Brevet FR2041086A1 — publié le 19710129

i 2041036 L'invention est relative à un dispositif pour la détermination capacitive de la distance entre un corps électriquement conducteur, représentant l'une des plaques, et une électrode de mesure, représentant l'autre plaque d'un condensateur connecté dans le cir-5 cuit d'entrée d'un convertisseur de lg^aleur mesurée, condensateur dont la capacité est proportionnelle à la distance entre les deux plaques, tandis que le signal émis par le convertisseur de la valeur mesurée, représente une fonction de la valeur de la capacité du condensateur. 10 Les dispositifs pour la détermination capcitive, de distance sont plus particulièrement utilisés pour les mesure^ par exemple en tant que tâteurs dens des systèmes de réglage, lorsque les tâteurs mécaniques ou pneumatiques ne peuvent pas être mis en oeuvre à lg/feuite de conditions ambiantes défavorables, par 15 exemple des températures trop élevées, une atmosphère poussiéreuse, une fréquence élevée du travail et des usures qui en découlent. On connaît déjà des dispositifs pour la détermination capacitive de distance qui, en tant que tâteurs, utilisent une électrode de mesure en forme de surface, sous la forme d'un anneau, d'un rognan 20 ou d'un fer à cheval, et qui sont utilisés, de préférence, dans les machines de coupage à chalumeau pour la surveillance de la distance entre le chalumeau et la pièce à traiter, la capacité modifiable entre l'électrode fixée au ou autour du chalumeau et la pièce à traiter représentant une mesure de la distance à surveiller. 25 Par exemple; lorsqu'au cours du réglage, une valeur de capacité déterminée, correspondant à une distance déterminée entre le chalumeau et la pièce à traiter, est considérée comme valeur assignée, chaque mouvement de l'électrode de mesure ou du chalumeau vers la pièce à traiter donne lieu à un accroissement de la capacité, tandis 30 que chaque éloignement de l'électrode de mesure ou du chalumeau de la pièce à traiter donne lieu à une réduction de la capacité* Ces valeurs de capacité variables peuvent être utilisées, sans plus, par une conversion et une amplification appropriées, comme signaux de réglage pour un élément de réglage destiné au réglage en hauteur 35 automatique du chalumeau. Cependant, dans ces dispositifs connus qui utilisent une électrode de mesure en forme de surface une mesure exacte à proximité des bords de la pièce à traiter n'est pas possible. Lorsque, au cours de son travail, l'électrode de mesure se déplace vers des 40 liords descendants (cm ascendants) de la pièce à traiter, il en dé 70 09607 2 2041086 coule une modification de la capacité entre l'électrode et la pièce à traiter sans que la distance du chalumeau par rapport à la pièce à traiter se modifie réellement. Toutefois, dans le système de réglage, cette modification de la capacité donne lieu à un désac-5 cord qui est compensé par un ajustage ultérieur de la distance entre le chalumeau et la pièce à traiter, de manière qu'aux bords de la pièce à traiter la valeur de cette distance soit nécessairement faussée. En ne tenant même pas compte d'une destruction possible du chalumeau lors du contact mécanique avec la pièce à 10 traiter en raison de l'ajustage trop prononcé en direction de la pièce à traiter, il est particulièrement important, plus partisu-lièrement lors du soudage autogène au plasma, que la distance entre le chalumeau et la pièce traiter soit maintenue constante dans d'étroites tolérances, étant donné qu'une modification de 15 cette distance donne lieu à une réduction de la qualité de coupe et à un mauvais maintien des mesures des pièces à découper en raison des largeurs différentes lors de la progression de la coupe. En outre, il n'est pas possible d'utiliser les dispositifs connus pour la détermination capacitive de distance lorsqu'il 20 s'agit de pièces généralement de faible largeur ou de pièces étroites présentant des bords fortement montants (par exemple des profils U), et Ce, du fait que des valeurs de capacité s'écartent fortement de la distance réelle. L'invention vise à éliminer les désavantages des dispositifs 25 connue et à procurer plus particulièrement un dispositif pour la détermination capacitive exacte de la distance sur des corps d'une surface irrégulière, ainsi qu'à proximité des bords, des incisions, e te.... Conformément à l'invention, ceci est obtenu du.fait que l'ë-30 lectrode de mesure est subdivisée en plusieurs segments isolés les uns par rapport aux autres, tandis que le convertisseur de la valeur mesurée présenté une commutation de sélection pour la transmission à la sortie du dispositif de la valeur mesurée la plus grande (la plus petite) obtenu par la connexion sélective des 35 différents segments de l'électrode de mesure dans le circuit d' sur entrée du convertisseur.' Lors de la. mesure/des bords descendants de la matière, il faut transmettre, à la sortie du dispositif, le signal qui correspond à la distance la plus faible, alors que lors de la mesure.sur des bords ascendants de la.matière, il 40 faut transmettre, à la sortie du dispositif, le signal correspondant 70 09607 3 2041086 à la distance la plus élevée afin d'éliminer les réductions ou les accroissements de la capacité sur des tronçons descendants ou ascendants de la pièce à traiter. Lorsqu'il s'agit de mesurer la distance sur des corps plans, 5 par exemple en forme de plaque, et lorsqu'il s'agit de mesures à proximité du bord, il est avantageux que les segments soient disposés en un seul plan. Lors de l'utilisation du dispositif en association avec une installation de travail, par exemple une machine de coupage à 10 chalumeau, la distance entre le chalumeau et la pièce à traiter peut être déterminée d'une manière particulièrement précise lorsque les segments sont disposés symétriquement par points, le chalumeau étant avantageusement disposé au centre. La mesure de distance de corps de forme quelconque peut être 15 obtenue d'une manière particulièrement avantageuse lorsque les segments sont disposés dans des plans différents. Lors de l'utilisation du dispositif pour la surveillance de la distance minimum entre l'électrode de mesure et le corps un - avantage particulier réside dans le fait qu'il est possible d' 20 effectuer simultanément la surveillance de plusieurs surfaces de corps rends ou angulaires. Deux formes d'exécution, données à titre d'exemple non limitatif, sont représentées aux dessins annexes, dans lesquels : La fig. 1 est un dispositif présentant les caractéristiques 25 de l'invention et dans lequel la commutation de sélection effectue d'une manière constante une comparaison de tous les signaux dans un circuit de réglage fermé. La fig. 2 est un dispositif présentant les caractéristiques de l'invention et dans lequel la commutation de sélection appelle 30 successivement, à faible intervalle de temps, les signaux d'entrée. Dans les deux formes d'exécution, l'électrode de mesure est constituée par quatre segments 1, 2, 3, 4 qui, en étant isolés les uns par rapport aux autres, peuvent être disposés au-dessus d'une pièce à traiter 5. La distance à mesurer entre l'électrode 35 et la pièce à traiter est proportionnelle à la capacité entre les segments qui se trouvent au-dessus de la pièce à traiter et cette dernière. Dans la fig. 1, seul le segment 1 se trouve au-dessus de la pièce à traiter 5, de manière que seul ce segment présente une 40 valeur de capacité qui correspond à la distance réelle, tandis 70 09607 4 2041086 que les segments 2, 3 et 4, étant donné qu'ils s'étendent au-delà de la pièce à traiter 5, présentent chacun une capacité considérablement plus faible par rapport à la pièce à traiter 5 et qui correspond en réalité à une fausse distance beaucoup plus élevée. De 5 ce fait, l'utilisation des segments 2, 3 et 4 pour la mesure de distance, lorsque l'électrode se trouve dans la position de la Fig. 1, n'est pas possible. En principe, dans le présent exemple d'utilisation, il faut donc utiliser, pour engsndrer un signal représentant la distance entre l'électrode et la pièce à traiter, 10 le segment qui correspond à la distance la plus faible afin d'éliminer de la mesure la réduction de capacité à proximité du bord. Dans la forme d'exécution représentée en association avec la fig. 1, on utilise le dispositif présentant les caractéristiques de l'invention dans tua circuit de réglage fermé, la distance entre 15 l'électrode et la pièce à traiter devant être maintenue constante à une valeur réglable. Cette disposition peut être utilisée, par exemple, pour le réglage d'une distance constante du chalumeau d'une machine de coupage et qui est à disposer au centre de l'électrode, lors de 20 son mouvement au-dessus d'une pièce à traiter en forme de plaque. Dans ce cas, le dispositif travaille de la manière suivante : Chaque segment d'électrode 1, 2, 3, 4, détermine la fréquence d'oscillation de l'oscillateur 6, 7, 8 ou 9 qui lui est adjoint et dont le désaccord est donc directement proportionnel à la capacité 25 et indirectement proportionnel à la distance entre la pièce à traiter 5 et le segment d'électrode correspondant. A chaque oscillateur 6, 7, 8, 9 est adjoint, au côté sortie, un discriminateur 10, 11, 12 et 13 qui convertit la modification de fréquence, dépendant de la distance, en une modification proportionnelle de la 30 tension. Les sorties 14, 15 des discriminateurs 10 ou 11 sont connectées aux entrées d'un comparateur 18, tandis que les sorties 16, 17 des discriminateurs 12 ou 13 sont connectées aux entrées d'un deuxième comparateur 19. Les sorties 20, 21 des comparateurs 18 ou 19, qui, 35 suivant la polarité des entrées, émettent un signal positif ou négatif, sont connectées, par les éléments de commutation 22, 23 ou 24, 25 dépendant de la polarité, dans les conducteurs de sortie des discriminateurs de manière que chaque fois le signal de sortie du discriminateur qui est adjoint au segment 1 .ou 2 ou 3 ou 4 le 40 plus rapproché de la pièce à traiter 5, soit transmis vers un autre 70 09607 5 2041086 comparateur 26 qui compare de manière identique les signaux de sortie, transmis par les comparateurs 18 et 19 d'un des discriminateurs 10 ou 11, aux signaux de sortie d'un des discriminateurs 16 ou 17 et les transmets, par les éléments de commutation 27 ou 28 5 reliés à sa sortie, à l'entrée d'un servo-amplificateur 29 qui, au moyen d'un moteur de réglage 30, régie la distance voulue entre l'électrode et la pièce à traiter. Ainsi qu'il ressort de la description donnée ci-dessus, le servo-amplificateur 29 est toujours commandé par les signaux qui 10 sont engendrés par le segment présentant la distance la plus faible entre l'électrode et la pièce à traiter ou la capacité électrode/ pièce à traiter la plus élevée. Une mesure de distance précise est donc garantie aussi longtemps que le centre des segments d'électrode, symétriquement disposés 15 par points, se trouve au-dessus de la pièce à traiter. Par contre, si dans le présent cas l'électrode ne devait pas être subdivisée en segments mais était réalisée d'une seule pièce, la capacité électrode/pièce à traiter serait réduite à environ un quart de la capacité qui existe avec une distance identique entre la pièce à 20 traiter et l'électrode, pour autant que l'électrode se situe entièrement au-dessus de la pièce à trait er. Cette chute de la capacité, tandis que la distance reste identique, engendre un signal défectueux qui n'est plus proportionnel à la distance et qui entraîne un faux signal de réglage pour le servo-amplificateur relié 25 à la suite. La disposition de commutation suivant la fig. 2 se distingue de la forme d'exécution de la fig. 1 par le type de conversion des signaux de mesure, fournis par les oscillateurs 6' à 9', en signaux de réglage agissant sur le moteur de réglage 30. Les oscillateurs 30 6' à 9' se distinguent des oscillateurs 6 à 9 du fait qu'ils n' oscillent pas en permanence, mais qu'ils peuvent être activés pendant peu de temps par des signaux appliqués à des raccordements de commande, Les sorties des oscillateurs 6' à 9' sont connectées les unes aux autres et sont raccordées à la sortie d'un seul discrimina-35 teur 110 qui est apte à convertir des modifications de fréquence en modifications proportionnelles de la tension. La sortie lli du discriminateur 110 peut être reliée, soit à une mémoire maximum 113 telles que décrite dans "Philbrick, Applications Manual for Computing Amplifiers'1, soit à un comparateur 119 et un élément de commutation 40 123. 70 09607 6 2041086 Lfeatrée d'effacement 116 de la mémoire maximum 113 est rac^ cordée à un compteur annulaire 114, cycliquement avancé par un frappeur de cadence 115. Au cours du travail, le pas "1" du compteur annulaire régie à "0" la mémoire maximum 113 par l'intermé-5 diaire de l'entrée d'effacement 116 et bascule un flip-flop 117 à la position initiale représentée. Les pas "2" à "5" du compteur annulaire activent successivement les oscillateurs pendant peu de temps. Dans la disposition représentée dans laquelle le segment d'électrode 4 se trouve au-dessus de la pièce à traiter 5, l'oscil-10 lateur 9' émet un signal qui correspond à la capacité maximum électrode/pièce à traiter et qui, par conséquent, mémorise, dans la mémoire maximum 113, un signal converti par le discriminateur 110. Ensuite, par le pas "6" du compteur annulaire 114, le flip-15 flop 117 est culbuté, ce qui fait que le commutateur 112 est inversé au conducteur d'amenée vers le comparateur 119 et vers 1' élément de commutation 123 encore ouvert.Les pas suivants du compteur annulaire 114 engendrent une nouvelle activation de courte durée des oscillateurs 6' à 9' jusqu'au moment où, à l'entrée 118 20 du comparateur 119, s'applique le signal de l'oscillateur qui, pendant les pas de commutation précédents "2" à "5" a été mémorisé en tant que valeur maximum dans la mémoire maximum 113 et a ensuite été appliqué à l'autre entrée 120 du comparateur. Dès qu'aux deux entrées du comparateur 119 s'appliquent des signaux d'amplitude 25 identique, la sortie 121 du comparateur émet un signal qui culbute un multivibrateur monostable 122 à la position active, ce qui fait que le frappeur de cadence 115 est bloqué et l'élément de commutation 123 est fermé. Le multivibrateur 122 reste pendant un temps caractéristique "t" dans sa position active, temps pendant lequel 30 le segment d'électrode 4 qui présente la capacité maximum par rapport à la pièce à traiter 5, désaccorde l'oscillateur activé 9' de manière correspondante etjfengendre ainsi un signal émis par le discriminateur 29 et entraîne ainsi l'émission d'un signal de réglage sur le moteur de réglage 30, signal de réglage qui cor-35 respond à la distance réelle entre l'électrode et.la pièce à traiter. Après expiration du temps "t", le multivibrateur monostable 122 retombe à sa position de repos, ce qui fait que le frappeur de cadence est à nouveau libéré, ce qui entraîne un avancement du 40 compteur annulaire de la position x à la position "1" de manière 70 09607 7 2041086 qu'un nouveau cycle de travail puisse être amorcé. Dans la présente forme d'exécution, on a effectué une détermination de distance sur une pièce à traiter à bords descendants. Cependant, il est évidemment possible d'effectuer, de manière iden-5 tique, une détermination de distance sur des bords ascendants. Dans l'exemple de mise en oeuvre décrit à l'appui de la fig.l, il suffit, à cette fin, de commuter les comparateurs 18, 19 et 26, ou les éléments de réglage 22,23, 24, 25, 27 et 28, de manière qu'ils transmettent chaque fois le signal le plus faible à la sortie du 10 dispositif. Par contre, dans l'exemple de mise en oeuvre décrit à l'appui de la fig. 2, il faut , à cette fin, commuter la mémoire maximum 113 en une mémoire minimum. Les exemples ne représentent que deux parmi de nombreuses réalisations pouvant être envisagées. De nombreuses autres pos-15 sibilités, telles que la connexion des segments dans le filtre de bande ou la disposition des segments dans des ponts de mesure de capacité pour transformer la modification de capacité en signaux utilisables, peuvent être exécutées par le professionnel en tenant compte de l'enseignement fourni par la présente invention. 70 09607 8 2041086 REVENDIC-A T IONS 1.- Dispositif pour la détermination capacitive de distance entre un corpos électriquement conducteur qui représente une des plaques, et une électrode de mesure qui représente l'autre plaque d'un condensateur commuté dans le circuit d'entrée d'un convertis-5 seur de la valeur mesurée et dont la capacité est proportionnelle à la distance entre les deux plaques, le signal émis par le convertisseur de la valeur mesurée étant une fonction de la valeur de la capacité du condensateur, caractérisé en ce que l'électrode de mesure est subdivisée en plusieurs segments isolés les uns par 10 rapport aux autres, tandis que le convertisseur de la valeur mesurée présente une commutation de sélection pour transmettre à la sortie du dispositif la valeur mesurée la plus grande (la plus petite) obtenue par la connexion sélective des différents segments de l'électrode de mesure dans le circuit d'entrée du convertisseur. 15 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les segments sont disposés dans un seul plan. 3.- Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les segments sont disposés symétriquement par points. 4.- Dispositif suivant les revendications 1 et 3, caractérisé 20 en ce que les segments sont disposés dans des plans différents. 5.- Dispositif suivant les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que la capacité de chaque corps de segment d'électrode est connectée comme un élément influençant la fréquence dans un circuit oscillant ou un oscillateur, tandis . 25 que le convertisseur de la valeur mesurée présente un dispositif pour la conversion du désaccord dépendant de la distance entre 1* électrode et la pièce à traiter en un signal de tension ou de courant . 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce 30 qu'on prévoit une installation de commutation pour la connexion cyclique des différents segments, en tant qu'éléments influençant la fréquence, dans un circuit oscillant. 7.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérise en ce que chaque segment est prévu en tant que segment influençant la 35 fréquence d'un circuit oscillant. 8.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé ence qu'à chaque circuit oscillant est adjoint un oscillateur caractéristique. 70 09607 9 2041086 9.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que pour engendrer les signaux de sortie, on relie à chaque oscillateur un discriminateur déterminé pour convertir le désaccord de l'oscillateur en une modification proportionnelle de la tension. 5 10.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que pour engendrer les signaux de sortie, un discriminateur commun est relié aux sorties de tous les oscillateurs. 11.- Dispositif suivant les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que les capacités des corps de 10 segment sont utilisées pour engendrer un signal de tension ou de courant directement proportionnel à la distance dans des diviseurs de tension ou des commutations en ponts. 12.- Dispositif suivant la revendication 10 muni d'un nombre d'oscillateurs de Clapp, caractérisé en ce qu'on prévoit une com- 15 mutation à cadence pour l'activation des différents oscillateurs connectés du côté sortie en commun à un discriminateur en deux cycles de travail, ainsi qurune mémoire maximum, en outre, on prévoit un commutateur activé par la commutation à cadence pour relier le discriminateur à la mémoire maximum pendant le premier cycle de 20 travail et à l'entrée d'un comparateur pendant le second cycle de travail, en ce que la sortie de la mémoire maximum est reliée à la seconde entrée du comparateur, en ce qu'un commutateur pour la transmission du signal du discriminateur en dépendance de signaux d'entrée identiques du comparateur est relié à là sortie du compa- 25 rateur et en ce qu'on prévoit un commutateur électronique commandé par le commutateur à cadence après terminaison du second cycle afin d'effacer la mémoire maximum. 13.- Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'aux sorties du discriminateur on prévoit une commutation de 30 comparateur travaillant en continu pour déterminer le signal qui correspond à la plus petite (plus grande) distance et pour le transmettre à la sortie. 14.- Dispositif suivant les revendications 1 à 13 prises dans leur ensemble, pour l'utilisation dans un circuit de réglage de 1' 35 écartement en hauteur entre une machine de coupage à chalumeau automatique et une pièce à traiter, caractérisé en ce que le signal correspondant a la distance la plus petite (la plus élevée) est appliqué a l'entrée du régulateur en tant que valeur de rappel.