Brevet FR2414217A1 — publié le 19790803

Les dispositifs de positionnement d'appareils actuelliment utilisés comprennent généralement des circuits électroniques complexes et coûteux et des équipements qui nécessitent une haute qualification pour leur entretien et leur maintien en fonctionnement. De plus, ces dispositifs présentent fréquemment des possibilités de résolution et de positionnement limitées et ils sont fréquemment perturbés par dés manques de puissance temporaires. L'invention concerne un dispositif de positionnement simple, peu coûteux et très sûr, acceptant les signaux numériques à faible niveau d'énergie provenant d'un dispositif de commande, et positionnant avec une extrême précision tout appareil commandé. L'invention s'applique en particulier à un mécanisme de commande à différentiel classique, par exemple une boite à différentiel dont la sortie commande en sens opposés deux mécanismes de comptage à plusieurs roues. Ces mécanismes, décrits ci-après à titre d'exemple chacun sous la forme d'un compteur classique à décades, comportent des roues menées progressivement, reliées les unes aux autres de manière qu'un tour de chaque roue constituant un étage produise une fraction de tour de la roue de l'étage suivant. La boite à différentiel est entrainée initialement dans un premier sens par un élément d'entrée à mouvement intermittent, par exemple un moteur pas à pas mis en marche en réponse à des impulsions reçues d'un élément de commande d'entrée, par exemple un calculateur.Ensuite, lorsque le moteur de sortie est en marche, la boite à différentiel est entraînée par un mouvement de réaction provenant d'un élément de la commande de sortie. Suivant le sens de la commande d'entrée, l'un des mécanismes de comptage est entraîné dans le sens avant ou sens de comptage par la boite à différentiel, et l'autre mécanisme de comptage est entraîné en sens opposé ou sens de décomptage. En position neutre, les deux mécanismes de comptage sont réglés de manière que quelques pas de comptage du premier étage suffisent à produire un pas d'avance du dernier étage. Par exemple, dans le cas où deux compteurs à décades à quatre chiffres sont réglés de manière à afficher chacun 0998, il est évident qu'après deux pas d'avance pour atteindre 1000, le dernier étage d'un premier compteur tournera dans le sens de comptage vers sa position suivante, alors que le second compteur réalisera un décomptage jusqu'à 0996, son dernier étage restant à zéro. Dans le cas d'un compteur à décades à quatre chiffres, le dernier étage restera fixe pendant approximativement 1000 pas d'avance du premier étage. Un dispositif de commande de commutation est placé à la position avancée suivante sur le dernier étage de chaque compteur, de manière que ce dispositif, qui progresse suivant le sens de la commande provenant de l'entrée à mouvement pas à pas, fasse avancer le dernier étage vers ladite position avancée suivante et que ledit dispositif de commande de commutation associé à ce compteur particulier mette en marche le générateur de force motrice dans le sens souhaité afin qu'une commande par réaction, basée sur le mouvement de sortie, pour commander la boite à différentiel en sens opposé à celui du mouvement d'entrée pas à pas. Par conséquent, la boite à différentiel produit un mouvement net de sortie qui tend à réduire ou au moins à s'opposer à tout écart des compteurs de leurs positions neutres.Lorsque le mouvement d'entrée pas à pas a effectué le nombre de pas demandé par la source de force motrice, il s'arrête, puis la boite à différentiel n'est menée que par la commande de sortie jusqu'à ce que le mouvement ainsi demandé soit achevé. A ce moment les compteurs ont été ramenés à leurs positions neutres et le dispositif de commutation est libéré. La commande d'entrée pas à pas peut être réalisée par un moteur pas à pas commandé par des impulsions, ou bien elle peut être simplement réalisée par un volant qu'un opérateur fait tourner d'un nombre souhaité de pas. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est un schéma du dispositif de commande numérique directe selon l'invention - la figure 2 est une élévation, avec coupe partielle, montrant un type de réaction de commande du dispositif selon l'invention - la figure 3 est une élévation montrant un autre élément de réaction - les figures 4 et 5 sont des élévations partielles et à échelle agrandie d'un mécanisme de comptage présentant une caractéristique principale du dispositif de commande numérique selon l'invention - la figure 6 est une élévation schématique dune seconde forme de réalisation du dispositif selon 1'invention - la figure 7 est une élévation schématique d'une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention ; et - la figure 8 est un schéma d'une autre variante du dispositif selon l'invention comprenant un élément à commande manuelle pour le positionnement à distance d'un appareil. Comme représenté en particulier sur la figure 1, le dispositif de commande numérique directe 10 selon l'invention comprend un moteur pas à pas 12 pouvant produire un mouvement rotatif à pas fixes, dans un sens ou dans l'autre, sous la commande d'impulsions électriques à faible puissance produites par une source convenable 14, par exemple un calculateur. Le mouve rirent pas à pas de sortie du moteur 12 est transmis par un arbre i6 à une boite 18 à différentiel. Le mouvement de sortie- de la boite 18 à différentiel ent lui-même transmis en 20 à des arbres 21 et 22 de deux éléentes 23 de commande intermittente et progressive, par exemple un mécanisme de comptage classique à décades, dans lequel un tour complet du premier étage 24, c'est-à-dire de la roue des unités dans le cas d'un compteur à décades, fait avancer le second étage 26 d'un pas fixe qui, dans le cas d'un compteur à décades, est égal à un dixième de tour. De même, un tour complet du deuxième étage 26 fait avancer le troisième étage 28 d'un pas et un tour complet de la roue de ce troisième étagé fait avancer le quatrième étage 38 d'une fraction de tour. Dans le mécanisme 23 de comptage, les arbres 21 et 22 des compteurs sont entraînés en sens opposés, afin d'effectuer des fonctions décrites plus en détail ci-après, de manière qu'un premier des arbres 21 et 22 produise un comptage ou une addition, et que l'autre arbre produise un décomptage ou une soustraction par incréments. Comme décrit ci-après, lorsque l'un des arbres 21 et 22 est tourné d'un pas fixe, l'un de deux interrupteurs 32 et 34 se ferme pour mettre sous tension un moteur 36 de commande, l'interrupteur qui se ferme dépendant du sens du mouvement d'entraînement provenant de la boîte 18 à différentiel.Le sens de rotation du moteur 36, c'est-à-dire le sens des aiguilles d'une montre (C.W.) ou le sens opposé (C.C.W), dépend de celui des interrupteurs 32 et 34 qui est actionné pour fermer un circuit comprenant des conducteurs 32 et 33 ou 31 et 35, respectivement. Ceci dépend également du sens de rotation de la boite 18 à différentiel et le montage est conçu de manière que le moteur 36 de commande soit mis en rotation en sens opposé à celui du différentiel. L'arbre 38 de sortie du moteur 36 entraine un mécanisme 40 et le mouvement de réaction 40a de l'arbre 38 ou du mécanisme mené 40 est lui-même transmis à la boite 18 à diffé rentier, en sens opposé au mouvement de sortie du moteur pas à pas 12. Par conséquent, le mouvement de sortie 20 de la boîte 18 à différentiel représente la différence entre les mouvements de sortie du moteur pas à pas 12 qui lui-même représente la commande par signaux, et le mouvement produit par le moteur 36 ou l'élément mené 40, qui représente la réaction 40a.Lorsque toutes les impulsions de la source 14 de signaux transmises au moteur pas à pas 12 > ont reçu une réponse du moteur 36 de commande, les arbres 21 et 22 des compteurs sont revenus à leurs positions neutres initiales, de sorte que les deux interrupteurs 32 et 34 sont de nouveau ouverts, comme décrit ci-après. La figure 2 représente une forme de réalisation dans laquelle le mouvement de réaction appliqué au mécanisme 18 à différentiel est prélevé directement sur lemoteur 36 de commande. Comme représenté, le moteur pas à pas 12 commande la boite 18 à différentiel et, lorsqu'il est mis sous tension par l'interrupteur approprié 32 ou 34 commandé par le mécanisme 23 de comptage, le moteur de commande entraîne également le différentiel, mais en sens opposé à celui de l'entraînement par le moteur pas à pas. La boîte 18 à différentiel peut ainsi être entraînée directement au moyen d'un prolongement 38a de l'arbre de sortie du moteur 36 de commande.Simultanément, le moteur 36 assume son travail principal en entraînant un réducteur à engrenage 42 qui lui-même fait tourner l'arbre de sortie du moteur, cet arbre pouvant être Un élément fileté 44 destiné à déplacer un élément mené 40 vissé sur lui. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 3, le mouvement de réaction est pris sur l'élément mené 40. Dans ce cas, le différentiel 18 est entraîné comme décrit pré cédemment par le moteur pas à pas 12 et, lorsque le moteur 36 de commande est mis en marche, il déplace l'élément mené 40 par l'intermédiaire de la vis 44. Dans cette forme de réalisation, une crémaillère 46 peut être fixée à l'élément mené de manière à faire tourner un pignon 48 qui commande la boite 18 à différentiel lorsque l'élément mené 40 est déplacé sur sa course. Comme décrit précédemment, les compteurs sont revenus à leurs positions neutres lorsque le pignon 48 a totalement répondu au signal provenant du moteur pas à pas 12. Les figures 4 et 5 montrent une forme de réalisation dans laquelle les compteurs 21 et 22 peuvent prendre des positions neutres dans lesquelles, de préférence, un très petit nombre de pas d'avance du premier étage 24 provoque une avance du dernier étage. Ainsi, par exemple, dans le cas de deux compteurs à décades, si ces derniers sont réglés de manière à afficher chacun 9999 et si la roue dentée 20 d'entrée est mise en rotation sur 1800, c'est-à-dire un demi-tour de la roue 24 à unités du premier étage, les deux compteurs se déplacent de cinq incréments, mais en sens opposés. Autrement dit, un premier compteur passe de 9999 à 0000, 0001, 0002, 0003 et 0004, alors que le second compteur passe de 9999 à 9998, 9997, 9996, 9995 et 9994. La caractéristique principale de l'opération décrite ci--dessus est que le dernier étage d'un premier compteur reste fixe alors que la roue 30 des milliers du second compteur avance de sa position neutre à la position suivante avec le premier pas d'avance du premier étage. Par conséquent, la roue 30 du dernier étage de chaque compteur porte, à la position suivant ilmédiatement la position neutre, une came 50 qui, lorsqutelle est placée sous l'interrupteur approprié 32 ou 34, le ferme et met ainsi en marche le moteur 36 de commande (figure 1) dans un sens qui dépend dudit interrupteur 32 ou 34 se fermant. Ainsi, lorsqu'un pas particulier d'avance de l'élément mené 40 est souhaité, un nombre approprié d'impulsions à faible puissance est transmis par le calculateur ou toute autre source 14 au moteur pas à pas 12 qui lui-même transmet immédiatement un mouvement pas à pas de sortie à la boîte 18 à différentiel. Le mouvement de sortie de cette dernière est transmis en 20 au mécanisme de comptage de manière que les compteurs 21 et 22 progressent en sens opposés à partir de leurs positions neutres. Immédiatement, comme décrit précédemment, le dernier étage d'un premier compteur passe immédiatement à sa position avancée suivante de manière que la came 50 de ce compteur ferme l'interrupteur associé 32 ou 34 et provoque la mise en marche du moteur 36 de commande dans le sens ainsi déterminé.Comme décrit précédemment, le mouvement de sortie est ramené par réaction de l'un des éléments de la commande à la boite 18 à diffé rentier, de manière que le mouvement 20 de sortie de cette dernière corresponde à la différence entre les mouvements de commande du moteur pas à pas 12 et du moteur 36. Lorsque le mouvement de commande appliqué par le moteur pas à pas au différentiel est achevé, le moteur pas à pas s'arrête et seul le moteur de commande produit un mouvement. Lorsque l'action du moteur de commande est achevé, les compteurs sont revenus à leurs positions neutres et la came libère l'interrupteur précédemment fer me. Dans la forme de réalisation selon l'invention représentée, il suffit que la rotation du moteur pas à pas 12 sous la commande d'une seule impulsion électrique soit égale ou inférieure à celle demandée pour produire un mouvement des compteurs correspondant à une unité. Autrement, la précision du po sitionnement des compteurs serait limitée par le moteur pas à pas plutôt que par le mécanisme de comptage. Il apparaît d'une manière évidente que les positions neutres des deux compteurs 21 et 22 peuvent être réglées simplement et aisément de manière qutil suffise de deux incréments ou plus au premier étage pour déclencher la commande de sortie, c'est-à-dire passer à 9998 ou 9997 dans le cas de compteurs à décades. Ceci permet d'augmenter la stabilité du dispositif aux dépens cependant de la précision du positionnement. Autrement, dans le cas où le mouvement commandé ne s'arrête pas exactement eli même temps que la cessation de l'effort moteur et lorsque le passement de course dépasse la zone neutre, le dispositif oscille ou exécute simplement des mouvements périodiques autour du point de réglage. Dans la forme de réalisation représentée, la résolution du dispositif est d'une unité et sa capacité de mémoire est de 1000 unités. Cependant, par simple allongement de la came de la roue des milliers de chaque compteur afin que cette came couvre les positions 0 à 4, la capacité de mémoire peut être portée à 5000 unités. De plus, l'apport d'une roue à chif fres entraine, dans le cas d'un compteur à décades, un accroissement de la capacité de mémoire, suivant un facteur de 10, sans diminution de la sensibilité ou de la résolution. Bien que les compteurs représentés soient du type simple à décades, tout mécanisme à mouvement intermittent, par exemple un mécanisme à croix de Malte, peut être adapté afin d'être utilisé comme dispositif de comptage, bien qu'il ne soit pas nécessairement à décades. De plus, les chiffres de comptage indiqués dans le présent mémoire ne sont cités qu'à titre d'exempie et ne sont pas essentiels au fonctionnement du "mécanisme de comptage".Un tel mécanisme comprend, dans le cadre de l'in- vention, plusieurs commandes à mouvement intermittent accouplées les unes aux autres, et dont le premier étage, commandé en contenu, produit une rotation fractionnelle du deuxième étage lorsqu'il exécute un tour complet, le troisième étage exécutant lui même une fraction de tour lorsque le deuxième étage réalise un tour complet, etc. Ces mécanismes diffèrent d'un jeu classique de pignons par le fait que tous les étages, y compris le pre nier, se déplacent à la même vitesse, même s'ils ne parcourent qu'une fraction de tour. Bien que le moteur 36 de commande soit représenté Fous la forme d'un moteur électrique, il est évident que toute source convenable de force motrice peut être utilisée, cette Source pouvant se présenter sous la forme de moteurs -hydrauliques ou pneumatiques. Il ressort de la figure 3 qu'un mouvement rotatif de commande n'est pas essentiel au dispositif selon l'invention et que le mouvement de réaction peut être prélevé sur un élément simple de commande à mouvement linéaire, par exemple un vérin hydraulique ou pneumatique. Il est également évident que les interrupteurs électriques peuvent être remplacés par une commande pas à pas à fluide, permettant au dispositif selon l'invention d'assumer sa fonction de commande numérique dans des environnements où il n'est pas possible de disposer de l'électricité ou d'utiliser celle-ci. Comme représenté sur les figures 2 et 3, un second mécanisme 54 de comptage peut être entraîné directement par le moteur 36 ou par le pignon mené 48 afin de contrôler la précision du dispositif. Par exemple, après achèvement de la totalité ou d'une partie prédéterminée du mouvement commandé par le calculateur 14, il est possible de déterminer l'indication par le compteur 54 d'un nombre donné d'incréments de comptage. Cette vérification peut être indiquée par une autre came 58 occupant une position prédéterminée sur le mécanisme de comptage, afin de produire un signal convenable par l'intermédiaire d'un interrupteur 60. La figure 6 représente une autre forme de réalisation selon l'invention dans laquelle le mécanisme 23 de comptage, décrit précédemment peut être mis en oeuvre pour non seulement produire un signal de marche et d'arrêt, mais également pour rendre ce signal proportionnel à la différence entre le mouvement d'entrée et le mouvement de réaction. A cet effet, un prolongement fileté 21a de l'arbre 21 des roues de comptage dépasse le boîtier et porte un écrou 62 vissé sur lui. Un bras 64, fixé à cet écrou, coulisse dans un guide rainuré 66 empêchant l'écrou de tourner mais lui permettant de se déplacer axialement le long de la tige filetée. Un potentiomètre 68 à variation linéaire est monté le long de la tige filetée de manière que son curseur 70 soit fixé à l'écrou.Par conséquent, lorsque le dernier étage 30 du compteur monté sur l'arbre 21 est déplacé de sa position neutre à sa position avancée suivante, l'interrupteur 32 se ferme comme décrit précédemment. De plus, lorsque l'arbre du compteur continue de tourner au-delà de la position neutre, ce qui indique la nécessité d'une réponse à un signal d'entrée plus grand, l'écrou 72 est déplacé davantage le long de la tige filetée 21a, de manière que le signal électrique augmente proportionnellement et, par conséquent, que le mouvement de sortie soit plus rapide. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 7, le potentiomètre est remplacé par un second interrupteur 80 de fin de course qui déclenche sélectivement un circuit 74 à petite vitesse ou un circuit 76 à grande vitesse. Dans le cas où le compteur s'éloigne de sa position neutre, un écrou 78 se déplace le long de la tige filetée 21b. Dans le cas où le déplacement de l'écrou par rapport à sa position neutre suffit à l'éloigner de dessous l'interrupteur 80, ce dernier tombe de sa position normale à petite vitesse, dans laquelle il ferme le circuit 74,-à une position à grande vitesse dans laquelle il ferme le circuit 76, afin d'accélérer le mouvement de réponse. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 8, le mouvement pas à pas d'entrée provient simplement d'un volant 112 permettant à un opérateur de commander le déplacement d'un seul étage d'un mécanisme 140 en introduisant à l'aide d'un cadran le nombre de pas de mouvement dans un mécanisme 114 de comptage, par l'intermédiaire d'une transmission convenable 115. Cet ordre d'entrée est transmis en 116 à la boîte 118 à différentiel qui, de même que dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, commande un mécanisme 123 de comptage afin de fermer l'un de deux interrupteurs 132 ou 134, de la manière décrite précédemment, pour faire tourner le moteur 136 de sortie dans un sens ou dans l'autre. Dans cette forme de réalisation et de même que dans celle représentée sur la figure 1, un moteur pas à pas 141, commandé par un générateur 142 d'impulsions qui est connecté à un élément 143 de réaction lui-même relié à l'élément positionné 140, peut répondre ou s'opposer au mouvement d'entrée de la boite 118 à différentiel. Le moteur pas à pas est relié en 144 à la boite 118 à différentiel afin de la commander et de commander également, par une transmission 145, un compteur qui indique l'exécution d'une réponse à une commande lorsque le mécanisme 123 atteint de nouveau sa position neutre. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de commande numérique, caractérisé en ce qu'il comporte une boîte à différentiel, une commande d'entrée à mouvements rotatifs pas à pas et bidirectionnelle, entraînant ladite boite à différentiel, une commande bidirectionnelle de sortie destinée à amener un élément à une position choisie qui est déterminée par un certain nombre d'impulsions, une commande à réaction déclenchée par la commande de sorte et montée de manière à solliciter la boite à différentiel en opposition à la commande d'entrée, des premier et second éléments de commande à mouvements intermittents et progressifs et à plusieurs étages, un tour complet de chaque étage de chacun de ces éléments de commande provoquant un pas d'avance, correspondant à un tour partiel, de l'étage qui suit immédiatement, la boîte à différentiel étant montée de manière à commander lesdits éléments à mouvements intermittents et progressifs dans des sens opposés d'avance et de recul, les premier et second organes de déclenchement mettant en oeuvre, lorsqu'ils sont sollicités, ladite commande de sortie afin de l'entraîner dans l'un de deux sens opposés, et des premier et second organes de commande, placés chacun sur un étage autre que le premier étage, de l'un des éléments de commande à mouvements intermittents, ces organes de commande étant disposés de manière à porter respectivement contre les premier et second organes de déclenchement à la suite d'un seul pas de mouvement de l'étage sur lequel chacun de ces organes de commande est monté, lesdits organes de commande mettant hors fonction les organes de déclenchement lors d'une inversion dudit pas de mouvement, les éléments de commande à mouvements intermittents et progressifs étant chacun réglés initialement à une position neutre dans laquelle un tour partiel du premier étage dans un sens d'avance produit seulement un pas d'avance des étages suivants de chacun de ces éléments. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande d'entrée comprend un élément de commande actionne manuellement. 3. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande d'entrée comprend un volant manuel et un premier élément de comptage, commandé par ce volant et destine à afficher le nombre de pas de mouvement produit par ledit volant. 4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément de comptage commandé par ladite commande d'entrée et un second élément de comptage commandé par ledit élément de commande à réaction. 5. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé. en ce que ledit élément de commande à réaction comprend une seconde commande à mouvement rotatif pas à pas et bidirectionnelle, un générateur de signaux de réaction qui produit des impulsions d'entrée actionnant ladite seconde commande, ce générateur étant commandé par la commande de sortie ou ledit élément mené. 6. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la commande d'entrée à mouvements pas à pas est destinée à être'reliée à une source de signaux d'énergie produisant des impulsions qui actionnent ladite commande d'entrée. 7. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande à mouvements rotatifs et pas à pas comprend un moteur électrique réversible pas à pas, ladite source d'énergie pouvant être actionnée de manière à faire tourner sélectivement le moteur pas à pas dans un sens ou dans l'autre. 8. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de commande à mouvements intermittents et progressifs comprennent des compteurs à plusieurs roues, les Organes de commande étant montés en position fixe sur la roue du dernier étage, les compteurs étant initialement réglés à des positions neutres dans lesquelles les roues des premiers étages font avancer les roues du deuxième étage sans exécuter plus d'un demi-tour, les roues du dernier étage des compteurs étant dans des positions précédant immédiatement ladite position fixe ét toutes les roues des autres étages occupant des positions telles qu'un seul pas d'avance de l'une de ces roues provoque un pas d'avance de la roue de l'étage suivant immédiatement. 9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les premier et second organes de déclenchement comprennent des interrupteurs placés à proximité des compteurs, les premier et second organes de commande comprenant des cames pouvant entrer en contact avec les interrupteurs lorsqu'elles sont orientées vers ces derniers. 10. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la commande de sortie comprend un moteur électrique, les premier et second organes de déclenchement comprenant des interrupteurs qui lorsqu'ils sont fermés, mettent sous tension ledit moteur, les premier et second organes de commande comprenant des cames pouvant fermer lesdits interrupteurs lorsquelles sont orientées vers ces derniers, les compteurs comportant des éléments qui provoquent un accroissement du courant électrique alimentant le moteur, cet accroissement étant proportionnel à l'éloignement desdits compteurs de leurs positions neutres. 11. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les roues des premiers étages, lorsqu'elles sont en position neutre,peuvent faire avancer les roues du deuxième étage en effectuant moins d'un demi-tour.