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CA 02432648 2003-06-20
WO 02/051563 PCT/FR01/03992
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Procédé de régulation en temps réel d'une planeuse.
La présente invention est relative à un procédé pour réguler en temps
réel une planeuse destinée à planer des bandes métalliques en bobine ou en
coil, telles que des bandes d'acier ou directement des plaques ou des
feuilles.
L'invention s'applique d'une part au planage des bandes métalliques
destinées à être découpées en sortie de planeuse, de manière à obtenir des
plaques ou des feuilles d'une longueur déterminée L, et d'autre part au
planage des plaques ou des feuilles.
Une bande métallique ou une plaque subit diverses opérations, telles
que le laminage à chaud et le laminage à froid, destinées à lui conférer des
caractéristiques dimensionnelles homogènes sur toute sa longueur ; ainsi une
bande métallique laminée possède théoriquement en tout point une épaisseur
et une largeur constante.
Cependant l'opération de laminage ne suffit pas pour obtenir une bande
exempte de défaut. En effet, celle-ci peut présenter des défauts de planéité
tels que des ondulations au niveau des rives ou du centre, et un cintre (c'est
à
dire une courbure) selon la longueur ou la largeur de la bande.
Ces défauts de planéité sont corrigés par planage de la bande dans
une planeuse. Une telle planeuse est constituée de deux cassettes
superposées supportant chacune plusieurs rouleaux motorisés, décalés les
uns par rapport aux autres, et disposés en alternance au-dessus et en
dessous du parcours de la bande. Dans le cas d'une bobine de bande
métallique, celle-ci est préalablement débobinée, en général redressée dans
une redresseuse avant de subir l'opération de planage. Afin de livrer des
produits répondant aux critères de planéité exigés par les industriels, les
bandes planées ne sont pas re-bobinées, en effet le bobinage détruit la
planéité. Elles sont donc découpées, en sortie de la planeuse, de manière à
obtenir des plaques, des feuilles ou des flans, soit au moyen d'une cisaille
guillotine, soit au moyen d'une cisaille suiveuse, rotative ou volante. Les
plaques ou les feuilles planées ensuite transportées vers une empileuse, et
sont empilées en attendant leur livraison.
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Le planage proprement dit est réalisé par passage de la bande ou de la
plaque entre les rouleaux décalés de la planeuse, dont on règle le serrage en
entrée, c'est à dire l'écartement des rouleaux amont de la planeuse, et en
sortie, c'est à dire l'écartement des rouleaux aval de la planeuse. En entrée
de
la planeuse on homogénéise les contraintes résiduelles de la bande, et on
remédie ainsi aux défauts de planéité tels que les ondulations et le cintrage
selon la largeur. En sortie de la planeuse, on traite le cintrage selon la
longueur de la bande. Pour plus de clarté dans la suite du texte, lorsqu'on
signifiera "cintre selon la longueur", on se contentera de mentionner
"cintre".
Le réglage des paramètres de serrage en entrée et en sortie de la
planeuse est effectué lors de chaque changement de bobine, de plaque (ou de
feuille), afin d'adapter ces paramètres non seulement aux caractéristiques
dimensionnelles et aux types de défauts de la bande ou de la plaque, mais
aussi en fonction du cintre, selon la forme qu'on souhaite imprimer à la
plaque
(ou à la feuille) après planage.
En effet, selon l'application à laquelle les industriels destinent ces
plaques (ou feuilles) planées, ou encore en fonction du type d'installation
que
possèdent ces industriels, les plaques seront livrées avec un cintre nul
(plaque
parfaitement plane), un cintre positif ou un cintre négatif.
On effectue d'abord le réglage du serrage des rouleaux de la planeuse
en entrée selon des méthodes connues en elles-mêmes, puis on règle le
serrage des rouleaux en sortie.
Un moyen connu pour régler les rouleaux de la planeuse en sortie
consiste à contrôler le cintre résiduel de la plaque (ou de la feuille) après
planage. A cet effet, on lève la plaque au moyen d'un releveur de manière à ce
que la plaque soit suspendue par un ou deux points d'appui, puis un opérateur
mesure le cintre de la plaque en relevant la flèche au centre de la plaque à
l'aide d'une règle. L'opérateur peut ensuite ajuster le réglage du serrage des
rouleaux en sortie pour corriger le cintre de la plaque et l'adapter à la
demande
de l'industriel. Cette opération de mesure est renouvelée autant de fois que
nécessaire lors de chaque changement de produit (sous la forme de bobine,
de plaque ou de feuille).
Cette technique présente divers inconvénients suivants
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- la mesure du cintre d'une plaque lors du changement de produit et
l'adaptation du serrage, des- rouleaux en sortie par l'opérateur imposent de
stopper la ligne de planage pendant cette opération, d'où une perte de
productivité ;
- certaines lignes de planage sont compactes, et il n'est pas toujours
possible d'y implanter un dispositif de levage des plaques ; dans ce cas la
mesure du cintre de la plaque est effectuée hors ligne avec un temps d'arrêt
de la ligne plus important encore ;
- l'opération de levage de la plaque peut comporter des risques pour la
io sécurité de l'opérateur, notamment pour les plaques de grandes dimensions
(supérieures à 2 m de long).
En outre, si les caractéristiques dimensionnelles d'une bande d'une
bobine donnée sont constantes sur toute sa longueur, il n'en est pas de même
en ce qui concerne les caractéristiques mécaniques. Or les variations des
caractéristiques mécaniques d'une bande ont un impact négatif sur la maîtrise
du cintre final des plaques après planage de la bande. En effet le serrage des
rouleaux en sortie de planeuse ayant été réglé pour une caractéristique
mécanique donnée de la bande, ce serrage, au cours du planage, ne sera plus
adapté si les caractéristiques mécaniques de la bande varient de façon
importante.
Or la maîtrise du cintre résiduel de la plaque est une opération
importante dans la mesure où les tolérances exigées par les industriels,
concernant les dimensions et le cintre de la plaque, sont de plus en plus
étroites. A titre indicatif, actuellement, les tolérances concernant le cintre
des
plaques destinées à la découpe LASER, et pour certaines applications
automobile telles que les pièces de liaison, sont souvent inférieures à 3
mm/m. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de la
méthode utilisée dans l'art antérieur.
L'invention a donc pour objet un procédé pour réguler en temps réel une
planeuse destinée à planer des bandes métalliques, des plaques, ou des
feuilles, caractérisé en ce que :
- après avoir plané ladite bande, on la découpe pour obtenir, une
plaque, ou une feuille ;
.. _ . . . .. .... ....... . . ..,_____ .... .. ~. .. .._ .. .. .. .
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- on mesure la courbure de ladite plaque issue soit du planage de la
bande découpée, soit du planage de la plaque, en sortie de ladite planeuse
hors d'une zone d'appui ;
- on corrige ladite mesure de manière à éliminer l'influence due au poids
propre de la plaque; et
- on commande le serrage des rouleaux situés en sortie de ladite planeuse
de manière à obtenir une plaque de cintre contrôlé.
Selon d'autres caractéristiques préférées de l'invention
- la mesure du cintre résiduel de la plaque planée est réalisée à partir
d'une mesure de la courbure de ladite plaque en sortie de la planeuse hors de
ladite zone d'appui, ladite mesure étant effectuée au moyen d'au moins trois
capteurs de distance.
- la mesure du cintre résiduel de la plaque planée est déduite de la
courbure mesurée et de la courbure propre de la plaque planée.
L'invention a également pour objet une installation de planage du type
comprenant une planeuse pour planer des bandes métalliques, des plaques
ou des feuilles, caractérisé en ce qu'elle comporte des moyens pour découper,
après planage, la bande en plaques planées ou en feuilles planées, des
moyens de mesure du cintre résiduel des plaques planées ou feuilles planées
issues soit du planage de la bande découpée, soit du planage de la plaque ou
de la feuille, en sortie de la planeuse, et des moyens pour modifier le
serrage
des rouleaux situés en sortie de ladite planeuse en fonction des indications
fournies par les moyens de mesure dudit cintre résiduel.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- les moyens de mesure du cintre résiduel comportent au moins trois
capteurs de distance tels que des capteurs de distance optiques, ou des
capteurs de distance à courant de Foucault.
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- l'installation de planage comprend des moyens automatiques pour
régler le serrage des rouleaux de sortie en fonction des indications des
mesures de distances des capteurs.
- la mesure de la courbure de la plaque planée est réalisée au niveau
de ladite plaque planée hors d'une zone d'appui.
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Comme on l'aura compris, l'invention consiste à exécuter une mesure
en temps réel du cintre de la plaque ou de la bande découpée en plaque à sa
sortie de la planeuse, et à commander le serrage des rouleaux en fonction des
résultats de cette mesure.
s Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture
de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en
référence
aux dessins annexés sur (esquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'une
planeuse ;
- la figure 2 montre la variation de la valeur du cintre résiduel en fonction
du
serrage des rouleaux en sortie de planeuse.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une planeuse 1, de deux
cassettes 2,3 superposées supportant des rouleaux 4 motorisés, positionnés
de manière décalée les uns par rapport aux autres, et entre lesquels défile
une
bande métallique 5, une plaque ou une feuille. L'installation comprend des
moyens de découpe 6 disposés en sortie de planeuse, une table de transport
7, un moyen de convoyage de la bande découpée en plaques (non représenté
sur la figure). Dans le cas du planage de bandes, l'installation comprend des
moyens de découpe 6 disposés en sortie de planeuse Bien entendu, les
moyens de découpe 6 sont superflus lorsque qu'on plane directement des
plaques ou des feuilles ; cependant, ils peuvent être présents dans
l'installation et dans ce cas on ne les fait pas fonctionner. En 8, on a
représenté la plaque ou la feuille (soit issue du cisaillage de la bande après
planage, soit issue de la plaque ou de la feuille planée) dont une partie est
en
appui sur la table 7 et l'autre partie dépasse hors de la table 7. Des
capteurs
de distance placés, sur notre schéma, en dessous de la zone de la plaque
planée 8 non supportée par la table 7, sont reliés à un système de régulation
11 du serrage des rouleaux 4a et 4b situés en sortie de la planeuse, lui-même
relié à un actionneur 12 de commande du serrage en sortie (rouleaux 4a et
4b).
La bande ou la plaque métallique 5 est planée dans la planeuse 1 par
défilement entre les rouleaux 4. En sortie de planeuse, la bande 5 est
cisaillée
par les moyens de découpe 6 constitués soit d'une cisaille guillotine, soit
d'une
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cisaille rotative, suiveuse, ou volante, de manière à obtenir des plaques 8,
des
feuilles ou des flans d'une longueur L déterminée à l'avance. Une partie de la
plaque planée 8 repose sur la table de transport 7, tandis qu'une longueur de
plaque L' déterminée à l'avance par une cellule de détection 10 dépasse de la
table 7 et se trouve donc hors de la zone d'appui.
Au moins trois capteurs 9, disposés sur un socle de référence (non
représenté sur la figure) positionné soit au-dessus, soit en dessous de la
zone
correspondant à la longueur L' de la plaque 8, mesurent la distance qui les
sépare de ladite partie de plaque 8 de longueur L' de manière à en déterminer
io la courbure C. Les mesures réalisées par les capteurs 9 sont de préférence
des mesures de distance sans contact afin d'éviter de fausser les mesures de
la courbure de la partie de plaque 8 de longueur L'. On utilisera donc des
capteurs de distance 9 sans contact tels que des capteurs à courant de
Foucault ou des capteurs optiques...
Afin de déterminer le cintre résiduel Cr de la plaque 8 à partir de la
courbure C mesurée, il convient de tenir compte de la côurbure Cp de la
plaque 8 due à son poids propre. La connaissance des paramètres suivants :
- longueur L' de la plaque 8 qui dépasse hors de la table 7, déterminée par
une cellule de position 10,
- épaisseur de la plaque 8,
- distance des capteurs 9 par rapport à la table 7,
permettent de calculer la courbure Cp de la plaque 8 due à son poids propre.
Ainsi en retranchant la valeur de la courbure CP à la valeur de la courbure C
mesurée on obtient aisément le cintre résiduel Cr de la plaque 8.
Connaissant le cintre résiduel Cr de la plaque 8, on calcule la fonction de
transfert qui permet ensuite d'ajuster le serrage en sortie (rouleaux 4a et
4b)
de la planeuse 1, de manière à adapter le cintre de la plaque suivante 8 à la
demande de l'industriel.
Le cintre de la plaque 8 exigé par l'industriel peut être nul (plaque
parfaitement plane), positif (courbure de la plaque vers le haut) ou négatif
(courbure de la plaque vers le bas). Pour obtenir des plaques possédant un de
ces profils, il convient soit de desserrer, soit de resserrer l'écartement des
rouleaux 4a par rapport aux rouleaux 4b situés en sortie de planeuse 1.
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Cette opération peut être effectuée par un opérateur qui recueille les
différentes mesures évoquées précédemment, calcule à l'aide de ces mesures
la fonction de transfert permettant de déduire les paramètres de serrage en
sortie des rouleaux 4a et 4b à injecter dans le système de régulation 11 selon
le cintre qu'on souhaite appliquer à la plaque.
Cette opération peut également être effectuée automatiquement par un
calculateur.
Dès que les paramètres de serrage des rouleaux 4a et 4b sont déterminés,
l'actionneur 12 agit directement sur le serrage des rouleaux 4a et 4b en
sortie
io de planeuse 1, c'est à dire sur leur écartement relatif.
Le procédé selon l'invention permet ainsi de contrôler en temps réel le
cintre de chacune des plaques 8. Ainsi, lorsque les caractéristiques
mécaniques de la plaque 8 d'une bobine varient, le contrôle en temps réel du
cintre de la plaque 8 permet d'agir aussitôt sur les paramètres de serrage en
sortie de planeuse 1 et de modifier, le cas échéant, les réglages du serrage
en sortie (rouleaux 4a et 4b), de manière à obtenir des plaques 8 dont le
cintre est constant, ou dont la valeur du cintre reste dans la limite de la
tolérance fixée par l'industriel.
Outre l'avantage mentionné précédemment, le procédé selon l'invention
supprime les opérations de levage de la plaque et de mesure du cintre par un
opérateur, et présente par rapport à l'art antérieur les autres avantages
suivants :
- amélioration des conditions de sécurité ;
- suppression du temps de manutention des plaques permettant ainsi
d'augmenter la productivité globale de la ligne ;
- rapidité d'exécution des corrections du serrage des rouleaux, dans le cas
où l'on utilise un calculateur automatique,
- opération de contrôle du cintre de la plaque facile à mettre en oeuvre, on
n'est pas limité aux plaques de longueur inférieure à 3 m pour des épaisseurs
de 3 mm comme c'était le cas avec le procédé de l'art antérieur ;
- gain de place : le dispositif selon l'invention est compatible avec les
lignes
compactes, il nécessite un espace plus réduit que celui nécessité par le
levage
de la plaque.
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- contrôle systématique du cintre de toutes les plaques (archivage des
valeurs)
La figure 2 montre la variation de la valeur du cintre résiduel (exprimé en
mm/m) en fonction du serrage des rouleaux en sortie de planeuse (exprimé en
mm).
Le matériau considéré est une bande d'acier de 6 mm d'épaisseur, de 1500
mm de large et de limite élastique de 350 Mpa. Le taux de plastification
initial
de la bande est de 60%. Le taux de plastification maximal visé pour cet
exemple est de 80%. Ce taux de plastification imposé dépend de la stratégie
de planage utilisée et de la planéité initiale de la bande avant planage.
L'amplitude des variations de cintre après planage est directement corrélée à
ce paramètre.
Les exemples suivants ont pour but d'illustrer l'utilisation du procédé.
Dans l'exemple 1, les capteurs de distance sans contact mesurent un cintre
résiduel de la plaque obtenu après planage et cisaillage de la bande d'acier
de
+7mm/m. Pour que le cintre de cette plaque soit nul (plaque parFaitement
plane), il faut que le système de régulation (a) corrige le serrage des
rouleaux
en sortie de planeuse par une correction de 0,15 mm de manière à ce que le
serrage atteigne 0,32 mm.
Dans l'exemple 2, les capteurs de distance sans contact mesurent un cintre
résiduel de la plaque obtenue après planage et cisaillage de la bande d'acier
de -7mm/m. Pour que le cintre de cette plaque soit nul (plaque parfaitement
plane), il faut que le système de régulation (a') corrige le serrage des
rouleaux
en sortie de planeuse par une correction de 0,2 mm de manière à ce que le
serrage atteigne 0,32 mm.
