La machine de découpe de feuilles à marquage à chaud présente des problèmes d'enroulement et de déviation. La boucle de tension fermée est rapidement stabilisée pour résoudre le problème d'enroulement à partir de la base.

Lors du post-traitement de matériaux en film à haute valeur ajoutée, tels que les feuilles de marquage à chaud, l'aluminium électrochimique et les films laser, la qualité d'enroulement de la machine de refendage détermine directement le rendement et l'efficacité de l'impression et du marquage à chaud en aval. Or, les défauts d'enroulement (communément appelés « enroulement irrégulier » ou « enroulement en spirale ») constituent l'un des problèmes les plus fréquents du secteur. Un enroulement sinueux ou une face d'extrémité irrégulière peuvent entraîner des chutes de matériau, endommager la lame de refendage, voire provoquer la rupture du papier.

La première réaction de nombreux praticiens consiste à ajuster le parallélisme du capteur de correction ou du galet de guidage, mais souvent, le problème persiste. La régularité de la face d'extrémité de l'enroulement dépend avant tout de la stabilité dynamique de la tension d'enroulement, c'est-à-dire de la rapidité de réponse et de la précision du contrôle de la tension en boucle fermée. Nous analysons ci-dessous, en détaillant le mécanisme physique et son application pratique, comment éliminer les écarts d'enroulement grâce à une « stabilisation rapide de la tension en boucle fermée ».

1. Pourquoi les fluctuations de tension entraînent-elles inévitablement une déviation ?

Les caractéristiques du film de marquage à chaud sont les suivantes : faible épaisseur (6 à 20 µm), surface lisse, faible allongement et faible rigidité. Lors du découpage et de l’enroulement, la bobine est découpée en plusieurs bandes étroites à partir d’une seule grande bobine, et chaque bande est enroulée indépendamment.

Si la tension de rétraction fluctue périodiquement (par exemple, une variation de 5 N toutes les 10 secondes ±), la réaction en chaîne suivante se produit :

1. Glissement élastique :La couche de film produit une petite quantité de glissement axial sur le noyau d'enroulement, et la direction de glissement de chaque tour est aléatoire, s'accumulant en un désalignement de la face d'extrémité.

2. Déséquilibre des forces latéralesLes fluctuations de tension entraîneront une répartition inégale des contraintes en divers points de la direction transversale de la membrane, et celle-ci « rampera » automatiquement vers le côté où la tension est la plus forte.

3. Noyau libre: la couche interne se détend après une tension trop longue et ne peut pas se réparer d'elle-même après une déviation de l'enroulement ; lorsque la tension est trop élevée, le film est étiré et déformé, ce qui entraîne également une dislocation entre les couches.

Par conséquent, la boucle de tension fermée n'est pas un simple « contrôle de tension constante », mais un système servo qui doit réagir rapidement, sans dépassement, et résister aux perturbations.

2. Les trois points morts du contrôle de tension traditionnel

De nombreuses machines à refendre utilisent une commande de couple en boucle ouverte ou une commande PID en boucle fermée, ce qui peut entraîner une perte de contrôle dans les situations suivantes :

• Changement rapide du diamètre du rouleau :Du cylindre vide au cylindre plein, le rapport entre le diamètre et la largeur du cylindre peut atteindre 5:1, et le moment d'inertie de rotation varie considérablement. Si le paramètre PID est fixe, les vibrations seront importantes pour les petits cylindres et la réponse sera lente pour les grands cylindres.

• Processus d'accélération et de décélérationLors des phases de démarrage, d'arrêt et de levage, la force d'inertie se superpose à la tension, provoquant un pic de tension instantané et un « saut de couche » instantané lors du rembobinage.

• Joints ou épaisseurs de matériaux irréguliersLe marquage à chaud présente souvent des variations d'épaisseur du papier ou du revêtement, ce qui perturbe brutalement la boucle de tension. Un régulateur PID classique nécessite 2 à 3 cycles de fluctuation pour se stabiliser, et des écarts apparaissent durant ces fluctuations.

3. La stratégie de stabilisation rapide en « boucle fermée en trois étapes »

Pour éliminer tout écart, le temps de réglage de la boucle de tension fermée doit être réduit aux limites permises par les propriétés du matériau (généralement ≤ 0,5 seconde sans dépassement). Voici comment :

Étape 1 : Adopter une architecture à double boucle fermée « vitesse + courant ».

• Bague extérieure (bague de vitesse): fourni par l'encodeur ou le capteur de vitesse linéaire pour éviter le déplacement à basse vitesse en mode couple pur.

• Bague intérieure (bague de courant/bague de couple): La réponse rapide (milliseconde) du servomoteur régule directement la sortie du moteur.

• Point cléLe moteur d'enroulement doit fonctionner en mode de contrôle du couple, mais le couple de référence est calculé en temps réel par le point de consigne de tension, et la limite de vitesse est ajoutée comme protection de sécurité.

Étape 2 : La compensation dynamique anticipée compense le diamètre et l’inertie de la bobine.

• Calcul en temps réel du diamètre de la bobine actuelle (par rapport à la vitesse linéaire ou à la vitesse angulaire ou par capteur ultrasonique).

• Mise à jour en temps réel de deux paramètres en fonction du diamètre du rouleau :

◦ Coefficient de compensation du couple : T = F × (D/2), où F est la tension réglée et D est le diamètre de la bobine en temps réel.

◦ Anticipation de l'inertie : Une composante de couple supplémentaire ΔT = J × α est superposée lors de l'accélération ou de la décélération (J est le moment d'inertie de la bobine de courant, α est l'accélération angulaire).

• De cette manière, la fluctuation réelle de la tension peut être contrôlée à ±3% près, même à pleine vitesse et en montée et en descente.

Étape 3 : PID adaptatif + suppression des perturbations basse fréquence

• Pour les fluctuations de tension courantes de 0,5 à 5 Hz de la feuille de marquage à chaud (telles que l'excentricité des rouleaux de traction, le mauvais équilibre dynamique de l'axe de dilatation de l'air), un filtre passe-bande ou un filtre coupe-bande est intégré dans le régulateur PID.

• Adaptation PID floue ou par modèle de référence : ajuste automatiquement le gain d’échelle Kp et le temps d’intégration Ti lorsque la variation du diamètre du volume dépasse un seuil. Par exemple, Kp est abaissé pour éviter les à-coups lorsque le volume est faible, et augmenté pour améliorer la robustesse aux perturbations lorsque le volume est important.

• Les données mesurées montrent que le temps d'ajustement en boucle fermée optimisé peut être réduit de 2 à 3 secondes à moins de 0,3 seconde par rapport à la commande traditionnelle, et qu'il n'y a pas de dépassement.

Quatrièmement, les quatre « tueurs invisibles » dans la mise en œuvre du projet

Même si l'algorithme théorique est parfait, des écarts peuvent subsister sur le terrain. Les détails suivants ne peuvent être négligés :

1. Position d'installation du capteur de tensionIl doit être positionné au plus près du dernier galet de guidage avant l'enroulement, et le jeu du roulement doit être ≤ 0,01 mm. La ligne de signal du capteur doit être éloignée de la ligne d'alimentation du convertisseur de fréquence.

2. Pression de gonflage de l'arbre du moulinetPour les mandrins de 7,6 cm ou 15,2 cm, la pression d'air doit être uniforme et stable (un régulateur en boucle fermée est recommandé). Une pression insuffisante entraînera le glissement de la couche interne, tandis qu'une pression excessive déformera le mandrin en papier.

3. Rouleaux flottants indépendants pour chaque bande étroite après le refendagePour les bandes extrêmement étroites d'une largeur inférieure à 20 mm, il est recommandé d'ajouter des micro-rouleaux flottants à chaque station d'enroulement afin de fournir un amortissement mécanique par gravité ou par des cylindres à faible friction.

4. Synchronisation de la correction des bords et de la boucle de tensionL'action de correction modifie temporairement la longueur du trajet de la membrane, ce qui influe sur la tension. Elle doit être paramétrée dans l'automate programmable : lors de la correction, le PID de tension suspend temporairement le terme intégral, puis le reprend une fois la correction terminée.

5. Vérification des effets : de « visible à l'œil nu » à « données mesurables »

L'écart d'enroulement optimal peut être évalué quantitativement :

• Désalignement de la face d'extrémité: ≤±0,5 mm (conditions de fonctionnement normales) / ≤±1,0 mm (conditions de fonctionnement en accélération et décélération).

• Pic de fluctuation de la tension :≤ ±5 % de la valeur définie.

• Temps d'ajustement: ≤0,5 seconde (de l'instant où la perturbation se produit au retour à l'état stationnaire).

Il est recommandé aux utilisateurs d'effectuer un test de variation rapide en production : modifier artificiellement et rapidement la valeur de consigne de la vitesse de rebobinage de ±10 %, enregistrer la courbe du capteur de tension à l'aide d'un système d'acquisition de données haute vitesse, et observer le dépassement et le nombre d'oscillations. Si la forme d'onde converge en un cycle, la stabilisation en boucle fermée est validée.

Épilogue

Le défaut d'enroulement d'une machine de découpe de feuilles pour marquage à chaud n'est pas essentiellement un problème de « correction », mais de « tension ». Seule une boucle de tension performante, dotée de trois atouts majeurs (réponse rapide, adaptation au diamètre de la bobine et suppression des perturbations mécaniques), permet d'éliminer définitivement ce défaut. Pour les fabricants d'équipements, il ne s'agit pas simplement de remplacer un régulateur PID, mais d'un projet global portant sur le servomoteur, la rigidité mécanique et la précision des capteurs. Une surface d'enroulement parfaitement lisse est le signe d'une maîtrise parfaite du contrôle de la tension.