Brevet FR2703275A1 — publié le 19941007

"Système et procédé pour surveiller un laminoir à pas de pélerin". La présente invention concerne les laminoirs à pas de pélerin et elle a trait, plus particulièrement, à un système pour surveiller une réduction de tube dans le laminoir. Les laminoirs à pas de pélerin constituent le moyen permettant de réduire les tuyaux ou tubes sans soudure de manière qu'ils se situent dans les tolérances dimensionnel- les voulues L'appareil de laminage à pas de pélerin com- prend un mandrin conique sur lequel le tube devant être laminé à pas de pélerin est monté Des matrices annulaires comportant chacune une gorge circulaire périphérique sont montées de manière à coopérer mutuellement de façon tournan- te sur un chariot ou porte-rouleaux Le porte-rouleaux est entraîné en oscillation vers l'avant et vers l'arrière suivant un mouvement de rotation le long de l'axe du tube, et les matrices tournent en synchronisme avec les oscilla- tions Au fur et à mesure que les matrices sont entraînées en rotation, leurs gorges définissent un canal circulaire dont la section transversale augmente ou diminue progressi- vement selon le sens de la rotation. Le mandrin conique, avec le tube qui y est monté, s'étend à travers le canal défini par les rouleaux de matri- çage Le tube est avancé d'une courte distance sur le mandrin, pas-à-pas, à la suite de chaque cycle complet d'os- cillation du support de rouleaux En même temps, le tube et le mandrin sont entraînés en rotation tous deux autour de leur axe commun sur un angle prédéterminé Les matrices appliquent une pression élevée au tube pendant la réduction et les matrices ainsi que le mandrin sont formés en acier à outils à forte résistance mécanique pour résister à la pres- sion de laminage. On s'est alors aperçu que le mouvement axial du mandrin pendant le laminage à pas de pélerin peut être mis en corré- lation avec la formation d'un tube ayant une épaisseur de paroi voulue ou non voulue lorsqu'il est laminé Il en résulte que l'on a découvert un système en temps réel pour surveiller un laminoir à pas de pélerin afin de déterminer s'il existe des variables de fonctionnement qui engendrent un mécanisme désirable de réduction dans l'épaisseur de la paroi du tube. La présente invention vise, suivant un de ses aspects, à fournir un système pour surveiller un laminoir à pas de pélerin afin de déterminer si des conditions de fonctionne- ment existent qui soient susceptibles d'entraîner une varia- tion indésirable dans la réduction de diamètre du tube. Le système selon l'invention pour surveiller un lami- noir à pas de pélerin comporte une manivelle communiquant à des rouleaux un mouvement de va-et-vient pour réduire le diamètre d'un tube sur un mandrin Le système est constitué par un capteur linéaire accouplé au mandrin pour fournir un signal de position de mandrin, un capteur rotatif accouplé à la manivelle pour fournir un signal d'angle de manivelle, un processeur ou dispositif de traitement pour combiner le signal de position de mandrin et le signal d'angle de mani- velle pour fournir un signal de mouvement de mandrin carac- téristique de la réduction du diamètre du tube. Le procédé selon la présente invention pour surveiller le laminoir à pas de pélerin consiste: à fournir un signal de position de mandrin mis en corrélation avec une position axiale du mandrin, à fournir un signal de position de mani- velle mis en corrélation avec une position angulaire de la manivelle, à traiter le signal de position de mandrin et le signal de position de manivelle pour obtenir un signal de mouvement de mandrin caractéristique de la réduction de diamètre du tube. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique du système servant à surveiller un laminoir à pas de pélerin; les figures 2- 4 sont des graphiques représentant une forme d'onde de la position du mandrin en fonction de la position de la manivelle pendant la réduction de diamètre d'un tube sur un laminoir à pas de pèlerin; et la figure 5 est un graphique de l'épaisseur de la paroi d'un tube dont le diamètre est réduit sur un laminoir à pas de pélerin. La figure 1 est une représentation schématique d'un laminoir 10 à pas de pélerin Le laminoir 10 à pas de péle- rin comprend un bloc de poussée 12 supportant une barre 14 qui s'étend à travers un chariot d'avance 16 jusqu'à un mandrin lisse 18 Pendant le fonctionnement, les tubes en- trant 20 sont poussés par le chariot d'avance 16 à travers un mandrin d'entrée 22 à mors et entre des rouleaux espacés 24 et 26 Les rouleaux 24 et 26 tournent et sont soumis à un mouvement latéral de va- et-vient comme indiqué par la flèche 28 Les gorges 30 et 32 des rouleaux constituent un passage de forme circulaire dont la section transversale correspond à la section transversale du tube entrant Ce passage dimi- nue de section de façon continue sur une longueur prédéter- minée de la circonférence des rouleaux jusqu'à ce qu'il atteigne la dimension du diamètre du tube fini 34 De cette façon, le tube entrant est façonné dans la mesure voulue au fur et à mesure que les rouleaux effectuent leur mouvement de va-et-vient. L'allongement du tube entrant 20 jusqu'à la taille du tube fini 34 est effectué par des réductions du diamètre et de l'épaisseur de la paroi Le tube subit un allongement entre les rouleaux 24 et 26 et le mandrin lisse 18 Le man- drin lisse 18 diminue de section depuis la dimension du diamètre intérieur du tube entrant 20 jusqu'à celle du diamètre intérieur du tube fini 34 Le tube subit un allon- gement pas-à-pas sur le mandrin lisse fixe 18 Le mandrin lisse 18 diminue de section dans la direction de laminage. Les deux rouleaux à gorge 24 et 26 enserrent le tube sur le dessus et sur le dessous et roulent sur ce tube sur une longueur prédéterminée, appelée longueur de passe. Les rouleaux reçoivent leur mouvement latéral de va-et- vient à partir d'un chariot, non représenté, dans lequel ils sont montés En même temps, un mouvement de rotation alter- natif est communiqué aux rouleaux par des pignons montés sur l'arbre des rouleaux et engrenant avec des crémaillères qui sont fixées au bâti de la machine La course de va-et-vient du chariot et des rouleaux est communiquée par un dispositif d'entraînement 38 à manivelle A la fin de chaque course, le mandrin d'entrée 22 à mors et un mandrin de sortie 36 à mors saisissent le tube et le font tourner d'une quantité prédé- terminée de manière que la circonférence complète se trouve réduite de façon uniforme entre les rouleaux 24 et 26 et le mandrin lisse 18. On a constaté que la force appliquée par les rouleaux lors de l'allongement du tube entraîne un allongement et une contraction du mandrin lisse 18 De plus, on s'est aperçu que l'allongement et la contraction du mandrin lisse peuvent être mis en corrélation avec la course de laminage des rou- leaux pour obtenir une fonction ou forme d'onde caractéris- tique de la réduction du tube Quand le mandrin lisse s'al- longe et se contracte suivant un diagramme de répétition cyclique, c'est-à-dire une forme d'onde de répétition, le tube se trouve réduit jusqu'à ce qu'il prenne une épaisseur de paroi et un diamètre uniformes Toutefois, quand le man- drin lisse s'allonge et se contracte suivant une répétition cyclique de diagrammes non uniformes, c'est-à-dire suivant une répétition erratique de formes d'onde, la réduction du tube n'est pas uniforme et on n'obtient pas la réduction d'épaisseur voulue de la paroi. En se référant à la figure 1, on voit qu'un capteur rotatif 40 servant à déterminer la position angulaire de la manivelle est couplé mécaniquement ou optiquement à la manivelle 38 et qu'il émet un signal d'angle de manivelle proportionnel à la position angulaire de cette manivelle. Par exemple, le capteur rotatif 40 peut fournir une tension analogique en dents de scie correspondant à la position angulaire de la manivelle Le capteur rotatif 40 émet éga- lement une impulsion de tension à chaque position angulaire de point zéro de l'arbre, par exemple, fixée au point mort correspondant au déplacement des rouleaux 24 et 26 jusqu'à la position limite gauche de la figure 1 par le chariot supportant ces rouleaux Des exemples de capteurs rotatifs appropriés sont un codeur optique, un transformateur rota- tif à dispositif résolveur ou selsyn qui détermine l'angle de l'arbre, un potentiomètre, un transformateur différentiel rotatif variable, une combinaison de dents d'engrenage et de capteur de proximité ou de capteur magnétique, ou autre dispositif analogue Un capteur rotatif préféré est un codeur d'arbre pour effort intensif modèle 470, avec un dispositif de surveillance de position angulaire modèle SDC 2, des systèmes de commande d' entraînement, Eden Prairie, MN. Un capteur linéaire 42 est couplé au mandrin 18 pour engendrer un signal de position de mandrin proportionnel à la position d'une extrémité libre 43 du mandrin mesurée par rapport à une position de référence sélectionnée préala- blement, par exemple l'extrémité libre lorsque le mandrin n'est soumis à aucune charge Un capteur linéaire approprié est un transducteur de variations de tension linéaire, LVDT, tel que le transducteur type 503 XE-3 A que l'on trouve chez Schaevitz Engineering, à Pennsauken, New Jersey Le trans- ducteur de variations de tension linéaire est constitué par un noyau magnétique 46 et un ensemble de bobines comprenant une bobine primaire 48 et deux bobines secondaires 50 et 52 espacées de façon symétrique de la bobine primaire Le noyau magnétique 46 est monté sur un élément d'espacement non magnétique 44, par exemple en acier inoxydable non magnéti- que, et cet élément d'espacement non magnétique est monté sur l'extrémité libre 43 du mandrin 18 L'ensemble de bobi- nes est monté axialement sur le noyau magnétique de façon telle que le tube réduit peut s'étendre entre cet ensemble de bobines et ce noyau. Le signal d'angle de manivelle et le signal de position de mandrin sont fournis à un processeur 54, par exemple un oscilloscope, un ordinateur ou un microprocesseur, pour être traités afin d'être affichés en tant que fonction caracté- ristique de l'opération de laminage à pas de pélerin Par exemple, les signaux analogiques peuvent être envoyés à un oscilloscope en vue d'un traitement classique pour afficher la position de l'extrémité libre du mandrin en fonction de la position angulaire de la manivelle sous forme d'une plu- ralité de formes d'onde. Dans un autre mode de réalisation, le signal d'angle de manivelle et le signal de position de mandrin sont envoyés à un convertisseur analogique/numérique couplé à un ordina- teur L'ordinateur est programmé de façon classique, par exemple en utilisant Lab Windows de National Instruments pour fournir le signal de sortie de fonction correspondant à la position du mandrin en fonction de la position angulaire de la manivelle Le signal de sortie de fonction peut être visualisé par des moyens classiques tels qu'un tracé sur un enregistreur X-Y ou un affichage vidéo sous forme d'une pluralité de formes d'onde Quand l'impulsion de tension en provenance du capteur rotatif est détectée, le tracé est ramené jusqu'à la position de référence de manivelle à la position d'extrémité libre actuelle du mandrin De cette façon, on peut tracer un nombre préalablement sélectionné de cycles de laminage à pas de pélerin. Quand les formes d'onde se répétent d'une manière sen- siblement uniforme, le tube est réduit, d'une manière sensi- blement uniforme, jusqu'à une dimension uniforme On peut superposer deux ou plus de deux diagrammes séparés de mouve- ment de mandrin dans le graphique en formant, par exemple, des diagrammes se répétant deux fois ou trois fois Les figures 2 et 3 sont des tracés représentatifs d'une plurali- té de formes d'onde de position d'extrémité libre de mandrin en fonction de l'angle de manivelle pendant un laminage à pas de pélerin La figure 2 montre des formes d'onde consti- tuant un diagramme triple de laminage à pas de pélérin et la figure 3 montre des formes d'onde constituant un dessin se répétant deux fois Le tube réduit pendant ce laminage à pas de pélerin présente une dimension uniforme, par exemple une épaisseur de paroi ou un diamètre intérieur uniforme. La figure 4 est un tracé représentant une réduction non uniforme du tube, comme l'indiquent les formes d'onde irré- gulières qui ne se répétent pas Le tube réduit pendant cette réduction non uniforme présente une variation de dimension irrégulière et indésirable Par exemple, la figure est un graphique montrant le diamètre intérieur d'un tube allongé réduit dans un appareil de laminage à pas de péle- rin On déplace un transducteur, disposé transversalement au tube, le long de ce tube pour déterminer le diamètre inté- rieur du tube, tel que porté sur l'axe des ordonnées, en fonction du temps de déplacement du transducteur, porté sur l'axe des abscisses La figure 5 montre que le tube que l'on a mesuré dans les douze premières secondes environ présente un diamètre intérieur non uniforme obtenu avec le type de réduction représenté sur la figure 4 tandis que le tube que l'on a mesuré ensuite a un diamètre intérieur plus uniforme obtenu avec le type de réduction représenté sur les figures 2 ou 3. REVENDICATIONS 1 Système pour surveiller un laminoir ( 10) à pas de péle- rin comprenant une manivelle ( 38) communiquant à des rou- leaux ( 24, 26) un mouvement de va-et-vient pour réduire un tube ( 20) sur un mandrin lisse ( 18), caractérisé en ce qu'il comprend: un capteur linéaire ( 42) couplé au mandrin ( 18) pour fournir un signal de position de mandrin; un capteur rotatif ( 40) couplé à la manivelle ( 38) pour fournir un signal d'angle de manivelle; et un dispositif de traitement ( 54) pour combiner le signal de position de mandrin et le signal d'angle de mani- velle afin de fournir un signal de mouvement de mandrin caractéristique de la réduction du tube. 2 Système pour surveiller un laminoir à pas de pélerin selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'affichage couplé au dispositif de traitement ( 54) pour recevoir le signal de mouvement de mandrin et afficher une forme d'onde. 3 Système pour surveiller un laminoir à pas de pélerin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disposi- tif de traitement ( 54) est un convertisseur analogique/numé- rique couplé à un ordinateur. 4 Système pour surveiller un laminoir à pas de pélerin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur linéaire ( 42) est constitué par un noyau magnétique ( 46) monté sur un élément d'espacement non magnétique ( 44) monté sur l'extrémité libre du mandrin lisse ( 18), et un ensemble de bobines comportant deux bobines secondaires ( 50, 52) espacées symétriquement d'une bobine primaire ( 48), l'ensem- ble de bobines étant monté axialement par rapport au mandrin pour détecter le déplacement du noyau magnétique ( 46). 5 Système pour surveiller un laminoir à pas de pélerin selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur rotatif ( 40) est un codeur d'arbre rotatif. 6 Procédé pour surveiller un laminoir à pas de pèlerin comprenant une manivelle ( 38) communiquant à des rouleaux ( 24, 26) un mouvement de va-et-vient pour réduire un tube ( 20) sur un mandrin ( 13), caractérisé en ce qu'il consiste: à fournir un signal de position de mandrin mis en cor- rélation avec une position axiale du mandrin, à fournir un signal de position de manivelle mis en corrélation avec une position angulaire de la manivelle, et à traiter le signal de position de mandrin et le signal de position de manivelle pour obtenir un signal de mouvement de mandrin caractéristique de la réduction du tube. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal de position de mandrin est fourni par un transduc- teur de déplacement linéaire monté axialement sur le man- drin. 8 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal de position de manivelle est fourni par un codeur d'arbre rotatif couplé à la manivelle. 9 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal de mouvement de mandrin est affiché sous forme d'une pluralité de formes d'onde.