Brevet FR2698689A3 — publié le 19940603

FR 2698689 A3 19940603 FR 9214406 A 19921130 L'invention concerne un dispositif et un procédé de mesure de la flèche d'un produit long profilé et notamment d'un rail pour chemin de fer, suivant toute sa longueur. A la sortie des lignes de fabrication de produits métallurgiques longs de forme profilée, telles que les lignes de fabrication des rails pour chemin de fer, il est nécessaire de contrôler la forme du produit. En particulier, dans le cas des produits de très grande longueur tels que les rails pour chemin de fer qui sont élaborés sous forme d'unité dont la longueur peut être supérieure à 12 m et notamment comprise entre 50 et 100 m, il est nécessaire d'effectuer, suivant toute la longueur du rail, un contrôle de rectitude se traduisant notamment par une mesure de la flèche totale du rail en divers points suivant sa longueur. Jusqu'ici, les mesures de flèche étaient effectuées en utilisant un réglet et une ficelle qui était mise en tension entre deux points espacés suivant la longueur du rail. Cette méthode entièrement manuelle ne permet d'obtenir qu'une précision de l'ordre de + 2,5 mm même en apportant tout le soin voulu à la mesure. Cette précision est insuffisante, notamment dans le cas des rails pour trains à très grande vitesse qui peuvent requérir des précisions de l'ordre du dixième de millimètre dans la mesure des flèches, lors des contrôles de rectitude. En outre, il peut être nécessaire de multiplier les points de mesure, de façon à déterminer de manière précise les courbures locales du rail. Dans le cas d'une méthode entièrement manuelle, le temps consacré au contrôle peut devenir très important, ce qui risque d'augmenter les coûts et de limiter les capacités de fourniture des produits, en aval de la ligne de production. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de mesure de la flèche d'un produit long profilé, suivant toute sa longueur qui soit d'une très grande précision et qui permette d'obtenir une grande rapidité d'exécution des mesures, même dans le cas d'un grand nombre de points de mesure. Dans ce but, le dispositif suivant l'invention comporte - une poutre rigide, - au moins deux éléments de roulement montés rotatifs sur la poutre autour d'axes perpendiculaires à la direction longitudinale de la poutre, dans deux zones espacées suivant la direction longitudinale et comportant des surfaces de roulement tangentes à un même plan sensiblement parallèle à la poutre, - au moins un détecteur de distance dans une direction perpendiculaire au plan de roulement fixé sur la poutre dans une zone située entre les éléments de roulement, - et des moyens d'acquisition des signaux de mesure émis par le détecteur de distance. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, un dispositif suivant l'invention et suivant plusieurs modes de réalisation utilisés pour la mesure de flèche et le contrôle de rectitude de rails pour chemin de fer. La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un dispositif de mesure suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation. La figure 2 est une vue de dessus suivant 2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif de mesure suivant le premier mode de réalisation et suivant une variante. La figure 4 est une vue en élévation et en coupe par un plan vertical d'un dispositif de mesure suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation. Sur les figures 1 et 2, on voit un dispositif de mesure suivant l'invention désigné de manière générale par le repère 1, en position de mesure sur la surface supérieure de roulement d'un rail 2. Le dispositif 1 comporte une poutre 3 rectiligne et rigide constituant le bâti du dispositif de mesure 1 et qui peut être constituée par une règle de maçon d'une longueur de 3 m par exemple. La poutre 3 porte, au voisinage de chacune de ses extrémités longitudinales, un élément de roulement 4, 5, destiné à venir reposer sur la partie supérieure de roulement du rail 2, dans la position de service du dispositif 1, comme représenté sur les figures 1 et 2. L'élément de roulement 4 disposé à l'une des extrémités de la poutre 1 est constitué de deux roulettes 4a et 4b montées rotatives chacune à l'intérieur d'un support correspondant tel que 6a solidaire d'une des faces latérales de la poutre 3. L'élément de roulement 5 disposé à la seconde extrémité de la poutre 3 comporte une seule roulette 5a montée rotative sur un support 7 solidaire de l'une des faces latérales de la poutre 3. De cette manière, le dispositif de mesure 1 repose de manière stable sur la surface supérieure de roulement 2a du rail 2. On a également représenté la trace du plan 2'a constituant le plan de roulement des éléments 4 et 5 qui est tangent au contour extérieur des roulettes 4a, 4b et 5a des éléments de roulement 4 et 5. Les éléments de roulement 4 et 5 sont fixés sur la poutre 3, de manière que le plan de roulement 2'a soit parallèle à la direction longitudinale de la poutre rectiligne 3. Les éléments de roulement 4 et 5 permettent de déplacer sans difficulté le dispositif de mesure 1, sur toute la longueur du rail 2, pour effectuer des mesures dans des zones espacées suivant la longueur du rail, ou sur toute la longueur de celui-ci. L'élément de mesure proprement dit du dispositif 1 est constitué par un détecteur de distance 10 fixé sur l'une des faces latérales de la poutre 3, au voisinage de sa partie médiane. Le détecteur 10 dont les indications sont représentatives de la distance entre la poutre et la surface de roulement du rail 2a peut être constitué par un comparateur à contact comportant une tige 10a montée mobile dans le corps du comparateur 10 dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale de la poutre 3 et au plan de roulement 2'a, rappelée vers le bas de manière que sa partie d'extrémité 10b reste constamment en contact avec la surface de roulement 2a. Le comparateur 10 comporte des moyens d'af fi- chage de la mesure effectuée qui peuvent être de type numérique. Cette mesure est représentative de la distance entre un point de la poutre 3 et un point de la surface de roulement. L'écart de cette mesure par rapport à la valeur fixe de la distance de la poutre au plan de roulement théorique 2'a correspond à la flèche du rail mesurée sur la longueur de la poutre. Le moyen d'affichage de la mesure peut être étalonné de manière à fournir directement une lecture de la flèche.Le comparateur peut également être associé à des moyens de mesure de la position ou du déplacement de la tige 10a permettant d'élaborer un signal électrique qui est transmis par un conducteur 12 à une unité d'acquisition et de traitement 11 permettant de calculer la flèche de la partie du rail 2 située entre les éléments de roulement 4 et 5, à partir du signal représentatif de la position de la tige 10a du comparateur 10. La position de la tige lOa permet de déterminer l'écart entre la position réelle de la surface de roulement du rail 2 et la position du plan de roulement théorique 2'a tangent aux éléments de roulement 4 et 5 et parallèle à la direction longitudinale de la poutre 3. Une jauge de déformation 13 est fixée sur la surface supérieure de la poutre 3, au voisinage de sa partie médiane. La jauge de déformation 13 permet d'élaborer un signal représentatif de la déformation de la poutre 3 par fléchissement sous l'effet de son propre poids. Le signal émis par la jauge de déformation 13 est transmis par un conducteur 14 à l'unité de traitement et de calcul 11 qui effectue une correction de la mesure de flèche, en tenant compte de la flèche de la poutre 3 mesurée par la jauge de déformation 13. La valeur de la flèche du rail calculée par l'unité de traitement et de calcul 11 peut être affichée sous forme numérique sur un écran lia de l'unité de traitement 11, gardée en mémoire dans l'unité de traitement 11 ou enregistrée sur un support d'information d'un type quelconque. On peut effectuer successivement des mesures de flèche dans des zones différentes suivant la longueur du rail par simple déplacement du dispositif 1 sur la surface de roulement du rail 2. On peut également effectuer une mesure de flèche en continu sur la longueur du rail, pour obtenir un profil longitudinal de celui-ci. A cette fin, des moyens de mesure du déplacement de la poutre sont prévus, par exemple un compteur métrique lié en rotation à l'une des roulettes, et reliés à l'unité d'acquisition et de traitement 11. Sur la figure 3, on a représenté un dispositif de mesure 21 de la flèche d'un rail 20 qui constitue une variante de réalisation du dispositif 1 représenté sur les figures 1 et 2. Le dispositif 21 comporte une poutre 23 rigide montée sur des éléments de roulement 24 et 25 fixés au voisinage de ses extrémités. La poutre 23 peut être constituée par une règle de maçon dont la longueur peut être de l'ordre de 3 m. Le dispositif 21 présente une forme générale analogue à la forme du dispositif 1 représenté sur les figures 1 et 2. Cependant, le dispositif 21 comporte trois détecteurs de distance 26, 27 et 28 disposés respectivement au voisinage de la partie centrale de la poutre 23 et dans des zones intermédiaires entre la partie centrale et les zones d'extrémité de la poutre 23 portant les éléments de roulement 24 et 25. Sur la surface supérieure de la poutre 23, par exemple au niveau de chacun des détecteurs de distance 26, 27 et 28, est fixée une jauge de déformation respective 30, 30' et 30". Dans la position de service du dispositif 21 pour la mesure de la flèche d'un rail 20, les éléments de roulement 24 et 25 du dispositif de mesure 21 viennent reposer sur la surface supérieure de roulement 20a du rail 20. Les tiges 26a, 27a et 28a des comparateurs 26, 27 et 28 sont rappelées de manière à venir en contact par leur partie d'extrémité avec la surface de roulement 20a. Les comparateurs 26, 27 et 28 et les jauges de déformation 30, 30' et 30" sont reliées à une unité d'acquisition et de traitement 32 permettant d'exploiter les signaux de mesure représentatifs des positions des tiges des comparateurs et de la déformation de la poutre 23, au niveau de chacun des comparateurs. L'unité de traitement 32 permet de calculer la flèche du rail 20, à partir de mesures de distance effectuées par chacun des comparateurs 26, 27 et 28. Chacune des mesures de distance est corrigée en tenant compte de la flèche de la poutre 23 au niveau du comparateur avec lequel on réalise la mesure de distance. Dans le cas du dispositif de mesure 1 représenté sur les figures 1 et 2, le calcul de flèche est réalisé en utilisant les points de contact des éléments de roulement 4 et 5 avec la surface de roulement 2a comme points de référence définissant le plan de roulement théorique du rail. Lorsquton utilise le dispositif 21 représenté sur la figure 3, la mesure de flèche est réalisée en utilisant uniquement les mesures de distance effectuées par les trois comparateurs 26, 27 et 28. La mesure ne fait donc pas intervenir les points de contact des éléments de roulement avec la surface supérieure du rail comme points de référence. Ce mode de réalisation du dispositif bien que plus complexe et plus coûteux permet d'éviter d'introduire des erreurs de mesure qui peuvent provenir de jeux ou de déformations ou encore de l'usure des roulettes des éléments de roulement. Il peut être également possible, dans le cas d'un dispositif de mesure tel que le dispositif 21 représenté sur la figure 3, d'utiliser des roulettes en un matériau relativement mou, ce qui permet d'éviter de marquer ou de rayer la surface du produit métallurgique dont on réalise le contrôle de rectitude par contact avec les roulettes, dans le cas où l'état de surface du produit est un facteur de qualité important. Sur la figure 4, on a représenté un second mode de réalisation d'un dispositif de mesure 31 suivant l'invention qui peut être utilisé pour mesurer la flèche et contrôler la rectitude de la surface inférieure plane d'appui 32b de la semelle du rail 32 opposée à la surface de roulement 32a. Le dispositif de mesure 31 comporte une poutre 33 sur laquelle sont montés, au voisinage de ses extrémités, des éléments de roulement tels que 34. L'élément de roulement 34 visible sur la figure 4 et fixé à l'une des extrémités de la poutre 33 comporte deux roulettes 34a et 34b et l'élément de roulement fixé au voisinage de la seconde extrémité de la poutre 33 comporte une seule roulette. Les roulettes des éléments de roulement de la poutre 33 sont tangentes à un plan de roulement théorique sensiblement parallèle à la poutre 33. Le dispositif 31 comporte également deux galets de soutien tels que 35 fixés dans des positions intermédiaires entre la partie médiane de la poutre 33 et ses parties d'extrémité sur lesquelles sont fixés les éléments de roulement tels que 34. Les galets de soutien telles que 35 sont montés rotatifs sur des axes perpendiculaires à l'axe longitudinal de la poutre 33 et aux axes de roulement des roulettes des éléments de roulement fixés aux extrémités de la poutre 33. Un détecteur de distance constitué par un comparateur à tige de contact 36 est fixé sur la poutre 33 dans une position médiane et de manière que la tige du comparateur 36 soit perpendiculaire au plan de roulement théorique des éléments de roulement tels que 34 tangent à ces éléments de roulement. Dans sa position de mesure représentée sur la figure 4, le dispositif 31 vient en appui sur la surface 32b de la semelle du rail 32 par l'intermédiaire des éléments de roulement d'extrémité tels que 34 et sur les parties de chant de la semelle, par l'intermédiaire des galets de soutien 35. La tige du comparateur 36 vient en appui contre la surface inférieure plane 32b de la semelle du rail 32. Le comparateur peut réaliser comme précédemment une mesure qui est affichée de manière à fournir directement la flèche de la semelle du rail. La mesure peut également être mise sous la forme d'un signal qui est traité pour afficher une valeur numérique calculée de la flèche. Dans ce cas, une unité d'acquisition et de traitement de signaux qui peut être fixée sur la poutre 33 est reliée au comparateur 36, de manière à recevoir et à traiter les signaux représentatifs de la position de la tige du comparateur et de la distance entre le plan théorique de roulement des éléments de roulement tels que 34 et la surface d'appui 32b de la semelle du rail 32. Un détecteur de déformation disposé sur la poutre 33, au voisinage du comparateur 36 permet d'effectuer une correction de la flèche calculée par l'unité de traitement. Le dispositif suivant l'invention permet donc de réaliser de manière très précise et très rapide une mesure de flèche dans une zone quelconque suivant la longueur d'un produit long profilé et donc, en particulier, sur toute cette longueur. Dans le cas où l'on utilise plusieurs comparateurs et dans le cas où l'on effectue des corrections à partir des mesures de déformation de la poutre, il est nécessaire de réaliser un traitement et un calcul à partir des données fournies par les comparateurs et les jauges de déformation. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut utiliser un ou plusieurs détecteurs de distance sans contact au lieu de comparateurs à contact. La poutre du dispositif de mesure peut avoir une longueur variable suivant les produits longs sur lesquels on effectue les mesures et suivant les précisions requises pour les mesures. Le dispositif de mesure peut comporter en plus de ses éléments de roulement divers organes de retenue ou de soutien suivant la forme des produits profilés sur lesquels on effectue les mesures et suivant l'orientation de la surface du produit venant en contact avec les éléments de roulement. Enfin, le dispositif et le procédé suivant l'invention peuvent être utilisés pour effectuer des mesures sur des produits longs profilés différents de rails et par exemple sur des éléments de charpente tels que des poutrelles. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure de la flèche d'un produit long profilé (2, 20, 32) suivant toute sa longueur, caractérisé par le fait qu'il comporte - une poutre (3, 23, 33) rigide, - au moins deux éléments de roulement (4, 5 24, 25 ; 34) montés rotatifs sur la poutre (3, 23, 33) dans deux zones espacées suivant la direction longitudinale de la poutre (3, 23, 33) et comportant des surfaces de roulement tangentes à un même plan de roulement sensiblement parallèle à la poutre (3, 23, 33), - au moins un détecteur de distance (10, 26, 27, 28, 36) dans une direction perpendiculaire au plan de roulement, fixé sur la poutre (3, 23, 33) dans une zone située entre les éléments de roulement (4, 5 ; 24, 25 34), - et des moyens (11, 32) d'acquisition des signaux de mesure émis par le détecteur de distance. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un seul détecteur de distance (10) fixé sur la poutre (3) dans une zone médiane située sensiblement à égale distance des éléments de roulement (4, 5) voisins des extrémités de la poutre (3). 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le détecteur de distance est un comparateur (10) comportant une tige de contact (lOa) dirigée vers le plan de roulement et mobile dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan de roulement, les moyens d'acquisition des signaux de mesure du détecteur étant constitués par des moyens d'affichage sous forme numérique de la position de la tige du comparateur. 4.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte trois détecteurs de distance (26, 27, 28) disposés respectivement au voisinage de la partie médiane de la poutre (23) et entre la partie médiane de la poutre (23) et les éléments de roulement (24, 25) disposés au voisinage de ses extrémités ainsi que des moyens d'acquisition et de traitement de signaux de mesure émis par les détecteurs de distance (26, 27, 28) en fonction de distances mesurées par ces détecteurs. 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la poutre (3, 23, 33) porte une jauge de déformation (13, 30, 30', 30") au niveau de chacune des zones dans laquelle est disposé un détecteur de distance (10, 26, 27, 28) chacune des jauges de déformation (13, 30, 30', 30") étant reliée à des moyens de traitement (11, 32) pour effectuer des corrections de mesure en fonction de déformations mesurées de la poutre (3, 23, 33). 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de support et de retenue (35) de la poutre (33) sur une partie du produit long profilé (32). 7.- Procédé de mesure de la flèche d'un produit long profilé (3, 23, 33) suivant toute sa longueur, en utilisant un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les éléments de roulement (4, 5 ; 24, 25 ; 34) sont mis en contact avec une surface (12a, 20a, 32b) du produit long profilé (2, 20, 32) et que la poutre (3, 23, 33) est déplacée suivant la longueur du produit long profilé (2, 20, 32) par roulement sur la surface du produit long profilé (2a, 20a, 32b) pour effectuer des mesures successives de la flèche du produit long profilé dans différentes zones suivant sa longueur. 8.- Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que le produit long profilé (2, 20, 32) est un rail pour chemin de fer et que la surface sur laquelle on déplace les éléments de roulement est la surface de roulement du rail. 9.- Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que le produit long profilé est un rail pour chemin de fer et que la surface (32b) sur laquelle on déplace les éléments de roulement est une surface d'appui inférieure plane de la semelle du rail.