Brevet FR2746705A1 — publié le 19971003

L'invention se rapporte à un dispositif de mesure sans contact et de commande de la position d'une nappe continue en défilement dans une machine de traitement d'une telle nappe, telle qu'une machine rotative à imprimer. On connaît déjà différents dispositifs de ce type. Ainsi, par exemple, le document EP 0 184 907 décrit un système de repérage d'une bande de matière à traiter qui comporte des repères. Des emplacements individuels de la bande sont éclairés à l'aide de sources lumineuses, la lumière réfléchie est mesurée et un signal de sortie est généré en fonction de l'intensité de la lumière réfléchie. Une calculatrice recherche dans les signaux de sortie les minima des fractions lumineuses réfléchies et détermine les intervalles de temps compris entre celles-ci. I1 est possible de déduire de ces intervalles de temps les écarts de repérage dans les directions longitudinale et transversale. Le document FR 2 565 216 décrit un dispositif opto-électronique de signalisation du déplacement latéral d'un bord d'une feuille de papier. Une rangée de moyens optiques, par exemple des fibres orientées transversalement, sont montées dans un boîtier et disposées au bord d'une surface d'une bande de matière provenant d'un rouleau. La surface de la bande est subdivisée en trois rubans par des lames de coupe longitudinales. Une source lumineuse est disposée en face de la rangée de fibres orientée transversalement, la bande de matériau étant interposée entre la source et la rangée précitée, de sorte qu'il est possible de contrôler le processus de déroulement de la surface de la bande par l'intermédiaire des luminosités des fibres individuelles. Les luminosités sont converties en signaux électriques transmis à des moyens analyseurs permettant d'intervenir dans le processus de déroulement. Le document US 4 966 074 décrit un système d'affichage d'un "enrouleur de bande" d'une machine rotative à imprimer offset. Un détecteur optique disposé sur un côté du cylindre porte-blanchet d'une machine à imprimer explore la réflexion de la surface de ce cylindre. S'il se produit une augmentation brusque de la réflexion de la surface de ce cylindre, elle est interprétée en signal indiquant que la bande de matière, dont la réflectance est supérieure à celle de la surface du cylindre, est sur le point de s'enrouler à la circonférence du cylindre porte-blanchet. Les différences de réflectance déterminées par le détecteur optique génèrent des signaux électriques qui provoquent l'arrêt dc l'ensemble de la machine. Le document EP 0 429 970 décrit un interrupteur qui fonctionne en cas de déchirure de la bande. Une machine de traitement de bande, en particulier une machine rotative à imprimer, est équipée d'au moins un dispositif d'exploration associé à la bande et ayant la forme d'un barrage photoélectrique pouvant être interrompu par la bande. Un signal est généré en cas de modification inadmissible de la position de la bande. Chaque dispositif d'exploration disposé à proximité d'un bord longitudinal de la bande est associé à un dispositif de déviation exerçant une force correspondante qui agit en permanence sur la zone du bord longitudinal associé de la bande, que la traction de cette dernière peut surmonter pendant la marche sans dérangement et à l'aide de laquelle le bord longitudinal de la bande peut être mis en place par rapport au plan de celle-ci en défilement sans dérangement. En l'absence de traction ledit dispositif de déviation peut être déplacé par rapport au dispositif d'exploration. Le document EP 0 533 043 Al décrit un dispositif de contrôle photoélectrique de la marche d'une bande ou d'une feuille, cn particulier de bandes de papier dans les machines rotatives à imprimer. Selon ce document, il est prévu un dispositif d'exploration qui comprend une source lumineuse ainsi qu'un récepteur photosensible comprenant un système d'analyse et de commande dont il est possible de déduire des opérations séquentielles des machines à imprimer. Le dispositif d'exploration comporte une optique à fibres de verre. Les guides d'ondes lumineuses individuels de cette optique sont d'une part disposés en une ligne perpendiculaire à la bande de papier en défilement, couvrant une largeur supérieure à la largeur de ladite bande. En outre, les guides d'ondes lumineuses sont groupés dans un transformateur de section de manière que chaque élément d'image d'une puce détectrice à CCD (couplage de charge par diode), qui est intégrée au dispositif d'exploration, puisse être éclairé. La puce détectrice à CCD est connectée au système d'analyse d'image et de commande. La source lumineuse est disposée en face de l'optique à fibres de verre et perpendiculairement à la bande de papier en défilement de manière qu'elle couvre également une largeur supérieure à la largeur de ladite bande. La bande de papier peut passer entre la source lumineuse et l'optique à fibres de verre et elle peut donc être projetée totalement sur la ligne de guides d'ondes lumineuses. Enfin, le document EP 0 502 408 B1 décrit un procédé et un dispositif de contrôle de la position d'une nappe continue. La nappe continue à traiter reçoit un rayon de contrôle dont la réflexion est reçue, la distance séparant l'émission et la réception du rayon de contrôle est mesurée et une impulsion de commande est générée lorsque ladite une distance mesurée dépasse une largeur prescrite de bande. La largeur de bande prescrite est fonction de la vitesse de la nappe continue. La présente invention a pour objet de mesurer sans contact les modifications éventuelles de la position d'une nappe de matière en défilement dans son plan de transport dans une machine de traitement en service. En cas de positionnement indésiré de la nappe continue, I'invention permet l'émission d'une impulsion de commande à un dispositif de commande. Ainsi l'invention peut détecter l'angle suivant lequel la nappe continue à traiter adhère à la circonférence d'un cylindre avant ou après qu'elle se déchire. Plus particulièrement, le dispositif de mesure et commande selon l'invention comprend des moyens pour émettre au moins un rayon incident en direction de ladite nappe continue et des moyens pour recevoir au moins un rayon diffusé sur ladite nappe continue. Il est caractérisé en ce que les moyens d'émission comprennent deux sources de rayonnement positionnées de manière à émettre des rayons incidents croisés qui produisent à différents instants des couples de points d'incidence sur ladite nappe continue, et en ce que les moyens dc réception comprennent une caméra à CCD comportant des pixels destinés à recevoir au moins une fraction diffusée desdits rayons incidents émis, lesdits pixels étant aptes à fournir des signaux électriques permettant la détermination d'une modification de position de la nappe continue. Un avantage du dispositif selon l'invention réside dans le fait que des composants simples permettent de créer un tel dispositif de mesure et commande en aval duquel une électronique d'analyse peut entre montée, une telle électronique d'analyse bon marché permettant de traiter les signaux émis de la caméra à CCD (couplage de charge par diodc) en temps réel. Ceci permet de commander le transport de la nappe continue et dc réagir immédiatement à des modifications des paramètres de transport de la nappe continue telles que par exemple la déviation de la nappe par rapport à un plan prescrit de référence du transport. Le dispositif dc mesure et commande selon l'invention permet aussi de détecter et d'analyser des vibrations de cylindre, des oscillations dans les gorges des cylindres, des vibrations de la cloison du bâti, des vibrations de la nappe pendant et après le passage en gorges des cylindres des groupes imprimants. La caméra à CCD convient particulièrement bien pour la génération de signaux électriques ; la lumière diffusée aux points d'incidence charge chacun des pixels de la caméra à CCD, de sorte qu'il est possible dc générer directement des signaux électriques à l'intérieur de ces pixels. Ces signaux peuvent soit être dirigés sur un convertisseur analogique/numénque afin de convertir une charge électrique en valeur numérique, soit etre envoyés vers un dispositif de traitement à seuil dans lequel un 0 logique ou un 1 logique peut être généré à partir des grandeurs déterminées par le dispositif à CCD. L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple, en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un schéma d'un dispositif de mesure selon l'invention, en aval duquel est montée une électronique d'analyse soit à conversion analogique/numérique, soit comprenant une bascule de Schmitt, la figure 2 représente schématiquement en parallèle différents plans de transport de la nappe continue, un plan de référence et un plan dévié, ainsi que les angles et distances qui en résultent, la figure 3 est un schéma d'un dispositif de mesure ct commande selon l'invention, en aval duquel est montée une électronique d'analyse qui traite les données en temps réel et qui agit directement sur les commandes des entraînements. En référence à la figure 1, un dispositif de mesure en aval duquel est montée une électronique d'analyse, est disposé au-dessus d'une nappe continue de matière 5. Une caméra à CCD 10 ainsi que deux sources inclinées de rayonnement 1 1 et 12 sont logées dans un boîtier 9. Les deux sources de rayonnement 11, 12 émettent respectivement des rayons 13, 14. Il est à noter qu'un seul rayon, soit 13, soit 14, peut être utilisé. Dans ce cas, le dispositif, moins onéreux, sera également moins précis. Les sources de rayonnement 1 1 et 12 pouvant être utilisées sont aussi bien des sources de rayonnement lasers que des sources de rayonnement à infrarouges ou toutes autres sources de rayonnement optique. La caméra à CCD 10 comprend ici un ensemble de CCD 10.1 devant lequel est placée une lentille 10.2. L'ensemble de CCD (couplage de charge par diode) 10.1 peut être un ensemble en ligne, ou un ensemble en matrice. Un ensemble de CCD comprend par exemple 1024 pixels dans la direction longitudinale et 1 à 512 pixels dans la direction transversale par rapport à la nappe continue de matière 5 en défilement. Les rayons 13 et 14 émis par les deux sources de rayonnement 1 1 et 12 se croisent et sont incidents sur la nappe continue de matière 5 aux points d'incidence A et B. Les rayons incidents arrivent sur la surface de ladite nappe continue 5 suivant des angles d'incidence a et ss. Lorsque les rayons incidents 13 et 14 arrivent à la surface de la nappe continue 5, une fraction de ces rayons incidents est dispersée et une autre fraction est diffusée vers une lentille 10.2 et charge des pixels correspondants de l'ensemble de CCD 10.1 de la caméra à CCD 10. Le fait que l'ensemble de CCD 10.1 est en forme de ligne ou de matrice ne joue aucun rôle particulier. Pour étalonner correctement le dispositif de mesure, il faut préalablement régler l'ensemble de CCD 10.1 de manière qu'il tient compte du rayonnement diffus de la lumière du jour lorsque les sources de rayonnement 11 et 12 sont inactives pour ne pas fausser la charge des pixels activés par la fraction diffusée des rayons incidents 13, 14. Une distance de référence Do entre la lentille 10.2 et la surface de la nappe continue 5 est présélectionnée pour le pré-réglage du dispositif de de mesure. Cette distance Do ainsi que la plage maximale mesurable de déviation de la nappe continue 5 conditionnent le pouvoir de résolution du dispositif de mesure selon l'invention. Les potentiels d'énergie des pixels individuels de l'ensemble de CCD 10.1 sont comparés entre eux et les positions des points d'incidence A et B ainsi que la distance qui les sépare sont déterminées d'après les différences des potentiels d'énergie. La distance Do séparant la lentille 10.2 et la face supérieure de la nappe continue 5 définit donc une position de référence 15, c'est-à-dire un plan de référence de transport de la nappe continue 5. Il existe deux possibilités de traitement et d'analyse des signaux électriques issus des pixels de l'ensemble de CCD 10.1. Sur la figure 1, les signaux électriques sont envoyés dans le conducteur de signaux 17 et sont convertis dans un convertisseur analogique-numérique 18 en signaux numériques qui peuvent ensuite être dirigés sur un processeur 19. Il est aussi possible de prévoir une bascule 18.1, par exemple une bascule de Schmitt, au lieu d'un convertisseur analogique-numérique 18. La bascule 18.1 peut être réglée de manière qu'en cas de dépassement d'un seuil, un 1 logique soit généré, tandis que pour toutes les autres valeurs, donc pour les signaux de sortie des pixels de l'ensemble de CCD 10.1 qui se trouvent sous ce seuil préréglable, la valeur logique 0 soit générée. Dans les deux modes de réalisation précités, les signaux du convertisseur analogique-numérique 18 ou de la bascule 18.1 sont dirigés sur un processeur 19. Le processeur 19 comprend un calculateur géométrique, un filtre numérique. Le calculateur géométrique détermine les variations de position de la nappe continue de matière 5. Le filtre numérique manipule et filtre les données permettant d'obtenir la bonne position de la nappe continue de matière 5. Les variations de position de ladite nappe 5 peuvent être converties dans le domaine fréquentiel pour détecter les fréquences critiques. Les résultats trouvés par ce processeur 19 peuvent être présentés sous forme de graphe ou sous forme numérique sur l'écran 21. Les résultats peuvent être enregistrés dans un dispositif de stockage de données 24, pour être utilisés ultérieurement. Dans le processeur 19, de nouvelles distances Di calculées à l'aide des signaux des pixels de l'ensemble de CCD 10.1 sont ensuite émis sur un écran 21 de tube cathodique. Dans la représentation de la figure 2, les plans de transport d'une nappe continue en position de référence 15 et en position déviée 16, sont placés en parallèle. Comme cela a déjà été décrit en référence à la figure 1, la nappe continue 5 se trouve dans une position de référence 15 telle qu'indiquée en pointillés. A cette position de référence 15, la distance de la nappe continue 5 à la lentille 10.2 est Do Les points d'incidence A, B ainsi que les angles d'incidence correspondants déterminés à la position de référence 15 sont transmis au processeur 19 qui n'est pas représenté sur cette figure. Un évènement tel qu'une perturbation déplace la nappe continue 5 de sa position de référence 15 vers une position déviée 16. La distance de déviation à un instant t1 est D1 et alors les points d'incidence A', B' sur la nappe continue à la position déviée 16 sont écartés d'une distance différente de celle qui existe entre les points d'incidence A, B sur la nappe continue 5 à la position de référence 15. La diffusion optique des points A', B' correspond, à l'intérieur de l'ensemble des CCD 10.1, à deux nouveaux chargements de pixels différents, par rapport à la position précédente. Plus précisemment, dans la figure 2, comme D1 s'éloigne, les deux pixels exités s'écartent par rapport à l'ancienne position. Les positions des pixels dans l'ensemble des CCD 10.1 varient par rapport à la variation de distance A'B' sur la nappe 5. La projection A1 du point d'incidence A à la position de référence 15 sur la nappe continue 5 occupant la position déviée 16 permet de déterminer la distance D1 par l'angle a . Cette distance D1 donne ainsi la grandeur de la déviation de la nappe continue 5 par rapport à sa position de référence 15. Selon que cette grandeur est précédée d'un signe positif ou négatif, la nappe continue 5 a été déviée vers le haut ou vers le bas pendant son transport. Les angles a et B ne varient pas lors de la déviation de la nappe continue 5 de la position de référence 15 à la position déviée 16, car il s'agit d'un angle mesuré par rapport à des parallèles. Les lignes reliant les points d'incidence A, B situés à la position de référence 15 et les points d'incidence A', B' situes à la position déviée 16 ne sont que des lignes imaginaires, la position déviée 1G de la nappe continue 5 correspondant au plan de projection dans lequel le point d'incidence A est projeté sous forme de point d'incidence imaginaire A1 pour calculer D1. La figure 3 représente un dispositif de mesure et commande selon l'invention qui permet un traitement des données déterminées en temps réel. Les composants et les processus décrits en détail en regard des figures 1, et 2 sont incorporés dans une commande d'un groupe d'impression. Le boîtier 9 logeant l'ensemble de CCD 10.1 et la lentille 10.2 est représenté en élévation latérale. Le rayon incident 13 traverse le plan de référence 15 du transport de la nappe continue et arrive sur la surface de la nappe continue 5 dans sa position déviée 16. Aussi bien le convertisseur analogique-numérique 18 que la bascule 18.1 sont connectés à un conducteur de signaux 17 représenté sur la figure 3, toutefois soit l'un, soit l'autre de ces composants est utilisé. Le processeur 19 effectue les calculs des modifications de distance Di et, dans le cas particulier, par exemple à l'instant t = tl, D1=A'A1 tga correspondant à la distance du point d'incidence A au point d'incidence projeté A1 à la position déviée réelle 16 de la nappe continue 5. Le processeur 19 détermine au cours de la suite des opérations de calcul si la distance calculée séparant les points A', B' est plus grande ou plus petite que la distance séparant les points d'incidence A, B à la position de référence 15 de la nappe continue 5. Si la distance séparant les points A', B' est supérieure à la distance séparant les points A, B, la nappe continue 5 s'est éloignée du boîtier 9 ; si par contre la distance entre les points A', B' est inférieure à la distance entre les points A, B, la nappe continue 5 s'est rapprochée du dispositif de mesure. Le processeur 19 inclut un processeur en temps réel 19.1, tel que représenté schématiquement sur la figure 3, qui permet le traitement des données de processus en temps réel. Le processeur en temps réel 19.1 travaille de part sa nature me me de manière extre me ment rapide. Le processeur en temps réel 19.1, par exemple le processeur Tl 320 sc trouvant dans le commerce, transmet les données à une sortie 21 sur écran de tube cathodique à un dispositif de stockage de données 24 ainsi qu'un dispositif de commande 27 des entraînements 28 et 29 des groupcs d'impression 1 et 2. Le traitement des données de processus en temps réel par le processeur 19.1 permet une commande des entraînements 28 ct 29 dc manière à optimiser la nappe continue de matière 5. Ainsi, par exemple, en cas de trop fort battement de la nappe, la tension de ladite nappe peut être réajustée. Si la nappe continue 5 adhère à la circonférence d'un cylindre de transfert 8 d'un groupe d'impression 1 ou 2 dc manière inadmissible - si la déviation à partir du plan de référence 15 dépasse une dimension tolérable prescrite -, un dispositif d'interception de la nappe continue de matière qui se trouve derrière le premier groupe d'impression 1 est mis en service. Le dispositif d'interception de ladite nappe peut avantageusement être disposé en aval du premier groupe d'impression, peut se composer de deux rouleaux ou analogues qui se font face et ne fait pas partie de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure sans contact et dc commande de la position d'une nappe continue en défilement dans une machine de traitement d'une telle nappe, telle qu'une machine rotative à imprimer, dispositif comprenant des moyens pour émettre au moins un rayon incident 13, 14 en direction de ladite nappe continue 5 et des moyens pour recevoir au moins un rayon diffusé sur ladite nappe continue 5, caractérisé en ce que les moyens d'émission comprennent deux sources de rayonnement (11, 12) positionnées de manière à émettre des rayons incidents croisés (13, 14) qui produisent à différents instants des couples de points d'incidence (A, B, A', B') sur ladite nappe continue (5), et en ce que les moyens de réception comprennent une caméra à CCD (10) comportant des pixels destinés à recevoir au moins une fraction diffusée desdits rayons incidents émis (13, 14), lesdits pixels étant aptes à fournir des signaux électriques permettant la détermination d'une modification de position (Dj) de la nappe continue (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination d'une modification de position (Dj) de la nappe continue (5), génère l'émission d'une impulsion de commande du dispositif de commande (27), en cas d'un positionnement indésiré de la nappe continue (5). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en cc que la caméra à CCD (10) comprend un ensemble de CCD (10.1) devant lequel une lentille (10.2) est montée. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en cc que la caméra à CCD (10) et les sources de rayonnement (11, 12) sont disposées dans un boîtier commun (10). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boitier (10) est disposé en position fixe par rapport à la nappe continue (5). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les sources de rayonnement (11, 12) sont des sources de rayonnement lasers. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les sources de rayonnement (11, 12) sont des sources s . r à infrarouges. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble de CCD (10.1) est un ensemble en matrice. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble de CCD (10.1) est un ensemble en ligne. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé cn ce que l'ensemble de CCD (10.1) en forme de matrice comprend 1024 pixels cn direction longitudinale et 1 à 512 pixels en direction transversale. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est prévu un processeur (19) monté en aval d'une conversion analogique-numérique (18) apte à convertir les signaux électriques fournis par les pixels recevant la fraction diffusée des signaux incidents émis.