Brevet FR2011670A1 — publié le 19700306

L'invention concerne un dispositif de lecture optique de position. Dans des dispositifs de commande automatique, il est connu d'utiliser une paire de réseaux de lignes dans un dispositif indiquant la position. Un des réseaux est déplacé par rapport à l'autre ce qui crée une configuration de 5 traits alternativement sombres et lumineux quand une lumière traverse les réseaux. Un détecteur, tel qu'une cellule photo-électrique est placée du côté opposé à la lumière pour détecter la configuration de traits sombres et lumineux. Des signaux électriques engendrés par le détecteur représentent une mesure de la distance de parcours du réseau qui se déplace. En attachant le •J0 réseau réseau mobile à un objet dont on désire déterminer avec précision la position à n'importe quel moment, les signaux engendrés par la cellule photoélectrique peuvent être utilisés pour commander différantes opérations, par exemple, le positionnement d'une machine outil fonctionnant automatiquement ou le déclenchement de quelqu'autre opération telle que l'envoi de lumière quand Ce système présenté"certains désavantages. Un des problèmes est qu'il est difficile de positionner les réseaux de sorte que les lignes de chaque réseau soient correctement alignées en parallèle. De même les surfaces du réseau doivent Ôtre montées très près l'une de l'autre pour produire une configuration 20 précise. Si les lignes du réseau ne sont pas correctement alignées, les traits sombres et lumineux ne sont pas précis et la sortie correcte ne sera pas engendrée par le détecteur. Ceci créera l'omission de certains signaux ce qui entraine que le dispositif de cotmande agira plus tard que prévu. A cause de l'incapacité de maintenir des tolérances correctes sous des conditions atmos-25 phériques variables et l'usure normale des parties mobiles, les réseaux montés très serrés peuvent éventuellement se toucher et peuvent se rayer quand ils bougent les uns sur les autres. Ceci crée un endommagament des délicates parties optiques qui très rapidement ne produisent plus la configuration précise de traits sombres et lumineux qui est indispensable au détecteur pour engen-3Q drer le niveau de signal exigé. Quand ce défaut se produit on doit remplacer ces réseaux qui coûtent cher. On a aussi trouvé que ce type de systèmes a un pouvoir séparateur foncé-lumineux bas qui est approximativement de 4 à 1. Un rapport relativement bas, est dû au fond très lumineux qui est reçu par le détecteur. Ceci aggrave le problème ci-dessus parce que un désalignement et une 35 usure même légers décroîtra ce rapport jusqu'à un niveau inopérant. Un système simplifié a maintenant été trouvé qui utilise un seul réseau mobile avec un système optique simple qui a une très haute sensibilité et un grand pouvoir séparateur des traits lumineux et sombres et qui est robuste et non sujet aux problèmes de désalignement. 40 En accord avec cette invention il est fourni un dispositif de détection 69 12346 2 2011670 optique rie position comprenant un réseau de lignes mobile avec une source d'éclairage et un détecteur montés d'un côté du réseau et des dispositifs pour réfléchir et focaliser l'image du réseau produite par l'éclairage du réseau en un point situé devant le détecteur. Quand le réseau est déplacé 5 latéralement par rapport à là source lumineuse et sur détecteur, dans une direction perpendiculaire aux lignes du réseau des interférences entre le réseau et les lignes images produisent alternativement l'éclairage et le non éclairage du détecteur. La figure 1 est une élévation verticale dont certaines parties ont été 10 supprimées d'une réalisation du dispositif de l'invention. La figure 2 est un diagramme simplifié illustrant les dispositifs optiques de la réalisation de 1'invention de la figure 1. Les figures 3a et 3b sont des vues des réalisations montrées dans la figure 3 le long de la ligne 3-3. 15 La figure 4 est un diagramme schématique montrant les dispositifs optiques d'un autre.mode de réalisation de l'appareil de l'invention. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, rassortiront mieux de 1'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représente un mode ou des modes de réalisation préféré ds 20 celle-ci. Revenons maintenant à la réalisation illustrée dans la figure 1 une boite métallique 11 contient une source d'éclairage, la lampe 13 qui est connectée par des fils conducteurs 15 à une source de tension classique (non montrée). Disposée dans la lampe et juste devant elle, dans la vue montrée dans la 25 figure"1, se trouve un détecteur photo-électrique classique, le photo-transistor 17, dont le signal de sortie est connecté à un dispositif de commande approprié (non montré) qui compte les signaux reçus du détecteur. Un tambour cylindrique 19 est monté en rotation sur un arbre 21 qui est relié à un dispositif de commande classique non Htontrâ, tel qu'un moteur asservi. Lê 30 tambour 19 comporte une partie 23 dont le dismètre est réduit et qui forme un épaulement 25. Un réseau de lignes 27 en Mylar ou en téréphthalate de polyéthylène giycol, (le réseau de lignes de base a des lignes et des espacements de 0,025 mm de largeur a une partie 20 qui s'étend au delà du bord de la partie 23 du tambour 23 une partie intérieure 31 qui est supportée 35 par la partie 23. Le réseau 27 est positionné en plaçant son bord intérieur 30 contre 1*épaulement 25 du tambour 19 et est maintenu en place sur la surface de la portion de tambour 23 par n'importe quel dispositif approprié tel que par un adhésif entre la surface du tambour et la surface intérieure du réseau. La lentille 33 est une lentille plan-convexe qui est montée fixe-40 ment dans une boite métallique 35 ayant comme axe la ligne 36 entre la lampe BAD ORIGINAL 69 12346 3 2011670 13 et la cellule photo-électrique 17 et a une distance d du réseau 27 égale à la longueur focale de la lentille 33. Le miroir 37 est la première surface réfléchissante qui est montée directement derrière et de manière adjacente à la lentille 33 pour réfléchir par la surface 34 l'image de mire produite par 5 la lampe 13 éclairant le réseau 27 à travers la lentille, et sur la portion du réseau située en face du détecteur 17. Alternativement le miroir peut être rendu solidaire de la lentille en rendant la surface plane 36 réfléchissante. Le miroir peut aussi être monté à une certaine distance derrière la lentille comme montré en pointillés 37* mais ceci occasionne une décroissance de l'in-10 tensité de lumière de l'image et rend aussi le système moins compact. La figure 2 illustre les dispositifs optiques de l'appareil illustré dans la figure 1. La lampe à filament 13 éclaire le réseau 27 dont les lignes sont perpendiculaires au plan du dessin, au point a la portion éclairée a environ 0,254 cms de large ou représente environ 100 lignes. L'information de l'ob-15 jet passe à travers la lentille 33, est réfléchie par le miroir 37 passe à nouveau par l'arrière à travers la lentille 33 qui forme une image réfléchie sur le réseau de lignes 27 au point b à un endroit directement en face du photo-transistor 17. Comme le réseau de ligne 27 est déplacé latéralement dans le plan du papier les lignes image en b coïncident puis se déplacent 20 alternativement entre les lignes du réseau 27* dans la direction opposée au mouvement du réseau ce qui produit une interférence entre l'image et les lignes de réseau, ce qui donne un éclairage et non éclairage alternatifs du photo-transistor 17. Le photo-transistor employé a un angle d'atinission d'environ 15° et est monté à une distance du réseau de façon à lire environ 1/2 25 de l'image ou environ 50 lignes. Les signaux résultants produits par le phototransistor sont comptés par le système de commande qui permet au système de mesurer de façon précise le mouvement du réseau et en conséquence n'importe quel objet qui se déplace avec le réseau, par exemple, en montant l'objet de façon à le faire tourner avec l'arbre 21. 30 Parce que la lentille 33 est montée à une distance correspondante à sa distance focale à partir du réseau 27, l'image produite par la lampe 13 est focalisée sur le réseau avec un grandissement de 1. Parce que l'image se déplace dans une direction opposée au mouvement du réseau, l'image et les lignes du réseau se déplacent les unes par rapport aux autres à une vitesse qui est 35 deux fois la vitesse du mouvement du réseau. Ceci double le nombre des impulsions d'éclairage par ligne pour une rotation donnée du réseau ou multiplie par deux la sensibilité. Ceci est équivalent à l'utilisation d'un réseau ayant deux fois le nombre de lignes des systèmes de l'art antérieur où un réseau se déplace sur un . autre réseau fixe. Parce que les réseaux de lignes sont très 40 chers à fabriquer avec une dépense directement proportionnelle au nombre de 69 12346 4 2011670 lignes par cm, l'invention permet l'utilisation de réseaux relativement moins chers ayant moins de lignes mais gardant la sensibilité désirée. Comme illustré dans les figures 3a et 3b l'alignement axial du réseau 27 avec l'axe plan 38 de la lentille 33 n'est pas critique dans l'appareil de 5 l'invention. La figure 3a représente le réseau en alignement avec la portion a* dont l'image est en b'. Si un léger décalage se produit, par exemple, autour de l'axe de rotation du cylindre sur lequel le réseau est monté, le réseau sera en position montrée dans la figure 3b (la quantité de désalignement étant exagérée dans un but d'illustration). Les lignes de réseau a' réfléchies en b' 10 sont encore en alignement parallèle parfait avec les lignes du réseau quoique les lignes soient légèrement déplacées par rapport au détecteur. Cet alignement constant résulte du fait que les dispositifs optiques du système sont symétriques. Donc, l'image du réseau se formera toujours sur le réseau au point diamétralement opposé à la portion illuminée du réseau. Le léger déplacement de 15 l'image causé par un désalignement peut être toléré par le détecteur dans la mesure où la configuration d'interférence d'éclairage ou le non éclairage et en conséquence,le rapport lumlneux-sombre ne décroit pas d'une manière sensible Ceci est spécialement ainsi parce que le système optique simplifié produit un rapport lumlneux-sombre d'environ 60 à 1. 2Q Venons en maintenant à la réalisation montrée dans la figure 4, un système optique différent est utilisé qui permet l'utilisation d'un système optique plus court, et beaucoup plus compact. Une paire de miroirs plans 41 et 43 sont montés à 90°. La lentille bi-convexe 45 rrontés en face de la source lumineu se qui est une diode 47 émettant de la lumière. La lentille bl-convexe 49 est 25 montée en face du détecteur qui est un photo-transistor 51. Les lentilles sont montées côte à côte sur la ligne C parallèle au plan duréseau de lignes 53 à une distance égale à deux fols la distance focale des lentilles à partir du réseau et à une distance égale à la distance focale à partir du point image des ta -oirs. Une image est formée en ip par la 'Jiode 47 éclairant le réseau 53 en 30 a" à travers la lentille 45 et étant réfléchie par le miroir 41. L'image redonne une image en b" à une distance suffisante de a" sur la surface du réseau 53 par la réflexion de l'image ip par le miroir 43 à travers la lentille 49. Un système solide, miniaturisé et très compact est réalisé dans la figure 4 grâce à l'utilisation d'une source d'éclairage à l'état solide, d'un détecteur 35 à l'état solide et des petites lentilles ayant de courtes distances focales. Le détecteur de position de l'invention peut être employé dans n'importe quelle application où un dispositif à détection de position est nécessaire pour commander les opérations qui doivent être faites quand un objet a atteint une position précise donnée en mouvement linéaire, ou en mouvement rotatif. 40 Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et réprésenté sur les dessins 69 12346 5 2011670 les caractéristiques essentielles de l'invention, appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 69 12346 6 2011670 REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection optique de position caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de lignes, une source de lumière et un détecteur montés d'un côté dudit réseau et un système optique monté de l'autre cfîté dudit réseau, ce système étant adapté pour réfléchir at focaliser l'image dp réseau de 5 lignes qui est produite par ladite source sur ledit réseau en un point situé en face du détecteur et des moyens pour déplacer latéralement ledit réseau par rapport aux dites source , système et détee£#pr dans une direction perpendiculaire aux lignes dudit réseau pour donner naissance à des interférences entre les lignes du réseau et les images des lignas focalisées sur ledit fO rssaau pour produire une illumination et une non .Illumination alternative dudit dâtectbur. 2, Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ledit système optique comprend une lentille plan convexe montée à une distance égale à sa longueur 15 focela dudit réseau st une surface réfléchissante derrière ladite lentille pour réfléchir cette image à travers ladite lentille grâce à quoi ladite image est focalisée sur ledit réseau an face dudit détecteur lorsque ledit détecteur et ladite source de lumière sont montés eôte à cfite avec l'axe de ladite lentille entre eux. 20 3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit miroir et ladite lentille sont combinés en une structure unique: an recouvrant la surface plans ■ de ledits lentille avec un revêtement réfléchissant. 4. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ledit système optique com-25 porte une pairs de lentilles bi-convsxea dont l'une est montée en face de ladite source et dont l'autre est montée en face dudit détecteur à une distance égale à deux fols la longueur focale des dites lentilles, et une paire de surfaces réfléchissantes montées derrière les dites lentilles et formant entra elles un angle de 90e à une distance image tiss dites lentilles égale 30 à la longueur focale des dites lentilles. 5. Dispositif de détection optique ds la position d'un objet mobile caractérisé en ce qu'il comprend un réseau ds lignes monté de manière à se déplacer avec ledit objet, des moyens pour illuminer une partie dudit réseau de manière 35 à former une image dudit réseau, des moyens pour réfléchir et focaliser ladite image sur ledit réseau en alignement avec les lignes dudit réseau à un point éloigné de la partie illuminée dudit réseau* des moyens pour déplacer 69 12346 7 2011670 ledit réseau dâns une direction perpendiculaire eux lignes dudit réseau et des moyens pour détecter et compter les franges d'interférence résultant du déplacement dudit réseau par rapport à l'image focalisée sur ledit réseau.