Brevet FR2660754A1 — publié le 19911011

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CARACTERISATION DE LA TENSION D'UNE BANDE METALLIQUE La présente invention concerne la caractérisation ou la mesure de la tension d'une bande métallique, notamment lors du laminage de ladite bande. Lors du laminage à froid d'un produit métallique mince, tel qu'une bande d'acier destinée à la fabrication de tôles, l'homogénéité de la tension de la bande sur toute sa largeur est l'un des facteurs qui conditionnent l'obtention d'un produit final de bonne qualité. Une tension non homogène de la bande se traduit en effet par des défauts de planéité du produit. Les dispositifs actuellement connus qui permettent de mesurer la tension de la bande en cours de laminage et de contrôler sa planéité ne prennent pas en compte la tension au voisinage des rives de la bande. Celle-ci doit pourtant être évaluée par l'opérateur de manière à vérifier qu'elle est égale sur les deux rives. A la connaissance du Demandeur, cette évaluation a déjà été effectuée de la manière suivante : l'opérateur frappe successivement les deux rives au moyen d'un bâton qu'il tient en main, avec une force aussi égale que possible lors des deux essais, et il compare les rebonds du bâton sur chaque rive, qui sont fonction de leur tension. Les principales insuffisances de cette méthode sont évidentes.Seule une estimation grossière et qualitative de la différence de tension entre les rives est possible, du fait de la difficulté pour l'opérateur à reproduire exactement la même frappe à chaque essai, et du caractère subjectif de l'évaluation des rebonds du bâton. De plus, cette opération nécessite, pour dégager l'espace nécessaire à son exécution, la mise hors service de la jauge de mesure de l'épaisseur du produit si, comme c'est parfois le cas sur les laminoirs de type "Sendzimir", cette jauge de mesure opère par contact avec la bande. Enfin l'opérateur doit s'approcher très près de la bande en défilement, ce qui pose des problèmes de sécurité. Le but de l'invention est de proposer une méthode simple d'évaluation de la tension en rives drune bande en cours de laminage reposant sur des critères objectifs et donnant un résultat fiable et reproductible, de manière à permettre un réglage à l'identique de la tension sur les deux rives du produit, tout en ne perturbant pas la marche du laminoir. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de caractérisation de la tension d'une zone d'une bande métallique main tenue entre deux appuis, telle qu'une bande d'acier en défilement subissant un laminage, caractérisé en ce qu'on réalise une percussion de ladite zone de la bande par un corps de frappe, en ce que, avant la percussion, on imprime audit corps de frappe une vitesse d'impact reproductible, en ce que, après la percussion, on détermine l'énergie dudit corps de frappe qui a été absorbée par la bande lors de ladite percussion, et en ce qu'on corrèle le résultat de cette détermination à la tension de ladite zone de ladite bande.Préférentiellement, cette détermination est effectuée par la mesure de la hauteur maximale atteinte par le corps de frappe après avoir rebondi sur la bande, si avant la percussion, le corps de frappe avait une trajectoire descendante, ou par la mesure des vitesses V1 et V2 du corps de frappe respectivement juste avant et juste après la percussion, ou de grandeurs représentatives de V1 et V2, et par le calcul du rapport V2 ou d'une grandeur qui lui est liée. L'invention a également pour objet un dispositif pour la caractérisation de la tension d'une zone d'une bande métallique maintenue entre deux appuis, telle qu'une bande d'acier en défilement subissant un laminage, dispositif comportant - un boîtier à l'intérieur duquel peut librement coulisser un corps de frappe dont la partie terminale est destinée à percuter la surface de la bande métallique - des moyens permettant d'imprimer audit corps de frappe une vitesse initiale donnée garantissant une vitesse reproductible du corps de frappe au moment où il percute la bande - des moyens de détermination de l'énergie du corps de frappe absorbée par la bande lors de leur percussion - et des moyens de restitution à l'opérateur du résultat de cette détermination ;; dispositif caractérisé en ce que la partie terminale du corps de frappe possède une symétrie de révolution et est montée libre en rotation autour de son axe de révolution, ledit axe étant orienté tranversalement à la direction de déplacement du corps de frappe dans le boîtier. Comme on l'aura compris, l'invention repose sur l'évaluation, d'une manière qui peut n'être que qualitative mais doit être reproductible, de l'élasticité que confère la tension de la bande à la zone sur laquelle l'essai est effectué. En répétant l'essai dans des conditions identiques sur plusieurs points de la largeur de la bande, on peut déterminer si cette tension est homogène sur la largeur du produit et notamment en extrême rive. Dans le cas contraire, on doit alors modifier les réglages de l'installation de la façon appropriée pour obtenir cette homogénéité. Lorsqu'un projectile percute une bande métallique de faible épaisseur, tendue entre deux appuis, avec une vitesse donnée au moment du choc, puis rebondit, l'énergie absorbée pendant le choc peut être corrélée, par exemple, à la vitesse avec laquelle le projectile quittela bande. Dans le cas où, avant le choc, le projectile avait une trajectoire descendante, la hauteur maximale qu'il atteint après son rebond peut également être représentative de l'énergie absorbée pendant le choc, toujours pour une vitesse donnée du projectile avant le choc. Cette énergie absorbée dépend de deux séries de facteurs. Certains facteurs sont liés au projectile. Ce sont d'une part ses caractéristiques propres : sa masse, sa matière, sa compliance, sa forme, et d'autre part les caractéristiques de son mouvement initial vitesse et direction. Les autres facteurs sont liés à la bande. Ce sont essentiellement sa matière qui possède une dureté et une élasticité intrinsèques, et sa tension entre ses deux appuis. Toutes choses étant égales par ailleurs, une faible tension de la bande provoque l'absorption d'une plus grande partie de l'énergie du projectile lors du choc, par rapport à une tension de la bande plus élevée. Cette plus grande absorption d'énergie se traduit par une vitesse après le choc et une hauteur maximale de rebond (si celui-ci est ascendant) plus faibles pour le projectile. C'est sur ce principe que repose le procédé selon l'invention. Un essai de rebondissement d'un projectile est effectué sur une zone de produit donnée, telle que le voisinage d'une des rives d'une bande en cours de laminage. Le résultat de l'essai est noté sous forme du rapport entre les vitesses du projectile avant et après le choc, ou sous forme de la hauteur maximale à laquelle rebondit le projectile. Le même essai est ensuite effectué sur l'autre rive avec le même appareillage, ou un appareillage identique et dans les mêmes conditions, à savoir que la vitesse à laquelle le projectile percute la bande doit être identique à celle de l'essai précédent. Comme la nuance du métal testée est la même dans les deux essais, les facteurs liés aux propriétés intrinsèques du métal interviennent de façon semblable sur les résultats des deux essais. La comparaison de ces résultats ne reflète donc bien que la différence entre les élasticités locales de la bande et donc entre ses tensions, aux points où sont effectuées les mesures. Bien entendu, l'essai peut être effectué non seulement au voisinage des rives mais aussi en divers autres points de la largeur de la bande de manière à obtenir une estimation de la variation de la tension de la bande sur toute sa largeur. L'application à la comparaison de la tension des rives n'est qu'une application particulièrement avantageuse car elle permet de s'affranchir des insuffisances des moyens habituels d'évaluation de la tension de la bande dans ces zones. L'invention sera mieux comprise au vu de la description qui suit, faisant référence aux planches de dessins annexés suivants - la figure 1 qui est une représentation schématique en coupe d'un dispositif pouvant être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - la figure 2 qui représente une variante d'exécution du corps de frappe faisant partie du dispositif précédent - la figure 3 qui représente schématiquement une autre variante d'exécution du dispositif. Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, il est possible d'utiliser un appareil similaire à celui décrit dans le brevet français FR 2290660 et destiné initialement à la mesure de la dureté d'un matériau immobile appliqué contre une surface rigide. Les éléments essentiels d'un tel dispositif sont schématisés sur la figure 1. A l'intérieur d'un boîtier 1 coulisse un corps de frappe 2 constitué par une tige 3 et une partie terminale 4 destinée à percuter la surface supérieure d'une bande en défilement 5. De préférence, la surface de cette partie terminale qui entre en contact avec la bande a une forme sphérique pour éviter de déformer ou de rayer la surface de la bande à l'endroit du contact. L'appareil est muni de moyens quelconques permettant d'imprimer au corps de frappe 2 une vitesse initiale Vi reproductible, ces moyens étant symbolisés par le ressort 6.Il comporte également des moyens de guidage 7 du corps de frappe lors de son déplacement, et des moyens non représentés de positionnement et de maintien de l'extrémité 8 du boîtier 1 à une distance d déterminée de la bande 5. Il comprend enfin des moyens de mesure de la vitesse du corps de frappe. Ces moyens peuvent être cons titué par un dispositif à induction électromagnétique comportant une bobine 9 entourant le corps de frappe 2, auquel est intégré un aimant permanent 10. Les positions relatives de la bobine 9 et de l'aimant 10 sont déterminées de manière à ce que, dans les instants qui précédent et qui suivent le choc entre la partie terminale 4 du corps de frappe et la bande 5, il y ait création dans la bobine d'un courant induit. La valeur absolue de la tension U aux bornes de la bobine est une fonction croissante de la vitesse V à laquelle se déplace le corps de frappe 2, et le sens du courant est fonction du sens de déplacement (ascendant ou descendant) du corps. L'installation comprend également des moyens de mesure et de calcul 11 de type connu (par exemple par le document FR 2290660 déjà cité) permettant - de mesurer à tout instant la tension U aux bornes de la bobine 9 et de détecter le sens du courant qui la parcourt lorsque le corps de frappe 2 est en mouvement - de détecter et de stocker la valeur nominale (en valeur absolue) U1 prise par U juste avant le choc du corps de frappe 2 avec la bande 5, et la valeur maximale (en valeur absolue) U2 prise par U juste après ce même choc au début du rebond du corps de frappe, U2 et U1 étant de signes contraires ; le choc se traduit par une annulation brutale de U suivie d'un changement de son signe, puisque U suit les variations en signe et en intensité de la vitesse V du corps de frappe Ul - de calculer le rapport U2 - et de restituer à l'opérateur par des moyens 12 la valeur du rapport uU2 ou une grandeur représentative de ce rapport. Le rapport Ul est une fonction directe du rapport V12 entre la V2 vitesse V1 du corps de frappe avant son choc avec la bande et la vitesse V2 du corps de frappe après ce même choc, et est donc représentatif de l'énergie absorbée par la bande lors du choc. Comme on l'a vu précédemment, cette énergie absorbée dépend entre autres paramètres, de la tension de la bande. Si on répète l'essai en différents points de la largeur de la bande en défilement, en maintenant à l'identique les paramètres opératoires (les caractéristiques physiques du corps de frappe et sa vitesse initiale VI, la distance d entre le boîtier et la bande), la comparaison des rapports U1 résultant des divers essais donne une image de la U2 variation de tension de la bande sur sa largeur.En particulier, si des mesures sont effectuées au voisinage des deux rives du produit, on peut déterminer s'il est nécessaire de modifier la tension de la bande dans l'une de ces zones afin de- la rendre égale à celle de l'autre zone. Cette possibilité de détecter-avec précision une différence de tension entre les rives de la bande représente l'un des principaux avantages du procédé décrit par rapport aux procédés existants. Le dispositif comporte également des moyens de type connu et non représentés de maintien au repos du corps de frappe 2 avant l'essai, le ressort 6 étant alors comprimé. Ces moyens de maintien permettent aussi au moment de l'essai de libérer le corps de frappe auquel le ressort 6, ou tout autre dispositif de fonction équivalente, imprime une vitesse initiale reproductible Vi, comme on l'a vu précédemment. Dans l'utilisation de cette méthode, on peut se contenter de mesurer des valeurs du rapport V2 (ou de toute autre grandeur qui lui U1 est liée telle que le rapport U2 précédemment défini) sur les différentes zones de la bande, et en déduire de manière qualitative s'il faut ou non apporter des modifications aux réglages du laminoir. La validité de telles modifications est ensuite testée grâce à une Vl nouvelle série de mesures de V2 On peut également franchir une étape supplémentaire en étalonnant le dispositif au préalable, c'est-à-dire en déterminant, pour un appareil de mesure donné et pour une nature et une vitesse de la bande données, quelles tensions de bande correspondent aux divers résultats possibles de la mesure de V1. Une V2 fois réalisé cet étalonnage, on peut obtenir une mesure quantitative de la tension de la bande dans la zone d'essai. Le matériau constituant la partie terminale du corps de frappe doit être choisi de manière à limiter autant que possible la profondeur de l'empreinte de déformation plastique qu'il laisse sur la bande, voire à ne pas créer cette empreinte. Ce matériau n'est pas forcément métallique. Ce peut-être du bois ou une matière plastique. Par des étalonnages périodiques de l'appareil on devra contrôler l'évolution éventuelle de ses propriétés mécaniques et en tenir compte dans l'interprétation des résultats des mesures. Au besoin, la partie terminale du corps de frappe pourra être remplacée. Les vibrations de la bande en défilement peuvent exercer une influence perturbatrice sur le résultat de la mesure. En effet, si au moment de la mesure, le point d'impact de la partie terminale du corps de frappe est en phase ascendante, le corps de frappe reçoit une impulsion supplémentaire. Inversement, si le point d'impact est en phase descendante, le rebond du corps de frappe est atténué. Pour s'affranchir de ce phénomène, il est conseillé de réaliser plusieurs mesures successives de la tension de bande et de prendre pour valeur de celle-ci la moyenne des résultats enregistrés. Bien entendu, des modifications peuvent être apportées au dispositif décrit. Par exemple le boîtier 1 et la bande 5 peuvent être au contact l'un de l'autre. Ce contact doit s'effectuer avec le frottement le plus faible possible, grâce par exemple à une lubrification, ou à des roulements intégrés au boîtier. D'autre part, le choc peut avoir lieu sur la surface inférieure de la bande. A la différence du cas précédent, la vitesse du corps de frappe est alors, sous l'influence de la gravité, décroissante avant le choc et croissante après le choc, ce dont on doit tenir compte dans le fonctionnement des moyens de mesure et de calcul 11 : les instants auquels sont mesurées V1 et V2 ne correspondent plus à des valeurs extrêmes de la vitesse du corps de frappe, mais à des instants où celle-ci varie brutalement. Une autre méthode consiste à mesurer, par des moyens appropriés, l'intervalle de temps qui sépare les instants de passage du corps de frappe devant un repère fixe avant et après le choc. Toutes choses étant égales par ailleurs, plus cet intervalle est long, plus l'énergie absorbée par le choc est importante, ce qui est l'indice d'une faible tension de la bande. Cette méthode permet indirectement VI d'avoir accès au rapport 1 défini précédemment. V2 Par ailleurs, si l'essai est effectué par percussion sur la surface supérieure de la bande, le dispositif de mesure basé sur la comparaison des vitesses du corps de frappe avant et après le choc peut être remplacé par tout dispositif permettant de mesurer la hauteur à laquelle rebondit le corps de frappe après le choc. Cette caractéristique, toutes choses étant égales par ailleurs, est également représentative de l'énergie du corps de frappe absorbée par la Vl bande lors du choc et fournit au même titre que le rapport - une indication sur la tension de la bande. V2 Enfin, du fait de l'impulsion perpendiculaire à la direction de déplacement du corps de frappe que donne la bande en défilement au corps de frappe lors du choc, le rebond du corps de frappe ne s'effectue pas selon une direction rigoureusement colinéaire à la direction du corps de frappe.Ceci entralne que la tige 3 du corps de frappe, si elle est totalement solidaire de sa partie terminale 4, vient frotter contre les moyens de guidage 7 d'autant plus que l'impulsion perpendiculaire est forte. Ce phénomène peut gêner le déroulement de la mesure et détériorer l'appareil. On peut s'en affranchir en imprimant au corps de frappe une vitesse initiale Vi telle que la vitesse V2 après le rebond sera très largement supérieure à la vitesse de la bande et rendra négligeable la composante perpendiculaire du mouvement du corps de frappe lors de son rebond. On peut aussi modifier le corps de frappe 2 comme représenté sur la figure 2 (les autres organes du dispositif, identiques à ceux décrits précédemment, n'étant pas représentés ici) en permettant à sa partie terminale 4, constituée par une bille, de tourner librement autour d'un axe 13 solidaire de la tige 3 du corps de frappe et orienté sensiblement perpendiculairement à la direction de déplacement de la bande 5, que la symbole 14 représente comme étant perpendiculaire au plan de la figure 2. Ainsi, l'impulsion donnée au corps de frappe par le défilement de la bande est transformée en énergie de rotation qui fait tourner la bille 4' autour de l'axe 13 comme indiqué par la flèche 15, et cette impulsion ne gêne pas ou très peu la colinéarité du rebond du corps de frappe 2 à la direction du corps de frappe avant l'impact, ce rebond étant symbolisé par la flèche 16.La bille peut également être remplacé par un cylindre dont l'axe se confond avec l'axe 13. Les deux méthodes qu'on vient d'exposer sont utilisables quelles que soient les orientations de la bande et de l'instrument de mesure. Dans le cas où la bande se déplace horizontalement et où le mouvement du corps de frappe est vertical descendant, le dispositif peut également être modifié comme représenté sur la figure 3. Le boîtier 1 (dont la partie inférieure n'est pas représentée) est fixé sur un support rigide non représenté de manière à le maintenir, dans sa position initiale, à une distance déterminée et non nulle de la bande en défilement 5. Le boîtier 1 est fixé au support par l'intermédiaire d'un pivot de rotation fixe 17, sensiblement horizontal et perpendiculaire à la direction de défilement de la bande, autour duquel il peut tourner librement. Jusqu'au moment de l'impact de la partie terminale 4 du corps de frappe sur la bande (moment où le dispositif présente la configuration représentée en traits pleins sur la figure 3), tout se passe comme dans les exemples précédents. Ensuite, sous l'effet de l'impact, d'une part le corps de frappe 3 remonte comme décrit précédemment à l'intérieur du boîtier avec une vitesse V2. Mais également le boîtier 1 tourne autour du pivot 17 sous l'effet de la composante horizontale donnée par la bande 5 au rebond du corps de frappe 3, composante qui est transmise au boîtier 1 par l'intermédiaire des moyens de guidage 7 du corps de frappe dans son parcours à l'intérieur du boîtier. Le boîtier (comme représenté en pointillés sur la figure 3) prend alors une inclinaison ou par rapport à l'horizontale, dont la valeur maximale est fonction notamment des valeurs relatives de la vitesse V2 du corps de frappe après l'impact et de la vitesse de défilement de la bande. Un tel montage permet donc lui aussi de réduire les contraintes exercées sur le corps de frappe, lors de son rebond, par les parties fixes du boîtier. De plus, il est également possible de donner à la partie terminale du corps de frappe la configuration du type précédemment décrit comportant une bille pouvant tourner autour d'un axe solidaire de la tige du corps de frappe, afin d'atténuer encore davantage les effets du défilement de la bande sur le résultat de la mesure. REVENDICATIONS 1) Procédé de caractérisation de la tension d'une zone d'une bande métallique maintenue entre deux appuis, telle qu'une bande d'acier en défilement subissant un laminage, caractérisé en ce qu'on réalise une percussion de ladite zone de la bande par un corps de frappé, en ce que avant ia percussion, on imprime audit corps de frappe une vitesse d'impact reproductible, en ce que après la percussion on détermine l'énergie dudit corps de frappe qui a été absorbée par la bande lors de ladite percussion, et en ce qu'on corrèle le résultat de cette détermination à la tension de ladite zone de ladite bande. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant la percussion, le corps de frappe a une trajectoire descendante, et en ce qu'on détermine l'énergie résiduelle du corps de frappe après la percussion en mesurant la hauteur maximale qu'il atteint après avoir rebondi sur la bande. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure une grandeur représentative de la vitesse V1 du corps de frappe avant ladite percussion et une grandeur représentative de sa vitesse V2 après ladite percussion, et en ce qu'on détermine l'énergie Vl résiduelle du corps de frappe après la percussion par le rapport - ou V2 une grandeur liée à ce rapport. 4) Dispositif pour la caractérisation de la tension d'une zone d'une bande métallique (5) maintenue entre deux appuis, telle qu'une bande d'acier en défilement subissant un laminage, dispositif comportant - un boîtier (1) à l'intérieur duquel peut librement coulisser un corps de frappe (2) dont la partie terminale (4) est destinée à percuter la surface de la bande métallique (5) - des moyens (6) permettant d imprimer audit corps de frappe une vitesse initiale donnée garantissant une vitesse reproductible du corps de frappe au moment où il percute la bande (5) - des moyens de détermination de l'énergie du corps de frappe (2) absorbée par la bande (5) lors de leur percussion - et des moyens (12) de restitution à l'opérateur du résultat de cette détermination dispositif caractérisé en ce que la partie terminale (4) du corps de frappe (2) possède une symétrie de révolution et est montée libre en rotation autour de son axe de révolution, ledit axe étant orienté transversalement à la direction de déplacement du corps de frappe (2) dans le bottier (1). 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe de révolution de la partie terminale (4) est orientée perpendiculairement à la direction de déplacement du corps de frappe (2) dans le boîtier (1). 6) Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la partie terminale (4) du corps de frappe (2) est une bille traversée par son axe de révolution (13). 7) Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit axe de révolution est constitué par un pivot de rotation fixe (17) autour duquel le boîtier (1) peut tourner librement après la percussion de la bande (5) par le corps de frappe (2). 8) Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination de l'énergie du corps de frappe (2) absorbée par la bande (5) lors de leur percussion sont constitués par des moyens (9,10,11) de mesure et de comparaison des vitesses du corps de frappe avant et après ladite percussion. 9) Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination de l'énergie du corps de frappe (2) aborbée par la bande (5) lors de leur percussion sont constitués par des moyens de mesure de l'intervalle de temps séparant les instants de passage du corps de frappe (2) devant un repère fixe avant et après ladite percussion. 10) Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination de l'énergie du corps de frappe (2) absorbée par la bande (5) lors de leur percussion sont constitués par des moyens de mesure de la hauteur à laquelle rebondit le corps de frappe (2) après ladite percussion.