LU87751A1

LU87751A1 - METHOD AND SENSOR FOR THE CONTINUOUS MEASUREMENT OF THE THICKNESS OF A COATING

Info

Publication number: LU87751A1
Application number: LU87751A
Authority: LU
Inventors: Schoos Aloyse
Original assignee: Arbed
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1992-01-15
Also published as: EP0469267A1; CA2043748A1; ZA914250B; BR9102558A; AU7840491A; EP0469267B1; DE69103357D1; KR920001175A; JPH04232403A

Description

MEMOIRE DESCRIPTIFDESCRIPTIVE MEMORY

déposé à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION aufiled in support of an INVENTION PATENT application at

LUXEMBOURG au nom de : ARBED S.A. 19 avenue de la Liberté L-2930 Luxembourg pour : " Procédé et capteur pour la mesure en continu de l'épaisseur d'un revêtement "LUXEMBOURG on behalf of: ARBED S.A. 19 avenue de la Liberté L-2930 Luxembourg for: "Process and sensor for the continuous measurement of the thickness of a coating"

Procédé et capteur pour la mesure en continu de l'épaisseur d'un revêtement.Method and sensor for continuous measurement of the thickness of a coating.

La présente invention a pour objet un procédé qui permet de déterminer sans contact et de façon non destructive l'importance par unité de surface de la charge d'un produit de revêtement déposé sur un substrat métallique de composition différente de celle du revêtement, ainsi qu'un capteur capable de fournir une indication précise sur l'épaisseur prémentionnée d'un tel revêtement, cette détermination étant exécutée directement et en continu sur le produit au fur et à mesure de son traitement, de sorte à rendre possible une intervention de régulation immédiate sur le processus de revêtement en cours et de pouvoir garantir ainsi tout aussi bien l'épaisseur spécifiée du revêtement que l'uniformité de son dépôt sur toute la longueur du produit traité.The subject of the present invention is a method which makes it possible to determine without contact and in a non-destructive manner the importance per unit area of the charge of a coating product deposited on a metal substrate of composition different from that of the coating, as well '' a sensor capable of providing a precise indication of the thickness mentioned above of such a coating, this determination being carried out directly and continuously on the product as it is being processed, so as to make possible an immediate regulation intervention on the coating process in progress and thus being able to guarantee both the specified thickness of the coating and the uniformity of its deposition over the entire length of the product treated.

Comme la qualité du revêtement et la constance de cette qualité sont deux critères essentiels d'appréciation de produits revêtus, on comprend aisément que seul un procédé de contrôle industriel qui travaille directement sur le flux et au rythme de la production et qui fournit une réponse très rapide, puisse donner satisfaction. Ceci n'est que plus vrai s'il s'agit en plus, comme presque de règle générale de nos jours, de greffer une régulation automatique sur ce contrôle. Ces exigences valent plus ou moins de la même façon pour les différents principes et procédés de revêtement, soit chimiques, soit électrolytiques, soit au trempé. Aussi ne suffit-il plus de déterminer après la fin du traitement par des voies lentes, comme l'analyse chimique, le poids du revêtement sur quelques échantillons. D'un autre côté, certains des procédés connus de mesure directe et continue, qui donnent des résultats valables sous des conditions bien déterminées dans d'autres domaines, ne conviennent pas ici. Ceci est surtout le cas pour les mesures par les voies optiques et pour les procédés radioactifs.As the quality of the coating and the consistency of this quality are two essential criteria for assessing coated products, it is easy to understand that only an industrial control process which works directly on the flow and at the rate of production and which provides a very fast, can give satisfaction. This is all the more true if, in addition, as almost as a general rule these days, it is a matter of grafting an automatic regulation on this control. These requirements apply more or less in the same way for the different coating principles and processes, either chemical, electrolytic or dip. It is therefore no longer sufficient to determine after the end of treatment by slow routes, such as chemical analysis, the weight of the coating on a few samples. On the other hand, some of the known direct and continuous measurement methods, which give valid results under well-defined conditions in other fields, are not suitable here. This is especially the case for measurements by optical channels and for radioactive processes.

La mesure par voie électromagnétique a également déjà été préconisée pour la détermination directe et en continu de l'épaisseur d'un revêtement de zinc déposé par galvanisation sur un substrat ferromagnétique. A cet effet la demande de brevet allemand no 3.328.225 a prévu de comparer, dans un domaine de fréquences donné, la différence entre les amplitudes - ou alternativement entre les phases - des forces électromotrices produites aux extrémités de deux bobines électromagnétiques, dont l'une est traversée par le produit à analyser et dont l'autre constitue la bobine de référence vide. La fréquence d'oscillation du courant alternatif d'alimentation appliqué aux deux bobines est choisie dans le domaine compris entre 10 kHZ et 200 kHZ, où l'on obtient la sensibilité de mesure la plus valable de la différence de la force électromotrice aux deux bobines. La fréquence de service la plus appropriée pour la mesure du revêtement d'un fil galvanisé a été indiquée comme étant 90 kHZ.Electromagnetic measurement has also already been recommended for the direct and continuous determination of the thickness of a zinc coating deposited by galvanization on a ferromagnetic substrate. To this end, German patent application No. 3.328.225 provided for comparing, in a given frequency domain, the difference between the amplitudes - or alternately between the phases - of the electromotive forces produced at the ends of two electromagnetic coils, the one is crossed by the product to be analyzed and the other of which constitutes the empty reference coil. The frequency of oscillation of the alternating supply current applied to the two coils is chosen in the range between 10 kHZ and 200 kHZ, where the most valid measurement sensitivity of the difference of the electromotive force at the two coils is obtained. . The most suitable operating frequency for measuring the coating of a galvanized wire has been indicated as 90 kHz.

Ce procédé se base sur une approche trop expérimentale et il ne donne pas de valeurs suffisamment univoques et reproductibles. Ceci résulte du simple fait que le phénomène électromagnétique dont on veut mesurer la valeur ne varie pas seulement en fonction de l'importance de la couche du métal ou de l'alliage de revêtement, mais il est aussi influencé de façon souvent imprévisible par d'autres paramètres parasitaires, comme par exemple les variations de la perméabilité magnétique de l'acier en fonction de son analyse et du traitement subi préalablement par l'acier.This process is based on an overly experimental approach and it does not give sufficiently unequivocal and reproducible values. This results from the simple fact that the electromagnetic phenomenon whose value we want to measure does not only vary according to the importance of the layer of the metal or the coating alloy, but it is also influenced in an often unpredictable way by other parasitic parameters, such as for example the variations in the magnetic permeability of the steel as a function of its analysis and of the treatment undergone beforehand by the steel.

Le but de la présente invention est d'éviter ces inconvénients et de dévoiler un procédé permettant de mesurer automatiquement et en continu l'épaisseur d'un revêtement déposé sur un substrat métallique, ou autrement dit, de mesurer la quantité de produit de revêtement déposé ou chargé par unité de surface par détermination d'une grandeur présentant une relation bien déterminée et aisément déterminable avec l'épaisseur de ce revêtement.The object of the present invention is to avoid these drawbacks and to disclose a method making it possible to automatically and continuously measure the thickness of a coating deposited on a metal substrate, or in other words, to measure the quantity of coating product deposited or loaded per unit area by determining a quantity having a well defined and easily determinable relationship with the thickness of this coating.

Comme donc l'épaisseur peut ainsi être mesurée directement et de façon univoque, l'invention ouvre aussi la possibilité d'intervenir pour ainsi dire instantanément sur la régulation du processus de revêtement, de sorte que l'on peut maintenir pour l'épaisseur du revêtement en permanence une fourchette assez étroite par rapport aux tolérances spécifiées. Avec les procédés classiques actuels de revêtement de fils au trempé par exemple, on vise en général une charge de 10 % supérieure à celle demandée, afin de pouvoir éviter de ne tomber en dessous du minimum à garantir. Ainsi, grâce à la présente invention, on ne peut pas seulement réaliser un revêtement plus uniforme et plus conforme à l'épaisseur visée, mais on économise aussi de la matière première.As therefore the thickness can thus be measured directly and unequivocally, the invention also opens the possibility of intervening almost instantaneously on the regulation of the coating process, so that one can maintain for the thickness of the permanently coating a fairly narrow range compared to the specified tolerances. With the current conventional methods of coating yarns for dipping, for example, we generally aim for a load 10% higher than that required, in order to be able to avoid falling below the minimum to be guaranteed. Thus, thanks to the present invention, it is not only possible to produce a more uniform coating and more in accordance with the targeted thickness, but also saves raw material.

Ce but suivant la présente invention est réalisé par un procédé qui est caractérisé en ce que l'on mesure en continu les pertes par effet Joule des courants de Foucault induits dans le produit revêtu par un champ magnétique alternatif, ces pertes étant, pour une fréquence préétablie donnée, inversément proportionnelles à l'épaisseur du revêtement. En effet, les pertes propres à une bobine d'induction bien dimensionnée sont faibles et constantes, alors que les pertes causées par le produit revêtu, c'est-à-dire le substrat avec son revêtement, passant dans la bobine sont bien supérieures et variables, de sorte qu'on obtient une mesure directe significative, qui en plus est montone. Il est entendu que le produit soumis à la mesure à la sortie de son bain de revêtement à chaud ou à froid est un substrat ferromagnétique et que le revêtement est un métal conducteur d'électricité ayant une faible perméabilité magnétique inférieure à celle du substrat revêtu.This object according to the present invention is achieved by a process which is characterized in that the Joule losses of the eddy currents induced in the product coated with an alternating magnetic field are continuously measured, these losses being, for a frequency preset, given inversely proportional to the thickness of the coating. Indeed, the losses specific to a well-sized induction coil are low and constant, while the losses caused by the coated product, that is to say the substrate with its coating, passing through the coil are much higher and variables, so that a significant direct measure is obtained, which in addition is montone. It is understood that the product subjected to the measurement at the exit from its hot or cold coating bath is a ferromagnetic substrate and that the coating is an electrically conductive metal having a low magnetic permeability lower than that of the coated substrate.

Suivant la forme d'exécution préférée de l'invention la fréquence d'excitation est choisie de sorte que la pénétration naturelle des courants de Foucault dans le matériel du revêtement est assez proche de l'épaisseur visée du revêtement à appliquer, ce dernier variant le plus souvent entre quelques microns et une centaine de microns au plus. Les fréquences optimales pour effectuer la mesure varient en fonction de la conductibilité du métal de revêtement par rapport à celle du substrat entre 1 MHZ et environ 100 MHZ comme valeur supérieure. Ces fréquences sont donc très nettement plus élevées - en gros d'un facteur de 10 à 100 - que les fréquences de l'ordre de grandeur de 100 kHZ, telles qu'elles sont utilisées si on a recours à la mesure de l'effet de phase ou de l'amplitude de la force électromotrice suivant l'état de la technique. Les gammes de fréquences utilisées ici sont par exemple celles de 1-10 MHZ pour la combinaison zinc sur acier, alors que la mesure de très fines couches de laiton de l'ordre de 1 pm sur du fil d'acier très mince est effectuée dans la gamme des 100 MHZ. Aussi la présente méthode de mesure de la puissance dissipée dans des gammes de fréquences élevées présente-t-elle des avantages bien particuliers, comme le fait que la part relative des pertes dues au substrat est diminuée ou que la mesure peut aussi être effectuée en continu sur un produit en défilement très rapide.According to the preferred embodiment of the invention the excitation frequency is chosen so that the natural penetration of the eddy currents in the coating material is fairly close to the target thickness of the coating to be applied, the latter varying the more often between a few microns and a hundred microns at most. The optimal frequencies for carrying out the measurement vary according to the conductivity of the coating metal with respect to that of the substrate between 1 MHZ and approximately 100 MHZ as a higher value. These frequencies are therefore very much higher - roughly by a factor of 10 to 100 - than frequencies of the order of magnitude of 100 kHz, as they are used if the measurement of the effect is used. phase or amplitude of the electromotive force according to the state of the art. The frequency ranges used here are for example those of 1-10 MHZ for the zinc on steel combination, while the measurement of very thin layers of brass of the order of 1 μm on very thin steel wire is carried out in the range of 100 MHZ. The present method of measuring the power dissipated in high frequency ranges therefore has very particular advantages, such as the fact that the relative share of the losses due to the substrate is reduced or that the measurement can also be carried out continuously. on a very fast moving product.

Ce procédé suivant l'invention réduit donc la mesure de l'épaisseur d'un revêtement à la mesure d'une puissance consommée respectivement à la mesure du facteur de qualité d'une bobine.This method according to the invention therefore reduces the measurement of the thickness of a coating to the measurement of a power consumed respectively to the measurement of the quality factor of a coil.

Aussi un capteur de mesure conforme à la présente invention se caractérise-t-il par le fait qu'il consiste en un oscillateur composé d'un circuit LC ( bobine-condensateur ) et d'un amplificateur à gain variable branché en boucle fermée. Une boucle de régulation limite l'amplitude des oscillations.Also a measurement sensor according to the present invention is characterized by the fact that it consists of an oscillator composed of an LC circuit (coil-capacitor) and a variable gain amplifier connected in closed loop. A regulation loop limits the amplitude of the oscillations.

En considérant qu'un circuit résonnant LC constitue un système dont le gain est fonction des pertes de la bobine, les instruments peuvent être très simples et ils font une mesure quasi directe des pertes de la bobine, y compris donc les pertes causées par la présence du produit revêtu. Les pertes propres d'une bobine bien dimensionnée étant très réduites, les pertes causées résultent en premier lieu du produit revêtu traversant le champ de la bobine, les variations des pertes étant imputables quasi exclusivement au revêtement. D'un autre côté, sachant qu'à une amplitude d'oscillations constante le produit des gains de l'amplificateur et du circuit LC est 1 et connaissant les caractéristiques de l'amplificateur, on peut déduire le gain du circuit LC de la tension de régulation. Ce gain du circuit LC est, comme montré ci-devant, en relation directe avec les pertes, donc en relation bien définie avec l'épaisseur de la couche du revêtement sur le produit. D'autres approches pour mesurer les pertes d'une bobine sont possibles. Ainsi une autre façon de mesurer ces pertes d'une bobine peut consister en une mesure de la tension, du courant et du déphasage. Toutefois cette approche est en général coûteuse et la mesure de phase devient difficile si on approche des 90e. D'un autre côté la bande passsante d'un circuit LC est fonction du facteur de qualité de la bobine et en conséquence des pertes de la bobine. La mesure suffisamment exacte de cette bande passante nécessite un circuit intelligent qui coûte relativement cher. Il vient s'y ajouter que ces deux dernières approches constituent des mesures indirectes des pertes, alors que la méthode de réalisation préférentielle décrite ci-devant consiste en une mesure électrique plus directe de la puissance dissipée. Par ailleurs les capteurs décrits plus haut sont de loin meilleur marché, ce qui rend possible leur utilisation dans des installations comprenant très souvent plusieurs centaines de lignes individuelles de galvanisation.Considering that an LC resonant circuit constitutes a system whose gain depends on the losses of the coil, the instruments can be very simple and they make an almost direct measurement of the losses of the coil, including therefore the losses caused by the presence of the coated product. The inherent losses of a well-sized coil being very reduced, the losses caused result in the first place from the coated product crossing the field of the coil, the variations in losses being attributable almost exclusively to the coating. On the other hand, knowing that at a constant amplitude of oscillations the product of the gains of the amplifier and the LC circuit is 1 and knowing the characteristics of the amplifier, we can deduce the gain of the LC circuit from the voltage of regulation. This gain of the LC circuit is, as shown above, in direct relation to the losses, therefore in well-defined relation with the thickness of the coating layer on the product. Other approaches for measuring the losses of a coil are possible. Another way to measure these losses from a coil can be to measure voltage, current and phase shift. However, this approach is generally expensive and the phase measurement becomes difficult if we approach the 90th. On the other hand, the bandwidth of an LC circuit is a function of the quality factor of the coil and consequently of the losses of the coil. Sufficiently accurate measurement of this bandwidth requires an intelligent circuit which is relatively expensive. It should be added that these last two approaches constitute indirect measurements of the losses, while the preferred embodiment method described above consists of a more direct electrical measurement of the power dissipated. Furthermore, the sensors described above are far cheaper, which makes their use possible in installations very often comprising several hundred individual galvanizing lines.

Le signal obtenu d'après la méthode et avec les moyens de la présente invention peut être directement affiché et/ou enregistré avec conversion simultanée dans une unité caractérisant l'épaisseur du revêtement. Le signal peut aussi être traité et utilisé pour la régulation des opérations nécessaires à l'application du revêtement.The signal obtained according to the method and with the means of the present invention can be directly displayed and / or recorded with simultaneous conversion in a unit characterizing the thickness of the coating. The signal can also be processed and used to regulate the operations necessary for applying the coating.

Pour les besoins de la présente invention on peut utiliser différents types de configurations pour les bobines qui sont en contact électromagnétique avec le produit revêtu en défilement. Dans les configurations à une bobine ( voir fig. 5 ) le chemin de défilement du produit à examiner se couvre avec l'axe de la bobine et le champ magnétique est coaxial au produit; dans celles à deux bobines ( voir fig. 6 ) qui sont disposées de part et d'autre de l'entrefer d'un aimant en forme de C et qui sont branchées en série, les champs alternatifs sont orthogonaux par rapport à l'axe de défilement du produit qui passe entre les deux pôles; dans celles à trois bobines disposées en triangle dans un même plan ( voir fig. 7 ), un champ orthogonal à l'axe du produit défilant verticalement tourne autour des axes communs de défilement du produit et de disposition des bobines Ainsi on peut choisir différentes configurations en fonction tant des propriétés du revêtement que de la géométrie du produit en défilement. Dans tous les cas, le choix de matériaux ferromagnétiques appropriés aux fréquences choisies pour être utilisables comme guide des champs magnétiques et comme blindage externe, permet de réduire la puissance dissipée dans les bobines elles-mêmes, de concentrer l'effet sur le produit examiné et de minimiser le couplage capacitif entre la bobime et le produit.For the purposes of the present invention, different types of configuration can be used for the coils which are in electromagnetic contact with the coated product in motion. In configurations with a coil (see fig. 5) the path of travel of the product to be examined is covered with the axis of the coil and the magnetic field is coaxial with the product; in those with two coils (see fig. 6) which are arranged on either side of the air gap of a C-shaped magnet and which are connected in series, the alternating fields are orthogonal to the axis scrolling of the product which passes between the two poles; in those with three coils arranged in a triangle in the same plane (see fig. 7), a field orthogonal to the axis of the product moving vertically rotates around the common axes of movement of the product and arrangement of the coils. So we can choose different configurations depending on both the properties of the coating and the geometry of the moving product. In all cases, the choice of ferromagnetic materials appropriate to the frequencies chosen to be usable as a guide for the magnetic fields and as external shielding, makes it possible to reduce the power dissipated in the coils themselves, to concentrate the effect on the product examined and to minimize the capacitive coupling between the coil and the product.

Bien qu'on n'écarte pas à priori des applications sur des produits généralement quelconques, le procédé suivant l'invention est toutefois utilisé en premier lieu pour le contrôle continu, sans contact et non destructif du revêtement sur des produits allongés, par exemple du fil, des barres rondes ou polygonales et des tubes. L'invention telle qu'elle peut être mise en exploitation est décrite plus en détail ci-après en se référant aux différents dessins dans lesquels les diverses figures représentent ce qui suit: - figure 1 montre un exemple de la dépendance des valeurs de la perte de puissance des courants de Foucault induits en fonction de l'épaisseur de la couche du métal de revêtement; les pertes par effet Joule sont portées en ordonnée en mW ( milliwatt ) et les épaisseurs de la couche de zinc en pm ( microns ) en abscisse, - figure 2 illustre l'étendue de l'indépendance de la valeur de la perte de puissance pour 3 épaisseurs données du revêtement zinc sur acier dans la gamme inférieure des fréquences de mesure préconisées; les pertes par effet Joule sont en ordonnée et en abscisse on trouve les fréquences d'excitation, - figure 3 montre qu'au delà d'une fréquence minimale ( en abscisse ) la part relative de la puissance dissipée ( en ordonnée ) par le substrat lui-même devient faible et la puissance dissipée totale devient presque indépendante des caractéristiques exactes du substrat, - corrélativement à la figure 3 la figure 4 illustre par la droite parallèle à l'abscisse que les résultats de mesure ne sont pas influencés significativement par les propriétés électromagnétiques du substrat dans la gamme des fréquences de mesure choisies suivant l'invention, c'est-à-dire qu'il y a proportionnalité entre le signal et l'épaisseur à mesurer; la puissance est portée en ordonnée et la perméabilité relative magnétique du substrat en abscisse, - figure 5 est une coupe orthogonale à l'axe du produit en défilement à travers une première forme d'exécution d'une bobine d'induction suivant l'invention, - figure 6 est une coupe orthogonale à l'axe du produit en défilement à travers une autre forme d'exécution d'une bobine d'induction suivant l'invention, - figure 7 est une coupe orthogonale à l'axe du produit en défilement à travers une troisième forme d'exécution d'un ensemble de bobines d'induction suivant l'invention, - figure 8 montre, en forme de schéma, une des configurations possibles pour la mesure de l'épaisseur d'un revêtement suivant la présente invention, - figure 9 représente un autre exemple d'un circuit de mesure répondant aux exigences suivant l'invention.Although applications on generally unspecified products are not excluded a priori, the method according to the invention is however used in the first place for the continuous, contactless and non-destructive testing of the coating on elongated products, for example wire, round or polygonal bars and tubes. The invention as it can be put into operation is described in more detail below with reference to the various drawings in which the various figures represent the following: - Figure 1 shows an example of the dependence of the values of the loss the power of the eddy currents induced as a function of the thickness of the layer of the coating metal; losses by Joule effect are plotted on the ordinate in mW (milliwatt) and the thicknesses of the zinc layer in pm (microns) on the abscissa, - Figure 2 illustrates the extent of the independence of the value of the power loss for 3 given thicknesses of the zinc on steel coating in the lower range of the recommended measurement frequencies; losses by Joule effect are on the ordinate and on the abscissa we find the excitation frequencies, - Figure 3 shows that beyond a minimum frequency (on the abscissa) the relative share of the power dissipated (on the ordinate) by the substrate itself becomes weak and the total dissipated power becomes almost independent of the exact characteristics of the substrate, - correlatively to Figure 3 Figure 4 illustrates by the line parallel to the abscissa that the measurement results are not significantly influenced by the properties electromagnetic of the substrate in the range of measurement frequencies chosen according to the invention, that is to say that there is proportionality between the signal and the thickness to be measured; the power is plotted on the ordinate and the magnetic relative permeability of the substrate on the abscissa, - Figure 5 is a section orthogonal to the axis of the product in movement through a first embodiment of an induction coil according to the invention , - Figure 6 is a section orthogonal to the axis of the product scrolling through another embodiment of an induction coil according to the invention, - Figure 7 is a section orthogonal to the axis of the product in scrolling through a third embodiment of a set of induction coils according to the invention, - Figure 8 shows, in diagram form, one of the possible configurations for measuring the thickness of a coating according to the present invention, - Figure 9 shows another example of a measurement circuit meeting the requirements of the invention.

Comme illustré par la figure 1 il existe une relation de proportionnalité inverse entre d'un côté les pertes de puissance (en mW) par effet Joule des courants de Foucault induits dans un champ magnétique alternatif et d'un autre côté l'importance de la couche du produit de revêtement métallique déposé sur un substrat ferromagnétique qu'on laisse défiler à l'état revêtu dans ledit champ magnétique. Par étalonnage ou conversion appropriés, la valeur de la mesure de la puissance dissipée peut apparaître ou être exprimée soit comme 'épaisseur de couche en microns (pm)') tel qu'illustré, soit comme quantité de produit de revêtement qui se trouve être déposée par unité de surface ou de longueur du substrat et qui est exprimée en 'railli-grammes par cm"' ou en 'milligrammes par cm'.As illustrated in FIG. 1, there is a relation of inverse proportionality between on the one hand the power losses (in mW) by Joule effect of the eddy currents induced in an alternating magnetic field and on the other hand the importance of the layer of the metallic coating product deposited on a ferromagnetic substrate which is allowed to pass in the coated state in said magnetic field. By appropriate calibration or conversion, the value of the dissipated power measurement may appear or be expressed either as 'layer thickness in microns (pm)') as shown, or as the amount of coating material that is found to be deposited per unit area or length of the substrate and which is expressed in 'railli-grams per cm "' or in 'milligrams per cm'.

Pour des couples substrat - revêtement de natures différentes la relation prémentionnée est donnée pour des gammes de fréquences bien déterminées. En général la fréquence d'excitation est choisie de sorte que la pénétration naturelle des courants de Foucault dans le matériel du revêtement soit proche de l'épaisseur visée du revêtement. Ces fréquences se trouvent normalement dans la fourchette 1 à 100 MHZ pour les revêtements usuels. Dans la figure 2 est représenté le cas précis du revêtement de zinc appliqué par galvanisation au trempé sur un substrat d'acier. On voit qu'au delà d'une fréquence minimale, qui selon l'épaisseur du revêtement de zinc sur l'acier est de 1 à 2 MHZ, et jusqu'à une fréquence de 10 MHZ et plus, la puissance dissipée dans un revêtement d'une épaisseur donnée de 30, 50 ou 70 microns ne varie pratiquement pas.For substrate-coating pairs of different natures, the aforementioned relationship is given for well-defined frequency ranges. In general, the excitation frequency is chosen so that the natural penetration of the eddy currents in the coating material is close to the target thickness of the coating. These frequencies are normally in the range 1 to 100 MHZ for the usual coatings. In Figure 2 is shown the specific case of zinc coating applied by dip galvanizing on a steel substrate. We see that beyond a minimum frequency, which depending on the thickness of the zinc coating on the steel is 1 to 2 MHZ, and up to a frequency of 10 MHZ and more, the power dissipated in a coating with a given thickness of 30, 50 or 70 microns practically does not vary.

Si on a recours aux fréquences élévées, tel que préconisé par la présente invention, la part relative des pertes dans le substrat se trouve diminuée. Ainsi donc la réponse électromagnétique visée ici n'est-elle pratiquement plus influencée par le substrat. La figure 4 montre que la valeur de la perte de puissance ( 71 mW ) reste constante pour la fréquence de mesure de 1 MHZ ( pour une épaisseur de revêtement de 50 pm de zinc ) alors que les perméabilités magnétiques relatives du substrat peuvent être très différentes. Par ailleurs, comme il ressort de la figure 3, la part de la puissance dissipée par effet Joule dans un substrat à caractéristiques électromagnétiques variables reste quand-même insignifiante, c'est-à-dire comprise entre seulement 3% et 6%.If high frequencies are used, as recommended by the present invention, the relative share of the losses in the substrate is reduced. So the electromagnetic response targeted here is practically no longer influenced by the substrate. Figure 4 shows that the value of the power loss (71 mW) remains constant for the measurement frequency of 1 MHZ (for a coating thickness of 50 µm of zinc) whereas the relative magnetic permeabilities of the substrate can be very different . Furthermore, as can be seen from FIG. 3, the share of the power dissipated by the Joule effect in a substrate with variable electromagnetic characteristics remains nonetheless insignificant, that is to say between only 3% and 6%.

Il apparaît donc ici que le paramètre de mesure nouvellement choisi permet aux fréquences élevées définies de mesurer l'épaisseur de n'importe quel revêtement électroconducteur appliqué sur un substrat ferromagnétique quelconque, ceci d'une façon continue et pour des vitesses de défilement très élevées de l'ordre de grandeur d'une centaine de mètres à la seconde.It therefore appears here that the newly chosen measurement parameter allows the defined high frequencies to measure the thickness of any electroconductive coating applied to any ferromagnetic substrate, this in a continuous manner and for very high running speeds of the order of magnitude of a hundred meters per second.

La figure 5 montre une configuration qui produit un champ magnétique coaxial par rapport à l'axe du produit 55 en défilement. Ce produit 55, dont l'épaisseur du revêtement est à déterminer, est entouré d'une bobine solénoidale 51 qui se trouve dans une enceinte en ferrit 54 comme blindage externe. Cette configuration convient bien si le revêtement est assez régulier, comme c'est le cas pour les dépôts effectués par voie chimique ou électrolytique.FIG. 5 shows a configuration which produces a magnetic field coaxial with respect to the axis of the product 55 while scrolling. This product 55, the coating thickness of which is to be determined, is surrounded by a solenoid coil 51 which is located in a ferrit enclosure 54 as external shielding. This configuration is well suited if the coating is fairly regular, as is the case for deposits made chemically or electrolytically.

La figure 6 a pour objet une configuration qui produit un champ orthogonal par rapport à l'axe de défilement du produit 65. Ce produit 65 à mesurer défile dans l'entrefer d'un aimant en forme de C constitué par un ferrit 64 et deux bobines 61 et 62 branchées en série. On peut assurer un contrôle encore plus complet en branchant avant ou après l'ensemble principal tel que décrit et illustré, au moins encore un autre système identique, qui se trouve lui aussi sur l'axe virtuel du produit, mais est décalé le long de cet l'axe et est tourné de 90* par rapport à celui-là. Ces configurations conviennent surtout si les revêtements sont assez inhomogènes, ce qui est le cas plus pour les revêtements produits par trempage à chaud que pour ceux obtenus par voie chimique ou électrolytique. En effet ces systèmes mesurent le long de chaque fois 2 côtés opposés du produit en défilement, c'est-à-dire le long de nx2 faces, où n est le nombre de systèmes de mesure.FIG. 6 relates to a configuration which produces a field orthogonal with respect to the axis of travel of the product 65. This product 65 to be measured travels in the air gap of a C-shaped magnet constituted by a ferrit 64 and two coils 61 and 62 connected in series. An even more complete control can be ensured by connecting before or after the main assembly as described and illustrated, at least yet another identical system, which is also located on the virtual axis of the product, but is shifted along this axis and is rotated 90 * relative to that one. These configurations are especially suitable if the coatings are fairly inhomogeneous, which is more the case for coatings produced by hot dipping than for those obtained by chemical or electrolytic means. Indeed, these systems measure along each time 2 opposite sides of the product in movement, that is to say along nx2 faces, where n is the number of measurement systems.

Suivant la figure 7 on produit un champ rotatif perpendiculaire à l'axe de défilement du produit 75. Ce produit se trouve entouré de trois bobines 71, 72 et 73 qui sont décalées de 120* les unes par rapport aux autres et qui sont alimentées par des tensions déphasées de 120*. L'ensemble comprend par ailleurs l'enceinte périphérique en ferrit 74. Ce système permet d'effectuer un contrôle complet d'un revêtement irrégulier à un endroit donné et sur toute sa périphérie, c'est-à-dire indépendamment de la position angulaire du produit.According to FIG. 7, a rotary field is produced perpendicular to the axis of travel of the product 75. This product is surrounded by three coils 71, 72 and 73 which are offset by 120 * with respect to each other and which are supplied by phase-shifted voltages of 120 *. The assembly also includes the peripheral ferrit 74 enclosure. This system makes it possible to carry out a complete control of an irregular coating at a given location and over its entire periphery, that is to say independently of the angular position. of the product.

Un circuit électronique très simple, qui permet d'afficher directement une valeur proportionnelle à la charge par unité de surface du revêtement, c'est-à-dire à l'épaisseur du revêtement, est représenté par la figure 8. La base de ce circuit est un oscillateur dont la bobine· (81) du circuit LC est en contact électromagnétique avec le produit revêtu. Cette bobine (81) peut avoir la configuration de bobine unique circulaire suivant la figure 5; elle peut aussi être constituée par les deux bobines en série représentées à la figure 6. La bobine (81) ensemble avec les condensateurs (82) et (83) déterminent la fréquence d'oscillation, tandis que le condensateur (84) a une capacité élevée par rapport aux condensateurs (82) et (83). La résistance (85) relie la source du transistor à effet de champ (86) à la masse tandis que le drain est connecté à l'alimentation en tension continue (87). La résistance (88) et le condensateur (89) forment un filtre passe bas de sorte que l'affichage (80) n'est pas exposé à la haute fréquence.A very simple electronic circuit, which makes it possible to directly display a value proportional to the load per unit of surface of the coating, that is to say to the thickness of the coating, is represented by FIG. 8. The base of this circuit is an oscillator whose coil · (81) of the LC circuit is in electromagnetic contact with the coated product. This coil (81) can have the configuration of a single circular coil according to FIG. 5; it can also be constituted by the two coils in series shown in FIG. 6. The coil (81) together with the capacitors (82) and (83) determine the oscillation frequency, while the capacitor (84) has a capacity high compared to capacitors (82) and (83). The resistor (85) connects the source of the field effect transistor (86) to ground while the drain is connected to the DC voltage supply (87). The resistor (88) and the capacitor (89) form a low pass filter so that the display (80) is not exposed to the high frequency.

Le fonctionnement de ce circuit est basé sur la régulation de l'amplitude des oscillations. Le transistor à effet de champ est un amplificateur à gain variable en fonction de la tension moyenne appliquée au gate. La diode du gate du transistor joue le rôle d'un redresseur et produit une tension aux bornes du condensateur 84 qui est d'autant plus négative que que 1'amplitude des oscillations est forte. Le transistor est choisi de sorte que cette tension est toujours négative par rapport à la masse et la valeur absolue de cette tension est directement proportionnelle à l'épaisseur du revêtement.The operation of this circuit is based on the regulation of the amplitude of the oscillations. The field effect transistor is a variable gain amplifier depending on the average voltage applied to the gate. The gate diode of the transistor plays the role of a rectifier and produces a voltage across the capacitor 84 which is all the more negative the higher the amplitude of the oscillations. The transistor is chosen so that this voltage is always negative with respect to the mass and the absolute value of this voltage is directly proportional to the thickness of the coating.

La figure 9 montre le schéma de principe de l'électronique correspondant aux bobines de la figure 7. Les bobines (91),(92) et (93) sont alimentées par trois oscillateurs (94),(95) et (96) pareils à celui de la figure 8. Les oscillateurs (94) et (96) sont munis de capacités variables qui permettent de varier la fréquence respectivement la phase à l'aide d'une tension appliquée (VCO). Cette tension est fournie par les circuits de comparaison de phases (97) et (98) qui assurent une régulation (PLL) du déphasage relatif de -120° pour l'oscillateur (94) et de + 120° pour l'oscillateur (96) par rapport à l'oscillateur (95). La valeur absolue du déphasage n'est pas critique. Ainsi l'ensemble des bobines (91), (92) et (93) produit un champ rotatif. Les tensions issues de la régulation de l'amplitude des oscillations des trois oscillateurs sont additionnées (99) pour produire une tension qui est proportionnelle à la charge globale du revêtement. Cette tension peut être affichée et/ou enregistrée directement (90). Elle peut par contre aussi alimenter une entrée analogique d'un ordinateur qui assure la surveillance et la régulation du processus de traitement du produit.Figure 9 shows the block diagram of the electronics corresponding to the coils of Figure 7. The coils (91), (92) and (93) are powered by three oscillators (94), (95) and (96) alike to that of FIG. 8. The oscillators (94) and (96) are provided with variable capacities which make it possible to vary the frequency respectively the phase using an applied voltage (VCO). This voltage is supplied by the phase comparison circuits (97) and (98) which regulate (PLL) the relative phase shift of -120 ° for the oscillator (94) and + 120 ° for the oscillator (96 ) relative to the oscillator (95). The absolute value of the phase shift is not critical. Thus the set of coils (91), (92) and (93) produces a rotary field. The voltages resulting from the regulation of the amplitude of the oscillations of the three oscillators are added (99) to produce a voltage which is proportional to the overall load of the coating. This voltage can be displayed and / or saved directly (90). However, it can also supply an analog input to a computer which monitors and regulates the product processing process.

Comme l'importance quantitative du dépôt du produit de revêtement est mesurée on line, cette mesure ne permet d'un côté d'intervenir sans décalage important dans le temps sur les instruments qui règlent les paramètres importants du processus de traitement, comme la température du bain, la vitesse de défilement du substrat, l'intensité de refroidissement de la couche déposée, etc. D'un autre côté on peut en plus établir pour le client, soit des relevés avec tout ou partie des profils de revêtements, soit des certificats attestant le respect des tolérances imposées.As the quantitative importance of the deposition of the coating product is measured on line, this measurement does not allow on the one hand to intervene without significant time lag on the instruments which regulate the important parameters of the treatment process, such as the temperature of the bath, the running speed of the substrate, the cooling intensity of the deposited layer, etc. On the other hand, it is also possible to draw up for the client, either statements with all or part of the coating profiles, or certificates attesting to compliance with the tolerances imposed.

Claims

1. A method for non-destructive and contactless measurement, as well as by a direct and continuous route, of the thickness of an electroconductive coating on an elongated ferromagnetic moving substrate, characterized in that one continuously measures, for given preset frequencies, the Joule effect losses of the eddy currents induced in the product coated by an alternating magnetic field, the measurement values having a direct and monotonic relationship with the thickness of the coating.

2. Method according to claim 1, characterized in that the excitation frequency of the alternating magnetic field is chosen so that the natural penetration of the eddy currents in the coating material is fairly close to the target thickness of the coating to be applied .

3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the excitation frequencies are between 1 MHZ and 100 MHZ.

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetic field is induced by a coil and in that it is coaxial with the moving product.

5. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetic field is induced by two coils in series and in that it is orthogonal to the axis of travel of the product.

6.

Method according to Claim 5, characterized in that at least one second field is induced upstream or downstream from the first and is angularly displaced relative to the latter. '7. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetic field is induced by three coils and in that it is orthogonal to the axis of travel of the product and rotates around this axis.

8. Sensor for directly and continuously measuring the thickness of an electroconductive coating on an elongated ferromagnetic moving substrate, characterized in that it consists of an oscillator composed of an LC circuit and of a connected variable gain amplifier closed loop.

9. Sensor according to claim 8, characterized by a regulation loop limiting the amplitude of the oscillations.

10. Sensor according to claim 8, characterized by a set of three oscillators provided with a regulation of the relative phase shift.