Brevet FR2455727A1 — publié le 19801128

La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la position d'un organe mobile par rapport à un repère fixe. On connalt déjà de nombreux dispositifs de mesure permettant de déterminer la position d'un organe mobile et/ou sa vitesse. Les dispositifs de ce genre destinés à mesurer la position angulaire d'un organe utilisent généralement un potentiomètre linéaire, dont la précision est faible, sauf si l'on utilise du matériel très coûteux, ou une roue codeuse qui a l'avantage de fournir une sortie numérique, mais nécessite une électronique spéciale. Les dispositifs de mesure d'un mouvement de translation utilisent des technologies du même genre et présentant les mêmes inconvénients. La présente invention vise à fournir un dispositif de mesure dans lequel on ramène la détermination de la grandeur géométrique (angle ou distance) à une mesure de temps, que les moyens électroniques existant actuellement permettent d'effectuer de façon à la fois précise et économique. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif comprenant un organe de mesure animé d'un mouvement périodique au cours duquel il parcourt, à vitesse sensiblement constante, un trajet le long duquel un capteur qu'il porte fournit un premier signal au passage devant un repère fixe et un second signal au passage devant un index porté par l'organe mobile et des moyens de mesure du temps écoulé entre les deux passages. La mesure de temps peut être faite par une électronique associée à l'organe de mesure et fournissant en sortie une valeur numérique de la position, un microprocesseur ou même un miniordinateur qui peut, dans les ensembles complexes, être affecté en même temps à de nombreuses autres fonctions. Le capteur est avantageusement optique et peut mettre en oeuvre un guide d'ondes constitué par des prismes à réflexion totale ou, mieux, de fibres optiques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui constituent des modes particuliers d'exécution de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un chronogramme montrant l'échelonnement dans le temps des signaux dans le dispositif suivant l'invention ; - les figures 2 et 3 montrent schématiquement deux dispositifs de mesure de la position d'un organe mobile en rotation (figure 2) ou en translation (figure 3) - la figure 4 est un schéma synoptique de principe montrant une électronique de traitement des signaux provenant du capteur du dispositif de la figure 2. Avant de décrire des modes de réalisation du dispositif il peut être utile de donner des indications sur la façon dont la mesure de position est ramenée à une mesure de temps. Le dispositif suivant l'invention comportera un capteur qui fournira un premier signal, désigné par Is, au passage devant un repère fixe, et un second signal, désigné par Im, au passage devant un index porté par l'organe mobile. Dans le cas illustré en figure 1, le repère et l'index sont prévus de façon que les signaux soient de nature différente, ce qui permet de les discriminer même s'ils proviennent d'un même organe. On peut également utiliser un montage dans lequel le capteur est constitué en fait de deux éléments différents coopérant l'un avec l'index et l'autre avec le repère, de façon à éviter la nécessité de discriminer entre deux types d'impulsions. Le dispositif sera prévu pour mesurer l'intervalle de temps qui sépare l'apparition des signaux Is et Im au cours de chaque période. Si la période T, qui sépare deux impulsions successives Is, était absolument constante, il ne serait pas nécessaire de la mesurer puisqu'elle constituerait une constante du dispositif. Dans la pratique, on sera généralement amené à mesurer également T. Si à cette valeur T correspond une mesure de référence Mg constante au cours du temps (correspondant par exemple à.3600 dans le cas d'une mesure de position angulaire), la position de l'organe mobile M pourra être définie par M = (t/T) Mg (I) t étant l'intervalle de temps qui sépare les impulsions Is et Im. Le dispositif peut aisément être complété de manière à fournir une mesure de la vitesse de déplacement de l'organe mobile. Si, en effet, M. et Mi+1 sont les mesures de position aux deux instants successifs séparés par T, la vitesse V est donnée par la relation V = (M. - Mi) w soit Les opérations définies par les formules I et II cidessus peuvent aisément etre effectuées en électronique logique, au même titre que le comptage de temps. Dans le mode de réalisation illustré schématiquement en figure 2, l'organe mobile est constitué par un disque rotatif 10 porté par un arbre 11 dont la position angulaire est à mesurer. La partie opto-mécanique du dispositif comprend un boîtier fixe 12 dans lequel l'arbre 11 tourne sur un roulement 13. L'organe de mesure comporte un tambour 14 qui tourne coaxialement à l'arbre 11 dans un roulement 15 porté par le boîtier 12. Ce tambour constitue le rotor d'un moteur électrique à vitesse constante (moteur synchrone alimenté par le secteur à 50 périodes par exemple) dont le bobinage statorique 16 est fixé au boîtier 12. Dans le mode de réalisation illustré en figure 2, le tambour 14 porte un seul capteur qui est prévu pour passer successivement devant un repère fixe 17 (lamelle réfléchissante par exemple) porté par le boîtier 12 et devant un index (trait radial réfléchissant 18 par exemple) porté par le disque 10. Le repère fixe 17 aura par exemple une largeur supérieure à celle de l'index 18. Le capteur proprement dit est constitué par la partie terminale d'une fibre optique de mesure 19 placée dans le tambour 14 de façon à passer successivement devant le repère 17 et l'index 18. La partie terminale de cette fibre 19 arrive dans l'axe de rotation du tambour et se termine face à un détecteur optoélectronique 20 porté par le boitier 12. Un second guide d'ondes optiques, constitué, dans le mode de réalisation illustré, par une fibre annulaire 21 entourant le fibre 19, transmet la lumière qu'elle reçoit de sources 22 constituées par exemple par des ampoules électriques et illumine la zone située face à l'extrémité de la fibre de mesure 19. Un cache 23 peut etre prévu pour éviter que le détecteur 20 reçoive de la lumière en provenance des sources 22. A chaque tour du disque 10 apparaissent, sur la sortie du détecteur 20, deux impulsions électriques de largeur différente Is et Im (la largeur de l'impulsion Is représentant une fraction de la période beaucoup plus faible que celle qui a été indiquée, pour des raisons de clarté). L'intervalle de temps t qui s'écoule entre les impulsions peut etre mesuré par un circuit électronique classique, dont celui montré en figure 4 constitue un simple exemple. Il comporte une voie 24 de sélection de l'impulsion Is et une voie 25 de sélection de l'impulsion Im. Ces impulsions provoquent respectivement le positionnement et le retour au repos d'unebascule 26.Lorsque la bascule 26 est positionnée-elle ouvre une porte 27 et autorise ainsi le transfert des impulsions provenant de I'horloge 28 à un compteur 29 associé à un organe d'affichage 30. Le système peut être complété par un compteur supplémentaire permettant de déterminer T et un diviseur fournissant t/T à partir de la sortie des deux compteurs. Le dispositif montré en figure 2, s'il a l'avantage dela simplicité, a l'inconvénient d'exiger une électronique de discrimination et de conduire à des ambiguités lorsque les impulsions Is et Im se recouvrent. Pour éviter cet inconvénient, on peut utiliser un capteur double comprenant un élément de détection du repère 17 et un élément de.détection de l'index 18. Il suffit de placer l'index et le repère à des distances différentes de l'axe pour pouvoir placer facilement les deux éléments capteurs. Le mode de réalisation montré en figure 3 est destiné à la mesure des déplacements linéaires d'une règle. Il constitue en fait vernier associé à une règle incrémentale comprenant une série d'index successifs dont le comptage peut s'effectuer de façon classique. La règle 31 constituant l'organe mobile porte des index réfléchissants 32 séparés par des zones sombres 33 de longueur identique, représentant le pas élémentaire de la règle. La partie électro-mécanique du dispositif comprend un boitier 34 ayant une ouverture face à la règle, ouverture de largeur égale à deux fois le pas élémentaire. Le capteur est constitué par la partie terminale d'une fibre optique de mesure 38 portée par une lame souple 35 à laquelle un jeu d'électroaimants 36 et 37 imposent une oscillation à la fréquence propre de la lame. La partie terminale de la fibre 38 opposée à l'ex- trémité formant capteur est couplée à un détecteur opto-électronique 39 (photo-transistor ou photo-diode en général). Des sources de lumière constituées par exemple par des ampoules 40 et 41 éclairent la règle à travers l'ouverture du boîtier. L'angle d'oscillation imposé à la lame doit etre tel que l'on puisse considérer que la vitesse du capteur est sensiblement constante dans la partie de la trajectoire de la lame qui fait face à l'ouverture du boîtier 34. L'impulsion de mesure est ici donnée par la transition entre un index réfléchissant 32 et un élément sombre 33 de la règle, lorsque la fibre optique balaie la règle. Une impulsion de référence apparaît sur le meme détecteur et elle peut être générée par un repère réfléchissant solidaire du boîtier. On peut toutefois utiliser également l'instant de passage à zéro du courant d'excitation des électro-aimants. Le dispositif suivant l'invention permet d'arriver à des précisions élevées avec des dispositionssimples : dans dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, avec un moteur tournant à 50 tours par seconde et une horloge à 10 ItSz, la résolution en temps sera de l'ordre de 0,1 micro-seconde, soit une résolution de 5 x 10 sur la mesure de T. La vitesse de rotation du moteur- sur un tour pouvant etre maintenue constante à 10 4 près, on arrive à une précision de l'ordre de 2' d'arc environ. Une analyse similaire dans le cas du dispositif de la figure 2 montre que la précision obtenue, bien que moins élevée, reste parfaitement satisfaisante dans la plupart des cas. On voit que l'invention fournit donc un dispositif de détection de constitution simple, fournissant une mesure certaine étant donné que la mesure est renouvelée å la fréquence de balayage, ce qui fait apparaître immédiatement toute panne,et est susceptible d'être miniaturisé. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la position d'un organe mobile par rapport à un repère fixe, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de mesure animé d'un mouvement périodique au cours duquel il parcourt, à vitesse sensiblement constante, un trajet le long duquel un capteur qu'il porte fournit un premier signal au passage devant le repère fixe et un second signal au passage devant un index porté par l'organe mobile et des moyens de mesure du temps écoulé entre les deux passages. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur est optique. 3. Dispositif selon la revendication 1 de mesure de la position d'un organe mobile en rotation, caractérisé en ce que l'organe de meure est animé d'un mouvement de rotation à vitesse sensiblement constante et en ce que ledit capteur est placé à distance de l'axe de rotation égale à celle du repère fixe. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur est constitué par la partie terminale d'un guide d'ondes optiques dont l'autre extrémité est en liaison avec un organe détecteur. 5. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, de mesure de la position d'un organe mobile en translation, caractérisé en ce que ledit organe porte une pluralité d'index et en ce que l'organe de mesure est fixé à l'extrémité d'une lame vibrante dont l'amplitude d'oscillation est nettement supérieure à la distance entre deux index successifs de façon à autoriser une interpolation sensiblement linéaire. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur comprend un élément unique qui fournit un signal différent suivant qu'il passe devant le repère ou devant l'index et en ce que les moyens de mesure comportent un circuit de discrimination entre les deux signaux. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le capteur comprend deux éléments distincts associés l'un au repère et l'autre à l'index.