Avancée majeure dans la technologie des machines de refendage de rubans : résolution définitive du problème des vibrations du film lors du démarrage à basse vitesse

Dans le domaine du découpage de précision de matériaux tels que les rubans de transfert thermique, les films d'emballage et les films électroniques, les vibrations du film lors de la phase de démarrage à basse vitesse ont longtemps constitué un problème majeur pour les professionnels du secteur. Ce point critique affecte non seulement la précision du découpage et engendre des pertes de matériau, mais limite également l'efficacité et le rendement des équipements. Ces dernières années, grâce aux innovations dans les technologies de commande des machines de découpage de rubans et à l'optimisation de leur structure mécanique, ce problème a enfin trouvé une solution systématique.

1. Vibrations au démarrage à basse vitesse : pourquoi est-ce un défi de longue date ?

Le fonctionnement du film sur la machine de refendage repose essentiellement sur une coordination précise du contrôle de la tension et de la vitesse. Lors de la phase de démarrage à basse vitesse (généralement de 5 à 30 m/min), les problèmes suivants sont susceptibles de survenir :

• Impact inertiel :Lorsque le moteur passe de l'arrêt complet à une faible vitesse, le couple de sortie devient instable, ce qui provoque un étirement ou un relâchement instantané du film.

• Non-linéarité de l'amortissementLes composants mécaniques tels que les galets de guidage et les arbres de glissement présentent des fluctuations de coefficient de frottement à basse vitesse, ce qui s'accumule et provoque des vibrations.

• Interférence avec le flux d'air :Les films minces et légers (d'une épaisseur inférieure à 4,5 μm) sont facilement affectés par le flux d'air ambiant à faible vitesse, ce qui provoque une dérive.

• Délai de retour d'information de la tensionLes régulateurs PID traditionnels ont une réponse insuffisante aux basses fréquences et ne peuvent pas corriger rapidement les fluctuations mineures de tension.

Ces facteurs agissent de concert pour provoquer des plis ondulés périodiques et des bords serpentins pendant la phase de démarrage, et dans les cas graves, une rupture de la membrane ou une excentricité du noyau.

2. Percées technologiques : trois solutions fondamentales

Actuellement, les principaux fabricants de machines à refendre les rubans ont systématiquement résolu le problème des vibrations à basse vitesse selon trois axes : l’entraînement, le contrôle et la structure.

1. Technologie de conversion de fréquence vectorielle haute précision + servo-entraînement direct

Les moteurs asynchrones traditionnels associés à des convertisseurs de fréquence classiques présentent des pulsations de couple notables à basse vitesse. La nouvelle génération d'équipements utilise des convertisseurs de fréquence à commande vectorielle en boucle fermée, combinés à des servomoteurs synchrones à aimants permanents, pour obtenir un couple maximal dès l'arrêt. Le circuit de commande intègre un algorithme de suppression des vibrations basse fréquence qui compense activement les fluctuations du couple de crantage du moteur. Certains modèles haut de gamme adoptent des moteurs à entraînement direct, éliminant ainsi les intermédiaires de transmission tels que les réducteurs et les courroies, et supprimant totalement l'impact du jeu et de la déformation élastique sur la régularité du fonctionnement à basse vitesse.

2. Contrôle adaptatif de la tension en double boucle fermée

S’appuyant sur le système traditionnel de contrôle en boucle fermée double de la vitesse et du courant, on ajoute un capteur de tension du galet flottant ou des capteurs de pesage de haute précision, formant ainsi un système de contrôle à trois anneaux : boucle de position, boucle de vitesse et boucle de courant. Le contrôleur utilise un algorithme de compensation floue PID avec anticipation.

• Avant le démarrage, le système se précharge automatiquement à 80 % de la tension cible

• Au démarrage, la tension réelle du film est détectée en temps réel et l'écart par rapport à la valeur de consigne est ajusté dynamiquement, ce qui ajuste le couple d'enroulement/déroulement.

• Stocke plusieurs paramètres de courbe tension-vitesse pour différents matériaux (PET, à base de cire, à base de résine, etc.) et épaisseurs (4,5-12 μm).

Des tests réels montrent que ce système peut contrôler les fluctuations de tension dans les zones à basse vitesse à ±3% près, surpassant largement la solution traditionnelle de ±15%.

3. Conception à galet de guidage à faible inertie et réduction du frottement dû à la flottabilité de l'air

Les innovations en matière de structure mécanique sont tout aussi cruciales :

Des galets de guidage en fibre de carbone ou en alliage aluminium-magnésium sont utilisés pour réduire l'inertie de rotation, ce qui rend le corps du galet plus réactif aux variations de tension.

• Polissage ultrafin et revêtement céramique sur la surface du rouleau de guidage, associés à des roulements à faible coefficient de frottement, réduisent le coefficient de frottement statique à moins de 0,05

Certains modèles utilisent des galets de guidage à coussin d'air, formant un film d'air de l'ordre du micron entre la surface du galet et la membrane grâce à l'air comprimé. Ce procédé permet un guidage sans contact et élimine les vibrations dues au frottement.

3. Résultats de l'application pratique

Prenons l'exemple d'une machine à refendre les rubans de nouvelle génération d'une marque, lors du refendage de rubans à base de résine de 6 μm d'épaisseur et de 500 mm de large :

Lors du découpage de films de polyimide ultra-minces de 4,5 μm, les nouveaux modèles technologiques peuvent encore démarrer de manière stable, alors que les équipements traditionnels sont presque impossibles à produire normalement.

4. Perspectives d'avenir

Grâce à l'introduction de l'Internet industriel des objets (IIoT) et des technologies de calcul en périphérie, la machine de refendage de rubans de nouvelle génération devrait permettre une suppression automatique des vibrations à basse vitesse : à chaque démarrage, elle collecte les données de réponse réelles du film et utilise des modèles d'IA pour optimiser en temps réel les paramètres de contrôle, améliorant ainsi continuellement les performances au démarrage à basse vitesse. Parallèlement, le système de détection de contours en temps réel, basé sur la vision industrielle, peut anticiper les tendances des vibrations et intervenir en amont, transformant la compensation passive en suppression active.

La résolution complète des vibrations au démarrage à basse vitesse des machines de refendage de rubans améliore considérablement la capacité de traitement de ces équipements pour les films ultra-minces, larges et de grande valeur, et fournit un modèle de contrôle de référence pour l'ensemble du secteur du traitement de précision des bobines. Ce problème, autrefois considéré comme « insurmontable par les lois de la physique », appartient désormais au passé grâce à la convergence du servocommande moderne et de l'ingénierie mécanique de précision.