Brevet FR2907210A1 — publié le 20080418

CAPTEURS DE DEPLACEMENT ET DE LONGUEUR A COURANTS DE FOUCAULT La présente invention se réfère à un nouveau capteur de déplacements constitué d'une nouvelle échelle en ruban métallique souple, dont la graduation est faite d'une succession d'ajours et d'écrans que sont les intervalles entre deux ajours et d'un détecteur fonctionnant par courants de Foucault . Le détecteur est constitué de bobines cylindriques situées de part et d'autre de la règle, d'un coté de celle-ci se trouvent des bobines émettrices d'un flux électromagnétique, en regard et de l'autre coté se trouvent des bobines réceptrices de ce flux (Fig1). Ce champ electromagnétique induit les bobines réceptrices quand il traverse un ajours, par contre il est arrêté par l'effet d'écran .to du métal entre deux ajours où il se transforme en courants de Foucault . Par cette disposition, les bobines réceptrices délivrent un signal sinusoidal représentatif du passage des parties métalliques du ruban lors du déplacement relatif de ces deux éléments . Des capteurs ayant une disposition semblable de bobines, mais n'utilisant que a le magnétisme subissent l'inconvénient de celui-ci, lors des variations de vitesse des écrans, eux mêmes différents puisqu'il peut même s'agir des dents d'une roue dentées. ils subissent aussi les variations de température qui modifient le magnétisme, ces deux variations produisant un signal non reproductible donc non exploitable . Malgré tout on peut citer des brevets .t o montrant cette technique sous leurs numéros F 88 13272, F 79 07615 . Dans le cadre de l'invention et pour s'affranchir de ces inconvénients il a été réalisé une échelle parfaitement amagnétique ce qui a demandé de longues recherches et de nombreux essais . Le but de l'invention étant d'obtenir le métal réunissant toutes les qualités .t.ç nécessaires à la réalisation d'un ruban de métrologie pour satisfaire la majorité des besoins de l'automation industrielle. Pour élargir les applications de ces capteurs en offrant à l'utilisateur final le plus de solutions de montage possible, il a été développé un grand nombre d'accessoires et le plus souvent pour permettre le bouclage du ruban de jes- métrologie en le faisant passer sur une ou plusieurs poulies. Ces accessoires facilitent des montages protégés, durables, configurables et donc optimisés. De plus, pour répondre aux exigences des vitesses et des hautes cadences demandées par les machines et par la robotique aujourd'hui, le ruban doit réunir des qualités d'endurance très élevées . 2907210 2 Pour passer sur des poulies logeables donc de petit diamètre, pour résister à des départs brusques en application pneumatique, à des étirements, à des accélérations, pour rester flexible, pour résister à la fatigue d'être bouclé sous tension, le ruban doit être d'une résistance à l'arrachement de l'ordre de 200Kg 5 et son alliage de constitution d'au moins 160 Kg/mm2. Sa limite d'élasticité doit être proche de cette valeur pour conserver ses qualités de métrologie et son épaisseur d'une finesse allant de 1 à 3 dixièmes de millimètre. Par ailleurs, le ruban doit être absolument inoxydable pour résister à l'extérieur, ou en milieu agressif et surtout au nettoyage industriel à la vapeur, par eau 4e sous pression avec des détergents corrosifs et souvent tous les jours. Pour finir, le ruban de métrologie doit être pratiquement amagnétique pour que le détecteur puisse toujours délivrer des signaux sinusoidaux identiques (Fig2), malgré les échanges de ruban lors du dépannage de clients éloignés et pour permettre un réglage standardisé et définitif des détecteurs en production AS- industrielle. Le pire serait de régler les détecteurs différemment pour différentes livraison de métal, ce qui conduirait au bout de quelques séries à une situation invraisemblable vis à vis des utilisateurs . En effet, quand une bobine induit des courants de Foucault dans un alliage même faiblement magnétisable, rien ne peut empêcher une composante .Go magnétique de s'ajouter au signal de réception, de le déformer (Fig 3) et de le rendre inexploitable. Dans ce cas, la bobine réceptrice du détecteur va transmettre un signal plus fort en amplitude, en largeur, en seuil, donc plus disymétrique et déformé . Or, les appareils industriels standards pour l'affichage des déplacements, la commande d'axes, l'information des automates .t S de façon incrémentale, exigent tous un signal de mesure devant être sinusoidal avant traitement. Pour une lecture directe, la sinusoide doit être symétrique pour obtenir des signaux carrés par traitement(Fig 4), pour une lecture à résolution multipliée les interpolateurs divisent la sinusoide par calcul de changement de pente (Fig5) et ils procèdent tous de la même manière et à 3 o partir d'un signal réellement sinusoidale. Le but de l'invention est donc de réaliser un ruban de métrologie métallique flexible, à hautes caractéristiques de résistance, inoxydable et amagnétique, malheureusement cette dernière caractéristique est incompatible avec les trois premières, du moins sur le marché d'approvisionnement des alliages. 35 Très peu d'alliages magnétiques sont produits sous forme de ruban , endurant, assez stable pour la métrologie, assez mince et flexible pour repasser sans cesse sur une ou plusieurs poulies: sont connus le Cuivre/Beryllium et le cobalt Nickel . Le Cuivre/Beryllium est oxydable et aucun traitement de surface ne résisterait 2907210 3 ni aux millions de manoeuvres sur poulies que l'automation demande de garantir aujourd'hui, ni aux projections d'usinage en milieu industriel, ni à d'intenses nettoyages journaliers. De plus, quel en serait le coût et la mise en oeuvre en continu ? s le Cobalt/Nickel est moins résistant, mais dans tous les cas ces alliages sont beaucoup trop coûteux pour une réalisation compétitive avec les autres techniques sur le marché. L'autre classe d'aciers inoxydables et à hautes caractéristiques de résistance sont les "Austénitiques Ecrouissables" qui sont amagnétiques mais seulement à A 0 l'état recuit. Sous cette forme ils sont trop doux pour l'application, leur résistance à la fraction n'étant que de l'ordre de 80Kglmm2. Une succession de laminages à froid donc d'écrouissage leur confèrent des qualités mécaniques plus que suffisantes . Cependant, dés qu'ils atteignent une résistance de toutes façons insuffisante de l'ordre de 12oKg/mm2, ils ne sont plus utilisables pour 4 $ l'application. En effet, leur structure ayant subit une déformation plastique, ces alliages acquièrent de la martensitique et il deviennent magnétisables par orientation des grains de l'alliage et de leur spin . Pour comble, leur hystéresis augmente d'une dureté à l'autre et d'une coulée à l'autre selon leur composition qui peut varier ainsi que la teneur en impureté . De plus, leur producteur sont 0 incapables d'indiquer une qualité d'écrouissage (E2, E3,E4) avec une précision meilleure que 10%, leur suceptibilité magnétique subissant ainsi la même imprécision. Quand on sait que bien écroui leur magnétisme peut atteindre 30% de celui d'un acier au carbone, la perspective de les utiliser ici fini d'être envisageable . Aucune compensation, quelle qu'en soit le coût, par . -ç transformée de Fourrier ou autres, ne permettrait de rattraper de telles incertitudes de reproductibilité d'approvisionnement. A l'issue de nombreux essais, il a été mis au point un nouvel alliage réunissant toute les qualités nécessaires. Sa composition chimique globale avec une importante teneur en Manganèse compense de façon surprenante l'action eo magnétique du Nickel écroui, pour donner un amagnétisme quasi parfait, tout en apportant une structure aux qualités mécaniques précédemment citées et requises pour l'invention . Dans cet alliage les teneurs en nickel et en Manganèse doivent être sensiblement égales pour parvenir à l'annulation de la composante magnétique apportée par le nickel . es. Plusieurs configuration du ruban de métrologie sont montrées par les figures 6 et 7, la figure 8 montre l'application à une machine de coupe de panneaux où le ruban de métrologie est particulièrement sollicité, puisqu'il tourne sur les trois quarts de la circonférence de 2 poulies. Bien sûr, les capteurs à détection unilatérale, type Namur et autres, profiterons y e également des avantages de reproductibilité de ce nouveau ruban leur donnant également accès à la métrologie diensionnelle (fig 9) . REVENDICATIONS 1) Ruban métallique perforé constituant une succession d'écrans et d'ajours représentant une graduation et destiné à être intégrée dans un capteur de mesure de longueur et de déplacement, où le détecteur contient un générateur de champ électromagnétique qui, soit induit un flux sur des bobines à travers les ajours, soit ne peut plus induire quand un écran s'interpose dans ce champ, les dites bobines produisant un signal sinusoidal représentatif du déplacement relatif du ruban et du détecteur , caractérisé en ce qu'il est constitué en un alliage quasiment amagnétique. 2) Succession d'écrans et d'ajours selon la revendication précédente caractérisée en ce qu'elle est réalisée dans un ruban d'une minceur de l'ordre de 0,2 mm, en alliage à très haute résistance à la rupture à partir de 160 Kg/mm2 pour permettre le bouclage du ruban sur des poulies sans déformation . 3) Succession d'écrans et d'ajours selon les revendications précédentes caractérisée en ce que l'alliage de constitution du ruban est inoxydable . 4) Succession d'écrans et d'ajours selon les revendications précédentes caractérisée en ce que l'alliage de constitution du ruban comprend des teneurs de nickel et de manganèse telles que ce dernier neutralise le magnétisme du Nickel. 5) La succession d'écrans et d'ajours dans un ruban amagnétique, selon la revendication 4 est aussi utilisable avec les détecteurs à induction unilatérale de courant de Foucault type Namur et autres , pour leur permettre de délivrer des informations de mesure dimensionnelle par comptage tout ou rien par moyen reproductible et plus simple que l'induction mutuelle entre bobines émettrices et réceptrices.