Brevet FR2400184A1 — publié le 19790309

La présente invention est relative à un dispositif numérique de mesure d'une position5 en particulier à un dispositif de mesure de longueurs sur des machines-outils, qui comprend une échelle incrémentale, un dispositif mobile de lecture servant à palper cette echelle photo-electriquement, et un étage d'exploitation qui suivant le sens commande un dispositif d'affichage ou de commande par l'intermédiaire de deux compteurs5 et dans lequel un dispositif de commande de l'emplacement du zéro est affecté aux deux compteurs. De tels dispositifs de mesure d'une position ne sont pas nécessairement utilisés exclusivement pour la mesure de longueurs. On peut, en particulier dans les machines-outils, affecter un dispositif de mesure à chacune des trois dimensions et utiliser des dispositifs analogues de mesure pour mesurer des angles. La plupart du temps, le dispositif mobile de lecture produit, par l'interme- diaire d'une grille qui presente la meme division que l'échelle et de plusieurs éléments photo-électriques, par exemple des photodiodes ou des phototransistors, qui sont décalés par rapport à l'échelle de multiples de la division qui ne sont pas des nombres entiers et qu'on déplace sur la lecture en même temps que la grille, au moins deux tensions sinusoldales décalées en phase l'une part rapport à l'autre de par exempl-e 90 , dont la longueur d'onde correspond à la division de l'échelle incrémentale. A partir de ces tensions sinusoidales de lecture, on peut, par des dispositifs multiplicateurs et une interpolation, obtenir des impulsions de comptage dont le nombre est grand par rapport au nombre des divisions parcourues sur l'échelle On peut donc en pratique diviser électroniquement pour l'affichage l'échelle incrémentale. On peut également obtenir, à partir des deux signaux décalés, le sens, présent à un instant donné, du déplacement du dispositif de lecture par rapport à l'échel- le et par suite commander le ou les compteurs en vue d'un comptage correct vers l'avant ou vers l'arriere (pour l'avance ou-le recul). On construit des dispositifs connus de mesure d'une position avec un ou deux compteurs. Dans ce dernier cas, seul est intéressant, dans ces dispositifs connus, l'affichage de l'un des compteurs ou la somme des résultats de comptage des deux compteurs. L'emploi de deux compteurs est seulement destiné à éviter les erreurs de comptage, et par suite les erreurs de mesure, provoquees par des perturbations extérieures. A cet effet, dans un dispositif connu, on affecte à chacun des deux compteurs présents une échelle propre parallèle à l'autre avec un dispositif propre de lecture, et on prévoit une logique de montage qui amène tour à tour au comptage les signaux provenant des deux dispositifs de lecture et qui, dans le cas ou l'un des signaux fait défaut, déclenche un dispositif avertisseur qui indique l'apparition d'une erreur de comptage, de sorte qu'on peut recommencer la mesure. Dans une autre réalisation, on n'utilise qu'un seul dispositif de lecture, et il y a deux compteurs qui se contrôlent mutuellement. Le- compteur principal compte chaque signal qui lui est amené, tandis que l'autre compteur ne compte que les signaux qui sont affectes d'un signe algébrique oppose à celui du signal précédent. Si un signal de dérangement apparat, il en résulte des situations divergentes de comptage et un signal d'erreur est déclenché. Pour la mesure proprement dite seule intéresse la situation de comptage du compteur principal. La situation de comptage peut être amenee à un dispositif numérique d'affichage, par exemple par l'intermédiaire de registres a décalage ou d'amplificateurs d'attaque. Une autre possibilité consiste à actionner directement, à partir d'un compteur principal, un dispositif.semi-automatique ou complètement automatique de commande pour la machine-outil, c'est-à-dire à produire, quand une certaine situation de comptage réglée d'avance est atteinte, un signal de commande qui actionne le dispositif de commande de la machine dans le sens du début de Ta nouvelle phase de travail, par exemple de la fin du contact de l'outil qui vient d'être appliqué ou de l'arrêt de l'avance pour cet outil. Jusqu'a présent, on a généralement prevu sur l'échelle directement une marque dite zero". Le principe consiste à procéder à toutes les mesures nécessaires à -partir de cette marque zero. Or, en pratique, dans les machines-outils, la marque zéro sur l'échel- le ne coincide jamais avec l'endroit d'une pièce montée à usiner auquel sont rapportées ou sont rapportables, d'après un dessin, etc... les coordonnées principales de la pièce. Un emplacement zéro défini sans ambiguSte par rapport à l'échelle est d'autre part absolument nécessaire pour eviter que les erreurs de mesure s'additionnent, pour permettre à chaque instant de remesurer de façon satisfaisante par exemple les cotes principales d'une pièce, et pour posséder en outre, quand des erreurs ont lieu, un point non ambigu de référence à partir duquel on peut mesurer à nouveau les cotes nominales, etc..., de chaque cas.On doit tenir compte de ce qu'en pratique chaque compteur numérique est sur "zéro" quand l'alimentation en courant fait défaut. En outre, dans le cas d'une interruption de courant de brève durée, on ne peut pas compter quand la position arrière mentionnée fait défaut, à cause de l'absen- ce de l'alimentation en courant, malgré un déplacement relatif du dispositif de lecture par rapport à l'échelle, et cela conduirait à une erreur de mesure, mais, en se référant au point zéro fixe on peut répéter le comptage et corriger ainsi la mesure. Pour des mesures exactes, on déplace donc dans chaque cas le point zero, puis exécute alors la mesure à partir de lui.Dans ces mesures se référant à la marque zéro fixe, on forme dans chaque cas, en prenant le signe algébrique en considération, la somme des distances entre les différents points de référence de la pièce à usiner et la marque zero de cette pièce, et de la distance entre cette marque zéro et la marque zéro de l'échelle. Pour faciliter le réglage, on peut également prévoir un commutateur ou interrupteur de mise sur la position zéro qui, lorsqu'il est actionné, met le compteur et par suite l'affichage sur la position zéro. Ce commutateur est actionne quand le dispositif de lecture est, par exemple, dispose exactement sur le point zéro propre à la pièce à usiner, auquel se réfèrent ou se rapportent les coordonnées principales. On prévoit généralement des compteurs manuels ou d'autres dispositifs de mise en place au moyen desquels on mesure la distance entre le point zéro maintenant mis en place et le point zéro de l'échelle, afin de rendre à nouveau possible un rattachement non ambigu au point zero de l'échelle pour de nouvelles mesures ou pour un nouveau réglage après que l'alimentation en courant a fait defaut. La mise en mémoire indiquée dépend de la précision de l'opérateur et peut par suite être entachee d'erreurs qui sont introduites dans la mesure. L'invention consiste essentiellement en ce que, dans un dispositif du genre dont il s'agit ici, le dispositif de commande de l'emplacement du zéro qui est affecte à un point fixe de l'icelle est relié au compteur principal, que le point zéro du compteur auxi liaire peut être fixé ar un commutateur à touches indépendamment du point zero du compteur principal, et que les deux compteurs peuvent être à tour de rôle montés, par l'intermédiaire de commutateurs de commande, sur le dispositif d'affichage ou de commande. Grâce au fonctionnent en parallèle des deux compteurs, des résultats de mesure peuvent être affichés par rapport à deux points zero differents dans chaque position du dispositif de lecture. Le compteur principal indique dans chaque cas la position du dispositif de lecture par rapport au point zéro fixe de l'échelle ou par rapport à tout autre point fixe. Le compteur auxiliaire peut être réglé sur un point zéro de la pièce à usiner. Si dans le cas décrit, on fait se déplacer le dispositif de lecture jusqu'à ce que le compteur auxiliaire affiche zéro et si, le dispositif de lecture étant maintenant immobilisé, on commute pour passer à l'af- fichage du compteur principal, on peut à tout instant vérifier si la distance affichée entre le point zéro établi et le point zéro fixe donné concorde avec les valeurs primitives, c'est-à-dire si l'on a mesuré correctement. Une autre possibilité consiste à régler l'un des compteurs sur le point zéro de la pièce à usiner, de sorte qu'on peut par exemple à partir de ce point zéro régler ou determiner les cotes principales d'une pièce d'après le dessin. D'autres cotes plus petites partent fréquemment de l'extrémité de telles cotes principales. Si l'on se réfère seulement à un point zéro, il faut que ces cotes plus petites qui se réfèrent à l'extrémité d'une cote principale soient à nouveau transformees par le calcul en se référant au point zéro en tenant compte des signes algebriques, de sorte qu'ou bien le dessin devient compliqué ou bien, quand les cotes correspondantes manquent dans le dessin, une source d'erreur est donnée par la transformation.Cela étant, si l'on remet à zéro le second compteur quand le premier compteur est sur l'étage qui correspond à la cote principale réglée, on peut, à partir de ce point zéro mis en place, choisir la cote suivanteaffichée et, en branchant ce second compteur sur le dispositif d'affichage, afficher quand le dispositif de lecture a atteint le point correspondant de l'échelle. Un passage au premier compteur, c'est-à-dire l'affichage du premier compteur, donne alors un affichage de la cote absolue du point atteint, rap portée au point zéro du premier compteur. On peut renouveler aussi souvent qu'on le desire la mise à zéro du second compteur. En pratique, on peut de la façon décrite respecter dans l'usinage les tolérances les plus faibles sans long travail de conversion.Il n'est plus nécessaire de déplacer chaque fois des marques de réfé- rence le long de l'échelle. On peut connecter à l'un au moins des deux compteurs et au dispositif de lecture du dispositif de mesure un dispositif supplémentaire d'alimentation en courant de secours qui est pourvu d'une batterie, de sorte qu'en actionnant un commutateur on peut fixer pour ce compteur un point zero qui, du fait qu'on empêche une panne de courant, conserve son rattachement non ambigu avec l'é- chelle jusqu'à un nouvel actionnement du commutateur. On peut donc renoncer à la marque mécanique de référence.Même quand on arrête la machine dans le cas d'une pièce à usiner dont l'usinage exige plusieurs jours ou quand l'alimentation en courant principal fait défaut et quand pendant la panne de courant un déplacement du dispositif de lecture par rapport à l'échelle se produit, le point zéro établi reste défini sans ambiguTté et on peut toujours reproduire à nouveau le réglage par rapport à ce point zéro. Un dispositif de mesure d'une position suivant l'invention est représente sur le dessin sous la forme d'un schéma de blocs. Le dispositif de mesure possède un dispositif de lecture 1 qui peut se déplacer le long d'une échelle (règle graduée) incrémentale, qui n'a pas été représentée, et qui palpe photo-électrique- ment cette échelle au moyen de dispositifs sensibles à la lumière, par exemple des photo-diodes comme sources lumineuses et des phototransistors comme récepteurs, qui sont décalés l'un par rapport à l'autre, de sorte qu'on obtient sur deux conducteurs de sortie 2 et 3 du dispositif de lecture des tensions sinusoldales décalées en phase l'une par rapport à l'autre, dont la longueur d'onde correspond à la division de l'échelle.L'échelle porte en outre une marque zéro qu'on peut palper au moyen d'un autre- dispositif de pal page qui sert de dispositif de commande de l'emplacement du zéro de sorte qu'on obtient sur un autre conducteur 4 une "impulsion de zero" quand le dispositif de pal page et la marque coïncident. Le dispositif de lecture 1 est en général relié à un ensemble d'exploitation 5 par un câble renfermant les conducteurs 2 à 4, avec des prises de courant 6 pour les conducteurs 2, 3 et 4. Dans l'ensemble d'exploitation, aux conducteurs 2 et 3 est relié un étage multiplicateur 7, qui forme tout d'abord, à partir des signaux décalés en phase, cinq signaux décales l'un par rapport à l'autre, dont l'écart de phase correspond donc à un cinquième de la division de l'échelle. Un autre étage d'exploitation 8, qui fait suite à l'étage 7, contient un montage multiplicateur, qui dérive de chacun des signaux qui lui parviennent quatre impulsions de comptage également espacées l'une de l'autre en phase.L'étage 8 contient en outre un discriminateur de sens qui détermine lequel des deux signaux d'entrée précède l'autre, c'est-à-dire si le dispositif de lecture se déplace vers la droite ou vers la gauche (avance ou recule) par rapport à l'échelle. Parallèles entre eux sont situés sur l'étage 8 deux inverseurs de sens 9, lO,qui reçoivent par des conducteurs 11, lita, 12, 12a des impulsions de comptage pour le comptage en avant ou en arriere (d'avance ou de recul). A l'inverse de sens 9 fait suite un compteur principal 13, qui est à son tour relié à un dispositif d'affichage 14. Si l'on suppose absents les conducteurs lita, 12a et l'inverseur de sens 10, les autres éléments constituent un étage normal d'exploitation. Chaque fois que l'impulsion de zero apparat, cet étage d'exploitation peut recevoir, par l'intermédiaire d'un dispositif 15 d'exploitation de l'impulsion zéro qui peut être raccordé au conducteur 4, une impulsion de commande qui met le compteur 13 et par suite le dispositif d'affichage 14 sur la valeur "zéro". On a prévu dans l'exemple d'exécution une variante dans laquelle un commutateur de présélection 16, d'une part, et un inverseur automatique 17, d'autre part, permettent des réglages supplémen- taires. Des commutateurs ou interrupteurs à bouton poussoir 18, 19, 20, 21 permettent de mettre l'inverseur 17 hors circuit et en circuit, ainsi que de le régler sur certaines valeurs. On peut tout d'abord determiner l'intervalle absolu entre l'emplacement du zero de la piece à usiner et l'emplacement du zero sur l'échelle et le mettre en mémoire au moyen du commutateur de préséiection 16, de sorte que, suivant celle des touches 18 à 21 sur laquelle on appuie, le compteur 13 est mis automatiquement à zéro soit quand la marque zéro de l'échelle, soit quand la marque zero de la piece à u-siner est dépassée. On a prévu, pour compléter, l'inverseur supplémentaire de sens 10, et à coté du compteur- principal 13, un compteur auxiliaire 22 qu'on peut relier à volonté au dispositif d'affichage 14. On peut régler à tout emplacement desiré, au moyen d'un commutateur à touches 23, le début du comptage, c'est-à-dire le point zéro du compteur 22. Il est donc possible de façon naturelle, et il est même probable, que le compteur principal 13 affiche encore une valeur positive alors qu'un affichage négatif peut apparaître sur le compteur auxiliaire 22, car un comptage arrière a eu lieu à travers le point zéro qui y a eté réglé, et inversement.A cause de ces possibilites, des inverseurs de sens 9 et 10 différents sont nécessaires, et~l'inverseur 9 du sens de comptage est en outre accouplé par un conducteur 24 avec le compteur auxiliaire 22, de sorte qu'on-obtient une synchronisation non ambigue des cadences de comptage des deux compteurs 13 et 22. Si l'on appuie sur un autre commutateur à touche 25 servant de commutateur de commande, le compteur 22 est relié au dispositif d'affichage 14, et sur celui-ci apparaissent maintenant les résultats de comptage rapportés au point zero réglé du compteur 22.D'autres commutateurs à touche 26, 27, qui servent de commutateurs de commande, permettent, lors de l'apparition de l'impulsion de zéro sur le conducteur 4, de mettre à volonte à zéro le compteur principal 13, ou de couper cette impulsion de zero, et pour cela de mettre également à zéro le compteur principal 13 àtout emplacement choisi. Suivant une variante d'execution, on peut renoncer à la marque zéro sur l'échelle et prévoir un point zéro choisi à volonté. A cet effet, comme ii faut que cette marque zéro reste toujours et de façon non ambigüe affectee à l'échelle pour la mesure de chaque cas, on prevoit, en plus du dispositif principal d'alimentation en courant, une alimentation en courant de secours qui, en cas de defaut de l'alimentation principale en courant, continue à alimenter au moins le compteur qui comporte le dispositif decrit de commande de l'emplacement du zéro et le dispositif de lecture 1. REVENDICATIONS 1. Dispositif numerique de mesure d'une position, en particulier dispositif de mesure de longueurs sur des machines-outils, qui comprend une échelle incrémentale, un dispositif mobile de lecture servant à palper cette échelle photo-electriquement et un étage d'exploitation qui, suivant le sens, commande un dispositif d'affichage ou de commande par l'intermédiaire de deux compteurs, et dans lequel un dispositif de commande de l'emplacement du zero est affecte aux deux compteurs, le dispositif numérique de mesure étant carac térisé par le fait que le dispositif (15) de commande de l'emplacement du zero, qui est affecté à un point fixe de l'échelle est relié au compteur principal (13), que le point zéro du compteur auxiliaire (22) peut être fixé par un commutateur à touches (23) indépendamment du point zéro du compteur principal (13), et que les deux compteurs (13, 22) peuvent être à tour de rôle montes, par l'intermédiaire de commutateurs de commande (25, 26, 27), sur le dispositif d'affi shage ou de commande (14). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à l'un au moins des deux compteurs (13, 22) et au dispositif de lecture (1) du dispositif de mesure est connecte un dispositif supplémentaire d'alimentation en courant de secours, qui est pourvu d'une batterie.