CH654922A5 - Procede et dispositif pour la mesure de la tension de produits filiformes et de surfaces en mouvement. - Google Patents

Description

La présente invention a pour objet un procédé et dispositif pour la mesure sans contact, ou avec un léger contact à très faible frottement, de la tension d'un produit filiforme ou d'une surface en mouvement.

Par produits filiformes, on entend tout fil textile, plastique, métallique, optique, les fils textiles se présentant sous forme de fils continus, multifilamentaires ou multibrins, monofilaments, filés 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 film 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 irrégularités 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 même des nappes de fils, par exemple lors de l'ourdissage.

En ce qui concerne les fils métalliques, les régularités de tension, lors du tréfilage ou du toronnage, sont primordiales. Il en est de même lors de la fabrication des films plastiques, par exemple lors de leur étirage et de leur mise sur rouleaux. De même, la régularité de tension de produits filiformes que l'on gaine ou enduit est primordiale.

Dans la suite de la description et par simplification, l'expression produits filiformes et surfaces sera désignée par le ou les produits.

La présente invention a pour but de 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 invention a pour objet un procédé pour la mesure en continu de la tension d'un produit filiforme ou d'une surface en mouvement dans lequel la mesure s'effectue sans contact, ou avec un léger contact à très faible frottement, du produit avec le dispositif s utilisé pour la mesure, le produit en mouvement, sur une longueur déterminée de son chemin, entre deux points fixes, étant soumis à des vibrations transversales, caractérisé en ce que ces dernières sont détectées à distance par un système optique qui transmet à un dispositif électronique asservissant le moyen émettant les vibrations et io 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 fabrication ou de transformation dudit produit.

•s Par sans contact notable, on entend l'absence totale de contact, ou un léger contact avec un très faible frottement n'ayant pas d'incidence sur la qualité du produit.

La présente invention a pour objet un dispositif pour la mise en œuvre du procédé décrit précédemment, comportant un dispositif 20 excitateur de vibrations, un dispositif de détection à distance desdites vibrations, un dispositif électronique d'asservissement liant les deux dispositifs précédents, et un moyen de mesure, caractérisé en ce que le dispositif de détection à distance desdites vibrations est un système optique.

25 Le principe de la mesure repose sur la loi des cordes vibrantes: la fréquence fondamentale f0 de vibration transversale d'une portion de longueur L de produit comprise par exemple entre deux guides ou deux rouleaux ou un guide et un rouleau, etc., est liée à la tension t (force par unité de surface) par la relation:

30 50 ,

f„(Hz) = — .yw,

L(mi l'observation optique de cette fréquence permet donc une détermination simple de la tension. On peut prévoir aussi les harmoniques de 35 la fondamentale quand cette dernière est mal adaptée pour la mesure, quand la fréquence fondamentale devient trop faible; dans ce cas, la relation entre fréquence et tension, si l'harmonique est d'ordre N, devient FN = N • f0.

La mesure peut être effectuée dans l'air ou en milieu immergé. ■H" Comme dispositif excitateur des vibrations, on utilisera de préférence un haut-parleur, adapté à la gamme de fréquences à transmettre, situé au voisinage du milieu de la corde vibrante et à une distance du fil pouvant varier de préférence entre 1 et 20 cm; il est possible de concentrer la puissance par adjonction d'un convergent 45 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 vibration étant transmise par l'air; quelques légers incon-50 vénients 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 électrodynamique a l'avantage de ne jamais produire de déphasage; par contre, il implique un léger contact avec le produit et peut parfois induire un 55 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.

60 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 65 œuvre de l'appareil, les réglages 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

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précédemment, il apparaît un déphasage entre haut-parleur et détecteur d'autant plus important que la tension est élevée. Si cette tension élevée fluctue peu, de l'ordre de ± 20% autour de la moyenne, le déphasage <I> est à peu près constant. On introduit alors dans la boucle d'asservissement up 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'un réglage supplémentaire, ce qui est intéressant 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 fig. 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 fig. 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 mouvement, entre les deux points 3 et 4.

Sur la fig. 3, on distingue l'agencement de principe.

Sur la fig. 4, on a représenté la distribution gaussienne de l'intensité transversale.

Sur la fig. 5, on a représenté la même fonction qu'à la fig. 4, mais pour divers types de conditions de visée du laser.

Sur la fig. 6, on a représenté le principe de l'asservissement électronique du dispositif.

Sur la fig. 7, on a représenté une courbe obtenue en utilisant le vibreur électrodynamique selon l'exemple 4.

Le dispositif de détection à distance des vibrations est de préférence un système optique comportant un laser de faible 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 électronique de polarisation, ce photodétecteur mesurant l'intensité d'une partie de la lumière réfléchie par le produit. Les mouvements transversaux d'amplitude supérieure à quelques dizaines de microns modifient l'éclaire-ment du produit par le laser, donc l'intensité reçue par le photodétecteur; ce dernier fournit un signal d'intensité modulée à la fréquence f0 ou fN; la distribution d'intensité 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. On insistera sur le fait que la fréquence du détecteur optique est identique à celle de l'excitateur. La visée du laser doit être ajustée de façon que les mouvements transversaux du fil balaient un flanc de la distribution gaussienne. Il est possible d'augmenter l'étalement de la distribution par adjonction d'une lentille cylindrique 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 réglage 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 et 50 cm. Sur la fig. 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 fig. 4 ci-jointe, on a représenté la distribution gaussienne de l'intensité transversale I dans une section du faisceau laser, à une distance R du centre O.

Sur la fig.-5 ci-jointe, on a représenté divers types de conditions de visée du laser; on distingue par O le centre du faisceau, P est la position moyenne du fil dans le faisceau, A est l'amplitude de vibration du produit; c'est ainsi que 5a représente la condition optimale de visée, 5b une condition correcte, 5c et 5d des conditions mauvaises.

Le dispositif électronique d'asservissement liant les deux dispositifs précédents est composé d'un certain nombre de moyens, le principe de l'asservissement électronique du dispositif étant représenté sur la fig. 6 ci-jointe.

L'excitateur, tel que le haut-parleur 1, est alimenté à travers un étage de gain 10 et un amplificateur de puissance 11 par un généra-5 teur basse fréquence 12. Le signal issu du système de détection 13 est traité par un ensemble de deux filtres ajustables 14, passe-haut et passe-bas, destinés à sélectionner la gamme de fréquences dans laquelle se trouve la résonance cherchée ou son harmonique. Le signal filtre S! et le signal S2 adressés à l'excitateur 1 sont comparés dans io 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 Sx et S2. Cette fréquence est la résonance recherchée. Pour obtenir une mesure de cette fréquence, le signal de sortie des filtres 14 est mis en 15 forme carrée 16 et envoyé à un instrument de comptage d'impulsions 17 qui permet la lecture par l'affichage et/ou l'enregistrement 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, utili-20 ser un fréquencemètre, un périodemètre ou un ordinateur capable de remplir la même fonction. Le plus souvent, il suffit d'ajuster manuellement le gain 10 à une valeur fixe assurant une bonne qualité du signal. Toutefois, lorsque le signal du dispositif de détection varie beaucoup en amplitude, il est possible de piloter l'étage de gain 10 25 de façon à maintenir constant le niveau du signal Sj. Pour faciliter les réglages de la visée optique du laser, l'ajustement des filtres 14 et du gain 10, l'étage filtre peut être muni de deux sorties de contrôle (signal avant et après filtration) pour visualisation sur oscilloscope.

Avec le dispositif, il est possible d'effectuer la mesure du titre 30 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 son titre par la relation:

"T F(b>

oc <tex) ,

[(g/tex)

On a pu ainsi constater qu'il était possible de mesurer la tension en ligne de ces produits grâce à deux principaux avantages: une détection optique à distance utilisant un laser, ce qui évite de perturber 40 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 satisfaisante dans toute les zones du chemin parcouru par le produit.

Ainsi qu'il a été indiqué, le dispositif est utilisable pour la mesure 45 de la tension lors de la fabrication ou des opérations de tansforma-tion des produits, quelle que soit la vitesse de ces derniers.

Les exemples suivants illustrent la présente invention sans la limiter.

50 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,

55 — titre au brin sur le rouleau d'appel 1 dtex (fil terminé 44/13),

— vitesse du rouleau: 1030 m/min,

— distance filière-rouleau: 2,00 m.

Conditions de mesure:

— laser hélium-néon de 2 mW muni d'une lentille cylindrique de 60 distance focale: 80 mm, 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 cm.

La tension mesurée est de 2,4 + 0,1 g/tex. Cette mesure de 65 tension, bien qu'effectuée dans des conditions difficiles, compte tenu des remous sous la filière, permet néanmoins, grâce au suivi de sa valeur, de relever d'éventuelles variations de température ou de comportement rhêologique du polymère.

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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'éthylèneglycol de titre au brin: 4 dtex/brin,

— distance entre rouleaux d'appel et contact sur rouleaux ensi-meurs: 0,50 m, le rouleau ensimeur étant situé entre le rouleau d'appel et les rouleaux étireurs et déposant un film d'ensimage sur le fil,

— vitesse du rouleau d'appel: 600 m/min,

— vitesse des rouleaux étireurs: 2500 m/'min.

Conditions de mesure:

— laser hélium-néon de 2 mW sans lentille cylindrique, placé à 30 cm du fil,

— haut-parleur de diamètre: 20 cm, sans convergent, placé à une distance du brin mesuré de 1 à 5 cm.

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'éthylèneglycol de 280 dtex/60 brins entre les rouleaux délivreurs et une buse d'entrelacement:

— vitesse rouleaux délivreurs: 3000 m/min.

Conditions de mesure:

— laser hélium-néon de 2 mW sans lentille cylindrique, placé à 30 cm du fil,

— haut-parleur 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% pour une vitesse de renvidage du fil entrelacé de 2900 m/min.

Exemple 4:

Afin de pouvoir caractériser le comportement dynamométrique d'un fil en polytéréphtalate d'éthylèneglycol, on intercale 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 fig. 7 ci-jointe, a été obtenue en utilisant le vibreur électrodynamique, le signal étant mesuré sur un or-5 dinateur de marque SEMS utilisé pour la surveillance de la position, le doigt de céramique étant situé à la sortie des rouleaux étireurs pour localiser exactement le nœud supérieur de la corde vibrante.

Les conditons de réalisation sont les suivantes: débit filière: 30 g.min pour un fil de 140 dtex 30 brins, vitesse rouleaux étireurs: io 3000 m/min, vitesse du duo surétireur: 3000 à 3150 m min, longueur de la corde vibrante entre le doigt céramique et le vibreur électrodynamique: 0,34 m, acquisition sur ordinateur: 1 point de la fig. 7 correspond à un comptage sur 10 périodes, cadence: 1 point s.

15 Exemple 5:

On mesure la tension d'un fil d'acier laitonnê de 0,385 g, m en amont d'un bobinoir renvidant le fil à une vitesse de 90 m/min.

Avec le dispositif de l'invention, la mesure est de 1,8 kg. Si on contrôle avec un tensiomètre à contact type Rotschild, la tension mesurée est de 1,9 kg, ce qui donne une mesure comparable. Néanmoins, avec le tensiomètre à contact, la mesure n'est pas stable du fait du frottement sur le moyen de mesure et des différences, aussi minimes soient-elles, de diamètre du fil d'acier laitonné.

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Exemple 6:

On réalise la mesure de la tension d'un toron de 4 filaments d'acier laitonnê en amont d'un bobinoir renvidant le toron à une vitesse de 90 m/min. La tension mesurée est de 7 kg avec le dispositif 30 de l'invention et de 8 kg avec le tensiomètre à contact type Rot-schild.

A 320 m/min de vitesse de renvidage, la tension est de 12,5 kg mesurée avec le dispositif de l'invention et de 12 kg avec l'autre dispositif à contact, avec les inconvénients du contact déjà cités.

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Exemple 7:

On mesure sur un câble retordu de 17 g/m la tension à 90 m/min de vitesse de renvidage. Avec le dispositif de l'invention, la mesure ■»o est de 10 kg; elle est stable, alors qu'avec le tensiomètre à contact la mesure n'est pas fiable du fait de la torsion et varie entre 9 et 11 kg, ce qui montre bien l'avantage d'utiliser le tensiomètre sans contact.

3 feuilles dessins

Claims (7)

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1. Procédé pour la mesure en continu de la tension d'un produit filiforme ou d'une surface en mouvement, sans contact ou avec un léger contact à très faible frottement avec le dispositif, utilisé pour la mesure, le produit en mouvement sur une longueur déterminée de son chemin entre deux points fixes étant soumis à des vibrations transversales, caractérisé en ce que ces dernières sont détectées à distance par un système optique qui transmet à un dispositif 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 le produit est un produit filiforme.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système optique de détection des vibrations comporte un laser.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur optique fournit un signal oscillant à la même fréquence que le signal d'excitation alimentant le moyen fournissant les vibrations transversales.

5. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un dispositif excitateur de vibrations, un dispositif de détection à distance desdites vibrations, un dispositif électronique d'asservissement liant les deux dispositifs précédents et un moyen de mesure, caractérisé en ce que le dispositif de détection à distance desdites vibrations est un système optique.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système optique comporte un laser.

7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mesure du titre des fils textiles.