Brevet FR2695474A1 — publié le 19940311

La présente invention est relative à la détection de passage d'objets lumineux. Elle concerne en premier lieu la détection de métal liquide. Par le brevet FR 2 286 373 on connaît un dispositif de contrôle de niveau, donc d'arrivée d'un métal liquide émettant des rayons infrarouges, c'est-à-dire lumineux. Ce dispositif connu comprend un photo-élément standard muni d'un cache délimitant la zone sensible. Un tel dispositif est limité à la détection d'un liquide confiné dans un récipient. En effet l'image est formée par une fenêtre allongée aménagée dans le cache visant une zone de la surface libre du bain. Donc un déplacement vertical de tout l'ensemble de la surface du bain est détecté. Ce dispositif n'est pas en mesure de détecter systématiquement l'arrivée d'un jet de métal car dans cette situation le métal n'arrive pas suivant une surface plane ou même rectiligne. En outre, la capteur de ce dispositif connu est courant et adapté avec un cache qui forme la fenêtre, si bien qu'une partie de la surface efficace a été supprimée, ce qui entraîne une perte de rendement de ce capteur. L'invention a pour but de remédier à ces inconvenients. A cet effet le procédé selon l'invention consiste à 1) former une image d'une zone comprise entre deux plans sécants dont le plan bissecteur de l'angle aigu forme par lesdits plans est sensiblement perpendiculaire à la direction du passage des objets lumineux, 2) convertir en grandeur électrique la lumière provenant de l'objet dès son arrivée dans la zone comprise entre lesdits plans, 3) transmettre la grandeur électrique constituant l'information fonctionnelle. Suivant d'autres caractéristiques : - on transforme la lumière en intensité électrique puis en tension en amplifiant cette dernière, - on transforme ladite grandeur électrique en niveau logique pour la transmission de l'information, - la zone de sensibilité est limitée par deux autres plans sensiblement parallèles à la direction du passage des objets lumineux, l'angle formé entre ces deux derniers plans étant plus obtus que l'angle formé par les deux premiers plans, la zone de sensibilité formant un rectangle ou un parallélépipède rectangle. L'invention a également pour objet un dispositif permettant la mise en oeuvre d'un procédé tel que ci-dessus. Ledit dispositif comprenant, monté dans un boîtier, un système notamment optique et de détection de la lumière. I1 comporte en outre un objectif à focale réglable et sur une carte électronique un convertisseur relié électriquement à un transducteur photo-électrique présentant la forme de l'image de la zone surveillée et relié à un comparateur lui-même relié à un étage tampon, le convertisseur, le comparateur et l'étage tampon étant branchés à une alimentation. Suivant d'autres caractéristiques : - l'alimentation comprend un diviseur relié électriquement au convertisseur et au comparateur le convertisseur et le comparateur font appel chacun à un amplificateur opérationnel ; ledit diviseur fournit la tension de repos du convertisseur et la tension de référence du comparateur, - une diode de protection est branchée en antiparallèle au transducteur photo-électrique, - le boîtier est fermé par un couvercle à une extrémité et une buse de soufflage est montée à son autre extrémité orientée vers le passage des objets lumineux, - le boîtier est en un métal présentant une perméabilité magnétique et une conductibilité électrique d'un niveau apte à fournir une immunité face aux perturbations magnétiques et électriques. L'invention a encore pour objet l'utilisation du dispositif pour la détection immédiate de l'arrivée d'un jet de métal liquide. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 représente schématiquement la détection de métal liquide sortant par jet déversé par le bec d'une poche de coulée ; - la Fig. 2 représente les plans délimitant la zone surveillée conforme à l'invention - la Fig. 3 est le schéma de disposition des composants fixés sur une carte électronique - la Fig. 4 represente une vue en coupe du dispositif selon l'invention. On notera tout d'abord que sur les dessins, les éléments identiques portent les mêmes références. Ainsi la référence 1 désigne la carte électronique ou la zone surveillée la référence 10. L'installation représentée à la Fig. 1 présente la zone surveillée 10 à une extrémité de l'axe optique 11 prolongeant le détecteur 20 selon l'invention maintenu par le support 21. La zone surveillée 10 de forme rectangulaire allongée horizontalement se situe au niveau d'une poche 30 de coulée de métal liquide au-dessus d'un déversoir 40 d'un canal 50 et en-dessous du bec de coulée 60 de la poche 30. La zone surveillée 10 est délimitée par les plans 12, 13, 14 et 15 représentés à la Fig. 2. Lesdits plans présentent un point d'intersection 16 sur l'axe optique 11. Deux des plans 12, 13 sécants sont horizontaux et les deux autres 14, 15 sont verticaux. L'axe 11 est l'axe de symétrie de ces plans. L'axe 11 est perpendiculaire au passage du jet de métal liquide. En partant de la zone surveillée, au delà du point d'intersection 16 des plans 12, 13, 14, 15 il se forme un plan image 17 représentant la zone 10. Le plan image 17 est représenté après un réglage optique, sur la photodiode 3 de la Fig. 3 qui transforme le flux lumineux reçu en un courant électrique. Ladite photodiode est branchée à un convertisseur 2 branché à un comparateur 5 branché à un étage tampon 6. Une alimentation électrique 7 est branchée au comparateur 5 à l'étage tampon 6 et au convertisseur 2. Une diode de protection 4 est branchée en antiparallèle au transducteur photo-élecrique, Les composants électroniques sont reliés par des liaisons equipotentielles référencées de 0' à 20' dans lesquels 0' représente le branchement à la masse et 1' l'alimentation positive régulée et 19' l'entrée d'alimentation positive non régulée. Le convertisseur 2 comprend trois résistances R1, R2, R3, trois capacités C1, -C2, C3, un amplificateur opérationnel IC1 et un potentiomètre P. La résistance R1 est comprise entre les liaisons equipotentielles 2' et 1'. La résistance R2 est connectée aux liaisons 0' et 4'. la résistance R3 est connectée aux liaisons 5' et 6'. La capacite C2 est connectée aux liaisons 0' et 4' côté positif ; la capacité C1 est connectée aux liaisons 4' et 1', côte positif ; la capacité C3 est connectée aux liaisons 5' et6', côté positif. Le potentiomètre P est connecté aux liaisons 4' et 2'. Ledit potentiomètre P est aussi-relié par son curseur à la liaison 3'. L'amplificateur opérationnel IC1 présente une entrée non inverseuse branchée à la liaison 4', l'entrée inverseuse branchée en 5' et une sortie branchée a la liaison 6'. Cette -structure du convertisseur 2 permet de minimiser le courant d'obscurité de la photodiode 3. L'anode A3 de ladite photodiode 3 et la cathode K4 de la diode 4 sont reliées à la liaison équipotentielle 4'. La cathode K3 de la photodiode 3 et l'anode A4 de la diode 4 sont reliées à la liaison équipotentielle 5'. Le comparateur 5 comprend deux résistances R4 et R5, une capacité C4 et un amplificateur IC2. La résistance R4 est branchée aux liaisons 3' et 7'. La résistance R5 est branchée aux liaisons 7' et 8'. La capacité C4 est branchée aux liaisons 0' et 3' côté positif. L'amplificateur IC2 est branché aux liaisons 6', 7' et 8' respectivement par son entrée inverseuse, son entrée non inverseuse et sa sortie. Le comparateur 5 compare la tension de sortie à une tension de référence. L'étage tampon 6 comprend trois résistances R7, R8 et R9, deux diodes D2, D3, un transistor T2 et, un relais R formé d'une bobine et de trois interrupteurs. La résistance R7 est branchée aux liaisons 8' et 9'. La résistance R8 est branchée aux liaisons 9' et 0'. La résistance R9 est branchée aux liaisons 1' et 12'. Le transistor T2 est branché aux liaisons 0', 9' et 10' respectivement aux électrodes émetteur base collecteur. La diode D2 est branchée aux liaisons 1' et 10' respectivement par sa cathode K2, et son anode A2. La diode D3 est branchée aux liaisons 0' et 11' respectivement par sa cathode K et son anode A. La bobine du relais est branchée aux liaisons 1' et 10'. Les trois interrupteurs du relais sont branchés respectivement aux liaisons 11' et 12' normalement fermé, 13' et 14' normalement fermé, 13' et 15' normalement ouvert. L'alimentation 7 comprend une résistance RP, quatre capacités C5, C6, C', C", une diode D4, un fusible F, une diode zener de protection TR et un régulateur T1. La résistance RP est branchée aux liaisons 17' et 18'. La capacité C5 est branchée aux liaisons 0' et 16' côté positif. La capacité C6 est branchée aux liaisons 0' et 1' côté positif. La capacité C' est branchée aux liaisons 0' et 16'. La capacité C" est branchée aux liaisons 0' et 1'. La diode D4 est branchée aux liaisons 16' par la cathode et 17' par l'anode. Le fusible F est branché aux liaisons 18' et 19'. Le régulateur T1 est branché aux liaisons 1' par sa sortie, 16' par son entrée et 0' par sa référence. La diode zener TR qui remplit une fonction d'écrêteur, est branché aux liaisons 0' et 17'. La Fig. 4 représente le dispositif 20 maintenu par le système de fixation 21. Le dispositif 20 comprend un boîtier cylindrique creux 220 fermé à une extrémité par un couvercle 230 emprisonnant une rondelle transparente 24 qui ferme radialement le creux interne du boîtier 220. La rondelle 240 supporte le potentiomètre P. Le couvercle 230 est maintenu sur le boîtier par des vis 250. En se dirigeant vers la deuxième extrémité, le boîtier 220, entoure la carte électronique 1 placée radialement au boîtier 220 dans le plan image 17. Un flasque 260 présentant un diamètre cylindrique creux plus petit que le diamètre du boîtier est fixé à la deuxième extrémité au moyen de vis 270. Une bride de blocage creuse 28 sensiblement cylindrique est fixée par des vis 290 sur le flasque 260. La bride de blocage 280 présente à une extrémité une embase 281 au contact du flasque. Ladite bride 280 entoure l'objectif à focale réglable 300 et permet le blocage de ce dernier par des vis de serrage 310 traversant deux perçages débouchants usinés à l'extrémité libre de la bride de blocage 280. L'objectif 300 et la bride 280 sont entourés par un tube de protection 320 fixé à l'embase 281 de la bride 280 par l'intermédiaire d'une collerette 321 et de vis 330. Le tube 320 est formé par un filtre ultra-violet 340 de protection de l'objectif 300. L'ensemble du dispositif se termine par une buse de soufflage 350. Le dispositif 20 forme sensiblement un cylindre d'axe confondu à l'axe optique 11. Le boîtier 220 et le tube 320 sont métalliques et fournissent une immunité face aux perturbations magnétiques et électriques. Le couvercle 230 et la buse 350 protègent le dispositif 20 des poussières. Toutes ces agressions, magnétiques, électriques, poussières provenant de l'environnement ambiant dans une usine sont arrêtées par le tube 320, le couvercle 230, la buse de soufflage 350 et le boitier 220. Le fonctionnement de l'installation est le suivant la poche 30 bascule, le métal liquide est projeté par jet du bec de coulée 60 dans le déversoir 40 et de la s'écoule dans le canal 50. Dès que la première goutte de métal atteint la zone surveillée 10 qui présente une longueur sensiblement plus grande que la largeur du bec 60, le détecteur 20 convertit en grandeur électrique la lumière provenant du métal liquide, amplifie ladite grandeur électrique puis la transmet. Ainsi l'information de l'arrivée du métal est transmise de façon à faire fonctionner l'outillage prévu au moment opportun. Comme on peut le noter, il est très difficile de détecter avec précision le moment exact de l'arrivée du métal. En raison de la largeur du bec 60, le métal peut provenir d'un côté ou du milieu du bec 60, si bien que le passage de chute du début du jet ne sera pas répétitif, mais se déplacera. Ceci empêche une coulée régulière et provoque des variations de poids des pièces métalliques coulées. Donc l'invention permet par la géométrie de la zone 10 d'une longueur supérieure à la largeur du bec 60, d'obtenir la répétabilité des poids de métal, en conséquence une quantité constante qui évite les surépaisseur de métal pour les pièces coulées. En variante, il est possible de placer la zone surveillée 10 à un autre endroit, comme par exemple à l'extrémité du canal 50. REVENDICATIONS 1.- Procédé de détection de passage d'objets lumineux en particulier de métal liquide consistant à 1) former une image d'une zone caractérisé en ce qu'elle est comprise entre deux plans (12, 13) sécants dont le plan bissecteur de l'angle aigu formé par lesdits plans est sensiblement perpendiculaire à la direction du passage des objets lumineux, 2) convertir en grandeur électrique la lumière provenant de l'objet dès son arrivée dans la zone (10) comprise entre lesdits plans, 3) transmettre la grandeur électrique constituant l'information fonctionnelle. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on amplifie ladite grandeur électrique avant de la transmettre. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on transforme la lumière en intensité électrique puis en tension en amplifiant cette dernière. 4.- Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que la zone de l'image est limitée par deux autres plans (14, 15) sensiblement parallèles à la direction du passage des objets lumineux, l'angle formé entre ces deux derniers plans étant plus obtus que l'angle formé par les deux premiers plans, l'image formant un rectangle. 5.- Dispositif permettant la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, comprenant, monté dans un boîtier, un système notamment optique et de détection de la lumière caractérisé en ce qu'il comporte un objectif à focale réglable et sur une carte électronique (1) un convertisseur (2) relié électriquement à un transducteur photo-électrique (3) présentant la forme de l'image de la zone surveillée et relié à un comparateur (5) lui-même relié à un étage tampon (6), le convertisseur, le comparateur et l'étage tampon étant branchés à une alimentation (7). 6.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'alimentation (7) comprend un diviseur relié électriquement au convertisseur (2) et au comparateur (5), ledit diviseur fournissant la tension repos du convertisseur (2) et la tension de référence du comparateur (5). 7.- Dispositif selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce qu'une diode de protection (4) est branchée en antiparallèle au transducteur photo-électrique. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que le boîtier est fermé par un couvercle à une extrémité et qu'une buse de soufflage est montée à son autre extrémité orientée vers le passage des objets lumineux. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le boîtier est en un métal présentant une perméabilité magnétique et une conductivité électrique d'un niveau apte à fournir une immunité face aux perturbations magnétiques et électriques. 10.- Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 5 à 9 pour la détection immédiate de l'arrivée d'un jet de métal liquide.