Brevet FR2666409A1 — publié le 19920306

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de mesure de profil transversal d'épaisseur d'une bande métallique notamment en acier, sur un train de laminage de tôles à chaud ou à froid. Ce dispositif comprend un tube émetteur de rayonnement et un détecteur linéaire de rayonnement, disposés de part et d'autre du plan de la dite bande, et des moyens électroniques d'acquisition, de mesure et de commande. On connait des dispositifs de mesure de profil d'épaisseur de bandes métalliques par absorption de rayons X, qui comprennent un émetteur de rayons X et un détecteur de rayons X constitué d'une chambre d'ionisation à détecteurs multiples Mais ces dispositifs, d'une part ont une résolution trans- versale insuffisante, de l'ordre de 1,9 mm, du fait de la chambre d'ionisation à détecteurs multiples, et d'autre part ne donnent pas des mesures de précision satisfaisante dans la zone du voisinage de la rive de la bande métallique sur une largeur pouvant atteindre plusieurs dizaines de mm Ce deuxième inconvénient provient de ce que les rayons X sont diffusés de ma- nière inhomogène au voisinage de la rive de la bande, et cette inhomogénéité vient perturber la mesure. Le but de l'invention est donc d'améliorer la résolution transversale et de permettre de mesurer l'épaisseur de la bande métallique jusqu'au proche voisinage de la rive de celle-ci avec une bonne précision. Conformément à l'invention, le dispositif comprend un masque interposé entre le tube émetteur et le détecteur afin d'occulter partiellement le rayonnement émis par le tube et de masquer la partie correspondante du détecteur. Selon le procédé également visé par l'in- vention, on positionne au-dessus et au-dessous de la bande respectivement, un émetteur de rayonnement et un détecteur linéaire du faisceau émis, et on enregistre un signal électrique représentatif de la variation transversale d'épaisseur de la bande jusqu'au voisi- nage de l'une de ses rives. Selon l'invention, le procédé est caracté- risé en ce qu'on interpose un masque entre le détec- teur et l'émetteur en le positionnant de manière qu'il occulte la partie du faisceau émis non occultée par la bande et qu'il déborde la rive de la bande sur une largeur déterminée afin d'occulter la partie corres- pondante du faisceau rayonné traversant la zone de cette rive, et on maintient constante cette largeur de débordement pendant la mesure. Selon d'autres caractéristiques, le masque est situé soit entre la bande et le détecteur soit entre le tube émetteur et la bande Il est positionné de manière à déborder la rive de la bande sur une largeur déterminée et à occulter la partie du rayon- nement qui n'est pas occultée par la bande, ainsi que la partie du rayonnement occultée par la zone de la bande située en rive de celle-ci lorsqu'il est situé entre la bande et le détecteur Lorsqu'il est situé entre l'émetteur et la bande, le masque occulte la partie du rayonnement qui serait interceptée par la zone de la bande située en rive de celle-ci. Pour la mesure de plusieurs profils, ou la mesure en continu sur une bande en défilement, le masque peut être placé sur un support mobile, dont les déplacements peuvent être commandés par les dits moyens électroniques Dans ce cas les moyens électro- niques d'acquisition et de mesure comportent des 3, moyens de détermination de la largeur de la zone si- tuée en rive de bande, et des moyens d'asservissement de la position dudit masque à la mesure de la largeur de la zone située en rive de la bande de façon à conserver cette largeur constante. Le tube émetteur de rayonnement peut être un émetteur de rayons X et le détecteur linéaire est avantageusement une barrette de photodiodes recouverte d'une substance scintillante. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation non limitative. La figure 1 est une vue schématique en élévation illustrant le principe de l'invention. La figure 2 est une vue en perspective d'une forme de réalisation du dispositif de mesure visé par l'invention. La figure 3 est un graphique illustrant le signal délivré par le détecteur avec utilisation d'un masque selon l'invention. La figure 4 est un graphique montrant un exemple de mesure réalisée avec le dispositif selon l'invention. Le dispositif représenté à la Fig 2 comprend des glissières supérieures 1 et des glissières inférieures 2 fixées sur un bâti 24 Un chariot 3 est monté coulissant sur les glissières supérieures 1 et porte un tube émetteur 4 de rayons X (ou éventuelle- ment de rayons gamma), un chariot 5 est monté cou- lissant sur les glissières inférieures 2 et porte, d'une part un détecteur linéaire 6 et d'autre part un bloc 7 dans lequel coulissent des glissières 8 qui portent une plaque 9 fixée aux extrémités des glissières 8 Le chariot 5 porte également un moteur pas à pas 10 d'entraînement des glissières 8 en trans- lation dans le bloc 7, par des moyens non représentés tels qu'une courroie crantée. Un moteur pas à pas 11 monté sur le bâti 24 peut entraîner le chariot 3 de manière connue, par exemple par une courroie crantée supérieure (non représentée) s'étendant le long des glissières 1 et solidaire du chariot 3 Il entraîne également le chariot 5 par l'intermédiaire d'un arbre 12, et d'une courroie crantée (non représentée) s'étendant le long d'une glissière 2 et solidaire du chariot 5. La plaque 9 est constituée d'un matériau voisin de celui constituant les bandes dont les épaisseurs seront mesurées avec le dispositif décrit, par exemple de l'acier doux L'épaisseur de la plaque 9 peut varier par gradins; chaque gradin sert alors d'étalon d'épaisseur mais peut également être utilisé comme masque, ainsi qu'il sera expliqué plus loin. Mais pour assurer cette fonction, la plaque peut être remplacée par une plaque d'épaisseur constante Des moyens connus détectent la position des chariots mobiles 3 et 5 par rapport au bâti 24, et la position de la plaque 9 par rapport au bloc 7 solidaire du chariot 5. Les moyens de commande des moteurs pas à pas et 11, les moyens de détection de la position des chariots mobiles 3 et 5 et de la plaque 9, le moyen de commande du tube 4 à rayons X, et le détecteur linéaire 6 sont reliés à des moyens électroniques d'acquisition, de mesure et de commande 21 (Fig 1), réalisés de manière connue en soi. Lorsque l'on désire mesurer le profil d'épaisseur transversal d'une bande 13, par exemple en acier, on dispose l'appareil de mesure de manière que la bande 13 soit située entre les glissières 1 et 2 dans un plan parallèle à celles-ci et situé, par exemple à environ 20 cm, au dessus du détecteur 6 La bande s'étend horizontalement et est en défilement ou à l'arrêt sur le train de laminage. A l'aide du moteur 11, on déplace les chariots 3 et 5 de façon à disposer le tube 4 à rayons X et le détecteur 6 l'un en face de l'autre au droit de la zone de la bande dont on veut mesurer l'épais- seur; cette zone est constituée par la zone 30 traversée par une partie 15 du faisceau de rayons X traversant la bande 13 et non interceptée par le masque 9. A l'aide du moteur 10, la plaque 9 est disposée comme représenté aux Fig 1 et 2, de façon à masquer la partie 17 du faisceau qui n'est pas interceptée par la bande 13 ainsi que la partie 16 du faisceau interceptée par la zone 14 de la bande située au voisinage immédiat de sa rive. La partie 15 du rayonnement X, après avoir traversé la bande 13, est reçue par le détecteur 6 qui engendre un signal que les moyens électroniques 21 d'acquisition, de mesure et de commande enregistrent. Ce signal représente l'intensité du rayon- nement X reçu par chacun des points du détecteur 6 en fonction de leur position Ce signal permet par un calcul connu en soi, de déterminer le profil d'épais- seur dans le sens transversal de la bande. La figure 3 est un graphique représentant le signal émis par le détecteur 6, avec en abscisses la position x du point de mesure le long du détecteur 6 et en ordonnée l'intensité i du signal émis La courbe obtenue comporte trois parties: une première partie 18 correspondant à la portion 15 du faisceau de rayons X qui traverse la bande 13 et elle seule Cette partie 18 permet de calculer l'épaisseur de la bande. une deuxième partie 19 correspondant à la portion 16 du faisceau de rayons X qui traverse à la fois la bande 13 et le masque 9 (zone de rive 14) Cette portion est située entre les abscisses xl et x 2 et la différence A x = x 2 xl entre ces abscisses représente la largeur de la zone 14 de la bande 13 occultée par le masque 9, zone dans laquelle on ne peut pas mesurer l'épaisseur Cette zone peut avoir par exemple une largeur de 1 à 2 mm. une troisième partie 20 correspondant à la portion 17 du faisceau de rayons X, interceptée par le masque 9 seul Cette portion ne sert pas directement à la mesure, mais peut servir de référence d'épaisseur. La bande 13 pouvant être en mouvement pendant la mesure, sa rive peut se déplacer par rapport au dispositif de mesure Ce déplacement de la rive peut faire varier la largeur 1 de la zone de recouvrement de la bande 13 et du masque 9, et même faire disparaître cette zone de recouvrement C'est en particulier le cas lorsque le dispositif de mesure d'épaisseur est installé sur une ligne sur laquelle la bande 13 défile en continu. Pour éviter cet inconvénient, la position du masque 9 est asservie par des moyens connus à la largeur 1 de la zone de recouvrement de la bande 13 et du masque 9, de façon à conserver cette largeur 1 constante. Pour cela les moyens électroniques et infor- matiques d'acquisition, de mesure et de commande, déterminent de façon connue x 2 et xl, puis 4 x = x 2-xl, comparent Lx à une référence 6 x O choisie par l'opérateur L'écart tàx Ax O sert alors de signal de commande pour les moyens de commande du moteur 10, qui déplace les glissières 8 et le masque 9 jusqu'à l'annulation de cet écart. La figure 4 est un graphique sur lequel est portée en abscisses, la largeur d de la bande 13 et en ordonnées son épaisseur E en um, et qui donne un exemple numérique de mesures réalisées à partir de la rive de la bande (abscisse zéro). La bande en acier doux a une épaisseur de 3,5 mm et la tension d'alimentation du tube de rayons X peut être de 75 k V La courbe 21 représente le profil réel d'épaisseur de la bande La courbe 22 représente le profil mesuré par le dispositif selon l'invention avec le masque 9 en position On voit que, sauf pour les trois premiers millimètres, la mesure est excellente car la courbe 22 se confond pratiquement avec la courbe 21 Le pic observé sur les trois premiers millimètres de la courbe 22 provient du recouvrement entre la bande 13 et le masque 9 dans la zone de rive 14. La courbe 23 est le profil d'épaisseur mesuré par le dispositif selon l'invention mais dans lequel on a enlevé le masque 9 On voit sur cette courbe 23 que l'effet de diffusion des rayons X et d'éblouissement du détecteur 6 est très important, puisqu'il fausse la mesure au moins jusqu'à 25 mm de la rive. Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'obtenir une résolution transversale de lmm environ, et une précision de mesure très satisfaisante au voi- sinage de la rive de la tôle Pour une tôle d'épais- seur inférieure au mm le temps de mesure pour le profil complet se situé dans la fourchette de O,ls à ls De plus les détecteurs à photodiodes étant beaucoup plus simples que les détecteurs à chambres d'ionisation multiples, sont beaucoup moins onéreux. Le détecteur linéaire peut être un détecteur du type THX 9577 de la société THOMSON Il comprend en particulier une barrette de 144 photodiodes rectan- gulaires mesurant 1,6 mm sur 3,2 mm et recouvertes d'une substance scintillante. Parmi les diverses variantes de réalisation possibles, on notera celle selon laquelle le masque 9 peut être disposé entre l'émetteur 4 de rayons X et la bande 13 dont on veut mesurer l'épaisseur. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure, par absorption de rayonnement, du profil d'épaisseur d'une bande métallique, notamment en acier, du type comprenant un tube émetteur ( 4) de rayonnement et un détecteur linéaire ( 6) de rayonnement, disposés de part et d'autre du plan de ladite bande et des moyens électro- niques ( 21) d'acquisition, de mesure et de commande, caractérisé en ce qu'il comprend un masque ( 9), inter- posé entre le tube ( 4) émetteur et le détecteur ( 6) afin d'occulter partiellement le rayonnement émis par le tube émetteur ( 4) et de masquer la partie corres- pondante du détecteur ( 6). 2 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit masque ( 9) est situé entre la bande et le détecteur ( 6). 3 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit masque ( 9) est situé entre le tube émetteur ( 4) et la bande. 4 Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit masque ( 9) est positionné de manière à déborder la rive de la bande ( 13) sur une largeur déterminée ( 1) et à occulter le rayonnement ( 17) non occulté par la bande, ainsi que le rayonnement ( 16) occulté par une zone ( 14) de la bande située en rive de celle-ci. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le masque ( 9) occulte la partie du rayonnement non interceptée par la bande ( 13) ainsi que le rayonnement qui serait intercepté par la zone ( 14) de la bande située en rive de celle-ci en l'absence dudit cache. 6 Dispositif suivant la revendication 4 ou , caractérisé en ce que les moyens électroniques ( 21) d'acquisition de mesure comportent des moyens de détection de la largeur ( 1) de la zone ( 14) située en rive de la bande ( 13). 7 Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le masque ( 9) est placé sur un support mobile perpendiculairement à la rive de la bande, dont les déplacements peuvent être commandés par lesdits moyens électroniques ( 21), et que les moyens électroniques ( 21) d'acquisition et de mesure comportent des moyens de détermination de la largeur ( 1) de la zone ( 14) située en rive de bande ( 13) et des moyens d'asservissement de la position dudit masque ( 9) à la mesure de la largeur de ladite zone située en rive de bande, de façon à conserver cette largeur constante. 8 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rayonnement émis par le tube émetteur ( 4) est un rayonnement X. 9 Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le détecteur linéaire ( 6) comprend une barrette de photodiodes recouvertes d'une substance scintillante. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un chariot ( 3) de support du tube émetteur ( 4) de rayonnement monté coulissant sur des glissières ( 1) de guidage placées à la partie supérieure d'un bâti fixe ( 24), un chariot ( 5) de support du détecteur linéaire ( 6) monté cou- lissant sur des glissières ( 2) de la partie inférieure du bâti et un bloc ( 7) dans lequel sont montées à coulisse des glissières ( 8) de support du masque ( 9), les différentes glissières précitées s'étendant per- pendiculairement à la direction longitudinale de la bande ( 13) dont doit être mesurée l'épaisseur, ainsi 1 1 que des moteurs ( 10, 11) de commande des déplacements des chariots ( 3, 5) et du masque ( 9). 11 Procédé pour mesurer le profil d'épais- seur d'une bande métallique ( 13), notamment en acier, au moyen d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, selon lequel on positionne au-dessus et au-dessous de la bande respectivement, un émetteur ( 4) de rayonnement et un détecteur linéaire ( 6) du faisceau émis, et on enregistre un signal électrique (i) représentatif de la variation trans- versale d'épaisseur de la bande ( 13) jusqu'au voisinage de l'une de ses rives, caractérisé en ce qu'on interpose un masque ( 9) entre le détecteur ( 6) et l'émetteur ( 4) en le positionnant de manière qu'il occulte la partie ( 17) du faisceau émis non occultée par la bande ( 13) et qu'il déborde la rive de la bande sur une largeur déterminée ( 1), afin d'occulter la partie correspondante ( 16) du faisceau rayonné tra- versant la zone de cette rive, et on maintient constante cette largeur ( 1) de débordement pendant la mesure.