Brevet FR2657959A1 — publié le 19910809

- PROCEDE ET DISPOSITIF POUR MESURER LA TORSION D'UN FIL TEXTILE La présente invention concerne un procédé pour mesurer la torsion d'un fil textile par voie optique, dans lequel on éclaire le fil au moyen d'un faisceau lumineux, pour former une tache lumineuse qui correspond à la lumière diffractée par les fibres de surface de l'âme compacte de ce fil. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé pour mesurer la torsion d'un fil textile par voie optique, comprenant des moyens pour éclairer le fil par un faisceau lumineux pour former une tache lumineuse qui correspond à la lumière diffractée par les fibres de surface de l'âme compacte de ce fil. On connaît plusieurs méthodes pour mesurer la torsion d'un fil textile qui constitue l'une des caractéristiques les plus importantes du fil En effet, la plupart des propriétés mécaniques et même l'accessibilité des réactifs notamment des colorants pendant la teinture dépendent de ce paramètre fondamental La torsion se détermine par la formule suivante: T = tgo / dû d o T représente la torsion en tours/mètre O l'angle caractéristique de l'enroulement hélicoïdal définit la torsion. L'une des méthodes connue est dite "mesure par détorsion simple". Cette méthode consiste à détordre le filé jusqu'à la torsion zéro et à relever le nombre de tours nécessaires pour obtenir cette détorsion Bien que cette mesure soit très simple, en pratique, on rencontre des difficultés dès que l'on s'éloigne des filés peignés classiques et que le filé est très irrégulier, parce qu'il est alors pratiquement impossible de le détordre régulièrement et d'obtenir la torsion zéro. En effet, dans une structure très irrégulière, tandis que certaines parties sont détordues, d'autres parties sont encore tordues et leur détorsion s'accompagne d'une rétorsion en sens inverse des parties déjà détordues. Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé de s'aider d'une aiguille et de la faire glisser entre les fibres sur la distance séparant les deux pinces du torsiomètre Ceci implique de travailler sur des éprouvettes très courtes de l'ordre de 2,5 cm à 5 cm au maximum Même dans ce cas, cette détermination est parfois très difficilement réalisable. Une autre méthode connue est appelée "mesure par détorsion-retorsion". Le principe de la mesure par détorsion-retorsion en sens inverse jusqu'à recouvrement de la longueur initiale, repose sur l'hypothèse de travail selon laquelle le racours provoqué par une torsion est indépendant du sens de la torsion Ceci ne peut être vrai que dans le cas du filé parfait, filé composé de fibres idéales n'ayant pas de "mémoire" de forme imposée par la torsion. Dans la pratique, du fait même du stockage, il y a fixation de la position des fibres dans le filé, et par conséquent on a obligatoirement une certaine mémoire de la forme. Une troisième méthode connue est appelée "mesure par détorsions-retor- sions multiples avec correction d'épreuves". La contre-épreuve a été plusieurs fois suggérée comme moyen pour tendre vers une estimation correcte de la torsion La détermination par contreépreuve consiste à faire une détorsion et une retorsion suivies d'une nouvelle détorsion et rétorsion dans le sens original jusqu'à recouvrement de la longueur initiale Cette mesure suppose à nouveau une compensation du comportement par détorsion-retorsion dans les deux sens de la torsion. La mesure de détorsion-retorsion avec quadruple contre-épreuve est une mesure de détermination de la torsion qui nécessite quatre mesures successives effectuées à l'aide d'un même compteur décompteur Dans un -3premier temps, l'éprouvette est détordue puis retordue de façon continue jusqu'à lui faire reprendre sa longueur initiale On détord le nombre de tours nécessaire pour annuler la torsion, puis on retord du même nombre de tours nécessaire à la rétorsion en sens inverse augmenté d'un certain nombre de tours en raison de la symétrie non parfaite des opérations de détorsion-retorsion, notamment de la fixation plus ou moins importante de la torsion sur le fil au moment de la mesure. Une autre méthode, par voie optique, dite de microscopie, consiste à mesurer l'angle d'inclinaison des spires de fibres par rapport à l'axe du filé et à calculer la torsion T (tours/m) en connaissant le diamètre du filé d (m). Ceci suppose donc un filé réalisé par couches concentriques de fibres successives et disposées régulièrement ainsi qu'un diamètre du filé rigoureusement défini dans une enveloppe parfaitement cylindrique, ce qui n'est jamais le cas De plus, la variation relativement importante de la section apparente du fil implique un grand nombre de mesures. La méthode de PARAMONOV fournit une technique rapide de détermina- tion de l'angle de torsion fondé sur une méthode optique qui utilise la dispersion aux petits angles des rayons laser par les fibres Pour observer le phénomène, un faisceau laser étroit est orienté perpendiculairement au filé Les rayons diffractés par le filé sont recueillis par un dispositif placé derrière le fil Les angles compris entre la ligne centrale et chaque branche correspondant respectivement à la composante due à la torsion des fibres situées sur le bord supérieur du filé et à celle due à la torsion des fibres situées sur le bord inférieur du filé, sont égaux aux angles d'inclinaison des fibres superficielles par rapport à l'axe de part et d'autre du filé. Cette mesure rapide pour la détermination ponctuelle de la situation des fibres à un niveau donné du filé ne permet d'obtenir qu'une valeur approximative de la torsion superficielle, même si les déterminations sont répétées Cette mesure ne donne des résultats acceptables qu'avec des filés peignés classiques fabriqués avec grand soin En réalité, il y a 4 - une erreur de principe En effet, la dispersion est le fruit des fibres marginales de la structure pileuse de l'âme compacte et non des fibres superficielles de l'âme compacte, de sorte que les résultats obtenus sont en général entachés d'erreurs. Parmi les méthodes connues, il existe deux catégories d'approche pour la mesure de la torsion: sans déformation du filé, on mesure l'angle d'inclinaison à l'aide d'un appareil optique, en faisant subir au filé soit une détorsion, soit un ensemble de détorsion (s) rétorsion (s) suivant des conditions données: ce sont les méthodes mécaniques classiques. Aucune de ces méthodes connue n'est réellement satisfaisante La présente invention se propose de résoudre le problème de la mesure de la torsion d'une manière satisfaisante et rapide. Dans ce but, le procédé selon l'invention défini en préambule est caractérisé en ce que l'on examine cette tache lumineuse pour en analyser la répartition énergétique en en ce que l'on définit l'angle de torsion en déterminant la direction du maximum d'énergie dans la tache. Selon une forme de réalisation préférée on éclaire le fil au moyen d'un faisceau monochromatique de lumière cohérente sensiblement perpen- diculaire à la direction principale du fil. Pour déterminer la direction du maximum d'énergie dans la tache on détermine de préférence la dimension maximale de cette tache, l'angle de torsion étant complémentaire à l'angle que fait la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale avec la direction principale du fil. Pour rechercher la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale on peut utiliser au moins une fente tournante. Selon une autre forme de réalisation, on peut rechercher la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale au moyen d'une matrice de détecteurs. Selon une variante, on peut rechercher la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale au moyen d'une barrette linéaire de détecteurs et d'un faisceau de fibres optiques dont une extrémité comporte une disposition des fibres en couronne et l'autre extrémité une disposition linéaire des fibres. Selon une autre variante, on peut rechercher la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale au moyen d'un codeur d'angle. Dans ce but également, le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour analyser la répartition énergétique de cette tache lumineuse et pour définir l'angle de torsion par détermination de la direction du maximum d'énergie dans ladite tache. Selon un mode de réalisation préféré il comporte des moyens pour rechercher la dimension maximale de cette tache. Les moyens pour rechercher la dimension maximale de la tache lumineuse comprennent un analyseur rotatif comportant au moins une fente tournante. Selon une variante, les moyens pour rechercher la dimension maximale de la tache lumineuse comprennent une matrice de détecteurs. Selon une autre forme de réalisation, les moyens pour rechercher la dimension maximale de la tache lumineuse comprennent une barrette linéaire de détecteurs et un faisceau de fibres optiques dont une extrémité comporte une répartition des fibres en couronne et l'autre extrémité une disposition linéaire des fibres. 6- Selon une autre variante, les moyens pour rechercher la dimension maximale de la tache lumineuse comprennent un codeur d'angle comportant au moins une série de détecteurs discrets disposés sur une ligne circulaire et un circuit électronique pour détecter les détecteurs fournissant le signal maximal. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'une forme de réalisation préférée et au dessin annexé dans lequel: La figure 1 illustre la forme et la disposition d'une tache de diffraction dont l'analyse permet de déduire la torsion du fil, et la figure 2 illustre un dispositif pour permettre la mesure de la torsion d'un fil textile par le procédé de l'invention. Dans le cadre de ce procédé on part de l'hypothèse suivante le fil a une structure relativement simple, à savoir la structure idéalisée du modèle traditionnel qui a des enroulements hélicoïdaux de fibres en couches superposées, de telle sorte que la torsion est définie par l'angle caractéristique de l'enroulement hélicoïdal La mesure proprement dite est basée sur les théories de la diffraction et de la réflexion On éclaire le fil au moyen d'un faisceau lumineux qui est par exemple un faisceau de lumière cohérente et monochromatique, ce faisceau étant sensible- ment parallèle et étroit Lorsqu'il atteint les fibres de surface de l'âme compacte du fil, celles-ci diffractent la lumière incidente sur les fibres voisines, ce qui engendre une tache lumineuse sur le fil L'analyse de la répartition énergétique de cette tache lumineuse permet de déterminer la torsion du fil, la direction principale de cette tache qui a une forme oblongue ou dans certains cas sensiblement elliptique étant celle qui est perpendiculaire aux fibres. Comme le montre la figure 1, un fil 10 est éclairé par un faisceau de lumière cohérente Il Les fibres de surface de ce fil diffractent la lumière pour former une tache lumineuse 12 qui peut être reprise et projetée sur un écran pour constituer une image 13 qui présente une forme oblongue, voire elliptique L'axe principal 14 de la tache 13 est -7perpendiculaire à la direction 15 des fils L'angle de torsion est l'angle que fait la direction 15 avec l'axe du fil, c'est-à-dire l'angle complé- mentaire de celui que fait l'axe principal 14 de la tache lumineuse avec l'axe du fil La recherche de l'axe principal de la tache, qui se fait par une analyse de la distribution énergétique dans la tache, permet de déterminer l'angle de torsiono( La figure 2 illustre une forme de réalisation de l'appareil qui permet d'effectuer la mesure de l'angle de torsion Il comporte une source laser 20 qui émet le faisceau 11 sur le fil 12, à travers une optique comportant par exemple trois lentilles LI, L 2 et L 3 Un miro ir sèmi-transparent 21 renvoie le faisceau 11 a réf léchi par le fil 12 sur un deuxième miroir semi-transparent 22 qui le divise en un faisceau Ilb et un faisceau lic Le faisceau llb est filtré par un filtre 23 et transmis à travers une optique 24 sur un capteur 25 dit capteur de macro-structure Le faisceau I lc est filtré par un filtre 26 et transmis à un dispositif destiné à rechercher la dimension maximale de la tache lumineuse, qui est par exemple un analyseur rotatif 27 comportant au moins une fente tournante Un capteur 28 dit capteur de micro-structure capte les signaux transmis par l'analyseur rotatif 27. Cet analyseur rotatif peut être remplacé par tout autre dispositif de détection approprié, par exemple une matrice de détecteurs, une barrette linéaire de détecteurs combinée avec un faisceau de fibres optiques dont une extrémité présente une répartition des fibres en couronne et l'autre extrémité une disposition linéaire des fibres Une autre forme de réalisation peut prévoir un codeur d'angle comportant au moins une série de détecteurs discrets disposés sur une ligne circulaire et un circuit électronique pour détecter les détecteurs fournissant le signal maximal. On notera que le filtre 23 arrête la lumière diffusée par les fibres de surface c'est-à-dire reprend l'image de l'impact du faisceau incident sur l'âme compacte du fil, tandis que le filtre 26 arrête le fond continu, c'est-à-dire la lumière réfléchie directement par l'âme compacte du fil pour reprendre la trace laissée par la diffraction des fibres de l'âme compacte en interaction avec le faisceau incident. -8- De ce fait, la torsion peut être déterminée pour les fils à fibres torsadées tels que représentés par la figure 1 au moyen du capteur dit de micro-structure La torsion des fils dits retors qui comportent des brins entrecroisés, peut être déterminée par le capteur dit de macro-structure. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus mais peut subir différentes modifications évidentes pour l'homme de l'art. -9- Revendications 1 Procédé pour mesurer la torsion d'un fil textile par voie optique, dans lequel on éclaire le fil au moyen d'un faisceau lumineux, pour former une tache lumineuse qui correspond à la lumière diffractée par les fibres de surface de l'âme compacte de ce fil, caractérisé en ce que l'on examine cette tache lumineuse pour en analyser la répartition énergétique et en ce que l'on définit l'angle de torsion en déterminant la direction du maximum d'énergie dans la tache. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on éclaire le fil au moyen d'un faisceau monochromatique de lumière cohérente, sensiblement perpendiculaire à la direction principale du fil. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine la direction du maximum d'énergie dans la tache en déterminant la dimension maximale de cette tache, l'angle de torsion étant complémen- taire à l'angle que fait la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale avec la direction principale du fil. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on recherche la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale au moyen d'au moins une fente tournante. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on recherche la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale au moyen d'une matrice de détecteurs. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on recherche la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale au moyen d'une barrette linéaire de détecteurs et d'un faisceau de fibres optiques dont une extrémité comporte une disposition des fibres en couronne et l'autre extrémité une disposition linéaire des fibres. - 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on recherche la direction dans laquelle la dimension de la tache est maximale au moyen d'un codeur d'angle. 8 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, pour mesurer la torsion d'un fil textile par voie optique, comprenant des moyens pour éclairer le fil ( 10) par un faisceau lumineux ( 11) pour former une tache lumineuse ( 12) qui correspond à la lumière diffractée par les fibres de surface de l'âme compacte de ce fil, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour analyser la répartition énergétique de cette tache lumineuse et pour définir l'angle de torsion ( ( 12). 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour rechercher la dimension maximale de cette tache. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour rechercher la dimension maximale de la tache lumineuse comprennent un analyseur rotatif ( 27) comportant au moins une fente tournante. I l Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour rechercher la dimension maximale de la tache lumineuse comprennent une matrice de détecteurs. 12 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour rechercher la dimension maximale de la tache lumineuse comprennent une barrette linéaire de détecteurs et un faisceau de fibres optiques dont une extrémité comporte une répartition des fibres en couronne et l'autre extrémité une disposition linéaire des fibres. 13 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour rechercher la dimension maximale de la tache lumineuse comprennent un codeur d'angle comportant au moins une série de détecteurs discrets disposés sur une ligne circulaire et un circuit électronique pour détecter les détecteurs fournissant le signal maximal.