LU85011A1 - Mesure de tension de fil - Google Patents

Description

j La présente demande a pour objet un procédé et disposi- -j ] tif pour la mesure sans contact de la tension de produits fili- : j i| formes et surfaces en mouvement.

jj Par produits filiformes, on entend tout fil textile, 5 plastique, métallique, optique, les fils textiles se présentent I sous forme de fil continu, multifilamentaire ou multibrins, mono- § filaments, filé de fibres, utilisés seuls ou en combinaison et en toute matière naturelle, artificielle, synthétique ou minérale.

Par surface, on entend toute surface textile tissée, 10 tricotée ou non tissée, surface de film plastique, nappe de fils, rubans et bandelettes en matière plastique, papier et métal.

Dans l'industrie textile, la régularité de tension d'un fil lors de sa fabrication ou lors de sa transformation est d'une grande importance ; en effet, lors de'la fabrication des fils, les 15 irrégularités de tension entraînent par exemple des irrégularités '.orientâtion pr0V0quan£ des différences d'affinité tinctoriale, Z des..zones de faiblesses entraînant la casse de brins, des Irrégularités d'aspect sur articles terminés utilisant ces fils.

Lors de la transformation des fils, soit en tissage, soit en 20 tricotage, les irrégularités de tension peuvent provoquer, par exemple, des casses sur machines ou des défauts d'aspect sur le tissu ou tricot terminé. Il en est de même des nappes de fils, par exemple lors de l'ourdissage.

En ce qui concerne les fils métalliques, les régularités 25 de tension, lors du tréfilage, du toronnage, sont primordiales.

Il en est de même lors de la fabrication des films plastiques par exemple lors de leur étirage et de leur mise sur rouleaux.

De même, la régularité de tension de produits filiformes que l'on gaine ou enduit.

30 Dans la suite de la description et par simplification, l’expression produits filiformes et surfaces sera désignée par le ... .

• 2 4 i i I ou les produits.

i ' - î La présente demande a pour objet de proposer un procédé | simple et un dispositif permettant de suivre en continu la tension t | des diverses portions d'un chemin suivi par un produit en mouvement.

5 La présente demande a pour objet un procédé pour la mesure en continu de la tension d'ur produit en mouvement dans lequel la mesure s'effectue sans contact du produit avec le dispositif utilisé pour la mesure, le produit en mouvement, sur une longueur déterminée de son chemin, entre deux points fixes, étant 10 soumis à des vibrations transversales, caractérisé en ce que ces dernières sont détectées à distance par un système optique qui transmet à un système électronique asservissant le moyen émettant les vibrations et celui de détection à distance desdites vibrations, aboutissant à un moyen de mesure.

15 Les deux points fixes du chemin parcouru par le produit en mouvement sont déterminés par des éléments du moyen de fabrication ou de transformation dudit produit. ______.

-Par- sans contact, on entend l'absence totale de contact - ou un légejucôntact à très faible frottement n'ayant pas d'inci-20 dence sur la qualité du produit.

La présente demande a pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment, comportant un système excitateur de vibrations, un système de détection S distance desdites vibrations, un système électronique d'asservisse-25 ment liant les deux systèmes précédents, et un moyen de mesure caractérisé en ce que le système de détection à distance desdites vibrations est un système optique.

Le principe de la mesure repose sur la loi des cordes vibrantes : la fréquence fondamentale f de vibration transversale 30 d'une portion de longueur L de produit comprise par exemple entre deux guides ou deux rouleaux ou guide et rouleau, etc.., est 1 // i 3 , liée à la tension t (force par unité de surface) par la relation j / ί f (Hz) s - V : l'observation optique de cette fré- | ° L(m) V“» * quence permet donc une détermination simple de la tension. On peut ji prévoir aussi les harmoniques de la fondamentale quand cette der- 5 nière est mal adaptée pour la mesure, quand la fréquence fondamen tale devient trop faible ; dans ce cas, la relation entre fréquence et tension, si l'harmonique est d'ordre N, devient = N.f^.

La mesure peut être effectuée dans l'air ou en milieu inmergé.

10 Comme système excitateur des vibrations, on utilisera de préférence un haut-parleur, adapté à la gamme de fréquence à transmettre, situé au voisinage du milieu de la corde vibrante et à une distance du fil pouvant varier de préférence entre 1 cm et 20 centimètresï il est possible de concentrer la puissance par 15 adjonction _dlun_nonvergent acoustique ; on peut aussi utiliser un vibreur éîèctrbdynamique dont la partie vibrante se termine par un doigt céramique appliqué contre le produit et qui constitue l'une des extrémités de la corde vibrante. L'avantage du haut-parleur est l'absence de tout contact avec le produit, la vibra-20 tion étant transmise par l'air ; quelques légers inconvénients peuvent toutefois se produire dans le cas de forte tension du fait alors de l'apparition d'un déphasage entre la vibration du haut-parleur et le mouvement du produit. Le vibreur électrodynamique a l'avange de ne jamais produire de déphasage, par 25 contre il implique un léger contact avec le produit et peut par fois induire un mouvement de triangulation superposé au mode normal de vibration lorsqu'il vibre à une fréquence éloignée de la résonance du produit, ce mouvement de triangulation étant néfaste au fonctionnement de l'asservissement électronique. Ce 30 phénomène parasite peut être supprimé par ajustement des filtres électroniques.

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En règle générale, on peut considérer que lorsque l'on I] désire mesurer des tensions qui sont en majorité inférieures à | une limite supérieure fonction de la nature du produit et de son I titre (produits filiformes), et qui se situe pour les fils textiles 5 aux environs de 10 g/tex, le haut-parleur est l'excitateur le mieux adapté. Lors de la mise en oeuvre de l'appareil, les règles à effectuer concernent la visée optique et l'ajustement des filtres et du gain ; l'électronique d'asservissement s'accroche alors sans difficulté sur la résonance à mesurer. Pour les mesures de tension 10 supérieures à la limite telle qu'indiquée précédemment, il apparaît un déphasage entre haut-parleur et détecteur d'autant plus impor-• tant que la tension est élevée. Si cette tension élevée fluctue peu, de l'ordre de ΐ 20 % autour de la moyenne, le déphasage ^ est à peu près constant. On introduit alors dans la boucle d'asser-15 vissement_un déphasage opposé - ^ qui rétablit le fonctionnement normâÎTde l'appareil. Ainsi, la mesure d'une tension élevée peut, être aussi effectuée dans ce cas en utilisant un haut-parleur ne nécessitant alors qu'un réglage supplémentaire, ce qui est intéressant puisque ainsi qu'écrit précédemment, le haut-parleur n'a aucun 20 contact avec le fil. Toutefois, on peut, pour des tensions élevées, avoir recours au vibreur électrodynamique.

Sur la figure 1 ci-jointe, on distingue le haut-parleur 1, situé au voisinage du milieu de la corde vibrante formée par le produit 2 entre les deux points 3 et 4, sur le chemin du produit 25 en mouvement.

Sur la figure 2 ci-jointe, on distingue le vibreur électrodynamique 5 en contact avec le produit 2, situé à une extrémité 3 de la corde vibrante formée par le produit 2 en mouvement, entre les deux points 3 et 4.

30 Le système de détection à distance des vibrations est de préférence un système optique comportant un laser de faible ! ... , 5 puissance, par exemple Hélium/Néon, éclairant le produit sous une Incidence à peu près normale et un objectif qui renvoie une partie de la lumière diffusée, réfléchie ou réfractée par le produit, sur un photodétecteur constitué d*un phototransistor et de son électro-5 nique de polarisation, ce photodétecteur mesure l’intensité d’une partie de la lumière réfléchie par le produit. Les mouvements transversaux d'amplitude supérieure à quelques dizaines de microns, modifient l’éclairement du produit par le laser, donc l'intensité reçue par le photodétecteur ; ce dernier fournit un signal d'in-10 tensité modulée à la fréquence f ou fjj, la distribution d'inten sité transversale, dans une section de faisceau laser a une allure gaussienne ; lorsque le produit se déplace dans une section, son , éclairement varie et l'intensité reçue par le phototransistor reflète les mouvements du produit. On insistera sur le fait que la 15 fréquence du détecteur optique est identique à celle de l'excitateur.

La visée du laser doit fitre ajustée de façon que les mouvements transversaux du fil balayent un flanc de la distribution gaussienne.

Il est possible d'augmenter lÛtSément de la distribution par adjonction d'une lentille cylindrique entre le laser et le produit ; cet ac- 20 cassoire peut Être utile pour maintenir le produit dans le faisceau • lorsque celui-ci flotte transversalement du fait par exemple d’un mauvais réglage de tension, d'un défaut mécanique dans le chemin suivi par le produit, d’une soufflerie sous la filière lors de la fabrication d'un fil par exemple ou d'une mauvaise stabilité d'en-25 roulements sur rouleaux ou sur bobines. La distance entre le système optique et le produit varie de préférence entre 5 centimètres et 50 centimètres. Sur la figure 3 ci-jointe, on distingue le produit 2, le laser 6, la lentille amovible 7, l'objectif 8 constitué en général par une lentille convergente, le phototransistor 9.

30 Sur la figure 4 ci-jointe, on a représenté la distribu tion gaussienne de l'intensité transversale I dans une section du faisceau laser, à une distance R du centre 0.

4 6

Sur la figure 5 ci-jointe, on a représenté divers types ^ de conditions de visée du laser, on distingue par 0 le centre du I faisceau, P la position moyenne du fil dans le faisceau, A est j l'amplitude de vibration du produit ; c'est ainsi que 5a représente j 5 la condition optimale de visée, 5b une condition correcte, 5c et 5d des conditions mauvaises.

Le système électronique d'asservissement liant les deux systèmes précédents est composé d'un certain nombre de moyens, le | principe de l'asservissement électronique du dispositif étant re- 10 présenté sur la figure 6 ci-jointe.

L’excitateur, tel que haut-parleur 1, est alimenté à travers un.étage de gain 10 et un amplificateur de puissance 11 • par un générateur basse fréquence 12. Le signal issu du système de détection 13 est traité par un ensemble de deux filtres ajus-15 14, passe haut et passe bas, destinés à sélectionner la . —_ gamme de fréquence dans laquelle se trouve la résonance cherchée •-p" ou son harmonique. Le signal filtre et le signal adressés .. à l'excitateur 1 sont comparés dans un détecteur de phase 15 qui pilote le générateur 12 par une tension de coranande. La boucle 20 ainsi constituée s'accroche automatiquement sur la fréquence qui réalise l'accord de phase entre et S^. Cette fréquence est la résonance recherchée. Pour obtenir une mesure de cette fréquence, le signal de sortie des filtres 14 est mis en forme carrée 16 et envoyé à un instrument de comptage d'impulsion 17 qui permet 25 la lecture par l'affichage et/ou l'enregistrement de la mesure de la fréquence, la tension étant ensuite déduite à l'aide de la formule précédente, soit manuellement, soit par un organe de calcul approprié branché en ligne. On peut ainsi par exemple utiliser un fréquencemètre, un périodemètre ou un ordinateur 30 capable de remplir la même fonction. Le plus souvent, il suffit d'ajuster manuellement le gain 10 à une valeur fixe assurant une R * · ·

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\ //. / b 7 i l bonne qualité du signal. Toutefois, lorsque le signal du système de détection, varie beaucoup en amplitude, il est possible de piloter l'étage de gain 10 de façon à maintenir constant le niveau du signal S . Pour faciliter les réglages de la visée optique du \ i 5 laser, ajustement des filtres 14 et du gain 10, l'étage filtre peut être muni de deux sorties de contrôle (signal avant et après filtration) pour visualisation sur oscilloscope.

Avec le dispositif, il est aussi possible d'effectuer la mesure du titre d'un produit filamentaire tel que fil textile ;

10 en effet, lorsqu'une portion de fil est tendue sous une force F

en grammes, la mesure de la tension t g/tex permet de connaître F(g) son titre par la relation : T #, > » -6- fc(g/tex)

On a pu ainsi constater qu'il était possible de mesurer .. la tension en ligne de ces produits grâce à deux principaux avan- 15.-· otages : une détection optique à distance utilisant un laser, ce .‘ évite de perturber l'écoulement d'air, par exemple autour d'un brin ou d'un fil, un asservissement sensible à là phase (détecteur de phase) qui permet d'atteindre une précision satisfaisante dans toutes les zones du chemin parcouru par le produit.

20 Ainsi qu'il a été indiqué, le dispositif est utilisable pour la mesure de la tension lors de la fabrication ou des opérations de transformation des produits quelle que soit la vitesse de ces derniers.

Les exemples suivants illustrent la présente demande 25 sans la limiter.

Exemple 1 -

On désire mesurer la tension d'un monobrin lors de sa fabrication entre la filière et le rouleau d'appel : conditions de filage : 30 - fil en polyhexaméthylène adipamide - titre au brin sur le rouleau d'appel 1 dtex (fil terminé 44/13) • a· Λ Λ /" ί n a δ ι ί ι - vitesse du rouleau : 1 030 m/min i | - distance filière-rouleau : 2,00 mètres !Ü'

Jg conditions de mesure : - laser Hélium/Néon de 2 mW muni d'une lentille cylindrique de

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gjjj 5 distance focale : 80 ma, distance optique-fil : 30 cm IS - haut-parleur de diamètre de membrane : 20 cm, sans convergent, 19 ' monté dans un volet de protection, distance haut-parleur/fil réglable H de 2 à 10 centimètres.

La tension mesurée est de 2,4 g/tex -0,1 g/tex. Cette H 10 mesure de tension, bien qu'effectuée dans des conditions difficiles, ^B compte tenu des remous sous la filière, permet neanmoins, grâce au ^B suivi de sa valeur, de relever d'éventuelles variations de tempé- 9 rature ou de comportement rhéologique du polymère, ^B Exemple 2 - S 15 Cet exemple concerne la mesure de la tension entre le 9 rouleau d'appel précédent et le rouleau ensimeur.

^B conditions de filage : |9 - fil en polytéréphtalate d'éthylène glycol de titre au brin : ^B 4 dtex/brin ^B 20 - distance entre rouleaux d'appel et contact sur rouleaux ensîmeurs : ^B 0,50 m, le rouleau ensimeur étant situé entre le rouleau d’appel ^B et les rouleaux étireurs et dépose un film d'ensimage sur le fil ^B - vitesse du rouleau d'appel : 600 m/min BB - vitesse des rouleaux étireurs : 2 500 m/min 9 25 conditions de mesure : ^B - laser Hélium/Néon de 2 nW sans lentille cylindrique placé à ^B 30 cm du fil ^B - haut-parleur de diamètre : 20 cm, sans convergent placé à une 9 distance du brin mesuré de 1 à 5 centimètres.

^B 30 Le fil réalisé est un 140 dtex/30 brins.

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Les tensions mesurées à - 2 î sont de : 16,25 g/tex pour un taux d'étirage de 4,6 6,75 g/tex pour un taux d’étirage de 4,9.

Exemple 3 - 5 Concerne la mesure d’un fil en polytéréphtalate d'éthylène glycol de 280 dtex/60 brins entre les rouleaux délivreurs et une buse d'entrelacement.

- vitesse rouleaux délivreurs : 3 000 m/min I conditions de mesure : I 10 laser Hélium/Néon de 2 nii sans lentille cylindrique placé à I 30 cm du fil I - haut “parleur de diamètre 20 cm, sans convergent situé à une I distance du fil de 1 à 5 cm.

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1 La tension mesurée a été de 0,80 g/tex - 2 2 pour une 15 ’ vitesse de renvidage du fil entrelacé de 2 900 m/min.

a Exemple 4 - I* Afin de pouvoir caractériser le comportement dynamo“ I métrique d'un fil en polytéréphtalate d'éthylène glycol, on inter- I _ cale dans la ligne de fabrication une paire de rouleaux ou duo I 20 surétireur après les rouleaux étireurs. La vitesse du duo peut I varier linéairement dans le temps et donc communiquer au fil un I . allongement supplémentaire progressif. En enregistrant au cours B de l'accélération du duo, l'évolution de la tension, on obtient B une courbe dynamométrique en ligne. Cette courbe représentée I 25 par la figure 7 ci-jointe a été obtenue en utilisant le vibreur I électrodynamique, le signal étant mesuré sur un ordinateur de I marque SEMS utilisé pour la surveillance de la position, le doigt I de céramique est situé à la sortie des rouleaux étireurs pour 9 localiser exactement le noeud supérieur de la corde vibrante.

30 Les conditions de réalisation sont les suivantes ; H débit filière : 40 g/minute pour un fil de 140 dtex/30 brins, H vitesse rouleaux étireurs : 3 000 m/min, vitesse du duo sur- 11¾¾ ♦ · · P? /' / i-ίΛ ; 1 10 * ; j i ! étireur de 3 000 m/min à 3 150 m/min, longueur de la corde vi- | braute entre le doigt céramique et le vibreur électrodynamique : j 0,34 m, acquisition sur ordinateur : 1 point de la figure 7 cor respond à un comptage sur 10 périodes, cadence ι 1 point/seconde.

? Exemple 5 -

Cn mesure la tension d'ur. fil d'acier laitonné de 0,385 g/màtre en amont d'un bobinoir renvidant le fil à une vitesse de 9C m/min.

Avec le dispositif de la demande, la mesure est de 1,8 kilo.

10 S: or. contrôle avec un tensiomètre à contact type RCTSCHILD, la tension mesurée est de 1,9 kilo, ce qui donne une mesure comparable. Néanmoins avec le tensiomètre à contact, la mesure n'est pas stable du fait du frottement sur le moyen de mesure et des différences ainsi ninimês soient-elles, de diamètre du fil d'acier laitonné.

115 Exemple 6 -

. On réalise la mesure de la tension d'un toron de A

filaments d'acier laitonné en amont d'un bobinoir renvidant le toron à une vitesse de 90 m/min. La tension mesurée est de 7 kilos avec le dispositif de la demande et de 8 kilos avec le

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tensiomètre à contact type ROTSCHILD.

A 320 m/min de vitesse de renvidage, la tension est de 12.5 kilos mesurée avec le dispositif de la demande et de 12 kilos avec l'autre dispositif h contact avec les inconvénients du contact déjè cités.

25 Exemple ? -

On mesure sur un câblé retordu de 17 g/mètre la tension à 90 m/min de vitesse de renvidage. Avec le dispositif de la demande la mesure est de 10 kilos, elle est stable, alors qu'avec le tensiomètre à contact, la mesure n'est pas fiable du fait de la 30 torsion et varie entre 9 et 11 kilos, ce qui montre bien l'avantage d'utiliser le tensiomètre sans contact de la demande.

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Claims (1)

11 1/- Procédé pour la mesure en continu de la tension d’un i j produit en mouvement, sans contact du produit avec le dispositif J ! utilisé pour la mesure, le produit en mouvement sur une longueur .I , 5 déterminée de son chemin entre deux points fixes étant soumis à des vibrations transversales, caractérisé en ce que ces dernières sont détectées à distance par un système optique qui transmet à un I système électronique asservissent le moyen émettant les vibrations et celui de détection à distance desdites vibrations, aboutissant * 10 à un appareil de mesure. 2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit est un produit filiforme. 3/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système optique, de détection des vibrations comporte un 15 laser. .....1 '. 4/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur optique fournit un signal oscillant à la même fréquence que le signal d’excitation alimentant le moyen fournissant les vibrations transversales. 20 5/ - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un système excitateur de vibrations, un système de détection à distance desdites vibrations, un système électronique d’asservissement liant les deux systèmes précédents et un moyen de mesure caractérisé en ce que le système de détec-25 tion à distance desdites vibrations est un système optique, 6/ - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système optique comporte un laser. 7/ - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il est aussi utilisé pour la mesure du titre des fils 30 textiles. r, · . 2} , Dessins :.......O....... pisncnes ____i.£*...paces dont.....A.....page de carde ...UC p?-oc= de cescrlpt'ton s- - .....Λ. ce: es de revcr.oic-.i.on