Brevet FR2630932A1 — publié le 19891110

La-présente invention concerne des dispositifs de séparation ou de triage d'articles en matières solides selon leurs paramètres magnétiques, en particulier, d'après la valeur du flux magnétique résiduel dans les articles après aimantation et concerne notamment des dispositifs de triage d'articles ferromagnétiques en mouvement. L'invention peut être utilisée avec succès dans les lignes automatiques de production et de contrôle d'ar- ticles ferromagnétiques. dont la forme ne permet pas de les orienter en permanence suivant un guide, par exemple, pour le contrôle de pièces de forme sphérique (de billes). Il est connu que les paramètres magnétiques des matériaux ferromagnétiques se trouvent en liaison corré- lative'avec leurs propriétés mécaniques (dureté, limite de résistance), ce qui permet de contrôler ces paramètres d'après des paramètres magnétiques mesurés. Le paramètre magnétique le plus sensible au chan- gement des propriétés mécaniques des produits est la force coercitive. Il est également connu que le flux magnétique résiduel danrrs les articles en matériaux magnétiquement doux possédant un grand facteur de désaimantation est proportionnel à la force coercitive des articles après leur aimantation jusqu'à la saturation magnétique. Les dimensions géométriques des articles étant constantes, ce paramètre peut caractériser leurs propriétés mécaniques et être utilisé pour leur triage. Il existe un dispositif de triage d'articles fer- romagnétiques en mouvement qui comporte un guide vertical, une bobine encerclant celui-ci, destinée à l'aimantation de l'article et reliée à une source de courant et un con- vertisseur de la variation du flux magnétique, se produi- sant sous l'action des articles ferromagnétiques se dépla- çant le long du guide, en un signal électrique, ce conver- tisseur se présentant sous la forme d'une bobine d'induc- tion reliée à un dispositif de traitement du signal élec- trique et un mécanisme exécutif qui trie les articles fer- romagnétiques en mouvement (US, A, 2647628). Dans le dispositif connu, les articles restent pour un certain temps en suspension dans le champ magné- tique de la bobine d'aimantation et après le débranchement de cette bobine de la source de courant, les articles tom- bent librement à travers la bobine d'induction du conver- tisseur. L'amplitude des signaux impulsionnels induits par les articles en chute dans la bobine d'induction est utilisée pour leur triage. Ce dispositif a une faible véracité et un mauvais rendement du triage, dus à l'influence des variations de la vitesse des articles et de leur rotation aléatoire du- rant leur mouvement,sur l'amplitude de la force électro- motrice induite par les articles dans la bobine d'induc- tion. La nécessité de stabiliser la vitesse des articles à leur passage à travers la bobine d'induction fait choisir un régime d'aimantation des articles auquel ces derniers sont en suspension sur une hauteur déterminée dans le champ mangétique de la bobine servant à les aimanter, c'est-à-dire que les articles s'immobilisent. Ceci diminue le rendement du triage. Outre cela, même à ce régime d'ai- mantation, des variations de la vitesse de passage à tra- vers la bobine d'induction sont inévitables. La diminu- tion de la véracité du triage des articles par ce disposi- tif est également due à la rotation inévitable des arti- cles en mouvement. I1 existe un dispositif de triage d'articles fer- romagnétiques en mouvement qui comporte un guide, une bo- bine destinée à l'aimantation des articles, disposée sur le trajet des articles ferromagnétiques et reliée à une source de courant, un convertisseur de la variation du flux magnétique sous l'influence des articles ferromagnétiques en mouvement en un si- gnal électrique, disposé sur le trajet des articles, en aval de la bo- bine d'aimantation des articles, et composé de deux bobines identiques branchées en opposition et distantes l'une de l'autre en plans parallè- les, un moyen de traitenent du signal électrique raccordé au convertis- seur, et un mécanisme exécutif triant les articles et relié audit moyen (Rapports, "VIIIème Conférence nationale scientifique et technique con- cernant les méthodes physiques et moyens de contrôle non destruc- tifs", page 11 (a), 1977, Kishinev, pages 220 à 223). Dans le dispositif connu, le moyen de traitement du signal électrique réalise l'intégration du signal de la force électro-motrice du convertisseur. Cela supprime la dépendance des résultats de triage et des variations de vitesse des articles en mouvement et élève-la véracité du triage. Les articles ne doivent plus être immobilisés lors de leur passage à travers la bobine d'aimantation, ce qui élève le rendement du triage. Cependant, dans ledit dispositif, la véracité du triage des articles de faibles dimensions est mauvaise. Ceci est dû au fait que les résultats du triage-sont forte- ment influencés par la rotation alé"atoiredes articles fer- romagnétiques en mouvement. par suite de cette rotation, le vecteur du flux magnétique résiduel dans les arti- cles peut avoir n'importe quelle orientation durant le passage à travers les bobines d'induction du convertisseur, ce qui entraîne un triage erroné des articles. Il existe un dispositif de triage d'articles fer- romagnétiques en mouvement, qui comporte un convertisseur de la variation du flux magnétique due à l'influence des articles ferromagnétiques en mouvement le 1.ong du guide en un signal électrique, ce convertisseur étant constitué par.une paire de bobines d'induction identiques encerclant le guide, les spires d'une bobine étant perpendiculaires aux spires de l'autre bobine d'induction, de façon que les centres de ces bobines d'induction coïncident en formant un centre commun des bobines dont les premières bornes sont mises à la terre et. l'es autres sont électriquement reliées à des moyens individuels pour chaque bobine de traitement des signaux électriques, induits dans ces bo- bines par les articles ferromagnétiques en mouvement, cés moyens étant branchés sur un bloc de calcul dont la sortie est branchée sur un mécanisme exécutif qui trie les arti- cles ferromagnétiques en mouvement (SU, A, 882669). Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Les articles ferromagnétiques aimantés glissent sur la surface inclinée du guide et passent à travers les -deux bobines d'induction du convertisseur. Les forces électro-motrices induites par les articles aimantés dans les bobines d'induction attaquent les moyens de traitement de signaux électriques. Après le passage des articles à travers les bobines d'induction, les sorties des moyens de traitement fournissent des tensions U et U prop'ortion- 1 2 nelles à la valeur maximale de la projection du vecteur de flux magnétique résiduel dans les articles sur les nor- males aux plans de disposition des bobines d'induction respectives. Ces tensions attaquent les entrées du bloc de calcul qui réalise le traitement des tensions U1 et U2 î + 1 2 suivant l'algorithme U1 2 U1 + 2 Ceci assure l'indépendance des résultats du triage des articles par rapport aux rotations du vecteur du flux magnétique résiduel dans les articles dans un plan parallèle à la base du guide incliné. Ledit dispositif a une basse véracité et un fai- ble rendement du triage 'des articles ferromagnétiques en mouvement. Un faible rendement du triage des articles par ledit dispositif est lié à la nécessité de réaliser un régime de triage auquel les articles glissent sur la base du guide incliné, c'est-à-dire se déplacent avec une vi- tesse inférieure à celle de la chute libre. Une basse véracité du triage est due au fait que ses résultats sont influencés par les rotations aléatoires du vecteur du flux magnétique résiduel dans les articles en mouvement dans des plans non parallèles au plan de la base du guide incliné. L'invention vise à créer un dispositif de triage d'articles ferromagnétiques-en mouvement dont le convertis- seur de la variation du flux magnétique, due aux articles ferromagnétiques en mouvement le long du guide, en un signal électrique, serait réalisé de façon, en plus des moyens auxiliaires, à élever la véracité et le rendement du triage des articles ferromagnétiques par suppression de l'influence de la rotation aléatoire des articles en mouvement le long d'un guide sur les résultats du triage. Le problème est résolu du fait que, dans un dispo- sitif de triage, d'articles ferromagnétiques en mouvement, qui comporte un convertisseur de la variation du flux magnétique, due aux articles ferromagnétiques en mouvement le long d'un guide, en un signal électrique, ce conver- tisseur comportant une première paire de bobines d'induc- tion identiques encerclant le guide,dont les spires de l'une sont perpendiculaires aux spires de l'autre, de fa- çon que les centres de ces bobines d'induction doincident et forment un centre commun pour les bobines, dont les pre- mières bornes sont mises à la terre et les autres sont électriquement reliées à des moyens, individuels pour cha- que bobine d'induction, de traitement des signaux électri- ques induits dans ces bobines par les articles ferromagné- tiques en mouvement, branchés sur un bloc de calcul dont la sortie est branchée sur un mécanisme exécutif qui trie les articles ferromagnétiques en mouvement, conformément à l'invention, le convertisseur de la variation du flux magnétique, due aux articles ferromagnétiques en mouvement le long du guide, en un signal électrique, comporte une deuxième paire de bobines d'induction identiques encer- clant le guide, dont les spires de l'une sont perpendicu- laires aux spires de l'autre, de façon que les centres de ces bobines coincident et forment un centre commun des bobines dont les premières bornes sont mises en série et en opposition, la deuxième borne de l'une des ces bobines - étant mise à la terre, et pour la deuxième paire de bobi- nes d'induction, est prévu un moyen individuel de traite- ment des signaux électriques qui y sont induits par les articles ferromagnétiques-en mouvement, dont l'entrée est branchée sur la borne libre de l'autre bobine d'induc- tion, la sortie est branchée sur le bloc de calcul, Ies spires des bobines d'induction de la deuxième paire étant disposées, par rapport aux spires des bobines d'induction de la première paire, de façon que leurs centres communs coincident et les lignes d'intersection des plans de dis- position des bobines d'induction de chaque paire étant perpendiculaires l'une à l'autre. Une telle exécution du dispositif proposé assure l'indépendance des résultats obtenus lors des mesures de la valeur du flux magnétique résiduel dans les articles et, par conséquent, les résultats du triage des articles d'après ce paramètre ne dépendent pas de l'influence des rotations aléatoires des articles en mouvement. Par consé- quent, se trouve élevée la véracité du triage. Ceci permet également de trier les articles en chute libre, ce qui augmente le rendement du triage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: -la figure 1 représente un schéma général d'un dispositif de triage d'articles ferromagnétiques en mouvement, selon l'invention; - la figure 2 représente un schéma de disposition réciproque des bobines d'induction du convertisseur du dispositif, selon l'invention; - la figure 3 représente un schéma synoptique d'un moyen de traitement de signaux électriques du dispo- sitif, selon l'invention; - la figure 4 représente un schéma synoptique d'un bloc de calcul du dispositif, selon l'invention; et - la figure 5 représente l'orientation du vecteur du flux magnétique résiduel dans un article à trier, à son passage à travers les bobines d'induction du conver- tisseur du dispositif, selon l'invention. Le dispositif de triage d'articles ferromagnéti- ques en mouvement selon l'invention comporte un convertis- seur 1 (figure 1) de la variation du flux magnétique due à l'influence des articles ferromagnétiques 3 se déplaçant le long d'un guide 2. Le guide 2, dans la variante décrite d'exécution du dispositif, est vertical. Les articles fer- romagnétiques 3 ont la forme de sphères (de billes). Le convertisseur comporte deux paires de bobines d'induction 4 et 5 (première paire) et 6 et 7 (seconde paire) (figures 1 et 2)-identiques, encerclant le guide 2. Chaque bobine 4, 5, 6, 7 est conventionnellement représen- tée sur les dessins par une ligne épaisse sous la forme d'une spire 8, 9, 10, 11, respectivement, avant une forme rectangulaire. Les spires 8 (figure 2) et 9 des bobines 4 et 5 sont perpendiculaires les unes aux autres de façon que les centres de ces bobines 4 et 5 coincident en formant leur centre commun. Les spires 10 et ll des bobines 6 et 7 sont perpendiculaires les unes aux autres de façon que les centres de ces bobines 6 et 7 coincident en formant leur centre commun. Les spires 8 et 9 des bobines 4 et 5 sont disposées, par rapport aux spires 10 et 11 des bobines 6 et.7, de façon que leurs centres communs coincident en un point 0 et que les lignes 12 et 13 d'intersection des plans de disposition des bobines d'induction 4 et 5 d'une paire et des bobines d'induction 6 et 7 de l'autre paire soient perpendiculaires. Les bornes 14, 15 et 16 (figure 1) des bobines 4, 5 et 7 sont respectivement mises à la terre. Les bornes 17 et 18 des bobines 4 et 5 sont électriquement reliées, respectivement, à des moyens 19 et 20, individuels pour chaque bobine 4 et 5, de traitement des signaux électri- ques induits dans ces bobines 4 et 5 par les articles fer- romagnétiques 3 en mouvement. Les bobines 6 et 7 sont con- nectées par leurs bornes 21 et 22 en série et en opposi- tion l'une à l'autre. la borne 23 de la bobine 6 est bran- chée sur l'entrée d'un moyen 24, individuel pour la deu- xième paire de bobines d'induction 6 et 7, de traitement des signaux électriques induits dans ces bobines 6 et 7 par les articles ferromagnétiques 3 en mouvement. Les sorties des moyens 19, 20 et 24 sont respecti- vement branchées sur les entrées 25, 26 et 27 d'un bloc de calcul 28 dont la sortie est branchée sur un mécanisme exécutif 29 qu trie les articles ferromagnétiques 3 en mouvement. Dans la variante décrite d'exécution du disposi- tif selon l'invention, chaque moyen 19, 20 ou 24 (figure 3) a la forme d'un intégrateur 30, raccordé à la borne 17, 18 ou 23 de la bobine 4, 5 ou 6 et d'un détecteur 31, relié à l'entrée 25, 26 ou 27 du bloc de calcul 28, lesdits inté- grateur et détecteur étant en série. Le bloc de calcul 28 (figure 4) comporte des mo- yens d'élévation à la- seconde puissance 32, 33 et 34 dont les entrées sont les entrées 25, 26 et 27 du bloc 28 et les sorties sont, respectivement, branchées sur les en- trées 35, 36 et 37 d'un additionneur 38 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un moyen d'extraction de la racine carrée 39 dont la sortie est branchée sur l'entrée d'un comparateur 40 dont la sortie sert de sortie au bloc de calcul 28. Dans le dispositif selon l'invention, un moyen 41 (figure 1) d'aimantation des articles ferromagnétiques 3 est prévu, qui comporte une bobine 42 reliée à une *source de courant 43. Le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention pour le triage des articles ferromagnétiques en mouvement consiste en ce qui suit. L'article ferromagnétique 3 (figure 1), pendant sa chute libre le long du guide 2, passe à travers la bo- bine 42 et s'aimante dans le champ magnétique produit par celle-ci. En continuant sa chute, l'article 3 sort de la zone d'action du champ magnétique de la bobine 42 et conti- nue à tomber librement en état aimanté le long du guide 2. La valeur 0 du flux magnétique résiduel dans l'article 3 détermine les propriétés de cet article et sert de critère à son triage. Durant le mouvement le long du guide 2, l'article aimanté 3 passe par 4 les bobines d'induction 4, 5, 6, 7 du convertisseur 1 de la variation du flux magnétique sous l'influence des arti- cles 3 en mouvement le long du guide 2 en un signal élec- trique et induit, dans ces bobines, des signaux électri- ques qui attaquent les entrées des moyens de traitement de signaux électriques 19, 20, 24. Les moyens de traitement de signaux électriques 19, 20, 24 effectuent le traitement des signaux électri- ques attaquant leurs entrées selon la méthode connue qui consiste en l'intégration du signal et la fixation de la valeur maximale du signal intégré. Après le passage de l'article 3 à travers les bobines 4, 5, 6, 7, les sorties des moyens de traitement de signaux électriques 19, 20, 24 dégagent respectivement les tensions U1, U2 et U3 qui ne dépendent pas de la vitesse de mouvement des articles et sont définies seulement par les valeurs maximales du flux magnétique total de l'article 3 et des bobines d'induc- tion 4, 5, 6, 7. La valeur maximale du flux magnétique totale de l'article 3 et des bobines 4, 5, 6, 7, indépen- demment de l'orientation du vecteur du flux magnétique résiduel dans l'article 3 par rapport aux bobines d'induc- tion 4, 5, 6, 7, a lieu au passage de l'article 3 par le centre commun 0 (figure 2) des bobines d'induction 4, 5, 6, 7. Admettons que le bentre du système -cartésien de coordonnées est le point 0 (figure 5),que l'axe Z coîncide avec l'axe longitudinal du. guide 2 (figure 1), l'axe X, avec la ligne 13 d'intersection des plans de disposition de la bobine d'induction 6 et de la bobine d'induction 7, et l'axe Y avec la ligne 12 d'intersection des plans de disposition de la bobine d'induction 4 et de la bobine d'induction 5. Admettons que le vecteur du flux magné- - tique résiduel dans l'article 3sa à son passage par le point O, une orientation aléatoire: ) -- --)- t= xi + yj + zk, (1) o i, j, k sont des vecteurs unitaires orientés respectivement le long des axex X, Y, Z; x, y, z sont des projections du vecteur tres- pectivement sur les axes X, Y, Z. Déterminons Ies tensions U1, U2 U3 aux sorties des moyens de traitement de signaux électriques 19, 20, 24. Les vecteurs unitaires n1, n2, n3, n4 des normales aux plans respectifs de disposition des bobines d'induction 4, , 6, 7 s'inscrivent dans le système choisi de coordonnées de la façon suivante: n = ( \2-/2 (k - i) t 2 ( j2/2) (k + i) t = ( 6/2) (? -*j); n 3.- - n4 ( 2/2) (k + j). (2) Les projections 1' 02' 39 e4 du vecteur T sur les orientations des normales aux plans de disposition des bobines d'induction 4, 5, 6, 7, respectivement, sont égales à: î 1= ('i) ( /2) (z- x); 2= = ( C2/2) (z + x) 0 = ( È-) = ( C/2) (z - y) $4 = (cTk* -) = ( r/2) (z + y). (3) Soit un nombre de spires dans chaque bobine d'in- duction 4, 5, 6, 7 égal à N, des coefficients de trans- fert des moyens de traitement de signaux électriques 19, , égaux à K et le coefficient de transfert du moyen de traitement de signaux électriques 24 égal à VK/2. Alors, en tenant compte de la mise en opposition des bobines d'induction 6 et 7, on obtient pour U1, U2, U3: ui = ( \r2/2) KN (z - x); U2 = ( V2/2) KN (z + x); U3 = KNy. (4) Les tensions U1, U2, U3 aux sorties des moyens de traitement de signaux électriques l9, 20, 24 sont appli- quées aux entrées 25, 26, 27 du bloc de calcul 28 qui réa- lise leur traitement suivant l'algorithme: [U =1 + U2 + U3(5) o U est la tension à la sortie du moyen 39 (figure4). La tension U attaque le comparateur 40 et est comparée aux valeurs de tension de consigne déterminant - les limites dans lesquelles les articles 3, suivant la valeur de, sont à reconnaître bons. Selon le résultat de la comparaison, le compara- teur 40 forme un signal de-commande pour le mécanisme exé- cutif 29 qui effectue le triage-des articles 31. En tenant compte des équations (4) et (5), on obtient, pour la tension U servant de critère de qualité pour les articles 3: U = KN x2 2+ + z2 = KN (6) La tension U est proportionnelle à la valeur absolue du vecteur t du flux magnétique résiduel dans l'article 3 à trier et ne dépend pas de son orientation au passage à travers les bobines d'induction 4, 5, 6, 7, c'est pourquoi les rotationsaléatoires des articles 3 lors de leur mouvement le long du guide 2 n'influent pas sur les résultats du triage. Les articles peuvent être triés pendant leur chute libre. - le dispositif de triage des articles ferromagné- tiques en mouvement, objet de l'invention, assure une haute véracité et un bon rendement du triage de ceux-ci. RE V E N D I C AT I 0 N Dispositif de triage d'articles ferromagnétiques en mouvement,du type comportant un convertisseur de la variation du flux magnétique sous l'influence des articles ferromagnétiques en mouvement le long d'un guide en un signal électrique, ce convertisseur comportant une pre- mière paire de bobinesidentiques d'induction encerclant le guide, les spires de l'une étant disposées perpendicu- lairement aux spires de l'autre, de façon que les centres de ces bobines d'induction coïncident en formant un centre commun des bobines, dont les premières bornes sont mises à la terre et les autres sont électriquement raccordées à des moyens, individuels pour chaque bobine d'induction, de traitement des signaux électriques induits dans ces bobines par les articles ferromagnétiques en mouvement, ces moyens étant branchés sur un bloc de calcul dont la sortie est branchée sur un mécanisme "éxécutif qui trie les articles ferromagnétiques en mouvement, caractérisé en ce que le convertisseur (1) de la variation du flux magnéti- que sous l'influence des articles ferromagnétiques (3) en mouvement le long du guide (2) en un signal électrique comporte une deuxième paire de bobines d'induction (6, 7) identiques, encerclant le guide (2), les spires (10) de l'une (6) d'entre elles étant perpendiculaires aux spires (11) de l'autre (7) de façon que les centres de ces bobi- nes d'induction (6, 7) coincident en formant un centre commun pour les bobines (6, 7) dont les premières bornes (21, 22) sont mises en série et en opposition, l'autre borne (16) de la bobine (7) étant mise à la terre et en ce que pour la deuxième paire de bobines d'induction (6, 7), est prévu-un moyen individuel (24)- de traitement des si- gnaux électriques induits dans ces bobines (6, 7) par les articles ferromagnétiques (3) en mouvement, dont l'entrée est branchée sur la borne libre (23) de l'autre bobine d'induction (6), la sortie dudit moyen (24) étant bran- chée sur le bloc de calcul (28), alors que les spires (10, 11) des bobines d'induction (6; 7) de la deuxième paire sont disposées par rapport aux spires (8, 9) des bobines d'induction (4, 5) de la première paire de façon que leurs centres communs coincident et que les lignes (12, 13) d'intersection des plans de disposition des bobi- nes d'induction (4, 5, 6, 7) de chaque paire soient per- pendiculaires.