Brevet FR2685687A1 — publié le 19930702

La présente invention concerne un dispositif et une méthode permettant de dérouler un fil par l'intérieur d'une bobine en corrigeant la torsion induite naturellement dans le fil lors d'un processus de déroulement ou de débobinage, les deux termes étant employés indifféremment dans la suite du texte. L'invention est particulièrement bien adaptée pour des bobines de fils à filaments parallèles non retordus. Dans l'industrie des matériaux composites, les bobines de filaments de renforcement utilisées se présentent généralement sous deux formes : les bobines à débobinage intérieur dont le centre est libre et les bobines à débobinage extérieur dont le centre est constitué par un tube cartonné sur lequel est bobiné un fil constitué d'un nombre plus ou moins important de filaments. Au cours de la fabrication de matériaux composites de hautes performances on utilise principalement les bobines à déroulement extérieur, plus particulièrement lorsque le procédé utilisé est le procédé dit d'enroulement filamentaire. Ces bobines présentent cependant l'inconvénient d'être plus coûteuses et de poser des problèmes de formation de couronne au cours du débobinage qui peut conduire à une rupture du fil. Les bobines à déroulement par l'intérieur ne présentent pas cet inconvénient. On observe cependant la formation d'une torsion, de plus en plus importante, au fur et à mesure que le fil se déroule. Cette torsion s'accumule entre le point de déroulement, endroit où le fil se sépare de la bobine, et un point d'utilisation, entraînant une diminution des propriétés mécaniques des composites dans lesquels les fils sont inclus. Ainsi dans le cas d'une bobine à déroulement intérieur posée verticalement sur un support fixe, lors de I'opération de déroulement dans laquelle le fil passe par un anneau guide-fil placé près de l'axe de la bobine et au-dessus de celle-ci, l'accumulation de torsion va se propager du point de déroulement en passant par l'anneau guide-fil jusqu'au point d'utilisation. Le but de la présente invention est de proposer une méthode et un dispositif permettant de remédier à ces inconvénients, plus particulièrement d'éliminer la torsion induite dans un fil lorsqu'il est déroulé de l'intérieur d'une bobine, et d'éviter ainsi une perte de ses propriétés mécaniques et physiques. La méthode pour corriger une torsion induite dans un fil F lors du déroulement (ou débobinage), par l'intérieur d'une bobine, selon l'invention, est caractérisée en ce que l'on maintient le fil dans une position sensiblement fixe dans l'espace en combinant le déroulement du fil avec une rotation de la bobine autour de son axe. Le fil peut être maintenu dans une position sensiblement fixe dans l'espace en régulant la vitesse de rotation de la bobine autour de son axe en fonction des déplacements du fil. Grâce à cette méthode, la valeur de la torsion induite dans le fil est corrigée rapidement, de façon presque instantanée par variation de la vitesse de rotation de la bobine. La méthode peut comporter, par exemple, une mesure indicative de la torsion induite dans le fil par son déroulement et une correction de ladite torsion par une rotation appropriée de la bobine. La mesure indicative de la torsion dans le fil peut être une mesure de déplacement du fil par rapport à une position de référence. Suivant un mode de mise en oeuvre, la méthode peut comporter les étapes suivantes - on associe à la bobine des moyens d'entraînement (2-8) adaptés à la faire tourner autour de son axe dans un sens inverse du sens de déroulement du fil hors de la bobine, - on repère une position dans l'espace du fil en cours de déroulement, - on détermine le déplacement du fil par une mesure de l'écart entre la position repérée et une position de référence, - on calcule la valeur de la correction à apporter à la vitesse de rotation de la bobine pour annuler sensiblement ledit écart et on applique aux moyens d'entraînement des signaux de commande tenant compte de ladite correction. On utilise, par exemple, des moyens optiques pour détecter le déplacement du fil. On peut aussi utiliser des moyens mécaniques incluant des jauges de contrainte pour détecter le déplacement du fil. On peut encore utiliser des moyens mécaniques incluant un organe de détection d'angle. On améliore la précision de la mesure en associant l'organe de détection d'angle aux jauges de contrainte. La présente invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode. Conformément à l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens pour extraire un fil enroulé sur une bobine en le déroulant depuis l'intérieur de celle-ci par une traction exercée sur le fil, - des moyens d'entraînement de la bobine en rotation autour de son axe suivant un sens de rotation opposé au sens de déroulement du fil hors de la bobine, - des moyens de détection positionnés par rapport au fil extrait de l'intérieur de la bobine de façon à détecter les mouvements du fil par rapport à une position de référence déterminée et délivrant des signaux de mesure, - des moyens de traitement pour déterminer à partir desdits signaux de mesure la variation de vitesse de rotation à appliquer à la bobine pour maintenir le fil dans ladite position de référence et pour appliquer auxdits moyens d'entraînement des signaux de commande régulés. Les moyens de détection peuvent être constitués par un ensemble de détection optique comportant en combinaison une source lumineuse, et un moyen de détection. Les moyens de détection peuvent être constitués par un ensemble de détection optique comportant une source lumineuse, un miroir et un moyen de détection. L'ensemble de détection optique comporte au moins un élément mobile asservi à la position de l'image du fil, ledit élément mobile étant associé à un moyen de mesure de déplacement. Le moyen pour détecter la position du fil par rapport à sa position de référence peut aussi être constitué d'un capteur mécanique associé, par exemple, à au moins un moyen de mesure tel que des jauges de contrainte. Le capteur mécanique peut être associé à au moins un moyen de mesure constitué d'un organe de mesure d'angle. Le capteur mécanique peut comporter l'association de l'organe de mesure d'angle et des jauges de contrainte Les moyens de traitement comportent par exemple un dispositif électronique, tel qu'une carte électronique d'asservissement, un micro-ordinateur pourvu d'une carte électronique ou un automate programmable. Les moyens d'entraînement de la bobine peuvent comporter un moteur électrique à vitesse ajustable. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention où les moyens de détection de position sont composés d'un organe optique, - la figure 2 montre une autre variante du dispositif pour lequel l'organe optique comporte un miroir libre en rotation autour de son axe, - la figure 3 montre une partie de l'organe optique dans lequel les cellules photoélectriques sont mobiles, - la figure 4 présente un autre mode de réalisation du dispositif dans lequel on utilise un capteur mécanique pour détecter la position du fil, - la figure 5 montre un dispositif de mesure d'angle pouvant éventuellement être associé au capteur mécanique, et - la figure 6 montre l'agencement d'un mode de commande unique pour plusieurs bobines. Le principe de base de la méthode selon l'invention consiste à maintenir dans une position sensiblement fixe dans l'espace un fil, en train d'être déroulé par l'intérieur d'une bobine lorsque l'on exerce une faible traction sur l'extrémité du fil, en faisant tourner la bobine autour de son axe et en régulant la vitesse de rotation en fonction des déplacements du fil par rapport à une position de référence. On a remarqué qu'il suffisait de faire tourner la bobine dans le sens inverse du sens de déroulement de façon à maintenir le trajet du fil dans une position sensiblement constante dans l'espace, le trajet moyen étant maintenu entre deux plans fixes rapprochés, pour éviter l'accumulation de torsion entre le point de débobinage du fil sur la bobine et le point où l'on exerce sur le fil une traction de dévidage. Le repérage de la position du fil dans l'espace peut être effectué de différentes façons selon qu'il est susceptible ou non de réfléchir la lumière. Quand le fil est en aramide ou en fibre de verre ou en un matériau tel qu'il puisse jouer le rôle de source lumineuse secondaire, on peut effectuer un suivi de l'image du fil dans l'espace. Quand le fil est quelconque, on effectue non plus un suivi de l'image du fil mais un suivi de son ombre, comme il est bien connu de tout spécialiste dans ce domaine. Le dispositif de mise en oeuvre de la méthode comporte par exemple (Fig.l), une bobine 1 positionnée sur un plateau support 2 pourvu d'une gorge circulaire 2A. Le fil F est déroulé de l'intérieur de la bobine par une traction exercée sur lui. I1 passe dans un anneau guide-fil 3 situé de préférence sensiblement dans l'axe de la bobine et au-dessus de celle-ci. Le plateau support 2 est monté sur un socle fixe 4 par l'intermédiaire par exemple de rouleaux coniques 5 et comporte un axe 6 orienté verticalement, disposé dans un palier de support 7 du socle 4. Le plateau 2 est entraîné en rotation par des moyens d'entraînement comportant un moteur 8 entraînant une poulie 9 et une courroie 10 passant sur la poulie 9 et dans la gorge 2A du plateau. Le mode de réalisation ci-après convient pour des fils réfléchissant suffisamment la lumière. On utilise de préférence un système de détection optique des déplacements du fil. Dans le cas où le fil dévidé réfléchit suffisamment la lumière, le système de détection comporte une source de rayonnement telle qu'une source lumineuse S pour éclairer le fil, un miroir concave M recevant de la lumière qui émane du fil et la concentrant sur des moyens de détection optiques D constitués par exemple par une barrette de cellules photo-électriques Ci. En fonction de sa distance focale f, on positionne de préférence le miroir M de façon que XI *X2 = f2, relation où X1 et X2 représentent les distances entre le foyer du miroir d'une part et respectivement le fil et les moyens de détection d'autre part. On positionne la barrette D de façon que l'image du fil dans la position de référence où il s'agit de le maintenir, se forme de préférence en son centre. Tout déplacement transversal du fil par rapport à la position de référence consécutif à la traction de dévidage que l'on exerce sur lui, se traduit par un déplacement concomittant de son image sur l'ensemble des cellules et donc une variation des différents signaux produits respectivement par elles. Les différentes cellules Ci de la barrette D sont connectées à un ensemble 1 1 de traitement de signal. Cet ensemble peut être par exemple, une carte électronique d'asservissement adjointe à un micro-ordinateur équipé d'une telle carte ou encore un automate programmable. Tout déplacement du fil de part et d'autre de sa position de référence entraîne un déplacement de l'image du fil et un changement d'éclairement des cellules Ci d'un côté de la position centrale de la barrette D ou du côté opposé. L'ensemble 1 1 est adapté, en fonction des variations des différents signaux reçus des cellules, sous l'effet du déplacement du fil, à engendrer un signal de commande propre à faire varier la vitesse de rotation du moteur 8 d'entraînement du plateau 2 dans un sens tel que l'image du fil soit ramenée vers le centre de la barrette de cellules Ci. La torsion appliquée au fil du fait de son déplacement est ainsi sensiblement annulée. Suivant le mode de réalisation de la Fig.2, on réalise indirectement la régulation de la vitesse d'entraînement du plateau en l'asservissant à ltangle de pivotement d'un miroir concave M monté pivotant sur un axe 12. Un moyen d'entraînement 13 du type moteur pas-à-pas par exemple, permet de commander la rotation précise du miroir autour de son axe. Un moyen de mesure 14 tel qu'un potentiomètre, est associé à l'axe 12 pour mesurer son angle de rotation. Les signaux délivrés par les différentes cellules Ci et celui issu du potentiomètre 14 sont appliqués à l'ensemble de traitement 11. On procède de la manière suivante, l'image du fil dans sa position de référence se formant sur une cellule centrale de la barrette D, l'ensemble de traitement 11 détermine par analyse des variations des signaux délivrés par les différentes cellules, dans quel sens il faut faire tourner le miroir M pour ramener l'image du fil vers la cellule centrale et il actionne le moteur pasà-pas 13 pour le faire tourner dans le sens indiqué. La valeur de l'angle de rotation du miroir propre à ramener l'image face à la cellule centrale est alors utilisée par l'ensemble de traitement 11 pour corriger les signaux de commande transmis au moteur 8 d'entraînement du plateau de la bobine. L'opération de correction dure tant que le miroir M n'est pas revenu jusqu'à sa position neutre. Ce mode opératoire est avantageux en raison de la faible inertie du miroir et il convient bien pour des moyens de détection simples tels que les cellules photo-électriques. Dans la pratique, l'angle de rotation du miroir reste relativement faible, de l'ordre de quelques degrés seulement. Ceci permet de limiter les dimensions du miroir. I1 faut qu'il soit assez grand afin que les cellules reçoivent une intensité lumineuse suffisante pour détecter les mouvements du fil mais pas trop pour éviter de les saturer. Suivant un autre mode de réalisation, on remplace les cellules photo-électriques Ci par une barrette de capteurs du type CCD comportant par exemple 256 capteurs élémentaires espacés de quelques dizièmes de millimètres. Dans ce cas, l'ensemble de traitement est adapté à analyser la variation le long de la barrette D de l'intensité lumineuse reçue, pour produire les signaux correcteurs selon les modes de réalisation des Fig.l ou 2. Un tel ensemble sensible à capteurs CCD permet de suivre plus finement les déplacements de l'image du fil et d'ajuster aussi plus finement la vitesse de rotation du plateau. Cette meilleure précision du contrôle de vitesse est particulièrement utile au démarrage des opérations de dévidage et permet une mise en rotation très progressive du plateau 2. Suivant un autre mode de réalisation (Fig.3), le miroir M est fixe et l'ensemble de détection D est mobile. On réalise un tel ensemble par exemple, en montant les différentes cellules Ci sur une courroie 15 passant autour de deux poulies 16, 17 à faible inertie. L'axe 18 de la poulie 16, par exemple, peut être entraîné en rotation par un moteur 19. Suivant les signaux appliqués au moteur 19, la courroie 15 et le détecteur optique D associé, peuvent tourner dans un sens ou dans le sens opposé. Un potentiomètre 20 analogue à celui de la Fig.2, est intercalé sur l'axe 18 pour mesurer son angle de rotation. L'ensemble de traitement 1 1 reçoit les signaux délivrés par les différents capteurs Ci ainsi que le signal issu du potentiomètre qui mesure l'angle de rotation de l'axe 18. En réponse, il applique au moteur 19 un signal de commande approprié obtenu de la façon suivante: le fil s'étant écarté de sa position de référence, l'image du fil se forme sur une cellule Ci décalée latéralement par rapport à une cellule centrale. L'ensemble de traitement 1 1 recevant ce signal, commande la rotation du moteur 19 dans un sens tel que la cellule centrale se trouve ramenée en face de l'image du fil. La variation angulaire qui permet ce recentrage, détectée par le potentiomètre 18, est appliquée à l'ensemble de traitement 1 1 qui calcule la correction à appliquer de même à la vitesse du moteur 8 pour ramener le fil vers sa position de référence. Suivant le mode de réalisation de la Fig.4, on utilise un capteur mécanique de détection des déplacements du fil F comportant un support fixe 21 et deux branches flexibles 22, 23 écartées latéralement l'une par rapport à l'autre, avec une ouverture angulaire déterminée. On fait passer le fil F entre les deux branches 22, 23 du capteur. Des jauges de contraintes 24 sont fixées à chaque branche pour détecter les pressions que le fil exerce sur l'une ou l'autre des deux branches quand il s'écarte de sa position de référence Les jauges 24 sont incluses dans un pont de jauges 25 qui délivre un signal indicatif à l'ensemble de traitement 11. En fonction de ce signal, l'ensemble 11 fait varier la vitesse de rotation du plateau 2 pour ramener le fil au centre de la fourche entre les branches 22, 23 et ainsi corriger la torsion induite. Un capteur d'angIe peut être adjoint à ce dispositif pour augmenter sa précision. Un tel capteur mécanique de détection à fourche peut être utilisé seul ou en combinaison avec l'un des dispositifs de détection optiques précédents. Durant les phases transitoires, au démarrage des opérations par exemple, il peut arriver que le fil soit débobiné d'un tour complet sans que le capteur mécanique précédent ne le détecte du fait qu'il ne quitte pas la zone d'intervention délimitée par les branches de la fourche. Le mode de réalisation de la Fig.5 permet de détecter ces torsions transitoires et de les corriger. A cet effet, un disque 26 pourvu de perforations ou fentes 27 régulièrement espacées sur son pourtour, est fixé au support 21 et celui-ci est monté pivotant sur l'axe 28 de la bobine 1. Un détecteur angulaire optique 29 est fixé à l'axe 28 de la bobine. I1 comporte une source de lumière 30 et une cellule photo-électrique 31 disposées de part et d'autre du disque 26 de façon que la lumière émise par l'une atteigne l'autre en traversant les orifices ou fentes 27. Les signaux émis par la cellule 31 à chaque passage d'une ouverture 27, sont transmises à l'ensemble de traitement 11. Le fil F passe entre les branches 22 et 23 du capteur mécanique et peut l'entraîner dans sa rotation quand il est dévidé de la bobine 1. Par comptage du nombre d'impulsions lumineuses ayant atteint la cellule 31, l'ensemble de traitement 1 1 détermine la valeur de l'angle de pivotement du support 21 et donc du fil qui l'a fait tourner, et en conséquence il applique au moteur 8 (Fig.1) la correction de vitesse propre à ramener le capteur mécanique dans sa position initiale. Des jauges de contrainte analogues aux jauges 24 précédentes, peuvent être fixées à chaque branche du capteur de façon à obtenir une mesure plus fine. Dans ce cas, le signal délivré par le pont de jauges dans lequel sont incluses les jauges de contrainte est envoyé en même temps que les signaux émis par la cellule 31 à chaque passage d'une ouverture 27 à l'ensemble de traitement 11. La méthode qui a été décrite s'applique aussi pour un dispositif (Fig. 6) comportant n bobines B l,...Bn, disposées, par exemple, chacune sur un plateau tournant motorisé. On mesure le déplacement de chacun des fils à l'aide de capteurs optomécaniques Cl,...Cn, analogues à celui décrit précédemment en référence à la figure 5, chacun comportant un support à fourche 21, des jauges de contrainte 24 et un dispositif optique pour la mesure de l'angle de rotation du capteur mécanique. Les signaux délivrés par chaque capteur représentatifs de la déformation des branches 22, 23 et de l'angle de rotation du disque 26, sont envoyés dans un dispositif de traitement du signal 1 1 analogue à l'ensemble précédent, qui délivre respectivement aux moteurs des plateaux tournants des signaux de commande corrigés permettant de maintenir ou de ramener chacun des fils dans une position sensiblement fixe dans l'espace et ainsi de corriger leurs torsions éventuelles. Dans un tel système multi-bobines, on peut utiliser, bien entendu, les dispositifs optiques de détection tels que ceux des Fig.2-4 pour corriger les torsions induites dans les différents fils par leurs dévidages simultanés. Les bobines dans les différents modes de réalisation qui ont été décrits, sont posées verticalement sur des plateaux horizontaux. On ne sortira pas du cadre de la présente invention cependant si l'on positionne ladite bobine sur un support externe avec un axe horizontal ou incliné, comme par exemple en la posant sur une génératrice sur un support plan ou sur deux rouleaux. Les signaux de commande délivrés par l'ensemble de traitement 1 1 permettant de faire varier la vitesse de rotation de la bobine, sont adaptés au type du moteur d'entraînement employé. I1 peut s'agir de signaux électriques d'amplitude ou de fréquence variables. Quand on utilise un moteur électrique synchrone à fréquence variable une variation de la fréquence du courant délivré par l'ensemble 8 permet selon les cas d'accélérer ou de freiner la vitesse de rotation des bobines. Dans les modes de réalisation qui ont été décrits, la source S est une source lumineuse. On ne sortirait pas du cadre de l'invention, bien entendu, en remplaçant la source lumineuse par toute autre source de rayonnement et en choisissant les moyens appropriés de détection des déplacements du fil. Bien entendu diverses modifications et/ou adjonctions peuvent être apportées à la méthode et au dispositif dont la description vient d'être donnée à titre illustratif et nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Méthode pour corriger une torsion induite dans un fil (F) lors du déroulement par l'intérieur d'une bobine (1), caractérisée en ce que l'on maintient le fil dans une position sensiblement fixe dans l'espace en combinant le déroulement du fil par l'intérieur avec une rotation de la bobine autour de son axe. 2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fil est maintenu dans une position sensiblement fixe dans l'espace en régulant en fonction des déplacements du fil la vitesse de rotation de la bobine autour de son axe. 3) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que on effectue une mesure indicative de la torsion induite dans le fil par son déroulement et une correction de ladite torsion par une rotation appropriée de la bobine. 4) Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la mesure indicative de la torsion dans le fil est une mesure de déplacement du fil par rapport à une position de référence. 5) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes - on associe à la bobine des moyens d'entraînement (2-8) adaptés à la faire tourner autour de son axe dans un sens inverse du sens de déroulement du fil hors de la bobine, - on repère une position dans l'espace du fil en cours de déroulement, - on détermine le déplacement du fil par une mesure de l'écart entre la position repérée et une position de référence, - on calcule la valeur de la correction à apporter à la vitesse de rotation de la bobine pour annuler sensiblement ledit écart et on applique aux moyens d'entraînement des signaux de commande tenant compte de ladite correction. 6) Méthode selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'on utilise des moyens optiques (M, D) pour détecter le déplacement du fil. 7) Méthode selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise des moyens mécaniques (21-23) incluant des jauges de contrainte (24) pour détecter le déplacement du fil. 8) Méthode selon l'une des revendications 5 ou 7, caractérisée en ce que l'on détecte le déplacement du fil à l'aide de moyens mécaniques incluant un organe (27-29) de détection d'angle. 9) Dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens pour extraire un fil (F) enroulé sur une bobine (1) en le déroulant depuis l'intérieur de celle-ci par une traction exercée sur le fil, - des moyens d'entraînement (8, 9, 10) de la bobine en rotation autour de son axe suivant un sens de rotation opposé au sens de déroulement du fil hors de la bobine, - des moyens de détection positionnés par rapport au fil extrait de l'intérieur de la bobine de façon à détecter les mouvements du fil par rapport à une position de référence déterminée et délivrant des signaux de mesure, - des moyens de traitement (11) pour déterminer à partir desdits signaux de mesure, la variation de vitesse de rotation à appliquer à la bobine (1) pour maintenir le fil dans ladite position de référence et pour appliquer auxdits moyens d'entraînement (8, 9, 10) des signaux de commande régulés. 10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection sont constitués d'un ensemble de détection optique comprenant en combinaison une source lumineuse et un moyen de détection. 11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'ensemble de détection optique comporte en combinaison une source lumineuse (S), un miroir (M) et au moins un moyen de détection (D). 12) Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que l'ensemble de détection optique comporte au moins un élément mobile asservi à la position de l'image du fil, ledit élément mobile étant associé à un moyen de mesure de déplacement. 13) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour détecter les déplacements du fil par rapport à sa position de référence comprennent un capteur mécanique (21, 22, 23), ledit capteur étant alors associé à au moins un moyen de mesure tel que des jauges de contrainte (24). 14) Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 13, caractérisé en ce que les moyens pour détecter les déplacements du fil par rapport à sa position de référence comprennent un capteur mécanique (21-23), ledit capteur étant alors associé à au moins un moyen de mesure constitué d'un organe de mesure d'angle(29). 15) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de traitement (11) comportent un dispositif électronique, tel qu'une carte électronique d'asservissement ou un micro-ordinateur pourvu d'une carte électronique ou d'un automate programmable. 16) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement de la bobine (1) comportent un moteur électrique (8) à vitesse ajustable.