Brevet FR2385086A1 — publié le 19781020

La présente invention se rapporte d'une façon générale à la mesure des layasses et concerne plus particulièrement un dispositif de pesée comprenant un appareil de lecture optique pour la détection de la déviation. La demande de brevet français n077 08 510 déposée ce jour meme au nom de la Demanderesse décrit un dispositif de pesée avec un transducteur optique-électronique à moire, qui n'est pas éloigné du présent dispositif de pesée. Mais, dans ce dispo sites, des dispositions élaborées ont été adoptées pour assurer le parallélisme des réseaux sur toute la plage de pesée, sous la forme d'un support du type à guide, de tolérance serrée et coûteux destiné à supporter l'un des réseaux dans ses mouvements. 11 invention concerne donc un dispositif ae pesée à moire qui élimine la nécessité d'utiliser un guide parallèle de structure coûteuse pour assurer une relation correcte entre les réseaux. Le dispositif de pesée selon l'invention réalise ce parallélisme entre les réseaux, en utilisant un peson comprenant une structure de tare produisant un mouvement parallèle de fa çon inhérente. Dans le dispositif de pesée selon l'invention, le réseau mobile est fixé à cette tare mobile parallèlement, de sorte qu'éîle. subit également un mouvement parallèle. L'invention concerne une tare comprenant deux ressorts à lame parailèles et espacés verticalement. Ces ressorts à lame sont amenés à se déformer parallèlement lorsqu'une charge est placée sur le'plateau du peson. Le réseau mobile, qui est fixé sur ces ressorts à lame mobile, se déplace d'un mouvement de translation, en maintenant son parallélisme dans toute la plage de pesée avec son réseau con p'émentaire fixe qui est fixé, de façon immobile, sur le bâti du peson. En-plus de la réduction des pièces, l'invention permet une fixation sûre des deux réseaux sur leurs pièces associées. Cette disposition diffère considérablement de celle de l'appareil décrit dans la demande de brevet précitée, selon laquelle le réseau mobile est accouplé de façon permanente avec le plateau de pesée. Il apparaît que l'invention apporte une réduction du nombre des pièces, une réduction du prix et une simplification d'assemblage et de réalisation. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 861 480 décrit un dispositif de traitement automatique du courrier à grands vitesse destiné à classer et à imprimer des afranchissements sur de grandes quantités de courrier mélangé. Ce dispositif comporte un appareil de lecture optique qui détecte la déviation dune tare lorsqu'elle supporte un élément de courrier, pour la détermination de laffranchissement qui doit être appliqué. Cet appareil antérieur comporte un groupe de photodétecteurs multiples à l'extrémité d'un trajet lumineux. Un obturateur, supporté par la tare, interrompt progressivement le faisceau lumineux vers les photodétecteurs successifs du groupe. Un signal indiquant le nombre des photodétecteurs qui restent dans le trajet lumineux, et par conséquent la déviation de la tare, est produit et utilisé pour déterminer l'affranchissement à imprimer sur 11 élément de courrier. Cet appareil de lecture optique antérieur présente plusieurs inconvénients. Par exemple, de nombreux photodétecteurs sont nécessaires pour produire des signaux indicatifs de poids dans une plage étroite de chargea la quantité des photodétecteurs augmentant avec la capacité de la balance ; en outre, le point de transition particulier où chaque détecteur doit changer d'état, pat exemple de ltétat conducteur à l'état non conducteur, doit être établi individuellement pour les incréments successifs d'affranchissement. Ces points de transition ou de changements d'état sont extrêmement critiques et les conditions de tolérance font que les réglages finals sont longs et difficiles. Un autre inconvénient est dG au trajet de projection relativement grand, par exemple 45 à 60 cm, nécessaire pour obtenir l'agrandissement optique voulu. Il résulte, de ce grand trajet de projection et des points critiques de changements d'état, que la précision des lectures est extrêmement sensible aux vibrations et autres conditions ambiantes. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 528 517 décrit un dispositif de détection optique du meme genre pour la détermination des poids, et dans lequel un tableau codé est déplacé par un levier sensible à la charge, des marquages codés de ce tableau étant projetés sur un groupe de cellules photoélectriques. Ce dispositif présente des inconvénients parmi lesquels le nombre des cellules photoélectriques qui sont nécessaires pour la détermination des poids, le point de transition de chacune de ces cellules étant critique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 826 318 décrit une grille mobile et une grille fixe en alignement optique. La grille mobile se comporte comme un obturateur qui interrompt successivement un faisceau lumineux. Des signaux électriques sont produits à partir des impulsions lumineuses successives et sont traités de manière à produire un signal indicatif de poids. Un- inconvénient important de ce dispositif optique à grille obturatrice est qu'un très petit déplacement inférieur à la distance entre des barreaux successifs des grilles mobiles est pratiquement impossible à détecter. L'utilisation des dispositifs de commande optique utilisant des distributions de franges à moire a été proposée pour des dispositifs de mesure et de commande destinés à des machines- outils. D'une façon générale, des dispositifs de mesure tels que ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amériqus n0 2 886 717, n0 2 886 718, n0 2 861 345 et n0 3 154 688 ont été conçus pour l'application à des machines-outils, par exemple des fraiseuses, dans le but de mesurer le mouvement de la table de la machine par rapport à son bâti, Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 755 682 décrit un autre dispositif de détection de position utilisant des dis trou butions de franges en moire, qui impose au moins huit cellules photoélectriques dont les signaux de sortie sont sélectionnés en ordre cyclique par des impulsions, de manière à produire un signal composite de sortie qui est comparé avec un signal de référence. L'introduction de nombreuses cellules photoélectriques augmente la complexité, le prix et les risques de mauvais fonci- tionnement. Les brevets des Etats-Unis dAmérique nO 3 713 139 et nO 3 708 681 décrivent un appareil optique à moire destiné à déterminer un déplacement, et sont représentatifs de l'un dee inconvénients des appareils antérieurs de mesure de déplacement par moire. Plusieurs photodétecteurs en bande sont utilisés, ayant chacun une longueur à peu près égale à la largeur du réseau.Pour synchroniser l'écartement des photodétecteurs avec l'écartement des franges, l'angle d'inclinaison entre les réseaux est réglé pour modifier l'écartement des franges. Ealheu- reusement, de très petits réglages de l'angle d'inclinaison produisent des changements substantiels de l'écartement des franges et un réglage difficile et précis de cet angle est nécessaire pour coordonner de façon correcte la distribution des franges avec l'écartement des photodétecteurs. En résumé, l'invention concerne donc un peson à ressorts à lame comportant un détecteur optique de déviation de la tare, produisant une distribution de franges en moire et déplaçant cette distribution sous forme d'une fonction directe amplifiée de la déviation. Les franges sont produites par modulation d'un faisceau lumineux projeté à travers deux réseaux à raies parallèles. Le déplacement de l'un des réseaux par suite de la déviation de la tare produit un mouvement séquentiel de franges en moire successives devant un ensemble de paires de photodé testeurs Un réseau fixe est monté sur une branche d'un transducteur en forme de U et la source de lumière est montée dans l'autre branche.Le réseau mobile est monté sur la structure de tare de marnière à se déplacer parallèlement dans un plan verti- cal entre les branches du transducteur. Ce mouvement parallèle du réseau mobile est le résultat inhérent de sa fixation sur deux ressorts à lame espacés verticalement. Ces ressorts, qui font parti. de la tare, sont réalisés de manière à produire une déviation par translation, ou paral lèle, de la charge et du réseau mobile. Ce mouvement de translation donne la linéarité nécessaire pour une mesure de poids correcte et précise. Un réglage grossier de la synchronisation entre les paires de photodétecteurs et la distribution des franges est obtenu par le réglage de l'angle d'inclinaison entre les réseaux, tandis qu'un réglage précis est obtenu en changeant l'écartement effectif entre les photodétecteurs, par rapport au mouvement des franges. Une charge d'un poids donné produit une déviation donnée de la tare et le mouvement linéaire d'un nombre donné de franges devant une référence, c'est-à-dire un photodétecteur, en produisant ainsi un nombre donné d'impulsions successives qui conviennent pour le traitement et l'utilisation ultérieurs. Il apparat donc que l'invention a pour objet de proposer un peson du caractère général décrit ci-dessus, comportant un détecteur optique qui ne présente cependant pas les inconvénients des dispositifs antérieurs. L'invention concerne également un peson du caractère géné- ral décrit ci-dessus, comportant un détecteur optique qui peut être facilement réglé et étalonné. L'invention concerne encore un peson du caractère général décrit ci-dessus et comportant un détecteur optique nécessitant un nombre minimal de photodétecteurs, quelle que soit la plage de pesée. L'invention concerne encore un détecteur optique de caractère général décrit ci-dessus, simple à construire tout en convenant parfaitement pour une mesure rapide et précise des poids d'éléments successifs de courrier dans un appareil de traitement automatique du courrier, en produisant un signal de sortie susceptible de commander le montant de l'affranchissement à imprimer. L'invention concerne aussi un peson du caractère général décrit ci-dessus, comportant un détecteur optique qui détecte la déviation de la tare en détectant le mouvement d'une distribution amplifiée de franges projetées directement le long d'un trajet optique relativement court L'invention concerne aussi un peson du caractère général décrit ci-aessus, comportant un détecteur optique qui assure le renforcement de signaux indicatifs de poids afin d'obtenir une plus grande fiabilité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap parattront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple nullement limitatif : La fig. 1 est une vue en perspective d'un poste de pesée de courrier dans un dispositif de traitement automatique de courrier, et illustre l'environnement dans lequel le peson réalisé selon l'invention peut être utilisé, La fig. 2 est une vue de cssté du peson, suivant le plan 2-2 de la fig. 1, et montre le détecteur optique, des parties du peson étant éliminées pour simplifier la représentation, La fig. 3 est une coupe du détecteur optique suivant la ligne 3-3 de la fig. 2, des parties du peson étant éliminées pour simplifier la représentation, et montre une source de lumière, un condenseur, deux réseaux et un photodétecteur, La fig. 4 est une coupe partielle du détecteur optique suivant la ligne 4-4 de la fig. 3 et montre les positions d'un réseau mobile pour différentes déviations de la structure de tare, et La fig. 5 est une vue très agrandie suivant la ligne 5-5 de la fig. 3 et montre les franges en moire projetées sur un ensemble de photodétecteurs, montés sur un disque rotatif dans le transducteur. Sur les figures, qui représentent un mode particulier de réalisation de l'invention, la référence numérique 10 désigne un peson à ressorts à lame positionné dans un poste 12 de pesée d'un dispositif de traitement automatique du courrier tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 877 531. La fig. 1 montre une enveloppe 14 disposée sur champ se déplaçant le long d'un trajet du dispositif, et sur le point d'étire amenéeau poste de pesée 12 par deux galets d'entralnement 16 et un déflecteur de guidage 18, comme cela est décrit plus en détail dans le brevet précité. Il faut noter que le peson 10 est réalisé de manière à produire une déviation linéaire sous l'effet de différents poids supportés par un plateau 20. Ce dernier comporte une paroi latérale 22 légèrement inclinée par rapport à un plan vertical et une rainure 24, support d'enveloppe en saillie sur le bord inférieur, vers le trajet d'avance des enveloppes. Lorsqu'une enveloppe est déposée sur le peson 10, elle reste pratiquement verticale, son bord inférieur étant maintenu dans la rainure 24 tandis que sa face arrière s'appuie contre la paroi latérale 22 du plateau. Le plateau 20 est fixé sur une structure de tare 26 par tout moyen approprié, par exemple deux brides espacées 27, et la structure de tare est fixée sur les bords libres de deux ressorts à lame 28, 30 larges, orientés horizontalement et espacés verticalement. Chaque ressort à lame est fixé'en porte à faux par son bord opposé sur un bati de montage 32 incliné, comme cela est décrit plus en détail dans les brevets des Etats Unis d'Amérique nO 3 877 531 et no 3 807 517. Un peson à ressorts à lame de ce type produit une déviation verticale li linéaire en réponse à différentes charges supportées par le plateau 20, avec une déviation négligeable dans le plan horizontal dans une plage prédéterminée de charges.La grande largeur des ressorts 28, 30 qui évite tout déplacement latéral de la structure de tare 26 est d'une importance essentielle. Un détecteur optique 34 est positionné dans le peson 10, entre les ressorts à lame 28, 30 afin de détecter le déplacement vertical de la structure de tare résultant du positionnement d'une charge sur le plateau 20. Comme cela a été mentionné cidessus, le mouvement d'une distribution de franges en moire pour la détection et la mesure du poids d'une charge est utilisé selon l'invention. A cet effet, deux réseaux à raies parallèles sur des substrats transparents sont prévus, l'un des réseaux étant fixe et ltautre réseau se déplaçant avec la tare 26, dans un plan parallèle à celui du réseau fixe.A titre d'exemple, les réseaux peuvent comporter 800 raies Ronchi par centimbtre, mais les écartements entre les raies de chaque réseau peuvent varier et ne sont pas nécessairement égaux comme cela sera explique par la suite. Le détecteur optique 34 comporte un transducteur 36 on forme de U qui est fixé sur un bloc d'écartement 38 monté sur le bâti 32. Deux branches 40, 41 espacées et parallèles du transducteur 36 sont dirigées vers la structure de tare 26. Chacune de ees branches comporte un trou transversal 44, dans un plan horizontal. Un réseau fixe 46, formé sur une face plane d'un substrat 48 transparent, par exemple en serre, est monté sur l'extrémité avant d'un manchon 50 logé dans la branche 40. Dans le but de régler la distance entre les réseaux et l'écartement entre les franges des interférences en moire, le manchon 50 est mobile dans le trou au moyen d'une bague 52 disposée dans une extrémité élargie du trou 44. La bague 52 est serrée quand le réseau a été positionné. Un réseau mobile 54, formé sur une face plane d'un substrat transparent 56,est monté en position verticale dans une gouttière support 58. La gouttière 58 est fixée sur la structure de tare 26 par ses extrémités opposées, par tout moyen approprié, comme des supports. Le réseau mobile 54 est positionné entre les branches 40 et 42 du transducteur 36 et il se déplace verticalement dans toute la plage de charges du peson 10, son mouvement horizontal étant limité par rapport au transducteur. La face plane du substrat mobile est appuyée contre un rebord intérieur plat de la gouttière support 58, et elle serrée dans cette position par plusieurs vis de serrage 60 qui appliquent une pression contre une cale d'appui 62. Pour produire un faisceau lumineux modulé par les réseaux, le trou 44 dans la branche 42 est élargi près de son extrémité opposée à la branche 40, et une lampe appropriée est montée à cet endroit. Une lentille condenseur 60 est positionnée entre la lampe 64 et le réseau mobile 54, projetant un faisceau lumineux perpendiculaire aux réseaux 54, 56 et les traversant. mitant donné que les raies du réseau fixe 46 sont positionnées sous un léger angle d'inclinaison par rapport aux raies du réseau 54, les interférences entre les deux réseaux modulent le faisceau lumineux en formant des franges en moire, parallèles et cycliques La mise en place d'une charge sur le plateau 20 fait descendre la structure de tare 26 et, par conséquent, le réseau mobile 54. Etant donné la grande dimension latérale des ressorts 28, 30, tout mouvement latéral du réseau mobile 54 est interdit pendant ce mouvement de descente. Les deux réseaux 46, 54 sont donc maintenus en parallélisme précis, permettant la projection optique de la distribution en moire avec une haute résolution. Le mouvement de descente du réseau 54 produit un mouvement horizontal des franges en moire successives, orientées verticalement. Le mouvement des franges est détecté et compté, selon l'invention, de manière à produire un signal indiquant le poids de la charge, par exemple l'enveloppe 14,déposée sur le plateau 20. Ce signal, par exemple dans le cas du poste de pesée 12 d'un dispositif de traitement automatique du courrier, peut gtre traité et utilisé pour déterminer et commander le montant de ltaffranchissement à imprimer sur l'enveloppe 14, à un poste suivant. Le mouvement des interférences en moire est détecté par plusieurs photodétecteurs 68, 70, 72 et 74. Bien que quatre photodétecteurs soient représentés, des résultats satisfaisants ont été obtenus avec seulement deux photodétecteurs qui détectent à la fois l'amplitude et la direction du mouvement des franges en moire. Les photodétecteurs 68, 70, 72, 74 sont montés dans un disque isolant 76, à intervalles égaux les uns des autres, et le long d'un axe qui coïncide avec une diagonale du disque. Le disque 76 est positionné dans l'alésage intérieur du manchon 50, en appui contre un épaulement périphérique et il est fixé dans la position voulue au moyen d'un collier fileté 78. Il faut noter que les photodétecteurs sont placés de façon optimale à 900 les uns des autres, par rapport aux franges d'interférences qui se déplacent devant cet ensemble. Les photodétecteurs 68, 72 sont disposés de manière à produire un seul signal de sortie, tandis que les photodétecteurs 70, 74 sont disposés de manière similaire pour produire un seul signal de sortie. Les paires interconnectées de photodétecteurs sont disposées physiquement à 90 l'une de l'autre, de sorte que le signal de sortie combiné de chaque paire est en quadrature avec celui de l'autre paire et sert de signal de renforcement. il s'est avéré que, pour synchroniser avec précision l'é- cartement des photodétecteurs avec l'écartement des franges, un réglage long et précis de l'angle d'inclinaison entre les réseaux était nécessaire. Ceci était dû principalement à la relation fonctionnelle entre l'angle d'inclinaison et l'écartement des raies et,souvent, de petits changements angulaires produit saient des changements disproportionnés d'écartement entre les franges. Selon l'invention, un réglage précis pour synchroniser et coordonner l'écartement des photodétecteurs avec celui des franges est obtenu en modifiant la distance effective entre les photodétecteurs par rapport au mouvement des franges, en faisant tourner le disque 62 et en le bloquant par serrage du collier 64. Pour utiliser cette technique, il faut que la dimension maximale de chaque photodétecteur ne soit pas supérieure à l'é- paisseur de bande de franges. Par conséquent, la rotation du disque 62, de manière que l'axe des photodétecteursne soit pas perpendiculaire au mouvement des franges, ne conduit pas à des lectures inexactes des poids. Le réglage précis de 11 écartement des photodétecteurs par rapport à l'écartement des franges sera maintenant décrit plus en détail en regard de la fig. 5. Si l'on suppose par exemple que l'écartement entre les franges successives est trop grand pour l'écartement des photodétecteurs, une compensation précise est obtenue en faisant tourner le disque 62 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, en augmentant ainsi la distance effective entre les photodétecteurs par rapport au mouvement des franges.Les signaux de sortie des paires de photodétecteurs sont ensuite traités en utilisant des circuits bien connus, par exemple ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 2 886 718 et nO 3 713 139, et ils sont comptés de manière à produire un signal qui convient pour l'affichage optique et pour représenter le poids de la charge placée sur le plateau du peson. Comme cela est décrit plus en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 807 517, la structure de tare 26 se déplace d'une position de charge nulle, le long d'une courbe de déviation, jusqu'à une position de charge maximale ou de pleine charge. Sur la fig 4, la courbe de déviation est représentée en pointillés, la position à charge nulle du réseau 54 est représentée en traits pleins, la position à pleine charge est représentée en pointillés et la position à charge médiane est représentée en traits mixtes. Dans le cas idéal, l'angle de tare est choisi de manière à placer les positions zéro et maximale à des distances égales de la position horizontale médiane des ressorts à lame 28, 30. il faut remarquer que le mouvement horizontal de la structure de tare 26, et par conséquent du réseau 54, inhérent au peson 10 à deux ressorts à lame, ne doit pas affecter le fonctionnement du détecteur optique 34. Les raies horizontales du réseau 54 s'étendent sur une distance nettement plus longue que la surface transversale maximale sensible à la lumière de l'ensemble des photodétecteurs. Ainsi, le mouvement horizontal limité du réseau 54 ne présente aucune discontinuité des réseaux et n'affecte en aucun cas l'apparence et la détection des franges en moire mobiles. Comme cela a été mentionné précédemment, il n'est pas nécessaire que les- réseaux comportent le même nombre de raies au centimètre. Si les réseaux sont superposés parallèlement avec des nombres inégaux de raies par centimètre, il se forme un battement d' interférences dans lequel le nombre des franges par centimètre est la différence entre les nombres inégaux de raies des réseaux. Le mouvement de ce battement est détecté de la mEme manière que celle décrite précédemment. Il apparatt donc que l'invention concerne un dispositif de mesure de poids comportant un détecteur optique qui répond aux différents-objets indiqués, et qui convient parfaitement aux conditions d'utilisation pratique. BivSNDIOATIONS 1 - Dispositif de pesée comprenant un bâti, une structure de tare mobile supportée par ledit bâti, ladite structure de tare se déplaçant sous l'effet du poids d'une charge à peser, et deux bras horizontaux, espacés verticalement, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur optique supporté par ledit bâtit et destiné à déterminer l'amplitude du mouve- ment de la structure de tare, ledit détecteur optique comprenant un dispositif produisant un faisceau lumineux, des premier et second ensembles de réseaux optiques, chacun desdits ensembles de réseaux comportant un réseau optique, ledit premier réseau optique étant monté sur ledit bâti et ledit second réseau étant monté de manière à se déplacer avec ladite structure de tare, et par rapport audit premier réseau, un dispositif de montage et de réglage angulaire dudit premier réseau optique sur ledit bâtit, permettant de régler sa position par rapport audit second réseau, les deux réseaux optiques étant positionnés de manière à faire un angle l'un par rapport à l'autre et à moduler ledit faisceau lumineux en produisant une distribution de franges d1interférences optiques en moire > le mouvement dudit second réseau avec ladite structure de tare par rapport audit premier réseau produisant un mouvement transversal desdites franges, et un dispositif photodétecteur étant monté sur ledit bâti pour détecter ledit mouvement desdites franges produites par le déplacement de ladite structure de tare. 2 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit dispositif photodétecteur comporte plusieurs photodétecteurs individuels disposés en ligne.