Brevet FR2053357A1 — publié le 19710416

t 2053357 La présente invention concerne -un dispositif de mesure photoélectrique de longueurs et d'angles, au moyen d'une échelle rec-tiligne ou circulaire codée présentant une ou plusieurs pistes qui comportent ces metifs cycliques, et au moyen, d'un dispositif de 5 lecture confortant, pour chaque pis je, une eu plusieurs unités de 1-cture qui sont décalées entre elles d'-oiie portion déterminée de l'intervalle de division» On distingue deux caté ories de dispositif de mesure photoélectrique de longueurs et d'angles : les systèmes incrémentals de 10 nosure de longueurs ou d'angles (capteurs rotatifs à incréments), d'une part, et l«s s-/sternes codés de mesure de longueurs ou d'angles (capteurs rotatifs à code), également nommés systèmes absolus de mesure, a'autre part» Dans les systèmes de mesure par incréments, las listes des échelles rectilignes eu circulaires sont 15 subdivisées en zones sombres et claires (traits et intervalles) d'ég'/le lor;eur. 'La mesure s'effectue par comptage des impulsions ~our cii*: \ue vileur mesurée. Avec les systèmes codés, 1 • échelle \ e:-:plorer peut Être exécutée selon un code quelconque (par exemple en code binaire). Chaque 20 valeur de mesure correspond j. un emplacement déterminé de la Fgra-duation. Il tombe sous le sens eue toutes les perturbations telles que les impulsions parasites électriques ou magnétiques, les vibrations, le-s dépassements de 1:; vitesse limite, les brèves interruptions du réseau d'alimentation, etc..., perturbations qui peuvent 25 entraîner des erreurs de comptage avec les systèmes fonctionnant par inoriesnte, n'ont pas d'influence sur la précision des mesures données par 1-s systèmes codés. Ces systèmes de mesure indiquent ,_.erès des perturbations des valeurs de mesure q. i sont tout aussi précises qu':v.i moment mémo où on les a branché s» .-■G U.i cgstè codé de mesure de longueurs, p--r exemple, comporte ' m ' ;. ; ■ 1 •' 'm., ' ' . ' e. nomdre cr/i. :'ant -'élé- î o iuJiih l.'.-ctur«t \e pr .lific.. u.rar:-: etc., c'est-à-dire que 1 'ensemble e:: système devient plus encombrant. Lof dem^ines '-'application pour lesquels il est souhaitable que le système de mesure soit le moins encombrant possible sont nombreux. Afin de pouvoir réduire l'encombrement de ces ..ystèmes 0 de mesure, c• est-'.'.-dire la largeur ou le diamètre des échelles 213254 2 2053357 rectilignes ou circulaires et par conséquent aussi l'encombrement du dispositif de lecture, un agencement connu consiste à ne pas réaliser certaines pistes et .à remplacer les signaux afférents aux pistes nar. liantes par des signaux obtenus dans un circuit diviseur de a par multiplication analo :i.;ue électronique 1 partir de s L_nau.\ p^ovcnrut des piston existantes. Les exigences imposées aux divisions de ces pistes existantes résident dans le fait qu'or, leur demande de permettra l'obtention de signaux précis sinusoïdaux, triangulaires ou en escalier. On connaît des dispositifs de mesure ue ce type servant à la mesure de longueurs assez courtes. Il est, en outre, connu de diviser les pistes des échelles de ces dispositifs en champs clairs et en champs sombres et de faire varier, d'une certaine valeur, à l'intérieur d'un intervalle de division, le rapport trait/intervalle d'un champ sombre-clair au champ sombre-clair suivant. Dans un autre mode de réalisation connu, les différentes pistes de l'échelle sont réalisées-avec des intervalles de division de forme triangulaire ou cunéiforme. Un autre dispositif de mesure de type connu consiste en une échelle codée en code binaire et en un dispositif de lecture dont la plaque de lecture comporte des intervalles de division adaptés à l'échelle. Un intervalle de division de l'échelle consiste alors en un champ sombre-clair dans lequel le champ sombre a la môme largeur que le champ clair, ce qui donne la môme symétrie de division. Dès que la largeur de ce champ sombre-clair dépw -se celle de l'élément actif v.o lecture (pliotocel-lule), on obtient des signaux de lecture'qui ne peuvent plus être multipliés analogicuemen^ar voie électronique. Dans un dispositif servant à la détermination ce l'erreur d'alignement entre deux objets identiques superposés, on entre leurs images, il est conr.u de réaliser les surfaces des objets avec un degré de transparence variable» uar.e le :ie;;oni1:if connu, ceci ■s'effectue gr5.ee au "fait que des parties . s rsl ..cet. de - ^ sr.er.ts ; eut pourvues de surfaces sombres et luire s disposées arbitrai-rer.er.t. 3 dispositifs c::_:uj p cuve s." -Ivre tiljsés peur lu détermination du défaut d'ali. sement :1 sbiets . .'.les, et éventuellement aussi pour lu déterminât!or. "ressiere des angles, mais ils ne conviennent toutefois ;uv ". ."s; ac-suuc photoélectrique de longueurs. , Les dispositifs de mesure connus ont l'inconvénient que les erreurs de mesure provenant d'inexactitudes de la division, de 70 28254 3 2053357 saliscures de l'échelle, d'un basculement et d'un changement de position du système de lecture interviennent très fortement, c'est-à-dire que les dispositifs de mesure ne peuvent être utilisés qu'a vec des limitations notables. En outre, il s'établit, avec diffé-5 rents dispositifs de mesure, des signaux électriques en escalier qui retombent quelque peu, c'est-à-dire qu'ils sont ambigus pour une exploitation électronique ultérieure. D'autres dispositifs de ce type ne permettent pas la mesure de longueurs assez importantes. le principe d'éclairage par incidence oblique de lumière 10 conduit à des distorsions optiques dans le cas de triangles ayant une petite ligne de base, c'est-à-dire de petits intervalles de division. Lorsque les intervalles de division sont plus importants et sont triangulaires ou cunéiformes, il faut que l'accroissement cunéiforme soit très précis. 15 La présente invention vise un dispositif de mesure du type " précité pour la mesure de longueurs et d'angles, dispositif dans lequel des inexactitudes de la division, des salissures de l'échelle^ des basculements et modifications de position du système de lecture,n'ont qu'une très faible influence sur la précision des me-20 sures. Selon l'invention, on obtient ce résultat par le fait que chaque intervalle de division est subdivisé en champs de lecture de même largeur, par le fait que chacun de ces champs de lecture présente un taux de transparence ou de réflexion uniforme, quoique différent de celui des champs de lecture voisins, et par le fait 25 que la largeur de la surface active d'un élément de lecture, déterminée par vuie fente de lecture, est égale ou inférieure à la largeur d'un champ de lecture. Un mode de réalisation avantageux de l'invention, dans lequel les champs de lecture d'un intervalle de division sur la 30 piste de l'échelle sont subdivisés en champs sombres-clairs, est caractérisé par le fait que les champs sombres-clairs sont réunis en groupes de traits pour former un champ de lecture, que dans chaque champ de lecture, le rapport champ sombre-clair est constant, de même que le nombre des champs sombres-clairs dans tous les champs 35 de lecture d'une piste et que la somme des largeurs des champs sombres-clairs, et par le fait que la largeur des fentes de lecture est au moins un multiple entier de la somme d'un champ sombre et du champ clair correspondant, tout en étant inférieure ou égale à la largeur d'un champ de lecture. 40 L'adaptation de largeur des fentes de lecture a pour effet 70 28254 4 2053357 que lec; signaux de tension çn escalier, formés lors de la lecture, sont nets et ne retombent pas. L'échelle rectiligne eu la piste ■de l'échelle circulaire possède dans ce cas la raêrce symétrie de division dans un■intervalle de division. Par contre, si l'on ob-5 serve lec chai^c de lecture réalisés avec des groupes de traits, il apparaît eue, selon l'invention, cette.symétrie de division n'existe plus puisque le rapport de la largeur d'un champ sombre à celle d'un champ clair, bien qulétant constant à l'intérieur d'un champ de lecture, varie d'un champ de lecture à l'autre. Bien 10 entendu, cette constatation ne peut pas s'appliquer à deux champs de lecture d'un intervalle de division, réalisés avec un taux de réflexion ou de transparence de 50 -Je. L'invention prévoit également, selon un autre mode de réalisation, que des surfaces claires ou sombres ayant des formes 15 géométriques différentes sont prévues pour que les différents t champs de lecture aient des taux de transparence ou de réflexion différents. , Lorsqu'il s'agit de mesurer des angles avec le nouveau dispositif de mesure, la piste de l'échelle peut prendre une .forme 20 circulaire. Il peut être avantageux dans certains cas de procéder à la lecture par voie capacitive ou inductive ou d'une autre manière, et non pas par voie optiquement.électronique. Pour ce qui est de la position de phase des signaux à sub-25 diviser, on peut recourir aux avantages de la multiplication analogique électronique pour la mesure de longueurs et d'angles correspondant à des intervalles de division assez importants. On sait que l'avantage de la multiplication analogique électronique consiste, entre autres, dans le fait que les flancs des signaux, qui 30 suivent les erreurs de la division, peuvent en fait avoir une position imprécise, mais qu'une convergence des flancs de signaux n'est alors pas possible. Comme la totalité des signaux provenant des points de lecture servent à former des signaux de somme, le dispositif de mesure selon l'invention permet aussi facilement une 35 éventuelle correction d'erreur par modification du rapport du diviseur de tension du circuit multiplicateur électronique analogique. La construction des machines-outils constitue un intéressant domaine d'application de la présente invention. Dans ce do-40 mal ne, on ne peut lire de façon sûre les grands intervalles de di 70 28254 5 2053357 vision de pistes graduées linéaires ou circulaires qu'en recourant à la multiplication analogique électronique, en utilisant les dispositifs optiques-électroniques de mesure de longueurs et d'angles pouvant également servir au positionnement et à la commande auto-5 matiques. Pour ce qui est de la fabrication de la graduation d'une échelle rectiligne ou circulaire à plusieurs pistes, l'invention présente l'avantage que le champ de lecture correspondant ne doit alors être fabriqué en original qu'avec une longueur correspondant 10 à la longueur maximale qui se présente et peut alors servir en cas d'utilisation du procédé de copiage, d'original de copiage pour la . * totalité des pistes (par exemple la piste 9, 12 ou 15 sur la figure 4). Les mêmes champs de lecture se présentant sur toutes les pistes, il faut seulement recouvrir le champ sur sa longueur avec 15 un masque correspondant, de façon à obtenir la largeur de champ de lecture de la piste. Cela implique une économie notable en originaux de vraduation. L'invention permet d'obtenir en mène temps un système codé de mesure de longueurs et d'angles avec multiplication électro-20 nique analogique, pouvant servir aussi pour des longueurs et les angles avec des intervalles de division assez importants, tout en permettant la suppression de pistes graduées rectilignes ou circulaires. Le dispositif de lecture est alors beaucoup plus petit que lorsqu'on utilise une échelle classique graduée en 'code binaire, 25 et l'on économise des éléments de lecture ainsi que des pré-ampli-ficateurs. 3i les champs d'un intervalle de division ont la forme de champs de lecture à groupes de traits, les exigences de précision .es traits et des intervalles sont, avec les échelons de grille de 30 10^u (voir figure 4), d'environ - 2 à 3A. Dans le cas des pistes graduées rectilignes et circulaires ayant des intervalles de division plue irr.portants, ces exigences peuvent être de - 4 à 5f*-, cela en pansant à des échelons de grille de par exemple 20yU , c'est-à-dire que l'en reçoit sei^lement une- variation de 4 échelons, au lieu 35 ■- o, lorc ;-■) la fente de lecture se d-fplace d'un champ de lecture à groupée de traits au suivant « L'invention présente en outre 'me autre possibilité d'application avantageuse pour la régulation et la commande, par exemple pour la réalisation d'un curseur ou d'Un dispositif de dosage, 40 l'obtention d'échelons déterminés de commande ou de dosage étant 70 28254 6 2053357 réalisée grâce aux caractéristiques de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples non limitatifs décrits ci-après, en se rapportant au dessin annexé, sur lequel : 5 la figure 1 est une vue en perspective simplifiée d'un mode de réalisation de l'invention fonctionnant par réflexion ; la figure 2 est une vue en perspective simplifiée d'un mode de réalisation de l'invention fonctionnant par transparence, avec deux pistes juxtaposées ayant le même intervalle de division ; 10 la figure 3 est une représentation agrandie de plusieurs champs de lecture à groupes de traits, avec le signal en escalier s'y rapportant ; la figure 4 représente un exemple de réalisation sous forme codée, avec une échelle avec code linéaire dans les pistes à gra-15 duation plus fine et avec champs de lecture à groupes de traits dans les pistes comportant des intervalles de division plus importants ; la figure 5 représente un champ de lecture d'un intervalle de division sur la piste de l'échelle, champ qui comporte une plu-20 ralité de surfaces sombres de formes géométriques différentes ; la figure 6 représente les formes des signaux électriques obtenus avoc l'exemple de la figure 4, illustrant le mode de fonctionnement du dispositif de mesure'. ~ Sur la figure 1, la référence 1 désigne une source lumineuse 25 dont la lumière traverse un condenseur 2 pour tomber parallèlement, sous un angle d'incidence déterminé, sur une échelle réfléchissante 3 pourvue d'une plaque de lecture 4. La plaque de lecture 4 comporte des fentes de lecture 4a dont le nombre est fonction du nombre de pistes graduées à explorer. Les signaux électriques sont 30 recueillis aux cellules photoélectriques 5 portant les références S 1 (0«) et E 2 (90°). Sur la figure 2, la référence 1 désigne une source- lumineuse dont.la lumière, rendue parallèle par le condenseur 2, tombe perpendiculairement sur "une échelle J. partiellement transparente, 35 derrière laquelle se trouve une plaque de lecture 4. Les fentes de lecture 4a derrière lesquelles se trouvent les cellules- photoélectriques 5 sont représentées sur une piste pour E 1 ,(0°.) et sur la piste voisine pour E 2 (90°), ces deux pistes ayant, les mêmes intervalles de division. 40 La figure 3 représente plusieurs champs de lecture à groupes 70 28254 7 2053357 de tr-r.it.;: 7', 8', S', le rapport trait/intervalle d'un champ sombre 7 £t i\:_ champ clair 8 correspondant étant -indiqué sur le tableau 1o Pour lire ce tableau, en ce reportera à la figure 4 sur laquelle les pistes ayant les graduations les plus fines, c'est-5 à-dire les pistes C, 3 et 6, sont réalisées en code binaire, les autres pistes, c'est-à-dire les pistes 9, 12. et 15 sont réalisées selon la présente invention. Comme il est avantageux dans la pratique que les points de lecture soient proches les uns des autres, on dispose une piste graduée, par exemple pour 0° et pour 78,75°, 10 à partir d'un intervalle de division déterminé, de sorte que toutes les variations, par exemple des variations provoquées par des déplacements de la source lumineuse, agissent de la même façon sur chaque cellule photoélectrique. ■ . . Les pistes ayant les graduations les plus fines, c'est-à-15 dire les pistes 0, 3 et 6, peuvent être explorées avec double alternance, tandis que les pistes ayant des graduations moins fines sont explorées avec simple alternance. En cas d'exploration avec simple alternance, le signal en escalier est amené symétriquement par rapport à une tension nulle, c'est-à-dire que les 20 alternances positive et négative ont la même amplitude, cela par . t exemple par réglage d'un élément de référence, pour lequel est prévue une piste de référence entièrement réfléchissante ou transparente. Pour les deux pistes, voisines (pistes 12 ou pistes 15) ayant le même intervalle de division, la différence de phase choi-25 sie est ici non pas de 90°, mais de 78,75°. Le point de référence est à chaque fois le point 0 de l'échelle codée. On obtient un écart/ae §fâSgvê.ce à un déplacement correspondant des fentes de lecture dans la plaque de lecture. Les pistes 9, 12 et 15 consistent en intervalles de division T correspondant chacun à une 30 période de signal de 360°# Sur la figure 4, l'intervalle de division T n'est reprécent ' complètement que sur la piste 9. Les signaux des pistes non représentés sur la figure 4 (pistes 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 13, 14) sont obtenus par multiplication analogique électronique. 35 Chaque intervalle de division T est subdivisé en champs de lecture à groupes de traits 1', 2'.... 16', 16'.... 2'f 1' dont le nombre dépend de la multiplication analogique électronique désirée. Dans l'exemple de la figure 4, chaque intervalle de division de chaque piste contient 32 champs de lecture à groupes de traits, 40 nécessaires pour une multiplication analogique électronique par 70 28254 8 2053357 huit. Il est nécessaire d'effectuer une multiplication analogique électronique par huit, car la résolution des mesures des deux pistes rectilignes ou circulaires à supprimer, par exemple la piste, 10 et la piste 11, s'effectue par voie électronique, à savoir par 5 multiplication par quatre de la résolution des mesures de la piste immédiatement moins fine, par exemple la piste 12. Pour un comptage et décomptage sains ambiguïté, les huit signaux suivants sont nécessaires à cet effet, signaux qui sont subdivisés en quatre signaux déphasés en avant (V) et quatre signaux déphasés en arrière 10 (N) : 11,25° sisnal-N 348,75° (-11,25°) signal-V 56,25° signal-N 33,75° signal-V 101,25° .'signal-N 78,75° signal-V 146,25° signal-N 123,75° signal-V 15 Suivant un procédé connu, un circuit logique approprié passe, en vue du dépouillement des signaux, en fonction du sens de la me-.sure, soit sur les quatre signaux N, soit, sur les quatre signaux V. Au cours de cette multiplication par quatre de la résolution des mesures, par exemple de la piste 12, les signaux numériques 20 nécessaires 0°, 45°, 90° et 135° sont obtenus par l'intermédiaire du circuit logique. Si l'on désire un autre-degré de multiplication analogique électronique, on l'obtient en modifiant proportionnellement le nombre des champs de lecture,à groupes de traits d'un intervalle 25 de division T. Pour la piste ayant la graduation la plus fine (piste 0), on a choisi dans l'exemple de la figure 4 une résolution de 20jU en 20ft/ , cette résolution pouvant être encore accrue par multiplication électronique, les champs de lecture à groupes de traits 1', 2'.... 16', 16'.... 2', 11 d'un intervalle de division 30 T comportent des nombres de champs sombres-clairs 7 ou 8 qui diffèrent selon chaque piste. On a représenté sur la figure 3 les champs de lecture à groupes de traits de la piste 9, qui comportent chacun quatre champs sombres-clairs, les autres pistes 12 et 15 représentées sur la figure 4 comportent respectivement 32 et 256 35 champs sombres-clairs par champ de lecture à groupas de traits. Etant donné l'espace disponible limité, les champs de lecture à groupes de traits n'ont été représentés que partiellement sur la figure 4, mais ils sont portés sur le tableau 1. Le tableau 1 comporte les données se rapportant aux pistes 40 9, 12 et 15. Les valeurs indiquées dans les quatre premières co 70 28254 9 2053357 lonnes du tableau 1 sont valables pour ces trois pistes. Pour chaque champ de lecture à groupes de traits, on a indiqué dans la deuxième colonne du tableau 1 la largeur du champ sombre 7, et dans la troisième colonne la largeur du champ clair 8 correspon-5 dant. La quatrième colonne du tableau 1 donne le taux de réflexion ou de transparence, en Le rapport trait/intervalle ou champ sombre/champ clair peut être calculé à partir des valeurs des colonnes 2 et 3 du tableau 1. Quant aux pistes 9, 12 et 15, le tableau 1 indique les largeurs 6 des champs de lecture et le nom-10 bre des champs sombres-clairs» La figure 5 représente un champ de lecture d'un intervalle de division T sur la piste de l'échelle, ce champ de lecture comportant une pluralité de surfaces sombres 9 ayant des formes géométriques différentes. Le taux de transparence ou de réflexion de 15 ce champ de lecture dépend du rapport des surfaces sombres 9 à la surface claire du champ de lecture. Le mode de fonctionnement d'un champ de lecture réalisé selon,la figure 5 est identique à cêlui d'un champ de lecture réalisé avec des groupes de traits selon la figure 3. . - " 20. Au lieu de disposer des champs sombres 7 ou 9 sur une sur face de base transparente ou réfléchissante (figures 3 ou 5), il ■ est également possible de disposer des champs transparents ou réfléchissants sur une surface sombre. La figure 6 représente, à titre d'exemple, les quatre signaux 25 numériques N, et les quatre signaux numériques V qui sont formés par le déclenchement, au voisinage de 0,volt à partir des 8 signaux analogiques de la piste 12. On a représenté en dessous de ces 8 signaux les signaux numériques des pistes 9 et 12, ainsi que les signaux des pistes 10 et 11 supprimées, produits car le circuit 30 logique. tableau 1 ■^1 o K> 00 hO en Champ de lec' ture à groupe de traita N° Ùhamp sombre (7) A Champ clair (8) A Taux de réflexion ou de trans parence % PISTE 9 Largeur des A r.~ fentes de lecture >640mm Largeur du champ de lecture (6) myn ombre de champs sombres-clairs par largeur du champ de lecture (6) PISTE 12 Largeur des . oar^m fentes de lecture '280mm Largeur du champ de lecture (6) mm Nombre de champs sombres-clairs par largeur du champ de lecture (6) PISTE 15 Largeur des , 5fin, fentes de lecture 1»280mn Margeur du champ de lecture (6) mm Nombre de champs sombres-clairs par largeur du champ de lecture (6) 1 2 3 4 5 6 7 6 9 10 11 12 13 14 15 16 160 150 140 130 1 20 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 11 2C 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 0 6,25 12,50 18,75 25,0 31,25 37,50 43,75 50,0 56,25 62,50 68,75 75,0 81 ,25 87,50 93,75 0,640 5,120 32 tl II I* II II II II II 91 II II II II II II 40,960 256 K> O en u> LU en -4 70 28254 11 2053357 REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure photoélectrique de longueurs et d'angles au moyen d'une échelle rectiligne ou circulaire codée comprenant une ou plusieurs pistes avec des motifs cycliques et au moyen 5 d'un dispositif de lecture, une ou plusieurs imités de lecture, décalées les unes par rapport aux autres d'une portion déterminée de l'intervalle de division, étant prîvues pour chaque piste, ce dispositif étant caractérisé par le fait que chaque intervalle de division est subdivisé en champs"de lecture de même largeur, par 10 le fait que chacun de ces champs de lecture présente un taux de transparence ou de réflexion uniforme, quoique différent de celui des champs de lecture voisins, et par le fait' que la largeur de la surface active d'une unité de lecture, surface qui est déterminée par une fente de lecture, est égale ou inférieure à la largeur 15 d'un champ de lecture. . 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les champs de lecture d'un intervalle de division sur la piste de l'échelle sont subdivisés en champs sombres-clairs, caractérisé par le fait que les champs sombres-clairs sont composés de groupes 20 de traits constituant un champ de lecture, par le fait que le rapport champs foncés-clairs dans tin champ de lecture est constant, de même que le nombre des champs sombres-clairs dans tous les champs de lecture d'une piste ainsi que la somme des largeurs des champs sombres-clairs, et par le fait que la largeur des fentes 25 de lecture est au moins un multiple entier de la somme d'un champ sombre et du champ clair correspondant, tout en étant inférieure ou égale à la largeur d'un champ de lectul-e. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la différence du taux de transparence ou de réflexion 30 des différents champs de lecture est obtenue par des surfaces claires et sombres de formes géométriques différentes.