Brevet FR2796871A1 — publié le 20010202

La présente invention concerne une installation de sondage en continu de produits sidérurgiques venant de coulée. Les produits sidérurgiques tels que brames, blooms, billettes en acier, par exemple, qu'ils soient obtenus à partir d'une coulée en lingot ou d'une coulée continue, sont généralement transformés en produits plats ou longs par laminage à chaud. Le sidérurgiste cherche en général à bénéficier au maximum de la chaleur du produit sortant de la coulée, pour effectuer cette opération de laminage. Toutefois, ces produits peuvent présenter au voisinage de leur surface des défauts, visibles ou non, tels que fissures, criques, soufflures, inclusions de gaz, qui risquent de subsister sur les produits laminés ou même de s'amplifier et d'entraîner ainsi leur rebut, sans parler d'un éventuel endommagement de la surface des cylindres du laminoir. C'est pourquoi il s'avère en général nécessaire, avant de procéder au laminage, d'examiner les produits pour savoir s'ils peuvent être laminés directement ou s'ils doivent être préalablement traités pour supprimer ou réparer les défauts qu'ils présentent. Dans les techniques traditionnelles, l'examen pour la détection des défauts nécessite un refroidissement préalable du produit sidérurgique. On a ensuite développé il y a une dizaine d'an nées une technique d'observation d'un bain en fusion produit par un chalumeau évitant d'exposer le matériel d'observation visuelle aux projections et fumées environ nantes. C'est ainsi que le document EP-A-0336807 la demanderesse décrit un chalumeau à dispositif d'observation visuelle intégré. Un tel chalumeau comporte un corps renfermant un dispositif optique d'observation visuelle disposé à l'intérieur du conduit central d'arrivée d'oxygè- ne, la surface de l'orifice principal correspondant sensiblement à celle embrassée par l'angle de vue de l'objectif du dispositif d'observation. Bien que cette technique ait procuré des avanta ges considérables par rapport aux dispositifs antérieurs, l'oeil humain reste nécessaire pour l'observation visuelle de la zone du bain de décriquage, et l'utilisation de cassettes d'enregistrement implique en outre une gestion lourde pour l'utilisateur. D'une façon générale, l'analyse de défauts est presque toujours effectuée a posteriori, sur des produits sidérurgiques tels que des brames, déjà coupés et refroi dis. Par suite, on parvient certes à détecter la présence de défauts, mais il est alors trop tard pour intervenir sur la ligne de coulée pour en effectuer un réglage ad hoc. Il apparaît ainsi un besoin important d'une installation capable d'effectuer un sondage en continu de produits sidérurgiques venant directement de coulée. L'invention a précisément pour but de résoudre ce problème, en concevant une telle installation de sondage en continu qui permette un traitement automatique, avec une possibilité d'intervenir sur la ligne de coulée en évitant ainsi le déroutement du flot métal, le stockage intermé diaire avec ses manutentions, et la production de produits défectueux. L'installation a également pour but de concevoir une installation de sondage en continu qui soit en outre compatible avec des techniques d'automatisation de décri- quage ou d'oxycoupage. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce à une installation de sondage en continu de produits sidérurgiques venant de coulée comportant un chalumeau à gaz disposé devant une face du produit sidérurgique, en défilement ou non, pour y générer un bain de sondage, ledit chalumeau étant déplaçable de façon commandée transversale- ment à la direction de défilement et comprenant un corps ayant un conduit central d'arrivée d'oxygène dans lequel est agencé un dispositif d'observation visuelle permettant l'observation directe d'une zone de ladite face concernée par le bain de sondage, et un dispositif d'analyse d'images et de reconnaissance automatique des défauts apparaissant dans le champ de vision du dispositif d'observation visuelle. Le reconnaissance automatique des défauts permet ainsi d'établir une cartographie automatique et complète du produit sidérurgique, et ce dans le cadre d'une utilisation directement en sortie de la ligne de coulée. On parvient alors à automatiser en totalité l'installation de sondage, avec un pilotage complet du sondage effectué en continu sur un produit chaud. On pourra prévoir que l'installation de sondage en continu comporte une pluralité de chalumeaux à gaz disposés chacun devant une face du produit sidérurgique, de façon à permettre l'inspection simultanée, en plusieurs endroits si nécessaire, de plusieurs faces et rives dudit produit sidérurgique. Ceci permet en particulier d'inspec ter simultanément les faces supérieure et inférieure ainsi que les faces latérales d'une brame ou billette de coulée. De préférence, le dispositif d'analyse d'images et de reconnaissance des défauts comporte un moyen pour analyser des différences de nuances sur la surface inspec tée afin de détecter la présence d'un défaut, un moyen pour analyser des paramètres dimensionnels du défaut localisé, et un moyen pour comparer ces paramètres à des paramètres préétablis afin d'identifier le type de défaut dont il s'agit. En particulier les paramètres dimensionnels analysés seront choisis dans le groupe comportant le profil périmétrique, la surface, la position du barycentre et la profondeur du défaut, ainsi que toute mesure nécessaire à une meilleure définition. on parvient ainsi à une analyse fine et précise des caractéristiques du défaut détecté, ce qui permet d'aider à comprendre les causes qui ont amené à la création de tel défauts, et par suite d'intervenir au niveau de la ligne de coulée. Conformément à un mode de réalisation avantageux, l'installation de sondage en continu est suivie d'une installation de décriquage, l'action de cette installation de décriquage étant pilotée, en fonction du défaut précé demment détecté et reconnu par l'installation de sondage, en vue d'un décriquage automatique de la zone dudit défaut. Selon un autre mode de réalisation, le chalumeau à gaz équipé du dispositif d'observation visuelle est un chalumeau d'oxycoupage. Ceci permet une visualisation de la saignée de coupe et de ses éventuels défauts afin de réaliser la régulation automatique des paramètres de coupe. En variante, le chalumeau à gaz équipé du dispo sitif d'observation visuelle est un chalumeau de décriqua- ge. Ceci permet de réaliser une régulation automatique dudit chalumeau en fonction de la disparition des défauts. on parvient ainsi à réaliser une unité de travail extrême ment souple permettant une opération de décriquage et/ou de sondage réalisée de façon totalement automatique. Conformément à une autre caractéristique avanta geuse, le dispositif d'observation visuelle comporte une caméra reliée à au moins une fibre optique passant dans le corps du chalumeau. I1 va de soi que dans certaines situations, notamment celle d'un oxycoupage de plaques très épaisses, on pourra se passer d'une telle caméra dans la mesure où une fibre optique unique suffit pour surveiller le champ étroit à inspecter qui est limité à la largeur de la ligne de coupe. De préférence encore, le dispositif d'analyse d'images et de reconnaissance des défauts est relié à une unité de traitement comportant un ordinateur et une imprimante. Avantageusement enfin, le dispositif d'analyse d'images et de reconnaissance des défauts est relié à l'automate de coulée pour permettre une intervention sur les paramètres de coulée en fonction des défauts détectés et reconnus. Une telle intervention effectuée directement sur la ligne de coulée permet de contrer, dans un délai extrêmement bref, les phénomènes qui ont induit la création des défauts détectés. Une telle possibilité d'intervention représente un avantage considérable dans la pratique, par rapport aux techniques classiques d'observation sur produit froid qui ne permettaient d'agir que très tardivement sur la ligne de coulée. D'autres caractéristiques et avantages de l'in vention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre et des dessins annexés, concer nant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures où: - la figure 1 est une vue en perspective illus trant une installation de sondage en continu sur une seule face conforme à l'invention, en cours d'intervention sur une brame ici en défilement ; - la figure 2 est une vue de dessus schématique de l'installation précédente ; - la figure 3 est une vue partielle permettant de mieux distinguer la structure du chalumeau avec son dispositif d'observation visuelle ; - la figure 4 est une vue en bout de la zone de sortie du corps de chalumeau ; - la figure 5 illustre schématiquement une variante de l'installation de sondage précédente, dans laquelle on utilise deux chalumeaux de sondage pour inspecter deux faces opposées d'un produit sidérurgique ; - la figure 6 est une vue de dessus à échelle agrandie représentant le bain de sondage et la zone du champ de visualisation observé par le dispositif équipant le chalumeau de l'installation de sondage ; - la figure 7 est une vue schématique de la zone du champ de visualisation, montrant trois défauts typiques qui sont localisés et reconnus, la figure 8 illustrant l'organisation de différentes lignes de jauge visant à déterminer certains paramètres dimensionnels des défauts localisés ; - la figure 9 est une vue schématique de l'ins tallation de sondage en continu selon l'invention associée à une unité de traitement. Les figures 1 et 2 illustrent une installation de sondage en continu 1 selon l'invention qui permet d'inspec ter une face d'un produit sidérurgique venant directement de coulée, tels que brames ou billettes. On a représenté ici une brame B se déplaçant sur des rouleaux R, mais il va de soi que l'invention n'est pas limitée au sondage d'un produit en défilement, mais s'applique aussi au sondage d'un produit fixe. L'installation de sondage 1 comporte une potence 2 surmontée d'une tourelle 3 mobile autour d'un axe vertical 3.1 en pouvant tourner de 360 autour de cet axe. La tourelle 3 porte un premier bras 4 en porte-à-faux, qui est relié à un second bras 5 par une articulation 6 au niveau d'un axe vertical 6.1. L'angle formé par les bras 4 et 5 est déterminé par un actionneur commandé qui est ici un vérin 7 (en variante, on pourra remplacer le vérin par un moteur hydraulique coaxial à l'articulation). Le bras 5 se termine par une articulation 8 au niveau d'un axe vertical 8.1, en supportant une fourche 9 sur laquelle est articulé un support de chalumeau 10. L'articulation se fait autour d'un axe 10.1 horizontal, et la fourche 9 peut tourner sur une plage d'au moins 180 autour de l'axe vertical 8.1. Un chalumeau à gaz 20 est accroché au support 10, l'axe dudit chalumeau étant ici incliné par rapport à la verticale, par exemple selon un angle de 30 . Le chalumeau à gaz 20 sert à réaliser sur la face Bi de la brame B un bain dit "bain de sondage" noté 100. Le dispositif d'obser vation visuelle qui est intégré à ce chalumeau à gaz 20 va permettre justement d'inspecter une zone de ce bain de sondage 100, afin de détecter et de reconnaître les défauts qui peuvent s'y trouver. On a illustré la trajectoire sinusoïdale T de l'impact de flamme du chalumeau à gaz 20 sur la face Bi de la brame B. Il va de soi que ce tracé est totalement configurable en fonction des impératifs concernés. Le chalumeau à gaz 20, qui est disposé devant la face Bi du produit sidérurgique B en défilement pour y générer le bain de sondage 100, est déplaçable de façon commandé transver salement à la direction de défilement (notée 200). Le déplacement du chalumeau 20 est obtenu par une commande de la motorisation de la tourelle 3 autour de son axe 3.1, de l'actionneur 7, et du mécanisme de rotation intégré à l'articulation 8 pour l'axe vertical 8.1. Les différents paramètres angulaires sont variables selon une loi prédé terminée qui permet ainsi de fixer la trajectoire désirée du point d'impact sur la face du produit sidérurgique inspecté. Comme on connaît la vitesse de défilement du produit sidérurgique, et que l'on connaît à tout moment la position exacte dans l'espace du chalumeau à gaz 20, il est possible de déterminer l'emplacement exact du bain de sondage 100 sur la face inspectée. Ainsi, lorsque l'on détecte un défaut sur cette face grâce au dispositif d'observation visuelle et à un dispositif associé d'analyse d'images et de reconnaissance automatique de défauts, on peut déterminer parfaitement l'emplacement du défaut, et par suite de commander automatiquement l'élimination du défaut par décriquage et donner à temps et au bon moment des informations précises. Ceci permet en outre d'aider à la compréhension de la création du défaut, et aussi d'établir une classification des produits fabriqués. Les figures 3 et 4 permettent de mieux distinguer la structure du chalumeau à gaz 20. On reconnait la fourche 9 servant à supporter le support de chalumeau 10 et le chalumeau à gaz 20. Le bloc de support 10, articulé autour de l'axe 10.1, se prolonge par des canalisations d'alimen tation et de refroidissement 11,12 menant à un corps de chalumeau ici constitué de deux blocs complémentaires 21,22 assemblés par une bague 26. Le corps de chalumeau 21,22 présente un conduit central d'arrivée d'oxygène 23 dans lequel est agencé un dispositif d'observation visuelle 15, ici schématisé par un ensemble de fibre optique. Le conduit central d'arrivée d'oxygène 23 se prolonge vers l'aval par une tuyère 24, qui débouche au niveau d'un orifice de sortie 25. La partie amont 21 du corps de chalumeau est équipé de moyens 27 assurant le refroidissement du corps de chalumeau. Elle présente également des gorges 28,29 servant à l'alimentation, par des canaux axiaux associés traversant la partie aval 22 du chalumeau, respectivement en oxygène et en gaz, par exemple en gaz naturel. Un disque 30 est prévu au niveau de la sortie du corps de chalumeau, et la figure 4 permet de distinguer la pluralité d'orifices de sortie : on distingue ainsi autour de l'orifice central 25 (avec en arrière le bout de la fibre optique 15), des orifices 31 qui correspondent aux dards de chauffe, ainsi que quelques orifices 32 qui illustrent la possibilité d'insuffler de la poudre d'amorçage, par exemple de fer, ce qui permet notamment de sonder des brames en acier inoxyda ble. On notera également sur la figure 3, la présence d'une caméra 16 associée aux fibres optiques 15, qui est intégrée au support 10 du corps du chalumeau. Pour une compréhension complète d'une telle structure de chalumeau à gaz à dispositif d'observation visuelle intégré, on se référera utilement au document EP- A-0336 807 précité qui est incorporé ici à titre de référence. Le dispositif d'observation visuelle 15,16 permet ainsi l'observation directe d'une zone de la face concernée du produit sidérurgique où est créé le bain de sondage 100. Ainsi que cela sera décrit en détail plus loin, l'installa tion de sondage comporte également un dispositif d'analyse d'images et de reconnaissance automatique des défauts apparaissant dans le champ de vision du dispositif d'obser vation visuelle 15,16. Il va de soi que l'on pourra utiliser des moyens différents pour le déplacement commandé du chalumeau à gaz 20. Il va de soi également que l'on pourra compléter l'installation en utilisant une pluralité de chalumeaux à gaz 20 disposés chacun devant une face du produit sidérur gique, de façon à permettre l'inspection simultanée de plusieurs faces et rives du produit sidérurgique. La figure 5 illustre ainsi un support différent du chalumeau à gaz 20, réalisé au moyen d'un portique 40 sur lequel roule un chariot 41. Un autre chalumeau à gaz 20 et monté sur un chariot 42 se déplaçant à l'aplomb du premier chalumeau, sous le produit sidérurgique B ici en défilement. Les zones d'impact 100 des deux chalumeaux à gaz 20 sur les faces opposées B1 et B2 du produit B restent sur une même verticale, grâce à un déplacement parfaitement synchrone des deux chariots 41,42. Dans tous les cas, l'installation de sondage pourra être suivie d'une installation de décriquage manuelle ou automatique. Le décriquage automatique est évidemment très avantageux, car l'action de l'installation de décriquage peut être totalement pilotée en fonction du défaut précédemment détecté et reconnu par l'installation de sondage (variante non représentée). on va maintenant décrire plus en détail le mode d'analyse et de reconnaissance des défauts que peuvent présenter les faces inspectées du produit sidérurgique en défilement. La figure 6 permet de reconnaître la zone sensi blement elliptique du bain de sondage 100 sur la face inspectée du produit sidérurgique. Ce bain de sondage 100 est naturellement en déplacement continu dans une direction qui correspond sensiblement au grand axe de l'ellipse. Une zone partielle du bain de sondage 100, notée 101, corres pond au champ de visualisation du dispositif d'observation visuelle intégré dans le chalumeau à gaz 20. Dans la pratique, ce champ de visualisation sera délimité par un cercle de 30 à 50 millimètres de diamètre environ. Ainsi que cela est aisé à comprendre, la partie d'extrémité du bain de sondage qui est dans le cercle correspond à la zone la plus profonde du bain. Sur la figure 6, on a également représenté des défauts D1, D2, D3 qui sont de géométries et d'importances très différentes. En l'espèce, le défaut D1, relativement important, représente une macro-inclusion, tandis que le défaut D2, étroit et allongé représente une crique, et le défaut D3, sensiblement circulaire et de petit diamètre, représente une micro-inclusion. Ce sont précisément ces géométries différentes qui vont permettre d'identifier et de reconnaître les défauts visualisés par le dispositif d'observation. On utilise à cet effet un dispositif d'analyse d'images et de reconnaissance automatique des défauts apparaissant dans le champ de vision 101 du dispositif d'observation visuelle 15,16. Si l'on se reporte aux figures 7 et 8, on re trouve les défauts D1, D2, D3 précités dans la zone 101. On a noté G1,GZ,G3 le centre de gravité ou barycentre des trois zones de défaut Dl, D2, D3, et chaque point G1, G2, G3 est repéré par ses coordonnées (X1; Y1) , (X2; Y2) et (X3; Y3) . Plus précisément, le dispositif d'analyse d'ima- ges et de reconnaissance de défauts comporte un moyen pour analyser les différences de nuance sur la surface inspectée afin de détecter la présence d'un défaut, un moyen pour analyser des paramètres dimensionnels du défaut localisé, et un moyen pour comparer ces paramètres à des paramètres préétablis afin d'identifier le type de défaut dont il s'agit. Pour l'analyse des différences de nuance sur la surface inspectée, on pourra choisir une nuance de couleur ou des niveaux de gris en utilisant alors respectivement un système Tri-CCD ou un système Mono-CCD. Le premier système est plus précis que le second, mais il est aussi plus onéreux. Pour ce qui est des paramètres dimensionnels analysés, ces paramètres seront de préférence choisis dans le groupe comportant le profil périmétrique, la surface, la position du barycentre (ou centre de gravité), et la profondeur du défaut. On utilise alors des lignes de jauge qui représentent des mesures selon des axes prédéterminés. Ceci sera mieux compris en se référant à la figure 8 - pour le défaut D1 qui est une macro-inclusion en forme de queue de comète, on distingue trois lignes de jauge L11, L12 et L13. Ainsi que cela est aisé à comprendre, seule une dimension importante selon ces trois lignes de jauge peut correspondre à un défaut de ce type ; - pour le défaut D2, on utilise deux lignes de jauge L21, L22 qui correspondent à une grande différence selon deux directions perpendiculaires : une telle forme permet de reconnaître immédiatement un défaut du type crique ; - pour le défaut D3, deux lignes de jauge L31, L32 selon des axes sensiblement perpendiculaires permettent de détecter une faible distance selon ces deux lignes, et de reconnaître alors une micro inclusion. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux types de défauts précités, et que l'on pourra imaginer la caractérisation d'une multitude de défauts tels que soufflures ou autres, qui seront définis par des paramètres particuliers relatifs à leur géométrie, surface, et dimen sions. La figure 9 illustre l'installation de sondage en continu qui vient d'être décrite, associée à une unité de traitement et à un automate de coulée. On distingue sur cette figure schématique un analyseur d'images 60 qui reçoit du support 10 du chalumeau les données x,V,t correspondant respectivement à l'abscisse (transversale) 'du chalumeau, à sa vitesse de déplacement et à l'instant considéré. L'analyseur d'images 60 reçoit également des données visuelles qui correspondent à chacun des défauts Di, c'est-à-dire les coordonnées Xi,Yi de leur barycentre, ainsi que les différentes dimensions selon les lignes de jauge Li,, et plus généralement toute autre information permettant d'améliorer la définition du défaut. L'analyseur d'images 60 est associé à un système de reconnaissance, et il est relié à une unité de traite ment 70 qui comprend un ordinateur 71 et une imprimante 72. La mémoire de l'ordinateur 71 permettra notamment de constituer une réserve de cartes d'identification des différents défauts à reconnaître que l'on a préalablement déterminés. L'analyseur d'images 60 communique ici également avec l'automate de coulée 80 qui pilote la coulée continue. Le fait que le dispositif d'analyse d'images et de recon naissance de défauts soit relié à l'automate de coulée 80 procure dans la pratique un avantage considérable, car cela permet une intervention rapide et directe sur les paramè tres de coulée en fonction des défauts détectés et recon nus. Ainsi, il devient possible, et ce sans la moindre intervention humaine, d'envoyer un signal de commande à l'automate de coulée, afin de modifier certain des paramè- tres de la coulée continue pour éviter de générer des défauts qui viennent d'être détectés et reconnus. Ceci représente un progrès considérable par rapport aux analyses classiques faites a posteriori sur un produit froid. Selon un mode d'éxécution particulier de l'inven tion, le chalumeau à gaz 20 équipé du dispositif d'observa tion visuelle peut être un chalumeau d'oxycoupage dont on réalise alors la régulation automatique. L'automatisation complète est obtenue par l'asservissement des paramètres de coupe (vitesse, pression, etc..) et aussi par l'observation de la saignée de coupe. Selon une autre possibilité, le chalumeau à gaz 20 équipé du dispositif d'observation visuelle peut être un chalumeau de décriquage dont on réalise alors la régulation automatique en fonction du défaut détecté et reconnu. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa tion qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Installation de sondage en continu de produits sidérurgiques venant de coulée, caractérisée en ce qu'elle comporte . - un chalumeau à gaz (20) disposé devant une face (B1) du produit sidérurgique (B), en défilement ou non, pour y générer un bain de sondage (100), ledit chalumeau étant déplaçable de façon commandée transversalement à la direction de défilement et comprenant un corps (21,22) ayant un conduit central d'arrivée d'oxygène (23) dans lequel est agencé un dispositif d'observation visuelle (15) permettant l'observation directe d'une zone de ladite face concernée par le bain de sondage ; - un dispositif (60) d'analyse d'images et de reconnaissance automatique des défauts apparaissant dans le champ de vision du dispositif d'observation visuelle (15). 2. Installation de sondage en continu selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de chalumeaux à gaz (20) disposés chacun devant une face du produit sidérurgique (B), de façon à permettre l'inspection simultanée, en plusieurs endroits si néces saire, de plusieurs faces et rives dudit produit sidérurgi- que. 3. Installation de sondage en continu selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif (60) d'analyse d'images et de reconnais sance des défauts comporte un moyen pour analyser des différences de nuances sur la surface inspectée afin de détecter la présence d'un défaut, un moyen pour analyser des paramètres dimensionnels du défaut localisé, et un moyen pour comparer ces paramètres à des paramètres préétablis afin d'identifier le type de défaut dont il s'agit. 4. Installation de sondage en continu selon la revendication 3, caractérisée en ce que les paramètres dimensionnels analysés sont choisis dans le groupe compor tant le profil périmétrique, la surface, la position du barycentre et la profondeur du défaut. 5. Installation de sondage en continu selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est suivie d'une installation de décriquage, l'action de cette installation de décriquage étant pilotée, en fonction du défaut précédemment détecté et reconnu par l'installation de sondage, en vue d'un décriquage automatique de la zone dudit défaut. 6. Installation de sondage en continu selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le chalumeau à gaz (20) équipé du dispositif d'observation visuelle (15) est un chalumeau d'oxycoupage, dont on réalise alors la régulation automatique. 7. Installation de sondage en continu selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le chalumeau à gaz (20) équipé du dispositif d'observation visuelle (15) est un chalumeau de décriquage, dont on réalise alors la régulation automatique. 8. Installation de sondage en continu selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le dispositif d'observation visuelle (15) comporte une caméra (16) reliée à au moins une fibre optique (15) passant dans le corps du chalumeau (21,22). 9. Installation de sondage en continu selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le dispositif (60) d'analyse d'images et de reconnaissance des défauts est relié à une unité de traitement (70) comportant un ordinateur (71) et une imprimante (72). 10. Installation de sondage en continu selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le dispositif (60) d'analyse d'images et de reconnaissance des défauts est relié à l'automate de coulée (20) pour permet tre une intervention sur les paramètres de coulée en fonction des défauts détectés et reconnus.