LU84811A1

LU84811A1 - METHOD AND DEVICE FOR IMPROVING SURFACE QUALITY CONTROL

Info

Publication number: LU84811A1
Application number: LU84811A
Authority: LU
Inventors: Jean Crahay
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1982-05-28
Filing date: 1983-05-19
Publication date: 1983-11-17

Description

! brevet c·* invention 1 ______________ I .! patent c · * invention 1 ______________ I.

i i ] il - 1 - | C 2192/8205.i i] il - 1 - | C 2192/8205.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -I CEKTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE, r S Association sans but lucratif - i; Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique) .METALLURGICAL RESEARCH CENTER -I CEKTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE, r S Non-profit association - i; Vereniging zonder winstoogmerk in BRUXELLES, (Belgium).

) iü i Procédé et dispositif pour améliorer le contrôle de la I* Qualité d'une surface.) iü i Method and device for improving the control of the I * Quality of a surface.

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i ILa présente invention est relative à un procédé pour améliorer . ' le contrôle de la qualité d'une surface de forme quelconque, fixe ou en mouvement.The present invention relates to a method for improving. '' the quality control of a surface of any shape, fixed or moving.

«i i n § Dans la présente description, la qualité de la surface que l'on | - désire contrôler est essentiellement liée à la rugosité de la | surface. En raison de sa raoidité de recense et de son caractère i ‘ | - continu, le procédé de l'invention permet en outre d'assurer la y | conduite en ligne de l'opération par laquelle la surface acquiert I sa rugosité.“I i n § In the present description, the quality of the surface that is | - desire to control is essentially linked to the roughness of the | area. Because of its census stiffness and its character i ‘| - continuous, the process of the invention also makes it possible to ensure the y | conducting on-line the operation by which the surface acquires its roughness.

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On peut rappeler ici quelques méthodes connues pour conférer à une surface une rugosité déterminée : - méthodes mécaniques : grenaillage, sablage, laminage entre cylindres rugueux; ; - méthodes chimiques : dépolissage, décapage acide; 11 - méthodes énergétiques : rayon laser, faisceau d'électrons.We can recall here a few known methods for imparting a determined roughness to a surface: - mechanical methods: shot blasting, sandblasting, rolling between rough rolls; ; - chemical methods: etching, acid pickling; 11 - energy methods: laser beam, electron beam.

| On sait par ailleurs qu'à l'échelle microscopique, les surfaces 'jj non revêtues, et en particulier celles des tôles métalliques, se ] présentent sous la forme d'une succession de pics et de vallées.| It is also known that on a microscopic scale, the surfaces' jj not coated, and in particular those of metal sheets, are in the form of a succession of peaks and valleys.

;l Cette morphologie, dont on connaît l'importance, est définie par I divers paramètres tels que la rugosité arithmétique moyenne, le I nombre de pics par unité de longueur, la longueur moyenne des j pics et des vallées, que l'on ne peut déterminer que par des me- ; sures relativement délicates, en particulier lorsque les surfaces | sont en mouvement.; l This morphology, the importance of which is known, is defined by I various parameters such as the arithmetic mean roughness, the I number of peaks per unit of length, the average length of the j peaks and of the valleys, which are not can determine that by me-; relatively delicate, especially when surfaces | are in motion.

i | Il n'est cependant pas toujours nécessaire de procéder à ces me- ! sures pour apprécier la qualité d'une surface. On a en effet cons- | | taté que, si on dirige un faisceau lumineux vers une surface, l’an- 1 gle d'ouverture du cône de lumière réfléchie varie en fonction de .»j la rugosité de cette su.face.i | However, it is not always necessary to carry out these measurements! sure to appreciate the quality of a surface. We have indeed cons- | | Note that, if we direct a light beam towards a surface, the opening angle of the cone of reflected light varies as a function of. ”j the roughness of this surface.

Se basant sur ce phénomène, le demandeur a déjà proposé un procédé de contrôle de la qualité d'une surface, consistant à étudier la divergence du faisceau réfléchi soit en mesurant la quantité de lumière réfléchie dans un angle solide d'ouverture déter-I minée, centré sur la direction de réflexion spéculaire, soit en | : mesurant l'ouverture angulaire correspondant à un pourcentage dé terminé de lumière réfléchie.Based on this phenomenon, the applicant has already proposed a method for controlling the quality of a surface, consisting in studying the divergence of the reflected beam either by measuring the quantity of light reflected in a determined solid aperture angle. , centered on the direction of specular reflection, ie in | : measuring the angular aperture corresponding to a determined percentage of reflected light.

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Ce procédé donne d'excellents résultats aussi bien dans le cas | de surfaces planes, comme des tôles, que courbes, par exemple des * cvlindres de laminoirs, tant fixes eu'en mouvement.This process gives excellent results as well in the case | flat surfaces, such as sheets, as curved, for example * rolling mills, both fixed and moving.

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Ces résultats peuvent cependant varier par suite d’une certaine dérive du dispositif de contrôle. Cala constitue un sérieux inconvénient, car les résultats obtenus risquent ce ne plus exprimer la qualité réelle de la surface contrôlée.These results may, however, vary as a result of a certain drift in the control system. Cala is a serious drawback, because the results obtained may no longer express the real quality of the surface checked.

La dérive éventuelle du dispositif de contrôle peut être due à :jj différentes causes, notamment une variation de la puissance de « g I * la source de lumière, r>ar exenrole un laser, une variation de la -Î ,» sensibilité du récepteur, par exemple une cellule photoélectri- $ ciue, ou encore un aoDort de lumière parasite au récepteur.The possible drift of the control device can be due to: jj different causes, in particular a variation of the power of "g I * the light source, r> ar exenrole a laser, a variation of the -Î," sensitivity of the receiver , for example a photoelectric cell, or even an aoDort of stray light at the receiver.

iî J : i j La présente invention a pour objet un procédé destiné à remédier j à cet inconvénient en éliminant les effets d’une éventuelle dé- t rive du dispositif de contrôle.iî J: i j The present invention relates to a method intended to remedy j this drawback by eliminating the effects of a possible drift of the control device.

Le procédé qui fait l’objet de la présente invention, dans le- fl jj quel on contrôle la qualité d’une surface à l’aide d’un faisceau !f lumineux du type laser de faible puissance que l’on dirige vers ; ïï ;| la dite surface et que l’on capte sur un organe récepteur après ilThe process which is the subject of the present invention, in which the quality of a surface is checked using a light beam of the low-power laser type which it is directed towards; ïï; | said surface and that we pick up on a receiving organ after it

Ij réflexion sur la dite surface, est essentiellement caractérisé en ce que l’on forme un faisceau de référence en déviant une par-1 tie du faisceau lumineux incident avant au’il n’atteigne la dite ‘3 ’[ jjj surface, en ce que l’on envoie le dit faisceau de référence vers |1 un organe récepteur, en ce que l’on compare les quantités d’éner- gie lumineuse transmises par le faisceau de référence et par le I" faisceau réfléchi à leur propre organe récepteur, et en ce que l'on ramène à une valeur prédéterminée la différence constatée j entre ces deux quantités d’énergie.Ij reflection on said surface, is essentially characterized in that a reference beam is formed by deflecting a portion of the incident light beam before it reaches said '3' [djj surface, in that that said reference beam is sent to | 1 a receiving organ, in that one compares the amounts of light energy transmitted by the reference beam and by the reflected beam to their own receiving organ , and in that we reduce to a predetermined value the difference observed j between these two quantities of energy.

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Selon une première modalité de mise en oeuvre du procédé de l’in-vention, on envoie alternativement le faisceau de référence et le I faisceau réfléchi sur le même organe récepteur.According to a first mode of implementation of the method of the in-vention, the reference beam and the I beam reflected alternately are sent to the same receiving member.

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Suivant une autre modalité de mise en oeuvre, on envoie en per- Λ _ i] manence le faisceau de référence et le faisceau réfléchi sur des 1 i organes récepteurs distincts.According to another mode of implementation, the reference beam and the reflected beam are sent continuously to the separate beams.

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Il a par ailleurs été trouvé intéressant, selon l'invention, d'équiper au moins un organe récepteur d'un filtre interfé-rentiel, afin de limiter toute entrée de lumière parasite dans le dit organe récepteur.It has also been found advantageous, according to the invention, to equip at least one receiving member with an interfering filter, in order to limit any entry of stray light into said receiving member.

f ! Selon une mise en oeuvre avantageuse, on dispose sur le trajet d'au moins un des deux faisceaux lumineux, à savoir le faisceau de référence ou le faisceau incident, un moyen de réglage de | l'énergie transmise par le dit faisceau, lumineux.f! According to an advantageous implementation, there is available on the path of at least one of the two light beams, namely the reference beam or the incident beam, a means of adjusting | the energy transmitted by the said beam, luminous.

Selon une autre variante avantageuse, on équipe la sortie d'au moins un des organes récepteurs de moyens permettant d'amplifier ou d'atténuer de façon variable le signal de sortie du dit or-; gane récepteur.According to another advantageous variant, the output of at least one of the receiving members is equipped with means making it possible to amplify or attenuate in a variable manner the output signal of said or-; receiver gane.

j Ce réglage permet, selon l'invention, d'égaler à un moment quel conque les énergies lumineuses transmises par les deux faisceaux, respectivement les signaux de sortie des organes récepteurs correspondant aux deux faisceaux et de créer une méthode très sensible de détection de variations des quantités d'énergie lumineuse transmises par les deux faisceaux.j This adjustment makes it possible, according to the invention, to equalize at any time which cone the light energies transmitted by the two beams, respectively the output signals of the receiving organs corresponding to the two beams and to create a very sensitive method of detecting variations quantities of light energy transmitted by the two beams.

L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit.The invention also relates to a device for implementing the method which has just been described.

j On connaît à cet égard, en particulier par une proposition an térieure du même demandeur, un dispositif de contrôle de la ! j qualité d'une surface, comprenant : i i - une source lumineuse du type laser ce faible puissance, - des moyens pour fixer ou corriger la direction du faisceau laser réfléchi par la surface à contrôler, - des moyens pour déterminer soit l'ouverture angulaire du cône /. de lumière réfléchie correspondant à une quantité prédéter- f ; V.j We know in this respect, in particular from a previous proposal from the same applicant, a device for controlling the! j quality of a surface, comprising: ii - a light source of the low power laser type, - means for fixing or correcting the direction of the laser beam reflected by the surface to be checked, - means for determining either the angular aperture of the cone /. reflected light corresponding to a predetermined amount; V.

minée de lumière réfléchie, soit le pourcentage ce lumière réfléchie dans un cône dont 1*ouverture angulaire est déter minée par un diaphragme disposé c. ;ant l'organe récepteur.mined reflected light, that is the percentage this light reflected in a cone whose angular opening is determined by a diaphragm disposed c. ; ant the receiving organ.

- 5 - ; | Outre ces moyens connus, le dispositif de la présente invention- 5 -; | In addition to these known means, the device of the present invention

Iest essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens pour former un faisceau ce référence en déviant et en envoyant vers un organe récepteur une partie du faisceau émis par la source de lumière? - des moyens pour comparer les quantités d’énergie lumineuse ! transmises par le faisceau de r éférence et par le faisceau réfléchi; - des moyens pour ajuster la différence constatée entre ces deux quantités d'énergie.It is essentially characterized in that it comprises: - means for forming a beam this reference by deflecting and sending to a receiving member part of the beam emitted by the light source? - means to compare the amounts of light energy! transmitted by the reference beam and by the reflected beam; - means for adjusting the difference observed between these two amounts of energy.

Selon une modalité intéressante de réalisation de ce dispositif, les moyens de déviation d'une partie du faisceau émis par la source de lumière sont constitués par un ensemble de miroirs, dont un au moins est semi-transparent, disposés de façon à envoyer· le faisceau de référence vers un organe récepteur.According to an advantageous embodiment of this device, the means for deflecting a part of the beam emitted by the light source consist of a set of mirrors, at least one of which is semi-transparent, arranged so as to send the reference beam to a receiving organ.

Selon une première variante, le dispositif de l'invention comporte un seul organe récepteur et des moyens pour interrompre alternativement le faisceau ce référence et le faisceau inci-! dent sur ou réfléchi par la dite surface.According to a first variant, the device of the invention comprises a single receiving member and means for alternately interrupting the beam this reference and the incident beam! tooth on or reflected by said surface.

Dans ce cas, il a été trouvé avantageux, selon l'invention, d'utiliser un dispositif constitué d'une plaque pourvue de fentes de dimensions appropriées, et animé soit d'un mouve-i . ment alternatif tel qu'un tiroir, soit d'un mouvement rotatif, tel qu'un disque.In this case, it has been found advantageous, according to the invention, to use a device consisting of a plate provided with slots of appropriate dimensions, and animated either by a movement-i. alternatively such as a drawer, or a rotary movement, such as a disc.

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Suivant une seconde variante, le dispositif de l'invention comporta deux organes récepteurs, respectivement destines à race-: voir le faisceau de réference et le faisceau réfléchi.According to a second variant, the device of the invention included two receiving members, respectively intended for race-: see the reference beam and the reflected beam.

I Avantageusement, au moins un ces organes récepteurs est, selon | l'invention, constitué par une cellule photoélectrique et peut | être équipé d’un filtre interférentiel.I Advantageously, at least one of these receptor organs is, according to | the invention, consisting of a photoelectric cell and can | be equipped with an interference filter.

! Conformément à l'invention, le dispositif peut encore comporter, disposé sur le trajet d'au moins un des deux faisceaux lumineux, •3 il au moins un moyen de réglage de l'énergie lumineuse transmise i par le dit faisceau lumineux.! According to the invention, the device may also comprise, arranged on the path of at least one of the two light beams, • 3 there at least one means for adjusting the light energy transmitted i by said light beam.

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Avantageusement, ce moyen de réglage peut être constitué par ’î un atténuateur comDosé par exemple de deux filtres polarisants i l| pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, ou encore par un j filtre à absorption variable.Advantageously, this adjustment means can consist of an attenuator composed for example of two polarizing filters i l | can rotate relative to each other, or by a variable absorption filter.

i [i Selon une variante avantageuse, au moins un des organes récep- Îteurs comporte des moyens d'amplification ou d'atténuation variable du signal de sortie du dit organe récepteur.i [i According to an advantageous variant, at least one of the receiver members comprises means for amplification or variable attenuation of the output signal of said receiver member.

I En particulier, ces moyens peuvent être constitués notamment S par un amplificateur à gain réglable ou un potentiomètre ou unI In particular, these means can be constituted in particular S by an adjustable gain amplifier or a potentiometer or a

Il diviseur de tension.It voltage divider.

• | - A titre d'exemples permettant d'illustrer le procédé de l'inven- | tion, on peut citer, sans aucun caractère limitatif, le con- ! ~ trôle de la rugosité d'une tôle d'acier laminée entre des cy lindres rugueux, et la surveillance de la rugosité de ces cy-; · lindres à rugosité contrôlée.• | - By way of examples allowing the process of the invention to be illustrated | tion, we can cite, without any limitation, the con! ~ testing the roughness of a steel sheet rolled between rough cy linders, and monitoring the roughness of these cy-; · Controlled roughness cylinders.

I Dans le premier cas, la surface ce la tôle est visée, par exem- ! pie à la sortie du laminoir à froid, par un faisceau laser de ! *I In the first case, the surface of the sheet is targeted, for example! pie at the exit of the cold rolling mill, by a laser beam of! *

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i ί ·' \ ; / ? / - 7 - faible puissance. Selon 1'invention, une partie ce ce faisceau est déviée, avant d'avoir atteint la surface ce la tôle, peur former un faisceau de référence. Au moyen c’un atténuateur optique par exemple, on égale les énergies lumineuses transmises par le faisceau de référence et par le faisceau réfléchi, lors- i que la surface de la tôle présente une rugosité jugée idéale.i ί · '\; /? / - 7 - low power. According to the invention, part of this beam is deflected, before reaching the surface of the sheet, in order to form a reference beam. By means of an optical attenuator for example, the light energies transmitted by the reference beam and by the reflected beam are equalized, when the surface of the sheet has a roughness deemed ideal.

i ; . La différence entre les énergies lumineuses des deux faisceaux reste nulle aussi longtemps que la rugosité de la tôle conserve la valeur désirée. Toute variation de cette rugosité au cours j du laminage se traduit aussitôt par l'apparition d'une diffé- i rence d'énergie lumineuse entre les deux faisceaux. Il suffit j alors, de préférence par voie automatique, de modifier les con ditions de laminage dans le sens adéquat pour annuler à nouveau | cette différence et rétablir la rugosité idéale de la tôle.i; . The difference between the light energies of the two beams remains zero as long as the roughness of the sheet maintains the desired value. Any variation in this roughness during rolling immediately results in the appearance of a difference in light energy between the two beams. It is then sufficient, preferably automatically, to modify the rolling conditions in the appropriate direction to cancel again | this difference and restore the ideal roughness of the sheet.

1‘ r !i !j : Le cas des cylindres de laminoir à rugosité contrôlée est com- t parable à celui des tôles. Ici encore, c'est l'ampleur de la !; différence d'énergie lumineuse entre le faisceau de référence et le faisceau réfléchi qui traduit l'importance de la varia-\ tion de la rugosité de la surface du cylindre. C'est elle éga lement qui gouverne la reconstitution de la rugosité désirée, en agissant par exemple sur les conditions de l'opération qui confère à la surface du cylindre l'état désiré.1 ‘r! I! J: The case of rolling mills with controlled roughness is similar to that of sheets. Again, this is the scale of the! difference in light energy between the reference beam and the reflected beam which indicates the importance of the variation in the roughness of the surface of the cylinder. It is also this which governs the reconstitution of the desired roughness, by acting for example on the conditions of the operation which gives the surface of the cylinder the desired state.

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Il faut noter que, conformément à l'invention, une éventuelle dérive du laser de contrôle ne perturbe en rien le procédé de contrôle, car elle affecte exactement de la même façon le faisceau de référence et le faisceau réfléchi.It should be noted that, in accordance with the invention, a possible drift of the control laser does not in any way disturb the control process, since it affects the reference beam and the reflected beam in exactly the same way.

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Claims

1. Method for improving the quality control of a surface using a light beam directed towards said surface and received, after reflection, on a receiving member, characterized in that a light beam is formed of reference by deflecting part of the incident light beam before it reaches the said surface, in that the said beam of reference is sent to a receiving member, in that we compare them? j quantities of light energy transmitted to said receiving member iij Ü by said reference beam and by the reflected beam, and; j; -j in that the difference observed between these two quantities d is reduced to a predetermined value 'energy.

2. Method according to claim 1, characterized in that one i: alternately sends the reference beam and the reflected beam on the same receiving member. 'i

3. Method according to claim 1, characterized in that one sends, preferably permanently, the reference beam and J îl P the reflected beam on separate receiving members.

4. Method according to either of claims 1 to 3, iïî it characterized in that eu l.'one uses at least one interferential filter to limit the entry of stray light into at least one organ receiver. it | - 5. Method according to either of claims 1 to 4, characterized in this flood we disnese, on the streamer of at least one <s * j; j these two light beams, a energy adjustment means | transmitted by said light beam, ï. if '• i O: S / ~ ’* j" I l i J i Λ ί% "Q _ ô. Method according to either of Claims 1 to 5, characterized in that at least one of the said receiving members is equipped with means making it possible to amplify and / or variably attenuate the output signal at says receiving organ.

7. Device for implementing the method according to one or the other of claims 1 to 6, characterized in that it comprises: a) a light source, preferably of the low power laser type? b} means for fixing and / or correcting the direction of the light beam reflected by the surface to be checked; c) means for determining either the angular opening of the cone of reflected light corresponding to a predetermined quantity of reflected light, or the percentage of light reflected in a cone whose angular opening is determined by a diaphragm disposed in front of a receiving organ receiving said reflected beam; d) means for forming a reference beam by deflecting part of the beam emitted by said light source; e) means for directing said reference beam towards a receiving member; f) means for comparing the quantities of light energy transmitted to their receiving member by said reference beam and by said reflected beam; g) means for bringing the difference noted between these two amounts of energy to a predetermined value.

8. Device according to claim 7, characterized in that the said means mentioned in points d) and e) consist of a set of mirrors, at least one of which is semi-transparent. .1. - 10 -

9. Device according to one had the other of claims 7 and 8, characterized in that it cor-carries a single receiving member and means for alternately interrupting the beam this reference and the incident beam on or reflected by said area. „10. Device according to claim 9, characterized in that said means for alternately interrupting the reference beam and the incident beam on or reflected by said surface consist of a plate provided with slots of appropriate dimensions and animated by a either reciprocating or rotary movement.

11. Device according to either of Claims 7 and 8, characterized in that it comprises two receiving members, respectively intended to receive the reference beam and the reflected beam.

12. Device according to either of Claims 7 to 11, characterized in that at least one of the receiving members consists of a photoelectric cell and in that it can be fitted with an interference filter.

13. Device according to either of claims 7 to 12, characterized in that it comprises, on the path of at least one of the two light beams, means for adjusting the energy transmitted by said light bleam. λ »

14. Device according to claim 13, characterized in that said adjustment means are constituted by an optical attenuator, composed for example of two polarizing filters which can rotate relative to each other, or by an absorption filter variable. - 11 -

15. Device according to either of these claims 7 to 14, characterized in that one of these said receiving organs is equipped with adjustable means for amplification and / or attenuation of the signal at this output from the cit organ. receiver,; for example a variable gain amplifier, a potentiometer, j "| a voltage divider, etc___ t «ï | ! i 3