La présente invention concerne un procédé pour asservir la tension mécanique d'un fil textile en mouvement, notamment d'un fi l de trame introduit entre les fils de chaîne sur une machine à tisser et pour mesurer la vitesse de ce fil, dans lequel on propulse ledit f l de trame a 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. 11 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 fi ls du tissu peuvent conduire à des irrégularités d'aspect et a un déclassement de l'étoffe.

Si l'importance de la maîtrise de la tension des fi ls est aujourd'hu i 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 o u encore par des

j ^' auges 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'i l 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 sinusoïdale dans ce fil, entre un point d'émission et au moins 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, l'on calcule la vitesse de propagation de ladite onde sinusoïdale en mesurant le déphasage entre une onde émise en un point d'émission et une onde reçue en un point de réception, disposé en aval du point d'émission.

A cet effet, l'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, 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 fi l 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 pl us 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, l 'élément fixe peut comporter une plaque d'un matériau amagnétique, l'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.

Selon un mode de réalisation préféré, on mesure la vitesse du f i l en mesurant le temps mis par une onde sinusoïdale engendrée par un émetteur en un point d'émission, pour se propager jusqu'à deux points de réception disposés respectivement en amont et en aval du point d'émission, et en déterminant ladite vitesse du fil sur la base des relations suivantes :

Tg (V - Vf) = Dg

Td (V + Vf) = Dd

où Tg est le temps mis par l'onde sinusoïdale pour se propager du point d'émission au point de réception amont

- k

Td est le temps mis par l'onde sinusoïdale pour se propager du point d'émission au point de réception aval

V est la vitesse de propagation de l'onde sinusoïdale sur le fii

Vf est la vitesse de déplacement du fil

Dg est la distance du point d'émission au point de réception amont

Dd est la distance du point d'émission au point de réception aval.

De manière avantageuse, l'on dispose les points de réception amont et aval à égale distance du point d'émission, de telle manière que Dg = Dd.

Pour mesurer les temps Tg et Td, on excite avantageusement le fil au point d'émission par une impulsion et on compte le nombre d'impulsions susceptibles d'être émises à une fréquence déterminée entre l'émission et la réception.

Pour mesurer les temps Tg et Td. on peut également mesurer le déphasage entre une onde engendrée au point d'émission et l'onde correspondante captée aux points de réception respectivement amont et aval.

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 et pour mesurer la vitesse de ce fil, 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 sinusoïdale dans ce fil en mouvement entre un point d'émission et au moins 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 dispositi f pour calculer la vitesse de propagation de ladi te onGe sinusoïdale comporte des moyens pour mesurer le déphasage entre une onde émise en un point d'émission et une onde reçue en un poi n t de réception, disposé en aval du point d'émission.

Selon une forme de réalisation particul ièrement avantageuse, le dispositif comporte un premier capteur piézo-électrique agencé pout engendrer ladite onde émise, disposé audit point d'émission et un second capteur piézo-éiectπque disposé audit point de réception pour détecter ladite onde reçue.

Lesdits moyens pour déterminer la tension instantanée du f i l de trame en mouvement comportent de préférence un tableau d'étalonnage conçu pour définir une correspondance entre une valeur de la v itesse de propagation de l'onde sinusoïdale 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 f i l de trame en mouvement une force de freinage en fonction de l a valeur de la tension de ce fi l, comprennent un élément fi xe et un élément mobile et des moyens pour déplacer plus ou moins l 'élément mobile en direction de "é l ément fixe, de manière à faire v arier l'interval le entre ces deux éléments en fonction de la tension du f il.

Dans ce cas l'élément fixe peut comporter une plaque d'un matériau amagnétique, et l'élément mobile peut com porter une plaque d'un matériau ferromagnétique disposée en regard de la plaque de l 'élément fixe, et les moyens pour déplacer l'élément mobi le 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 fi l de trame en mouvement, l 'élément fixe

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étant une plaque disposée en regard de la plaque mobile.

Selon une forme de réalisation préférée, le dispositif comporte des moyens pour mesurer le temps mis par une onde sinusoïdale engendrée par un émetteur en un point d'émission, pour se propager jusqu'à deux points de réception disposés respectivement en amont et en aval de ce ' point d'émission.

Les deux points de réception sont avantageusement disposés à égale distance de part et d'autre du point d'émission.

Les moyens pour compter le temps peuvent comporter un compteur d'impulsions à haute fréquence pour compter les impulsions émises entre l'émission au point d'émission et la réception aux points de réception.

Les moyens pour compter le temps peuvent également comporter des moyens pour mesurer le déphasage entre une onde engendrée au point d'émission et l'onde correspondante captée aux points de réception respectivement amont et aval.

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,

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, et

la figure 3 représente une vue schématique d'une installation pour déterminer la vitesse du fil.

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 peine amplitude dans un fi l est liée a la tension "T" de ce fi l et a sa masse linéique "m" par la relation suivante :

= ~V 11 m

Etant donné que la masse linéique d'un fil est une constante connue pour chaque type de fil, la tension T peut être déduite d'une mesure de la vitesse "v" de propagation d'une onde dans le fil. La solution proposée consiste à générer une onde sinusoïdale 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 fi l en mouvement comprennent un premier capteur 10 pour générer une pertubation transversale sur le fil, sous la forme d'une onde sinusoïdale, et un second capteur 1 1 pour détecter le passage de cette onde. Le point d'émission défini par le capteur 10 et le point de réception défini par l e capteur 1 1 sont décalés de quelques centimètres le long du fil. Les capteurs sont avantageusement réalisés au moyen de céramiques piézo-électπques.

Comme le montre la figure, le fil 12 traverse deux guide-f i ls 1 3 et l disposés de part et d'autre de la zone de mesure définie par la position des deux capteurs 10 et 1 1. 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 al imente 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 11 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 \es 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 frein 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 Δ T de la tension T du fil est liée au coefficient de frottement u entre les plaques et le fil, et à la force de freinage appliquée sur les plaques par la relation :

A τ = F

La tension T obtenue en aval du frei n est augmentée deΔ ï pa ^r rappcr ^* à la tension initiale To en amont du frein, d'où :

T = To + Δ 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 électro¬ aimant 21. Cette plaque est réalisée en un matériau amagnétique afin qu'elle ne ferme pas les lignes des champs magnétiques de l 'electro- aimant. Ce matériau est par exemple du cuivre. L'autre plaque, dite plaque mobile 22, est articulée sur un axe de piv otement 23. Elle fermera le circuit magnétique et est par conséquent réal isée en un matériau f erromagnétique tel que par exemple une tôle profilée en acier chromé. De part et d'autre du frein sont placés des guide-fi ls en céramique 2k (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 J 'él ectro-ai mεnt 21. Elle permet un réglage optimal de la position de repos pour que le parcours de la plaque mobile soit aussi faible que possible af i n d'obtenir un temps de réponse le plus court possible.

On peut faire varier l'augmentatιon Δ τ de l a tension en faisant v arier les deux paramètres JJ 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 'asservis¬ sement permet d'interpréter le signal de sortie des moyens de mesure de la tension et d'appliquer ce signal au frein de fil.

Il 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 la 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 production 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.

Le principe décrit en détail ci-dessus, s'applique à la mesure de la vitesse du fil. A cet effet, le dispositif de mesure, illustré par la figure 3, est constitué d'un émetteur E, agencé pour engendrer une impulsion, par exemple sous la forme d'une onde sinusoïdale et de deux récepteurs

Rg et Rd dont le premier est disposé en amont de l'émetteur et le second en aval.

L'émetteur doit être capable de générer soit des ondes sinusoïdales soit des ondes de forme quelconque dans la direction Oy perpendiculaire à la droite reliant l'émetteur et les deux récepteurs.

Le fil est maintenu en contact avec l'émetteur et les deux récepteurs par un léger embarrage. Les surfaces de contact doivent être traitées de telle sorte que le frottement soit le plus faible possible lorsque le fil est en mouvement. Le principe de la mesure sera énoncé ci-dessous.

Supposons tout d'abord que le fi l est au repos, c'est-à-dire que sa v i tesse Vf est nulle. Si l 'on applique un signal quelconque à l 'émetteur, cel ui-ci induira une onde transversale sur le fi l qui se propagera a la v i tesse \ vers les récepteurs situés à droite et à gauche. Le récepteur Rd détectera cette onde au bout du temps Td et le récepteur Rg la détectera au bout du temps Tg. Si les distances Dd et Dg sont identiques. ces deux temps seront égaux.

Supposons ensuite que le fil est animé d'une vitesse Vf différente de zéro et considérons que Dd = Dg. Répétons la même expérience que précédemment. On constate que cette fois-ci les temps Td et Tg sont différents. Le temps Td est d'autant plus faible que la v itesse de déplaceme nt Vf du fil est plus grande, alors que le temps Tg est d 'autant plus grand que la vitesse de déplacement Vf du fi l est pl us grande.

Si V est la vitesse de propagation de l'onde sur le fi l, on a les relations suivantes :

Tg (V - Vf) = Dg

Td (V -r Vf) = Dd

Ceci est un système à deux inconnues : la mesure de Tg et de Td permet par conséquent, connaissant Dd et Dg, de déterminer les vitesses V et Vf. Si la relation entre la v itesse de propagation sur le fil et l a tension du fil est connue, on peut également en déduire la tension du fil.

Pour mesurer les temps Tg et Td, deux méthodes sont possibles :

1. En excitant l'émetteur par une impulsion, on peut par comptage déterminer le temps qui s'est écoulé entre l'émission et la réception. Pour obtenir une bonne précision, la fréquence de l'horloge de comptage doit être très élevée.

2. En excitant l'émetteur avec des ondes sinusoïdales, on peut mesurer le temps par l'intermédiaire de la mesure du déphasage entre l'émetteur et le récepteur.

II faut être conscient que dans l'une et l'autre des méthodes, le bruit généré par le frottement du fil sur les capteurs de réception, perturbe considérablement les mesures. Il est absolument indispensable d'effec¬ tuer un filtrage adéquat pour réduire ce bruit.