Brevet FR2684441A1 — publié le 19930604

L'invention concerne les rouleaux mesureurs de planéité d'une bande produite en continu, par exemple une bande en acier. Dans les lignes de fabrication en continu de bandes il est nécessaire de pouvoir contrôler la planéité en continu. C'est par exemple le cas sur les laminoirs à froid de bandes en acier. Les défauts de planéité résultent souvent de différences de longueur entre les fibres axiales et les fibres latérales, qui conduisent soit à des ondulations des rives soit à des poches dans l'axe. Pour détecter et mesurer ces défauts on soumet la bande à une tension en la faisant s'appuyer sur un rouleau déflecteur et on mesure la pression de la bande sur le rouleau, dans l'axe de la bande et en rives. En effet, les fibres courtes et les fibres longues ne subissent pas la même tension et de ce fait n'exercent pas la même pression sur le rouleau. Pour effectuer ce contrôle de planéité il existe des rouleaux mesureurs de planéité comprenant une frette, une table, des tourillons, la table étant munie de capteurs de pression du type piézoélectrique ou inductif. Ils sont montés rotatifs autour de leur axe. Mais ces rouleaux ont plusieurs inconvénients - ils sont mécaniquement très complexes et très lourds, ce qui nécessite une infrastructure importante pour les mettre en place ; il faut en particulier un moteur, - ils sont très coûteux, - les capteurs piézoélectriques ou inductifs sont relativement volumineux, ce qui ne permet pas d'en placer beaucoup le long d'une génératrice d'un rouleau et cela réduit la résolution en largeur, - la génération et la transmission de la mesure sont complexes, - la mesure dépend de la rigidité et de l'épaisseur de la bande contrôlée. Le but de la présente invention est de proposer un rouleau mesureur de planéité qui soit mécaniquement simple, qui soit léger et nuait pas besoin d'être motorisé, qui ait une bonne résolution en largeur, pour lequel la génération et la transmission de la mesure soient simples et qui soit tel que la mesure soit indépendante de la rigidité ou de ltépaisseur de la bande. A cet effet, l'invention a pour objet un rouleau mesureur de planéité d'une bande produite en continu, par exemple une bande en acier, du type comprenant une table cylindrique creuse, une frette et deux tourillons comprenant en outre au moins un dispositif de mesure de force à fibre optique, utilisant la biréfringence apparaissant dans une fibre optique soumise à une force latérale, la ou les fibres optiques du dispositif de mesure de force formant au moins un enroulement d'au moins une spire autour de la table du cylindre. Le dispositif de mesure à fibre optique comprend au moins une alimentation électrique stabilisée, au moins une source lumineuse monochromatique, au moins un polariseur, au moins une fibre optique monomode, au moins un analyseur polarimétrique, au moins un photodétecteur et au moins un dispositif électronique suiveur de phases disposés à l'intérieur de la table cylindrique. De préférence la source lumineuse est une source laser. Les dispositifs électroniques suiveurs de phase sont connectés à un multiplexeur placé à l'intérieur de la table cylindrique. Le multiplexeur alimente une photodiode placée dans l'axe du rouleau à proximité de ltextrémité externe d'un tourillon. Le rouleau comporte éventuellement au moins un coupleur auquel sont connectés une pluralité de fibres optiques. Il comporte un dispositif d'alimentation électrique stabilisée connecté d'une part à des bagues conductrices placées sur un des tourillons et d'autre part à la ou les sources lumineuses. De préférence la frette est en matière synthétique, par exemple en résine. Un tel rouleau est léger, n'a pas besoin d'être motorisé, a une bonne résolution en largeur et n'est pas sensible à l'épaisseur ou à la rigidité de la bande. De plus, il est économique. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en regard des figures annexées dans lesquelles - la figure 1 est un schéma de principe dTun capteur de force à fibre optique, - la figure 2 est une vue en perspective d'un rouleau selon l'invention avec arrachement partiel de la frette, - la figure 3 est un schéma de montage de trois fibres en parallèle alimentées par une seule source lumineuse. Le principe de la mesure de force par fibre optique est connu mais on le décrira pour plus de clarté dans l'expose. Lorsqu'une fibre optique monomode est soumise à une force latérale, il apparaît une biréfringence. De cette biréfringence, il résulte que les ondes lumineuses polarisées parallèlement à l'axe de la force ne se propagent pas à la même vitesse que les ondes polarisées perpendiculairement à l'axe de la force. Si, dans une fibre optique monomode soumise à une force latérale on introduit une onde polarisée à 45" par rapport à l'axe de la force, l'onde se décompose en deux ondes polarisées linairement respectivement parallèlement à la direction de la force et perpendiculairement à cette même direction. Ces deux ondes se propagent dans la fibre avec des vitesses différentes. Si en sortie de la fibre, à l'aide d'un analyseur polarimétrique, on superpose les deux ondes, on observe une interférence. Si on fait varier la force, on voit apparaître une succession de franges d'interférence. En comptant les franges d'interférence, on peut suivre l'évolution de la force et déterminer sa valeur. Pour mettre en oeuvre ce procédé on utilise un dispositif dont le principe est représenté à la figure 1. Ce dispositif comporte une source monochromatique 1 alimentée par une alimentation stabilisée 2. La source lumineuse 1 éclaire un polariseur 3 orienté convenablement. Derrière le polariseur 3 se trouve l'extrémité 4 d'une fibre optique monomode 5 soumise à une force latérale F. La deuxième extrêmité 6 de la fibre optique 5 se trouve face à un analyseur polarimétrique 7 derrière lequel se trouve une photodiode 8. La photodiode 8 est branchée sur un dispositif électronique suiveur de phase 9. Le dispositif électronique suiveur de phase analyse les signaux d'interférence et compte le nombre de franges d'interférence ainsi que leur sens de défilement. L'invention consiste à implanter de tels dispositifs mesureurs de force dans un rouleau qui pourra être utilisé pour mesurer la planéité d'une bande en défilement. Un tel rouleau mesureur de planéité repéré généralement par 10 à la figure 2 comporte une table cylindrique creuse 11, des tourillons creux 12, 12' et une frette 13. Sur la table cylindrique Il sont enroulés une pluralité de fibres optiques 14, 15, 16. Chaque fibre optique fait au moins une spire et peut faire plusieurs spires jointives. Les extrémités de chaque fibre optique pénètrent à l'intérieur de la table cylindrique dans laquelle sont placés une alimentation, une ou plusieurs sources lumineuses, des polariseurs, des analyseurs polarimétriques, des photodétecteurs, des dispositifs électroniques suiveurs de phase. Chaque fibre optique est intégrée à un circuit optique comprenant une source lumineuse laser et un polariseur à une extrémité de la fibre, un analyseur polarimétrique, un photodétecteur et un dispositif électronique suiveur de phase à l'autre extrémité de la fibre. Les dispositifs électroniques suiveurs de phase connus en eux-mêmes sont reliés à un multiplexeur 21. Le multiplexeur est placé à l'intérieur du rouleau. Il est relié à une diode électroluminescente 22 placée dans l'axe d'un tourillon creux à proximité de l'extrémité externe du tourillon. A l'extérieur du rouleau, un photodétecteur 23 est placé dans le prolongement de l'axe du rouleau, en regard de la diode électroluminescente 22. Le photodétecteur 23 est relié à un dispositif électronique de traitement du signal et de calcul non représenté. Dans le cas où il nty a qu'une fibre optique la diode électroluminescente est directement reliée au dispositif suiveur de phase. L'alimentation stabilisée 2 est reliée à deux bagues conductrices 24 et 25 situées à la périphérie d'un tourillon 12. Plusieurs fibres optiques peuvent être alimentées en lumière par une seule source lumineuse 1 comme représenté à la figure 3. Dans ce cas, derrière le polariseur 3 on implante un coupleur 20 qui divise le faisceau lumineux issu de la source 1 et polarisé par le polariseur 3 en autant de faisceaux polarisés qu'il y a de fibres. Le coupleur 20 doit être à conservation de polarisation. Dans le cas de la figure 3, le coupleur 20 alimente trois fibres 5a, 5b, 5c qui servent de détecteurs et qui forment chacune une boucle 5'a, 5'b ou 5'c autour de la table d'un cylindre, sur laquelle s'exerce une force transversale F. Il est possible également de placer trois polariseurs après le coupleur 20. Chaque fibre est munie d'un analyseur polarimétrique 7a, 7b, 7c, d'un photodétecteur 8a, 8b, 8c qui alimente un dispositif suiveur de phase 9a, 9b, 9c ; les différents dispositifs suiveurs de phase sont connectés à un multiplexeur 21. On notera que toutes les fonctions polarimétriques peuvent être réalisées avec des fibres optiques adaptées. Les fibres optiques 14, 15, 16 sont disposées sur le rouleau de façon à avoir une bonne résolution latérale. Pour celà les fibres peuvent être placées relativement proches les unes des autres en particulier dans les zones situées près des extrémités du rouleau. Pour protéger les fibres optiques de l'agression que provoquerait le contact avec la bande, la table du rouleau est enrobée de résine. Cet enrobage forme une frette 13. Le fonctionnement va maintenant être décrit. Par les bagues 24 et 25 l'alimentation stabilisée 2 est alimentée en courant électrique ; elle délivre un courant stabilisé qui alimente la source lumineuse monochromatique 1. La source lumineuse 1 émet un rayon lumineux qui est polarisé en traversant le polariseur 1. Le rayon lumineux polarisé est divisé par le coupleur 20 en autant de rayons lumineux qu'il y a de fibres branchées sur le coupleur. Chaque fibre optique 5a, 5b, 5c reçoit un faisceau lumineux qui est affecté par la force F à laquelle est soumise la fibre optique. Le faisceau lumineux de chaque fibre optique est analysé par l'analyseur polarimétrique 7a, 7b, 7c associé à chaque fibre optique et chaque signal lumineux émis par chaque analyseur polarimétrique est détecté par les photodétecteurs 8a, 8b, 8c qui transforment les signaux lumineux en signaux électriques. Chaque signal électrique est traité par les dispositifs suiveurs de phase 9a, 9b, 9c associés. Ces dispositifs suiveurs de phase envoient un signal au multiplexeur 21 qui alimente la diode électroluminescente 22. Celle-ci envoie un signal lumineux à l'extérieur du rouleau. Ce signal est détecté par la photodiode 23 située à l'extérieur du rouleau. La photodiode 23 transmet le signal au dispositif électronique de traitement et de calcul. On peut ainsi connaître la force F qui s'exerce sur chacune des fibres. Il est à remarquer que toutes les fibres optiques du rouleau ne sont pas nécessairement alimentées en lumière par la même source lumineuse, il peut y avoir plusieurs sources lumineuses. Par contre tous les dispositifs suiveurs de phase sont connectés à un seul multiplexeur. Il y a en effet une seule sortie de signal vers l'extérieur du rouleau. La sortie du signal par l'intermédiaire de la diode électroluminescente 22 et le photodétecteur 23 a l'avantage d'être beaucoup plus fiable que les sorties par l'intermédiaire de bagues conductrices. Enfin, sur une ligne de fabrication le rouleau est monté rotatif autour de son axe qui est parallèle à la surface de la bande. Il est monté de façon à ce qu'il réalise une certaine déflexion de la bande pour que celleci exerce une force sur le rouleau. On remarquera qu'un tel rouleau est insensible à la rigidité ou à l'épaisseur de la bande. En effet, la force mesurée est indépendante de l'angle d'enroulement de la bande sur le rouleau ce qui n'est pas le cas des rouleaux selon l'art antérieur, et l'angle d'enroulement dépend de la rigidité et de l'épaisseur de la bande. REVENDICATIONS 1.- Rouleau mesureur de planéité d'une bande produite en continu, par exemple une bande en acier, monté rotatif autour de son axe et du type comprenant une table cylindrique creuse (11), une frette (13) et deux tourillons creux (12, 12'), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de mesure de force à fibre optique utilisant la biréfringence apparaissant dans une fibre optique monomode soumise à une force latérale, la ou les fibres optiques (14, 15, 16) du dispositif mesureur de force formant au moins un enroulement d'au moins une spire autour de la table cylindrique (11). 2.- Rouleau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de mesure de force à fibre optique comprend au moins une alimentation électrique stabilisée (2), au moins une source lumineuse monochromatique (1), au moins un polariseur (3), au moins une fibre optique monomode (5), au moins un analyseur polarimétrique (7), au moins un photodétecteur (8) et au moins un dispositif électronique suiveur de phase (9) disposés à l'intérieur de la table cylindrique (11). 3.- Rouleau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source lumineuse (1) est une source laser. 4.- Rouleau selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un multiplexeur (21) placé à l'intérieur de la table cylindrique (11) et auquel sont connectés les dispositifs suiveurs de phase (9a, 9b, 9c). 5.- Rouleau selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une photodiode (22) placée dans l'axe du rouleau à proximité de l'extrémité externe d'un tourillon (12, 12'). 6.- Rouleau selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un coupleur optique (20) auquel sont connectés une pluralité de fibres optiques (5a, 5b, 5c). 7.- Rouleau selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'un des tourillons (12) comporte des bagues conductrices (24, 25) reliées à l'alimentation électrique stabilisée (2). 8.- Rouleau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la frette (13) est en matériau synthétique par exemple en résine.