Description

Méthode et dispositif de mesure de position adaptés pour le positionnement d'une molette

L'invention se rapporte au positionnement d'une molette adaptée pour un soudage électrique par résistance à la molette, plus particulièrement au procédé dit «par écrasement» de bandes d'acier en défilement continu.

Les procédés de transformation de bandes d'acier en défilement continu tels que le laminage à froid, le décapage chimique, la galvanisation, le recuit font appel à des dispositifs aptes à rabouter par soudage la tête d'une nouvelle bande à la queue de la bande précédemment engagée dans la ligne, un dispositif d'accumulation permettant d'accumuler de la bande puis de la restituer vers l'aval lorsque la soudure est effectuée. Un des procédés habituellement utilisés est le soudage par résistance à la molette par écrasement dit «mash welding » ou « mash lap welding» ou « mash seam welding ». Dans ce procédé, le soudage bout à bout des extrémités de bandes, disposées avec un léger recouvrement, est réalisé par passage d'un courant de soudage approprié entre deux molettes serrées à une pression déterminée. Une telle installation de soudage est décrite dans les brevets US 3,446,933 et US 3,909,578. Afin de permettre à la bande raboutée de traverser l'ensemble de l'installation de transformation sans rupture de bande et sans détérioration des machines de transformation, il est né- cessaire que la surépaisseur de la soudure soit aussi faible que possible. A cette fin, la longueur de recouvrement des deux bords à souder doit être maintenue très faible afin de limiter la largeur de l'inévitable bourrelet qui sera ensuite écrasé par des galets d'écrasement situés en aval des molet- tes de soudage. D'autre galets dits « de pré-écrasement» com-

plètent parfois le dispositif et sont situés en amont des molettes de soudage.

De manière connue, la qualité d'une soudure à la molette dépend de la qualité de positionnement des bords à souder: Le plan vertical passant par les molettes doit être bien perpendiculaire au plan des mors assurant le serrage des extrémités de bande à souder; L'altitude des molettes doit être bien réglée par rapport aux mors de serrage. Dans le cas particulier du soudage « mash welding », un faible recouvrement des bords à souder, voisin de 0,7 à 0,8 fois l'épaisseur de la bande à souder, exagère encore ces contraintes et conduit à des dispositions constructives particulières pour assurer la précision et la répétitivité des mouvements des mors et des chariots portant les molettes de soudage et les galets d'écrasé- ment. Ce problème, déjà important pour des épaisseurs moyennes - de l'ordre du millimètre et plus - devient absolument critique pour des épaisseurs plus fines. De plus, la seule qualité mécanique de la machine de soudage ne suffit pas à assurer la qualité du joint soudé, il est aussi impératif que les bords à souder soient présentés exactement à l'altitude des molettes, or l'usure des dites molettes rend leur positionnement de plus en plus imprécis au fil de la diminution de leur diamètre et il est nécessaire de procéder régulièrement à leur réglage. Pour cela une face active de l'une des deux molettes qui servira de molette de référence, celle qui n'est pas actionnée par le vérin d'application de la force de soudage, en général la molette supérieure, est ajustée par rapport à un plan de référence, par exemple la face inférieure des mors de serrage supérieurs. Pour ce faire, un opé- rateur doit mettre la machine en conditions de sécurité en coupant toutes les sources d'énergie, y compris résiduelles, de la machine et en s 'assurant que toutes les dispositions sont prises sur la ligne continue de transformation pour que la bande ne soit pas introduite de manière intempestive dans la machine. Il matérialise alors le plan de référence, par

exemple à l'aide d'une règle qu'il met en appui sur une face de référence des mors, et règle ensuite la position de la molette de référence. Une telle opération nécessite l'emploi de procédures de mise en sécurité qui stoppent l'activité de la ligne durant toute l'opération de réglage. L'absence de telles procédures, pénalisantes pour la productivité de l'installation, est absolument à proscrire sauf à mettre en danger l'opérateur.

Le but de la présente invention est de présenter une méthode et un dispositif de mesure pour un positionnement automatique de la molette, visant à éviter toute intervention manuelle de 1 ' opérateur.

L'objet de l'invention et ses avantages seront mieux interprétés à l'aide des exemples donnés par les figures suivantes:

Figure 1 : Architecture générale d'une ligne de transforma- tion de bandes d'acier en défilement continu.

Figure 2 : Disposition typique des organes de soudage d'une machine de soudage par résistance à la molette par écrasement .

Figure 3a : Séquence de fonctionnement du dispositif de ré- glage selon l'invention : outillage de réglage en position de repos

Figure 3b : Séquence de fonctionnement du dispositif de réglage selon l'invention : outillage en position verticale sous la tête de soudage Figure 3c : Séquence de fonctionnement du dispositif de réglage selon l'invention : outillage en position de réglage

Les figures décrivent un outillage dans lequel la molette de référence MS est la molette supérieure. L'invention est éga-

lement valable pour le cas ou la molette de référence est la molette inférieure.

La figure 1 montre l'architecture générale d'une ligne de transformation de bandes d'acier en défilement continu. Une première bande est déroulée sur un ensemble de déroulage (DER) comportant deux dérouleurs (DER 1, DER 2) . Une machine de soudage (SOUD) permet le soudage d'une queue de la première bande à une tête d'une deuxième bande suivante, les deux bandes ainsi soudées formant une bande soudée (B) . Un dispositif d'accumulation (ACCU 1) stocke la bande soudée (B) lors de son défilement. Cet ensemble constitue la section d'entrée de la ligne de transformation. La bande (B) passe ensuite dans une section de transformation (TRANS) où elle peut subir uniquement ou successivement des opérations de décapage chimique, de laminage à froid, de recuit, de galvanisation, de peinture, etc. Ayant subi des opération de transformation, la bande (B) entre ensuite dans une section de sortie où elle est stockée dans un accumulateur de sortie (ACCU 2), découpée par une cisaille (CIS) puis enroulée sous forme de bobines transformées sur un dispositif d'enroulage (ENR) disposant d'un ou deux enrouleurs (ENR 1, ENR 2) .

La figure 2 montre une disposition typique des organes de soudage d'une machine de soudage par résistance à la molette par écrasement. La queue de la première bande (QB) est pincée par des mors de sortie (SS et SI) de la machine de soudage, la tête de la bande suivante (TB) est pincée par des mors d'entrée (ES, EI). La queue de la bande (QB) et la tête de la bande (TB) forment un joint à souder (JS) . La face supérieure de la bande soudée (B) , qui est aussi la face inférieure des mors supérieurs d'entrée (ES) et de sortie (SS) correspond à un plan de référence (PR) par rapport auquel une molette de référence doit être réglée. Dans la représentation de la fi- gure 2, un vérin de serrage applique une force (FS) sur une

molette inférieure (MI) . La molette de référence en tant que molette supérieure (MS) est fixée à une tête de soudage (1) . La surface de contact avec la bande (B) doit être contenue dans le plan de référence (PR) ou éventuellement à une dis- tance donnée dudit plan (PR) avec, dans la pratique, une tolérance de quelques centièmes de millimètres.

La figure 3a montre l'outillage de réglage en position de repos. Il comporte un cadre basculable (3) pouvant être mis en position active de mesure ou en position de repos par un vérin (4) . Ledit cadre (3) est composé d'une chape de pivotement (31) sur laquelle est articulée une colonne (32) sur laquelle est lui-même articulé un bras (33) . Le bras (33) est maintenu dans la position de repos représentée sur la figure (3a) par une butée (36) solidaire de la colonne (32) et d'un organe élastique de rappel (35) . Le bras (33) supporte un galet rotatif (34) et un index (37) fixé d'un coté au bras (33) . Une extrémité libre de l'index (37) est placée de manière à ce que sa position puisse être mesurée par un dispo- sitif de détection et de mesure de position (38) . Une buttée de dispositif (5) , fixée sur une structure non-représentée de la machine de soudage empêche un mouvement du cadre (3) au- delà de la position active de mesure. La molette de référence est fixée à une tête de soudage (1) dans un point de suspen- sion (C) .

La figure 3b montre l'outillage en position verticale sous la tête de soudage (1) en position de parking, ladite tête de soudage (1) étant arrêtée sur une butée de tête de soudage fixe (11) . L'outillage est lui-même arrêté en position sur la butée de dispositif fixe (5) , ce qui permet à une face inférieure de la molette (MS) d'être à l'aplomb d'une face supérieure du galet (34) . Dans cette situation, l'index (37) est à une distance maximale (Dl) du dispositif de détection et de mesure de position (38) . Le terme face supérieure signifie le

plan horizontal, tangentiel au galet et disposé au point le plus élevée de la surface dudit galet. Le terme face inférieure signifie le plan horizontal, tangentiel à la molette (MS) et disposé au point le plus bas de la surface de la mo- lette (MS) . Les termes face inférieure et face supérieure sont utilisés pour raisons de clarté. En autre termes, les molettes étant en rotation, la face inférieure et la face supérieure dénotent respectivement une surface active de la molette de référence MS et une surface active de la molette in- férieure MI.

La figure 3c montre l'outillage en position de réglage, la molette (MS) est descendue progressivement grâce à un chariot motorisé (non représenté) au contact du galet (34), par pres- sion la molette fait pivoter le bras (33) et l'index (37) se rapproche du dispositif de détection et de mesure de position (38) d'une distance (D2) correspondant à un déplacement vertical (A) du galet (34) . Le galet (34) amène, par construction, en d'autres termes à l'aide de la butée de tête de soudage fixe (11) , sa face supérieure au niveau du plan de référence (PR) ou éventuellement à une distance donnée du plan (PR) . Ainsi, quelque soit le diamètre neuf ou usé de la molette (MS) , la face inférieure est dans la position requise pour un soudage de qualité. Cette position est enregistrée en tant que point de référence dans un système de contrôle d'un chariot motorisé qui déplace la tête de soudage (1) .

La méthode de mesure de distance comporte les étapes de : a) mise en position de mesure d'un galet rotatif 34 fixé à un cadre basculable 3, la position de mesure étant verticalement au dessous d'une molette de référence MS, b) descente verticale continue A de la molette de référence MS, entrainant une entrée en contact de sa face

inférieure avec le galet rotatif 34 et provoquant une force d'appui sur le galet 34, c) déplacement continu du galet 34 dans la direction de la descente A, d) mesures répétées d'une distance D2 entre un index 37 solidaire d'un bras de mesure 33 du cadre 3 et une colonne articulée 32 fixée au cadre 3 pendant le déplacement continu, e) comparaison de la distance D2 avec un seuil de dis- tance pour chacune des mesures répétées jusqu'à ce qu'une première position de travail de la molette MS soit atteinte, pour laquelle la distance D2 est égale à un facteur prédéfini du seuil de distance, f) enregistrement de la première position de travail comme point de référence dans un système de déplacement vertical de la molette de référence MS.

Au regard de l'état de la technique déjà mentionné, un avantage majeur de l'invention est de s'affranchir de l'arrêt d'une ligne de production pour un contrôle de la position des molettes, donc permettant d'augmenter la productivité de ladite ligne. Un autre avantage majeur est l'augmentation de la sécurité pour des opérateurs de ligne, libérés ainsi de toutes actions manuelles sur la machine de soudage.

Un aspect supplémentaire de l'invention consiste à pouvoir adopter un de deux modes de positionnement de la molette de référence MS: arrêt de la descente verticale A et verrouillage de la molette de référence MS dans la première position de travail; arrêt de la descente verticale A dans la première position de travail et déplacement vertical ultérieur de la molette de référence MS dans une seconde position de travail, la seconde position de travail étant ajustable à distance par un opérateur. Avantageusement, les deux possibilités permet- tent d' adapter une position de travail en prenant en considé-

ration des caractéristiques spéciales de la machine de soudage, en particulier la structure de support des molettes. La force de soudage appliquée par un vérin à la molette inférieure MI, peut provoquer une déformation minimale de ladite structure, de plus, à cause de ladite déformation, un léger décalage de la première position de travail de la molette de référence MS. A cause de cela, il peut être nécessaire d'ajuster ladite première position de façon qu'après cet ajustage la molette de référence se trouve dans la deuxième position de travail.

Un autre aspect de l'invention consiste à calculer un diamètre de la molette de référence MS après avoir positionné la molette MS dans la première position de travail ou la seconde position de travail. Cet aspect avantageusement permet de régulièrement vérifier l'usure de la molette MS. de façon à détecter une usure au-delà des limites de tolérance. Donné la position du plan de référence PR, une position initiale du point de suspension C de la molette et le déplacement verti- cal A, le diamètre se calcule en soustrairant la valeur du déplacement vertical A de la valeur de la distance entre le point de référence PR et le point de suspension C.

Un aspect supplémentaire de l'invention consiste à effectuer la mesure de position après un changement ou un ré usinage de la molette de référence MS et d'une deuxième molette MI. Avantageusement il est possible de rajuster l'altitude de la mollette de référence MS par rapport au plan de référence PR, en prenant en considération le diamètre changé, à cause du ré usinage ou du changement, de ladite molette MS.

Un autre aspect de l'invention consiste en ce que la mesure est adaptée pour le positionnement des molettes de référence MS de diamètres différents. Cet aspect rend la méthode très

flexible et adaptable pour des machines de soudage des différentes tailles.

Dépendant d'une précision exigée de la soudure, il est possi- ble d'adopter trois modes de mesure: une mesure à la fin de chaque soudure; au moins deux mesures pendant une campagne de soudures; une mesure déclenchée par un opérateur de ligne. Cela rend avantageusement la méthode flexible afin de déterminer un degré d'usure de la molette de référence MS. Par exemple, la mesure automatisée à la fin de chaque soudure apporte une précision maximale de positionnement pour des soudures de très haute qualité, spécialement importantes pour des faibles épaisseurs de la bande B. à outre des mesures engagées automatiquement, un autre avantage est la possibilité de manuellement déclencher une mesure par intervention d'un operateur de ligne.

La mise en œuvre de la méthode de mesure est assurée par un dispositif de mesure adapté pour le positionnement des molettes d'une machine de soudage par résistance par écrasement destinée au raboutage de bandes d'acier sur des lignes continues de transformation, comprenant : o un vérin 4 actionnant un cadre basculable 3 d'une position non active de parking à une position active de mesure, o un bras de mesure 33 couplé à une colonne articulée 32, le bras 33 et la colonne 32 étant fixés au cadre basculable 3, le bras étant couplé au cadre 3 à l'aide d'un organe élastique de rappel 35, o un galet rotatif 34 porté par le bras de mesure 33, o un dispositif de détection et de mesure de position 38 fixé au cadre 3, o un index 37 solidaire du bras 33, d'une longueur suffisante pour que sa position soit détectable par le dispositif de détection 38,

o une butée de dispositif 5 mécaniquement bloquant un mouvement du cadre 3 au-delà de la position active de mesure, o une butée solidaire à la colonne 36 qui empêche un rappel du bras 33, provoqué par l'organe élastique 35 au-delà de la position de parking.

Avantageusement, le dispositif selon l'invention est adapté afin de permettre un dimensionnement d'une longueur du bras de mesure 33 et une longueur de la colonne articulée 32 tels qu'un rapport entre les deux longueurs détermine et offre donc une gamme étendue de valeurs mesurables de la position de l'index 37. Cela permet avantageusement d'améliorer la précision exigée de la mesure de position. Un deuxième avan- tage est la flexibilité d'adaptation du dispositif pour sa mise en œuvre dans différentes variantes des machines de soudage. Ceci signifie qu'un rayon des molettes utilisées dans une machine de soudage détermine une longueur minimale du bras de mesure 33. La longueur du bras 33 doit être choisie plus grande que le rayon de la molette inférieure MI. Cette nécessité s'impose à cause d'un basculement du dispositif de la position de parking en la position de mesure, de façon que le bras de mesure 33 soit déplacé au dessus de la molette inférieure MI. Ainsi, la longueur de la colonne 32 est dimen- sionnée en fonction de la longueur nécessaire du bras 33 pour satisfaire à un rapport des longueurs selon la gamme de valeurs mesurables à obtenir.

Une variante du dispositif comporte deux galets superposés, aptes à venir respectivement au contact d'une molette de soudage inférieure MI à la bande d'acier et de la molette (MS) et à soumettre lesdites deux molettes MI, MS à un traitement d' écrouissage de leurs surfaces extérieures. Avantageusement, en plus de sa vocation d'organe de réglage, le dispositif peut être utilisé pour effectuer sur la face infé-

rieure de la molette de référence MS et la face supérieure de la molette inférieure MI un traitement d ¹ écrouissage visant à leur restituer une dureté abaissé par leur échauffement durant le soudage.

Le dispositif de mesure adapté pour le positionnement des molettes pour lequel le dispositif de détection et de mesure 38 comprend des moyens optiques de mesure de distance. Le dispositif de détection 38 comprend par exemple un laser pour rae- surer la distance entre l'index 37 et le cadre 32.

Le dispositif 38 peut également utiliser des moyens ultra-son de mesure de distance.

Abréviations

B = bande d' acier

DER = ensemble de déroulage DER 1 = dérouleur 1

DER 2 = dérouleur 2

SOUD = machine de soudage

ACCU 1 = dispositif d'accumulation de bande

TRANS = section de transformation ACCU 2 = accumulateur de sortie

CIS = cisaille

ENR = dispositif d' enroulage

ENR 1 = enrouleur 1

ENR 2 = enrouleur 2 1 = tête de soudage

MS = molette de référence

MI = molette inférieure à la bande

JS = Joint à souder

PR = plan de référence QB = première bande

TB = seconde bande

ES, EI = mors d'entrée

SS, SI = mors de sortie

FS = force de serrage des molettes 3 = cadre de réglage

4 = vérin

5 = butée de dispositif fixe

11 = butée de tête de soudage fixe

31 = chape de pivotement 32 = colonne articulée

33 = bras de mesure

34 = galet rotatif

35 = organe élastique de rappel

36 = butée solidaire de la colonne 37 = index

38 = dispositif de détection et de mesure de position Dl = distance maximale de l'index du dispositif de mesure de position pour l'outillage en position verticale D2 = distance de l'index du dispositif de mesure de position pour l'outillage en position de mesure A = déplacement vertical du galet C = point de suspension de la molette de référence