Brevet FR2277387A1 — publié le 19760130

L'invention a pour objet un dispositif de sécurité et plus particulièrement un dispositif optique de protection à lumière modulée par impulsion propre à être utilisé sur des machines et sur des machines-outils. On sait utiliser des faisceaux lumineux en tant que dispositifs de protection sur des machines, la lumière étant produite par des ampoules incandescentes alimentées en courant continu ou courant alternatif avec des dispositifs photo-électriques sensibles à une intensité donnée d'éclairement. De tels dispositifs de protection ont le désavantage d'être sensibles à une lumière qui n'est pas celle du faisceau lumineux. C'est le but de l'invention de fournir un dispositif optique de protection dans lequel le dispositif photo-électrique est uniquement sensible à un faisceau lumineux spécifique codé. Selon l'invention, un dispositif optique de protection comprend des moyens pour produire un faisceau d'impulsions lumineuses et des moyens pour produire un signal de sortie uniquement sensible à l'éclairement par ledit faisceau d'impulsions lumineuses. De cette façon, le faisceau d'impulsions lumineuses peut être établi à travers une partie de machine qui doit être protégée lorsque la machine fonctionne, le signal de sortie servant à maintenir la machine en fonctionnement tandis que si le faisceau lumineux est coupé, le signal de sortie est interrompu et empoche le fonctionnement de la machine. Une réalisation préférée de l'invention est formée par un réseau électrique photo-sensible comprenant des moyens de générateur d'impulsions; au moins un dispositif d'émission de lumière connecté à la sortie desdits moyens de générateur d'impulsions et produisant un faisceau d'impulsions lumineuses; un dispositif photo-électrique pour chacun desdits dispositifs d'émission de lumière et disposé de manière à être éclairé par ledit faisceau d'impulsions lumineuses correspondant; et des moyens de discriminateur connectés à la sortie dudit dispositif photo-électrique et disposés de manière à produire un signal de sortie uniquement lorsque ledit faisceau lumineux éclaire ledit dispositif photo-électrique. Des dispositifs à retard peuvent être connectés entre les moyens de générateur d'impulsions et les moyens de discriminateur de façon à pouvoir compenser les temps de réponse des dispositifs d'émission de lumière et des dispositifs photo-électriques, de sorte que le discriminateur est synchronisé pour répondre uniquement aux impulsions de signaux issues du dispositif photo-élec- trique qui sont produites par le faisceau d'impulsions lumineuses. La description qui suit, faite à titre d'exemple, se réfère au dessin annexé dans lequel la figure 1 est un bloc-diagramme d'un réseau électrique photo-sensible selon l'invention; la figure 2 est un diagramme du circuit du réseau de la figure 1; la figure 3 illustre les formes d'impulsions en différents endroits du circuit de la figure 2, a ligure 4 est une vue en persDect se du L.E.D. ou du mortPqe pI Lo-diode; la figure 5 est une vue "éclatée" du montage de la fig. 4; et la figure 6 illustre une vue de côté d'une colonne des montages et des lentilles associés. Comme montré sur la figure 1, la sortie d'un oscillateur O est connectée à un commutateur redresseur S en silicium, lequel actionne une colonne de diodes d'émission de lumière D1. Des impulsions lumineuses émises à partir de chacune des diodes émettant de la lumière sont collimatées par une lentille L1 en un faisceau d'impulsions lumineuses qui traversent une partie de la machine à protéger. Une seconde lentille L2 focalise le faisceau lumineux respectivement dans une des photo-diodes d'une colonne D2. La sortie de chacune des photo-diodes est connectée à un dispositif A ajustant l'amplitude du signal par rapport à la sensibilité des photo-diodes, lequel fournit des signaux modulés en impulsions pour déclencher une première bascule monostable M1 dont la sortie alimente l'une des entrées d'une première porte NAIS 1. La sortie de l'oscillateur O est aussi connectée par l'intermédiaire d'un dispositif à retard H à une seconde entrée de la porte NAbB G1 Le dispositif à retard H comprend deux bascules monostables M2 et M;3 en série et adapté pour compenser les temps de réponse du commutateur S, de la diode d'émission de lumière D1, de la photo-diode D2, du dispositif d'ajustement A et de la bascule monostable M1.La porte G1 produit une impulsion de sortie négative uniquement lorsque des impulsions positives sont pré sentes aux deux entrées de cette porte, Ainsi, les deux séries d'impulsions appliquées aux entrées de la porte G1 sont synchronisées par l'action du dispositif à retard H, et fournissent une série d'impulsions inverses produites par la porte G1 (c'est-à-dire des impulsions négatives de sortie pour chaque paire d'impulsions positives présentes à chacune des entrées de la porte G1 > . La porte G1 produit uniquement un signal de sortie lorsque le faisceau d'impulsions lumineuses issues de la diode d'émission de lumière D1 est reçu par la photo-diode correspondante D2. Les séries d'impulsions à la sortie de la porte G1 sont appliquées à un inverseur I puis à l'une des entrées d'une autre porte NND G2.La porte G2 sert à collecter tous les signaux discriminés à partir de tous les canaux qui comprennent, en outre, une paire de diodes d'émission de lumière et de photodiode appartenant respectivement à chaque colonne de diodes définie ci-dessus. La porte G2 produit uniquement à sa sortie une impulsion négative si une impulsion positive est présente à chacune de. ses entrées; le signal de sortie de la porte G2 est utilisé à maintenir la machine en fonctionnement. Si le faisceau lumineux entre l'une quelconque des paires de diodes D1, D2 est interrompu, la bascule monostable M1 dans ce canal ne sera pas déclenchée et la porte G1 produira un signal de sortie constant négatif à la sortie de l'inverseur I.Ainsi, l'impulsion du signal à l'une des entrées de la porte G2 n'est plus positive, et ceci empoche l'émission d'un quelconque signal modulé par impulsions à la sortie de la porte G2. Cette absence de signal peut etre utilisée pour arrêter le fonctionnement de la machine. Le dispositif à retard R est utilisé par tous les canaux, ses sorties étant connectées en parallèle à la seconde entrées de la porte G1 dans chaque canal. Le réseau électrique photosensible, selon l'invention, n'est pas affecté par une lumière dispersée incidente puisque la. bascule monostable M1 et la porte G1 font fonction de discriminateur, lequel peut entre uniquement déclenché par des impulsions lumineuses originaires de I'oscillateur 0. La réponse de la photo-diode D2 n'est pas directement proportionnelle à l'intensité des impulsions lumineuses l'éclairant, le circuit n'est pas sensible à l'intensité d'éclairement, et ainsi, les signaux d'impulsions électriques détectés peuvent être produits par la photo-diode.Le réseau a, aussi pour autres avantages, une sécurité de fonctionnement crois sante, une réduction du colt, un temps de réponse rapide, cette dernière caractéristique est importante puisque la perte d'une impulsion a pour résultat un affaiblissement de la sécurité. Le réseau est montré plus précisément dans la figure 2, où uniquement deux canaux sont représentés complètement. Un oscillateur à relaxation unijonction O comprenant un transistor unijonction Q1' des résistances R1 et R2 et une capacité C1, fournit les impulsions de déclenchement à la porte d'un redresseur Q2 commandé en silicium, faisant fonction de commutateur S. La capacité C2, chargée à travers la résistance R3, est ainsi déchargée à travers les diodes d'émission de lumière Dll, D12, Dol3, Dol4, etc., chaque fois que l'impulsion de déclenchement actionne le redresseur commandé en silicium Q2 Les impulsions lumineuses résultantes sont transmises respectivement par les lentilles aux photo-diodes réceptrices D211 D22, D23, D241 etc..La fréquence de fonctionnement est réglée par la constante de temps dépendant de la résistance R1 et de la capacité C1, et est limitée uniquement par les caractéristiques des diodes d'émission de lumière et des photo-diodes. Dans un exemple, la fréquence du système était de 140 Hz. Des résistances R4 à R7 et une résistance R26 fournissent une certaine compensation relativement aux différents paramètres du dispositif et un certain niveau de limitation du courant. Les potentiomètres RV1 et RV3 sont réglés de manière à ajuster le niveau du signal lumineux reçu au niveau de saturation respectivement des photo-diodes D21 et D221 et les potentiomètres RV2 et RV4 commandent la base actionnant les transistors Q3 et Q4, pour faciliter l'ajustement de la sensibilité de fonctionnement, Ces potentiomètres relatifs à chaque canal règlent la sensibilité et ajustent l'amplitude du dispositif A. Des transistors Q3 et Q4 fournissent un top rapide aigu pour déclencher respectivement la bascule monostable M1.Chaque bascule monostable est un circuit intégré, IC1 et IC2, lequel a une impulsion de sortie de largeur constante, de l'ordre de 20 micro-secondes (réglé à l'aide de la résistance R12 et de la capacité C3 pour IC1, et de la résistance R20 et de la capacité C7 pour 1C2). Les impulsions de déclenchement de l'oscillateur comprenant un transistor unijonction Q1 alimentent aussi, par une capacité C12, l'entrée du dispositif à retard H qui est formé par un circuit intégré IC6, une bascule monostable M2 dont la largeur des impulsions est ajustée par une résistance variable RV5.Ceci prévoit le délai nécessaire à compenser les temps de réponse des différents éléments dépendant du chemin de la lumière, surtout ceux dus aux diodes d'émission de lumière et aux photo-diodes, lesquels sont comparativement grands en fonctionnement; le temps de retard est ajusté entre 7 vsec. environ et 20 usec. La sortie de 1C6 est couplée à une autre bascule monostable M3, un circuit intégré 1C7 forme une bascule monostable de largeur d'impulsion constante qui produit une impulsion de 4 vsec. à la fin de chaque période de retard. Afin de diminuer les dimensions du dispositif de l'invention, les portes G1 des quatre canaux sont comprises dans un circuit intégré unique IC3, chacune de ces portes reçoit l'impulsion de 4 vsec. provenant de IC7 et l'impulsion de 2C sec. provenant du canal correspondant.Les inverseurs I, identiques pour les quatre canaux, sont combinés dans un circuit intégré unique IC4, lesquels inversent individuellement les signaux de sortie des portes de IC3. Les sorties des inverseurs sont couplées en courant alternatif par une capacité C5 et une résistance R14, Cg et R22, à un autre circuit intégré IC5, lequel combine une porte NAND G2 et un second inverseur 12. Ainsi, les impulsions de tous les canaux sont comparées dans 1C5 et à nouveau inversées pour présenter une impulsion positive unique à une porte NkND G3 couplée en courant alternatif par une capacité C6 et une résistance R15. Ainsi, chaque groupe de quatre canaux alimente une porte G3. Pour faciliter les conditions d'emploi du dispositif de protection photo-électrique de la machine, les canaux sont réunis en groupes de quatre. Naturellement, plusieurs ou quelques canaux peuvent être employés en utilisant un nombre de portes dépendant du type de la machine utilisée, de manière à représenter le fonctionnement du système entier par une impulsion unique à la sortie de la porte G3. L'interruption de la lumière sur son parcours ne déclenche pas la bascule monostable dans le canal correspondant, par exemple IC1, 1C2, etc., et les entrées et sorties de 1C3 et 1C4 pour ce canal ont des niveaux de courant continu. Alors, 1C5 est aussi fermé et 5 l'impulsion à la sortie de la porte G3 disparaît. Similairement, en vertu du couplage alternatif employé, un quelconque de ces éléments ne sera pas excité, les impulsions à travers cet élément ne sont pas présentes, 1C5 sera à nouveau coupe. Les impulsions à partir de la porte G3 peuvent être fournies, par exemple, à un convertisseur en courant continu (non montré sur la figure), et le signal en courant continu résultant peut être distribué à un dispositif de fermeture de la machine, comme par exemple l'accouplement électromagnétique d'un contacteur principal stimulé par le signal en courant continu (non montré sur la figure); des pertes d'impulsions à partir de la porte G3 pour l'une quelconque de ces raisons entraînent une perte du signal en courant continu à partir du convertisseur et alors désexcitera l'accouplement du contacteur principal. La figure 3 illustre les impulsions présentes en différents endroits du réseau de la figure 1. Dans la figure 3, le graphe 1 montre l'impulsion de déclenchement à partir de l'oscillateur O (endroit 1 dans le circuit de la figure 2), le graphe 2 montre au niveau de la sortie du commutateur S (endroit 2 dans le circuit) l'impulsion actionnant les diodes d'émission de lumière de la colonne D1, le graphe 3 le signal de sortie ou l'impulsion detectée par la photo-diode D2 (endroit 3 dans le circuit), le graphe 4 le front abrupt de l'impulsion de déclenchement de la bascule M1 (IC1) au niveau de la sortie du transistor Q3 (endroit 4 dans le circuit), le graphe 5 montre l'impulsion à la sortie de la bascule monostable M1 (endroit 5 dans le circuit), le graphe 6 est l'impulsion à la sortie du dispositif d'ajustement à retard H (endroit 6 dans le circuit), et les graphes 7-8 montrent respectivement la sortie des inverseurs I et 12 (endroits 7 et 8 dans le circuit). Les figures 4, 5 et 6 montrent les dispositions du montage pour les diodes, à savoir chaque paire de diode d'émission de lumière et de photo-diode. Chaque montage comprend un élément 9 en U placé à l'aide d'un boulon 10 passant à travers une paire d'équerres 11 et de trous 12 percés dans l'élément 9. Les équerres 11 sont ellesmêmes vissées sur une face de la plaque 13. L'élément 9 est emboîté dans une console en U 14 à travers laquelle un autre boulon 15 passe perpendiculairement au boulon 10, et traverse les trous 16 d'une console 17 en forme de N emboîtée dans l'élément 9 en forme de U. La diode est collée au niveau de l'ouverture 18 de la partie supérieure d'un élément 17 en forme de N. Des écrous 19 et 20 sont bloqués respectivement sur les boulons 10 et 15, mais permettent un certain mouvement afin de pouvoir ajuster la position de la diode dans un plan vertical suivant l'axe du boulon 10 et dans un plan horizontal suivant l'axe du boulon 15. Des lentilles convexes sont positionnées en face des diodes, chaque bord des lentilles est placé entre une plaque 21 et une plaque-support 22, afin que chaque diode soit au foyer de sa lentille respective (voir figure 6). REVENDICATIONS 1.- Dispositif optique de protection comprenant des moyens pour produire un faisceau lumineux et des moyens pour produire un signal de sortie en réponse au faisceau lumineux, caractérisé en ce que des moyens de générateur d'impulsions 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens de retard de temps (H) sont connectés entre les moyens de générateur d'impulsions (O) et les moyens de discriminateur (G1) pour fournir une compensation des temps de réponse du dispositif d'émission de lumière (D1) et du dispositif photo-électrique (D2) afin de synchroniser les moyens de discriminateur pour que ceux-ci répondent uniquement aux impulsions de signaux provenant du dispositif photo-électrique et produites par le faisceau d'impulsions lumineuses. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens de générateur d'impalsions (0) sont fournis par un oscillateur à relaxation unijonction qui est connecté par un commutateurredresseur commandé en silicium (S) qui actionne une colonne de diodes d'émission de lumière (D1), des impulsions de lumière à partir des diodes d'émission de lumière étant reçues par une colonne de photo-diodes (du), chaque photo-diode correspondant à une diode d'émission de lumière, et en ce qu'un dispositif de sensibilité ajustant l'amplitude du signal (A) est connecté à la sortie de ~ chacune des photo-diodes, et en ce qu'une première bascule monostable (M1) est connectée à la sortie de chaque dispositif de sensibilité ajustant l'amplitude du signal, et en ce que la sortie de chaque première bascule monostable est connectée à l'une des entrées d'une première porte (G1), une seconde entrée de chacune des premières portes étant connectée à la sortie de l'oscillateur par l'intermédiaire d'une paire de bascules monostables connectées en série (M2,M3) formant les moyens de retard de temps (H), et en ce qu'une seconde porte (G2) est connectée à la sortie de chaque première porte. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de sensibilité (A) ajustant l'amplitude du signal comprend un premier potentiomètre (RV1) connecté pour ajuster le niveau du signal lumineux reçu à partir de la photo-diode (D2) et un second potentiomètre (RV2) connecté pour commander la base actionnant un transistor (Q3) dont le signal de sortie déclenche la première bascule monostable (M1). 5.- Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que chacune des premières bascules monostables (M1) est couplée en courant alternatif respectivement à l'une des premières portes (G1), et en ce que toutes les premières portes (G1) sont chacune couplées en courant alternatif à la seconde porte (G2). 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que la paire de bascules monostables (M2, M3) comprend une bascule monostable (M2) avec une largeur d'impulsion ajustable et une autre bascule monostable (M3) avec une largeur d'impulsion constante. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que chaquepaire comprenant une diode d'émission de lumière (D1) et une photo-diode (D2) et son circuit associé (AL M1, G1) forment un canal et en ce que le réseau électrique est disposé en groupes de quatre canaux afin que chacune des premières portes (G1) dans un groupe de quatre canaux soit connectée à l'une des secondes portes (G2) et les secondes portes soient couplées en courant alternatif à une troisième porte (G3). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les portes (G1, G21 G3) sont des portes N D, et en ce que des inverseurs (I) sont connectés entre les premières portes (G1) et la seconde porte (G2) et en ce que des autres inver- seurs (I2) sont connectés entre les secondes portes (G2) et la troisième porte (G3).