FR2628760A1 - Procede et dispositif pour asservir la tension mecanique d'un fil textile en mouvement - Google Patents

Procede et dispositif pour asservir la tension mecanique d'un fil textile en mouvement Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé ainsi qu'un dispositif pour asservir la tension mécanique d'un fil textile en mouvement. Le dispositif comporte des moyens pour déterminer la tension instantanée du fil 12, comprenant un premier capteur 10 pour générer une perturbation transversale sur le fil sous la forme d'une onde sinusodale et un second capteur 11 pour détecter le passage de cette onde. Le fil traverse deux guide-fils 13 et 14 et l'ensemble est monté sur un support 15. Le dispositif permet de contrôler et d'asservir la tension d'un fil de trame introduit entre les fils de chaîne d'une machine à tisser.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR ASSERVIR LA TENSION MECANIQUE
D'UN FIL TEXTILE EN MOUVEMENT
La présente invention concerne un procédé pour asservir la tension mécanique d'un fil textile en mouvement, et notamment d'un fil de trame introduit entre les fils de chaîne sur une machine à tisser, dans lequel on propulse ledit fil de trame à grande vitesse entre lesdits fils de chaîne.
Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le travail des textiles linéaires ou fils, en vue de leur transformation en étoffe ou de leur conditionnement, nécessite la maîtrise de plusieurs paramètres liés à leur structure. Il apparaît à l'issue de nombreuses recherches que la tension mécanique du fil représente une des caractéristiques les plus importantes et qu'elle conditionne la bonne marche des procédés et la qualité des produits obtenus.
En tissage, par exemple, de faibles variations de tension entre plusieurs fils du tissu peuvent conduire à des irrégularités d'aspect et à un déclassement de l'étoffe.
Si l'importance de la maîtrise de la tension des fils est aujourd'hui reconnue, les moyens pour la mesurer et la réguler sont peu nombreux, voire inexistants, surtout quand on a affaire à des procédés de transformation de fils à grande vitesse A ce sujet, il faut rappeler qu'en tissage on dépasse actuellement des vitesses de trame de 20 m/s, et que les constantes de temps des variations de tension sont de l'ordre de 10 ms.
La plupart des capteurs de tension de fil sont fondés sur la mesure de la force induite par l'embarrage ou détour du fil tendu, en deux ou trois points. La déformation du barreau de mesure, résultant de cette force, est mesurée par un dispositif capacitif ou inductif ou encore par des jauges de contrainte. Selon l'option choisie, la constante de temps du capteur sera plus ou moins élevée. La composante mesurée dépend de l'embarrage choisi. De plus, par les frottements qu'il occasionne, cet embarrage introduit une tension supplémentaire et perturbe ainsi le système à analyser. Aussi, ce type de capteurs reste réservé à des mesures particulières et n'est guère utilisable pour un contrôle permanent de la tension.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé tel que mentionné ci-dessus qui permet d'asservir la tension d'un fil en mouvement, c'est-à-dire de mesurer cette tension en permanence et d'agir sur le fil pour la corriger si nécessaire.
Dans ce but, il est caractérisé en ce que l'on détermine la tension instantanée du fil en mouvement en calculant la vitesse de propagation d'une onde sinusoldale dans ce fil, entre un point d'émission et un point de réception décalé axialement par rapport au point d'émission, et en ce que l'on applique sur ce fil une force de freinage en fonction de la valeur de ladite tension instantanée.
Selon un mode de réalisation préféré, I'on calcule la vitesse de propagation de ladite onde sinusoîdale en mesurant le déphasage entre une onde émise en un point d'émission et une onde reçue en un point de réception.
A cet effet, I'on engendre ladite onde émise au moyen d'un premier capteur piézo-électrique disposé au point d'émission et l'on détecte l'onde reçue au moyen d'un second capteur piézo-électrique disposé au point de réception.
De préférence, I'on déduit de la vitesse de propagation de l'onde sinusoidale la tension du fil de trame en mouvement au moyen d'un tableau d'étalonnage qui permet de faire correspondre une valeur de la tension à une valeur de la vitesse pour chaque type de fil de trame utilisé.
Pour appliquer la force de freinage sur le fil de trame en mouvement on fait avantageusement varier l'intervalle entre un élément fixe et un élément mobile, ce dernier étant agencé pour pouvoir se déplacer plus ou moins en direction de l'élément fixe de manière à modifier cet intervalle en fonction de la tension de ce fil.
A cet effet, I'élément fixe peut comporter une plaque d'un matériau amagnétique, I'élément mobile comportant une plaque d'un matériau ferromagnétique disposée en regard de la plaque de l'élément fixe. Dans ce cas l'on fait varier l'intervalle entre les deux plaques en attirant plus ou moins la plaque de l'élément mobile en direction de la plaque de l'élément fixe en faisant varier un champ magnétique engendré par une bobine dans laquelle on fait circuler un courant modulé en intensité, en fonction de la tension du fil de trame en mouvement.
Selon une variante, l'élément mobile comporte une plaque liée à un noyau plongeur en fer doux disposé à l'intérieur d'une bobine dans laquelle on fait circuler un courant modulé en intensité en fonction de la tension du fil de trame en mouvement, et l'élément fixe comporte une plaque disposée en regard de la plaque -mobile, de telle manière que l'intervalle entre les deux plaques varie en fonction de cette tension.
Dans ce but également, le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé pour asservir la tension mécanique d'un fil textile en mouvement et notamment d'un fil de trame introduit entre les fils de chaîne sur une machine à tisser, ce fil de trame étant propulsé à grande vitesse entre lesdits fils de chaîne, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déterminer la tension instantanée du fil de trame en mouvement, ces moyens étant équipés d'un dispositif pour calculer la vitesse de propagation d'une onde sinusoîdale dans ce fil en mouvement entre un point d'émission et un point de réception décalé axialement par rapport au point d'émission, et des moyens pour appliquer à ce fil une force de freinage en fonction de la valeur de ladite tension instantanée.
Le dispositif pour calculer la vitesse de propagation de ladite onde sinusoldale comporte des moyens pour mesurer le déphasage entre une onde émise en un point d'émission et une onde reçue en un point de réception.
Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, le dispositif comporte un premier capteur piézo-électrique agencé pour engendrer ladite onde émise, disposé audit point d'émission et un second capteur piézo-électrique disposé audit point de réception pour détecter ladite onde reçue.
Lesdits moyens pour déterminer la tension instantanée du fil de trame en mouvement comportent de préférence un tableau d'étalonnage conçu pour définir une correspondance entre une valeur de la vitesse de propagation de l'onde sinusoldale dans ce fil, et une valeur de sa tension, en fonction du type de fil de trame utilisé.
Selon un mode de réalisation préférentiel lesdits moyens pour appliquer au fil de trame en mouvement une force de freinage en fonction de la valeur de la tension de ce fil, comprennent un élément fixe et un élément mobile et des moyens pour déplacer plus ou moins l'élément mobile en direction de l'élément fixe, de manière à faire varier l'intervalle entre ces deux éléments en fonction de la tension du fil.
Dans ce cas l'élément fixe peut comporter une plaque d'un matériau amagnétique, et l'élément mobile peut comporter une plaque d'un matériau ferromagnétique disposée en regard de la plaque de l'elément fixe, et les moyens pour déplacer l'élément mobile peuvent comporter une bobine dans laquelle circule un courant modulé en intensité en fonction de la tension instantanée du fil de trame en mouvement, de manière à générer un champ magnétique variable entre les deux plaques.
Selon une variante de ce dispositif, l'élément mobile peut comporter une plaque liée à un noyau plongeur en fer doux disposé à l'intérieur d'une.
bobine dans laquelle circule un courant modulé en intensité en fonction de la tension instantanée du fil de trame en mouvement, I'élément fixe étant une plaque disposée en regard de la plaque mobile.
La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel la fig. 1 représente une vue schématique des capteurs permettant de déterminer la tension du fil en mouvement, et la fig. 2 représente une vue schématique d'une forme de réalisation d'un frein de fil utilisé pour asservir la tension du fil en mouvement.
Pour asservir la tension mécanique d'un fil en mouvement, il est indispensable de pouvoir mesurer cette grandeur par l'intermédiaire d'un capteur de tension. Le capteur qui sera utilisé est basé sur le principe de la propagation des ondes le long d'un fil. On peut démontrer que la vitesse de propagation "v" d'une pertubation transversale de petite amplitude dans un fil est liée à la tension "T" de ce fil et à sa masse linéique "m" par la relation suivante
Figure img00050001
Etant donné que la masse linéique d'un fil est une constante connue pour chaque type de fil, la tension T peut etre déduite d'une mesure de la vitesse "v" de propagation d'une onde dans le fil. La solution proposée consiste à générer une onde sinusoldale sur le fil et à la capter à une certaine distance.Dans la pratique, on mesurera le déphasage entre l'onde émise et l'onde reçue. Ce déphasage est représentatif de la tension mécanique T du fil.
En référence à la fig. 1, les moyens pour déterminer la tension instantanée du fil en mouvement comprennent un premier capteur 10 pour générer une pertubation transversale sur le fil, sous la forme d'une onde sinusoidale, et un second capteur 11 pour détecter le passage de cette onde. Le point d'émission défini par le capteur 10 et le point de réception défini par le capteur Il sont décalés de quelques centimètres le long du fil. Les capteurs sont avantageusement réalisés au moyen de céramiques piézo-électriques
Comme le montre la figure, le fil 12 traverse deux guide-fils 13 et 14 disposés de part et d'autre de la zone de mesure définie par la position des deux capteurs 10 et 11. L'ensemble de ces éléments est monté sur un support rigide 15.
Pour effectuer les mesures, une carte électronique qui a pour mission de générer le signal d'émission, de réaliser l'acquisition du signal de réception, de mesurer le déphasage entre les deux signaux et de convertir le déphasage en une amplitude, a été développée. Un signal d'horloge est généré à 'partir d'un oscillateur à quartz et alimente le capteur piézo-électrique 10 pour engendrer les ondes d'émission sur le fil. Un circuit diviseur peut éventuellement être associé au circuit oscillateur à quartz pour permettre de choisir une certaine fréquence.
Les ondes transmises par le fil sont reçues par le second capteur piézo-électrique ll et un circuit comparateur qui permet de mesurer la différence de phase entre l'onde émise et l'onde reçue. La carte électronique fournit un signal de sortie qui est représentatif du déphasage de l'onde entre le point d'émission et le point de réception.
Une courbe d'étalonnage a été tracée et l'on constate, comme prévu, qu'elle est linéaire. Le déphasage entre le signal émis et le signal reçu est une fonction linéaire de la tension du fil.
Les capteurs utilisés sont par exemple des bâtonnets multimorphes de type PXE 5 produits par RTC.
Les capteurs de tension décrits ci-dessus permettent de connaître la tension du fil en mouvement. Cette connaissance permet d'asservir cette grandeur au moyen d'un dispositif que l'on peut appeler "frein de fil".
Les métiers à tisser actuels travaillent à raison de 600 coups par minute, ce qui représente 1200 interventions de freinage du fil de trame par minute, soit une intervention toutes les 50 ms. De ce fait, il faut qu'un actionneur du frein agisse en quelques millisecondes. Cette réalité impose des temps de réponse mécanique très faibles. Pour y parvenir, il convient de trouver un frein mettant un minimum de pièces mécaniques en mouvement. Les pièces devant malgré tout être mobiles ne le seront que sur des distances très faibles et devront avoir une inertie la plus faible possible. Ces contraintes ont imposé la réalisation d'un dispositif de pincement du fil pour réaliser le frein. Un tel dispositif a en effet l'avantage d'exiger des déplacements très faibles, de l'ordre de quelques centièmes de millimètre, d'où des temps de réponse mécanique très faibles.Le frèin de fil qui est utilisé dans le cadre de cette invention se compose de deux plaques disposées de part et d'autre du fil afin de le comprimer.
Une augmentation tT de la tension T du f;l est liée au coefficient de frottement y entre les plaques et le fil, et à la force de freinage appliquée sur les plaques par la relation bT =yF
La tension T obtenue en aval du frein est augmentée de T par rapport à la tension initiale To en amont du frein, d'où
T = To + L T
Selon un mode de réalisation préféré illustré par la fig. 2, la force de freinage est générée par un électro-aimant. Une des deux plaques mentionnées ci-dessus, appelée plaque fixe 20, est fixée à un électroaimant 21. Cette plaque est réalisée en un matériau amagnétique afin qu'elle ne ferme pas les lignes des champs magnétiques de l'électro- aimant.Ce matériau est par exemple du cuivre. Autre plaque, dite plaque mobile 22, est articulée sur un axe de pivotement 23. Elle fermera le circuit magnétique et est par conséquent réalisée en un matériau ferromagnétique tel que par exemple une tôle profilée en acier chromé. De part et d'autre du frein sont placés des guide-fils en céramique 24 (respectivement 25). Ces guide-fils sont disposés de telle manière que le fil en défilant remet la plaque mobile 22 dans sa position de repos, afin que le frein n'agisse pas. Cette position de repos est réglable au moyen d'une vis 26 disposée en face de l'électro-aimant 21.
Elle permet un réglage optimal de la position de repos pour que le parcours de la plaque mobile soit aussi faible que possible afin d'obtenir un temps de réponse le plus court possible.
On peut faire varier l'augmentation tT de la tension en faisant varier les deux paramètres y et F. Des revêtements spéciaux à coefficient de frottement plus élevé que le cuivre ou l'acier chromé peuvent être appliqués sur les plaques fixe et mobile.
Le dispositif de l'invention se compose d'une part de moyens pour mesurer la tension du fil en mouvement et d'autre part de moyens pour augmenter cette tension, en freinant le fil. Une électronique d'asservissement permet d'interpréter le signal de sortie des moyens de mesure de la tension et d'appliquer ce signal au frein de-fil.
I1 est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites, mais pourrait être modifiée dans les limites des connaissances de l'homme de l'art. Les capteurs en céramique pourraient par exemple être remplacés par des capteurs à base de lames en acier trempé dont la résistance mécanique est plus élevée, qui permettent d'abaisser le fréquence de résonnance et d'augmenter l'amplitude de l'onde transmise sur le fil.
Le contrôle de l'asservissement de la tension mécanique d'un fil de trame va apporter une modification importante dans le domaine du tissage. En effet, il contribuera à augmenter la productivité des métiers à tisser en évitant la casse du fil de trame, et également à augmenter la qualité du tissu, car lors du tissage, la tension du fil de trame aura été plus régulière.
Bien au-delà du tissage, ce type de système de régulation de tension peut s'étendre à bien des procédés de prod-uction ou de transformation de fils. En effet, la productivité de ces procédés et la qualité de leurs produits sont actuellement réduites par l'absence de contrôle de la tension des fils.

Claims (13)

Revendications
1. Procédé pour asservir la tension mécanique d'un fil textile en mouvement, et notamment d'un fil de trame introduit entre les fils de chaîne sur une machine à tisser, dans lequel on propulse ledit fil de trame à grande vitesse entre lesdits fils de chaîne, caractérisé en ce que l'on détermine la tension instantanée de ce fil en mouvement en calculant la vitesse de propagation d'une onde sinusoldale dans ce fil, entre un point d'émission et un point de réception décalé axialement par rapport au point d'émission, et en ce que l'on applique sur ce fil une force de freinage en fonction de la valeur de ladite tension instantanée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on calcule la vitesse de propagation de ladite onde sinusoîdale en mesurant le déphasage entre une onde émise en un point d'émission et une onde reçue en un point de réception.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on engendre ladite onde émise au moyen d'un premier capteur piézo-électrique disposé au point d'émission et en ce que l'on détecte l'onde reçue au moyen d'un second capteur piézo-électrique disposé au point de réception.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on déduit de la vitesse de propagation de l'onde sinusoïdale la tension du fil de trame en mouvement au moyen d'un tableau d'étalonnage qui permet de faire correspondre une valeur de la tension à une valeur de la vitesse pour chaque type de fil de trame utilisé.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique la force de freinage sur le fil de trame en mouvement en faisant varier l'intervalle entre un élément fixe et un élément mobile, ce dernier étant agencé pour pouvoir se déplacer plus ou moins en direction de l'élément fixe de manière à faire varier cet intervalle en fonction de la tension de ce fil.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément fixe comporte une plaque d'un matériau amagnétique, I'élément mobile comportant une plaque d'un matériau ferromagnétique disposée en regard de la plaque de l'élément fixe, et en ce que l'on fait varier l'intervalle entre les deux plaques en attirant plus ou moins la plaque de l'élément mobile en direction de la plaque de l'élément fixe en faisant varier un champ magnétique engendré par une bobine dans laquelle on fait circuler un courant modulé en intensité, en fonction de la tension du fil de trame en mouvement.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément mobile comporte une plaque liée à un noyau plongeur en fer doux disposé à l'intérieur d'une bobine dans laquelle on fait circuler un courant modulé en intensité en fonction de la tension du fil de trame en mouvement, et en ce que l'élément fixe comporte une plaque disposée en regard de la plaque mobile, de telle manière que l'intervalle entre les deux plaques varie en fonction de cette tension.
8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, pour asservir la tension mécanique d'un fil textile et notamment d'un fil de trame, introduit entre les fils de chaîne sur une machine à tisser, ce fil de trame étant propulsé à grande vitesse entre lesdits fils de chaîne, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déterminer la tension instantanée du fil de trame en mouvement, ces moyens étant équipés d'un dispositif pour calculer la vitesse de propagation d'une onde sinusoldale dans ce fil entre un point d'émission et un point de réception décalé axialement par rapport au point d'émission, et des moyens pour appliquer à ce fil une force de freinage en fonction de la valeur de ladite tension instantanée.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dispositif pour calculer la vitesse de propagation de ladite onde sinusoïdale comporte des moyens pour mesurer le déphasage entre une onde émise en un point d'émission et une onde reçue en un point de réception.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un premier capteur piézo-électrique agencé pour engendrer ladite onde émise, disposé audit point d'émission et un second capteur piézo-électrique disposé audit point de réception pour détecter ladite onde reçue.
Il. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens pour déterminer la tension - instantanée du fil de trame en mouvement comportent un tableau d'étalonnage conçu pour définir une correspondance entre une valeur de la vitesse de propagation de l'onde sinusoïdale dans ce fil, et une valeur de sa tension, en fonction du type de fil de trame utilisé.
12. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens pour appliquer au fil de trame en mouvement une force de freinage en fonction de la valeur de la tension de ce fil, comprennent un élément fixe et un élément mobile et des moyens pour déplacer plus ou moinsi'élément mobile en direction de l'élément fixe, de manière à faire varier l'intervalle entre ces deux éléments en fonction de la tension du fil.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément fixe comporte une plaque d'un matériau amagnétique, et l'élément mobile comporte une plaque d'un matériau ferromagnétique disposée en regard de la plaque de l'élément fixe, et en ce que les moyens pour déplacer l'élément mobile comportent une bobine dans laquelle circule un courant modulé en intensité en fonction de la tension instantanée du fil de trame en mouvement, de manière à générer un champ magnétique variable entre les deux plaques.
14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément mobile comporte une plaque liée à un noyau- plongeur en fer doux disposé à l'intérieur d'une bobine dans laquelle circule un courant modulé en intensité en fonction de la tension instantanée du fil de trame en mouvement, et en ce que l'élément fixe est une plaque disposée en regard de la plaque mobile.
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