Brevet FR2384296A1 — publié le 19781013

La présente invention concerne un dispositif de contrôle du déplacement par incrément rectiligne d'un organe mobile se déplaçant dans un plan défini par deux axes rectangulaires X et Y, un déplacement élémentaire etant défini par les informations h X et tY à ajouter aux coordonnées XA et YA d'un point A, de façon à aboutir à un point d'arrivée B de coordonnées Xg et Yg, les informations #X et #Y étant fournies sous forme numérique binaire et le déplacement de 11 organe mobile pouvant être commandé pour chaque axe par des signaux ayant un nombre d'impulsions proportionnel au déplacement à effectuer suivant cet axe. On connait des tables traçantes incrémentales permettant d'effectuer dans un temps constant un déplacement élémentaire défini par les variations + 8 X, -- ou O et + tY, - tY ou O de deux coordonnées rectangulaires X et Y, les quantités nX et tY étant constantes. Une telle table se prête bien à la commande par ordinateur et le tracé obtenu a une allure suffisamment lisse si les déplacements élémentaires sont assez petits (par exemple 0,1 mm). Les mouvements de l'organe traceur sont généralement obtenus à partir de moteurs pas-à-pas. Cependant, la décomposition d'une courbe en de très nombreux déplacements élémentaires augmente le temps nécessaire pour obtenir ce tracé, et le lissage de la courbe aurait été meilleur avec une inclinaison variable des déplacements élémentaires. Il est donc avantageux de disposer d'une table traçante incrémentale permettant de tracer une succession de vecteurs élémentaires définis chacun par des informations variables ss X et Y, les dépla- cements élémentaires pouvant etre importants, par exemple jusqu'à 50 mm. Habituellement, les jeux d'informations AX et AY sont donnés sous forme numérique binaire et proviennent d'un calculateur. La demande d'un nouveau jeu d'informations peut etre faite par l'organe traceur qui signale au calculateur qu'il a terminé son mouvement précédent, mais on préfère souvent fournir les jeux dtinformations à cadence fixe, par exemple 10 jeux par seconde, en s'assurant que pendant un cycle de 100 millisecondes, la table traçante peut effectuer le déplacement le plus long. Chaque information #X ou ss Y ne peut simplement être convertie en un nombre d'impulsions à fréquence fixe, ces trains'd'impulsions commandant chacun un moteur pas-à-pas d'une coordonnée. En effet, un tracé AB ainsi obtenu ne serait rectiligne que si la droite AB était horizontale ou verticale ou inclinée à 450. Les informations A X ou ss Y ne peuvent pas non plus entre traitées entièrement par voie analogique, le cumul des petites erreurs de chaque tracé élémentaire entraînant une erreur globalè inacceptable en fin de tracé d'une courbe complète. Pour pouvoir diminuer la durée constante affectée à un déplacement élémentaire, il est souhaitable de tenir compte des possibilités limites d'accélération et de vitesse des moteurs fournissant les mouvements suivant les deux axes, sans perte de synchronisme entre la commande et l'exécution du mouvement. On connaît des dispositifs, tels que celui décrit dans le brevet US 3 553 549, permettant une montée progressive de la vitesse d'un moteur pas-à-pas en faisant varier la fréquence des impulsions envoyées au moteur, sans modifier le nombre total des impulsions de ce train d'impulsions. Toutefois, cette modification de fréquence est faite d'une manière analogique, et non proportionnelle à l'importance du déplacement, ce qui fait que si deux dispositifs de ce genre étaient appliqués aux deux coordonnées d'une table traçante, la rectitude d'un déplacement élémentaire ne serait plus respectée. Le brevet français 2.306.565 indique un autre procédé pour arriver au meme but. Les moyens employés sont entièrement numériques comme il est souhaitable, mais ils font appel à un calculateur numérique programmé en conséquence. Or un tel calculateur ntest pas toujours disponible, ou son temps est tro-p précieux pour l'affecter partiellement à la commande d'un périphérique.De plus, il est préférable que les constantes particulières d'un périphérique (inertie, accélération permise, vitesse limite, etc...) soient prises en compte par ce périphérique lui-meme, plutôt que traitéedans l'unité centrale, de façon à ce que cette unité centrale puisse etre raccordée sans limitation à n'importe quelle table traçante fonctionnant, par exemple, avec un cycle de 100 ms. Enfin et surtout, ce dispositif n'est applicable qu'à une seule coordonnée X ou Y dont il utilise l'information A X ou tY en cours, et il est incapable de synchroniser les mouvements des deux coordonnées de façon à avoir un déplacement élémentaire rectiligne. Dans le cas d'une table traçante, il est d'autre part souhaitable de pouvoir faire le tracé recherché sur une table usuelle du type à potentiomtre asservi, en n'ayant qutà rajouter des circuits électroniques de commande entre la sortie du calculateur et la table traçante, Enfin les moteurs pas-à-pas ont un faible couple par rapport à leur inertie, et leur couple pulsé engendre -des vibrations à cer-taines fréquences, ce qui est particulièrement gênant si la fréquence de commande doit pouvoir Btre variée. De ces points de vue, les moteurs à courant continu des tables traçantes à potentiomètre asservi sont préférables. La présente invention a pour but de contrôler le déplacement incrémental d'un organe mobile tel que l'organe traceur d'une table traçante XY à partir dtinformationss numériques binaires t X et tY, de façon à obtenir un déplacement élémentaire AB pouvant avoir une amplitude importante dans un temps faible, tout en fournissant un tracé AB rectiligne. Un autre but de l'invention est de prévoir un moyen de programmation des vitesses et.des accélérations des mouvements suivant chaque axe. L'invention a également pour but de permettre la réalisation de ce dispositif de centrale par simple adjonction de composants électroniques entre la source des informations aX - AY provenant d'un calculateur et l'appareil d'utilisation tel qu'une table traçante usuelle, de préférence du type potentiométrique à moteur à courant continu. .Le dispositif de centrale du déplacement suivant l'invention est caractérisé en ce que la sortie d'une horloge délivrant un signal à fréquence fixe FR est connectée pendant une durée constante représentant la durée du déplacement, aux entrées de rythme de deux circuits BRM; dont les entrées binaires reçoivent respectivement, l'une, l'infor- mation AX et l'autre, l'information tY et dont les sorties fournissent les signaux de commande FX respectivement Fy de façon à ce que la trajectoire ÀB soit rectiligne. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, l'horloge délivre une fréquence FH plus grande que la valeur limite à partir de laquelle apparaissent des non-linéarités de réponse des déplacement de organe mobile par rapport aux impulsions des signaux de commande FX et Fy à fréquence moyenne constante. Un troisième circuit BRM est intercalé entre la sortie de l'horloge et les entrées de rythme des deux premiers circuits BRM. Le dispositif comporte un moyen de progrâmmation séquentielle commandant le troisième circuit BRM pour diminuer la fréquence des signaux de commande FX et Fy au voisinage des points de départ A et d'arrivée B, sans toutefois modifier le nombre total d'impulsions des signaux de commande EX et Fy, compte tenu de l'augmentation précitée de la fréquence FR, de façon que, dans le cas d'un déplacement maximal, la commande de l'organe mobile fonctionne au voisinage de la limite de sa réponse linéaire pendant la plus grande partie possible de son déplacement. Selon une réalisation préférée de l'invention, le moyen de programmation séquentielle est constitué par une matrice dont les lignes sont mises sous tension séquentiellement'et dont les colonnes sont connectées à des entrées de portes OU dont les sorties sont réunies chacune à une entrée binaire du troisième circuit BRM. D'autres caractéristiques de l'invention apparaftroat au cours de la description détaillée d'une réalisation suivant l'invention, donnée ci-dessous à titre non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 représente le tracé d'un déplacement elémentaire AS sur le plan X-Y. La figure 2 représente les variations des coordonnées en fonction du temps pour ce déplacement AB. La figure 3 est un schéma par blocs d'un dispositif selon l'invention permettant d'obtenir un tracé AB rectiligne pendant une durée constante. La figure 4 est un schéma par blocs dgun dispositif complémentaire selon l'invention, permettant d'obtenir une programmation des vitesses et des accélérations des mouvements suivant chaque axe. La figure 5 représente, comme la figure 2, les variations d'une coordonnée en fonction du temps, mais pour un déplacement maximal et après programmation des vitesses suivant une loi particulière. La figure 6 est un schéma par blocs d'un dispositif complémentaires permettant de commander un appareil tel qu'une table traçante du type à potentiomètre asservi, à moteur à courant continu. Sur la figure I,- OX et OY representent les axes des coordonnées suivant lesquelles peut etre déplacé l'organe traceur, un moteur réversible -étant affecté à chaque axe. Si l'organe traceur part d'un point A de coordonnées XA et YA pour arriver après un déplacement élémentaire à un point B de coordonnées X3 et Yg, il faut provoquer sur X un déplacement EX = X3 - XA et sur Y un déplacement = = YB - Y. La ligne pointillée de A en B représente une trajec- toire quelconque.Si les vitesses initiales suivant les axes X et Y sont les mêmes, la trajectoire aura tendance à partir avec un angle de 4o Pour que la trajectoire AB soit rectiligne comme représenté en trait plein, il faut que les déplacements suivant les axes X et Y restent proportionnels l'un à l'autre en fonction du temps. Sur la figure 2, on a représenté un cas particulier de cette condition : chaque déplacement (7, 2) est proportionnel au temps, et les déplacements suivant les deux axes X et Y sont terminés au bout d'un temps constant, ici 100 ms. Cela revient à dire que l'amplitude du déplacement suivant chaque axe est fixée par la vitesse de déplacement imposée sur cet axe pendant un temps constant.Si les moteurs sont du type pas-à-pas, cela revient à imposer une tension d'une certaine fréquence FX et Fy à ces moteurs pendant une durée de 100 Sur la figure 3, on a représenté en (3) une horloge délivrant des impulsions dont la fréquence FE correspond à la fréquence maximale qui peut Btre appliquée aux moteurs pas-à-pas, sans que ceux-ci perdent un pas, même au démarrage. Les impulsions à fréquence FH de cette horloge sont amenées aux entrées de rythmes de deux circuits électroniques (4, 5) capables de modifier le rythme binaire d'impulsions. Ces dispositifs sont par exemple commercialisés par la Société Texas Instruments sous la référence SN 7497 avec l'appellation symbolique BRM. Chaque circuit BRM délivre à sa sortie un train d'impulsions qui comporte toutes les impulsions présentes à l'entrée de rythme si des entrées binaires de ce circuit BRM sont toutes validées. Si oertai- nes entrées binaires, telles que 2P et 2q ne sont pas validées, une impulsion sur p et une impulsion sur g seront retirées du train d'impulsion de sortie. L'information binaire t X est appliquée sur l'entrée binaire du dispositif BRM (4) et de meme pour AY sur (5). Les signaux de sortie FX et Fy de (4) et (5) sont appliqués, après mise en forme dans les amplificateurs (6, 7) aux deux moteurs pas-à-pas (8, 9). Un interrupteur (10) permet de n'appliquer le signal FR que pendant le temps constant imparti au déplacement. On voit donc que les moteurs auront provoqué des déplacements (1, 2) semblables à ceux représentés sur la figure 2. Sur la figure 4, l'horloge (3) a maintenant une fréquence FR, supérieure à FH. Après l'interrupteur (10), le signal FE, est appliqué à l'entrée de rythme d'un troisième circuit BRM (11) dont la sortie délivre un signal FR qui, comme précédemment, est raccordé aux entrées de rythme des circuits BRM (4) et (5). De plus, le signal FHt, en aval de l'interrupteur (10), est raccordé à l'entrée d'un diviseur d'impulsion (12)'qui divise par r les impulsions qu'il reçoit, et dont la sortie est raccordée à un compteur (13) qui est de préférence du type compteur-décompteur binaire. Ce compteur a par exemple une capacité de 8, et lorsque la pleine capacité est atteinte, le branchement est automatiquement commuté en décomptage. Les sorties binaires telles que 9 - a - 4 de ce compteur-décompteur sont raccordées aux entrées d'un décodeur (14). Les sorties de ce décodeur, repérées par exemple de O à 7, constituent les lignes (15) d'une matrice de programmation (1-6) dont les colonnes (17) sont groupées dans ce cas par huit. Les colonnes (17) d'un groupe sont reliées chacune à l'entrée d'une porte OU (18) dont la sortie est reliée à une des entrées binaires du circuit BRM (11). il y a autant de groupes de colonnes (17) et de portes OU (18) qu'il y a d'entrées binaires, ce nombre étant par exemple égal à 6. Le programme de l'évolution relative de la vitesse des moteurs en fonction du temps est réalisé en reliant chaque ligne (15) à certaines colonnes (17) appartenant à des groupes différents. Une loi particulière de programmation est représentée sur la figure 5 sur laquelle on a mis en abolisse le temps qui s'écoule depuis l'instant origine du mouvement où l'interrupteur (10) est fermé jusqu'à la fin du mouvement, fixé ici à 100 ms. En ordonnée, on a représenté le nombre n d'impulsions émises sur la sortie du circuit BRM (11). Ce nombre est ici choisi égal à 4096 (21a) en fin de déplacement (point P). En chaque point de la courbe, la tangente à la courbe représente la fréquence moyenne a des impulsions à ce moment, ainsi que la vitesse du moteur. On voit que cette vitesse augmente au début du trajet, pour passer par un maximum au plus é-gal à FR' et diminuer ensuite jusqu'à la fin du déplacement. Plus précisément, on voit que la courbe est symétrique par rapport au point M où la moitié du déplacement est effectuée. Cette symétrie résulte de l'emploi d'un compteur du type compteur-décompteur pour l'organe (13). Ce choix résulte du fait qu'on a constaté expérimentalement que les possibilités limites d'accélération d'un moteur entratnant un chariot étaient voisines de ses possibilités limites de décélération, sans perte de synchronisme. On a également constats que les meilleurs résultats étaient obtenus avec une loi de la forme N n = - ( 1 - cos 74 ) dans laquelle 2 T N est le nombre total d'impulsions dtun déplacement (ici 4096) T est la durée constante impartie à ce déplacement (ici 100 ms) t est le temps variant de O à T et n est le nombre d'impulsions émises depuis l'origine du déplacement jusqu'au temps t. Bien entendu, la fréquence FEw de l'horloge doit être choisie pour être au moins égale à la fréquence mesurée au point M de la courbe. En pratique, avec l'exemple cité, la moitié de cette courbe,ON, est simulée par huit segments de droite dont les pentes (ou les fréquences) sont définies chacune par le codage d'une ligne de la matrice. Le rôle des circuits BRM (4) et (5) sera ensuite, comme précédemment, de transformer ce signal FR à fréquence variable en deux signaux FX et Fy ayant mEme durée et même loi de variation, mais ayant chacun un nombre total d'impulsions plus faible ou au plus égal à N, proportionnels respectivement à AX et #Y. Chaque déplacement (1, 2) en fonction du temps ne sera plus proportionnel au temps comme sur la figure 2, mais ces déplacements resteront à tout moment proportionnels l'un à l'autre FX AX -- = - FI NU La trajectoire AB restera donc rectiligne. La figure 6 représente le dispositif complémentaire à ajouter pour pouvoir utiliser une table traçante du type à potentiomètre asservi, à moteur à courant continu. Les sorties des deux circuits BRM (4, 5), au lieu d'entre raccordées à des moteurs pas-à-pas par l'intermédiaire d'amplificateurs, sont raccordées chacune à un compteur-décompteur (19, 20). Chaque compteurdécompteur (19, 20) a sa sortie raccordée à l'entrée d'un convertisseur Numérique/Analogique (21, 22). Le premier convertisseur N/A (21) délivre à sa sortie une tension VX qui est raccordée à l'amplificateur de la coordonnée X d'une table traçante XY du type potentiométrique, à moteur à courant continu. De même pour le deuxième convertisseur N/A (22) et la tension Vy. Chaque information AX, AY doit évidemment comporter son signe, indiquant le sens du déplacement à effectuer. Dans les exemples précédents, ce signe était implicitement traité avec ltorgane de mise en forme de la commande dtun moteur pas-à-pas. Dans le cas de la figure 67 l'information contenant le signe de AX est envoyée par un conducteur (23) sur une entrée de commande du compteur-décompteur (19), de façon par exemple à commander le comptage pour un signe positif et le décomptage pour un signe négatif. De même pour le signe de hY, envoyé par un conducteur (24) sur le compteurdécompteur (20). Ces compteurs-décompteurs ne sont remis à zéro qu'à la fin du tracé d'une courbe complète, comprenant par exemple quelques centaines de déplacements élémentaires du type AS. Le cumul des erreurs analogiques de positionnement à chaque déplacement est évité dans le cas de moteurs pas-à-pas par l'information numérique contenue dans le système de démultiplication qui se trouve entre l'arbre moteur et organe traceur. Dans le dispositif suivant la figure 6, le cumul de ces erreurs est évité par l'information numérique contenue dans les compteursdécompteurs (21, 22), ce qui permet l'emploi d'une table traçante analogique, avec les avantages que cela comporte. On peut également remarquer que dans le cas d'une commande à moteurs pas-à-pas, il est nécessaire de prendre un coefficient de sécurité dans l'évaluation des possibilités limites d'accélération et de vitesse, par exemple en-fonction de la temperature ou de points durs dans - les transmissions, sinon la perte de pas se traduit par une erreur sur le tracé. Dans le dispositif suivant la figure 6, au contraire, ces possi bilités limites peuvent Btre atteintes ou même légèrement dépassées sans qu'il en résulte d'erreur, car les compteurs-décompteurs (19, 20) ont une rapidité de fonctionnement bien plus grande que celle d'un moteur pas-à-pas. Le seul défaut qui se présenterait serait un trace non rectiligne entre deux points A et B dtun déplacement élémentaire, défaut acceptable tant que l'écart reste de tordre du dixième de millimètre. Bien entendu, des modifications de détail pourraient être apportées aux structures décrites sans sortir du domaine de l'invention. Ainsi, à titre d'exemple, l'ensemble du compteur-décompteur (13) et du décodeur (14) peut entre remplacé par un compteur à base 10 ou 20. L'interrupteur (10) peut être commandé par le comptage d'un certain nombre d'impulsions de l'horloge (3). De mEme la matrice (16) peut etre remplacée par une mémoire PROX, Enfin, ce dispositif peut également etre utilisé pour commander dans le temps la position suivant deux axes d'un outil d'une machineoutil à commande numérique, l'assservisssement pouvant entre autre que potentiométrique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de centrale du déplacement par increment rectiligne d'un organe mobile se déplaçant dans un plan défini par deux axes rectan gulaires X et 9, un déplacement élémentaire étant défini par les informations X et ss Y à ajouter aux coordonnées XA et YÂ d'un point de départ A de façon à aboutir à un point d'arrivée B de coordennées Xg et YB, les informations ss X et aY étant fournies sous forme numérique binaire et le déplacement de l'organe mobile pouvant dtre commandé pour chaque axe par des signaux Fx et Fy ayant un nombre d'impulsions proportionnel au déplacement à effec tuer suivant cet axe, caractérisé en ce que la sortie d'une horloge (3) délivrant un signal à fréquence fixe FR et connectée pendant une durée constante, représentant la durée du déplacement, aux entrées de rythme de deux circuits BRM (4, 5) dont les entrées binaires reçoivent respectivement, l'une, l'information t X et l'autre, l'information # Y et dont les sorties fournissent les signaux de commande FX respectivement Fy. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'horloge (3) délivre une fréquence Fwt plus grande que la valeur limite à partir de laquelle apparaissent des non-linéarités de réponse des déplacements de l'organe mobile par rapport aux impulsions des signaux de commande FX et Fy à fréquence moyenne constante, en ce qu'un troisième circuit BRM (11) est intercalé entre la sortie de l'horloge et les entrées de rythme des deux premiers circuits BRM (4, 5), et en ce que le dispositif comporte un moyen de programma tion séquentielle commandant le troisième circuit BRM (11) pour diminuer la fréquence des signaux de commande h et Fy au voisinage des points de départ A et d'arrivée B, sans toutefois modifier le nombre total d1 impulsions des signaux de commande FX et Fys compte tenu de l'augmentation précitée de la fréquence FH, de façon que, dans le cas d'un déplacement maximal, la commande de l'organe mobile fonctionne au voisinage de la limite de sa réponse linéaire pendant la plus grande partie possible de son déplacement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de programmation séquentielle est constitué par une matrice (16) dont les lignes (15) sont mises sous tension séquentiellement et dont les colonnes (17) sont connectées à des entrées de portes OU (18) dont les sorties sont réunies chacune à une entrée binaire du troisième circuit BRM (11). , 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les lignes (15) de la matrice (16) sont reliées à certaines sorties d'un compteur (13) commandé par un diviseur de fréquence (12) alimenté lui-meme par la fréquence fixe FR. de l'horloge (3). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le compteur (13) commandé par le diviseur de fréquence (12) est du type compteur-décompteur dont le dé comptage commence dès que la pleine capacité de comptage est atteinte. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que : - le nombre total N d'impulsions d'un déplacement - la durée constante T impartie à un déplacement - le temps t variant de O à T au cours d'un déplacement - et le nombre n d'impulsions émises par le troisième circuit BRM (11) depuis l'origine du déplacement jusqu'au temps t N vérifient approximativement la relation n = - ( i - cas - ) a. T 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le compteur-décompteur (13) est du type binaire et est suivi d'un décodeur binaire/décimal (14) dont les sorties décimales sont réu nies chacune à une ligne (15) de la matrice (16). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bornes de sortie des premier et deuxième circuits BRH (4, 5) délivrant les signaux FX et Fy sont raccordées chacune respectivement sur la borne d'entrée d'un compteur-décomp teur (19, 20) susceptible de compter les impulsions de ces signaux FX respectivement Fy, en ce que le signe de l'information aux, respectivement AY est envoyé sur une entrée de commande de chaque compteur-décompteur (19, 20) de façon à procéder au comptage pour un signe positif et au décomptage pour un signe négatif, on ce que les bornes de sortie de chaque compteur-décompteur (19, 20) repre- sentant le contenu numérique de ce compteur, sont raccordées respec tivement aux entrées d'un convertisseur Numérique/Analogique (21, 22), fournissant chacun en sortie une tension Vx respectivement Vy com mandant d'une façon connue en soi, le déplacement suivant les deux axes X et Y au moyen de deux moteurs à courant continu à position asservie.