Brevet FR2643719A1 — publié le 19900831

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE LA VITESSE ET DE LA TENSION D'UN FIL EN DEFTT-RMRNT CONTINU La présente invention concerne le défilement continu de fil, par exemple de fils textiles sur des machines de filature. Elle concerne un procédé perfectionné et le dispositif associé, permettant de mesurer à la fois la vitesse instantanée de défilement et la tension mécanique exercée sur le fil, et permettant également de détecter la présence ou l'absence de fil. Il existe bon nombre de capteurs de tension de fil en défilement continu. Généralement leur principe de fonctionnement repose sur la mise en oeuvre d'une jauge de contrainte placée sur un parcours prédéterminé du fil sous forme d'un embarrage. Toute variation de la tension du fil se traduit par une variation de la force appliquée sur la jauge. Ce type de capteur est spécifique à la mesure de la tension du fil, en particulier il ne peut pas fournir d'indication quant à la vitesse de défilement du fil ou quant à la longueur de fil ayant défilé. C'est l'objet de l'invention que de proposer un procédé perfectionné permettant de mesurer différents paramètres liés au défilement continu d'un fil, dont en particulier la vitesse de défilement et la tension mécanique. Selon l'invention , le procédé consiste a. à créer périodiquement sur le fil en défilement une impulsion vibrationnelle dont la vitesse de propagation sur le fil est supérieure à la vitesse maximale de défilement du fil, b. à mesurer les temps de propagation de ladite impulsion sur le fil respectivement t1 pour le temps de propagation pour un parcours déterminé en amont du point de création de l'impulsion et t2 pour le temps de propagation pour un parcours déterminé en aval du point de création de l'impulsion, c. et à déterminer au moins un paramètre relatif au fil en défilement à partir des deux temps de propagation (t1 . t2) obtenus. Dans le présent texte, on entend par impulsion une onde vibrationnelle non périodique. De préférence , les distances parcourues par l'impulsion sur le fil et correspondant à la mesure de tl et t2 étant égales à D, on calcule la vitesse de défilement du fil, à partir des deux temps de propagation tl et t2 de l'impulsion sur le fil. La vitesse de défilement V est égale à Selon une variante du procédé précité, on calcule la longueur du fil ayant défilé en intégrant les valeurs de la vitesse V pendant tout le temps de défilement. De préférence, les distances parcourues par l'impulsion sur le fil et correspondant à la mesure de tl et t2 étant égales à D, on calcule la tension mécanique du fil- à partir des valeurs précitées tl et t2. Cette tension est égale à avec m étant la masse du fil par unité de longueur. On détecte l'absence de fil sur le parcours délimité par les trois points lorsque les temps de propagation tl et t2 tendent vers l'infini. Selon une première variante du procédé de l'invention, a. on crée sur le fil en défilement en une première zone déterminée au moins une impulsion vibrationnelle, b. on mesure le temps de propagation t1 de ladite impulsion sur le fil entre la première zone et une deuxième zone située en amont de la première zone, c. on crée ensuite sur le fil en défilement dans la seconde zone déterminée au moins une impulsion vibrationnelle, d. on mesure le temps de propagation t2 de ladite impulsion sur le fil entre la seconde et la première zones, e. et on répète périodiquement la succession des quatre étapes précédentes. Selon une seconde variante, la création de l'impulsion et la mesure des temps de propagation consistent a. à créer sur le fil une impulsion vibrationnelle dans une zone dite de création, b. à mesurer le temps de propagation t1 de ladite impulsion sur le fil selon un parcours entre la zone de création de l'impulsion et une première zone de réflexion de l'impulsion en amont de la zone de création de l'impulsion aller dans le sens contraire au défilement du fil et retour dans-le sens du défilement du fil, c. à créer sur le fil une impulsion vibrationnelle dans la même zone de création, d. à mesurer le temps de propagation t2 de ladite impulsion sur le fil selon un parcours entre la zone de création de l'impulsion et une seconde zone de réflexion de l'impulsion en aval de la zone de création de l'impulsion aller dans le sens du défilement du fil et retour dans le sens contraire au défilement du fil, e. et à répéter périodiquement la succession des quatre étapes précédentes. Ainsi dans cette seconde variante, les impulsions vibrationnelles sont créées périodiquement à partir de la même zone dite de création , et c'est aussi dans cette zone qu'est effectuée la mesure des temps de propagation des impulsions se propageant depuis la zone de création vers l'une des zones de réflexion où elles se réfléchissent et se propageant de nouveau vers la zone de création.La réflexion de l'impulsion est due à la présence dans ladite zone , par exemple d'un élément de pincement du fil qui bloque la propagation de l'impulsion, c'est-à-dire qui empoche l'impulsion de se propager au-delà de l'élément de pincement, en conséquence de quoi l'impulsion vibrationnelle remonte le long du fil vers la zone de création. C'est un autre objet de l'invention que de protéger un dispositif spécialement conçu pour la mise en oeuvre du procédé précité. Ce dispositif comprend a. des moyens de positionnement délimitant un parcours rectiligne du fil b. et placés sur ce parcours et en contact avec le fil deux moyens aptes à être lTun et l'autre et alternativement excitateur, générant- périodiquement au moins une impulsion vibrationnelle, et détecteur de vibration, c. des moyens de mesure des temps de propagation d'une impulsion émise par un moyen et détectée par l'autre moyen, respectivement t1 lorsque l'impulsion se propage sur le fil dans le sens contraire au défilement du fil et t2 lorsque l'impulsion se propage dans le sens de défilement du fil, d. et des moyens de calcul déterminant au moins un paramètre lié au défilement du fil à partir des temps (t1 , t2) de propagation mesurés. De préférence chacun des deux moyens consiste en une céramique piézo-électrique, fonctionnant comme un excitateur lorsqu'on le soumet à une tension électrique et fonctionnant comme un détecteur lorsqu'on le soumet à une vibration mécanique. Selon une autre version, chacun des deux moyens consiste en un ensemble constitué d'une part d'un excitateur et d'autre part d'un détecteur juxtaposés sur une zone réduite en contact avec le fil. La partie excitation de chacun des deux moyens est reliée à un générateur d'impulsion associé à une horloge , les moyens de mesure du temps de propagation comprennent deux compteurs connectés respectivement à la partie détection de chacun des deux moyens de telle sorte que le commencement de l'incrémentation d'un compteur est commandé par l'horloge lorsqu'une impulsion est envoyée par la partie excitation d'un moyen et l'arrêt de l'incrémentation dudit compteur est commandé par la partie détection de l'autre moyen lorsque celui-ci détecte le passage de cette impulsion sur le fil .Un seul compteur peut être utilisé en combinaison avec un inverseur, connecté alternativement à la partie détection de l'un et l'autre moyens. De préférence les moyens de calcul consistent dans des moyens électroniques de traitement algébrique programmés pour réaliser le calcul suivant moyennant quoi les moyens de calcul calculent la vitesse de défilement du fil. Les moyens de calcul calculent aussi la longueur de fil ayant défilé depuis la première impulsion , lorsque les moyens de calcul sont aptes à réaliser l'intégration de la vitesse V pendant tout le temps écoulé depuis la première impulsion. De préférence les moyens de calcul consistent dans des moyens électroniques de traitement algébrique , programmés pour réaliser le calcul suivant dans lequel m est la masse du fil par unité de longueur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront plus clairement à la lecture de la description qui va être faite d'un exemple de réalisation du dispositif de mesure de la vitesse et de la tension d'un fil en défilement continu, illustré par le dessin annexé, dans lequel la figure unique est une représentation schématique du dispositif. Le fil 1 est un fil textile , par exemple produit sur une machine de filature et se déplaçant de façon continue. Il a sur au moins une partie de son déplacement sur cette machine un parcours rectiligne délimité par deux guide-fil 2 et 3. Deux céramiques piézo-électriques 4 et 5 sont positionnées sur un support non représenté de telle sorte que leur face extérieure soit en contact avec le fil 1 lors de son défilement. Les deux céramiques 4 et 5 sont connectées alternativement par l'intermédiaire de l'inverseur Il à un générateur d'impulsion 7, lui-même relié à une horloge 8. Chaque céramique 4,5, à chaque impulsion émise par le générateur 7, est entratné en vibration et transmet cette impulsion vibrationnelle le long du fil 1. Chaque céramique a aussi une fonction de détection, en ce qu'elle réagit-à toute impulsion vibrationnelle venant en contact avec sa surface extérieure. Chacune des deux céramiques 4,5 est connectée alternativement par l'intermédiaire de l'inverseur 12 à un comparateur 9,luimeme relié à un compteur 10.Le comparateur 9 a pour fonction de comparer l'impulsion vibrationnelle détectée par la céramique 4 ou 5, par rapport à un seuil prédéterminé qui correspond aux vibrations naturelles du fil lors de son défilement en contact avec la face extérieure de la céramique 4 ou 5 et en absence de toute autre impulsion Le compteur 10 compte des unités de temps selon une incrémentation qui est commandée par l'horloge 8. Le compteur 10 est connecté à un circuit électronique 6 de calcul algébrique composé de microprocesseurs . Ce circuit 6 commande aussi le générateur d'impulsion 7 et les deux inverseurs 11 et 12. Le fonctionnement du dispositif est le suivant . A un instant donné le circuit électronique 6 commande au générateur 7 et à l'inverseur 11 l'envoi d'une impulsion électrique à la céramique 4, ayant pour effet de créer une onde sur le fil 1 en contact avec la face extérieure de la céramique 4. Simultanément à l'impulsion électrique envoyée à la céramique 4, le générateur 7 a envoyé une impulsion électrique à l'horloge 8, celle-ci incrémentant le compteur 10. L'onde créée sur le fil par la céramique 4 se propage vers la céramique 5 dans le sens contraire au défilement du fil, c'est-à-dire à une vitesse globale qui correspond à sa vitesse propre C de propagation le long du fil diminuée de la vitesse V de défilement du fil 1. Cette onde est détectée par la céramique 5, ayant alors le rôle de détecteur, qui arrête l'incrémentation du compteur 10 soit t1 .Le circuit électronique 6 commande au générateur 7 et à l'inverseur 11 l'envoi d'une impulsion électrique à la céramique 5, qui a alors le rôle d'excitateur et qui crée une onde sur le fil 1 en contact avec la face extérieure de la céramique 5 Simultanément à l'impulsion envoyée à la céramique 5, le générateur 7 a envoyé une impulsion électrique à l'horloge 8, celle-ci incrémentant le compteur 10. L'onde créée sur le fil par la céramique 5 se propage dans le sens de la flèche F, correspondant au sens de défilement du fil I, c'est-à-dire à une vitesse globale qui correspond à sa vitesse propre C de propagation le long du fil additionnée de la vitesse V de défilement du fil .Cette onde est détectée par la céramique 4, qui a alors le rôle de détecteur, lors de son passage sur la face extérieure de la céramique 4 qui commande l'arrêt de l'incrémentation du capteur 10, soit t2. La distance séparant les deux céramiques 4 et 5 est égale à D. Le circuit électronique 6 effectue , à partir des valeurs t et t2 f le calcul de la vitesse V de défilement du fil, à savoir La valeur de D a été préalablement entrée dans le programme de calcul. Le circuit électronique 6 effectue , à partir des valeurs t, et t2, le calcul de la tension T du fil, à savoir dans lequel m est la masse du fil par unité de longueur dont la valeur a été préalablement entrée dans le programme de calcul. Avantageusement le microprocesseur est programmé pour intégrer les valeurs de la vitesse V du fil en défilement pendant tout le temps d'envoi des impulsions , moyennant quoi il effectue le calcul de la longueur du fil ayant défilé. Les résultats des calculs sont disponibles sous forme numérique soit sur le port parallèle du microprocesseur, soit sur le port série dans le cas de liaison du type RS232 ou bien encore sous forme analogique. Après lecture de chacun des temps t1 et t2, le circuit électronique 6 commande la remise du compteur 10 à zéro, et commande au générateur 7 l'envoi d'une nouvelle impulsion alternativement vers l'une ou l'autre des céramiques 4,5. Le dispositif de l'invention présente , par rapport aux autres capteurs de tension, l'avantage de ne pas nécessiter d'embarrage le long du parcours du fil, et donc de ne pas occasionner de frottement susceptible d'altérer le fil. Il permet aussi de détecter facilement toute casse de fil , puisque dans ce cas non seulement l'onde ne se propage plus le long du fil, mais les détecteurs ne détectent plus le bruit de fond provoqué par le défilement normal du fil en contact avec leur face extérieure.Enfin la longueur du fil ayant défilé est obtenue facilement , et de façon fiable quel que soit le degré hygrométrique de la pièce et donc la quantité d'eau absorbée par le fil, contrairement à la méthode consistant à peser la bobine avant et après enroulement du fil. On comprend que pour que le fonctionnement du dispositif soit possible il est nécessaire que la vitesse C de propagation de l'onde le long du fil soit supérieure à la vitesse V de défilement du fil ; en effet , dans le cas contraire, l'onde émise par la céramique 4 n'atteindrait jamais la céramique 5. Dans un exemple précis de réalisation , la distance D entre les deux céramiques était de 5 cm ; la fréquence de l'horloge 8 était de 20 Naz. On a mesuré des vitesses de défilement du fil I jusqu'à 20m/s. Le tableau I ci-dessous donne les valeurs obtenues pour deux fils, A ayant une masse de 7 mg/m et B ayant une masse de 20mg/m . La vitesse de propagation C était de l'ordre de 83 m/s le long du fil A et de l'ordre de 121 m/s le long du fil B. Tableau NO 1 Compteur 10 : Compteur 10 : t1 : t2 : V : T 1ère valeur : 2ème valeur : (ms) : (ms) :(m/s): (CN): .~~~~.~~~~~~~~~~ ~~~~~.~~~~ ~~~~~~~~~~~.~~ ~~. ~~~~.~~~~~.~~~~~. : A : 16.000 : 9.600 : 0,8 : 0,48 : 20,8: 4,9 : B B : 10.000 : 6.940 0,5 :0,35 : 21,4:29,5 : B : 10.000 : 6.940 : 0,5 : 0,35 : 21,4:29,5 L'invention n est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple non exhaustif , mais en couvre toutes les variantes . En particulier, dans l'exemple décrit ci-dessus, le meme élément 4,5 remplissait alternativement le rôle d'excitateur et de détecteur.Un autre mode de réalisation peut consister à remplacer la céramique piézo-électrique par la Juxtaposition , sur une même zone réduite le long du parcours du fil , d'un excitateur et d'un détecteur distincts ; dans ce cas c'est l'élément excitateur qui est connecté au générateur d'impulsion et c'est le détecteur qui est connecté au comparateur et au. compteur. Un autre mode de réalisation peut consister à placer sur le parcours du fil un excitateur unique et deux détecteurs, l'un en amont et l'autre en aval de l'excitateur. Un autre mode de réalisation peut consister à placer sur le parcours du fil deux excitateurs distincts et deux détecteurs, encadrant les deux excitateurs, l'un en amont du premier et l'autre en aval du second. Par ailleurs le dispositif pourra être avantageusement complété de moyens d'analyse des résultats permettant de détecter les anomalies de fonctionnement d'une machine par exemple des variations périodiques de la tension ou de la vitesse en cours de fonctionnement, et donc de réaliser un entretien préventif de la machine , ces anomalies pouvant être dues à une usure de certaines pièces. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'au moins un paramètre lié au défilement continu d'un fil, caractérisé en ce qu'il consiste a. à créer périodiquement sur le fil en défilement une impulsion vibrationnelle dont la vitesse de propagation sur le fil est supérieure à la vitesse maximale de défilement du fil, b. à mesurer les temps de propagation de ladite impulsion sur le fil respectivement t1 pour le temps de propagation pour un parcours déterminé en amont du point de création de L'impulsion et t2 pour le temps de propagation pour un parcours déterminé en aval du point de création de l'impulsion, c. et à déterminer au moins un paramètre relatif au fil en défilement à partir des deux temps de propagation (t1.t2) obtenus. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les parcours sur le fil correspondant à la mesure de t, et t2 étant égaux (D) on calcule la vitesse de défilement du fil, à partir de l'opération suivante 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on calcule la longueur de fil en intégrant les valeurs de la vitesse V pendant tout le temps de défilement. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les parcours sur le fil correspondant à la mesure de t1 et t2 étant égaux (D) on calcule la tension du fil à partir de l'équation suivante dans laquelle m est la masse du fil par unité de longueur. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que, pour les étapes de création de l'impulsion et de mesure des temps de propagation, a. on crée sur le fil en défilement en une première zone déterminée au moins une impulsion vibrationnelle, b. on mesure le temps de propagation t1 de ladite impulsion sur le fil entre la première zone et une deuxième zone située en amont de la première zone c. on crée ensuite sur le fil en défilement dans la seconde zone déterminée au moins une impulsion vibrationnelle, d. on mesure le temps de propagation t2 de ladite impulsion sur le fil entre la seconde et la première zones, e. et on répète périodiquement la succession des quatres étapes précédentes. 6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les étapes de création de l'impulsion et de mesure des temps de propagation consistent a. à créer sur le fil une impulsion vibrationnelle dans une zone dite de création, b. à mesurer le temps de propagation t1 de ladite impulsion sur le fil selon un parcours entre la zone de création de l'impulsion et une première zone de réflexion de l'impulsion en amont de la zone de création de l'impulsion aller dans le sens contraire au défilement du fil et retour dans le sens du défilement du fil, c. à créer sur le fil une impulsion vibrationnelle dans la même zone de création, d. à mesurer le temps de propagation t2 de ladite impulsion sur le fil selon un parcours entre la zone de création de l'impulsion et une seconde zone de réflexion de l'impulsion en aval de la zone de création de l'impulsion aller dans le sens du défilement du fil et retour dans le sens contraire au défilement du fil, e. et à répéter périodiquement la succession des quatre étapes précédentes. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre de la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend a. des moyens de positionnement (2,3) délimitant un parcours rectiligne du fil (1), b. et placés sur ce parcours et en contact avec le fil(1) deux moyens (4,5) aptes à être l'un et l'autre et alternativement excitateur, générant périodiquement au moins une impulsion vibrationnelle, et détecteur de vibration, c. des moyens de mesure du temps de propagation d'une impulsion émise par un moyen et détectée par l'autre moyen, respectivement t lorsque l'impulsion se propage sur le fil dans le sens contraire au défilement du fil et t2 lorsque l'impulsion se propage dans le sens de défilement du fil, d. et des moyens de calcul déterminant au moins un paramètre lié au défilement du fil (1) à partir des temps (t1 , t 2) de propagation mesurés. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que chacun des deux moyens (4,5) consiste en une céramique piézo-électrique , fonctionnant comme un excitateur lorsqu'on le soumet à une tension électrique et fonctionnant comme un détecteur lorsqu'on le soumet à une vibration mécanique. 9. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que chacun des deux moyens consiste en un ensemble composé d'une part d'un excitateur et d'autre part d'un détecteur juxtaposés sur une réduite en contact avec le fil. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que la partie excitation de chacun des deux moyens est reliée alternativement par l'intermédiaire d'un inverseur (11) à un générateur (7) d'impulsion associé à une horloge (8), en ce que les moyens de mesure du temps de propagation comprennent un compteur (10) connecté alternativement par l'intermédiaire d'un inverseur (12) à la partie détection de chacun des deux moyens (4,5) de telle sorte que le commencement de l'incrémentation du compteur (10) est commandé par l'horloge (8) lorsqu'une impulsion est envoyée par la partie excitation d'un moyen (4,5) et L'arrêt de Itincrémentation dudit compteur (10) est commandé par la partie détection de l'autre moyen (4,5) lorsque celui-ci détecte le passage de cette impulsion sur le fil (1). 11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10 caractérisé en ce que les moyens de calcul consistent dans des moyens électroniques (6 ) de traitement algébriques programmés pour réaliser pour chaque impulsion le calcul suivant dans lequel D est la distance entre la partie excitation d'un moyen (4) et la partie détection de l'autre moyen (5) , moyennant quoi les moyens de calcul calculent la vitesse V de défilement du fil. 12. Dispositif selon la revendication il caractérisé en ce que les moyens de calcul sont aptes à réaliser l'intégration de la vitesse V pendant tout le temps écoulé depuis la première impulsion , moyennant quoi ils calculent la longueur du fil. 13. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de calcul consistent dans des moyens électroniques (6) de traitement algébrique , programmés pour réaliser pour chaque impulsion le calcul suivant : dans lequel m est la masse du fil par unité de longueur et D est la distance entre la partie excitation d'un moyen (4) et la partie détection de l'autre moyen (5), moyennant quoi les moyens de calcul calculent la vitesse V de défilement du fil. 14. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que les moyens de calcul sont aussi programmés pour commander la remise à zéro du compteur (10 ) et l'envoi par le générateur (7) d'une impulsion dès que la lecture de chacun des temps t1 t2 est faite.