Brevet FR2428867A1 — publié le 19800111

L'invention a pour objet un dispositif qui fait application des détecteurs de proximité inductifs du type analogique pour engendrer des fonctions linéaires, aptes en particulier à commander les déplacements d'un objet sans la mise en oeuvre de contacts. Les applications pratiques d'un tel dispositif sont variées et peuvent concerner également la simple génération de fonctions, à partir d'une commande manuelle, en particulier d'une tension linéaire étalonnée à partir de l'enfoncement d'un bouton-poussoir. Le dispositif suivant l'invention comporte une masse métallique et au moins un détecteur de proximité du type susvisé et est caractérisé en ce que, en vue d'obtenir une variation linéaire étalonnée du signal, il est prévu des moyens de guidage et de commande du déplacement progressif de ladite masse métallique suivant au moins une direction prédéterminée. Dans son application à la commande intuitive de déplacement d'un objet, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux détecteurs de proximité fixes centrés sur deux axes perpendiculaires, ladite masse métallique étant centrée au repos, au point d'intersection de ces deux axes et agencée pour que sa translation, ou celle de sa projection; dans une direction quelconque du plan de ces deux axes1 sous l'action desdits moyens de guidage et de commande, entraîne un déplacement de son centre de gravité dans la même direction, le dispositif comportant en outre des moyens d'engendrer à partir des signaux de sortie des détecteurs de proximité, des tensions de commande proportionnelles aux composantes dudit déplacement suivant les deux axes, et deux moteurs électriques dont la vitesse de rotation est commandée par lesdites tensions. D'autres caractéristiques, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à la lumière de la description ci-après Au dessin annexé La figure 1 est le schéma de principe d'un dispositif de commande intuitive de déplacements, conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention; La figure 2 représente le levier de commande et les détecteurs de proximité que comporte un dispositif conforme à une variante; La figure 3 représente un mode d'exécution simple d'un bouton potentiométrique conforme à l'invention et, La figure 4 représente une variante plus élaborée, avec de multiplication de l'action du bouton-poussoir. A la figure 1 on a représenté une masse métallique sphérique 11 traversée par un évidement 2 ayant la forme d'un cylindre dont la section, dans le plan diamétral figuré, a la forme d'un rectangle prolongé par deux demi-cercles. Un axe fixe 3, perpendiculaire au plan de la figure, a un diamètre légèrement inférieur à celui des demi-cercles, si bien que la sphère peut être déplacée dans une direction quelconque du plan. On l'a figurée dans une position de repos, dans laquelle un ressort 4, fixé entre une extrémité de l'évidement et l'axe 3, est en extension. Lorsque l?on déplace la sphère par translation, par exemple, dans la direction d' d', on comprime le ressort, qui joue ainsi le rôle d'un organe de rappel. Une poignée de manoeuvre, non figurée, et solidaire de la sphère est prévue pour obtenir le déplacement angulaire de la sphère, qui permet de sélectionner la direction. Un bouton poussoir, incorporé à cette poignée, pousse la sphère pour obtenir le déplacement en translation. Quatre détecteurs de proximité inductifs à sortie analogique linéaire en fonction de la distance, 5 à 8, sont disposés suivant deux axes rectangulaires X'X et Y'Y, à égale distance du point d'intersection 0 de l'axe de symétrie de l'axe 3 avec le plan de déplacement (plan de la figure). Ces détecteurs dits "proportionnels" sont avantageusement du type décrit dans la demande de brevet français déposé le 17 Mars 1978 par la Demanderesse pour : détecteur de proximité inductif fournissant un signal de sortie proportionnel à la distance Les détecteurs sont alimentés entre deux bornes dont l'une est à la masse (o v) l'autre à une tension + Va vo La tension analogique de sortie (V1 à V4 respectivement) est prélevée entre des bornes S1 à S4 et la masse, et des résistances réglables R1 à R4 permettant d'effectuer l'étalonnage des détecteurs. Les bornes S1 et S3 sont respectivement connectées aux entrées positive et négative d'un amplificateur opérationnel 9 dont l'entrée négative est reliée à la sortie par une résistance 10 et à S3 par une résistance 11 tandis que l'entrée positive est reliée à la masse par une résistance 12 et à S1 par une résistance 13. Les résistances Il et 13 ont une valeur R et les résistances 10 et 12, une valeur NRs Ndéfinissant le gain de boucle des amplificateurs. Dans ces conditions, la tension de sortie V est une fonction linéaire de N. (V1 - V3). 3 De même, les bornes S2 et S4 sont respectivement reliées par des résistances 14 et 15 de valeur RX aux entrées positive et négative d'un amplificateur opérationnel 16, dont l'entrée négative est reliée à la sortie par une résistance 17 de valeur NR. L'entrée positive est reliée à la masse par une résistance 18 de valeur NR. La tension de sortie est Vy est une fonction linéaire de N. (V2 - V4). La sortie de l'amplificateur 9 attaque un dispositif électronique 19, apte à fournir, à un moteur 20, des signa x de commande propres à déterminer la rotation du moteur à une vitesse Vx proportionnelle à Vx. Le sens de rotation peut être inversé par un inverseur 21s lorsque celui-ci est mis en service par un organe 22 de détection du signe de V . Lorsque Vx est positif, l'organe 22 commande l'organe Z1 de manière qu'il fonctionne en amplificateur non inverseur. La réalisation des organes 19 - 21 - 22 est à la portée de l'homme du métier. De même, la sortie de l'amplificateur 16 attaque un dispositif électronique 23, apte à fournir des signaux de commande à un moteur 20, à travers un inverseur 25 commandé, en un organe détecteur de signe 26. Le moteur 24 tourne ainsi à une vitesse 7y proportionnelle à Vy Les moteurs 20 et 24 sont destinés à commander le déplacement d'un objet dans un plan dans une direction définie par la composition des vitesses v et v On peut montrer que cette direction correspond à x y celle définie par la manoeuvre de la poignée. On peut admettre, en effet, que l'influence de la masse 1 sur les détecteurs inductifs est sensiblement la même que si elle était concentrée en deux points Gx et Gy qui sont les projections de son centre de gravité GX évidemment situé en d'dX sur les deux axes respectifs x'x et y'y. Dans ces conditions, la différence des tensions t1 - V3 est proportionnelle à 2 x OGX tandis que la différence des tensions V2 - V4 est proportionnelle à 2 x OGy. Lorsque le bouton-poussoir de la poignée n'est pas enfoncé, les distances OGx et-OGy sont+rès.faibles et l'on peut étalonner y l'appareil de manière que les tensions Vx et Vy soient alors nulles. Ces tensions croisent évidemment proportionnellement au déplacement du point G, si bien que le bouton-poussoir permet de regler la vitesse du déplacement de l'objet auquel on désire faire subir un mouvement. On a ainsi réalisé ce qu'on appelle généralement une "commande intuitive" de ce mouvement, en direction et en vitesse et ce, sans aucun contact matériel entre l'organe de manoeuvre et des commutateurs. On notera que le schéma de la figure 1 peut être simplifié en supprimant les détecteurs 7 et 8 et en appliquant la tension V1 à l'entrée négative de l'amplificateur 9 et la tension V2 à l'entrée négative de l'amplificateur 16, les entrées positives de ces deux amplificateurs recevant alors une tension de référence Vref. Dans ces conditions, les sorties des amplificateurs deviennent Vx fonction linéaire de N (bref - Vi) x et -V fonction linéaire de N (Vref - V2) y ~~ ~~ Les tensions Vx et Vy sont encore fonctions linéaires de OGx et OG-. y Cette variante est plus simple, mais moins précise que le mode d'exécution de la figure 1. Les diverses dérives pouvant intervenir ne permettent pas d'obtenir un zéro correct des amplificateurs opérationnels. I1 doit être bien compris, par ailleurs,que la masse métallique qui influence les détecteurs de proximité, n'est pas nécessairement sphérique munie d'un évidement allongé provoquant un excentrement de son centre de gravité.On peut utiliser, à la place de cette disposition, toute incesse en matière magnétique présentant de préférence aux détecteurs des surfaces relativement grandes vis-à-vis de la surface de leurs faces sensibles (pour obtenir une commande précise de la direction de déplacement de l'objet à déplacer et agencée et guidée pour pouvoir être orientée dans une direction quelconque du plan et déplacée dans cette direction entre nant un déplacement de son centre de gravité dans la même direction;; Les moyens de provoquer le déplacement contrôlé de la masse à partir de la manoeuvre d'un organe à commande manuelle, tel que poignée, peuvent revêtir des formes diverses Une disposition simple et commode est représentée à la figure 2. Quatre détecteurs de proximité inductifs, disposés sur deux axes rectangulaires fixes X'X et Y'Y se coupant en un point 0 et à égale distance de 0, ont reçu les mêmes numéros de référence 5 à 8 qu'à la figure 1. En variante, les détecteurs 7 et 8 pourront être supprimés. La masse métallique 27 est cylindrique et solidaire d'un levier de commande à rotule. En position verticale du levier (le plan XOY étant supposé horizontal), la masse 27 est centrée en O,Le levier peut prendre une direction quelconque à l'intérieur d'un cône d'ouverture G I1 est évident que le centre de gravité de la masse M se projette alors sur le plan XOY en un point qui définit une certaine direction avec le point 0 et que les tensions fournies par les détecteurs analogiques sont sensiblement proportionnelles aux deux composantes de cette direction. Le reste du montage est évidemment identique à celui de la figure 1. Un ressort 29, disposé dans le prolongement de l'axe de symétrie du levier, rappelle celui-ci dans la position de repos pour laquelle la masse 27 est centrée en 0. En enfonçant plus ou moins le levier, c'est-àdire en provoquant sa translation, le long de son axe de façon à rapprocher son centre G du centre R de la rotule, on fait croître la distance OG et, par conséquent, on augmente dans la même proportion les vitesses vx et vy, y Le dispositif décrit ci-dessus permet de traduire l'orientation d'une masse métallique, orientation définie par commande manuelle dans le plan de deux axes de coordonnées, en deux signaux électriques représentatifs des deux cOmposantes de cette orientation. Il constitue donc une sortie de générateur de fonction à commande manuelle. Le nombre de coordonnées pourrait évidemment être modifié. A la figure 3, on a représenté un dispositif traduisant par un seul signal électrique le déplacement manuel 16 d'une masse métallique suivant une direction définie par une seule coordonnée. I1 s'agit, en fait, d'un bouton potentiométrique, destiné à engendrer un signal analogique fonction de l'enfoncement d'un bouton-poussoir 30. Celui-ci est solidaire d'une plaque d'acier 31 que l'on déplace en translation à l'intérieur d'une enveloppe 32, en enfonçant plus ou moins le bouton-poussoir, rappelé au repos par un ressort 33. Un détecteur de proximité inductif à sortie analogique 34 fournit, aux bornes d'une résistance 35, un signal Vs fonction linéaire du déplacement. La décroissance progressive et linéaire de ce signal, en fonction de l'enfoncement du bouton-poussoir, est ainsi obtenue de manière très simple Dans la variante de la figure 4, où les mêmes numéros de références, désignent les mêmes pièces qu'à la figure 3, le bouton-poussoir 30 entraîne le déplacement d'une tige de commande 311, rappelée par un ressort 33 et terminée par une extrémité profilée qui coopère avec un bord de l'orifice central d'une pièce métallique annulaire 36 Cette pièce est montée dans un logement plat 37 fixé par des brides 38 - 39 au détecteur de proximité 34, si bien que la pièce 36 ne peut subir aucune translation parallèle au déplacement du bouton-poussoir.Par contre, elle subit une translation perpendiculaire à ce déplacement, avec démultiplication dans un rapport qui dépend du profil de la pièce 311. Lorsqu'on enfonce le bouton, la translation de la pièce 36 éloigne l'un des bords de la pièce 36 de la face sensible 341 du détecteur, face qui est disposée parallèlement à la direction du déplacement du bouton-poussoir Un ressort 40 rappelle la pièce 36 vers la face sensible 341. I1 en résulte finalement que la tension de sortie aux bords de la résistance 35 décroît beaucoup plus lentement que dans le cas de la figure 3 lorsqu'on enfonce progressivement le bouton poussoir. Cette solution permet de miniaturiser le dispositif. En effet, si l'on utilise un détecteur ayant une faible plage utile de fonctionnement, par exemple quelques mm, on pourra cependant conférer au bouton-poussoir une course notable (10 à 15 mm par exemple) à condition de démultiplier la commande On notera que le signal engendré par le bouton potentiométrique que l'on vient de décrire peut servir à commander le déplacement linéaire d'un objet Il suffit pour cela d'appliquer ledit signal à une entrée d'un amplificateur opérationnel, dont l'autre entrée reçoit une tension de référence.La tension de sortie de l'amplificateur, proportionnelle à la différence, peut servir à commander un moteur qui entrain l'objet en translation, à une vitesse proportionnelle à la distance entre la surface sensible du détecteur de proximité et la pièce métallique mobile du bouton potentiométrique. Lorsque l'on veut effectuer une commande intuitive du déplacement d'un objet dans une direction de l'espace définie par trois axes de coordonnées, on peut alors adjoindre, au dispositif de la figure 1, un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit, dont le bouton poussoir est monté pour se déplacer perpendiculairement au plan X'X7 Y'Y. I1 va de soi que l'invention n'est limitée, ni aux dispositifs décrits et représentés, ni à la commande intuitive, qui en constituent cependant l'application la plus intéressante. REVENDICATIONS 1. Dispositif générateur d'un signal électrique analogique comportant une masse métallique et au moins un détecteur inductif de proximité du type proportionnel, caractérisé en ce que, en vue d'obtenir une variation linéaire étalonnée du signal, il est prévu des moyens de guidage et de commande du déplacement progressif de ladite masse-métallique suivant au moins une direction prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, appliqué à la-réalisation d'un bouton potentiométrique, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage et de commande comportent une enveloppe à l'intérieur de laquelle se déplace une plaque métallique par enfoncement d'un boutonpoussoir rappelé en position neutre par un ressort. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bouton-poussoir actionne une tige de commande dont l'extrémité est agencée en came pour provoquer le déplacement, avec démultiplication, d'une pièce métallique guidée, perpendiculairement à la direction de déplacement du bouton-poussoir. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, appliqué à la réalisation d'un appareil de commande du déplacement linéaire d'un objet suivant une direction prédéterminée et à une vitesse réglable, caractérisé par moteur électrique et un amplificateur opérationnel de commande de la vitesse du moteur, monté en comparateur et recevant, d'une part le signal de sortie du détecteur de proximité, d'autre part, une tension de référence. 5. Dispositif selon la revendication 1, appliqué à la commande intuitive du déplacement d'un objet à vitesse réglable suivant une direction réglable, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux détecteurs de proximité fixes centrés sur deux axes perpendiculaires, ladite masse métallique étant centrée, au repos, au point d'intersection de ces deux axes et agencée pour que sa translation ou celle de sa projection; dans une direction quelconque du plan de ces deux axes, sous l'action desdits moyens de guidage ét de commande, entraîne un déplacement de son centre de gravité dans la même direction, le dispositif comportant en outre des moyens d'engendrer à partir des signaux de sortie des détecteurs de proximité, des tensions de commande proportionnelles aux composantes dudit déplacement suivant les deux axes, et deux moteurs électriques dont la vitesse de rotation est commandée par lesdites tensions. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite masse métallique est sphérique et comporte un évidement excentré traversé par un axe qui permet sa rotation et guide sa translation. 7 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite masse métallique est cylindrique et solidaire d'un levier de commande à rotule, agencé pour permettre son orientation dans une direction quelconque de l'espace à l'intérieur d'un cone et sa translation, suivant ladite direction. 8. Dispositif selon la revendication 5 6 ou 7, comportant deux détecteurs de proximité et caractérisé en ce que lesdits moyens d'engendrer des tensions de commande comprennent deux amplificateurs opérationnels montés en comparateurs et recevant chacun, d'une part, une tension de référence, d'autre part le signal de sortie de l'un des détecteurs de proximité. 9. Dispositif selon la revendication 5,6 ou 7 X caractérisé par deux couples de détecteurs de proximité respectivement disposés sur les deux axes, et par le fait que lesdits moyens d'engendrer des tensions de commande comprennent deux amplificateurs opérationnels montés en comparateurs et recevant chacun les tensions de sortie de deux détecteurs de proximité centrés sur l'un des axes.