Brevet FR2669107A1 — publié le 19920515

L'invention concerne la mesure et la régula- tion du taux d'allongement réalisé dans une installation de laminage Ce taux d'allongement est défini à partir de la différence de la vitesse du produit laminé entre l'amont et l'aval de l'installation de laminage. Une méthode connue pour déterminer ce taux de laminage consiste donc à mesurer la vitesse en amont et en aval de l'installation de laminage et de calculer ensuite la différence de ces deux mesures Lorsque le taux d'allongement est faible, ce qui est le cas en particulier pour les opérations de Skin-pass, la préci- sion de la mesure des vitesses amont et aval n'est pas suffisante par rapport à la faible variation de vitesse du produit en amont et en aval de l'installation de laminage si bien que l'on ne peut effectuer de mesures précises, ce qui exclut en particulier la possibilité de régulation en agissant sur les paramètres de l'installa- tion de laminage. La présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif qui permettent de calculer le taux d'allongement avec une précision suffisante qui permet en particulier d'effectuer une régulation sur l'installation de laminage concernée. L'invention a pour objet un procédé de déter- mination du taux d'allongement subi par un produit dans une installation de laminage, par exemple d'un produit métallurgique, dans lequel on mesure la différence entre la vitesse du produit sidérurgique en amont de l'ins- tallation de laminage et la vitesse en aval, caractérisé en ce que l'on illumine le produit sidérurgique en amont et en aval de l'installation de laminage par une source unique ou par deux sources synchrones et cohérentes de lumière monochromatique, en ce que les deux émissions réfléchies par le produit sont superposées et en ce que l'on réalise une analyse fréquentielle de l'onde résul- tant de cette superposition, pour en mesurer la fréquence de battement. De cette manière, on mesure directement la différence de vitesse et la précision de la mesure est nettement améliorée par rapport au dispositif connu o les incertitudes de mesure des vitesses amont et aval se cumulent. Avantageusement, on utilise une source lumi- neuse à laser qui fournit une lumière monochromatique. L'invention a également pour objet un premier dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé; il com- porte une source d'émission laser, deux fibres optiques émettrices recevant l'émission fournie par ladite source et dont l'extrémité libre est disposée au voisinage du produit, en amont de l'installation de laminage pour une première fibre optique émettrice et en aval de l'instal- lation de laminage pour une deuxième fibre optique émettrice, deux fibres optiques réceptrices dont une extrémité est disposée au voisinage du produit de manière à recevoir l'onde réfléchie par ledit produit, une première fibre optique réceptrice étant disposée en amont et une deuxième fibre optique réceptrice étant disposée en aval de l'installation de laminage, l'autre extrémité de chaque fibre optique réceptrice étant connectée à un dispositif optique de superposition des ondes réfléchies, et un dispositif électronique de traitement recevant l'onde superposée obtenue. L'utilisation de fibres optiques permet d'obtenir une illumination intense en un point précis du produit en amont et en aval de l'installation de lamina- ge. Un filtre optique spatial est disposé dans le trajet des émissions réfléchies par le produit Avanta- geusement, ce filtre optique est disposé à l'extrémité de chaque fibre optique réceptrice disposée au voisinage du produit sidérurgique et ne laisse passer qu'une seule direction du faisceau réfléchi. L'invention a également pour objet un deuxième dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité; il comporte une source d'émission laser, un premier sépara- teur de faisceau fournissant à sa sortie deux fibres optiques émettrices amont et aval, deux séparateurs recevant chacun une desdites fibres optiques émettrices aval ou amont et fournissant à leur sortie chacun deux fibres optiques émettrices dont les extrémités sont dis- posées au voisinage des points d'impact amont et aval sur le produit, et deux fibres optiques réceptrices dont une extrémité est disposée au voisinage des points d'impact amont et aval et l'autre extrémité est raccordée à un dispositif de superposition des ondes réfléchies. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit d'un exemple de réalisation, faite en se référant aux figures 1 et 2 annexées représentant de manière schématique des dispositifs conformes à la présente invention. On voit sur la figure 1 un produit, tel qu'un produit sidérurgique se présentant sous la forme d'une bande continue 1 qui traverse une installation de lami- nage schématisée en 2, la partie amont se trouvant à gauche de la figure et la partie aval à droite. Selon l'invention, on illumine la bande de produit sidérurgique 1 en deux endroits localisés 3 et 4 situés respectivement en amont et en aval de l'installa- tion de laminage 2 Une source lumineuse monochromatique 5 comportant un laser est connectée par l'intermédiaire d'un diviseur 19 à deux fibres optiques émettrices 6 respectivement 7 dont l'extrémité libre illumine les zones 3 respectivement 4. Deux fibres optiques réceptrices 8 et 9 ont une extrémité disposée au voisinage de la zone 3, respec- tivement 4, de la bande 1 de manière à recevoir l'onde réfléchie par la bande 1 Les angles des faisceaux incident et réfléchi avec le produit sont égaux, c'est- à-dire que les deux faisceaux sont symétriques par rapport à la normale 10, respectivement 10 ', avec la surface du produit On désigne par e, l'angle entre les deux faisceaux incident et réfléchi. Ces deux fibres optiques réceptrices 8 et 9 sont reliées à un connecteur optique 18 constituant un coupleur dans lequel on réalise la superposition des deux ondes réfléchies par les zones 3 et 4. L'onde obtenue est envoyée dans un photodé- tecteur 11 suivi par un détecteur synchrone 12 qui reçoit un signal de modulation fourni par un modulateur 13 dont le signal de sortie est également envoyé sur la source à laser 5 Ce signal de sortie sert de signal de référence au détecteur synchrone 12 Le signal fourni par le détecteur synchrone 12 est envoyé sur un dispositif de traitement du signal 14 qui, à l'aide d'une analyse fréquentielle, calcule la différence des vitesses du produit dans les zones 3 et 4 et, par suite, le taux d'allongement qui est par exemple affiché sur un dis- positif de visualisation 15. Un filtre optique spatial 16, respectivement 17 est disposé à l'extrémité libre de la fibre optique réceptrice 8, respectivement 9. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant; la source laser fournit un faisceau lumineux monochromatique Les filtres spatiaux 16 et 17 filtrent de manière sélective l'énergie réflé- chie par le produit 1 suivant une seule direction. Compte tenu de l'effet Doppler, la lumière réfléchie par le produit 1 subit un glissement de fré- quence qui est proportionnel à la vitesse de défilement du produit. Les deux ondes lumineuses fournies par les fibres optiques 8 et 9 sont combinées dans le coupleur à fibres optiques 18 et il en résulte un phénomène de battement dû à la superposition de ces deux ondes Dop- pler Ce phénomène de battement est récupéré à l'aide du photodétecteur 11 et le signal électronique correspondant est ensuite dirigé vers le détecteur synchrone 12, qui le sépare du bruit dans lequel il est noyé Or, du fait que le glissement de fréquence dû à l'effet Doppler est proportionnel à la vitesse de défilement du produit 1, la différence entre les deux ondes Doppler réfléchies est proportionnelle à la différence entre la vitesse de défilement du produit 1 en amont, c'est-à- dire au niveau de la zone 3, et la vitesse en aval c'est-à-dire au niveau de la zone 4 Le coefficient de proportionnalité est celui de l'onde Doppler, à savoir: ( 2/>\) sin ( 2/2) o X est la longueur d'onde du mode d'émis- sion, et o 8 est l'angle entre le faisceau incident sur le produit et le faisceau réfléchi par le produit. La vitesse intervenant dans la détermination du coefficient de proportionnalité est la composante de la vitesse de défilement du produit située dans le plan des deux faisceaux incident et réfléchi et perpen- diculaire à la bissectrice intérieure de l'angle O formé par ces faisceaux O est en principe égal dans les deux zones de mesure amont et aval, sinon un étalonnage supplémentaire de l'installation est nécessaire Toutes ces opérations sont effectuées par l'unité de traitement du signal 14. Dans le mode de réalisation de la figure 1, on est tributaire de l'angle d'observation 6 entre les faisceaux incident et réfléchi, ce qui nécessite une opération de filtrage spaciale assez délicate à mettre en oeuvre. Avantageusement, cette opération peut être éliminée en utilisant le mode de réalisation décrit à la figure 2 qui est basé sur la méthode dite "mode Doppler différentiel". Dans le dispositif décrit sur cette figure, on retrouve les mêmes composants électroniques 12 à 15 ainsi que la source laser 5 et le photodétecteur 11. Le faisceau émis par la source laser 5 est envoyé sur un premier coupleur à fibres optiques 21 constituant un séparateur et qui fournit à sa sortie deux fibres optiques émettrices amont et aval 22 et 23 La première fibre optique émettrice 22 est envoyée sur un deuxième coupleur 24 qui fournit en sortie deux fibres optiques 25 et 26 qui illuminent l'emplacement amont 3 sous des angles symétriques, l'angle des deux faisceaux incidents étant égal à e'. De manière analogue, la fibre optique 23 est envoyée sur un coupleur 27 faisant fonction de séparateur et fournissant deux fibres optiques 28 et 29 illuminant l'emplacement aval 4 sous des angles symétriques, l'angle de ces deux faisceaux incidents étant également égal à el; G' prend une valeur de l'ordre de quelques degrés, sachant que la précision de la mesure est d'autant meilleure que cette valeur est faible. A chacun des points d'impact 3 et 4, une fibre optique réceptrice 31, respectivement 32, reçoit le faisceau réfléchi avec un grand angle solide, par exemple sous une incidence normale Les faisceaux incident fournis par les fibres optiques 31 et 32 sont superposés dans un coupleur à fibres optiques 33 dont le signal de sortie est envoyé sur le photodétecteur 11. On envoie donc sur les points d'impact 3 et 4 des ondes lumineuses cohérentes entre elles obtenues à partir d'une source unique monochromatique, à savoir le laser 5 et de coupleurs-séparateurs de fibres optiques. On peut également illuminer chaque point d'impact par deux ondes lumineuses obtenues à partir de deux sources monochromatiques synchrones et cohérentes entre elles. A chacun des points d'impact 3 et 4, sont -5 créés des réseaux de franges d'interférences Les ondes lumineuses recueillies par les fibres réceptrices 31 et 32 sont modulées chacune à une fréquence qui est fonction de la vitesse du produit au point d'impact Ces deux ondes réfléchies sont superposées dans le coupleur 33, ce qui crée un mélange de fréquences. Cette superposition peut, selon une variante, être obtenue au moyen de deux photodétecteurs recueillant chacun une des ondes lumineuses réfléchies et dont les signaux de sortie sont ensuite mélangés de manière connue par un dispositif électronique Dans cette variante, les deux photodétecteurs remplacent le coupleur 33 et le photodétecteur 11 Cette variante peut également être mise en oeuvre dans le dispositif de la figure 1 auquel cas les deux photodétecteurs remplacent le coupleur 18 et le photodétecteur 11. Il résulte de la superposition des deux ondes lumineuses de fréquences différentes un phénomène de battement qui fournit une information fréquentielle relative à la différence des vitesses aux deux points d'impact 3 et 4. Le signal obtenu est envoyé dans le photo- détecteur 11 puis dans le détecteur synchrone Le traite- ment du signal effectué ensuite dans l'unité de traite- ment 14 consiste à analyser le spectre pour en extraire la fréquence de battement recherchée qui correspond à la différence des vitesses du produit en amont et en aval de l'installation de laminage, en utilisant les mêmes relations fréquence-vitesse que dans le mode de réalisa- tion de la figure 1. On voit que l'invention permet de déterminer avec une grande précision et directement la différence de vitesse entre les zones 3 et 4 de la bande 1 et, par suite, le taux d'allongement fourni par l'installation de laminage 2. Notons également que dans les configurations exemplifiées, la source monochromatique unique peut être remplacée par deux sources monochromatiques synchrones et cohérentes auxquelles sont directement reliées: dans l'exemple de la figure 1, les fibres optiques émettrices 6,7; dans l'exemple de la figure 2, les fibres optiques émettrices aval et amont 22,23. Cette mesure peut être réalisée très rapide- ment, ce qui permet de prévoir un dispositif de régula- tion des paramètres de réglage de l'installation de laminage 2 de manière à obtenir un taux d'allongement constant déterminé. L'invention s'applique à la détermination du taux d'allongement de tout produit subissant un laminage, et en premier lieu aux produits métallurgiques, en acier ou en aluminium par exemple. REVENDICATIONS 1 Procédé de mesure du taux d'allongement subi par un produit ( 1) dans une installation de laminage ( 2), par exemple d'un produit métallurgique, dans lequel on mesure la différence entre la vitesse du produit ( 1) en amont de l'installation de laminage ( 2) et la vitesse en aval, caractérisé en ce que l'on illumine le produit ( 1) en amont ( 3) et en aval ( 4) de l'installation de laminage ( 2) par une source unique ( 5) ou deux sources synchrones et cohérentes de lumière monochromatique, en ce que les deux émissions réfléchies par le produit sont superposées et en ce que l'on réalise une analyse fré- quentielle de l'onde résultant de cette superposition pour en mesurer la fréquence de battement. 2 Procédé de mesure du taux d'allongement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque point d'impact ( 3,4), les faisceaux incident et réfléchi sont disposés de manière symétrique et que l'on réalise un filtrage spatial de chacun des faisceaux réfléchis de manière à ne laisser passer de faisceau réfléchi que selon une seule direction. 3 Procédé de mesure du taux d'allongement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque point d'impact ( 3,4), le faisceau incident est envoyé selon deux directions symétriques et en ce que le fais- ceau réfléchi est recueilli selon la normale à la surface du produit ( 1). 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte- une source d'émission laser ( 5), deux fibres optiques émettrices ( 6,7) recevant l'émission fournie par ladite source ( 5) et dont l'extrémité libre est disposée au voisinage du produit ( 1), en amont ( 3) de l'installa- tion de laminage ( 2) pour une première fibre optique émettrice ( 6) et en aval ( 4) de l'installation de lami- nage ( 2) pour une deuxième fibre optique émettrice ( 7), deux fibres optiques réceptrices ( 8,9) dont une ex- trémité est disposée au voisinage du produit ( 1) de manière à recevoir l'onde réfléchie par ledit produit ( 1), une première fibre optique réceptrice ( 8) étant disposée en amont ( 3) et une deuxième fibre optique réceptrice ( 9) étant disposée en aval ( 4), l'autre extrémité de chaque fibre optique réceptrice étant connectée à un dispositif ( 18) de superposition des ondes réfléchies, et un dispositif électronique de traitement ( 14) recevant l'onde superposée obtenue. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un filtre optique spatial ( 16,17) est disposé à l'extrémité libre de chacune des fibres optiques réceptrices ( 8,9) disposées au voisinage du produit ( 1). 6 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une source d'émission laser ( 5), un premier séparateur de faisceau ( 21) fournissant à sa sortie deux fibres optiques émettrices amont et aval ( 22,23), deux séparateurs ( 24, 27) recevant chacun une desdites fibres optiques émettrices aval ou amont ( 22,23) et fournissant à leur sortie chacun deux fibres optiques émettrices ( 25,26; 28,29) dont les extrémités sont disposées au voisinage des points d'impact amont ( 3) et aval ( 4) sur le produit ( 1), et deux fibres optiques réceptrices ( 31,32) dont une extrémité est disposée au voisinage des points d'impact amont ( 3) et aval ( 4) et l'autre ex- trémité -est raccordée à un dispositif de superposition des ondes réfléchies ( 33). 7 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de superposi- tion des ondes réfléchies ( 18,33) est un coupleur à fibres optiques. il 8 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de superposi- tion des ondes réfléchies est constitué par deux photo- détecteurs recueillant chacun les ondes réfléchies par le5 produit ( 1) et délivrant des signaux électriques et par des moyens pour mélanger lesdits signaux.