Brevet FR2533314A1 — publié le 19840323

La présente demande a pour objet un procédé et disposi- tif pour la mesure sans contact de la tension de produits fili- formes et surfaces en mouvement. Par produits filiformes, on entend tout fil textile, plastique, métallique, optique, les fils textiles se présentent sous forme de fil continu, multifilhimentaire 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, tricotée ou non tissée, surface de filim 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 irrégularités de tension entraînent par exemple des irrégularités d'orientation provoquant des différences d'affinité tinctoriale, des zones de faiblesses entraînant la casse de brins, des irré- gularités d'aspect sur articles terminés utilisant ces fils. Lors de la transformation des fils, soit en tissage, soit en 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 mézme des nappes de fils, par exemple lors de l'ourdissage. En ce qui concerne les fils mftalliques, les régularités de tension, lors du tréfilage, du toronnage, sont primordiales. Il en est de mêre lors de la fabrication des films plastiques par exemple lors de leur étirage et de leur mise sur roulcaux. De même, la régularité de tension de produits filiformes que l'on gaine ou enduit. Dans la suite de la description et par simplification, l'expression produits filiformes et surfaces sera signée par le 253331 4 ou les produits. La présente dumande a pour objet du proposer un procédé simple et un dispositif permettant de suivre en continu la tension des diverses portions d'un chemin suivi par un produit en mouvement. La présente demande a pour objet un procédé pour la mesure optique en continu de la tension d'un produit en mouvement, caractérisé en ce que la mesure s'effectue sans contact du produit avec le dispositif utilisé pour la mesure et en ce que le produit en mouvement, sur une longueur déterminée de son chemin, entre deux points fixes, est soumis à des vibrations transversales dé- tectées à distance par un système optique qui transmet à un sys- tème électronique asservissant le moyen émettant les vibrations et celui de détection à distance desdites vibrations, aboutissant à un moyen de mesure. Les deux-points fixes du chemin parcouru par le produit en mouvement sont déterminés par des éléments du moyen de fabri- cation ou de transformation dudit produit. Par sans contact, on entend l'absence totale de contact ou un léger contact à très faible frottement n'ayant pas d'inci- dence sur la qualité du produit. -La présente demande a pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte: un système excitateur de vibrations, un système de détection à distance desdites vibrations, un système électronique d'asservissement liant les deux systèmes précédents, un moyen de mesure. Le principe de la mesure repose sur la loi des cordes vibrantes: la fréquence fondamentale f de vibration transversale o d'une portion de longueur L de produit comprise par exemple entre deux guides ou deux rouleaux ou guide et rouleau, etc, est -33314 liée à la tension t (force par unité de surface) par la relation f (Hz) = 5 ; l'observation optique de cette fré- O L (ta) t(g/tex) quence permet donc une détermination simple de la tension On peut prévoir aussi les harmoniques de la fondamentale quand cette der- 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 A, = N f La mesure peut être effectuée dans l'air ou en milieu immergé. 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 centimètres, il est possible de concentrer la puissance par adjonction d'un convergent acoustique; on peut aussi utiliser un vibreur électrodynamique 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- 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 électro- dynamique a l'avange de ne jamais produire de déphasage, par 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 phénomène parasite peut être supprimé par ajustement des filtres électroniques. 253331 4 En règle générale, on peut considérer que lorsque l'on désire mesurer des tensions qui sont en majorité inférieures à une limite supérieure fonction de la nature du produit et de son titre (produits filiformes), et qui se situe pour les fils textiles 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 supérieures à la limite telle qu'indiquée précédemment, il apparatt 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 t 20 % autour de la moyenne, le déphasage i est à peu près constant On introduit alors dans la boucle d'asser- vissement un déphasage opposé qui rétablit le fonctionnement normal de 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 1 un réglage supplémentaire, ce qui est intéres- sant puisque ainsi qu'écrit précédemment, le haut-parleur n'a aucun 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 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 mou- vement, entre les deux points'3 et 4. Le système de détection à distance des vibrations est de préférence un système optique comportant un laser de faible 253331 4 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- nique de polarisation, ce photodétecteur mesure l'intensité d'une partie de la lumière réfléchie par le produit Les mouvements trans- versaux 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- tensité modulée à la fréquence f ou 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 La visée du laser doit être ajustée de façon que les mouvements transversaux du fil balayent un flanc de la distribution gaussienne Il est possible d'augmenter l'étalement de la distribution par adjonction d'une lentille cy- lindrique entre le laser et le produit; cet accessoire peut être utile pour maintenir le produit dans le faisceau lorsque celui-ci flotte transversalement du fait par exemple d 'un mauvais règlage 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'enroulements sur rouleaux ou sur bobines La distance entre le système optique et le produit varie de préférence entre 5,centimètres et 50 cen- timètres 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. Sur la figure 4 ci-jointe, on a représeité la distribu- tion gaussienne de l'intensité transversale I dans une section du faisceau laser, à une distance R du centre-0 - 2532331 4 Sur la figure 5 ci-jointe, on a représenté divers types de conditions de visée du laser, on distingue par O le centre du faisceau, P la position moyenne du fil dans le faisceau, A est l'amplitude de vibration du produit; c'est ainsi que 5 a représente la condition optimale de visée, 5 b une condition correcte, 5 c et d 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- 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 Il par un générateur basse fréquence 12 Le signal issu du système de détection 13 est traité par un ensemble de deux filtres ajus- tables 14, passe haut et passe bas, destinés à sélectionner la gamme de fréquence dans laquelle se trouve la résonance cherchée ou son harmonique Le signal filtre 51 et le signal 52 adressés à l'excitateur 1 sont comparés dans un détecteur de phase 15 qui pilote le générateur 12 par une tension de commande La boucle ainsi constituée s'accroche automatiquement sur la fréquence qui réalise l'accord de phase entre S et 52 Cette fréquence est la résonance recherchée Pour obtenir une mesure de cette fréquen- ce, le signal de sortie des filtres 14 est mis en forme carrée 16 et envoyé à un instrument de comptage d'irmpulsion 17 qui permet la lecture par l'affichage et/ou l'énregistrement 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 fréquenceratre, un périodemttre ou un ordinateur capable de remplir la r me fonction Le plus souvent, il suffit d'aiuster manuelle:_ent le gain 10 à une valeur fixe assurant une bonne qualité du signal Toutefois, lorsque le signal du système de détection varie beaucoup en amplitude, il est possible de pi- loter l'étage de gain 10 de façon à maintenir constant le niveau du signal 51 Pour faciliter les réglages de la visée optique du laser, ajustement des filtres 14 et du gain 10, l'étage filtre peut être muni de deux sorties de contr 8 le (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; 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(g/tex) (g/te) t(g Itex) On a pu ainsi constater qu'il était possible de mesurer la tension en ligne de ces produits grâce à deux principaux avan- tages: une détection optique à distance utilisant un laser, ce qui évite de perturber l'écoulement d'air, par exemple autour d'un brin ou d'un fil, un asservissement sensible à la phase (détecteur de phase) qui permet d'atteindre une précision satis- faisante dans toutes les zones du chemin parcouru par le produit. Ainsi qu'il a été indiqué, le dispositif est utilisable pour la mesure de la tension lors de la fabrication ou des opéra- tions de transformation -des produits quelle que soit la vitesse de ces derniers. Les exemples suivants illustrent la présente demande 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: fil en polyhexaméthylène adipamide titre au brin sur le rouleau d'appel 1 dtex (fil terminé 44/13) vitesse du rouleau: 1 030 m/min distance filièrerouleau: 2,00 mètres conditions de mesure: laser Hélium/Néon de'2 m W muni d'une lentille cylindrique de distance focale: 80 nmm, distance optique-fil: 30 cm haut-parleur de diamètre de membrane: 20 cm, sans convergent, monté dans un volet de protection, distance haut-parleur/fil réglable de 2 à 10 centimètres. La tension mesurée est de 2,4 g/tex 0,1 g/tex Cette mesure de tension, bien qu'effectuée dans des conditions difficiles, compte tenu des remous sous la filière, permet neanmoins, grâce au suivi de sa valeur, de relever d'éventuelles variations de tempé- rature ou de comportement rhéologique du polymère. Exemple 2 - Cet exemple concerne la mesure de la tension entre le rouleau d'appel précédent et le rouleau ensimeur. conditions de filage: fil en polytéréphtalate d'éthylène glycol de titre au brin: 4 dtex/brin distance entre rouleaux d'appel et contact sur rouleaux ensimeurs: 0,50 m, le rouleau ensimeur étant situé entre le rouleau d'appel et les' rouleaux étireurs et dépose un film d'ensimage sur le fil vitesse du rouleau d'appel: 600 m/min vitesse des rouleaux étireurs: 2 500 m/min conditions de mesure: laser Hélium/Néon de 2 n W sans lentille cylindrique placé à cm du fil haut-parleur de diamètre: 20 cm, sans convergent placé à une distance du brin mesuré de 1 à 5 centinmtres. Le fil réalisé est un 140 dtex/30 brins. - Les tensions mesurées à 2 % sont de: 6,25 g/tex pour un taux d'étirage de 4,6 6,75 g/tex pour un taux d'étirage de 4,9. Exemple 3 - 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 conditions de mesure: laser Hélium/Néon de 2 m W sans lentille cylindrique placé à cm du fil hautparleur de diamètre 20 cm, sans convergent situé à une distance du fil de 1 à 5 cm. La tension mesurée a été de 0,80 g/tex + 2 % 7 pour une vitesse de renvidage du fil entrelacé de 2 900 m/min. Exemple 4 - Afin de pouvoir caractériser le comportement dynamo- métrique d'un fil en polytéréphtalate d'éthylène glycol, on inter- cale dans la ligne de fabrication une paire de rouleaux ou duo surétireur après les rouleaux étireurs La vitesse du duo peut varier linéairement dans le temps et donc communiquer au fil un allongement supplémentaire progressif En enregistrant au cours de l'accélération du duo, l'évolution de la tension, on obtient une courbe dynamométrique en ligne Cette courbe représentée par la figure 7 ci-jointe a été obtenue en utilisant le vibreur électrodynamique, le signal étant mesuré sur un ordinateur de marque SEMS utilisé pour la surveillance de la position, le doigt de céramique est situé à la sortie des rouleaux étireurs pour localiser exactement le noeud supérieur de la corde vibrante. Les conditions de réalisation sont les suivantes: débit filière: 40 g/minute pour un fil de 140 dtex/30 brins, vitesse rouleaux étireurs: 3 000 m/min, vitesse du duo sur- j 33314 étireur de 3 000 mn/r-in à 3 150 m/min> longueur de la corde vi- brante entre le doigt céramique et le vibreur électrodynamique 0,34 m, Acquisition sur ordinateur:1 point de la figure 7 cor- respond à un co:,zl-ta Ze sur 10 périodes, ciadence 1 point/seconde. 253331 4 il R E V E N D I C A T I O N S 1/ Procédé pour la mesure optique en continu de la tension d'un produit en mouvement, caractérisé en ce que la mesure s'effectue sans contact du produit avec le dispositif utilisé pour la mesure et en ce que le produit en mouvement sur une longueur déterminée de son chemin entre deux points fixes est soumis à des vibrations transversales 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 appareil de mesure. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deuts points fixes du chemin parcouru par le produit en mouvement sont déterminés par des éléments du moyen de fabri- cation ou de traiisformation du produit. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit est un produit filiforme - 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit est une surface. / Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système optique de détection des vibrations comporte un laser. 6/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporté un système excitateur de vibrations un système de détection à distance desdites vibrations un système électronique d'asservissement liant les deux systèmes précédents un moyen de mesure. 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système excitateur de vibrations comporte un haut- parleur. 8/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le aystême excitateur de vibrations comporte un vibreur électrodynarique. 9/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système de détection à distance desdites vibrations est un système optique. / Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le système optique comporte un laser. 11/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est aussi utilisé pour la mesure du titre des fils textiles.