer un contrôle de qualité du produit en fin d'opération, sur la bande mise en tension, en défilement ou non, pour détecter des défauts de planéité éventuels sous forme de poches au centre de la tôle ou de vagues sur les rives de cette tôle. Ces défauts peuvent résulter de l'opération de formage de la ban- de qui peut s'accompagner de réduction d'épaisseurs différentes suivant la largeur de celle-ci. Pour contrôler l'état de planéité de la bande, en cours de forma- ge ou à l'issue de l'opération de formage, on a proposé des dispositifs de mesure comportant un rouleau de déflection de la bande métallique de direc- tion transversale par rapport à cette bande La bande métallique est mainte- nue en tension et applique de ce fait sur le rouleau une force de direction radiale qui peut être variable dans la direction transversale de la bande, c'est-à-dire dans la direction longitudinale du rouleau, si la bande n'est pas parfaitement plane. On connait en particulier des rouleaux de planéité qui sont cons- titués par un arbre portant une pluralité de bagues montées rotatives sur cet arbre les unes à la suite des autres dans la direction axiale du rou- leau A chacune des bagues, on associe un détecteur de contrainte qui per- met la mesure de la force de direction radiale exercée par la bande au droit de la bague considérée. La mesure des forces radiales au droit de chacune des bagues per- met de déterminer la variation de traction dans la bande suivant sa lar- geur, ce qui donne une image de la planéité de la bande Les bagues sont donc disposées les unes à la suite des autres relativement libres dans leur mouvement dans la direction radiale ce qui crée des discontinuités sur la surface du rouleau qui peuvent être préjudiciables au bon état final de la bande métallique En effet, le rouleau de planéité est utilisé la plupart du temps en fin du processus d'élaboration des bandes qui ont alors un très bon état de surface Les discontinuités du rouleau de planéité peuvent pro- voquer l'apparition de marques à la surface de la bande métallique. On cherche donc à mesurer les forces radiales avec des déplace- ments ou déformations très faibles des bagues constituant les tranches suc- cessives de-mesure On doit donc utiliser des capteurs de très grande sensi- bilité qui sont susceptibles de subir l'influence perturbatrice de nombreux facteurs tels que par exemple un échauffement dissymétrique du rouleau. Les bagues peuvent être montées sur l'arbre du rouleau les unes à la suite des autres, de façon à constituer les bagues externes de paliers à billes ou à rouleaux dont on mesure la déformation radiale sous l'effet de la bande de métal sous tension s'appuyant sur le rouleau. On a également proposé de réaliser le montage des bagues sur l'ar- bre du rouleau de façon à constituer des paliers fluides dans lesquels cha- cune des bagues est supportée par une couche de fluide sous pression inter- calée entre l'arbre et la bague Les paliers sont ainsi à frottement très faible et l'on peut mesurer les contraintes radiales exercées par la tôle en mesurant le déplacement des bagues pour une pression du fluide donnée. On peut également mesurer les forces radiales en déterminant les pressions de fluide nécessaires pour obtenir un déplacement des bagues pré- déterminé. Cependant, la surface du rouleau de planéité présente des discon- tinuités qui peuvent être néfastes si l'on veut maintenir un bon état de surface de la bande métallique, en particulier lorsque la bande est en un métal tel que l'aluminium présentant une dureté relativement faible. D'autre part, la détermination de la traction dans la bande au ni- veau de chacune des bagues se fait de façon indirecte et nécessite des cap- teurs de déplacement ou de mesure de pression. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de mesu- re de la planéité d'une bande de métal sous tension comportant un rouleau de déflection transversal par rapport -à la bande constitué par un arbre por- tant une pluralité de bagues montées rotatives sur l'arbre les unes à la suite des autres, dans la direction axiale du rouleau, ce dispositif permet- tant d'éviter l'apparition de discontinuités sur la surface externe du rou- leau et procurant une méthode de mesure directe de la traction de la bande au niveau de chacune des bagues. Dans ce but, chacune des bagues est montée sur l'arbre par l'in- termédiaire d'au moins un palier magnétique actif constitué par au moins un bobinage de puissance et au moins un détecteur d'écartement fixés sur l'ar- 253853 ? bre et le dispositif comporte en outre un moyen de réglage des courants d'excitation des bobinages de puissance pour maintenir un entrefer constant entre chacune des bagues et l'arbre et un moyen de détermination, à partir de ces courants d'excitation, de la traction dans la bande au niveau de cha- cun des paliers magnétiques, représentative de la planéité de la bande. Afin de'bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décri- re à titre d'exemple non limitatif un dispositif de mesure de planéité sui- vant l'invention utilisable pour mesurer la planéité et la traction dans une bande de métal sous tension, telle qu'une bande d'aluminium de faible épaisseur. La figure 1 représente dans une vue en coupe schématique par un plan de symétrie une partie d'un rouleau de planéité comportant deux bagues successives. La figure 2 représente une vue schématique suivant A de la figure 1. La figure 3 représente, dans une vue en coupe transversale, un rouleau de plandité suivant une variante de réalisation. La figure 4 représente de façon schématique l'ensemble du disposi- tif de mesure suivant l'invention. Sur la figure 1, on voit l'arbre 1 d'un rouleau de déflection d'un dispositif de mesure de planéité suivant l'invention Cet arbre 1 est fixe et disposé horizontalement. Sur cet arbre 1 sont montées rotatives, autour de l'axe 3 du rou- leau confondu avec l'axe de l'arbre 1, des bagues 2 par l'intermédiaire de paliers magnétiques 4. Chacune des bagues (telles que 2 a et 2 b) est montée sur l'arbre 1 par l'intermédiaire de deux paliers magnétiques ( 4 a et 4 Va pour la bague 2 a et 4 b et 4 'b pour la bague 2 b). Entre les paliers magnétiques 4 a et 'a et 4 b et 4 'b respective- ment sont montés des paliers à billes à grand jeu 6 a et 6 'a et 6 b et 6 'b. Ces paliers à billes permettent de supporter les bagues 2 a et 2 b respective- ment lorsque les paliers magnétiques ne sont pas alimentés. En se reportant à la figure 2, on voit la constitution d'un pa- lier magnétique actif (tel que le palier 4 a) Le palier magnétique représenté sur la figure 2 comporte quatre bobinages de puissance 8 et quatre bobinages de mesure 10 constitués par des tores disposés coaxialement deux à deux - En réalité, le palier est constitué par l'arbre 1 portant les bo-r binages et constituant le stator et par la bague 2 Nous désignerons cepen- dant par palier magnétique l'ensemble des bobinages permettant le maintien et le support de la bague 2 par rapport à l'arbre 1. Le palier magnétique ainsi défini et représenté sur la figure 2 comporte deux bobinages de puissance 8 a et 8 c disposés avec leur axe sui- vant la direction Y'Y suivant l'axe desquels sont disposés respectivement les bobinages de mesure d'écartement 10 a et 10 c ainsi que deux bobinages de puissance 8 b et 8 d disposés avec leur axe suivant la direction X 1 X perpendi- culaire à la direction Y'Y, suivant l'axe desquels sont disposés des bobina- ges de mesure 10 b et l Odm Les bobinages de mesure 10 a à 10 d délivrent un courant qui est fonction de la distance séparant l'extrémité de mesure 12 du capteur de la surface interne de la bague 2 Les bobinages de puissance 8 fonctionnent par attraction de la bague 2 si bien que chacun des bobinages de mesure 10 commande le bobinage de puissance qui lui est opposé sur le statôri Ain- si, le bobinage 10 a détermine le courant d'excitation du bobinage de puis- sance 8 c alors que le bobinage de mesure 10 c commande le courant d'excita- tion du bobinage de puissance 8 a* Sur l'axe X'X, de la même façon, le bobinage de mesure 10 b comman- de le courant d'excitation du bobinage de puissance 8 d alors que le bobina- ge de mesure 10 d commande l'excitation du bobinage de puissance 8 b. La commande des courants d'excitation se fait de façon à mainte- nir un écartement fixe entre le stator, c'est-à-dire entre les parties de mesure 12 des bobinages 10 et la surface interne de la bague 2. Sur la figure 3 on voit un rouleau de planéité d'un dispositif de mesure suivant l'invention dont le stator 14 est usiné pour constituer qua- tre pièces polaires 15 sur lesquelles sont enroulées une paire de bobinages 16 a et 16 b et une paire de bobinages 17 a et 17 b respectivement. L'alimentation des bobinages permet de maintenir la bague 20 en matériau magnétique par rapport au stator 14 avec un entrefer constant. La bande 22 est en contact avec la surface externe de la bague 20 suivant un arc correspondant à l'angle d'enroulement e de cette bande. Une traction T s'exerce dans la bande qui exerce ainsi sur le rou- leau, au niveau de la bague 20, des forces radiales de résultante F situées dans le quadrant inférieur gauche du rouleau Cette force F se décompose en force Fx et Fy suivant les axes X'X et Y'Y respectivement. Les courants d'excitation des bobinages 16 a et 16 b disposés symé- triquement par rapport à la direction X'-X permettent de déterminer la compo- S 3853 T sante Fx de la force radiale F alors que les bobinages 17 a et 17 b disposés symétriquement par rapport à la direction Y'Y permettent de déterminer la composante Fy de F. En effet, les forces d'attraction magnétique exercées par les bo- binages enroulés sur les pièces polaires sont fonction du courant d'excita- tion et sont dirigées suivant X'X et Y'Y respectivement. A l'équilibre et à entrefer constant, ces forces magnétiques sont donc égales à F et Fy respectivement, si bien que les courants d'excita- tion permettent de déterminer les deux composantes de la force F. Pour chacune des bagues 20 constituant le rouleau, on peut déter- miner la force radiale exercée par la bande, cette force F étant égale à FX 2 + Fy 2. Cette force F est proportionnelle à la traction T exercée par la bande sur la bague 20 considérée La connaissance des valeurs de F pour cha- cune des bagues permet donc de connaître la répartition des tractions dans la bande et donc de donner une image de la planéité de cette bande suivant sa largeur. La détermination des courants d'excitation pour maintenir un en- trefer constant entre le stator et le rotor du palier magnétique permet donc d'avoir une représentation de la planéité de la bande. Dans le cas o l'orientation de la bande et l'angle d'enroulement de celle-ci sur le rouleau restent constants, la force résultante F est éga- lement de direction constante, si bien qu'il est possible d'utiliser un sta- tor comportant uniquement deux pièces polaires sur lesquelles est enroulée une seule paire de bobinages. Sur la figure 4, on a représenté de façon très schématique un rou- leau de planéité tel que représenté aux figures 1 et 2 et comportant un ar- bre fixe 25 sur lequel sont montés des paliers magnétiques 26 groupés par paires correspondant chacune à une bague 30. Chacun des paliers magnétiques 26 est constitué par quatre bobina- ges de puissance et quatre bobinages de mesure d'écartement disposés à 900. L 'arbre 25 est percé suivant son axe d'une ouverture cylindrique 28 à l'intérieur de laquelle on fait passer les fils d'alimentation des dif- férents bobinages de puissance et les fils de mesure venant des bobinages de mesure des différents paliers magnétiques 26. Chacun des fils reliés aux bobinages de mesure délivrant un cou- rant fonction de l'entrefer entre le stator et le rotor au niveau du bobina- ge de mesure correspondant est amené à un amplificateur-comparateur 32 qui permet la comparaison des différents courants de mesure avec un signal e re- présentatif d'une valeur d'entrefer prédéterminée La différence entre le courant de mesure et le signal représentatif de la valeur d'entrefer est en- voyée à un amplificateur de puissance 33 Le signal d'écart est amplifié puis envoyé sous forme d'un courant d'excitation au bobinage de puissance commandé par le bobinage de mesure considéré Pour un rouleau comportant N bagues supportées chacune par deux paliers à deux axes, on utilisera donc 4 N ensembles identiques 32-33. En sortie des 4 N amplificateurs 33, les 4 N courants d'excitation sont envoyés dans un module de conversion analogique-digital 34. Puis les informations numériques obtenues sont envoyées dans un minicalculateur 35 qui convertit les valeurs numériques i des courants en forces F à l'aide de fonctions F = t mises en mémoire. Les forces radiales F permettent le calcul de la traction dans la bande, au niveau du palier magnétique correspondant, dans le mini-calcula- teur 35 Le mini-calculateur 35 assure également le traitement numérique préalable à l'édition des résultats sous forme de courbe ou de paramètres de polynomes de modélisation. L'affichage des résultats par l'unité de visualisation 36 comman- dée par le calculateur 35 peut être réalisé par un'écran sur lequel on fait apparaître la valeur de la traction en fonction de la position du point de mesure, c'est-à-dire du palier magnétique-, suivant la largeur de la bande. En plus de ces fonctions de calcul ou de commande d'affichage, le calculateur peut assurer la commande de moyens agissant sur le profil de la bande, tels qu'une cage de laminoir, par exemple. On peut remarquer que pour chacune des bagues 30 on dispose de deux mesures de la traction et qu'ainsi on multiplie par deux le nombre de points de mesure et donc le pouvoir de résolution transversal du dispositif de mesure. L'écartement entre les bagues successives 30 (ou 2 sur la figure 1) a une -valeur très faible et correspond au jeu minimum pour que ces ba- gues puissent se déplacer indépendamment les unes des autres Ce jeu mini- mum est maintenu par des aimants permanents montés dans les flancs des ba- gues. D'autre part, l'entrefer e entre le stator et la surface interne de ces bagues est maintenu à une valeur fixe et constante pour l'ensemble des bagues, si bien que le système présente une rigidité infinie lorsque les bobinages de puissance sont alimentés de façon souhaitable. Il en résulte que le rouleau de planéité est pratiquement équiva- lent à un rouleau rigide dont la surface externe est entièrement lisse Les risques de marquage de la bande sont donc inexistants. Un autre avantage du dispositif suivant l'invention est de permet- tre une détermination directe des valeurs de la traction, à partir des cou- rants d'excitation des bobinages de puissance, eux-mêmes déterminés à par- tir du signal d'écart entre le signal donné par le bobinage de mesure et la valeur prédéterminée de l'entrefer. On s'aperçoit également que le dispositif permet d'éliminer l'in- fluence de l'angle d'enroulement de la bande sur le rouleau puisqu'on déter- mine en définitive la résultante des forces radiales de cette bande sur le rouleau de planêité C'est le cas en particulier du dispositif représenté à la figure 3 o la détermination des composantes Fx et Fy de la force F per- met sa détermination quantitative quel que soit l'angle d'enroulement de la bande 22 sur la bague externe du rouleau Dans le cas du dispositif repré- senté à la figure 3, on peut également déterminer la traction totale exer- cée par la bande et l'angle de déviation de la bande par le rouleau à par- tir du rapport Fy/Fx donnant la tangente de cet angle. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été dé- crit; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'il est possible d'imaginer une disposition quelcon- que des bobinages de puissance et des bobinages de mesure d'écartement sur le stator du rouleau de planéité Cette disposition peut être entièrement symétrique comme représenté sur les figures l et 2 ou au contraire dissymé- trique comme représenté sur la figure 3. Les paliers magnétiques peuvent fonctionner par attraction ou par répulsion. L'invention s'applique dans tous les cas o l'on veut mesurer la planéité d'une bande de métal tendue, en continu, la bande étant en défile- ment ou de façon discontinue, la bande étant mise en appui sur le rouleau de déflection. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la planéité d'une bande de métal sous tension comportant un rouleau de déflection transversalpar rapport à la ban- de constitué par un arbre ( 1) portant une pluralité de bagues ( 2) montées rotatives sur l'arbre ( 1), les unes à la suite des autres, dans la direc- tion axiale du rouleau, caractérisé par le fait que chacune des bagues ( 2) est montée sur l'arbre ( 1) par l'intermédiaire d'au moins un palier magnétique actif ( 4) constitué par au moins un bobinage de puissance ( 8) et au moins un détecteur d'écarte- ment ( 10) fixés sur l'arbre ( 1) et que le dispositif comporte en outre un moyen de réglage ( 32-33) des courants d'excitation des bobinages de puissan- ce ( 8) pour maintenir un entrefer e constant entre chacune des bagues ( 2) et l'arbre ( 1) et-un moyen ( 35) de détermination, à partir de ces courants d'excitation, de la traction dans la bande au niveau de chacun des paliers magnétiques ( 4), représentative-de la planéité de la bande. 2. Dispositif de mesure de planéité suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des bagues ( 2) est montée sur l'arbre ( 1) par l'intermédiaire de deux paliers magnétiques ( 4) situés à chacune des extrémités longitudinales de la bague. 3 Dispositif de mesure de planéité suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que chacun des paliers magnétiques ( 4) est consti- tué par au moins deux bobinages de puissance ( 8) et au moins deux bobinages de mesure ( 10) fixés sur l'arbre en des positions décalées angulairement, si l'on considère une rotation autour de l'axe de cet arbre ( 1). 4. Dispositif de mesure de planéité suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que chacun des paliers magnétiques ( 4) est consti- tué par quatre bobines de puissance ( 8 a' 8 b, Scet 8 d) disposées à 900 sur l'arbre ( 1) avec leurs axes alignés deux à deux et par quatre bobines de me- sure (la, 10 b, 10 c et l Od) coaxiales aux bobines de puissance ( 8). 5. Dispositif de mesure de planéité suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le palier magnétique est constitué par au moins deuxpaires de pôles usinés dans une pièce magnétique solidaire de l'arbre ( 14) sur lesquels sont enroulés les bobinages ( 16 et 17), placés dans une -35 position opposée à la zone d'appui de la bande ( 22) sur le rouleau par rap- port à l'axe de celui-ci. 6. Dispositif de mesure de planéité suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que l'arbre ( 14) porte une pièce magnétique usinée 253853 ? pour constituer deux paires de pales magnétiques ( 15) sur lesquels sont dis- posés des enroulements ( 16-17) créant des forces magnétiques perpendiculai- res entre elles, la mesure des courants d'excitation de ces bobinages per mettant le calcul de deux composantes de la force normale d'appui de la ban- de sur le rouleau. 7. Dispositif de mesure de planéité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de détermination de la trac- tion totale exercée dans la bande au niveau du rouleau, par sommation des tractions au niveau de chacune des bagues ( 30). 8. Dispositif de mesure deplanéité suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de détermination de l'angle de déviation de la bande sur le rouleau, à partir des composantes perpendi- culaires de la force d'appui de la bande ( 22) sur le rouleau.