EP0110821A2 - Method and apparatus for automatic traversing using servo control - Google Patents
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- EP0110821A2 EP0110821A2 EP83810493A EP83810493A EP0110821A2 EP 0110821 A2 EP0110821 A2 EP 0110821A2 EP 83810493 A EP83810493 A EP 83810493A EP 83810493 A EP83810493 A EP 83810493A EP 0110821 A2 EP0110821 A2 EP 0110821A2
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- angle
- reel
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- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
- B65H54/00—Winding, coiling, or depositing filamentary material
- B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
- B65H54/28—Traversing devices; Package-shaping arrangements
- B65H54/2848—Arrangements for aligned winding
- B65H54/2854—Detection or control of aligned winding or reversal
- B65H54/2869—Control of the rotating speed of the reel or the traversing speed for aligned winding
- B65H54/2872—Control of the rotating speed of the reel or the traversing speed for aligned winding by detection of the incidence angle
Definitions
- drums consist of an at least approximately cylindrical barrel bounded by two approximately planar and parallel surfaces, perpendicular to the axis of the cylinder and designated by the usual term of cheeks.
- the loading operation that is to say winding of a cable, a tube or other product on the reel consists in rotating the latter on itself around its axis and, in the case which we interested in guiding the product in its external part to the drum so that the winding is carried out regularly in turns as contiguous as possible. This is called trancannage.
- the reel In the case of systems for industrial use, the reel is driven by a motor.
- the guidance of the product to be wound up which we will designate by the term cable in the rest of the text, is carried out either manually by an operator, or by a mechanical guidance device.
- Currently known automatic trenching systems can be divided into two groups: fixed winders with mobile guide, mobile winders (self-cutting) with fixed guide.
- a device comprising at least one adjustable speed variator which makes correspond to the rotation of the winding reel a predetermined (programmed) displacement of the guide, proportional to the fixed pitch.
- a device for reversing the direction of movement generally using ⁇ - stops assumes the function of reversing the guide when the cable reaches a cheek.
- Fig. 1 schematically shows for understanding a partial developed view of a cable during winding.
- This clamping angle conditions the installation of the cable: if it is too strong the whorl in formation risks overlapping the previous one, if it is too weak or negative, the whorl deviates from the previous one.
- the helix angle is not constant for the various reasons stated above, it follows that the loading angle must be constantly adapted, in order to keep as constant as possible the value of the clamping angle.
- the object of the present invention is to provide a solution to this problem, namely to maintain the clamping angle by a constant value.
- the difficulty consists in defining the set value of this position, since its aim is to achieve a very specific condition for a quantity (the clamping angle) which cannot be measured directly.
- this angle is the difference between the helix angle and the loading angle. These two angles must therefore be determined.
- the helix angle ⁇ as shown in FIG. l is, for the purposes of drawing, significantly larger than life.
- the desired tightening angle ⁇ is normally larger than the helix angle ⁇ .
- FIG. 2 schematically shows by way of example for understanding an embodiment of the device according to the present invention
- This drive device is provided with a first not shown sensor (absolute or incremental) of the usual type, potentiometer or optical encoder for example, supplying in electrical form a signal enabling the angular position ⁇ of the reel to be known.
- This same sensor will supply the rotation speed information if necessary: value derived from the position in the case of a potentiometer measurement, pulse frequency in the case of an incremental sensor.
- This guide is movable along the axis X ⁇ X ", this axis being parallel to the axis of rotation of the reel:
- a conventional motorized drive device of known type ensures its movement.
- This device (not shown) is additionally provided with a second sensor (potentiometer or optical encoder for example) intended to supply an analog or digital signal corresponding to the displacement of the guide along its axis of translation X 'X ", in absolute or incremental value.
- a third sensor, secured to an arm 23 carrying an oscillating roller 22, makes it possible to know the loading angle ⁇ , that is to say the angle formed by the cable 24 relative to the perpendicular to the axis of rotation of the drum 20:
- the arm supporting this roller 22 has for example as point of rotation that of the two guides 21 which precedes it. It is recalled by a spring or even for example by a pneumatic cylinder, in order to keep it in contact with the cable.
- the roller can thus be automatically released to the left during the operation of placing the cable leader, then pressed into the measurement position in a timely manner.
- the sensor defining the loading angle ⁇ can be a coaxial potentiometer at the point of oscillation of the arm, but it can just as easily be of the inductive, capacitive type or consist of a binary encoder. It may possibly be of the linear type, coupled to the spring or to the pneumatic return piston.
- the roller 22 can finally be provided with a fourth rotation sensor (for example of the incremental type) in order to know the speed of travel of the cable and incidentally the loaded length, by counting or integration of the pulses.
- a fourth rotation sensor for example of the incremental type
- the scroll measurement sensor can also just as easily be independent of the roller 22, the corresponding signal being able to be supplied by the device existing on the production machine.
- This last configuration although more expensive given the mass of material to be moved, has the substantial advantage of a fixed position and direction of the cable as it enters the guide, this position being in the axis d '' a production machine, such as a corder or an extruder.
- the optimum clamping angle (determined experimentally) is a function of the type of cable, that is to say of its diameter, its rigidity and the coefficient of friction of its surface.
- this angle can be understood, for a given cable, between two extreme values, one corresponding to the risk of overlapping, the other to the risk of non-juxtaposition of the turns. This therefore results in a certain margin of tolerance.
- the error on the measurement of the angle of loading ⁇ can not be negligible, even if the oscillating lever is relatively long, the cable being unable to change suddenly orientation as soon as you exit guide 21.
- this spring can be replaced by a pneumatic cylinder or any other conventional device capable of ensuring a longitudinal displacement parallel to the axis X 'X "of translation of the drum.
- the device is applied to a portion considered to be reasonably straight of the cable lying between the guides 21 and the point of tangency to the drum 25, the distance between the guides 21 and the drum being able to be increased without disadvantage to a sufficient value.
- the relative abscissa x 2 reel guide being measured by the translation sensor, that of the point of tangency can thus be determined by calculation at each instant, by means of a microprocessor for example.
- the cable loading angle during cutting is generally negative.
- the distance h varies somewhat depending on the filling state and the diameter of the drum. Since this variation is small, it is generally not necessary to take it into account, although the corrective trigonometric calculation could be carried out by the microprocessor if necessary, the winding diameter being able to be determined as described below.
- microprocessor can give, by simple calculation, the value of the helix angle at the point considered according to the relationship: if one accepts to replace the differential increases by limited increases.
- ⁇ x is the difference between 2 successive values x n and x n + 1 calculated for the abscissa of the point of tangency corresponding to 2 successive values ⁇ n and ⁇ n + 1 of the angular position of the reel stored, ⁇ l corresponding to the length of cable having passed in contact with the roller 22 during the same interval, namely:
- the microprocessor can calculate the length of the wound cable itself without using an ad-hoc sensor.
- 1 ⁇ .n 1 .D where n and the number of turns (determined from ⁇ ), D the diameter of the drum.
- l 2 ⁇ .n 2 (D + d), where d is the cable diameter, a value that the microprocessor can easily determine from the average displacement (step) for each turn of the reel. And so on.
- the value is obtained in the same way, individually for each layer, the microprocessor memorizing the number of coiled layers, that is to say the number of reversals of the direction of the helix.
- This value can be entered as setpoint tô by manual insertion at the control panel. It can also be memorized for the various types and diameters of cables and automatically recalled by the processor.
- the servo could also take ⁇ as the reference value, the measured value being that given by the corresponding sensor.
- the helix angle ⁇ is obtained by analysis of the image observed by a TV camera arranged perpendicular to the axis of rotation of the reel.
- Hanging the cable leader is a manual operation.
- the winding of the first turn is to be considered as an operation which is not a servo, but rather a programming, the cable simply having to be wound against the cheek, circularly in its first part.
- the winding will then be carried out at a pitch fixed by the supposedly known diameter of the cable or by manual control of the movement.
- the enslavement that is to say its engagement, will be either decided by the operator, or automatic, for example after a rotation of a fraction of a turn of the reel.
- the memorization of the parameters x, ⁇ and ⁇ being carried out from the start of the rotation, the system will be able to intervene immediately, taking into account in particular the anomaly of propeller caused by the birth of the first turn since knows its position.
- the servo-control will at first sight continue the relative movement of the guide-reel as a function of the position of this last turn.
- the cable abuts on the cheek, the effective step will be zero (apart from cheek irregularities).
- the effective loading angle measured oC. will therefore gradually change.
- a comparison with the successive values stored in memory corresponding to the preceding turn will make it possible to decide after exceeding a predetermined threshold the reversal of the propeller pitch. In order to avoid overlapping, this reversal will take place for example after a little less than one turn, thus initiating by automatic programming the first complete turn of the new layer.
- the diameter of the cable is necessarily known to the microprocessor at that time, either because this value was manually entered by the operator, or because a sensor was provided for the purposes of positioning the spacing of the guides 21, either because the microprocessor itself calculated it from the average of the differences of the successive values of the translation at each turn of the reel: no mean propeller.
- Fig. 5 shows by way of example for understanding a simplified diagram of the device.
- the device is also at least provided with a control unit 51 consisting of at least the interfaces necessary for the reception of the signals coming from the angle and position sensors, including the analog-digital converters for reading the potentiometers corresponding to the angle and to the abscissa x, of a device making it possible to introduce and / or correct the set value of the clamping angle, of a microprocessor and / or of an arithmetic unit for the processing of this data and its storage in memory according to an adequate program (software), of a digital-analog converter providing the set value of the relative abscissa x of the displacement by guide-reel translation and of a servo amplifier 52 for controlling the motor 53 ensuring said displacement.
- a control unit 51 consisting of at least the interfaces necessary for the reception of the signals coming from the angle and position sensors, including the analog-digital converters for reading the potentiometers corresponding to the angle and to the abscissa x, of a device making it possible to introduce
- the processor can be equipped, if necessary, with a device 54 allowing the display and / or recording of the various values that it receives and / or calculates: helix angle, loading angle, clamping angle, diameter of the product, loading speed, loaded length, number of turns and / or layers, speed of rotation of the drum, etc.
- the servo amplifier may, if a low-cost economic solution is desired, be replaced by two comparators having as signals enter the setpoint. from the computer and the value of the actual position measured by the sensor.
- the output signals of these comparators whose switching thresholds will be slightly offset, will serve as a control order with two relays, each ensuring a direction of operation of a simple three-phase motor, this intermittently, that is to say say by small successive displacements.
- the solution is obviously significantly less expensive than that consisting of a regulator and a DC motor, especially when it is an already existing installation to be transformed.
Landscapes
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Winding Filamentary Materials (AREA)
- Unwinding Of Filamentary Materials (AREA)
- Storing, Repeated Paying-Out, And Re-Storing Of Elongated Articles (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Au cours des nombreuses opérations relatives à la fabrication et/ou la commercialisation des câbles, des cordes et d'autres produits fabriqués en grande longueur, il est nécessaire ou désirable de les stocker par enroulement sur des bobines de dimensions adéquates. Ces bobines, que l'on nommera tourets dans la suite du texte, sont constituées d'un fût au moins approximativement cylindrique limité par deux surfaces approximativement planes et parallèles, perpendiculaires à l'axe du cylindre et désignées par le terme usuel de joues.During the numerous operations relating to the manufacture and / or marketing of cables, ropes and other products manufactured in great length, it is necessary or desirable to store them by winding on reels of suitable dimensions. These coils, which will be called drums in the rest of the text, consist of an at least approximately cylindrical barrel bounded by two approximately planar and parallel surfaces, perpendicular to the axis of the cylinder and designated by the usual term of cheeks.
L'opération de chargement, c'est-à-dire enroulement d'un câble, d'un tube ou autre produit sur le touret consiste à faire tourner ce dernier sur lui-même autour de son axe et, dans le cas qui nous intéresse, à guider le produit dans sa partie extérieure au touret de manière à ce que l'enroulement s'effectue régulièrement en spires aussi jointives que possible . On parle alors de trancannage.The loading operation, that is to say winding of a cable, a tube or other product on the reel consists in rotating the latter on itself around its axis and, in the case which we interested in guiding the product in its external part to the drum so that the winding is carried out regularly in turns as contiguous as possible. This is called trancannage.
Dans le cas des systèmes à usage industriel, le touret est entraîné par un moteur. Le guidage du produit à enrouler, que nous désignerons par le terme câble dans la suite du texte, est effectué soit manuellement par un opérateur, soit par un dispositif de guidage mécanique. Les systèmes actuellement connus de trancannage automatique peuvent être divisés en deux groupes : les bobinoirs fixes à guide mobile, les bobinoirs mobiles (autotrancannants) à guide fixe.In the case of systems for industrial use, the reel is driven by a motor. The guidance of the product to be wound up, which we will designate by the term cable in the rest of the text, is carried out either manually by an operator, or by a mechanical guidance device. Currently known automatic trenching systems can be divided into two groups: fixed winders with mobile guide, mobile winders (self-cutting) with fixed guide.
Dans les deux cas, le mouvement relatif de translation est assuré par un dispositif comprenant au moins un variateur de vitesse réglable qui fait correspondre à la rotation du touret d'enroulement un déplaéement prédéterminé (programmé) du guide, proportionnel au pas fixé. Un dispositif de renversement du sens de déplacement faisant généralement appel α- des butées assume la fonction d'interversion du guidage lorsque le câble atteint une joue.In both cases, the relative translational movement is ensured by a device comprising at least one adjustable speed variator which makes correspond to the rotation of the winding reel a predetermined (programmed) displacement of the guide, proportional to the fixed pitch. A device for reversing the direction of movement generally using α- stops assumes the function of reversing the guide when the cable reaches a cheek.
Dans la pratique, l'opérateur essaye d'obtenir un bobinage aussi précis que possible, c'est-à-dire sans espacement des spires et sans chevauchement, en corrigeant manuellement la position du guidage et/ou le pas, le but étant de poser le câble contre la spire précédente en la forçant légèrement contre celle-ci.In practice, the operator tries to obtain a winding as precise as possible, that is to say without spacing of the turns and without overlapping, by manually correcting the position of the guide and / or the pitch, the goal being to lay the cable against the previous turn by forcing it slightly against it.
Si l'on examine en détail les paramètres du problème, on est amené à faire les remarques suivantes ;
- - les tourets de chargement ne sont pas parfaits géométriquement - (irrégularités à l'usinage ou acquise par suite de chocs) : le corps cylindrique n'est pas parfaitement centré par rapport à l'axe de rotation, les joues ne sont qu'imparfaitement perpendiculaires à cet axe.
- - l'introduction du câble (amorce du bobinage) crée une perturbation qui se répercute de proche en proche sur les spires suivantes.
- - le changement de couche contre les joues constitue lui aussi un point singulier.
- - les défauts de serrage se répercutent souvent d'une couche à la suivante.
- - the loading reels are not geometrically perfect - (irregularities during machining or acquired as a result of impacts): the cylindrical body is not perfectly centered relative to the axis of rotation, the cheeks are only imperfectly perpendicular to this axis.
- - the introduction of the cable (initiation of the winding) creates a disturbance which is passed on step by step on the following turns.
- - the change of layer against the cheeks is also a singular point.
- - tightening faults are often passed on from one layer to the next.
Il résulte des 3 premières remarques ci-dessus que l'angle d'hélice d'un bobinage parfaitement exécuté n'est pas constant. Un câble parfaitement enroulé n'a pas exactement la forme d'une hélice régulière.It follows from the first 3 remarks above that the helix angle of a perfectly executed winding is not constant. A perfectly wound cable does not exactly have the shape of a regular helix.
En conséquence, le trancannage à avance programmée ne permet pas (dans de nombreux cas) l'obtention d'un bobinage parfaitement régulier tel qu'il est désiré par le càblier.Consequently, the programmed advance slicing does not (in many cases) make it possible to obtain a perfectly regular winding as desired by the cable manufacturer.
La fig. 1 représente schématiquement pour la compréhension une vue partielle développée d'un câble en cours de bobinage.Fig. 1 schematically shows for understanding a partial developed view of a cable during winding.
On désignera dans la suite du texte les paramètres suivants :
- α = angle de chargement, c'est-à-dire angle que forme le câble, dans sa partie approximativement rectiligne située juste avant le point de tangence au touret avec un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du touret
- β = angle d'hélice, c'est-à-dire angle que forme la tangente au câble, en un point quelconque de sa partie déjà enroulée, avec un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du touret, cet angle étant à considérer pour chaque point particulier.
- γ=β-α = angle de serrage, c'est-à-dire angle que forme approximativement la portion de câble en cours de pose en son point de tangence avec la spire précédente.
- α = loading angle, that is to say the angle formed by the cable, in its approximately rectilinear part situated just before the point of tangency to the drum with a plane perpendicular to the axis of rotation of the drum
- β = helix angle, that is to say the angle formed by the tangent to the cable, at any point on its already wound part, with a plane perpendicular to the axis of rotation of the reel, this angle being to be considered for each particular point.
- γ = β-α = clamping angle, that is to say the angle that approximately forms the portion of cable being laid at its point of tangency with the previous turn.
Cet angle de serrage conditionne la mise en place du câble : s'il est trop fort la spire en formation risque de chevaucher la précédente, s'il est trop faible ou négatif, la spire s'écarte de la précédente.This clamping angle conditions the installation of the cable: if it is too strong the whorl in formation risks overlapping the previous one, if it is too weak or negative, the whorl deviates from the previous one.
L'angle d'hélice n'étant pas constant pour les diverses raisons énoncées ci-dessus, il s'en suit que l'angle de chargement doit être en permanence adapté, ce afin de maintenir aussi constante que possible la valeur de l'angle de serrage.The helix angle is not constant for the various reasons stated above, it follows that the loading angle must be constantly adapted, in order to keep as constant as possible the value of the clamping angle.
L'objet de la présente invention est d'apporter une solution à ce problème, soit maintenir par asservissement l'angle de serrage à une valeur constante.The object of the present invention is to provide a solution to this problem, namely to maintain the clamping angle by a constant value.
Du point de vue réglage automatique, le problème est apparemment simple : il suffit de réaliser un asservissement de la position relative guide-touret.From the point of view of automatic adjustment, the problem is apparently simple: it suffices to control the relative position of the drum guide.
La difficulté toutefois consiste à définir la valeur de consigne de cette position, puisque son but est de réaliser une condition bien particulière pour une grandeur (l'angle de serrage) qui n'est pas mesurable directement.The difficulty, however, consists in defining the set value of this position, since its aim is to achieve a very specific condition for a quantity (the clamping angle) which cannot be measured directly.
Comme défini à la fig. 1, cet angle est la différence entre l'angle d'hélice et l'angle de chargement. Ce sont donc ces deux angles qu'il s'agit de déterminer.As defined in fig. 1, this angle is the difference between the helix angle and the loading angle. These two angles must therefore be determined.
Il est à remarquer que l'angle d'hélice β tel que représenté à la fig. l est, pour les besoins du dessin, notablement plus grand que nature. L'expérience montre que l'angle de serrage γ désirable est normalement plus grand que l'angle d'hëlice β. Il s'en suit que l'angle de chargement α= β -γ est en réalité négatif, c'est-à-dire que le câble est en fait retenu en arrière, le guidage étant en retard comme on le verra plus loin à propos de la fig. 4.It should be noted that the helix angle β as shown in FIG. l is, for the purposes of drawing, significantly larger than life. Experience shows that the desired tightening angle γ is normally larger than the helix angle β. It follows that the loading angle α = β -γ is actually negative, that is to say that the cable is in fact retained behind, the guidance being late as will be seen below at About fig. 4.
La fig. 2 montre schématiquement à titre d'exemple pour la compréhension une forme de réalisation du dispositif selon la présente invention,Fig. 2 schematically shows by way of example for understanding an embodiment of the device according to the present invention,
vue en plan :
- Un
touret 20 tourne autour de son axe, entraîné par un dispositif motorisé non représenté.
- A
reel 20 rotates about its axis, driven by a motorized device not shown.
Ce dispositif d'entraînement est muni d'un premier capteur non représenté (absolu ou incrémentiel) de type usuel, potentiomètre ou codeur optique par exemple, fournissant sous forme électrique un signal permettant de connaître la position angulaire Ω du touret. Ce même capteur fournira au besoin l'information de vitesse de la rotation : valeur dérivée de la position dans le cas d'une mesure par potentiomètre, fréquence des impulsions dans le cas d'un capteur incrémentiel.This drive device is provided with a first not shown sensor (absolute or incremental) of the usual type, potentiometer or optical encoder for example, supplying in electrical form a signal enabling the angular position Ω of the reel to be known. This same sensor will supply the rotation speed information if necessary: value derived from the position in the case of a potentiometer measurement, pulse frequency in the case of an incremental sensor.
Un guide 21, constitué ici de deux galets cylindriques à axe vertical assure la fonction de guider le câble en cours de bobinage. Ce guide est mobile selon l'axe X` X" , cet axe étant parallèle à l'axe de rotation du touret : Un dispositif d'entraînement motorisé usuel de type connu (vis mère ou chaîne par exemple) assure son déplacement. Ce dispositif (non représenté) est en plus muni d'un deuxième capteur (potentiomètre ou codeur optique par exemple) destiné à fournir un signal analogique ou numérique correspondant au déplacement du guide selon son axe de translation X' X", en valeur absolue ou incrémentielle.A
Un troisième capteur, solidaire d'un bras 23 portant un galet oscillant 22, permet de connaître l'angle de chargement α , c'est-à-dire l'angle que forme le câble 24 par rapport à la perpendiculaire à l'axe de rotation du touret 20 : Le bras supportant ce galet 22 a par exemple comme point de rotation celui des deux guides 21 qui le précède. Il est rappelé par un ressort ou encore par exemple par un cylindre pneumatique, ce afin de le maintenir en contact avec le câble.A third sensor, secured to an
Dans le cas d'un cylindre pneumatique, le galet pourra ainsi être automatiquement dégagé vers la gauche lors de l'opération de mise en place de l'amorce du câble, puis pressé en position de mesure en temps opportun.In the case of a pneumatic cylinder, the roller can thus be automatically released to the left during the operation of placing the cable leader, then pressed into the measurement position in a timely manner.
Le capteur définissant l'angle de chargement α peut être un potentiomètre coaxial au point d'oscillation du bras, mais il peut tout aussi bien être de type inductif, capacitif ou constitué d'un codeur binaire. Il peut éventuellement être de type linéaire, couplé au ressort ou au piston pneumatique de rappel.The sensor defining the loading angle α can be a coaxial potentiometer at the point of oscillation of the arm, but it can just as easily be of the inductive, capacitive type or consist of a binary encoder. It may possibly be of the linear type, coupled to the spring or to the pneumatic return piston.
Le galet 22 peut être muni enfin d'un quatrième capteur de rotation (par exemple du type incrémentiel) dans le but de connaître la vitesse de défilement du câble et accessoirement la longueur chargée, par comptage ou intégration des impulsions.The
Ces capteurs étant des modèles usuels connus du commerce, il n'en sera pas fait description plus détaillée ici.These sensors being usual models known in the trade, there will be no more detailed description here.
Le capteur de mesure du défilement peut d'ailleurs tout aussi bien être indépendant du galet 22, le signal correspondant pouvant être fourni par le dispositif existant sur la machine de production.The scroll measurement sensor can also just as easily be independent of the
Dans le cas fréquent où l'on préfère la configuration du bobinoir à guide fixe avec translation axiale du touret, il est évident que le capteur de position longitudinal du guide 21 selon l'axe X' X" est purement et simplement remplacé par un capteur équivalent solidaire de la translation du dit touret. Le moteur de translation du touret servira d'actuateur à l'asservissement de position. Les autres capteurs mentionnés gardent leurs fonctions respectives : le système doit être compris dans un espace relatif dont on change simplement le référentiel.In the frequent case where the configuration of the fixed guide winder with axial translation of the reel is preferred, it is obvious that the longitudinal position sensor of the
Remarque : Cette dernière configuration, bien que plus coûteuse vu la masse de matériel à déplacer, présente l'avantage substantiel d'une position et d'une direction fixes du câble à son entrée dans le guide, cette position étant dans l'axe d'une machine de production, telle une cordeuse ou une extrudeuse.Note: This last configuration, although more expensive given the mass of material to be moved, has the substantial advantage of a fixed position and direction of the cable as it enters the guide, this position being in the axis d '' a production machine, such as a corder or an extruder.
En résumé, le système décrit ci-dessus comporte jusqu'ici :
- - un touret de trancannage motorisé avec capteur de sa position angulaire Ω
- - un guide d'entrée du câble
- - un mécanisme d'asservissement assurant la translation relative du guide par rapport au touret (ou inversement) et un capteur définissant cette position relative x selon l'axe X' X"
- - un galet oscillant muni d'un capteur destiné à définir l'angle de chargement α que forme le câble par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de rotation du touret
- - un capteur accessoire de rotation fournissant l'information Δℓ du défilement du câble.
- - a motorized cutting drum with sensor of its angular position Ω
- - cable entry guide
- - a servo mechanism ensuring the relative translation of the guide relative to the reel (or vice versa) and a sensor defining this relative position x along the axis X 'X "
- - an oscillating roller fitted with a sensor intended to define the loading angle α formed by the cable relative to the plane perpendicular to the axis of rotation of the reel
- - an accessory rotation sensor providing the information Δℓ of the cable travel.
Un examen plus attentif de l'ensemble des galets révèle une certaine simplification dans les explications ci-dessus :
- - Pour ne pas risquer un écrasement du câble par suite de légères variations de son diamètre, les galets 21 doivent présenter un certain jeu par rapport au diamètre moyen du câble
- - Le câble n'étant pas infiniment flexible, l'angle α de chargement tel que défini à la fig. 1 n'est pas exactement identique à celui mesuré par le capteur, le câble présentant une certaine courbure au voisinage des galets 21.
- - In order not to risk crushing the cable due to slight variations in its diameter, the
rollers 21 must have a certain clearance with respect to the average diameter of the cable - - Since the cable is not infinitely flexible, the loading angle α as defined in fig. 1 is not exactly identical to that measured by the sensor, the cable having a certain curvature in the vicinity of the
rollers 21.
En outre, il faut considérer que l'angle de serrage optimum (déterminé expérimentalement) est fonction du type de câble, c'est-à-dire de son diamètre, de sa rigidité et du coefficient de frottement de sa surface.In addition, it must be considered that the optimum clamping angle (determined experimentally) is a function of the type of cable, that is to say of its diameter, its rigidity and the coefficient of friction of its surface.
Dans la pratique, on constate que cet angle peut être compris, pour un câble donné, entre deux valeurs extrêmes correspondant l'une au risque de chevauchement, l'autre au risque de non juxtaposition des spires. Il en résulte donc une certaine marge de tolérance.In practice, it can be seen that this angle can be understood, for a given cable, between two extreme values, one corresponding to the risk of overlapping, the other to the risk of non-juxtaposition of the turns. This therefore results in a certain margin of tolerance.
Dans la plus part des cas, les approximations mentionnées ci-dessus seront donc sans inconvénient.In most cases, the approximations mentioned above will therefore be without disadvantage.
Il est toutefois possible, dans certaines applications sévères, de perfectionner le dispositif par les mesures suivantes, décrites ici dans le cas d`une installation à guide fixe et touret mobile :
- - L'un des galets de guidage 21 est mobile transversalement, sa position et/ou sa force d'appui étant asservies.
- - One of the
guide rollers 21 is movable transversely, its position and / or its bearing force being controlled.
Plusieùrs possibilités sont alors offertes, citons par exemple les solutions simples suivantes :
- - Palpeurs situés en amont des galets de guidage et ayant pour fonction de commander le rapprochement ou l'éloignement du galet mobile en fonction de leur position.
- - Capteur de force lié au galet non mobile et commandant le rapprochement du galet mobile sitôt une valeur minimum atteinte, son éloignement sitôt une valeur maximum dépassée.
- - Capteur de rotation solidaire du galet non mobile commandant le rapprochement du galet mobile sitôt détecté un arrêt de rotation
- - De manièére plus simple, sans faire appel à un dispositif d'asservissement, il suffit de munir chacun des 2 galets d'un détecteur de rotation : selon que le câble s'appuye sur l'un ou l'autre des 2 galets, l'un tourne, l'autre pas. L'information ainsi obtenue peut être utilisée pour corriger l'information du capteur d'angle de chargement, l'écartement des galets étant connus.
- - Sensors located upstream of the guide rollers and having the function of controlling the approximation or the distance of the movable roller according to their position.
- - Force sensor linked to the non-mobile roller and controlling the approach of the mobile roller as soon as a minimum value is reached, its distance as soon as a maximum value is exceeded.
- - Rotation sensor integral with the non-movable roller controlling the approach of the movable roller as soon as a rotation stop is detected
- - In a simpler way, without using a servo device, it suffices to provide each of the 2 rollers with a rotation detector: depending on whether the cable is supported on one or the other of the 2 rollers, one turns, the other does not. The information thus obtained can be used to correct the information from the loading angle sensor, the spacing of the rollers being known.
Dans le cas de câbles particulièrement rigides et/ou de fort diamètre, l'erreur sur la mesure de l'angle de chargement α peut ne pas être négligeable, même si le levier oscillant est relativement long, le câble ne pouvant changer brusquement d'orientation dès la sortie du guide 21.In the case of particularly rigid cables and / or of large diameter, the error on the measurement of the angle of loading α can not be negligible, even if the oscillating lever is relatively long, the cable being unable to change suddenly orientation as soon as you exit
Le système à bras oscillant est alors remplacé par le dispositif représenté à titre d'exemple à la fig. 3 :
- - 2
galets 31 et 32 montés sur un bras oscillant 33 s'appuyent contre le câble 34. Le capteur angulaire non représenté sur 1a figure et destiné à la mesure de l'angle de chargement α est alors monté au point de pivotement 35 du bras par rapportau support coulissant 36. Le dispositif est encore muni du ressort rappel 37 qui prend appui sur le guide fixe 38.
- - 2
31 and 32 mounted on anrollers oscillating arm 33 bear against thecable 34. The angular sensor not shown in the figure and intended for measuring the loading angle α is then mounted at thepivot point 35 of the arm relative to the slidingsupport 36. The device is also provided with thereturn spring 37 which bears on the fixedguide 38.
Comme indiqué précédement, ce ressort peut être remplacé par un cylindre pneumatique ou tout autre dispositif conventionnel propre à assurer un déplacement longitudinal parallèle à l'axe X' X" de translation du touret.As indicated above, this spring can be replaced by a pneumatic cylinder or any other conventional device capable of ensuring a longitudinal displacement parallel to the axis X 'X "of translation of the drum.
Le dispositif est appliqué sur une portion considérée comme raisonnablement rectiligne du câble comprise entre les guides 21 et le point de tangence au touret 25, la distance entre les guides 21 et le touret pouvant être augmentée sans inconvénient à une valeur suffisante.The device is applied to a portion considered to be reasonably straight of the cable lying between the
Etant ainsi démontré qu'il est facile de mesurer l'angle de chargement α, il faut expliquer comment obtenir la valeur de l'angle d'hélice /3 de la spire précédente et celà plus particulièrement au point de tangence du câble avec le touret en cours de chargement.Being thus demonstrated that it is easy to measure the angle of loading α, it is necessary to explain how to obtain the value of the angle of helix / 3 of the preceding turn and this more particularly at the point of tangency of the cable with the reel loading.
La fig. 4 montre schématiquement pour la compréhension :
- - le tronçon de câble compris entre le guide avec son abscisse x2 sur l'axe X' X" et le touret à son point de contact d'abscisse x1 sur la génératrice g du cylindre
- - la distance h entre l'axe X' X" et la génératrice g
- - l'angle de chargement α défini par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de rotation du touret.
- - the section of cable between the guide with its abscissa x 2 on the axis X 'X "and the reel at its abscissa contact point x 1 on the generator g of the cylinder
- - the distance h between the axis X 'X "and the generator g
- - the loading angle α defined with respect to the plane perpendicular to the axis of rotation of the reel.
En examinant cette fig. 4, on constate qu'un raisonnement immédiat faisant appel à la géométrie élémentaire permet de comprendre qu'une no relation trigométrique simple lie l'abscisse x1 du point de tangence du câble à l'abscisse x2 mesurée du guide en fonction de l'angle de chargement mesuré α,
on a en effet :
x1 = x 2 - h.tg αBy examining this fig. 4, we see that an immediate reasoning using elementary geometry makes it possible to understand that a simple trigometric relationship links the abscissa x 1 of the point of tangency of the cable to the abscissa x 2 measured from the guide as a function of l 'measured loading angle α,
we have indeed:
x 1 = x 2 - h.tg α
L'abscisse relative x2 guide-touret étant mesurée par le capteur de translation, celle du point de tangence peut ainsi être déterminée par calcul à chaque instant, au moyen d'un microprocesseur par exemple.The relative abscissa x 2 reel guide being measured by the translation sensor, that of the point of tangency can thus be determined by calculation at each instant, by means of a microprocessor for example.
Il suffit alors de mémoriser ces valeurs successives en corrélation avec celles de la rotation Ω du touret pour connaître, par appel successif en mémoire, la position de la spire précédente.It is then enough to memorize these successive values in correlation with those of the rotation Ω of the reel to know, by call successive in memory, the position of the previous turn.
Comme mentionné plus haut, l'angle de chargement du câble en cours de trancannage est généralement négatif. Ainsi, contrairement à la représentation de la fig. 4, on a x1>x2.As mentioned above, the cable loading angle during cutting is generally negative. Thus, unlike the representation in FIG. 4, we have 1 > x2.
Remarquons également que la distance h varie quelque peu selon l'état de remplissage et le diamètre du touret. Cette variation étant faible, il n'est en général pas nécessaire d'en tenir compte, bien que le calcul trigonométrique correctif pourrait être effectué par le microprocesseur si besoin était, le diamètre d'enroulement pouvant être déterminé comme décrit plus loin.Note also that the distance h varies somewhat depending on the filling state and the diameter of the drum. Since this variation is small, it is generally not necessary to take it into account, although the corrective trigonometric calculation could be carried out by the microprocessor if necessary, the winding diameter being able to be determined as described below.
De plus, le microprocesseur peut donner, par calcul simple, la valeur de l'angle d'hélice au point considéré selon la relation :
Δx est la différence entre 2 valeurs successives xn et xn+1 calculées pour l'abscisse du point de tangence correspondant à 2 valeurs successives Ωn et Ωn+1 de la position angulaire du touret mises en mémoires, Δl correspondant à la longueur de câble ayant défilé en contact avec le galet 22 lors du même intervalle, soit :
Dans le cas de tourets de diamètre connu, le microprecesseur peut calculer lui-même la longueur de câble enroulé sans faire appel à un capteur ad-hoc. Pour la première couche, on a l1=π.n1.D où n et le nombre de spires (déterminé à partir de Ω), D le diamètre du touret. Pour la deuxième couche : l2=π.n2(D + d), où d est le diamètre du câble, valeur que le microprocesseur peut facilement déterminer à partir du déplacement moyen (pas) pour chaque tour du touret. Et ainsi de suite.In the case of reels of known diameter, the microprocessor can calculate the length of the wound cable itself without using an ad-hoc sensor. For the first layer, we have 1 = π.n 1 .D where n and the number of turns (determined from Ω), D the diameter of the drum. For the second layer: l 2 = π.n 2 (D + d), where d is the cable diameter, a value that the microprocessor can easily determine from the average displacement (step) for each turn of the reel. And so on.
La valeur
Un calcul trigonométrique de même nature permet alors de définir la valeur de consigne à imposer pour la position relative touret-guide afin d'assurer la valeur correcte de l'angle de chargement α désiré, valeur qui doit satisfaire comme décrit plus haut à la relation α= β-γ où γ est l'angle de serrage dont la valeur, constante pour un câble donné, est expérimentalement choisie. Cette valeur peut être introduite comme valeur de consigne tô par insertion manuelle au panneau de commande. Elle peut aussi être mémorisée pour les divers types et diamètres de câbles et automatiquement rap- pellée par le processeur.A trigonometric calculation of the same kind then makes it possible to define the set value to be imposed for the relative position of the drum-guide in order ensure the correct value of the desired loading angle α, a value which must satisfy, as described above, the relationship α = β-γ where γ is the clamping angle whose value, constant for a given cable, is experimentally chosen. This value can be entered as setpoint tô by manual insertion at the control panel. It can also be memorized for the various types and diameters of cables and automatically recalled by the processor.
Remarque : l'asservissement pourrait également prendre α comme valeur de consigne, la valeur mesurée étant celle donnée par le capteur correspondant. Un rapide examen des algorithmes permet toutefois de se rendre compte que la fonction est identique, les bases du calcul étant en fait les mêmes.Note: the servo could also take α as the reference value, the measured value being that given by the corresponding sensor. A quick examination of the algorithms however makes it possible to realize that the function is identical, the bases of computation being in fact the same.
On préférera l'asservissement de la position x2 selon l'axe X'X", la grandeur d'entrée correspondant à la mesure x étant plus pratique.It is preferable to control the position x 2 along the axis X'X ", the input quantity corresponding to the measurement x being more practical.
Dans une autre forme de réalisation du dispositif d'asservissement, l'angle d'hélice β est obtenu par analyse de l'image observée par une caméra TV disposée perpendiculairement à l'axe de rotation du touret.In another embodiment of the servo device, the helix angle β is obtained by analysis of the image observed by a TV camera arranged perpendicular to the axis of rotation of the reel.
Le système tel que décrit jusqu'à ce point assure la fonction de bobiner correctement le câble par rapport à la spire précédente au cours d'une couche. Restent donc à examiner les solutions à apporter aux transistoires que constituent le début du bobinage et le renversement du sens de l'hélice contre les joues.The system as described up to this point performs the function of correctly winding the cable with respect to the previous turn during a layer. It therefore remains to examine the solutions to be provided to the transistors which constitute the beginning of the winding and the reversal of the direction of the helix against the cheeks.
L'accrochage de l'amorce du câble est une opération manuelle. De même, l'enroulement de la première spire est à considérer comme une opération qui ne relève pas d'un asservissement, mais plutôt d'une programmation, le câble devant simplement être bobiné contre la joue, circulairement dans sa première partie. L'enroulement s' effectuera ensuite selon un pas fixé par le diamètre supposé connu du câble ou par commande manuelle du déplacement. La mise en asservissement, c'est-à-dire son enclanchement, sera soit décidée par l'opérateur, soit automatique, par exemple après une rotation d'une fraction de tour du touret. La mémorisation des paramètres x, α et Ω étant effectuée dès le début de la rotation, le système pourra intervenir aussitôt, tenant compte en particulier de l'anomalie d'hélice causée par la naissance de la première spire puisqu'on en connaît la position.Hanging the cable leader is a manual operation. Similarly, the winding of the first turn is to be considered as an operation which is not a servo, but rather a programming, the cable simply having to be wound against the cheek, circularly in its first part. The winding will then be carried out at a pitch fixed by the supposedly known diameter of the cable or by manual control of the movement. The enslavement, that is to say its engagement, will be either decided by the operator, or automatic, for example after a rotation of a fraction of a turn of the reel. The memorization of the parameters x, α and Ω being carried out from the start of the rotation, the system will be able to intervene immediately, taking into account in particular the anomaly of propeller caused by the birth of the first turn since knows its position.
L'arrivée du câble contre une joue représente elle aussi une anomalie que le système doit interpréter :The arrival of the cable against a cheek also represents an anomaly that the system must interpret:
La dernière spire libre de la couche ayant été posée en hélice cylindrique, l'asservissement va à première vue continuer le déplacement relatif guide-touret en fonction de la position de cette dernière spire. Le câble butant toutefois sur la joue, le pas effectif sera nul (aux irrégularités de la joue près). L'angle de chargement effectif mesuré oC. va donc progressivement se modifier. Une comparaison avec les valeurs successives mises en mémoire correspondant à la spire précédente permettra de décider après dépassement d'un seuil prédéterminé le renversement du pas d'hélice. Afin d'éviter un chevauchement, ce renversement s'effectuera par exemple après'un peu moins d'un tour, amorçant ainsi par programmation automatique la première spire complète de la nouvelle couche.The last free turn of the layer having been placed in a cylindrical helix, the servo-control will at first sight continue the relative movement of the guide-reel as a function of the position of this last turn. However, the cable abuts on the cheek, the effective step will be zero (apart from cheek irregularities). The effective loading angle measured oC. will therefore gradually change. A comparison with the successive values stored in memory corresponding to the preceding turn will make it possible to decide after exceeding a predetermined threshold the reversal of the propeller pitch. In order to avoid overlapping, this reversal will take place for example after a little less than one turn, thus initiating by automatic programming the first complete turn of the new layer.
Remarquons que le diamètre du câble est nécessairement connu du microprocesseur à ce moment-là, soit parce que cette valeur a été manuellement introduite par l'opérateur, soit parce qu'un capteur a été prévu pour les besoins du positionnement de l'écartement des guides 21, soit parce que le microprocesseur l'a lui-même calculé à partir de la moyenne des différences des valeurs successives de la translation à chaque tour du touret : pas d'hélice moyen.Note that the diameter of the cable is necessarily known to the microprocessor at that time, either because this value was manually entered by the operator, or because a sensor was provided for the purposes of positioning the spacing of the
La fig. 5 montre à titre d'exemple pour la compréhension un schéma simplifié du dispositif.Fig. 5 shows by way of example for understanding a simplified diagram of the device.
Nous constatons qu'en plus des organes mentionnés à la fig. 2, le dispositif est encore au moins muni d'une unité de commande 51 se composant au moins des interfaces nécessaires à la réception des signaux issus des capteurs d'angles et de position, y compris les convertisseurs analogique- digital pour la lecture des potentiomètres correspondant à l'angle et à l'abscisse x, d'un dispositif permettant d'introduire et/ou de corriger la valeur de consigne de l'angle de serrage, d'un microprocesseur et/ou d'une unité arithmétique pour le traitement de ces données et leur stockage en mémoire selon un programme (software) adéquat, d'un convertisseur digital-analogique fournissant la valeur de consigne de l'abscisse relative x du déplacement par translation guide-touret et d'un amplificateur d'asservissement 52 pour la commande du moteur 53 assurant le dit déplacement.We note that in addition to the organs mentioned in fig. 2, the device is also at least provided with a
Remarquons que le processeur peut être muni au besoin d'un dispositif 54 permettant l'affichage et/ou l'enregistrement des diverses valeurs qu'il reçoit et/ou calcule : angle d'hélice, angle de chargement, angle de serrage, diamètre du produit, vitesse de chargement, longueur chargée, nombres de spires et/ou de couches, vitesse de rotation du touret, etc...Note that the processor can be equipped, if necessary, with a
Généralement, un seul affichage commutable sur les diverses valeurs sera' utilisé, pour les besoins du service par exemple.Generally, only one switchable display on the various values will be used, for the needs of the service for example.
L'expérience montrant que la précision nécessaire à la translation du guidage n'est pas très sévère, l'amplificateur d'asservissement pourra, si l'on désire une solution économique de moindre coût, être remplacé par deux comparateurs ayant comme signaux d'entrée la valeur de consigne . issue du calculateur et la valeur de la position réelle mesurée par le capteur. Les signaux de sortie de ces comparateurs, dont les seuils de commutation seront légèrement décalés, serviront d'ordre de commande à deux relais, assurant chacun un sens de marche d'un simple moteur triphasé, ce par intermittence, c'est-à-dire par petits déplacements successifs.Experience showing that the precision required for the translation of the guide is not very severe, the servo amplifier may, if a low-cost economic solution is desired, be replaced by two comparators having as signals enter the setpoint. from the computer and the value of the actual position measured by the sensor. The output signals of these comparators, whose switching thresholds will be slightly offset, will serve as a control order with two relays, each ensuring a direction of operation of a simple three-phase motor, this intermittently, that is to say say by small successive displacements.
La solution est évidemment sensiblement moins coûteuse que celle consistant en un régulateur et un moteur à courant continu, tout spécialement lorsqu'il s'agit d'une installation déjà existante à transformer.The solution is obviously significantly less expensive than that consisting of a regulator and a DC motor, especially when it is an already existing installation to be transformed.
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