Brevet FR2705041A1 — publié le 19941118

L'invention a pour objet un procédé de détermination de la répartition des contraintes longitudinales dans un produit en bande soumis à un effort de traction et s'applique plus spécialement à la mesure de l'état de planéité d'une bande laminée. On sait que, lors du laminage et, en particulier du laminage à froid d'une bande métallique, celle-ci est soumise à une forte traction dans le sens longitudinal de défilement de la bande et il se produit, de façon inévitable, certaines irrégularités dans la répartition des contraintes de traction qui déterminent, lorsque la bande n'est plus en traction, des défauts de planéité plus ou moins marqués dus au fait que certaines fibres longitudinales sont plus courtes que d'autres. La répartition, dans le sens transversal, des contraintes de traction appliquées sur la bande tendue est donc une image de l'état de planéité de la bande après suppression de la tension et il est donc utile de connaître l'état de répartition des contraintes longitudinales pour essayer d'obtenir une répartition des contraintes aussi homogène que possible, par exemple en exerçant des efforts de cintrage sur les extrémités des cylindres de travail du laminoir. A cet effet, on utilise depuis déjà longtemps des dispositifs de mesure de planéité comprenant par exemple un rouleau d'axe perpendiculaire à la direction de défilement et sur lequel ont fait passer la bande tendue, ce rouleau étant muni d'une série de capteurs qui permettent de mesurer les contraintes appliquées par la bande dans des zones réparties sur la largeur de celle-ci et correspondant aux différents capteurs. Un tel dispositif a fait l'objet de nombreux perfectionnements et donne satisfaction, mais la société déposante a cherché, cependant, à améliorer encore les performances de ce genre de dispositif et l'invention a donc pour objet un procédé entièrement nouveau, basé sur des principes différents des rouleaux de planéité utilisés jusqu'à présent et permettant de connaître avec une grande précision l'étant de répartition des contraintes longitudinales de traction sur un produit en bande défilant sur une direction longitudinale, en particulier pour permettre une correction plus efficace des défauts de planéité ainsi détectés. L'invention concerne donc, d'une façon générale, un procédé de détermination de la répartition des contraintes longitudinales dans un produit en bande allongé, de forme plane sensiblement rectangulaire, ayant une largeur sensiblement constante entre deux côtés latéraux parallèles à une direction longitudinale et soumis à un effort de traction dans le sens longitudinal. Conformément à l'invention, on exerce > sur le produit des actions locales instantanées appliquées perpendiculairement au plan du produit en des points décalés transversalement l'un par rapport à l'autre et répartis sur toute la largeur du produit, on détermine, pour chaque action locale, l'instant de passage de l'ébranlement provoqué dans le produit par ladite action, en deux points écartés l'un de l'autre d'une distance connue et placés sur un axe longitudinal passant par le point d'application de l'action locale considérée, on mesure le décalage dans le temps desdits instants de passage de l'ébranlement pour calculer la vitesse de propagation de celle-ci suivant chaque axe longitudinal passant sur chacun desdits points d'application et l'on en déduit l'état de répartition des contraintes longitudinales de traction exercées dans le produit suivant lesdits axes longitudinaux. De préférence, la distance entre chaque point d'application d'une action locale et le point de mesure le plus proche, ainsi que la distance entre les deux points de mesure d'un même axe longitudinal, sont justes suffisantes pour que l'action exercée en chaque point n'interfère pas sur la mesure effectuée sur le point voisin. De façon avantageuse, les actions locales sont exercées à des instants décalés dans le temps. Cependant, elles peuvent aussi être exercées simultanément si la distance entre les points d'application est suffisante pour éviter les interférences entre les mesures. L'invention concerne également un dispositif de détermination de la répartition des contraintes dans une bande, en particulier une bande métallique sous traction, comprenant des moyens pour exercer une série d'actions locales instantanées, appliquées perpendiculairement au plan du produit, en une pluralité de points d'application décalés transversalement l'un par rapport à l'autre, des moyens de mesure du décalage dans le temps de l'instant de passage de l'onde provoqué par le produit par chaque action locale en deux points de mesure écartés l'un de l'autre et placés sur un axe longitudinal passant par le point d'application considéré et des moyens de calculs, en fonction du décalage mesuré et la distance entre les points de mesure, de la vitesse de propagation de l'ébranlement provoqué par chaque action locale suivant l'axe longitudinal passant par chaque point d'application et, à partir de la vitesse de propagation, de la contrainte de traction exercée suivant chaque axe longitudinal. De préférence, chaque action locale est une impulsion de très courte durée, de l'ordre de quelques millisecondes au plus. Dans un premier mode de réalisation, on utilise un moyen unique pour exercer des actions locales instantanée, ledit moyen étant déplaçable transversalement à la direction longitudinale sur toute la largeur de la bande et commandé à des intervalles de temps séparés les uns des autres. Dans un autre mode de réalisation, on utilise une pluralité de moyens d'action écartés les uns des autres pour exercer des actions locales instantanées en des points d'application écartés les uns des autres et répartis sur la largeur de la bande, lesdits moyens d'action étant commandés individuellement, soit simultanément, soit à des intervalles de temps séparés les uns des autres. Chaque moyen d'action peut avantageusement être constitué par un laser de puissance émettant un rayon pendant un court instant, perpendiculairement au plan du produit, ou bien, dans un autre mode de réalisation, par un organe d'injection, perpendiculairement au plan du produit, d'un jet calibré de fluide sous pression, actionné pendant un court instant. Pour déterminer les instants de passage de l'onde, on utilise des moyens de mesure sans contact des variations de position de la surface du produit en chaque point de mesure, par exemple par comptage de franges entre un rayon émis et un rayon réfléchi, le décalage dans le temps des instants de passage de l'onde entre deux points de mesure décalés longitudinalement étant déterminé par intercorrélation des variations de position ainsi détectées. L'invention sera mieux comprise par la description suivante d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés. La figure 1 représente schématiquement une installation équipée d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessus du dispositif La figure 3 est une vue de détail, en coupe longitudinale, montrant schématiquement le fonctionnement du procédé. Sur la figure 1, on a représenté très schématiquement une installation de traitement d'une bande 1 défilant sous tension, suivant une direction longitudinale X'-X, en passant dans une installation de traitement 2. A titre de simple exemple, sur la figure, la bande passe dans un laminoir 2, par exemple un laminoir à froid et est ensuite enroulée par une bobineuse 11 dont la vitesse est réglée pour maintenir une tension déterminée sur la bande 1. Dans l'exemple représenté, le laminoir 2 est du type quarto comportant deux cylindres de travail 21, 21' et deux cylindres d'appui 22, 22'. En outre, il est muni de moyens permettant, de façon connue, de corriger la planéité, tels que des dispositifs 23 exerçant des efforts de cintrage sur les arbres des cylindres ou des moyens 24 permettant d'agir sur le profil de l'enveloppe des cylindres d'appui. De telles dispositions sont bien connues et ne sont donc représentées que schématiquement sur le dessin. Selon l'invention, pour déterminer la distribution, dans le sens de la largeur, des contraintes de traction appliquées sur la bande, on utilise un dispositif d'action 3 permettant d'appliquer sur la bande une série d'actions locales instantanées et associé à au moins une paire de dispositifs de mesure 4, 4'. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, on utilise un seul dispositif d'action 3 associé à plusieurs paires de dispositifs de mesure, respectivement 41, 41', 42, 42', 43, 43', répartis de façon à couvrir toute la largeur L de la bande mais d'autres dispositions sont possibles. Le dispositif 3 peut être, par exemple, un laser de puissance susceptible d'émettre, pendant un cours instant, un rayon 31 sensiblement perpendiculaire au plan de la bande 1. Ce rayon très puissant et de très faible durée, de l'ordre de la milliseconde, provoque sur la bande 1, à l'endroit de l'impact 10, une action locale qui se traduit par un ébranlement 5 schématisé sur la figure 3, bien entendu de façon exagérée. Etant donné que la bande 1 est placée sous une forte tension dans le sens longitudinal, cet ébranlement 5 se propage, essentiellement dans le sens longitudinal de la tension, avec une vitesse V qui dépend de l'effort de traction appliqué sur la bande à l'endroit 10 de l'action locale exercée par le faisceau 31. Pour connaître cet effort de traction, cn va donc mesurer la vitesse de propagation V et, à cet effet, on place deux capteurs 4, 4' décalés longitudinalenent l'un par rapport à l'autre d'une distance a, sur la ligne X'-X parallèle à la direction longitudinale de l'effort de traction et passant par le point d'impact 10. Chaque capteur est un dispositif de mesure sans contact fonctionnant par effet laser ou capacitif qui permet de mesurer les variations de la position de la bande 1 au droit du point de mesure 13 (13'), la distance b entre le premier capteur 4 et l'émetteur 3 étant aussi faible que possible de façon que l'onde 5 prcvoquée par l'émetteur conserve une amplitude suffisante pour être parfaitement détectée lorsqu'elle passe en 5a au point de mesure 13 et en 5b au point de mesure 13'. Bien entendu, la bande 1 se met en vibraton mais on détecte, normalement, le passage de la premiere onde Sa, 5b qui présente l'amplitude la plus forte. Les capteurs de mesure 4, 4' peuvent être réalisés de façon connue et fonctionner, par exemple, par comptage de franges entre un rayon émis et un rayon réfléchi de façon à repérer avec précision l'instant du passage de tonde. En procédant, par exemple, par intercorrélation entre les signaux émis par les deux capteurs, on peut déterminer avec précision le temps de décalage entre les instants de passage au point 13, 13' des deux pics correspondants à l'amplitude maximale de l'onde. Connaissant la distance a entre les points 13, 13' de mesure, on en déduit la vitesse V de propagation de l'onde, ce qui permet, par une formule connue, de calculer l'effort de traction appliqué sur la fibre de la bande passant, suivant la direction X'-X, par le point d'impact 12 et les points de mesure 13, 13'. Il va donc être possible de connaître l'état de répartition des contraintes de traction sur la bande en effectuant, de la façon qui vient d'être indiquée, des mesures de la vitesse de propagation de l'ébranlement 5 sur un certain nombre d'axes de mesure X1-X'1, X2-X'2, X3-X'3, ..., Xn-X'n, répartis sur toute la largeur L de la bande, chaque mesure indiquant l'effort de traction exercé sur la fibre longitudinale correspondante du produit. Etant donné que l'onde se propage dans toutes les directions et non pas seulement dans la direction longitudinale, il faut éviter les interférences entre les mesures et il est donc préférable que celles-ci soient décalées non seulement sur la largeur de la bande mais aussi dans le temps. A cet effet, on peut utiliser un seul dispositif d'action 3 qui se déplace suivant une direction Y-Y' perpendiculaire à la direction longitudinale X-X' et qui est commandé à des intervalles décalés dans le temps, de façon que les points d'application 121, 122, ..., 12n soient répartis sur la largeur de la bande. Comme on l'a indiqué sur la figure 2, la répartition des axes de mesure Xl-X'1, X2-X'2, ... sur la largeur de la bande n'est pas nécessairement régulière et dépend de l'état de traction prévisible. Le plus souvent, il est nécessaire de connaître avec plus de précision la répartition des contraintes sur les bords de la bande et c'est pourquoi celle-ci pourra avantageusement être divisée en trois zones, respectivement deux zones latérales A1, A2 sur lesquelles les axes X1-X'1, X2-X'2 sont relativement resserrés et une zone centrale A3 sur laquelle les axes de mesure peuvent être plus écartés l'un de l'autre. La distance a entre les deux capteurs 4, 4' d'une même ligne, la distance b entre les capteurs et le dispositif d'action 3 et la distance c entre deux axes de mesure voisins sont déterminés en fonction les unes des autres de façon à éviter tout risque d'interférence entre les actions localisées et les mesures et en tenant compte, évidemment, de la durée de l'action locale exercée au point d'impact 12. Bien entendu, il faut tenir compte également de l'encombrement des dispositifs et de la longueur d'onde de la vibration provoquée par chaque action locale. En pratique, la distance a entre les deux capteurs de mesure associés 4, 4' sera comprise, de préférence, entre 30 et 100 mm. Le dispositif d'action 3 est monté sur un chariot 32 déplaçable suivant la direction transversale Y-Y' audessus ou au-dessous de la bande. Les capteurs 4, 4' pourraient être montés sur le même chariot de façon à se déplacer avec le dispositif d'action 3. Cependant, compte tenu de l'encombrement assez réduit des capteurs, il sera possible de disposer au-dessus ou en dessous de la bande une pluralité de paires de capteurs 41, 41', 42, 42', ..., 42n, 42'n, définissant chacun une ligne de mesure X1-X'1, X2-X'2, ..., Xn-X'n..... Le dispositif d'action 3 est commandé en fonction de la répartition des lignes de mesure X1-X'1, X2-X'2, .... et de la vitesse du chariot 3 de façon que chaque point d'action 121, 122, ..., 12n soit placé sur la ligne de mesure X1-X'1, X2-X'2, ... passant par les capteurs correspondants 41, 41', 42, 42', Comme on l'a indiqué sur la figure 2, les différentes paires de capteurs peuvent éventuellement être placées à des distances différentes de la ligne Y-Y' de déplacement du dispositif d'action 3 de façon à mieux éviter les interférences entre les mesures, dès lors que la distance a entre deux capteurs 41, 41', 42, 42', ... d'une même ligne reste constante. Le dispositif d'action 3 et les différents capteurs de mesure sont associés à un système de commande 6 schématisé, à titre d'exemple, sur la figure 1. Les signaux émis par les capteurs 4, 4' lors du passage de l'onde 5a, 5b aux points de mesure 13, 13' sont appliqués sur un premier organe de calcul 61 qui détermine, en fonction du décalage dans le temps des signaux et de la distance constante a des points de mesure 13, 13', la vitesse de propagation de l'onde provoquée par l'action exercée au point d'application 12. La vitesse mesurée Vn est appliquée sur un calculateur 62 sur lequel ont été affichés d'autre part les différents paramètres P1, P2... qui doivent intervenir dans le calcul tels que, notamment, l'effort de traction appliqué par la bobineuse 11, la vitesse de défilement de la bande, les caractéristiques physiques et dimensionnelles de celleci, etc. Le dispositif d'action 3 est associé, d'autre part, à un organe de contrôle 63 qui, en fonction de la vitesse de déplacement du dispositif d'action 3, détermine l'émission du faisceau 31 pour que chaque point d'impact 12 corresponde à une ligne de mesure 13, 13'. Le calculateur 62 détermine ainsi, pour chaque ligne de mesure, l'effort de traction appliqué sur la fibre correspondante de la bande et la répartition des contraintes peut être, éventuellement, affichée visuellement sur un écran 64 permettant à un opérateur de contrôler le fonctionnement du laminoir 2 et d'apporter les corrections voulues. Toutefois, les informations élaborées par le calculateur 62 sur l'état de répartition des contraintes sont avantageusement appliquées sur un régulateur 65 qui agit sur les organes voulus du laminoir 2, par exemple sur des dispositifs de cintrage 23 des cylindres de travail ou sur des moyens 24 de correction du profil des cylindres d'appui 22, 22'. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit schématiquement, et, en particulier, l'utilisation des informations ainsi obtenues sur l'état de répartition des contraintes et les corrections apportées dépendant essentiellement du traitement auquel est soumise la bande. C'est ainsi que, pour fixer les idées, on a décrit une installation dans le cas où elle est appliquée à une bande métallique sortant d'un laminoir à froid, mais les mêmes dispositions pour la mesure de l'état de répartition des contraintes pourraient être appliquées à toutes circonstances dans lesquelles la bande laminée est maintenue sous tension et où il est intéressant de connaître l'étant de répartition des contraintes, par exemple à la sortie d'un laminoir à chaud pour corriger la planéité ou bien dans les dispositifs de traitement de surface et de correction des défauts de planéité. En outre, l'invention a été mise au point spécialement pour le cas des tôles métalliques laminées, mais pourrait trouver une application également dans le cas de traitements d'autres produits en bande sous tension. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la répartition des contraintes longitudinales dans un produit (1) en bande allongée, de forme plane sensiblement rectangulaire, ayant une largeur (2) sensiblement constante, entre deux côtés latéraux parallèles à une direction longitudinale (10) et soumis à un effort de traction dans le sens longitudinal, caractérisé par le fait que l'on exerce sur le produit une série d'actions locales instantanées appliquées perpendiculairement au plan du produit, en des points (12) décalés transversalement l'un par rapport à l'autre et répartis sur toute la largeur du produit (1), que l'on détermine, pour chaque action locale, l'instant de passage de l'onde (5) provoquée dans le produit par ladite action, en deux points (13, 13') écartés l'un de l'autre d'une distance connue et placés sur un axe longitudinal (x, x') passant par le point (12) d'application de l'action locale considérée, que l'on mesure le décalage dans le temps desdits instants de passage de l'onde pour calculer la vitesse de propagation de celle-ci suivant chaque axe longitudinal (x, x') passant sur chacun desdits points d'application (12) et que l'on en déduit l'état de répartition des contraintes longitudinales de traction exercées dans le produit (1) suivant lesdits axes longitudinaux (x, x'). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la distance entre chaque point d'application (12) d'une action locale et le point de mesure (13) le plus proche ainsi que la distance entre les deux points de mesure (13, 13') d'un même axe longitudinal (x, x'), sont juste suffisants pour que l'action exercée en chaque point (12) n'interfère pas sur la mesure effectuée sur le point voisin (13, 13'). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les actions locales exercées sur le produit (1) sont appliquées à des instants décalés dans le temps et suffisamment séparés les uns des autres pour éviter les interférences sur les mesures. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est appliqué à la mesure de l'état de planéité d'une bande laminée. 5. Dispositif de détermination de la répartition des contraintes longitudinales dans un produit (1) en bande allongée, de forme plane sensiblement rectangulaire, ayant une largeur (2) sensiblement constante, entre deux côtés latéraux parallèles à une direction longitudinale (10) et soumis à un effort de traction dans le sens longitudinal, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un moyen (3) pour exercer, une série d'actions locales instantanées, perpendiculairement au plan du produit, en une pluralité de points d'application (12) décalés transversalement l'un par rapport à l'autre, des moyens (4, 4') de mesure du décalage dans le temps de l'instant de passage de l'onde (5) provoquée dans le produit par chaque action locale, en deux points de mesure (13, 13') écartés l'un de l'autre et placés sur un axe longitudinal (x, x') passant par le point d'application (12) considéré et des moyens (6) de calcul, en fonction du décalage mesuré et de la distance (a) entre les points de mesure (13, 13'), de la vitesse de propagation de l'onde provoquée par chaque action locale suivant l'axe longitudinal (x, x') passant par chaque point d'application (12) et, à partir de ladite vitesse de propagation, de la contrainte de traction exercée suivant chaque axe longitudinal (x, x'). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chaque action locale est une impulsion de très courte durée, de l'ordre de quelques millisecondes au plus. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen unique (3) pour exercer des actions locales instantanées, ledit moyen (3) étant déplaçable transversalement à la direction longitudinale sur toute la largeur (2) de la bande (1) et commandé à des intervalles de temps séparés les uns des autres. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de moyens d'action (3) écartés les uns des autres pour exercer des actions locales instantanées en des points d'application (121, 122...12n) écartés les uns des autres et répartis sur la largeur de la bande. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les différents moyens d'action (3) sont commandés individuellement à des intervalles de temps séparés. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les différents moyens d'acticn (3) sont commandés simultanément. 11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé par le fait que chaque moyen d'action (3) est un laser de puissance émettant un rayon pendant un court instant, perpendiculairement au plan du produit. 12. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé par le fait que chaque moyen d'action (3) comprend un organe d'injection perpendiculairement au plan du produit, d'un jet calibré de fluide scïs pression actionné pendant un court instant. 13. Dispositif selon l'une des reendications 5 à 12, caractérisé par le fait que les doyens (4, 4') de mesure du décalage des instants de passage sont des organes de mesure sans contact des variations de position de la surface du produit (1) en chace point de mesure (13, 13'). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que la mesure des variations de position du produit est effectuée par comptage de franges entre un rayon émis et un rayon réfléchi. 15. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que les moyens de mesure sans contact (4, 4') sont des capteurs capacitifs. 16. Dispositif selon l'une des revendications 5 à -15, caractérisé par le fait que le décalage dans le temps des instants de passage de l'ébranlement (5) en deux points (13, 13') de mesure décalés longitudinalement est déterminé par intercorrélation des variations de position desdits points (13, 13') par rapport au plan moyen du produit (1).