Brevet FR2327601A1 — publié le 19770506

Le secteur technique de l'invention est celui des appareils codeurs de déplacements. Dans la constatation et la mesure des déplacements, vitesses et accélérations et autres, il est nécessaire de traduire les élongations prises par un organe mobile par rapport à un ensemble de référence et il est commode de prendre pour cela un codage susceptible d'être pris en compte dans un afficheur et/ou autre instrument de traitement de données. Pour les mouvements de grande amplitude notamment, obligation est faite d'interposer entre mobile et codeur, une démultiplication importante, ce qui nuit à la fidèlité et à la fiabilité, en diminuant d'ailleurs la résolution. On sait par ailleurs réaliser, avec une très grande précision, des bobinages d'éléments filés sur supports, comme c'est le cas, par exemple, de l'enroulement d'un potentiomètre électrique, supports pouvant être de toute configuration sounai- tée, curvilignes, principalement circulaires, ou rectilignes; toute longueur et tout pas d'enroulement sont concevables. Dans le cas du support rectiligne, toute longueur appropriée est concevable et ceci rend applicables de tels bobinages au codage traducteur des déplacements - amplitude et sens de parcours, principalement - par exemple d'un mobile de table traceuse, plus spéeialement, mais non exclusivement. L'invention comprend donc un dispositif codeur dont l'un des éléments mobiles l'un par rapport à autre est un bobinage de spires portées par un support. Plusieurs sortes d'éléments mobiles conjugués peuvent être envisagés, à savoir, ceux qui appartiennent à un groupe qui comprend au moins des éléments inductifs, des iéments capacitifs et des éléments opto-électroniques, pour ceux qui peuvent opérer sans contact en regard des spires précitées, et des systèmes à contact, offrant un curseur avec au moins un frotteur, déplaçables devant lesdites spires qui appartiennent à un bobinage offrant au moins un enroulement. Notamment en ce qui concerne les systèmes à frotteur, pour chacun d'entre eux, au cours du déplacement en regard du bobinage, se trouvent établis séquentiellement les états ci-après, contact entre un frotteur et une spire, contact entre frotteur et deux spires voisines, ou éventuellement rupture de contact avec toute spire, selon l'écartement entre spires, séparées les unes des autres par un écart susceptible de recevoir une substance isolante et selon la largeur de curseur, puis contact avec spire connexe seule, ce qui fournit un code de signaux électriques. Bien entendu, le brancheient électrique d'une source de tension ou de courant au soins et le prélèvement des signaux pour un afficheur au soins peuvent titre exécutés au niveau de l'un au moins des frotteurs, respectiveient de l'un au xoinsdes enroulelents, selon les utilisations envisagées. Les agencements qui comportent au soins deux enroulements imbriqués et un curseur offrant une iultiplicité de frotteurs peruettent : - de disposer d'une résolution supérieure à celle qui est définie par l'écart entre deux spires consécubives,par une sorte d'effet de vernier; - de détecter en outre le sens de déplacement relatir entre spires et frotteurs; - de détecter au surplus des erreurs éventuelles de codage. Dans certaines formes d'exécution, une partie de l'enrou- lement peut être recouverte d'une couche de matière plastique. Cet enrouleuent peut colporter des prises de potentiels. L'ensemble peut fournir à la fois des. signaux analogiques et numériques. Par exemple peuvent entre pris en cette la résistance de l'enrouleient et le nombre des spires. De plus, la tension ou le courant d'aliientation peuvent être des fonctions mathématiques par rapport au teins, et notassent être des signaux sinusoIdaux, carrés, ou autres. Dans la pratique, on peut prévoir des systèmes à un curseur à frotteur conjugué à un, deux ou trois enrouloients, à cinq frotteurs et deux enroulements, de nature hybride avec piste en plastique, ou autres. La description qui va suivre d'exemples non limitatifs de dispositifs objets de l'invention permettra, en regard des dessins annexés, de bien comprendre collent peut s'en faire la mise en pratique. La figure 1 est un schéma de dispositif générateur de signaux codés fonction d'un déplacoient de curseur en regard d'un bobinage. La figure 2 est un schéma d'exploitation de tels signaux codés. La figure 3 montre schématiquement la coopération entre une paire de bobinages imbriqués et un curseur à frotteur unique, avec représentation des signaux élaborés. La figure 4 montre une variante à alimentation par le frotteur de curseur. La figure 5 montre de même une autre variante à trois enroulements imbriqués et la figure 6 est un diagramme correspondant des états logiques de conduction dans ces trois enroulements. La figure 7 montre le schéma d'un appareil d'utilisation logique des signaux représentés par les états logiques montrés sur la figure 6. La figure 8 montre une variante à deux enroulements imbriqués et à un curseur. La figure 9 montre un schéma et un tableau d'états logiques des curseurs dans un dispositif à deux enroulements imbriqués dont dtss spires en un certain nombre sont couvertes par cinq curseurs équidistants, fournissant ainsi un effet de vernier pour la résolution obtenue dans la mesure du déplacement. La figure 10 montre en regard un diagramme des signaux correspondants sur sortie de second bobinage - l'entrée du premier étant réunie à une source de tension - puis sur les différents frotteurs de curseur considérés. Dans ce qui suit est seulement décrit un dispositif à bobinage de fil extérieurement isolé, électriquement conducteur, bobiné sur un support tel qu'ut barreau de métal émaillé, c'est-àdire isolé vis-à-vis du fil. Les variantes qui comportent un bobinage d'une spire unique, en conjugaison avec un curseur à frotteur unique ne sont pas représentées ou décrites pas plus que ne le sont les agencements utilisant d'autres facteurs que le contact électrique sur fils, par curseurs à frotteurs, et notamment des effets relatifs entre bobinage et mobile, mettant en jeu le magnétisme, l'électrostatique, la lumière ou autres facteurs équivalents, avec ou sans montages électroniques d'exploitation. Comme on sait le réaliser avec facilité en toute longueur et configuration avec une très grande précision topologique, on utilise tel que montré sur la figure 1 un barreau rectiligne 1 de cuivre émaillé, revêtu extérieurement d'un bobinas à deux spires imbriquées 2,3. En regard de ce bobinage que Iton peut considérer comme fixe est admis à eirculer, parallèlement à l'axe de bobinage et à distance constante de ce dernier sur tout guidage approprié, un mobile ou curseur 4. Ce curseur 4 peut être générateur de signaux, capteur de ceux-ci ou les deux à la fois. Il est en contact électrique par son frotteur avec les bobinages dont les fils sont localement dénudés à cet effet, le long de la piste correspondante où passe ledit frotteur. Les enroulements 2,3, parallèles sont de moeme générateurs, capteurs ou les deux à la fois- de signaux. Par des conducteurs convenables 5, 6, bobinages 2,3 et curseur 4 sont reliés à un dispositif 7 de synthèse, qui permet de caractériser le déplacement relatif entre support 1 et curseur 4. Un tel dispositif de synthèse 7 peut comporter des entrées 8 déterminant des présélections etdes sorties 9 de liaison à des afficheurs, calculateurs et autres dispositifs d'exploitation de données. Dans ltapplication partieulière montrée sur la figure 2, l'ensemble 10 d'un tel dispositif codeur offre, par exemple trois sorties 11, en regard desquelles sont montrées des formes de signaux électriques y apparaissant, sorties qui sont direetement branchées sur un moteur 12 pas-à-pas par amplificateurs 13 correspondants. Ce moteur peut aussi bien être linéaire que circulaire pour permettre de l'asservir directement ou indirectement aux déplacements de même genre ou de genre différent du mobile ou curseur considéré.D'autres applications sont possibles et notamment : - celle qui a trait à un accroissement de fiabilité dans l'évaluation des caractéristiques dtun déplacement, par comparaison de données analogiques et numériques fournies simultanément par l'ensemble à bobinages et à curseur et frotteurs; - celle qui se rapporte à une utilisation en convertisseurs analogiques-numériques combinés (la continuité du déplacement étant comptée en nombre de spires, ou l'inverse, par exemple); - celle qui concerne une recopie et un codage simultanés; - celle d'utilisations à nombres de bits non habituels; et autres. Pour un codeur classique en effet, il n'est pas facile de réaliser un pas (nombre de bits par unité de longueur) donné alors que le changement de pas de bobinage est très aisé. La figure 3 montre plus en détail un agencement à barreau la sur lequel sont disposés à spires jointives deux enroulements imbriqués 2 et 3 coopérant avec un curseur 4 à frotteur 14 unique chargé d'établir la Jonction entre les deux enroulements pour chaque position intermédiaire atteinte où ledit frotteur 14 touche à la fois deux de ces spires. L'enroulement 3 est relié à une source 15 de tension et l'enroulement 2 est relié à une résistance 16 de charge, sur laquelle sont prélevés des signaux montrés à droite de la figure (sortie A). La variante de la figure 4 montre la même disposition à frotteur 14 et deux enroulements 2,3, reliés respectivement à une source 16, deux resistances de charge 17, 18 formant ansi des sorties distinctes B et C où apparaissent les signaux représentés en partie droite de figure par des créneaux 19, 20 opposés. I1 est également possible d'envlsager, comme montré sur la figure 5, un bobinage à trois spires imbriquées de conducteurs isolés jointifs 21, 22, 23 coopérant avec un frotteur 24 unique, alimenté par une source 25, ces conducteurs étant reliés resoectivement à des résistances de charge 26, 27 et 28, donnant sur sorties D, E, F des signaux à créneaux 29, 30 et 31, représentés sur la figure 6, susceptibles d'application comme ci-dessus décrit en regard de la figure 2, ou autrement utilisables, au cours du déplacement dudit frotteur Sur la figure 7 est montré de façon plus détaillée le montage récepteur des signaux triples issus des trois enroulements de la figure 5.Par trois conducteurs 32, ces dignaux sontdistribues à deux comparateurs numériques symétriques 33, 34 et par trois conducteurs 35 dérivés à un dispositif 36 de prés-élection. Ce dernier est réuni à un registre à décalage 37. Outre les entrées de liaison à la présélection 36, ce registre 37 offre deux entrées 38 et 39, deux conducteurs 40 et 41 de rebouclage et trois sorties 42, 43 et 44 reliées en parallèle aux trois entrées respectives A1, B1, C1 et k2, B2, C2 des comparateurs 33 et 34. Les sorties d'égalité et d'inégalité 45 et 46 de ces comparateurs sont reliées d'une part aux entrées 38 et 39 du registre à décalage 37, autre part aux deux entrées 47, 48 d'un compteur décompteur 49, d'autres entrées 50 réunissant ce dernier à un dispositif de présélection 51 et ses sorties 52 aboutissant, à titre de sorties numériques, à un agencement d'affichage, à un calculateur ou autre dispositif convenable d'exploitation ae données, non représenté. Sur ia figure 8, variante de la figure bobinage à double spiralage 53 et 54 réuni à des sorties A3, B3,alors qu'ut seul frotteur représenté est réuni à une sortie C3. Chaque frotteur 55 est un corps cylindrique ou secteur cylindrique dont la partie arrondie frottant sur une bande dénudée des spires, ou recouverte par une substance plastique chargée de matière conductrice selon une demande de brevet conjointe, offre un rayon analogue à celui de la section des conducteurs eux-mEmes, pour que ce frotteur, en cours de déplacement, puisse établir un contact avec chaque spire isolément et avec deux d'entre elles à la fois seulement. Pour proeurer un effet de vernier, en même temps qu'assureur la génération d'un codage qui permette d'identifier le comptage révélateur de la situation du curseur sur le bobinage 53, 54 et le sens du déplacement de curseur porteur de plusieurs frotteurs 55a, 55b, 55c, 55d, 55e, au nombre de cinq dans l'exem- ple décrit, lesdits frotteurs occupent, longitudinalement,un espace qui correspond sensiblement à celui qu'occupent six sections de la paire des conducteurs bobinés connexes et sensiblement jointifs. La figure 9 montre que les spires 54 sont reliées à l'un des pôles d'une source de tension 56, les spires 54 à une résistance de charge 57, l'autre borne de source 56 et l'autre extrémité de résistance 57 étant reliées entre elles et à la masse, les circuits des sorties des différents curseurs 55a, 55t, 55c, 55d, 55e se fermant finalement aussi sur la masse. Cette figure 9 montre les diverses positions prises par les différents frotteurs vis-à-vis des spires, pour un pas d'avance complet partant et aboutissant à une position dans laquelle le frotteur 55a est en contact simultanément avec deux spires 53 et 54 dans cet ordre de succession des désignations. Les positions intermédiaires forment des balayages pour les frotteurs venant établir en succession ce contact double.A droite de cette figure 9, est établi un tableau des états logiques des divers frotteurs 55a, 55b, 55c, 55d, 55e dans des colonnes affectées des en-t8tes a, b, c, d et e, états caractérisés par la première position (référence O) par les indices successifs 1, O, 1,0, 1, signifiant que le frotteur 55a est au contact de la spire 54 liée à la source, le frotteur 55b au contact de la spire 53 séule, liée à la charge 57, le frotteur 55c au contact de la spire 54, le frotteur 55d, à celui de la spire 57 et le frotteur 55e à celui de la spire 54. es colonnes a, b, c, d et e réunissent les codages logiques ainsi établis pour les dix positions intermédiaires successives de O à 9 et la onzième numérotée en bas à nouveau 0, qui est la reproduction de la première en-tête de colonne. La flèche verticale correspond au déplacement du curseur par unités d'incréments. La figure 10 montre en regard les états électriques de la sortie A4(sortie de 1E résistance 57) et des différents frotteurs. On y constate qu'à la sortie A4 apparaissent pour chaque position de curseur des pics 58 de tension, au curseur 55a, sous le repère a de cette figure, un large créneau 59 de tension, puis un autre large créneau 60 d'absence de tension, entrecoupé de pics de tension 61 provenant des contacts avec deux spires de l'enroulement des autres frotteurs 55b à 55e.En ce qui concerne les autres frotteurs, 55b à 55e, sous les référence a à e on constate, vis-à-vis de ce qui se passe pour le frotteur 55a, les décalages systématiques des larges créneaux de tension et des larges créneaux sans tension, entrecoupés de pics, par rapport à l'élongation du curseur portant en commun tous les frotteurs, ce qui fait apparattre le code électrique correspondant aux diverses positions et les décalages successifs des états électrioues, identificateurs de la direction du déplacement. I1 est à remarquer que la multiplicité même des informations transmises à propos de tout déplacement élémentaire, de l'ordre de grandeur du dixième du pas d'enroulement des deux spires connexes du bobinage, outre la résolution fine procurée, est une assurance contre les parasites, faux contacts qui pourraient troubler le fonctionnement du codeur. En outre, d'autres fonctions peuvent être envisagées, notamment dans le cas de la constitution potentiomètrique du codeur si on prévoit au moins une alimentation avec des tensions électriques elles-mêmes codées, provenant d'un générateur de tops, par exemple. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux formes d'exécution qui viennent d'être décrites. REVENDICATIONS 1.- Codeur de déplacement incrémental relatif d'un curseur vis-à-vis d'un élément repère, caractérisé par le fait que référence de déplaceîent et de position dudit cursueur relativement audit élément repère est prise sur au moins un bobinage spiralé de fil sur ledit élément repère. 2.- Codeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bobinage spiralé est utilisé par un effet appartenant à un groupe qui comprend les effets magnétiques, les effets électrostatiques, les effets électriques et les effets optiques, le curseur correspondant étant pourvu de moyens de palpage conjugués. 3.- Codeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le bobinage spiralé comporte au moins une spire. 4.- Codeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le bobinage spiralé comporte au moins une paire de spires, qui s'imbriquent l'une dans l'autre en succession. 5.- Codeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le bobinage est un fil élec- trique conducteur, coopérant avec au moins un frotteur sur plage nue du fil ou des fils bobinds,appartenant audit curseur. 6.- Codeur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le frotteur offre une surface de contact sur fil bobiné dont le rayon de courbure est de l'ordre de grandeur de celui d'une section droite circulaire de fil. 7. - Codeur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que fils bobinés et frotteurs constituent des éléments de jonction mutuelle à des sources et précepteurs des tensions ou courants électriques codés et comptés par le déplacement de frottours sur bobinage. 8.- Codeur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que les frotteurs multiples d'un curseur occupent, parallèlement au déplacement, un espaee équivalent à celui qui comprend au moins un conducteur de plus en nombre que celui desdits frotteurs. 9.- Application d'un codeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, avec amplification des signaux codés à la commande directe d'un moteur pas-i-pas. 10.- appLication d'un codeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, ai repérage de position par affichage et asservissement notamment à la détection de la position atteinte par un curseur, dans le sens de déplacement identifiable, ou autre exploitation de données en résultant, par entrée de code logique dans un registre à décalage, après présélection, puis application à une paire de compteurs numériques parallèles, avec rebouclage sur registre et retour à ce dernier des sorties des comparateurs, puis application de ces dernières à un compteur décompteur à présélections dont les sorties numériques de trouvent dirigées sur un appareil dtun genre appartenant à un groupe qui comprend les afficheurs et les calculateurs, ainsi que tous appareils d'utilisation de données.