METHODE DE PILOTAGE D'UN PROCEDE DE TRANSFORMATION DE FILS

L'invention concerne le domaine technique de la transformation des matières allongées continues, notamment des fils textiles, que l'on désignera dans ce qui suit par « fil », tel par exemple des procédés de retordage, de torsion simple, double ou multiple.

Plus particulièrement, l'invention concerne les procédés de transformation qui consiste à dévider le fil d'une bobine alimentaire, le faire passer dans une broche qui lui confère une torsion sur lui-même, tout en étant appelé par un organe placé en aval, par exemple par un délivreur et/ou un système de bobinage de réception, ou encore par un autre procédé de transformation. L'ensemble des moyens de dévidage, torsion, délivreur, système de bobinage constitue une unité de transformation, que l'on désignera dans ce qui suit par « position de travail », chaque position de travail étant indépendante ou associée à d'autres positions de travail adjacentes.

Dans certains cas, le procédé de transformation est limité par les conditions de dévidage de la ou des bobines alimentaires. D'une manière générale, le diamètre de la bobine diminue au fur et à mesure du dévidage, ce qui affecte les conditions de dévidement du fil sur la périphérie de la bobine. En effet, pour une vitesse d'appel donnée, la rotation du point de dévidage autour de la bobine, c'est-à-dire le point où le fil quitte la périphérie de la bobine, s'accélère au fur et à mesure que le diamètre de bobine diminue, ce qui augmente par exemple les tensions de dé vidage, l'irrégularité de ces tensions, ainsi que la torsion du fil sur lui-même due à cette rotation. Cette

influence peut affecter la qualité du processus de transformation et/ou en limiter la performance.

Une telle influence est particulièrement importante pour les procédés de torsion multiple, notamment pour les procédés de double torsion. On se reporte à la figure 1 pour en comprendre le principe que l'on rappelle ici, et qui est connu par l'homme de métier.

Une bobine alimentaire (2), formée d'un enroulement d'un fil (1) autour d'un mandrin creux, est placée dans un support (3) lui-même supporté par l'axe d'une broche (4). Ce support (3) est assujetti coaxialement à l'axe de la broche (4) par un moyen tel des roulements à bille, et il est empêché de tourner sur lui-même par un moyen de retenue agissant par gravité, ou par une force magnétique ou mécanique, de sorte que la bobine (2) et son support (3) ne tournent pas.

Le fil (1) dévidé de la bobine (2) est introduit dans un canal pratiqué dans l'axe de la broche (4), et ressort par un orifice (5) débouchant radialement dans une zone cylindrique ou conique appelé réserve (6) disposé au dessous du support de la bobine (3). Le fil s'enroule de quelques fractions de tours sur la réserve (6) puis forme un arc contournant la bobine (2) et son support (3), pour rejoindre un guide fil fixe (7), avant d'être tracté par des organes en aval (8, 9) selon une vitesse donnée V (vitesse d'appel). Souvent les organes en aval sont constitués d'un organe de pré-appel (8), destiné à abaisser la tension du fil et un organe d'appel positif (9), ce dernier garantissant la vitesse V.

Grâce à la rotation de la broche (4), le fil (1) tourne autour de la bobine (2) et son support (3) en formant un « ballon ». La rotation provoque une première torsion du fil sur lui-même entre l'entrée de la broche et son orifice radial (5) et une deuxième torsion du fil sur lui-même entre l'orifice radial (5) et le guide fil fixe (7). Ainsi, si la broche tourne à N Tours /mn et si le fil est tracté à V mètres / mn, à chaque minute le fil reçoit 2 N torsions réparties sur V mètres, soit 2N / V torsions par mètre.

La stabilité du procédé repose sur l'équilibre entre la tension due à la force centrifuge créée par la rotation du ballon, et la force de retenue du fil entre la bobine alimentaire et ledit ballon. Cette force de retenue est répartie entre les forces de dé vidage, la friction du fil dans l'enroulement sur la réserve et un moyen de freinage auxiliaire.

Lorsque le dévidage est assuré à l'aide d'un dispositif appelé par l'homme de métier « coronelle », l'expérience montre que les forces engendrées par le dévidage de la bobine sont principalement liées à la rotation du fil se dévidant entre le pourtour de la bobine et l'axe de la broche et ont tendance, pour une vitesse d'appel donnée, à progresser au fur et à mesure que la bobine se vide, c'est à dire que son diamètre extérieur diminue.

. Comme le montre la figure 1, la coronelle est formée d'un bras (10) apte à tourner librement autour de l'axe de la broche (4) et portant un guide fil (11) en son extrémité. Le fil (1) passe par le guide fil (11), ce qui a pour effet de supprimer la friction du fil le long du pourtour et du flanc de la bobine. La « coronelle » (10) tourne en même temps que le fil (1) pour l'accompagner dans son dévidement, cette rotation étant généralement freinée par un dispositif de friction, magnétique ou autre, fournissant un couple

résistant destiné à générer la force de freinage nécessaire à l'équilibre du procédé.

Or, pour un couple résistant donné, la tension du fil nécessaire à faire tourner la coronelle (10) augmente au fur et à mesure que le diamètre extérieur de la bobine diminue, en raison de la diminution du bras de levier qui correspond au rayon de la bobine (2). En conséquence, au fur et à mesure de la diminution du diamètre de la bobine (2), la tension du fil (1) en entrée de broche augmente, modifiant l'équilibre des forces, l'enroulement du fil dans la réserve diminuant jusqu'à un seuil pouvant provoquer la casse du fil.

Dans le même temps, la vitesse de la coronelle augmente, ce qui accroît les pertes parasites par frottement et les vibrations, et affecte la stabilité du système, de sorte que l'on peut être amené à atteindre des limites non acceptables sur un plan textile ou mécanique.

Pour résoudre ce problème, la vitesse de production est limitée pour que la vitesse de rotation de la coronelle et/ou les tensions engendrées par le dévidage restent en deçà de valeurs admissibles, en observant que cette vitesse ou ces tensions limites ne sont atteintes qu'en fin de dévidage de la bobine alimentaire.

Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a proposé, comme il ressort des brevets EP1045053 et JP200307933, des moyens pour motoriser la coronelle. Ces solutions sont complexes à mettre en œuvre et particulièrement coûteuses.

Or il a été trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un dispositif et une méthode de pilotage d'un procédé de transformation d'un fil permettant de résoudre rationnellement ce problème et d'obtenir une augmentation importante de la productivité des installations de transformation des fils, notamment dans le cas de procédés de retordage tels que la double torsion, dans lequel le dévidage est réalisé au moyen d'une coronelle.

Selon l'invention, la méthode de pilotage du procédé consiste à faire évoluer la vitesse de dévidage et, de façon coordonnée, les autres paramètres associés du procédé de transformation en fonction d'une grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur au moins une des bobines, de sorte que la vitesse de production reste en deçà des limites imposées par les conditions de dévidage sur ladite bobine.

Selon l'invention, la grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur une bobine peut être son diamètre, son poids, sa masse, le métrage de fil enroulé sur la bobine ou tout autre grandeur, que l'on peut obtenir par exemple par :

- une mesure directe ou indirecte du diamètre de la bobine ;

- une mesure directe ou indirecte du poids de la bobine ;

- une mesure directe ou indirecte de la vitesse de rotation du fil autour du pourtour de la bobine, ou d'une coronelle qui tourne en même temps que le fil ;

- une grandeur déduite d'une valeur initialisée au début du dévidage (bobine pleine), et décrémentée en fonction du temps selon une loi préprogrammée, ou en fonction d'une grandeur représentative de l'évolution de cette quantité ;

- une grandeur déduite d'une valeur initialisée au début du dévidage (bobine pleine), et décrémentée en fonction de la mesure et/ou du calcul de la quantité de fil dévidé, ou en fonction d'une grandeur représentative de la vitesse de dévidage.

Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'ensemble des organes mis en œuvre pour la transformation d'un fil (déroulage, broche, moyens d'appel...) constituent une position de travail autonome, c'est à dire que ces organes sont pilotés individuellement par des moyens indépendants, de sorte que l'on puisse faire évoluer des paramètres du procédé de transformation en fonction d'une grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur au moins une des bobines mise en œuvre dans cette position de travail indépendamment de l'état des positions de travail adjacent.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention appliqué aux procédés de torsions mettant en œuvre une broche, la méthode de pilotage du procédé consiste :

- à piloter la vitesse de rotation de la broche et la vitesse de traction du fil par un ou des moyens indépendants, selon un rapport constant, de façon à donner au fil une torsion par mètre constante ;

- à faire évoluer la vitesse de rotation de la broche (et donc proportionnellement la vitesse de traction) en fonction d'une grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine d'alimentation.

Selon cette application, la loi d'évolution de la vitesse de rotation de la broche (et proportionnellement la vitesse de traction) en fonction de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine alimentaire comporte une zone

sensible constante entre la quantité initiale de la bobine pleine et une quantité intermédiaire, et une zone sensiblement décroissante entre ladite quantité intermédiaire et la quantité minimale (ou nulle) en fin de dévidage.

Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est de compenser la variation de torsion du fil résultant de l'accélération de la rotation du point de dévidage autour de la bobine au fur et à mesure que son diamètre diminue.

Pour résoudre un tel problème, selon une forme de réalisation, on pilote la vitesse de rotation de la broche et la vitesse de traction du fil par une ou des motorisations indépendantes de celles des positions adjacentes, en faisant évoluer la vitesse de rotation de la broche et les vitesses des organes d'appel en fonction d'une grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine d'alimentation selon un rapport variable, conférant donc au fil une torsion par mètre variable, en fonction de ladite grandeur représentative de la quantité de fil restant sur la bobine d'alimentation, de façon à compenser les variations de torsions par mètre induites par le dévidage en fonction dudit diamètre.

Selon une autre forme de réalisation, on pilote la vitesse de rotation de la broche et la vitesse de traction du fil par une ou des motorisations indépendantes de celles des positions adjacentes, en faisant évoluer la vitesse de rotation de la broche et les vitesses des organes d'appel en fonction d'une grandeur représentative de la quantité de fil restant sur la bobine d'alimentation selon un rapport variable, conférant donc au fil une torsion par mètre variable, et d'une loi d'évolution en fonction de ladite grandeur représentative de la quantité de fil restant sur la bobine d'alimentation, de

façon à compenser des variations de torsion par mètre induites par les opérations de dévidage ou de renvidage du procédé de torsion ou des procédés de transformation en amont ou en aval.

L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures et dessins ci-après :

- La figure 1 est une vue schématique d'un procédé de double torsion, selon l'état de la technique.

- La figure 2 montre un diagramme illustrant les limites de vitesses de production au fur et à mesure du dévidement de la bobine alimentaire, selon l'art antérieur.

- La figure 3 montre un diagramme illustrant les limites de vitesses de production au fur et à mesure du dévidement de la bobine alimentaire, selon l'invention.

- La figure 4 est une vue schématique d'un mode de réalisation de l'invention appliqué au procédé de double torsion.

L'invention est présentée ici en détail dans son application au procédé de double torsion. Cet exemple d'application n'est nullement limitatif, d'autres applications pouvant être envisagées en simple torsion, torsion multiple, câblage direct, guipage. Plus généralement, l'invention s'applique à tout procédé de transformation de fils dont au moins un est dévidé à partir d'au moins une bobine au moyen d'une coronelle, dans lequel l'évolution de la quantité de fil restant enroulé sur au moins une des bobines alimentaires (ou le diamètre de ladite bobine) conduit à des conditions de dévidage qui affecte la qualité ou la performance du procédé de transformation.

On renvoie à la figure 1 et à l'analyse correspondante, les mêmes repères étant repris dans la suite de la description.

Sur les diagrammes représentés figures 2 et 3, on a porté en abscisse le temps (t) et en ordonnée la vitesse (V) de production. La vitesse (V) représente indistinctement (à un facteur de proportion près) la vitesse de broche ou la vitesse d'appel puisque, pour obtenir une torsion donnée, ces deux vitesses sont liées par un rapport fixe.

Au démarrage de la production (20), la bobine (2) est pleine (son diamètre extérieur est maximum). Au fur et à mesure de l'avancement de la production, le diamètre de la bobine (2) diminue, jusqu'à la fin de la production (21) où il atteint sa valeur finale (qui est en général proche ou égale au diamètre de la bobine vide).

D'une manière générale la vitesse de production (V) est limitée par les forces centrifuges engendrées par la rotation du ballon. La force centrifuge tend à faire augmenter le diamètre du ballon et les tensions dans le fil (1). Il est donc nécessaire de limiter la vitesse de rotation pour rester en deçà d'un diamètre correspondant à l'espace disponible (notamment l'entraxe entre des broches adjacentes). On devra aussi limiter la vitesse de rotation pour rester en deçà des tensions acceptables par le fil (pour éviter qu'il ne casse et ne pas affecter sa résistance en le soumettant à des contraintes trop élevées). Cette limite dépend de la nature et du titre du fil, ainsi que de la géométrie du dispositif. Elle ne dépend pas du diamètre de la bobine alimentaire (2) et elle est donc sensiblement constante en fonction du temps. Cette limite de vitesse est représentée par la droite (22).

La vitesse de production est aussi limitée par la vitesse de rotation du point de dé vidage, en raison par exemple de l'évolution des forces résultantes du dévidage qui, pour une vitesse d'appel donnée, augmentent au fur et à mesure que le diamètre de la bobine (2) diminue. Pour une limite de vitesse de rotation ou une limite de force de traction donnée, la vitesse de production admissible (correspondant ici à la vitesse d'appel) décroît au fur et à mesure de la diminution du diamètre de la bobine (2) et donc décroît en fonction du temps. Cette limite de vitesse est représentée par la droite (23).

Selon certaines configurations (non représentées), la courbe de la limite de vitesse due au dévidage (23) peut rester au dessus de la limite de vitesse (22) due à la rotation du ballon pendant toute la durée entre le début (20) et la fin (21) de la production. Dans ce cas, il est possible de régler une vitesse de production constante (25), conformément à l'état de l'art antérieur.

Selon d'autres configurations (représentées sur les figures 2 et 3), la courbe de la limite de vitesse due au dévidage (23) descend en dessous de la limite due à la rotation du ballon (22) à partir d'un point (24) correspondant à une certaine quantité de fil restant enroulé sur la bobine (2). Dans ce cas, conformément à l'art antérieur, il est nécessaire de régler une vitesse de production constante, inférieure en tout point entre le début (20) et la fin (21) de la production à la plus basse des limites. Autrement dit, on adopte une limite de vitesse constante (25) c'est à dire en dessous de la courbe (23) en fin (21) de production (Figure 2).

Selon l'invention, la méthode de pilotage du procédé consiste : - à piloter la vitesse de rotation de la broche (4) et la vitesse des moyens de traction du fil (8, 9...) par une ou des motorisations (12, 13, 14...),

indépendantes de celles des positions adjacentes, selon un rapport de vitesse constant, de façon à donner au fil une torsion par mètre constante ;

- à faire évoluer la vitesse de rotation de la broche (4) (et donc proportionnellement la vitesse de traction) en fonction d'une grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine d'alimentation (2).

Selon un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, le pilotage de la broche (4) et des moyens de traction (8, 9...) ont des motorisations individuelles (12, 13, 14...) commandées par des variateurs de vitesse (15, 16, 17), chacun recevant une consigne d'une unité de calcul (18), telle une carte électronique, un automate ou autre. L'information représentative de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine (2) est communiquée à l'unité de calcul (18) qui modifie les consignes de vitesse selon des lois de variation en fonction de ladite quantité.

Selon l'invention (figure 3), la loi d'évolution (26) de la vitesse de rotation de la broche, (et proportionnellement la vitesse de traction), en fonction de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine alimentaire (2), comporte une zone sensible constante entre le début de la production (20) à la quantité initiale de la bobine pleine et une quantité intermédiaire (24) et une zone sensiblement décroissante entre ladite quantité intermédiaire (24) et la quantité minimale (ou nulle) en fin de dé vidage (21).

Selon une autre application avantageuse de l'invention aux procédés de retordage par simple torsion ou par torsion multiple, la méthode de conduite du procédé consiste :

- à piloter la vitesse de rotation de la broche (4) et la vitesse de traction du fil (8, 9...) par une ou des motorisations (12, 13, 14...) indépendantes de celles des positions adjacentes, en faisant évoluer la vitesse de rotation de la broche (4) et les vitesses des organes d'appel (8, 9...) en fonction d'une grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine d'alimentation (2) selon un rapport variable, conférant donc au fil une torsion par mètre variable, de façon à compenser les variations de torsions par mètre induites sur le fil par le dévidage en fonction dudit diamètre.

D'une manière avantageuse, une telle compensation consiste à établir une loi d'évolution du rapport entre la vitesse d'appel et la vitesse de broche afin de compenser les variations de torsions induites par toutes les phases de renvidage, dévidage et transformation en amont ou en aval du procédé de torsion.

Selon une autre application de l'invention aux procédés de retordage par torsion multiple, la méthode de conduite du procédé consiste :

- à piloter la vitesse de rotation de la broche (4) et la vitesse des moyens de traction du fil positif (9) par un ou des moyens (12, 14...) indépendants de ceux des positions adjacentes, selon un rapport constant entre la vitesse de broche (4) et le moyen d'appel positif et de bobinage (9), de façon à donner au fil une torsion par mètre constante ;

- à faire évoluer la vitesse de rotation de la broche (4) (et donc proportionnellement la vitesse de traction pour assurer une torsion constante) en fonction d'une grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine d'alimentation (2) ;

- à faire évoluer la vitesse de rotation du moyen de pré-appel (8) pour détendre le fil de la broche (4) pour compenser les variations de tension dans le ballon dues aux variations de la vitesse de broche (4) et rétablir ainsi une tension de bobinage constante.

Selon l'invention, la grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine (2) peut être, par exemple :

- Une mesure directe ou indirecte dudit diamètre de la bobine (2). Cette mesure peut être réalisée par exemple par des moyens optiques, par ultrason ou autre moyen. La mesure peut être continue ou discrète, c'est à dire détectant le passage par un ou des diamètres intermédiaires, par exemple, par des cellules électrique dont le faisceau est coupé lorsque la bobine atteint le ou les dits diamètres intermédiaires.

- Une mesure directe ou indirecte du poids de la bobine. Cette mesure peut être réalisée en mesurant le poids de la bobine seule, ou avec son support, ou bien encore en surveillant le poids de la broche complète.

- Une mesure directe ou indirecte de la vitesse de rotation du fil autour du pourtour de la bobine (2), ou de la coronelle (10), par des moyens optiques magnétiques ou autre.

Dans le cas où le ballon entoure la bobine (2) et son support (3), les moyens de mesure cités précédemment peuvent être disposés à l'extérieur dudit support et du ballon formé par le fil. Ils peuvent aussi être embarqués avec la bobine (2) ou son support (3) à l'intérieur dudit ballon, auquel cas, les informations peuvent être transmises par tout moyen infrarouge, radiofréquence ou autre...

Selon l'invention, la grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine (2) peut être aussi élaborée par un calcul, à partir d'une information représentative de l'évolution de cette quantité. Par exemple, pour une vitesse de production donnée, cette quantité de fil sur la bobine alimentaire décroît en raison du poids ou de la longueur prélevée par unité de temps. Ainsi, la quantité de fil restant enroulé sur la bobine et donc l'évolution de son poids et/ou de son diamètre, peuvent être calculées à partir, par exemple :

- d'une grandeur déduite d'une valeur initialisée au début du dévidage (bobine pleine), et décrémentée en fonction du temps selon une loi préprogrammée ;

- d'une grandeur déduite d'une valeur initialisée au début du dévidage (bobine pleine), et décrémentée en fonction de la mesure et/ou du calcul de la quantité de fil dévidé.

Le calcul peut être réalisé dans le calculateur (18) ou par tout autre moyen extérieur et communiqué à ce dernier, par exemple par un réseau (19).

L'élaboration de la grandeur représentative de la quantité de fil restant enroulé sur la bobine, le calcul de la vitesse de production et sa transmission aux moyens de pilotages des organes, notamment la broche (4) et le système d'appel (8, 9...) peuvent être réalisés par tous moyens appropriés tels des calculateurs (18) ou circuits électroniques, un automate ou autre, associés à des capteurs, systèmes de comptage, etc...

Les avantages ressortent bien de la description.

Grâce à l'invention, il est possible d'optimiser le procédé et notamment la vitesse de production, pendant toute la production. Il est notamment possible de minimiser les conséquences de limitations résultant de phénomènes propres au dé vidage et qui n'interviennent que pour certains diamètres de bobine, par exemple en fin de dévidage.

L'invention peut s'appliquer pour les machines équipées de moyens de motorisation collectifs. Elle procure un très grand avantage pour les machines constituées de positions de travail autonomes, c'est-à-dire équipées de moyens de motorisation individuels. En effet, chaque position de travail est ainsi pilotée pour obtenir la vitesse de production optimale, en fonction de l'état de dévidage de sa propre bobine.