Brevet FR2379939A1 — publié le 19780901

La présente invention concerne les éléments utilisés pour la commande électrique automatisée et, plus particulièrement, un capteur photo-électrique de position pour moteur électrique pas-à-pas utilisé, en général, pour la réception d'informations relatives à 1' asservissement des impulsions de commande envoyées à ce moteur électrique pas-a-pas. L'augmentation du rendement, de la rapidité de fonctionnement et de la précision d'une commande électrique pas-à-pas utilisée dans les traceurs de courbes, les machines à commande programmée et les autres appareils asservis, ainsi que dans divers mécanismes ê commande programmée numérique, est obtenue par l'augmentation de la vitesse de fonctionnement du moteur électrique pàs-à-pas, ce qui nécessite, en règle générale, le montage sur l'arbre de ce même moteur pas-à-pas d'un moteur de faible puissance en tant que capteur de position. Etant donné qu'à l'heure actuelle la commande électrique pas-à- pas trouve une très large application, la construction des capteurs de position pour moteur électrique pas-à-pas doit être smple et fiable. En outre, compte tenu du-fait que la discontinuité des posi- tions (valeur des pas isolés) des moteurs électriques tend à diminue les capteurs doivent avoir un haut pouvoir discriminateur sans créer en même temps sur l'arbre du moteur électrique pas-à-pas un moteur d' inertie inefficace. On connaRt, notamment, un capteur photo-électrique de position pour moteur électrique pas-à-pas délivrant une impulsion à chaque pas du rotor d'une position à une autre. Le capteur sus-indiqué comprend un disque à fentes rigidement lié à l'arbre du moteur électrique pas-a-pas. Une source de lumik- re et un ensemble optique sont placés d'un côté du disque tandis que de l'autre coté se trouvent des photodiodes branchées sur un bloc convertisseur. Le nombre de fentes pratiquées dans le disque correspond au nombre de positions fixes pour un tour du moteur électrique pas-à-pas. Dans ce capteur l'augmentation du nombre de positions fixes pour un tour du moteur électrique pas--pas provoque ut accroissement du diamètre du disque, ce qui fait augmenter le moment d'inertie de ce dernier et, par conséquent, le moment d'inertie avec lequel est chargé du moteur électrique pas-à-pas. On connaît également un autre capteur photo-électrique de posi tion pour moteur lestrique pas-à-pas qui comprend une source de lumière disposée dans un corps et émettant un faisceau lumineux sur le trajet duquel est placée une pyramide formant miroir fixée sur 11 arbre du moteur électrique pas-à-pas et dont les faces réfléchissent le faisceau lumineux vers un photo-récepteur. Le pouvoir diseriminateur du capteur photo-électrique sus-indique est dIrectement proportionnelle au nombre de faces de la pyramide formant miroir. Dans ce capteur, l'augmentation du pouvoir dis criminateur du capteur provoque, comme dans le cas du capteur décrit ci-dessus, un accroissement des dimensions de la pyramide formant miroir, et, par conséquent, l'augmentation sur l'arbre du moteur électrique pas-a'-pas du moment d'inertie avec lequel il sera chargé. a piesenle invention a pour but de mettre au point un capteur photoélectrique de position pour moteur électrique pas-à-pas qui, grace à une utilisation multiple du faisceau lumineux réfléchi de la pyramide formant miroir créant un faible moment d'inertie de char age su l'arbre du moteur pas-a-pas et le conservant ultérieurement, assure un accroissement du pouvoir discriminateurde ce capteur photoélectrique. L'invention a donc pour objet un capteur photo-électrique de position pour moteur électrique pas-à-pas comprenant une source de lumière disposée dans un corps et émettant un faisceau lumineux sur le trajet duquel est placée une pyramide formant miroir fixée sur l'arbre du moteur électrique pas-a-pas et dont les faces réfléchissent le faisceau lumineux uers un photorécepteur, qui est caractérisé en ce qu'il comprend un réflecteur formant miroir polyédrique logé dans un corps sur le trajet du faisceau lumineux réfléchi par la face respective de la pyramide formant miroir et des conduits de lumière dont le nombre est déterminé par le rapport du nombre de positions pour tour du moteur électrique pas-a-pas au produit du nombre de faces de la pyramide formant miroir par le nombre de faces du réflecteur formant miroir, l'une des extrémités de chaque conduit de lumière est placée sur le trajet du faisceau lumineux réfléchi par la face respective du réflecteur-formant miroir, tandis que le récepteur photo-électrique est attaqué par le faisceau lumineux sortant à travers les extrémités opposées de ces conduits de lumière. I1 est avantageux que le capteur-photo-électrique comprenne un condenseur inséré entre les extrémités des conduits de lumière orien tées vers le photo-récepteur et ce photo-récepteur placé sur le trajet du faisceau lumineux sortant à travers ces extrémités des conduits de lumière. Le capteur photo-électrique de position pour moteur électrique pas-à-pas suivant l'invention possède un haut pouvoir discriminateur tout en présentant de faibles dimensions et un faible moment d'iner tle de charge créé par la pyramide formant miroir sur l'arbre du moteur électrique pas-à-pas. On obtient cette propriété en utilisant dans le capteur une pyramide formant miroir ayant un petit nombre de faces. Une telle pyramide a de faibles dimensions et crée sur l'arbre du moteur électrique pas-à-pas un moment d'inertie de charge minimal.Dans ce cas, l'amélioration du pouvoir discriminateur du capteur est assurée non pas grâce à l'augmentation du nombre de faces de la pyramide formant miroir, mais par suite de l'utilisation de ses éléments constructifs c'est-à-dire du réflecteur formant miroir polyédrique et des conduits de lumière logés dans le corps, ces éléments ne créant pas de moment d'inertie de charge supplémentaire sur l'arbre du moteur électrique pas-à-pas. Cette conception du capteur permet d'appliquer le principe de 1' utilisation multiple des mêmes éléments constructifs du capteur lors d'un tour du moteur électrique pas-à-pas. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 représente une vue-en élévation et en coupe partielle du capteur photo-électrique de position pour moteur électrique pas-à-pas suivant l'invention, fixé sur la carcasse de ce moteur - la Fig. 2 représente une vue de dessus et en coupe partielle du capteur photo-électrique suivant l'invention; - la Fig. 3 représente une vue en coupe longitudinale partielle d'une plaque portant un conducteur de lumière, un condenseur et un photorécepteur du capteur photo-électrique suivant l'invention; ; - la Fig. 4 est un schéma synoptique de la partie électrique du capteur photo-électrique suivant l'invention et du circuit de conversion des signaux électriques prélevés sur ses photorécepteurs. Le capteur photo-électrique de position pour moteur électrique pas-à-pas suivant l'invention comprend un corps 1 (Fig.l) fixé sur la carcasse 2 du moteur électrique pas-à-pas dont on ne voit que l'arbre 3. Le corps 1 renferme une source de lumière 4 constituée d'une lampe à incandescence 5 et d'une lentille de focalisation 6 formant un faisceau lumineux 7. Sur le trajet du faisceau lumineux 7 est placée une pyramide 8 formant miroir rigidement fixée sur l'arbre 3 du moteur électrique pas-à-pas. Sur le trajet du faisceau lumineux 7 réfléchi par les faces de la pyramide 8 formant miroir est disposé un réflecteur 9 se présentant sous la forme d'un miroir polyédrique qui dans le mode de réalisation décrit du capteur, est réalisé sous la forme d'un groupe de plaques 10 constituant des miroirs séparés et servant de faces du réflecteur 9. Chaque plaque en forme de miroir 10 (Fig.2) est immobilisée dans le corps 1 à l'aide de vis de réglage 11. Le capteur photo-électrique contient également un groupe de conduits de lumière 12 qui, dans ce mode de réalisation, sont formés par des conducteurs de lumière à fibres optiques dont le nombre est déterminé par le rapport du nombre de positions pour un tour du moteur électrique pas-a-pas au produit du nombre de faces de la pyramide 8 par le nombre de faces du réflecteur 9 (nombre de plaques en forme de miroir 10). Les conduits de lumière 12 sont fixés dans le corps 1 par l'intermédiaire d'une plaque 13 en matière diélectrique. L'une des extrémités de chaque conduit de lumière est orientée sur le trajet du faisceau lumineux 7 (Fig.l) réfléchi par la face respective (plaque 10) du réflecteur 9. Un photorécepteur 14 est fixé également dans la plaque 13 et réalisé, dans ce mode de réalisation, à l'aide d'une photodiode placée à proximité immédiate de l'extrémité opposée du conduit de lumière 12 respectif. Pour assurer une sensibilité du capteur photo-électrique au sens de rotation de l'arbre 3 du moteur électrique pas-a-pas, le capteur comporte en outre une deuxième source de lumière 15 comprenant une lampe à incandescence 16 et une lentille de focalisation 17 qui forme un faisceau lumineux 18 et le dirige vers la pyramide 8 formant miroir. Sur le trajet du faisceau lumineux 18 réfléchi par les faces de la pyramide 8 est placé un réflecteur 19 formant miroir polyédrique identique au réflecteur 9. Les plaques 20 formant miroir (Fig.2) du réflecteur 19 fixées dans le corps 1 au moyen de vis 21 sont décalées d'un quart de position du moteur pas-à-pas par rapport aux plaques 10 du réflecteur 9. Sur le trajet du faisceau lumineux 18 (Fig.l) réfléchi par les plaques 20 (Fig.2) du réflecteur 19 sont disposés des conduits de lumière 22 dont le nombre correspond au nombre de conduits de lumiè- re 12. Les conduits de lumière 22 sont fixés sur le corps 1 par l'in termédiaire d'une plaque 23 dans laquelle est également fixé un photorécepteur 24 (Fig.l) disposé d'une façon analogue à celle du photorécepteur 14. Il est possible de réaliser un autre mode de réalisation du capteur photo-électrique de position pour moteur électrique pas-à- pas analogue à celui décrit ci-dessus. La seule différence réside dans le fait que dans ce mode de réalisation le faisceau lumineux 7 sortant par les extrémités des conduits de lumière 12 orientées vers le photorécepteur 14 attaque ce photorécepteur 14 à travers un condenseur constitué avantageusement par une lentille focalisatrice 25 (Fig.3) insérée dans le jeu existant entre les extrémités correspondantes des conduits de lumière 12 et le photorécepteur-14. Dans le mode de réalisation décrit la lentille 25 est fixée dans la plaque 13 par l'intermédiaire d'une douille 26 dans laquelle est également fixé le photorécepteur 14. Au cours du fonctionnement du capteur photo-électrique, le photorécepteur 14, à la sortie duquel apparaît un signal dont la forme est voisinetde la forme sinusoidale, est branché sur un conformateur 27 (Fig.4) d'impulsions rectangulaires. Par conséquent, à la sortie 28 dti conformateur 27 apparat un train d'impulsions rectangulaires correspondant au nombre de positions asservies du moteur électrique pas-a-pas. Lors de la détermination par le capteur photo-électrique du sens de rotation de l'arbre 3 (Fig 1) du moteur électrique pas-à-pas, le photorécepteur 24 est également connecté, au cours du fonctionnement, à un conformateur 29 (Fig.4) d'impulsions rectangulaires qui, à son tour, est relié à l'entrée d'un convertisseur 30 sensible à la phase dont l'autre entrée est branchée sur la sortie 28 du convertisseur 27. Par conséquent, à la sortie 31 du convertisseur 30 sensible à la phase, apparaît une tension dont ie signe est une fonc tison du sens de rotation de l'arbre 3 (Fig.l) du moteur électrique pas-a-pas. Au cours du fonctionnement du capteur photoélectrique,les lampes à incandescence 5 et 16 des sources de lumière 4 et 5 respectives sont branchées sur un bloc d'alimentation 32 (Fig.4). Le capteur photo-électrique de position pour moteur électrique pas-à-pas suivant l'invention fonctionne de la façon suivante Le flux lumineux de la lampe à incandescence 5 (Fig. 1) forme le faisceau lumineux 7 focalisé par la lentille 6 de la source de lumière 4 et envoyé par cette dernière vers la pyramide 8 formant miroir fixée sur l'arbre 3 du moteur électrique pas-à-pas. En fonction de la position angulaire de la pyramide 8, le faisceau lumineux 7 qu'elle réfléchit arrive à la plaque respective 10 en forme de tiroir du réflecteur 9 en Scrme o miroir polyédrique.Réfléchi par coetLe çla:ùe, le faisceau lumineux 7 pénètre dans le conduit de lu ère respectif 12 en provoquant l'excitation du photorécepteur 14. zoXsqu2 l'arbre 3 tourne d'une position à une autre, le fais ceau lumineux 7 réfléchi par la pyramide 8 et par la même plaque -O; atteint e conduit de lumière voisin 12 dans le sens de la rotation pour etre reçu par le photorécepteur 14 et renvoyé vers le conformateur 27 (Fig.4) d'impulsions rectangulaires sous formessd'une information (impulsions du courant photoélectrique)relative à l'as servissement de cette position par le moteur électrique. disque l'arbre 3 (Fig. 1) tourne d'un nombre de positions é- gal au nombre de conduits de lumLère 12, le faisceau lumineux 7 passe sur la plaque 10 en forme de miroir voisine dans le sens de la rotation. Enfin, lors de la rotation de l'arbre 3 d'un nombre de po rions égal au produit du nombre de conduits de lumière 12 par le nombre d faces du réflecteur 9 (plaques 10 en forme de miroir),le faisceau lumineux 7 passe sur la face suivante de la pyramide 8 dans le sens de la rotation Le produit du nombre de faces de la pyramide 8 en forme de miroir par le nombre de faces du réflecteur 9 et par le nombre de conduits de lumière 12 correspond au nombre de positions fixes de l'arbre 3 pour un tour du moteur électrique pas-à-pas. I1 en résulte que les mêmes éléments constructifs du capteur photo-électrique sont uutilises plusieurs fois pour obtenir l'information concernant l'asservissement des positions, ce qui permet de le rendre compact tout en conservant un haut pouvoir discriminateur. Pour déterminer le sens de rotation de l'arbre 3 du moteur é- lectrique pas-à-pas, on prélève au photorécepteur 24 un signal électrique décalé par rapport au signal provenant du photorécepteur 14. Dans ce cas, le trajet parcouru par le faisceau lumineux 18 se diri geant vers le photorécepteur 24 est analogue à celui parcouru par le faisceau lumineux 7 arrivant sur le photorécepteur 14. REVENDICATIONS 1 - Capteur photo-électrique de position pour moteur électrique pas-a-pas comprenant une source de lumière logée dans un corps et émettant un faisceau lumineux sur le trajet duquel est placée une pyramide formant miroir fixée sur l'arbre du moteur électrique pasà-pas et dont les faces réfléchissent le faisceau lumineux vers un photorécepteur, caractérisé en ce qu'il comprend un réflecteur formant miroir polyédrique logé dans un corps sur le trajet du faisceau lumineux réfléchi par la face respective de la pyramide formant miroir et des conduits de lumière dont le nombre est déterminé par le rapport du nombre de positions pour un tour du moteur électrique ?as-!-pas au produit du nombre de faces de la pyramide formant miroir par le nombre de faces du réflecteur formant miroir l'une des extrémités de chaque conduit de lumière étant placée sur le trajet du faisceau lumineux réfléchi par la face respective du réflecteur formant miroir, tandis que le photorécepteur est attaqué par le faisceau lumineux sortant a travers les extrémités opposées de ces conduits de lumière. 2 - Capteur photo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un condenseur inséré entre les extrémités des conduits de lumière orientées vers le photorécepteur et ce photorécepteur et placé sur le trajet du faisceau lumineux sortant a travers ces extrémités des conduits de lumière.