Brevet FR2195001A1 — publié le 19740301

La présente invention concerne un système de commande numérique sans comptage, applicable à toutes commandes de déplacement et en particulier à la machine-outil. L'ensemble comprend une règle capacitive linéaire, un curseur comportant plusieurs électrodes, formant des capacité variables avec le déplacement, des jeux de capacités fixes commutables formant référence. La comparaison entre la valeur de consigne, définie par la somme des capacités références actives, et la valeur mo mentanée en position définie par la capacité variable avec le déplacement s'effec- tue sur le mode analogique. Ltintéret d'emploi des règles capacitives est dans la facilité de réaliser un système à réponse linéaire sur une grande partie de la course, la capacité entre règle et curseur étant directement proportionnelle aux surfaces en regard. D'autre part, il est aisé d'additionner des capacités en les plaçant en paral lèle, et de comparer deux capacités en utilisant les méthodes de zéro classiques. Suivant l'invention, on fait dune somme de capacités placées en parallèle 11 analogue de la valeur de consigne définissant la position du point futur, et des capacités variables avec le déplacement l'analogue de la position instantanée du curseur, solidaire de l'organe mobile. Au cours du déplacement continu, la capacité entre règle et curseur varie de façon cyclique, la capacité prenant valeur maximale à chaque pas lorsque les eomr mets de dents se trouvent face à face, et minimale lorsqu'ils se trouvent en opposition, les parties infléchies de la courbe correspondant aux valeurs minimum et maximum de la capacité étant inutilisables pour la mesure. Suivant l'invention, pour faire la mesure de position sur toute l'étendue d'un pas,on utilise n capteurs commutables décalés d > un pas, plus lin pas, de manière à explorer avec chacun d'eux une zone où les capacités variant de façon linéaire avec le déplacement. Dans le cas d'utilisation en système décimal, on choisit n comme étant un sous-multiple de 10 soit 5. La figure l représente l'ensemble d'une commande numérique de position, ntuti- lisant qu'une seule capacité variable avec le déplacement, la cotation étant faite dans le système métrique décimal. La règle 10, taillée dans la masse au pas de 10 mm, forme avec l'une des électrodes du curseur Il une capacité a variable avec la position, les 5 électrodes commutables sont repérées 0, 2, 4, 6, ss par l'écart de position relatif à l'origine. Les capacités de référence b commutables sont groupées par décade l/lDO de mm, 1/10 de mm, une seule capacité de référence l mm étant nécessaire pour afficher les valeurs mn impaires.Les commutations s'effectuent dans chaque décade sous l'action des relais RA, RB, RC, RD pour chaque décimale de mm et Ri pour les valeurs impaires de mm. Les capacités c et d de valeur égale formant avec a b les 4 branches d'un pont de Sauty. Un amplificateur 12, discriaunateur de phase, donne lecture en + ou - sur le galvanomètre 13 de la tension d'erreur fonction linaire du déplacement restant à accomplir. La tension d'erreur est utilisée pour commander un dispositif d'asservissement en position du curseur relativement à la règle. La figure 2 représente une réalisation où l'on utilise deux capacités au a' variables avec le déplacement, ce qui présente des avantages qui seront précisés ultérieurement, la règle 20 réalisée suivant la technique des circuits imprimés au pas de 10 mm, possèdent deux électrodes, 21, 22, dont l'une est réunie à l'amplificateur, l'autre réunie à la masse formant anneau de garde. Le curseur 23 possède 5 jeux de 2 électrodes commutables, chaque jeu de 2 électrodes formant avec la règle un capteur indépendant ayant 2 capacités variables en sens inverse avec le déplacement, les 5 capteurs commutables espacée de un pes plus un cinquième du pas, soit 12 mm, étant repérés 0, 2, 4, 6, 8 par l'écart de position relatif à l'origine. Les références sont formées par des jeux de deux capacités b b' alimentées par la source, qui se trouvent placées en parallèle sur les 2 capacités mesurantes s a' lorsque l'un des relais RA, RB, RC, RD de l'une ou l'autre des décades est excité. Les capacités b be sont ajustées avec précision de manière à compenser exactement la variation des capacités mesurantes a a' lors d'un déplacement de un ou plusieurs dixièmes, centièmes, millièmes de mm du curseur mobile, le zéro électrique étant obtenu lorsque le chariot solidaire du curseur 23 a atteint la position fixée par la valeur de consigne. Comme précédemment, un amplificateur discriminateur de phase 24 donne lecture de la tension d'erreur + - sur le galvanomètre 25. La tension d'erreur est utilisée pour asservir les déplacements en sens, vitesse, et position. La figure 3 représente le dispositif de commutation pour chaque voie correspondant à une décimale de mn. L'information prélevée sur la bande perforée en binaire décimal, ou affichée manuellement par l'opérateur en 40 est injectée à l'entrée du circuit intégré 41 et transférée au moment voulu à la sortie du meme circuit par un dispositif d'annulation (strobe) qui substitue l'information nouvelle à le précédente. Les circuits intégrés 42, 43, sont des amplificateurs permettant l'affichage du point futur sous forme décimale par un tube d'affichage visuel (NIXIE), et la commande des relais RA, RB, RC, RD figurés en 1 et 2. Les symboles portés dans le rectangle schématisant chaque circuit intégré cor respondent aux repères utilisés sur les éléments du commerce. La figure 4 représente la voie correspondant aux mm, la partie permettant l'af- fichage sur tubes NIXIES repérés 40, 41, 42, est identique au schéma précédent, mais on substitue au circuit intégré 43, le circuit intégré 50 permettant la permutation des 5 capteurs par les relais Rg, R2, R4, R6, Rg, figurés en 1 et 2, le circuit intégré 51 commandant le relais Ri premettant liaffichaçe des mm impairs. La figure 5 représente différents types de règles linéaires, de tambours, ou de plateaux circulaires qui, utilisés en association avec des capteurs comportant deux électrodes, peuvent être corrigés, toute erreur observable pouvant être annulée par une opération mécanique réduisant la surface active en regard de l'une ou l'autre des 2 électrodes, selon le s ens de l'erreur observée. Les points de correction sont repérée c. Les figures 6 et 7 schématisent la possibilité d'interpolation linéaire et son application aux commandes pour contournage. LIensemble de commande numérique est formé par l'association de deux commandes de type semblable - Une commande d'approche à faible définition, utilisant une règle à très grand pas, où le signal d'erreur est utilisé pour réaliser un asservissement en vitesse sans grande précision. - Une commande de position finale, à haute définition 10-4, utilisant une règle à grand pas 10 mm où le signal d'erreur est utilisé pour réaliser un asservissement en position précise. La commande an position précise reste inactive jusqu'au moment où le signal d'erreur donné par la commande d'approche tomba à un faible niveau, correspondant à une vitesse compatible avec les possibilités de réglage de la commande de position précise, compte-tenu de l'inertie des pièces mécaniques en mouvement. La com- mande en position précise prend sous contrle les déplacements. La programmation s'effectue en cotation absolue, les données fixant une valeur de consigne an mètres, dm, cm, mn étant introduites dans la commande dtapproche; les données correspondant aux mn, dixièmes, centièmes, millièmes de mn sont introduites dans la commande an position précise. Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant L'information prélevée sur une bande perforée, ou affichée manuellement par l'opérateur, est prise en mémoire puis transférée au moment voulu dans un système logique qui, par commutation de capacités, forme l'analogue de la valeur numérique de consigne. La tension d'erreur est utilisée pour asservir les déplacements an vitesse et en sans, l'annulation du signal terreur correspondant à la fois à une vitesse nulle et à une erreur de position nulle. La commande numérique réalisée suivant l'invention utilise la méthode des déplacements contrlés,la valeur de consigne étant introduite dans un système de mesure, et non dans le système de commande comme on le fait habituellement en utilisant la méthode des déplacements commandés, ce qui présente de multiples avantages. Procédant sans comptage, la vitesse dtapproche est non limitée, les incidents de parcours sont sans effet sur la position du point futur, on ne peut craindre d'erreurs additionnelles, il n'est donc pas nécessaire d'attendre la réalisation complète d'une phase avant d'appeler la suivante, ce qui permet l'utilisation de la commande numérique en contournage. La commande en contournage s'effectue en utilisant uniquement la commande en position précise, l'appel d'un nouveau bloc d'informations se faisant lorsque le signal d'erreur a atteint une valeur suffisamment faible pour tenir compte des difficultés de parcours. Dans un système à deux coordonnées Ox, Oy - fig.6 - lorsque des positions successives sont suffisamment proches pour permettre un asservissement continu des vitesses, le mobile partant de O parcourra la droite OA, les vitesses selon Ox et Oy étant proportionnelles aux projections de OA sur Ox et Oy. On réalise ainsi une interpolation linéaire de O à A. Si le mobile doit parcourir la ligne polygonale O A B C - fig.7, on appellera le bloc suivant lorsquele signal d'erreur aura atteint une valeur minimale e suivant les deux coordonnées. Compte-tenu des inerties mécaniques, 1E mobile parcourra la ligne O A' B C'. L'utilisation de capteurs formés par deux capacités variant en sens inverse avec le déplacement présente de multiples avantages; la sensibilité est doublée et dans une meilleure symétrie, la stabilité dans le temps est plus grande, toutes nuisances résultant de l'environnement ayant même action sur chacune des capacités travaillant en direction opposée . Mais 11intérêt principal est dans la possibilité dtajustements précis, correspondant à de très faibles valeurs d'écart dimensionnel. Pour différentes raisons technologiques, il n'est pas possible de réaliser des capacités électriques aussi faibles que l'on veut; mais dans un système différentiel, on peut réaliser des écarts très petits pour autant que cet écart soit mesurable. On utilise cette particularité pour corriger le pas des règles capacitives et la position relative des capteurs. Les règles capacitives peuvent & re corrigées par une opération mécanique, d'ajustage, de parcage ou de rectification réduisant la valeur de la surface activa de l'une ou de l'autre des capacités, la correction étant effectuée localement de part ou d'autre de la dent suivant le sens de l'erreur. La figure 5 représente des régies, corrigées soit en effectuant un chanfrein de quelques dixièmes de mm sur angle correspondant à une correction de quelques microns sur une règle taillée. Des corrections de meme ordre sont réalisées par per cagets sur une règle à circuits imprimés. Le mode de correction, mécanique, présente l'avantage de pouvoir être effectué individuellement sur chaque dent, sans interaction avec les corrections successives qui pourraient Btre effectuées sur d'autres dents. La précision des règles corrigées peut atteindre 10-4 du pas. REVED3DICATIONS I. - Système de commande de déplacement relatif de deux pièces à partir de donnes numériques en définissant le positionnement désiré, caractérisé en ce qu'il comporte, par coordonnées, la combinaison d'un circuit de mesure de capacité, dtun capteur constitué dtun slément formant règle capacitive, ayant une pluralité d'élu trodes de largeur et pas déterminés, et d'un élément multi-électrodes formant curseur, ayant ses électrodes en regard d'une partie de celles de la règle, éléments respectivement liés aux deux pièces susdites, les électrodes au moins de 11 élément formant curseur étant connectables dans le circuit de mesure pour y définir une capacité variable, d'un agencement de capacités de référence, formant boite de poids pour liaffichage des données numériques et dont les capacités sont individuellement et sélectivement connectables à cet égard au circuit de mesure pour y définir une capacité de référence; - le dit circuit de mesure délivrant à tout instant un signal représentatif de la différence entre la capacité affichée et la capacité variable, signal exploitable en tant que signal d'asservissement pour la commande de déplacement relatif des deux pièces. 2. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle entre électrodes consécutives de l'élément formant curseur est égal à l'intervalle entre électrodes consécutives de ltél;ment formant règle, accru d'une fraction de ce dernier. 3. - Système selon la revendication 1, caractérisé eo ce que ltélément formant règle est établi avec deux ensembles électriquement distincts et relativement imbriqués d'électrodes, un de ces ensembles étant relié au circuit de mesure, et l'élément formant curseur est établai en électrodes consécutives appairées, chaque paire couvrant un pas plus une fraction de pas de l'un des ensembles de la règle et étant connectable au circuit de mesure. 4. - Système selon la revendication 1, ou selon la revendication 3, caractérisé en ra que l'agencement formant botte de poids incorpore une capacité additionnelle connectable au circuit de mesure pour définir la valeur du chiffre de plus faible poids de toute donnée numérique affichée. 5. - Système elon la revendication 1, ou selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'iliment formant règle a ses électrodes constituées de dents découpées dans un bloc de masse. 6. - Système selon la revendication 1, ou selon la revendicatioh 3, caractérisé en ce que lsélément formant règle comprend une métallisation de circuit im primé sur une base isolante. 7. - Système selon la revendication 1, ou selon la rcvendication 3, caractérisé en ce que l'intervalle entre électrodes de l'élément formant règle et électrodes de l'élémeçt multi-électrodes est établi selon le groupe géométrique constitué par le linéaire, le circulaire et le cylindrique. 8. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'asservissement comportant une channe de commande en vitesse et une channe de commande de position du déplacement relatif des deux pièces, il comprend des moyens pour délivrer des signaux d'asservissement selon deux définitions différentes, appliquer les signaux de la plus basse de ces définitions sur la chaîne de commande en vitesse et commander l'application des signaux de la plus haute définition à la chaine de commande de position lorsque la valeur du signal de la plus basse définition tombe au-dessous d'un seuil prodéterminé, la channe de commande en vitesse étant alors mise hors d'action. 9. - Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ces moyens comprennent une paire de capteurs de sorties commutables sur le dit circuit de mesure et des moyens de commutation d'affichage des références sur ce circuit.