Brevet FR2304952A1 — publié le 19761015

La présente invention se rapporte à un procédé pour la régulation de l'épaisseur d'une feuille plastique extrudée,ainsi qu'à un dispositif destiné à la lise en oeuvre de ce procédé. S'il existe actuellement, sur le marché, des appareils prévus pour le contrôle en continu de l'épaisseur d'une feuille plastique en cours de fabrication (système mécanique, source capteurs inductif s,..),il est encore pratiquement impossible de trouver un système d'asservissement de la machine de fabrication par extrusion, pouvant lui faire suite et donnant satisfaction. La présente invention s'est ,en conséquence, donné pour but de pallier ce manque de matériel,afin d'améliorer la fabrication des feuilles plastiques,tant du point de vue de l'uniformité d'épaisseur que du point de rue du gain de matière première.Elle a donc pour objet essentiel d'uniformiser l'épaisseur d'une feuile plastique en cours de fabrication et d'atteindre une tolérance de quelques microns. A cet effet, le procédé de régulation de l'épaisseur d'une feuille plastique extrudée selon l'invention consiste, partant d'un signal analogique d'erreur délivré par un capteur inductif de mesure d'épaisseur, à comparer ce signal à deux valeurs représentant respectivement un seuil haut et un seuil bas,de manière à déterminer le sens algébrique de ce signal d'erreur lorsqu'il se situe en-dehors de la fourchette de tolérance limitée par ces deux seuils, à convertir simultanément ce signal d'erreur en une succession d'impulsions dont la durée est une fonction croissante de la valeur absolue du signal, et à actionner un moteur auxiliaire modifiant la vitesse du moto-réducteur de l'extrudeuse,dans un sens dépendant du sens algébrique du signal d'erreur et pendant des temps correspondant aux durées des impulsions précitées. Le signal d'erreur analogique disponible à la sortie de l'appareil de mesure qui est d'un type connu permet ainsi l'asservissement en vitesse d'une extrudeuse de feuille plastique,étant entendu que l'extrudeuse produit une bande plus épaisse lorsque sa vitesse est plus élevée et une bande moins épaisse lorsque sa vitesse est plus faible, pour une vitesse de traction de la feuille supposée constante. Le moto-réducteur de l'extrudeuse est commandé par un moteur auxiliaire qui, tournant dans un sens et pendant des durées fonctions du signal d'erreur, permet de déterminer la valeur optimale de la vitesse de l'extrudeuse. Suivant une forme de mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, des signaux dits d'autorisation sont délivrés à intervalles de temps réguliers, chaque signal d'autorisation commandant l'apparition d'une impulsion dont la durée est une fonction croissante de la valeur absolue du signal d'erreur. L'asservissement présente donc les particularités suivantes: - La mesure du signal d'erreur et la correction de vitesse qui en résulte ne s'effectuent qu'à des instants bien déterminés,de manière à limiter l'emballement de l'asservissement. - Les seuils haut et bas permettent de déterminer une fourchette de tolérance à l'intérieur de laquelle l'asservissement est au repos. L'invention vise également un dispositif spécialement destiné à la mise en oeuvre de ce procédé de régulation d'épaisseur. Ce dispositif comprend essentiellement, en combinaison,un double comparateur réalisant la comparaison du signal analogique d'erreur avec le seuil haut et avec le seuil bas, un double amplificateur opérationnel dont la sortie délivre un signal proportionnel à la valeur absolue du signal d'erreur,une minuterie délivrant à intervalles réguliers les signaux d'autorisation,une autre minuterie reliée à la précédente ainsi qu'à la sortie du double amplificateur et délivrant les impulsions dont la durée est une fonction croissante de la valeur absolue du signal d'erreur, une première chaîne de commande du moteur auxiliaire reliée à la seconde minuterie et à la sortie de l'un des comparateurs,destinée à commands un sens de rotation du moteur auxiliaire,enfin une deuxième chaîne de commande du moteur auxiliaire reliée à la seconde minuterie et à la sortie de l'autre comparateur,destinée à commander l'autre sens de rotation du moteur auxiliaire. Ces circuits électroniques peuvent être réalisés suivant les techniques les plus récentes et, en particulier,les chaînes de commande du moteur auxiliaire peuvent comprendre des circuits intégrés,des relais statiques, etc. Le dispositif de régulation réalisé de cette manière présente des avantages appré ciables foabilité, coût peu élevé et grande finesse d'asservissement, d'où grande précision et qualité du produit fini. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif,une forme d'exécution de ce dispositif de régulation d'épaisseur: Fig.1 est un schéma synoptique général de l'asservissement; Fig.2 est un schéma électrique détaillé des circuits de contrôle de ce dispositif; Fig.3 est un schéma électrique montrant les circuits de commande du moteur auxiliaire; Fig.4 est un diagramme illustrant le fonctionnement d'ensemble du dispositif de régulation; Fig.5, 6 et 7 représentent les courbes de transfert de certains composants des circuits de figure 2. Conte le montre la figure 1, le dispositif selon l'invention s'applique à l'asservissement en vitesse d'une extrudeuse ou n boudineuse n 1 qui comprend, de façon bien connue,une trémie d'alimentation 2, une chambre cylindrique 3, une buse 4 et une vis d'Archimède 2 logée à l'intérieur de la chambre 3 et entraînée en rotation au moyen d'un moto-réducteur électrique 6, par l'intermédiaire d'une transmission 7.A la sortie de la buse 4, la matière plastique extrudée forme d'abord un tube ou n boudin " 8 , qui est ensuite laminé entre deux cylindres 9,de manière à obtenir finalement une bande ou " feuille " 10. La chaîne de régulation associée à cette machine comprend essentiellement : un capteur de mesure d'épaisseur 11, du type inductif#,disponible dans le commerce; un appareil électronique 12 d# & plification du signal d'erreur; des circuits électroniques 13 assurant l'asservissement proprement dit et faisant plus particulièrement l'objet de la présente invention;des moyens de commande d'un moteur auxiliaire 14, respectivement 15 pour la marche avant et 16 pour la marche arrière. Ce moteur auxiliaire 14 est dans l'exemple considéré un moteur électrique triphasé permettant de décaler les balais du moto-réducteur principal 6,de manière à coninander ce dernier de la manière suivante - lorsque le moteur auxiliaire 14 tourne dans un sens,la vitesse de rotation de la vis 2 croît; - lorsque le moteur 14 tourne en sens inverse, la vitesse de 1'extrudeuse décroît. Le détail des circuits électroniques désignés dans leur ensemble par 13 est représenté à la figure 2 L'entrée du signal d'erreur analogique se fait en un point n, Ce signal est atténué par des résistances RI et R2 formant diviseur de tension, intégré par un condensateur Cet dirigé parallèlement vers deux comparateurs C1 et C2 d'une part, et vers deux amplificateurs opérationnels AI et A2 d'autre part. Plus précisément, le signal atténué et intégré désigné par S est amené à l'entrée plus 1I du comparateur C1 et à l'entrée moins du du comparateur C2. L'entrée " moins n du comparateur CI est en relation avec un potentiomètre P1,permettant de définir une première valeur de seuil positive S1 réglable de 11 extérieur de l'appareil.I'entrée n plus 1I du comparateur C2 est en relation avec un potentiomètre P2, permettant de définir une deuxième valeur de seuil négative S2 elle aussi réglable de l'extérieur de l'appareil. Le signal S est également injecté à l'entrée " moins n de l'amplificateur AI et à l'entrée " plus " de l'amplificateur A2. Le gain en tension de ce double amplificateur opérationnel est réglable extérieurement au moyen d'un potentiomètre P.Les sorties des amplificateurs A7 et A2 sont reliées entre elles et permettent d'amener directement un signal amplifié 0 à une borne de commande d'un premier circuit " minuterie " M1. Ce circuit est lui-meme contrôlé par des signaux Q en provenance d'un second circuit " minuterie n M2, monté en multivibrateur. Les signaux U1 et U2 présents en sortie des comparateurs respectifs CI et C2 sont compatibles,du point de vue niveau,avec ceux indispensables à la commande de circuits intégrés logiques TTL qui suivent Ainsi ces signaux sont amenés à une entrée de circuits triggers de Schmitt ", respectivement T1 et T2,dont les trois autres entrées, mises en parallèle, reçoivent le signal R donné par la minuterie NI. Les signaux V1 et V2 disponibles à la sortie des deux " triggers de Schmitt" sont amenés à l'entrée d'un premier inverseur,respectivement I1,I2, puis d'un second inverseur, respectivement J1, J2, qui commande directement un relais statique,respectivement 9 2 . Conte le montre la figure 3, les deux relais statiques et & 2 sont placés en parallèle sur les contacts d'alimentation des bobines de relais B1 et B2 qui commandent,l'une, la marche avant du moteur auxiliaire 14 de l'extrudeuse,l'autre,la marche arrière du même moteur.Suivant un schéma classique,les contacts commandés par les bobines B1 et B2 permettent d'inverser deux des phases X, Y, Z d'une source triphasée A, pour pouvoir faire tourner dans un sens ou dans l'autre le moteur auxiliaire alimen té par les bornes U, V, W. Le fonctionnement des circuits précédemment décrits est le suivant Le signal analogique d'erreur S est dirigé en permanence vers les comparateurs CI et C2 et vers les amplificateurs AI et A2, tandis que la minuterie M2 délivre périodiquement des signaux Q dits d'autorisation, se présentant comme des impulsions de largeur constante, régulièrement espacées dans le temps t (voir fiv.4). La sortie U1 du comparateur C1 prend une valeur positive lorsque le signal d'erreur S présent à l'une de ses entrées est positif et dépasse,en valeur absolue, la valeur de seuil réglable S1 définie par le potentiomètre P1. Inversement,la sortie U2 du comparateur C2 prend une valeur positive lorsque le signal d'erreur S présent à l'une de ses entrées est négatif et dépasse, en valeur absolue, la valeur de seuil réglable S2 définie par le potentiomètre P2.Lorsque la sortie d'un comparateur est positive, la sortie de l'autre est égale à zéro et le double comparateur CI, C2 délivre ainsi,sur l'une ou l'autre de ses sorties, un signal qui est positif lorsque le signal analogique d'erreur S dépasse le seuil haut S1 ou le seuil bas 52. Ceci est illustré à la partie supérieure de la figure 4 où les zones hachurées mettent en évidence les durées pendant lesquelles le signal S se situe hors de l'intervalle S1-S2 et provoque donc l'émission d'un signal positif à la sortie de l'un des comparateurs. En même temps que les comparateurs C1 et C2 fonctionnent comme il vient d'être décrit, la minuterie Ml,commandée par le signal 0, délivre un signal R "autorisé "par les signaux Q de la minuterie M2 et dépendant du signal d'erreur,ce signal étant formé comme suit ( voir fig.4) - I1 se présente comme une succession d'impulsions apparaissant aux mêmes instants que les signaux d'autorisation Q. - La largeur de ces impulsions est variable et est une fonction croissante du signal de commande O, lui-même proportionnel à la valeur absolue du signal d'erreur S, la courbe de transfert du double amplificateur Al, A2 possédant l'allure représentée à la figure 6. Les signaux U1 et U2 présents en sortie des comparateurs CI et C2 sont mis en forme par les " triggers de Schmitt" respectifs T1 et T2 qui jouent aussi le rôle de portes logiques : le signal positif continu et constant délivré even- tuellement par l'un des comparateurs est décomposé en une sucession d'impulsions en correspondance avec le signal R,c'est-à-dire apparaissant aux mêmes instants que les impulsions Q et possédant une largeur fonction croissante de la valeur absolue du signal d'erreur S.Les signaux V1 et V2 ainsi produits sont de signe opposé par rapport à ceux présents à la sortie des comparateurs CI et C2 Les signaux VI et V2 sont inversés par les deux inverseurs il et I2, donnant ainsi des signaux W1 et W2 non inversés par rapport à la sortie des comparateurs. Ces derniers signaux sont ensuite de nouveau inversés et amenés à un niveau de puissance suffisant par les inverseurs respectifs J1 et J2, dont les si- gnaux de sortie X1 et X2 commandent directement les relais statiques R1 et R2. De cette manière, un signal d'erreur S supérieur au seuilpo sitif S1 entraîne l'excitation du relais R1 ,qui provoque la mise en rotation du moteur auxiliaire 14 dans un sens tel qu'il fera décroître la vitesse du moto-réducteur 6 de l'extrudeuse;à l'inverse, un signal d'erreur S inférieur au seuil négatif S2 entraîne l'excitation du relais R2, qui provoque la mise en rotation du moteur auxiliaire 14 dans un sens tel qu'il fera croître la vitesse du moto-réducteur 6 de l'extrudeuse.En outre, dans l'un et l'autre cas, le moteur auxiliaire 14 est mis en rotation pendant des temps déterminés,dépendants de la valeur absolue du signal d'erreur S, de manière à obtenir une correction plus rapide des erreurs les plus grandes.Par ailleurs,lorsque le signal d'erreur S est compris entre les deux seuils haut et bas S1 et S2, l'asservissement est au repos et aucune correction n'est effectuée, le réglage des potentiomètres PI et P2 permettant ainsi de déterminer une fourchette de tolérance.Ce fonctionnement est illustré par les deux courbes inférieures de la figure 4, où la courbe Y1 représente la tension à la sortie du relais R1, et la courbe Y2, la tension à la sortie du relais R2. Pour une meilleure compréhension de l'invention, il est décrit ci-après un exemple pratique,avec valeurs numériques,en référence aux courbes des figures 5,6 et 7; On suppose au départ que le seuil haut est réglé à + 0,25 volt,que le seuil bas est réglé-à - 0,25 volt,ce qui corres pond par exemple à une tolérance d'épaisseur de i 5 CL#m ,et que le signal d'erreur S, présent au point N situé entre les résistances RI et 22 ( voir fig.2), est égal à + 1,5 volt. Ce signal d'erreur, étant supérieur au seuil haut, indique une épaisseur trop importante de la feuille plastique et le comparateur C1 délivre à sa sortie un signal positif U1 de 3,5 volts environ, d'après la courbe de transfert de ce comparateur représentée à la figure 5. Parallèlement, si le gain de tension des amplificateurs AI à2 et Â2 est ajusté#oyen du potentiomètre P, leur sortie commune passe à 3 volts ( voir la courbe de transfert de ces deux amplificateurs couplés en sortie,représentée à la figure 6.) La minuterie M1 est autorisée à fonctionner par la minuterie M2 de façon périodique,par exemple toutes les 4 secondes, cette période étant réglable extérieurement au moyen d'un poten tiomètre P3. À chaque autorisation donnée par la minuterie M2, la minuterie NI délivre un signal R positif dont la durée de vie est dépendante du signal de sortie O du double amplificateur,sui vant une fonction exponentielle représentée par la courbe de la figure 7 qui est définie par les valeurs de la résistance R3 et de la capacité CZ; un signal de commande O de 3 volts donne par exemple des impulsions de durée égale à 1 seconde. Le signal R autorise le " trigger n T1 au passage du signal Ul en provenance du comparateur C1, de sorte que le signal V1 à la sortie du n trigger n T1 est identique, en durée,au signal de sortie R de la minuterie NI. A travers les inverseurs il et J1, le relais statique g 1 sera excité pendant une seconde, alimentant le moteur auxiliaire de lanière à avoir un sens de rotation qui fait décroître la vitesse du moteur de l'extrudeuse et,par conséquent, diminuer l'épaisseur de la feuille plastique. A la suite de cette correction,le signal d'erreur S diminue et prend par exemple la valeur 0,8 volt,la réduction de vitesse de l'extrudeuse ayant entraîné une première diminution d'épaisseur de la feuille. Le signal de sortie O de l'amplificateur AI diminue dans la même proportion. En conséquence,à l'autorisation suivante donnée par la minuterie M2, 4 secondes après la précédente, le signal issu de la minuterie NI présente une durée plus courte,par exemple 0,7 seconde. Par contre, le signal de sortie U1 du comparateur C1 sera toujours de 3,5 volts (voir la courbe de transfert de la figure 5-). Les deux signaux U1 et R conjugués entraînent à nouveau l'ouverture du " trigger " TI, donc des inverseurs il et pendant 0,7 seconde. Le relais statique 1 sera donc excité pendant 0,7 seconde, entraînant,par l'intermédiaire du moteur auxiliaire, une nouvelle diminution de la vitesse du moteur de l'extrudeuse. 4 secondes plus tard, la minuterie M2 donne à nouveau l'au- torisation d'asservissement par le signal d'erreur S qui a di minué et s'élève par exemple à 0,4 volt, puisque l'asservisse ment a agi sur l'extrudeuse de manière à diminuer sa vitesse, donc l'épaisseur de la feuille plastique. La minuterie NI déli vre alors une impulsion de durée fonction du signal O égal à 0,4 volts, soit par exemple 0,3 seconde.Le moteur auxiliaire sera excité comme précédemment, pendant 0,3 seconde, et rédui ra encore la vitesse de I'extrudeuse, et ainsi de suite.... Lorsque le signal d'erreur S atteint le seuil haut S1,soit 0,25 volt, à une fraction de millivolt près,le comparateur CI ne transmet plus d'informations à sa sortie et le système d'asservissement reste bloqué, malgré la présence, à l'entrée du " trigger n TI, du signal R de durée dépendant du signal O, donc du signal d'erreur. Cette neutralisation de l'asservisse ment se prolonge aussi longtemps que le signal d'erreur S se situe entre les valeurs + 0,25 volt et - 0,25 volt correspon dant à la tolérance admise de + 5 CI m. Si le signal d'erreur S devient à un certain moment négatif et inférieur à -0,25 volt,qui est le seuil bas S2, c'est le comparateur C2 qui conduit l'asservissement. Le fonctionnement des minuteries M1 et M2 reste inchangé; par contre, c'est le relais statique * 2 qui est excité, à partir du t: trigger "T2. Ce relais commande alors, par l'intermédiaire du moteur auxiliaire qui tourne en sens inverse,une augmentation de la vitesse du moteur de ltextrudeuse,de façon à faire croître l'épaisseur de la feuille plastique. Les moyens décrits permettent donc bien l'asservissement de précision, en continu, d'une extrudeuse de feuille plastique, en vue de l'obtention d'une régulation d'épaisseur de ladite feuille. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de régulation d'épaisseur qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple;elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation comprenant des moyens équivalents permettant la mise en oeuvre du même procédé de régulation. -E-vEIi DICATIONb procédé pour la régulation de l'épaisjeur d'une feuille plastique extrudée,dans lequel un signal analogique d'erreur délivré par un capteur de mesure d'épaisseur permet de mou ver la vitesse du moto-réducteur de l'extrudeuse pour faire varier l'épaisseur de la feuille,caractérisé en ce qu'il consiste à comparer le signal d'erreur à deux valeurs représentant respects vement un seuil haut et un seuil bas, de manière à déterminer le sens algébrique de ce signal d'erreur lorsqu'il se situe en-dehors de la fourchette de tolérance limitée par ces deux seuils, à convertir simulcaxment ce signal d'erreur en une succession d'impulsions ayant chacune une durée qui est une fonction croissante de la valeur absolue du signal d'erreur,et à actionner un moteur auxiliaire modifiant la vitesse du motoréducteur de l'extrudeuse,dans un sens dépendant du sens algébrique du signal d'erreur et pendant des temps correspondant aux durées des impulsions précitées,lorsque le signal d'erreur se situe en-dehors de la fourchette de tolérance. 2.- Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que des signaux dits d'autorisation sont délivrés à intervalles de temps réguliers, chaque signal d'autorisation commandant l'apparition d'une impulsion dont la durée est une fonction croissante #de la valeur absolue du signal d'erreur. 3#- Dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement, en combinaison, un double comparateur réalisant la comparaison du signal analogique d'erreur avec le seuil haut et avec le seuil bas, un double amplificateur opérationnel dont la sortie délivre un signal proportionnel à la valeur absolue du signal d'erreur, une minuterie délivrant à intervalles réguliers les signaux d'autorisation,une minuterie reliée à la précédente ainsi qu'à la sortie du double amplificateur et délivrant les impulsions dont la durée est une fonction croissante de la valeur absolue du signal d'erreur,une première chaîne de commande du moteur auxiliaire reliée à la seconde minuterie e à la sortie de l'un des comparateurs,destinêe à commander un sens de rotation du moteur auxilialre,enfin une deuxième chaîne le commande du moteur auxiliaire reliée à la seconde minuterie et à la sortie de l'autre comparateur,destinée à commander l'autre sens de rotation du moteur auxiliaire.