Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un dispositif de contrôle commande pour une machine d'assemblage destinée à effectuer une opération d'enroulage d'au moins un élément filaire sur un câble principal pour former un câble enroulé, ladite machine d'assemblage étant équipé d'actionneurs comportant : -une tte d'enroulement qui guide ledit élément filaire bobiné sur au moins une bobine débitrice, -un premier moteur de tte pour l'entraînement en rotation de la tte d'enroulement, -un deuxième moteur pour l'entraînement en rotation d'une bobine réceptrice sur laquelle est bobiné ledit câble enroulé, -et des moyens de mise sous tension mécanique de l'élément filaire lors de la phase d'enroulage, ledit dispositif de contrôle comprenant : -un appareil de mesure optique renfermant au moins un émetteur de lumière pour la projection d'un faisceau lumineux sur l'élément filaire, et un récepteur pour le captage du faisceau lumineux réfléchi avec production d'un signal de mesure, -un circuit de traitement à microprocesseur destiné à recevoir ledit signal de mesure, et à envoyer des signaux de commande et/ou de réglage vers lesdits actionneurs, -et un moyen de commande externe comprenant notamment un micro- ordinateur pour t'entrée des paramètres de fonctionnement automatique de la machine d'assemblage selon un programme prédéterminé du circuit de traitement.

La présente invention concerne de façon générale une machine d'assemblage destinée à effectuer une opération d'enroulage d'au moins un élément filaire.

Plus précisément l'invention concerne un dispositif de contrôle commande avec prise d'information en temps réel pour une telle machine d'assemblage.

L'invention peut s'appliquer par exemple à une machine d'assemblage destinée à enrouler ensemble des éléments filaires les uns sur les autres ou les uns avec les autres, et elle peut aussi s'appliquer à une machine d'assemblage destinée à enrouler un ou plusieurs éléments filaires périphériques sur un câble central. Ces éléments peuvent tre métalliques ou composés d'autres matériaux.

Dans la suite du texte on appellera élément filaire, un quelconque objet en forme de câble ou de fil dont la section en coupe transversale peut tre quelconque (I'élément filaire pouvant tre par exemple un bande mince), mais est plus souvent en forme générale sensiblement circulaire et constante sur toute sa longueur. Un tel élément filaire peut constituer un simple objet filiforme remplissant une fonction essentiellement mécanique (par exemple un fil de renfort ou une bande d'isolation ou de protection), ou peut constituer un câble incluant un ou plusieurs fils assurant un transport d'une énergie ou d'un signal sous une forme électrique, magnétique, optique ou autre.

Dans la suite du texte on appellera câble central, un quelconque élément filaire tel que précédemment défini, mais dont la raideur ou la force de tension est de façon générale relativement grande pour permettre à un autre élément filaire d'tre enroulé autour de cet élément filaire central.

Dans la suite du texte on appellera"élément filaire périphérique"un quelconque élément filaire tel que précédemment défini, mais dont la raideur est de façon générale plus faible que celle de l'élément filaire central, de façon à ce qu'il soit possible d'enrouler l'élément filaire périphérique autour du câble central.

Cependant, on pourrait aussi envisager, sans sortir du cadre de la présente invention, un câble centrai d'une raideur inférieure à celle de l'élément filaire périphérique, et dans lequel le câble central se trouve maintenu avec une tension suffisamment grande pour qu'il soit cependant possible d'enrouler l'élément filaire périphérique autour du câble central.

Dans la suite du texte on appellera"opération d'enroulage", une quelconque opération, effectuée par le dispositif selon la présente invention destinée à provoquer un enroulement d'au moins un élément filaire sur ou avec au moins un autre élément filaire ou sur un câble central.

Parmi de telles opérations d'enroulement possibles, on peut citer les exemples suivants : -un guipage, c'est à dire un enroulage d'un élément filaire selon des spires jointives ou non en général sur un câble central.

-un toronnage, c'est à dire un enroulage de plusieurs éléments filaires en respectant un pas d'enroulage préalablement défini (distance mesurée sur le câble central entre le début de l'enroulage et la fin de celui- ci, en ayant en début d'enroulage et en fin d'enroulage une mme référence sur la circonférence du câble).

-un enrubannage permettant d'enrober un câble central avec un ou plusieurs rubans, -une opération consistant à créer un tressage autour d'un câble central, ce tressage étant constitué par plusieurs fuseaux (un fuseau étant constitué de plusieurs éléments filaires ou d'éléments filaires individuels enroulés autour du câble central en s'alternant les uns par rapport aux autres de façon à constituer une ou plusieurs couches de tressage autour du câble central, notamment pour constituer un câble coaxial. Le tressage peut constituer un maillage de plusieurs fuseaux ou nappes constitués de plusieurs éléments filaires. Un tel tressage peut tre utilisé par exemple pour constituer un blindage pour le câble central, ou toute autre protection pour le câble central.

-un tressage effectué sur lui-mme, c'est à dire sans tre appliqué autour d'un câble central, de façon à constituer une tresse pleine ou une tresse creuse.

Dans la suite du texte, on appellera"machine d'assemblage", toute machine permettant d'effectuer de telles opérations d'enroulement possibles, mme si ces machines effectuent, au lieu d'un assemblage proprement dit, un tressage, un rubanage, un guipage, un toronnage, quartage ou une opération similaire.

Description de l'art antérieur Le document WO 93/07330 et le document FR-A 2739701 décrivent des dispositifs pour effectuer une opération d'enroulage d'au moins un élément filaire comprenant un moyen optique permettant d'effectuer les mesures suivantes pendant l'opération d'enroulage : -mesure sur l'élément filaire tendu entre la tte d'enroulage et le lieu mme de l'enroulage, de l'intensité de réflexion d'un faisceau lumineux incident ; -mesure sur l'éiément filaire tendu entre la tte d'enroulage et le lieu mme de l'enroulage, de I'amplitude de l'oscillation de l'angle de réflexion spéculaire d'un faisceau lumineux incident, cette amplitude d'oscillation étant représentative de la tension de l'élément filaire en cours d'enroulage ; -mise en oeuvre, sur l'élément filaire tendu entre la tte d'enroulage et le lieu mme de l'enroulage, de l'une des mesures précédemment citées uniquement pendant une fentre temporelle définie par un moyen continue de la position angulaire de la tte d'enroulage, afin de sélectionner un seul élément filaire déterminé qui est soumis à cette mesure ; -mesure, sur I'élément filaire tendu entre la tte d'enroulage et le lieu mme de l'enroulage, de la présence/absence de l'intensité de réflexion d'un faisceau lumineux incident de mesure continue de la position angulaire de la tte d'enroulage.

Dans cet art antérieur, il est fait usage d'un ensemble optique destiné à envoyer sur l'élément filaire un faisceau lumineux, et à effectuer les mesures optiques correspondantes sur la lumière réfléchie, et d'un moyen électronique qui reçoit des signaux venant de l'ensemble optique et des signaux auxiliaires venant d'autres éléments de mesure pour délivrer les informations souhaitées sur le fonctionnement de la machine, ou pour effectuer automatiquement des ajustages des paramètres de fonctionnement de la machine.

Un problème posé pour ce type de machines d'assemblage de l'art antérieur en cas d'automatisation du fonctionnement, nécessite les opérations suivantes : -sélectionner et adapter sur la machine un type spécifique d'un dispositif de mesure optique dont les caractéristiques sont compatibles avec le type d'élément filaire utilisé, -sélectionner et adapter sur la machine un type spécifique d'un composant de communication de puissance dont les caractéristiques sont compatibles avec le type d'appareil fonctionnel qu'il est destiné commander automatiquement, -et sélectionner et adapter sur la machine un dispositif spécifique permettant, pendant le fonctionnement de la machine, de rendre opérationnel le composant de communication de puissance, tout en désactivant la commande manuelle initiale de I'appareil fonctionnel de la machine d'assemblage que ce composant doit commander automatiquement, et de rendre désactivé ce composant tout en rendant opérationnelle la commande manuelle initiale lorsque l'utilisateur souhaite effectuer une commande manuelle de cet appareil fonctionnel à la place de sa commande automatique.

Les conditions d'un traitement peuvent varier de façon considérable pour les raisons suivantes : -les machines d'assemblage existantes représentent globalement un parc de machines relativement important, mais dans lequel il y a une grande diversité de types de machines (par exemple des machines à axe vertical ou horizontal, des machines pour unique brin à enrouler, ou pour un grand nombre de brins à enrouler, des machines à commande automatique ou manuelles) ; -pour une machine d'un type particulier, on peut effectuer des opérations d'enroulement de différents types (par exemple un quartage, un rubanage, un tressage ou un guipage) ; -pour une opération d'enroulement particulière, on peut traiter des éléments filaires de natures très différentes (par exemple certains fils sont très réfléchissants et d'autres le sont très peu, certains fils sont gros et d'autres sont très minces, par exemple quelques micromètres).

Les conditions d'éclairement ambiant de la machine peuvent varier dans des proportions considérables dans la journée (par exemple lorsque la machine passe d'un éclairage artificiel normal la nuit à un ensoleillement direct la journée au travers d'une fentre), et peuvent varier dans des proportions importantes de façon instantanée (par exemple lorsque l'éclairage artificiel de I'atelier est allumé ou éteint).

II résulte de ces constatations un besoin de réaliser un dispositif de contrôle de commande avec prise d'informations en temps réel, pouvant tre adapté à une machine d'assemblage à cycle de fonctionnement quelconque.

Objet de l'invention Un objet de la présente invention consiste à réaliser un dispositif de contrôle commande en temps réel pour une machine d'assemblage universelle, utilisable avec plusieurs types de fonctionnement, et des modes d'enroulement différents.

Le dispositif de contrôle commande selon l'invention est caractérisé en ce que : -le microprocesseur du circuit de traitement reçoit et échantillonne des informations en provenance de I'appareil de mesure optique pour connaître en temps réel la position de l'élément filaire et son comportement en vibration mécanique avant son enroulement sur le câble principal, -des moyens de mémorisation, notamment une mémoire EPROM, sont programmés pour élaborer une fonction d'autocorrection en cas d'apparition d'une dérive des données de position et de vibration de l'élément filaire, -et des moyens électriques de commande du premier moteur, du deuxième moteur, et des moyens de mise sous tension mécanique sont agencés pour rétablir un fonctionnement optimum de la machine d'assemblage.

Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens électriques de commande sont pilotés en temps réel par le microprocesseur pour ajuster le synchronisme entre le premier moteur de la tte d'enroulement et le deuxième moteur de la bobine réceptrice de tirage du câble principal, et établir une tension mécanique prédéterminée sur l'élément filaire au moyen d'au moins un frein électromagnétique. Le circuit de traitement mémorise

après échantillonnage les valeurs de vibrations maximales, minimales, et moyennes de l'élément filaire pour observer en temps réel le comportement vibratoire et le positionnement dudit élément filaire sur la page écran du microordinateur, le programme résident de la mémoire EPROM permettant d'asservir la machine d'assemblage sur la position et la vibration de l'élément filaire par rapport au câble principal.

Selon une caractéristique de l'invention, des capteurs auxiliaires de température ambiante et/ou d'hydrométrie sont connectés au circuit de traitement pour connaître une dérive éventuelle de l'élément filaire liée à un environnement fluctuant.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'émetteur et le récepteur, de I'appareil de mesure optique sont dotés de moyens de réglage en inclinaison pour ajuster le champ d'émission et de réception du faisceau lumineux coopérant avec l'élément filaire.

Brève description des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 est une vue schématique en plan d'une machine d'assemblage équipée d'un dispositif de contrôle commande avec prise d'information en temps réel selon l'invention ; -la figure 2 est une vue en coupe d'un capteur de mesure optique constituant l'un des éléments du dispositif de la figure 1 ; -la figure 3 montre à échelle agrandie la zone de surveillance du procédé d'enrubannage ; -la figure 4 représente un schéma synoptique du circuit de traitement électronique du dispositif de contrôle commande ; -les figures 5 et 6 illustrent respectivement les diagrammes de mesure de vibrations maximales et minimales de l'élément filaire pour différentes valeurs de tension mécanique ;

-la figure 7 montre deux courbes 1 et 2 représentatives des valeurs moyennes de vibrations maximales et minimales en fonction de la tension mécanique appliquée à l'élément filaire.

Description d'un mode de réalisation préférentiel Sur la figure 1, la machine 15 d'assemblage comporte une tte d'enroulement 50 munie d'une poulie excentrée 51 qui guide un éiément filaire 4 ou 4A bobiné sur une première bobine débitrice 52 ou une deuxième bobine débitrice 52A, freinée chacune par un frein électromagnétique, respectivement 53F et 53A. Une troisième bobine débitrice 54 supporte un câble principal 6 bobiné, dont un brin d'extrémité libre 6A s'étend depuis la bobine 54 jusqu'à une bobine réceptrice 55, laquelle est entraînée par un moteur 56M en passant de façon tendue au travers de la tte d'enroulement 50 de façon coaxiale. Un brin d'extrémité libre 4B de l'élément filaire 4 ou 4A s'étend depuis la poulie 51 jusqu'à une zone 8 du brin de câble 6A, cette zone étant située entre la tte à enroulement 50 et la bobine réceptrice 55. Un moteur de tte 57M entraîne en rotation la tte d'enroulement 50 via une transmission appropriée 58.

Une telle machine est décrite en détail dans le document FR-A 2739701.

Un codeur de vitesse et de position angulaire 59 mesure la vitesse et la position angulaire de la tte d'enroulement 50. En fonctionnement, le ou les éléments filaires 4 ou 4A s'enroulent sur le câble central 6 pour former un câble enroulé, assemblé, torsadé 6B qui s'enroule ensuite sur la bobine réceptrice 55. Le dispositif de contrôle commande avec prise d'information en temps réel 15 (entouré par des lignes en pointillés) comprend : -un appareil de mesure optique 16 disposé en regard du brin d'extrémité 4B, et destiné à délivrer des signaux de mesure optique, -un circuit de traitement de données 17 qui reçoit des signaux de mesure en provenance de I'appareil optique 16 via un câbie 18, -et un moyen de commande externe 20, par exemple un micro-ordinateur, qui permet à un utilisateur de commander au moins un paramètre de fonctionnement automatique de la machine d'assemblage, en commandant un fonctionnement programmé du circuit de traitement de données 17 via un câble 21.

Une sortie du circuit 17 est reliée au variateur 56V du moteur 56M via un câble dérivé 64A, et une entrée du circuit 17 est connectée à une commande correspondante 63 via un câble dérivé 64B.

Une autre sortie du circuit 17 est branchée à I'alimentation 53C du frein 53F, via un câble dérivé 66A, et une entrée est branchée à la commande 65 via un câble 66B pour commander en couple le moteur 53G de la première bobine débitrice 52.

Une autre sortie du circuit 17 est reliée au variateur 57V du moteur 57M via un câble dérivé 62A, et une entrée est branchée à la commande correspondante 61 via un câble dérivé 62B.

Une entrée du circuit 17 est reliée au codeur 59 via un câble dérivé 68A, et une sortie est connectée à I'affichage 67 correspondant via un câble dérivé 68B.

L'ordinateur 20 sert alors de commande générale : -pour commander les moteurs 56M et 57M via les variateurs 56V et 57V, -pour commander les freins 53A, 53F, ou le moteur 53G qui travaille en couple, -pour vérifier la vitesse et la position angulaire de la tte d'enroulement 50 via le codeur 59, -pour afficher la valeur de I'appareil de mesure optique 16, -et/ou pour tout autre traitement d'information, de calcul ou d'affichage.

Sur la figure 2, I'appareil de mesure optique 16 comprend un boîtier d'optique 25 renfermant un moyen de projection de faisceau lumineux par infrarouge 26A et 37A, un capteur de lumière ambiante 28, et un récepteur 35 de lumière.

Le moyen de projection comporte un premier émetteur infra rouge 26A et un deuxième émetteur infra rouge 37A qui projettent deux faisceaux lumineux 36 et 38 ayant une origine de départ angulaire précise oc et oc 1, créant à une certaine distance une intersection 41.

Le récepteur 35 de lumière infra rouge est disposé à l'intérieur d'un tube 35A, et mesure la lumière réfléchie par l'élément filaire 4B. Le récepteur 35 permet de mesurer une lumière réfléchie de façon non spéculaire, et il peut donc servir : -de détecteur de présence/absence du fil,

-de mesure analogique en continu d'une caractéristique de réflexion du fil (par exemple de l'évolution de la brillance du fil, ou de l'évolution de la couleur du fil) afin de contrôler en continu la qualité du fil, -de capteurs à haute sensibilité à réponse très rapide dans le cas où le fil est extrmement fin ou très sombre, afin de détecter la façon précise dans le temps l'apparition de l'élément filaire 4B dans le champ des faisceaux infra rouge 36 et 38.

Dans la gaine du câble 18 sont regroupés les fils 32,40 connectés à l'intérieur du boîtier 25 aux émetteurs 26A, 37A, le fil 39 relié au récepteur 35, et le fil 34 branché au capteur 28.

Les émetteurs 26A, 37A de lumière 10 de I'appareil de mesure optique 16 peuvent avoir des longueurs d'onde d'émission différentes, ainsi que des puissances d'émission différentes. L'angle oc, ce-) d'inclinaison des émetteurs 26A, 37A peut tre ajusté afin d'augmenter ou de diminuer la distance de la zone d'intersection 41. L'angle d'inclinaison = 2 du récepteur 35 de lumière est également ajustable pour modifier la zone de réception.

Le choix du type d'émetteurs 26A, 37A et du récepteur 35 de lumière dépend des caractéristiques de réflectivité de l'élément filaire 4, et du type de mesure à effectuer.

La figure 3 montre à échelle agrandie la zone de surveillance en temps réel du procédé d'enrubannage. L'appareil de mesure optique 16 permet de vérifier le degré de vibration 73 du ruban de l'élément filaire 4B avant son enroulement sur le brin 6A du câble principal 6. L'analyse de la vibration par le circuit de traitement de données 17 permet d'effectuer une régulation de la tension mécanique exercée sur le ruban par le frein 53F. Le point d'enrubannage est également surveillé par I'appareil de mesure optique 16 dans la zone 8, de manière à obtenir une précision optimum de pose au niveau du recouvrement et du pas des spires du ruban, et à détecter tout pli ou retournement du ruban.

Sur la figure 4, le circuit du traitement 17 électronique comporte un microprocesseur 75 susceptible de recevoir des informations en temps réel en provenance du capteur 16, et coopérant avec le micro-ordinateur du

moyen de commande externe 20 pour t'entrée des données et paramètres en fonction des conditions de fonctionnement souhaitées. Le microprocesseur 75 est aussi connecté à une mémoire ROM 77, une mémoire RAM 78, et à une mémoire EPROM 80, laquelle possède un programme résident qui élabore une fonction d'autocorrection d'une dérive constatée (position et vibration de l'élément filaire) en agissant sur des composants actifs (freins 53A de l'élément filaire 4A, synchronisme des moteurs 56M, 57M, etc...).

La prise d'information en temps réel par le capteur 16 permet de connaître la position de l'élément filaire 4, ainsi que son comportement relatif à sa vibrationmaximale.

Sur les diagrammes des figures 5 et 6, le comportement de l'élément filaire 4 est visualisé en fonction de la valeur de la tension mécanique déterminée par le frein 53F.

La dénomination SV-22G du diagramme A correspond à une tension de 22 grammes appliquée sur l'élément filaire 4. La figure 5 montre la valeur maximale de la vibration, tandis que la figure 6 illustre la valeur minimale, après échantillonnage effectué par le circuit de traitement 17.

Les autres diagrammes B, C D, E, et F correspondent à des tensions mécaniques plus importantes, notamment 52 grammes pour la dénomination SV-52G, 111 grammes pour la dénomination SV-111 G, 148 grammes pour la dénomination SV-148G, 157 grammes pour la dénomination SV-157-G, et 209 grammes pour la dénomination SV-209G.

Sur la figure 7, la moyenne de la vibration observée sur l'élément filaire 4 soumis à une tension de 22 grammes (SV-22G), est de 260 points. L'écart entre le maximum et le minimum diminue après augmentation de la tension, pour devenir quasiment constant entre 148 grammes et 209 grammes.

Cette observation en temps réel du comportement de l'élément filaire 4, permet de corriger très rapidement le fonctionnement de la machine d'assemblage. La position de l'élément filaire 4 par rapport au brin du câble 6 principal est également connue à tout instant.

Le fonctionnement de la machine d'assemblage peut s'effectuer selon deux modes distincts : 1 Mode manuel : II permet de régler la machine d'assemblage pour déposer à un endroit précis l'élément filaire 4 sur le support du câble 6 principal. Les réglages sont opérés sur : -le synchronisme entre la tte d'enroulement 50 de l'élément filaire 4, et la rotation de la bobine réceptrice 55 qui tire le câble principal 6, -la tension appliquée sur l'élément filaire 4 par l'intermédiaire du frein électromagnétique 53A.

Après ce réglage manuel du dispositif de contrôle de commande 15 sur la machine d'assemblage, le comportement de l'élément filaire peut tre observé sur la page écran du micro ordinateur 20, à savoir : -la vibration de l'élément filaire (Moyenne figure 7, Maximum figure 5, Minimum figure 6), -la position de l'élément filaire (Moyenne de la vibration, figure 7).

L'utilisateur peut intervenir à tout moment sur les réglages préalablement évoqués, ainsi que sur les réglages de la machine d'assemblage.

Par exemple, en cas d'usage de matériaux fragiles (PTFE par exemple), la température ambiante ou l'hygrométrie ambiante influe directement sur le comportement de l'élément filaire 4. Le chemin emprunté par l'élément filaire (roulette de guidage, guide,...) peut soudainement ou progressivement provoquer une difficulté (roulette de guidage bloquée, guide encrassé,...) augmentant par conséquent la tension de l'élément filaire 4, et perturbant le positionnement de l'élément filaire 4 par rapport au câble principal 6 régie préalablement. D'autres paramètres peuvent influencer la dépose de l'élément filaire 4, notamment en cas de défaut dimensionnel (largeur ou diamètre).

2 Mode d'utilisation en automatique Lors du passage du mode manuel vers le mode automatique, les valeurs de vibrations de l'élément filaire 4 sont mémorisées après échantillonnage, ainsi que la valeur moyenne de positionnement de l'élément filaire 4. Ces

valeurs servent donc valeurs de références au niveau du fonctionnement de la machine en mode automatique.

Le programme résident de la mémoire EPROM 80 prévoit d'asservir la machine d'assemblage sur la position et la vibration de l'élément filaire 4 par rapport au câble principal 6A. Le programme résident permet de commander des composants actifs du dispositif 15 pour rattraper la dérive constatée (position de l'élément filaire, vibration de l'élément filaire) par des ordres de priorités préalablement programmés au niveau de la mémoire EPROM 80.

En cas d'apparition d'une dérive de l'élément filaire 4 au niveau de sa position initiale mémorisée, le programme permet d'agir sur la consigne de rotation de la tte d'enroulement 50, en accélérant ou en décélérant la tte d'enroulement 50, ou sur la consigne de tirage de la bobine réceptrice 55 en accélérant ou en décélérant le tirage du câble 68, ou en agissant sur la consigne de la tension mécanique appliquée à l'élément filaire qui influe égaiement sur sa position.

L'ordre de priorité d'intervention sur les composants actifs, peut à tout moment tre modifié par l'utilisateur de la machine d'assemblage pour contribuer à un positionnement optimum de l'élément filaire 4 par rapport au câble principal 6, et/ou de minimiser ou d'augmenter la vibration de l'élément filaire 4.

Si les dérives constatées sont trop importantes pour l'autocorrection, le programme résident de la mémoire EPROM 80 est conçu pour arrter la machine d'assemblage.

La surveillance en temps réel de la pose de l'élément filaire 4 et de sa vibration est associée à une traçabilité, qui permet d'informer l'utilisateur des dérives constatées, afin de connaître sur une fabrication donnée le niveau qualité résultant, et de connaître le processus de fabrication concernant tel ou tel produit en y associant les temps de fabrication, les vitesses de fabrication (rotation de la tte d'enroulement,...) et les arrts éventuels (changement de l'élément filaire par exemple). Cette surveillance de l'élément filaire permet également de connaître la dérive éventuelle

consécutive à des paramètres extérieurs à la machine d'assemblage (température ambiante, hygrométrie,...). Des capteurs auxiliaires 82 transmettent à cet effet les mesures de température et d'hygrométrie au microprocesseur 75.