APPARATUS FOR MEASURING THE FLATNESS OF A SHEET OF METAL UNDER TENSION

Abstract: 1. Device for measuring the flatness of a metal strip under tension, including a deflection roller which is transverse with respect to the strip and formed from a shaft (1) carrying a number of rings (2) rotatively mounted on the shaft (1), one after the other, in the axial direction of the roller, each by means of at least one magnetic bearing, each ring being associated with at least one detector (10), fixed on the shaft (1), for measuring the separation between the rotor and the stator of the magnetic bearing, characterized in that each of the magnetic bearings of each of the rings (2) is an active magnetic bearing (4) formed from at least one power winding (8) associated with at least one separation detector (10) and in that the device also includes at least one means of adjustment (32-33) of the energizing currents of the power windings (8) as a function of the separations measured by the corresponding detectors (10) in order to maintain a constant air-gap "e" between each of the rings (2) and the shaft (1) and a means (35) of determination, from these energizing currents, of the traction in the strip at the position of each of the magnetic bearings (4), representing the flatness of the strip.

Description: Dispositif de mesure de la planéité d'une bande de métal sous tension L'invention concerne un dispositif de mesure de la planéité d'une bande de métal sous tension. Lors du laminage ou de ltétirage de bandes de tôles métalliques telles que des tales d'aluminium, il est nécessaire de détecter les défauts de planéité éventuels de ces bandes et de remédier à ces défauts en agissant sur les conditions de laminage ou d'étirage. Il est également nécessaire d'opérer un contrale de qualité du produit en fin d'opération, sur 12 bande mise en tension, en défilement ou non, pour détecter des défauts de planéité éventuels sous forme de poches au centre de la tôle ou de vagues sur les rives de cette tôle. Ces défauts peuvent résulter de l'opération de formage de la bande qui peut s'accompagner de réduction d'épaisseurs différentes suivant la largeur de celle-ci. Pour contrôler l'état de planéité de la bande, en cours de formage ou à l'issue de l'opération de formage, on a proposé des dispositifs de mesure comportant un rouleau de déflection de la bande métallique de direction transversale par rapport Åa cette bande. La bande métallique est maintenue en tension et applique de ce fait sur le rouleau une force de direction radiale qui peut être variable dans la direction transversale de la bande, c'est-à-dire dans la direction longitudinale du rouleau, si la bande n'est pas parfaitement plane. On connait en particulier des rouleaux de planéité qui sont cons titués par un arbre portant une pluralité de bagues montées rotatives sur cet arbre les unes à la suite des autres dans la direction axiale du rouleau. A chacune des bagues, on associe un détecteur de contrainte qui permet la mesure de la force de direction radiale exercée par la bande au droit de la bague considérée. La mesure des forces radiales au droit de chacune des bagues permet de déterminer la variation de traction dans la bande suivant sa largeur, ce qui donne une image de la planéité de la bande. Les bagues sont donc disposées les unes à la suite des autres relativement libres dans leur mouvement dans la direction radiale ce qui crée des discontinuités sur la surface du rouleau qui peuvent être préjudiciables au bon état final de la bande métallique. En effet, le rouleau de planéité est utilisé la plupart du temps en fin du processus d'élaboration des bandes qui ont alors un trbs bon état de surface. Les discontinuités du rouleau de planéité peuvent provoquer l'apparition de marques à la surface de la bande métallique. On cherche donc à mesurer les forces radiales avec des déplacements ou déformations très faibles des bagues constituant les tranches successives de mesure. On doit donc utiliser des capteurs de très grande sensibilité qui sont susceptibles de subir l'influence perturbatrice de nombreux facteurs tels que par exemple un échauffement dissymétrique du rouleau. Les bagues peuvent être montées sur l'arbre du rouleau les unes à la suite des autres, de façon à constituer les bagues externes de paliers à billes ou à rouleaux dont on mesure la déformation radiale sous l'effet de la bande de métal sous tension s'appuyant sur le rouleau. On a également proposé de réaliser le montage des bagues sur l'arbre du rouleau de façon à constituer des paliers fluides dans lesquels chacune des bagues est supportée par une couche de fluide sous pression intercalée entre l'arbre et la bague. Les paliers sont ainsi à frottement très faible et l'on peut mesurer les contraintes radiales exercées par la tôle en mesurant le déplacement des bagues pour une pression du fluide donnée. On peut également mesurer les forces radiales en déterminant les pressions de fluide nécessaires pour obtenir un déplacement des bagues prédéterminé. Cependant, la surface du rouleau de planéité présente des discontinuités qui peuvent être néfastes si llön¯veut maintenir un bon état de surface de la bande métallique, en particulier lorsque la bande est en un métal tel que l'aluminium présentant une dureté relativement faible. D'autre part, la détermination de la,traction dans la bande au niveau de chacune des bagues se fait de façon indirecte et nécessite des capteurs de déplacement ou de mesure de pression. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de mesure de la planéité d'une bande de métal sous tension comportant un rouleau de déflection transversal par rapport à la bande constitué par un arbre portant une pluralité de bagues montées rotatives sur l'arbre les unes à la suite des autres, dans la direction axiale du rouleau, ce dispositif permettant d'éviter l'apparition de discontinuités sur la surface externe du rouleau et procurant une méthode de mesure directe de la traction de la bande au niveau de chacune des bagues. Dans ce but, chacune des bagues est montée sur l'arbre par l'intermédiaire d'au moins un palier magnétique actif constitué par au moins un bobinage de puissance et au moins un détecteur d'écartement fixés sur l'ar bre et le dispositif comporte en outre un moyen de réglage des courants d'excitation des bobinages de puissance pour maintenir un entrefer constant entre chacune des bagues et l'arbre et un moyen de détermination, à partir de ces courants d'excitation, de la traction dans la bande au niveau de chacun des paliers magnétiques, représentative de la planéité de la bande. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif un dispositif de mesure de planéité suivant l'invention utilisable pour mesurer la planéité et la traction dans une bande de métal sous tension, telle qu'une bande d'aluminium de faible épaisseur. La figure 1 représente dans une vue en coupe schématique par un plan de symétrie une partie d'un rouleau de planéité comportant deux bagues successives. La figure 2 représente une vue schématique suivant A de la figure 1. La figure 3 représente, dans une vue en coupe transversale, un rouleau de planéité suivant une variante de réalisation. La figure 4 représente de façon schématique l'ensemble du dispositif de mesure suivant l'invention. Sur la figure 1, on voit l'arbre 1 d'un rouleau de déflection d'un dispositif de mesure de planéité suivant l'invention. Cet arbre 1 est fixe et disposé horizontalement. Sur cet arbre 1 sont montées rotatives, autour de l'axe 3 du rouleau confondu avec l'axe de l'arbre 1, des bagues 2 par l'intermédiaire de paliers magnétiques 4. Chacune des bagues (telles que 2a et 2b) est montée sur l'arbre 1 par l'intermédiaire de deux paliers magnétiques (4a et 4'a pour la bague 2a et 4b et 4'b pour la bague 2b). Entre les paliers magnétiques 4a et 4,a et 4b et 4'b respectivement sont montés des paliers à billes à grand jeu 6a et 61a et 6b et 6,b Ces paliers à billes permettent de supporter les bagues 2a et 2b respectivement lorsque les paliers magnétiques ne sont pas alimentés. En se reportant à la figure 2, on voit la constitution d'un palier magnétique actif (tel que le palier 4a). Le palier magnétique représenté sur la figure 2 comporte quatre bobinages de puissance 8 et quatre bobinages de mesure 10 constitués par des tores disposés coaxialement deux à deux. En réalité, le palier est constitué par l'arbre 1 portant les bo binages et constituant le stator et par la bague 2. Nous désignerons cependant par palier magnétique l'ensemble des bobinages permettant le maintien et le support de la bague 2 par rapport à l'arbre 1. Le palier magnétique ainsi défini et représenté sur la figure 2 comporte deux bobinages de puissance 8a et 8c disposés avec leur axe suivant la direction Y'Y suivant l'axe desquels sont disposés respectivement les bobinages de mesure d'écartement îOa.et 10c ainsi que deux bobinages de puissance 8b et 8d disposés avec leur axe suivant la direction X'X perpendiculaire à la direction Y'Y, suivant l'axe desquels sont disposés des bobinages de mesure 10b et 10d Les bobinages de mesure 10a à 10d délivrent un courant qui est fonction de la distance séparant l'extrémité de mesure 12 du capteur de la surface interne de la bague 2. Les bobinages de puissance 8 fonctionnent par attraction de la bague 2 si bien que chacun des bobinages de mesure 10 commande le bobinage de puissance qui lui est opposé sur le stator 1. Ainsi, le bobinage 10a détermine le courant d'excitation du bobinage de puissance 8c alors que le bobinage de mesure 10c commande le courant d'excitation du bobinage de puissance 8a Sur l'axe X'X, de la même façon, le bobinage de mesure 10b commande le courant d'excitation du bobinage de puissance 8d alors que le bobinage de mesure 10d commande l'excitation du bobinage de puissance 8b. La commande des courants d'excitation se fait de façon à maintenir un écartement fixe entre le stator, c'est-à-dire entre les parties de mesure 12 des bobinages 10 et la surface interne de la bague 2. Sur la figure 3 on voit un rouleau de planéité d'un dispositif de mesure suivant l'invention dont le stator 14 est usiné pour constituer quatre pièces polaires 15 sur lesquelles sont enroulées une paire de bobinages 16a et 16b et une paire de bobinages 17a et 17b respectivement. L'alimentation des bobinages permet de maintenir la bague 20 en matériau magnétique par rapport au stator 14 avec un entrefer constant. La bande 22 est en contact avec la surface externe de la bague 20 suivant un arc correspondant à l'angle d'enroulement 6 de cette bande. Une traction T s'exerce dans la bande qui exerce ainsi sur le rouleau, au niveau de la bague 20, des forces radiales de résultante F situées dans le quadrant inférieur gauche du rouleau. Cette force F se décompose en force Fx et Fy suivant les axes X'X et Y'Y respectivement. Les courants d'excitation des bobinages 16a et 16b disposés symétriquement par rapport à la direction X'X permettent de déterminer la compo sante Fx de la force radiale F alors que les bobinages 17a et 17b disposés symétriquement par rapport à la direction Y'Y permettent de déterminer la composante Fy de F. En effet, les forces d'attraction magnétique exercées par les bo-binages enroulés sur les pièces polaires sont fonction du courant d'excitation et sont dirigées suivant X'X et Y'Y respectivement. A l'équilibre et à entrefer constant, ces forces magnétiques sont donc égales à Fx et Fy respectivement, si bien que les courants d'excitation permettent de déterminer les deux composantes de la force F. Pour chacune des bagues 20 constituant le rouleau, on peut déterviner la force radiale exercée par la bande, cette forces F étant égale à Fox2 + Fy2 Cette force F est proportionnelle à la traction T exercée par la bande sur la bague 20 considérée. La connaissance des valeurs de F pour chacune des bagues permet donc de connaître la répartition des tractions dans la bande et donc de donner une image de la planéité de cette bande suivant sa largeur. La détermination des courants d'excitation pour maintenir un entrefer constant entre le stator et le rotor du palier magnétique permet donc d'avoir une représentation de la planéité de la bande. Dans le cas où l'orientation de la bande et l'angle d'enroulement de celle-ci sur le rouleau restent constants, la force résultante F est également de direction constante, si bien qu'il est possible d'utiliser un stator comportant uniquement deux pièces polaires sur lesquelles est enroulée une seule paire de bobinages. Sur la figure 4, on a représenté de façon très schématique un rouleau de planéité tel que représenté aux figures 1 et 2 et comportant un arbre fixe 25 sur lequel sont montés des paliers magnétiques 26 groupés par paires correspondant chacune à une bague 30. Chacun des paliers magnétiques 26 est constitué par quatre bobinages de puissance et quatre bobinages de mesure d'écartement disposés à 900. L 'arbre 25 est percé suivant son axe d'une ouverture cylindrique 28 à l'intérieur de laquelle on fait passer les fils d'alimentation d- différents bobinages de puissance et les fils de mesure venant des bobinages de mesure des différents paliers magnétiques 26. Chacun des fils reliés aux bobinages de mesure délivrant un courant fonction de l'entrefer entre le stator et le rotor au niveau du bobina ge de mesure correspondant est amené à un amplificateur-comparateur 32 qui permet la comparaison des différents courants de mesure avec un signal e représentatif d'une valeur d'entrefer prédéterminée. La différence entre le courant de mesure et le signal représentatif de la valeur d'entrefer est envoyée à un amplificateur de puissance 33. Le signal d'écart est amplifié puis envoyé sous forme d'un courant d'excitation au bobinage de puissance commandé par le bobinage de mesure considéré. Pour un rouleau comportant N bagues supportées chacune par deux paliers à deux axes, on utilisera donc 4N ensembles identiques 32-33. En sortie des 4N amplificateurs 33, les 4N courants d'excitation sont envoyés dans un module de conversion analogique-digitai 34. Puis les informations numériques obtenues sont envoyées dans un mini-calculateur 35 qui convertit les valeurs numériques i des courants en forces F à l'aide de fonctions F = f (i) mises en mémoire. Les forces radiales F permettent le calcul de la traction dans la bande, au niveau du palier magnétique correspondant, dans le mini-calculateur 35. Le mini-calculateur 35 assure également le traitement numérique préalable à l'édition des résultats sous forme de courbe ou de paramètres de polynomes de modélisation. L'affichage des résultats par l'unité de visualisation 36 commandée par le calculateur 35 peut être réalisé par un-écran sur lequel on fait apparattre la valeur de la traction en fonction de la position du point de mesure, c'est-à-dire du palier magnétique, suivant la largeur de la bande. En plus de ces fonctions de calcul ou de commande d'affichage, le calculateur peut assurer la commande de moyens agissant sur le profil de la bande, tels qu'une cage de laminoir, par exemple. On peut remarquer que pour chacune des bagues 30 on dispose de deux mesures de la traction et qu'ainsi on multiplie par deux le nombre de points de mesure et donc le pouvoir de résolution transversal du dispositif de mesure. L'écartement entre les bagues successives 30 (ou 2 sur la figure 1) a une valeur très faible et correspond au jeu minimum pour que ces bagues puissent se déplacer indépendamment les unes des autres. Ce jeu minimum est maintenu par des aimants permanents montés dans les flancs des bagues. D'autre part, entrefer e entre le stator et la surface interne de ces bagues est maintenu à une valeur fixe et constante pour l'ensemble des bagues, si bien que le système présente une rigidité infinie lorsque les bobinages de puissance sont alimentés de façon souhaitable. Il en résulte que le rouleau de planéité est pratiquement équivalent à un rouleau rigide dont la surface externe est entièrement lisse. Les risques de marquage de la bande sont donc inexistants. Un autre avantage du dispositif suivant l'invention est de permettre une détermination directe des valeurs de la traction, à partir des courants d'excitation des bobinages de puissance, euxmêmes déterminés à partir du signal d'écart entre le signal donné par le bobinage de mesure et la valeur prédéterminée de l'entrefer. On s'aperçoit également que le dispositif permet d'éliminer l'influence de l'angle d'enroulement de la bande sur le rouleau puisqu'on determine en définitive la résultante des forces radiales de cette bande sur le rouleau de planéité. C'est le cas en particulier du dispositif représenté à la figure 3 où la détermination des composantes Fx et Fy de la force F permet sa détermination quantitative quel que soit l'angle d'enroulement de la bande 22 sur la bague externe du rouleau. Dans le cas du dispositif repré- sente à la figure 3, on peut également déterminer la traction totale exercée par la bande et l'angle de déviation de la bande par le rouleau à partir du rapport Fy/Fx donnant la tangente de cet angle. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été dd- crit ; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'il est possible d'imaginer une disposition quelconque des bobinages de puissance et des bobinages de mesure d'écartement sur le stator du rouleau de planéité. Cette disposition peut être entièrement symétrique comme représenté sur les figures 1 et 2 ou au contraire dissymétrique comme représenté sur la figure 3. Les paliers magnétiques peuvent fonctionner par attraction ou par répulsion. L'invention s'applique dans tous les cas où l'on veut mesurer la planéité d'une bande de métal tendue, en continu, la bande étant en défilement ou de façon discontinue, la bande étant mise en appui sur le rouleau de déflection.

Claims: REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure de la planéité d'une bande de métal sous tension comportant un rouleau de déflection transversalpar rapport à la bande constitué par un arbre (1) portant une pluralité de bagues (2) montées rotatives sur l'arbre (1), les unes à la suite des autres, dans la direction axiale du rouleau, chacune par l'intermédiaire d'au moins un palier magnétique, caractérisé par le fait que chacun des paliers magnétiques de chacune des bagues (2) est un palier magnétique actif (4) constitué par au moins un bobinage de puissance (8) et au moins un détecteur d'écartement (10) fixés sur l'arbre (l) et que le dispositif comporte en outre un moyen de réglage (32-33) des courants d'excitation des bobinages de puissance (8) pour maintenir un entrefer e constant entre chacune des bagues (2) et l'arbre (1) et un moyen (35) de détermination, à partir de ces courants d'excitation, de la traction dans la bande au niveau de chacun des paliers magnétiques (4), représentative de la planéité de la bande. 2.- Dispositif de mesure de planéité suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des bagues (2) est montée sur l'arbre (1) par l'intermédiaire de deux paliers magnétiques (4) situés à chacune des extrémités longitudinales de la bague. 3.- Dispositif de mesure de planéité suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que chacun des paliers magnétiques (4) est constitué par au moins deux bobinages de puissance (8) et au moins deux bobinages de mesure (10) fixés sur l'arbre en des positions décalées angulaire ente si l'on considère une rotation autour de l'axe de cet arbre (1). 4.- Dispositif de mesure de planéité suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que chacun des paliers magnétiques (4) est constitué par quatre bobines de puissance (8as 8b, 8cet 8d) disposées à 900 sur l'arbre (1) avec leurs axes alignés deux à deux et par quatre bobines de ne- sure (10as lob, 10c et lOd) coaxiales aux bobines de puissance (8). 5.- Dispositif de mesure de planéité suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le palier magnétique est constitué par au moins deux paires de piles usinés dans une pièce magnétique solidaire de l'arbre (14) sur lesquels sont enroulés les bobinages (16 et 17), placés dans une position opposée à la zone d'appui de la bande (22) sur le rouleau par rapport à l'axe de celui-ci. 6.- Dispositif de mesure de planéité suivant la revendication 5, caractéri sé par le fait que l'arbre (14) porte une pièce magnétique usinée pour constituer deux paires de pales magnétiques (15) sur lesquels sont disposés des enroulements (16-17) créant des forces magnétiques perpendiculaires entre elles, la mesure des courants d'excitation de ces bobinages permettant le calcul de deux composantes de la force normale d'appui de la bande sur le rouleau. 7.- Dispositif de mesure de planéité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de détermination de la traction totale exercée dans la bande au niveau du rouleau, par sommation des tractions au niveau de chacune des bagues (30). 8.- Dispositif de mesure de planéité suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de détermination de l'angle de déviation de la bande sur le rouleau, à partir des composantes perpendiculaires de la force d'appui de la bande (22) sur le rouleau.

Inventors: VALENCE, MARC
Applicants: CLECIM
Application year: 1983
Main classification: G01B7
IPC codes: G01L5, B21C51, G01B7, B21B38