Brevet FR2100823A1 — publié le 19720324

La présente invention concerne les systèmes photo-électriques de reproduction pour la commande du mouvement-des organes de travail de machines et peut être applique; par exemple aux machines à souder pour le découpage thermique des tôles, à l'usinage de pièces sur les machines-outils, ainsi qu'aux machines de traitement des informations pour la conversion en forme numérique des informations données par un graphique. Suivant la méthode utilisée pour la mesure des paramètres géométriques principaux de la ligne à copier dans la zone d'exploration, les systèmes photoélectriques connus peuvent être divisés en deux classes principales. La première classe couvre les systèmes dars lesquels la mesure se fait par une méthode de compensation, c'est-à-dire toute perturbation causée par un décalage ou par un détour d'une ligne du dessin relativement au centre "O" de la zone d'exploration (figure 1) entraîne un déséquilibre de l'état du système d'asservissemewt. Lors du traitement d'un signal de désaccord, ce système fait tourner de l'angle voulu la tête photoélectrique ou sa partie mobile, ainsi que le mécanisme de répartition des vitesses des moteurs de coordonnées reliés à la tête photoélectrique. La deuxième classe couvre les systèmes à impulsions à lecture directe des paramètres angulaires de commande 0( et 0 déterminant la direction de la ligne à copier dans la zone d'exploration et son décalage b par rapport au centre de la zone d'exploration. Dans la majorité des systèmes connus, le signal de commande est complètement déterminé par l'angle A entre le segment reliant le centre "O" de la zone d'exploration au point d'intersection "A",(situé en avant par rapport à la direction de copiage) entre la frontière de la zone d'exploration, la ligne à copier "M" et la direction de lecture choisie (l'axe des X). L'angle# A caractérise aussi bien la direction de la portion de ligne à copier, que son décalage par rapport au centre "O" de la zone d'exploration. Dans d'autres systèmes on détermine séparément la direction de la portion de ligne à copier et la valeur n de son écart par rapport au centre "0" de la zone d'exploration. La direction de la ligne à copier est alors déterminée par 1'anglecd entre le segment reliant les points avant "A" et arrière "3" d'intersection de la frontière de la zone d'exploration avec la ligne à copier et la direction de lecture adoptée, la valeur de l'écart a étant déterminée par l'angle W entre ledit segment et le rayon reliant le centre "0" de la zone d'exploration au point "A". Dans ces systèmes, les résultats des mesures de la direction de la ligne et de son décalage relativement au centre de la zone d'exploration s'additionnent et créent un effet de commande à l'angle ss =o( +# Un inconvénient essentiel de ces systèmes consiste en ce qu'une erreur de reproduction se produit en cas de perturbation de la loi de répartition désirée des signaux commandant les moteurs de coordonnées.De telles perturbations sont dues par exemple aux caractéristiques non linéaires des commandes, à l'inégalité des gains d'amplification des canaux de commande des systèmes d'entraînement, à la dérive du zéro des systèmes d'asservissement, à# S variation des gains d'amplification des éléments utilisés pour additionner les signaux correspondarwt à la direction de la ligne et à son décalage par rapport au centre de la zone d'exploration, etc. Ces inconvénients affectent la précision et la stabilité des systèmes photoélectriques de reproduction connus, ce qui réduit leurs domaines d'application éventuels. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités. L'objet principal de l'invention est de réaliser un système photoélectrique de reproduction assurant la suppression automatique des erreurs de reproduction indépendamment de leurs causes, et assurant en outre une stabilité et un équilibre dynamique élevés du système. Cela est obtenu du fait que dans un système photoélectrique de reproduction pour la commande du mouvement de l'organe de travail d'une machine, système comprenant un support pour la ligne à copier, cinématiquement relié à l'organe de travail à commander ; un convertisseur photoélectrique recevant des signaux lumineux issus de la zone d'exploration de la ligne à copier ; un dispositif de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier dans la zone d'exploration, auquel sont appliqués des signaux électriques provenant du convertisseur photoélectrique ; un dispositif de mesure du décalage du centre de la zone d'exploration par rapport à la ligne à copier, qui reçoit lui aussi des signaux électriques fournis par le convertisseur photoélectrique ; un convertisseur fonctionnel des signaux délivrés par les dispositifs de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier et du décalage du centre delta zone d'exploration de la ligne à copier, et des moteurs de coordonnées de l'organe de travail de la machine, selon l'invention ledit système comprend en outre un élément de transformation des signaux issus du dispositif de mesure de l'écart du centre de la zone d'exploration de la ligne à copier, en une tension continue croissant progressivement et agissant sur le convertisseur fonctionnel, sur lequel agit aussi le dispositif de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier, ce dernier agissant en même temps sur le dispositif de mesure du décalage du centre de la zone d'exploration relativement à la ligne à copier. Dans un système photoélectrique de reproduction à lecture directe du vecteur de commande, comprenant un dispositif de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier à exploration optique bouclée par spot mobile ; un dispositif de mesure du décalage du centre d'exploration par spot mobile, qui est le centre dela zone d'exploration, par rapport à la ligne à copier, et un convertisseur fonctionnel des signaux provenant des dispositifs de mesure en signaux de commande, selon l'invention ledit élément assurant une croissance progressive de la tension continue lors d'un écart du centre de la zone d'exploration relativement à la ligne à copier, est réalisé sous forme d'un élément de déphasage. Dans un système photoélectrique de repriaction à lecture directe du vecteur de comrrande,compcrtant un sélecteur de temps assurart la sépalaticr et la conversion de l'une des impulsions d'exploration et constituant un dispositif de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier, selon l'invention le dispositif de mesure du décalage du centre d'exploration par rapport à la ligne à copier est réalisé en utiîisantkn circuit d'antîcoincîdence, un multivibrateur monostable à tension de sortie endents de scie et un détecteur de phase d'impulsions, tandis que l'élément de déphasage commandé est réalisé en utilisant un multivibrateur monostable à tensinn de sortie rectangulaire et un filtre de fréquence. L'une des sorties du sélecteur de temps est alors reliée aux entrées des multivibrateurs monostables à tension e dents de scie et rectangulaire, la sortie du multivibrateur monostable à tension en dents de scie étant raccordée à l'une des entrées du détecteur de phase d'impulsions dont l'autre entrée est reliée à la sortie du circuit d'anticoincidence, l'une des entrées de ce dernier étant raccordée à l'entrée et l'autre à la sortie du sélecteur de temps ; la sortie du détecteur de phase d'impulsions est reliée à l'entrée du circuit intégrateur, dont la sortie est raccordée à l'autre entrée du multivibrateur monostable à tension rectangulaire de l'élément de déphasage. Le système proposé permet de fabriquer des articles avec une précision élevée, assure la production d'articles (de pièces de construction mécanique) complètementtinis et par conséquent n'exigeant aucun travail de finition. Ce système peut être utilisé pour les travaux d'assemblages mécaniques, étant compétitif par rapport aux systèmes de programmation digitale plus compliqués. Le système proposé est fiable en exploitation, permet de préparer ou de modifier plus rapidement, comparativement aux systèmes connus, le programme de traitement des pièces La précision du système proposé est de + 0,02 mm à l'échelle de 1:1. L'effet économique obtenu à l'aide d'un seul modèle d'essai du système conforme à l'invention, employé pour l'oxycoupage, s'est chiffré par dix milles roubles par an et par poste, tandis que pour l'usinage au tour il s'est élevé à trois milles roubles par an et par poste. Un exemple nnn limitatif de réalisation de l'invention est décrit da:.s ce qui suit à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 illustre des positions possibles-de la zone d'exploration relativement à la ligne à copier - la figure 2 est un schéma synoptique du système photoélectrique de reproduction selon l'invention - la figure 3 est un schéma de principe du système photoélectrique de reproduction selon l'invention. Le système proposé de commande du mouvement de l'organe de travail d'une machine comprend un convertisseur photoélectrique 1 (figure 2) ; un dispositif 2 de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier "M" (figure 1) dans la zone d'exploration ; un dispositif 3 de mesure du décalage du centre "0" de la zone d'exploration par rapport à la ligne à copier "M" ; un élément 4 de conversion des signaux issus du dispositif 3 de mesure du décalage du centre "0" de la zone d'exploration par rapport à la ligne à copier "M" en une tension continue croissant progressivement, et un convertisseur fonctionnel 5 à deux entrées.Une des entrées, "n", du cnnvertisseur fonctionnel 5 est reliée à la sortie du dispositif 2 de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier "M" et l'autre entrée, "m", est reliée à la sortie de l'élément 4 de conversion des signaux fournis par le dispositif 3 de mesure du décalage du centre "O" de la zone d'exploration relativement à la ligne à copier "M". La sortie du convertisseur photoélectrique 1 est raccordée à l'entrée du dispositif 2 de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier "M" et à l'entrée "K" du dispositif 3 de mesure du décalage du centre "0" de la zone d'exploration. par rapport à la ligue à copier "M", l'entrée / du dispositif 3 étant reliée à la sortie du dispositif 2 de mesure des pararoetres géométriques de la livre à copier "il". Le système photoélectrique dereproduction proposé Le signal électriquett1=/'(ô(, provenant du convertisseur photoélectrique est appliqué à l'entrée du dispositif 2 de mesure des paramètres géométriques de la ligne à cQpier "M" et à l'entrée "K" du dispositif 3 de mesure du décalage du centre "0" de la zone d'exploration par rapport à la ligne à copier "N". Le dispositif 2 de mesure des paramètres géométriques fournit des signaux correspondant à l'angle A = &alpha; + &gamma; qui sont appliqués à la première entrée, "n", du convertisseur fonctionnel 5. Le dispositif 3 de mesure du décalage du centre de la zone d'exploration produit un signal U2 proportionnel à la valeur du décalage a ! du centre "0" de la zone d'exploration par rapport à la ligne à copier "M". Le signal U2 est reçu par l'élément 4, où il est transformé en une tension continue croissant progressivement. En tant qu'élément 4 on peut utiliser, par exemple, un élément intégrateur ou un élément d'inertie. Le signal U3=5K#dt, où K est un coefficient, attaque à la deuxième entrée, "m", du convertisseur fonctionnel 5. Le convertisseur fonctionnel 5 deliure. les signaux Ux et Uy de commande des moteurs de coordonnées (non représentés sur les figures 1 et 2). Si le décalage du centre "0" de la zone d'exploration relativement à la ligne à copier est A #O, une tension continue U3 croissant progressivement et appliquée à la deuxième entrée "m" du convertisseur fonctionnel 5 assure une correction d'erreur automatique sans affecter la marge de stabilité du système et la stabilité de fonctionnement du système, quelles que soient les perturbations faisant varier les signaux Ux et U commandant le y fonctionnement des moteurs de coordonnées. Sur le schéma de principe de la figure 3 sont représentés tous les blocs utilisés dans le mode préféré de réalisation du système photoélectrique de reproduction proposé. Le système comporte un convertisseur Photoélectrique 1 comprenant une tete photoélectrique 6 à exploration circulaire par spot mobile, et un étage d'amplification et de mise en firme 7; un sué secteur de temps 8 qui sert à la mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier et qui et qui comporte réact@@@ @@ @@@@@@@@ @@@@@ @@@@ @@@@@ @@@@@@@ . de coïncidence 9, un multivibrateur 10, un filtre 11 et un circuitde mise en forme 12 reliés entre eux en série, la sortie de ce dernier étant reliée à la deuxième entrée "p" du circuit de coïncidence 9. Sur la sortie du circuit de coïncidence 9, qui est aussi l'une des sorties du sélecteur de temps 8, est branché l'élément commandé de déphasage, comprenant un multivibrateur monostable 13 servant de générateur de tension rectangulaire, et un filtre de fréquence 14. La sortie de l'élément commandé de déphasage 5 est raccordée à un distributeur sinus-cosinus 15 constitué par des détecteurs de phase 16 et 17. Aux détecteurs/de phase 16 et 17 sont respectivement couplés des amplificateurs de puissance 18 et 19 alimentant des moteurs de coordonnées 20 et 21 mettant en mouvement l'organe de travail 22 de la machine,lié cinématiquement à une table de reproduction 23. La sortie du circuit de coïncidence 9 est reliée au dispositif 3 de mesure du décalage du centre d'exploration, le dispositif de mesure 3 comprenant un circuit d'anticoincidence 24, un inverseur 25 et un détecteur de phase d'impulsion 26. Une des entrées du circuit d'anticoïncidence 24 est raccordée à l'élément d'amplification et de mise forme 7, tandis que son autre entrée est reliée par l'intermédiaire de l'inverseur 25 à la sortie duc circuit de coïncidence 9. La sortie du circuit d'anticoincidence 24 est liée au détecteur de phase d t impulsion 26 dont la deuxième entrée est reliée à la sortie d'un multivibrateur monostable 27 (générateur de tension en dents de scie). La sortie du détecteur de phase d'impulsion 26 est reliée par l'intermédiaire du circuit intégrateur 4 à la deuxième entrée du multivibrateur monostable 13 de l'élément commandé de déphasage 5. Le système conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante. Des impulsions discourant photoélectrique à la fréquence de 100 Hz, apparaissant à la sortie de la tête photoélectrique 6 (dont la fréquence d'alimentation est de 50 Hz) lors de l'intersection entre le trajet du spot mobile et la ligne à copier, sont appliqués à l'entrée de l'élément d'amplification et de mise en forme 7 puis à l'une des entrées, "0", du circuit de coïncidence 9. Les impulsions fournies par le circuit de coïncidence 9 et correspondant au point d'intersection "A" situé en avant par rapport à la direction de copiage entre le trajet du spot mobile et la ligne à copier, attaquent l'entrée du multivibrateur 10 en assurant sa synchronisation. La tension produite par le multivibrateur 10 est transformée par le filtre 11 en une tension proche d'une tension sinusoïdale , qui est transformée par le circuit de mise en forme 12 en une impulsion de sélection ayant une durée et une phase déterminées. L'impulsion de sélection est appliquée à la deuxième entrée "p" du!circuit de coïncidence 9 en assurant la sélection de l'impulsion d'exploration "en avant" dans la direction de copiage. Les impulsinns en provenance du circuit de coïncidence 9 sont aussi appliquées à l'une des entrées du multivibrateur monostable 13 de l'élément commandé de déphasage 5. La tension rectangulaire produite par le multivibrateur monostable 13 est transformée au moyen du filtre de fréquence 14 en une tension proche d'une tension sinusoïdale ; cette dernière est transformée, dans les détecteurs de phase 16 et 17 du distributeur sinus-cosinus 15, en deux signaux Ux et U de courant continu amplifiés y respectivement par les amplificateurs 18 et 19. Ces amplificateurs de puissance alimentent les moteurs électriques de coordonnées 20 et 21, qui déplacent l'organe de travail 22 de la machine, ainsi que la table de reproduction 23 qui est reliée à ce dernier, dans la direction déterminée par la ligne à copier. Des impulsions issues circuit de coïncidence 9 mettent en synchronisme le multivibrateur 27 (générateur de tension en dents de scie) et simultanément (après inversion ) sont appliqués à ure entrée du circuit d-"anticoïncidence 24 dont l'autre entrée reçoit les impulsions de l'élément d'amplification et de mise en forme 7. Grâce à un tel agencement, le circuit d'anticclncidence 24 sélecte une impulsion de courant photoélectrique correspondant au point d'intersection B, (situé en arrière par rapport à la direction de copiage) entre le trajet du spot lumineux et la ligne à copier. Ces impulsions sont appliquées à l'une des entrées du détecteur de phase 26 dont l'autre entrée est alimentée par une tension en dents de scie fournie par le multivibrateur 27. La tension de sortie du détecteur de phase 26 est appliquée par l'intermédiaire du circuit intégrateur 4 à la deuxième entrée du multivibrateur monostable 13. Si le centre "0" d'exploration coïncide avec l'axe de la ligne à copier M, le déphasage entre les impulsions correspondant aux points "A" et "B" du balayage est égal à 1800. Les impulsions du circuit d'anticoïncidence 24 se situent alors au milieu du palier incliné de la tension en dents de scie produite par le générateur 27. Dans ce cas la tension continue est nulle à la sortie du détecteur d'impulsions et de phase 26. En cas de décalage du centre "0" d'exploration par rapport à l'axe de la ligne à copier "M", le déphasage entre les impulsions correspondant aux points "A" et "B" de l'exploration devient différent de 1800 et une tension continue apparaît à la sortie du détecteur de phase d 'impulsions 26# La valeur de cette tension est fonction de la valeur 'i5" du décalage du centre "0" d'exploration relativement à l'axe de la ligne à copier "M", tandis que son signe dépend de la direction du décalage. La tension continue est appliquée au circuit intégrateur 4 qui délivre une tension de correction variant progressivement et régulant la durée des impulsions de tension rectangulaires produites par le multivibrateur monostable 13. La cnnséquence en est une variation de la phase à la sortie du filtre de fréquence 14, ce qui entraîne ulle variation correspondante dessgnaux de commande U et U à la sortie de x y l'élément de déphasage 5 et une action correspondante sur les moteurs de coordonnées 20 et 21 et sur l'organe de travail 22 de la machine. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents tech-iques des moyens#décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant l'esprit de 1 t invention. REVENDICATIONS 1. - Un système photoélectrique de reproduction pour la commande du mouvement de l'organe de travail d'une machine, du type comprenant : un porteur de la ligne à copier, relié cinématiquement à l'organe de travail de la machine ; un convertisseur photoélectrique recevant des signaux lumineux issus dela zone d'exploration de la ligne à copier ; un dispositif de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier dans la zone d'exploration, recevant des signaux en provenance du convertisseur photoélectrique ; un dispositif de mesure du décalage du centre de la zone d'exploration relativement à la ligne à copier, recevant lui aussi des signaux en provenance du convertisseur photoélectrique ; uzeonvertisseur fonctionnel pour la conversion en signaux de commande des signaux fournis par ledit dispositif de mesure des paramètres géométriques et par ledit dispositif de mesure du décalage du centre de la zone d'exploration ; et des moteurs de coordonnées de l'organe de travail de la machine, ledit système étant caractérisé en ce qu'il contient en outre un élément pour la transformation en une tension continue à croissance progressivej des signaux fournis par ledit dispositif de mesure du décalage du centre de la zone d'exploration,laquelle tension continue agit sur le convertisseur fonctionnel, sur lequel agissent aussi les signaux dudit dispositif de mesure des paramètres géométriques, ce dernier agissant en même temps, sur ledit dispositif de mesure du décalage du centre de la zone d'exploration par rapport à la ligne à copier. 2. - Un système photoélectrique de reproduction selon la revendication 1, du type à lecture directe du vecteur de commande, comprenant un dispositif de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier, par exploration en boucle fermée par spot mobile, caractérisé en ce que ledit élément de transformation des signaux fournis par le dispositif de mesure du décalage du centre de la zone d1,exploration par rapport à la ligne à copier est un circuit intégrateur, et en ce que le convertisseur fonctionnél est réalisé sous forme d'un dispositif de déphasage commandé. 3. - Un système photoélectrique de reproduction selon l'une des revendications 1 et 2, du type comportant un sélecteur de temps constituant un dispositif de mesure des paramètres géométriques de la ligne à copier, servant -à la séparation et la conversion de l'une des impulsions d'exploration, caractérisé en ce que le dispositif de mesure du décalage du centre d'exploration par rapport à la ligne à copier comprend un circuit d'anticoïncidence, -un multivibrateur monostable à tension de sortie en dents de scie, , .-et un détecteur de phase d'impulsion, et en ce que l'élément. de déphasage commandé comprend un multivibrateur monostable à tension de sortie rectangulaire et un filtre de fréquence, l'une-des sorties du sélecteur de temps précité étant raccordée aux entrées desdits multivibrateurs à tension de sortie en dents de scie et# à tension de sortie rectangulaire, la sortie. dudit multivibrateur à tension en dents de scie étant reliée à l'une des entrées du détecteur de phase d'impulsion dont l'autre entrée est raccordée à la sortie du circuit d'anticoincidence , l'une des entrées de ce dernier étant reliée à l'entrée du sélecteur de temps et l'autre à la sortie de celui-ci, la sortie du détecteur de phase d'impulsion étant raccordée à l'entrée du circuit intégrateur dont la sortie est reliée à l'autre entrée du multivibrateur à tension de sortie rectangulaire faisant partie de l'élément de déphasage