Brevet FR2495764A1 — publié le 19820611

L'invention concerne les dispositifs servant à ddterminer des coordonnées rectilignes ou angulaires particulièrement un appareil de mesure d'éléments de géométrie avec affichage soit de résultats, soit de positions prédéterminées. Dans ce domaine, plusieurs réalisations sont connues parmi lesquelles on peut citer - un dispositif rapporteur pour appareil à dessiner comportant l'affichage de mesures angulaires obtenues par l'utilisation de moyens optiques - des appareils affichant des mesures linéaires obtenues par des moyens magnétiques ou optiques, d'autres utilisant des moyens électriques tels que les potentiomètres. Certains moyens magnétiques utilisés comportent un support d'information qui est métallique et un signal sinusoïdal périodique dont le pas est plus grand que la résolution. Le but de l'invention est d'employer un lecteur de signaux magnétiques fournissant un signal d'amplitude indépendant de la vitesse de lecture, zéro y compris. A cette fin, l'appareil selon l'invention utilise un système de mesure incremental magnétique comportant, en combinaison, une piste magnétique codée, un capteur de signaux avec têtes magnéto-résistantes, un circuit de traitement du signal capté, des moyens d'affichage. Les avantages apportés par cet appareil ressortiront de la description qui va suivre d'une forme de réalisation préférentielle mais non limitative et du dessin dans lequel la figure la est un schéma des déplacements rectilignes d'objets A et B l'un par rapport à l'autre, la figure lb est un schéma des déplacements circulaires, d'objets A et B l'un par rapport à l'autre, la figure 2 est un schéma de principe de l'appareil, la figure 3a est un schéma de l'association piste/ lecteur, la figure 3b est une variante de la figure 3a, la figure 3c est une autre variante de la figure 2b, la figure 4 est un schéma des degres de liberté du lecteur fixé sur l'objet B, la figure 4a est un exemple de réalisation du montage du lecteur fixé sur l'objet B, la figure 5 est un schéma des degrés de liberté de la piste fixée sur l'objet A, la figure 5a est un exemple de réalisation du montage d'une piste circulaire fixée sur l'objet A, la figure 5b est un exemple de réalisation du montage d'une piste rectiligne fixée sur l'objet A, la figure 6 représente une cale d'épaisseur (e) mise en place entre la piste et une zone active du lecteur, la figure 7 est un schéma détaillé de l'alimentation électrique du lecteur et d'un circuit de compensation, la figure 8 représente la courbe de variation de la résistance en fonction du champ magnétique, la figure 9 représente la courbe de variation de la résistance en fonction de la température, la figure 10 est un schéma détaille du circuit de retard, la figure il est un schéma détaillé du circuit discriminateur de sens, la figure 12 est un schéma détaillé des circuits de détermination de signe et l'ordre de comptage-décomptage, la figure 13 est un schÉma détaillé du bloc compteur-décompteur et de pré sélection, la figure 14 est un schéma détaillé du circuit de remise a zéro, la figure 15 est un schéma détaillé des moyens d'affichage, la figure 16 est un schéma détaillé du circuit de détection de zéro et de 1800. L'appareil décrit ci-après permet la mesure des déplacements relatifs, angulaires ou linéaires de deux objets, et, en conséquence la définition géométrique de leur position relative ou absolue. Sur la figure 1 sont représentés les mouvements relatifs de deux objets (A) et (B) dont on veut mesurer les déplacements. Le schéma de principe de l'appareil est représenté sur la figure 2. Il se compose essentiellement des éléments suivants - une piste magnétique (1) codée, solidaire d'un objet (A), - un lecteur (2) solidaire d'un objet (B), les objets (A) et (B) pouvant être animés d'un mouvement relatif selon l'axe de la piste codée, - une alimentation électrique (3) du lecteur - un circuit de mise en forme (4) des signaux issus du lecteur, - un circuit de traitement (5) des signaux mis en forme, - un circuit de comptage décomptage (6) des signaux traités comportant un bloc compteur-décompteur (60) de remise à zéro (61) et un dispositif de présélection (62), - des moyens d'affichage (7) de la valeur des signaux issus du bloc compteur-décompteur, - un circuit annexe (8) renvoyant au circuit de traitement une synthèse des signaux issus du bloc compteur décompteur. Le codage de la piste magnétique (1!, représenté sur la figure 3a, comporte dans la forme de réalisation décrite ci-après - un signal modulé selon le pas (P) de référence appelé voie 1 (vl'), - un signal continu (v2'), - un signal modulé selon le pas (P) de référence mais décalé du huitième de ce pas (P) par rapport à la voie 1, appelé voie 3 (v3'). Les trois voies vl', v2', v3' de la piste sont enregistrées sur un support magnétique. Selon la direction du mouvement a repérer, la piste magnétique porte une double information de type binaire, de pas constant, détermine par la caractéristique (fig.8) R (H) R du lecteur (2) utilisé, R étant la résistance nominale de la couche de fer-nickel (H=O), H le champ extérieur appliqué, et l'immunité souhaitée vis- -vis des champs extérieurs. La caractéristique précitée montre que le pas (P') lu par le lecteur est la moitié du pas enregistré en mode NRZ (non retour à zéro). L'expérience montre que la largeur de l'entrefer de la tete d'écriture doit être égal à la largeur de la zone active du lecteur, elles-mêmes égales d la moitié du pas lu P'. En outre, signal enregistré constant, la caracté- ristique ZR varie avec la distance piste-lecteur et avec R l'épaisseur de la couche magnétique. Une cale 15 d'epais- seur constante le) est interpose entre la couche magnd- tique de chaque voie (vl',v2',v3') et la zone de lecture (fig.6), cette cale garantit une valeur optima de ladite caractéristique de chaque lecteur utilisé et assure la protection de la couche magnétique de chaque voie. L'obtention d'un signal constant en sortie de lecteur signal nécessaire au circuit de traitement impose un contact permanent entre la piste (1) et le lecteur (20) malgré les mouvements parasites des objets (A et B) respectivement solidaires de la piste et du lecteur. Cette condition est satisfaite par l'emploi simultané ou non de liaisons piste-objet A ou lecteur objet B assurant, au point de contact piste-lecteur deux degrés de liberté (fig.4 et 5) à savoir - 1 degré de liberté suivant un axe Z perpendiculaire la surface de la piste 1 confondue avec les axes XY. - 1 degré de liberté (a) autour de l'axe X confondu avec la direction du déplacement principal des objets A et B. Deux exemples de montage piste 1 - objet A sont donnés par la figure 5a pour une piste circulaire, par la figures 5b pour une piste rectiligne. Sur la figure 5a la piste (1) est immobilisée en rotation par rapport à l'objet (A) par une bague (12) ou tout autre moyen connu. Un matelas élastique 11 assurant a la piste (1) les degrés de liberté précités est intercalé entre la piste 1 et l'objet. Sur la figure 5b, la piste 1 est immobilisée en translation par rapport a l'objet A' au moyen d'une bride 13 et d'un ressort 14. Un matelas élastique 11' est intercalé entre la piste 1' et l'objet A'. Un exemple de montage lecteur-objet B est donné par la figure 4a sur laquelle le lecteur 2 est relié à l'objet B par la pièce 21 qui lui assure les degrés de liberté précités. Une combinaison particulière des bras 213, 214 d'une part, 215, 216 d'autre part autorise au lecteur 2 le mouvement de translation recherché suivant l'axe Z et de rotation â autour de l'axe X La pièce 21 est fixée sur l'objet B par sa partie 211. Le lecteur 2 est fixé sur la pièce 21 par collage sur la partie 212 ou par sertissage entre les ergots 218. La partie 217 assure la liaison entre les bras 213, 214 et 215, 216. La liaison électrique entre le lecteur 2 et l'objet B est assuré par le circuit souple 201. L'amplitude d'un signal enregistré diminuant avec le temps, afin de garantir un signal utile de valeur constante, la voie médiane (v2') de la piste porte un signal continu dont la valeur correspond a la valeur moyenne des signaux de mesure. Un blindage magnétique isole la piste du milieu extérieur. Le lecteur (2) est constitué par trois tettes (RSb) (RS2) (RS3) magnéto-résistantes, d'un type connu, positionnées sur un support (20) unique, possédant un point commun électrique et chacune une sortie propre : le montage électrique de ce lecteur est représenté sur la figure 7. Chaque tête comporte une zone physique active, analogue à un dipôle électrique, présentant une apparente variation de résistance en présence d'un champ magnétique (fiv.8) ou d'une variation de température (fig.9). Cette variation est symétrique par rapport au champ appliqué, et, dans la plage de température considérée, du même ordre de grandeur pour une variation de champ ou de température. La mesure de la résistance se fait par injection dans ce dipôle d'un courant de polarisation et par mesure de la tension résultante ses bornes. Les tolérances de fabrication de l'élément magnétorésistant imposent un réglage fin du courant de polarisation : ce réglage est réalisé par une résistance réglable (R1) (R2) (R3) placée en série avec l'élément magneto-résistant, Le courant de polarisation a été choisi en fonction de la consommation, de l'échauffement de la tête (RS1) (RS2) (RS3) et de l'amplitude du signal recueilli que l'on veut obtenir. Chaque tête (RS1) (RS2) (RS3) du lectenr est dispo sée sur un support unique (20) dans des conditions identiques par rapport aux champs magnétiques extérieurs et à l'axe d'anisotropie de la piste. Ces têtes sont réparties comme suit - une tête (RS1) sur la voie 1 extérieure (vl') piste de référence de mesure de déplacement, - une tête (RS2) sur la voie 2 médiane (v2') (piste continue), - une tête (RS3) sur l'autre voie 3, extérieure (piste décalée v3') qui peut être aussi piste de référence. Sur les figures 3b et 3c sont représentées d'autres formes de réalisation, aboutissant au méme résultat par une combinaison différente piste/tête de lecture la piste comporte seulement - un signal modulé selon le pas P de référence vl' - un signal continu v2'. Le décalage des voies vl et v3 de la solution précédente est obtenu ici par le décalage des zones actives au niveau du lecteur 2'. Autrement dit, un montage différentiel (41,43) associant séparément la tête de lecture (RS2) de la piste continue (v2') avec une tête de lecture (RS1) (RS3) des pistes (vl') (v3') codées, annule la composante température puisque les trois têtes étant placées dans les mêmes conditions macroscopiques subiront les mamies variations. Il en est de même pour les variations d'alimentation. En sortie de chaque montage différentiel, 41, 43 le signal ne comporte plus de composante continue quelle que soit sa valeur : c'est un signal périodique. Une bascule de Schmidt 44, 49 transforme chacun de ces deux signaux en un signal carré 401, 402 utilisable par les circuits de traitement (5) et de comptage décomptage (6). Le circuit d'alimentation (3) du lecteur (2) est représenté sur la figure 7 ; le point 31 commun aux résistances réglables R1, R2, R3 est alimenté par le pôle positif de la source de tension au travers de la résistance RL. Ce point 31 est relié à la masse par le condensateur C1 et la diode zener DZ. Le circuit de mise en forme 4 comporte un circuit de compensation 40 (fig.7) et un circuit de retard 42 (fig.10). Le circuit de compensation 40 est composé des comparateurs 41, 43, des résistances R30, R31 reliées au pôle + de la source eut des bascules de Schmidt 44, 45. Les signaux issus des résistances RS1, aS2, RS3 du lecteur 2, entrent dans le circuit de compensation 40, par les comparateurs 41, 43 et sortent par les bascules 44, 45 sous forme de signaux carrés déphasés de P' 401, 402. 4 Le circuit de retard 42 (fig.lO) est composé d'une résistance R35, d'un condensateur C4, et de bascules de Schmidt 421, 422. Dans l'exemple décrit, le signal 402 entre dans le circuit de retard 42 par la résistance R35, et sort par la bascule 422 sous forme d'impulsions de comptage 420 pour le compteur-décompteur 60. Le retard du signal 420 par rapport au signal 402 est déterminé par la fréquence de lecture maximale recherchée, les arartéristiques d'entrée du bloc comp- teur-décompteur 60 et le temps d'élaboration de l'ordre de comptage 530 à partir des signaux 401, 402. La figure 11 indique le schéma d'un discriminateur de sens (51). Les signaux 401 et 402 issus du circuit de compensation, carrés, en quadrature sont entrés sur des portes 512, 511 donnant des signaux complémentaires 401 et 402 lesquels sont dérivés, l'un 401 par un dérivateur composé d'un condensateur C2 d'une diode D2 d'une résistance R34 reliée à la masse l'autre 401 par un dérivateur composé d'un condensateur C3 d'une diode D1 d'une résistance R33 Les signaux 402, X, 401', 401' sont envoyés sur un discriminateur de sens composé des portes 513 à 518. Une bascule RS 519 mémorise le dernier changement. Le sens est alors indiqué par le signal 510. La figure 12 représente le schéma du circuit de détermination du signe. La valeur affichée pouvant varier autour de zéro, il est nécessaire d'indiquer la quantité affichée par une valeur absolue précédée d'un signe. Dans le cas d'un dispositif de mesures circulaires, on peut imposer un affichage variant, par exemple, entre - 179,90 .. 0 ... + 1800 Le signe est alors élaboré à partir des signaux - de sens (510) - de zéro (810) - de 1800 (811) au travers d'un circuit de détermination de signe (52) composé des portes (521) à (527), mémorisé par la bascule RS (528). Le signe est matérialisé par le signal (520) disponible à la sortie de la bascule RS précitée. Un circuit OU exclusif (53) reçoit à l'entrée soit le signal de signe (520) soit le signal de sens (510) et transmet un ordre (530) au circuit de comptage-décomptage (6) représenté par la figure 13. Les impulsions (420) sont comptées ou décomptées suivant l'ordre (530) dans un bloc compteur-décompteur (60) de capacité appropriée à la plage de mesure recherchée. Ce bloc (60) est dans la réalisation décrite composé des compteurs-décompteurs élémentaires (601) à (604), avec ou sans entrée de présélection. Le contenu de ce bloc compteur peut être connu au travers des sorties prévues à cet effet, sous forme "décimale codée binaire M (BCD), par exemple. La figure 14 représente le schéma d'un dispositif de remise a zéro (61) dans lequel cette opération peut être réalisée de deux façons, a savoir - à la mise en route par l'intermédiaire d'une bascule de Schmidt (611) et des capacités C5, C6, des résistances R40, R41 qui produisent une impulsion lors de la mise sous tension ; - sur demande de l'opérateur, par action sur un inverseur (614) commandant la bascule RS (612), dont les entrées sont reliées à la masse par l'intermédiaire des résistances R42, R43. Ces deux signaux traversent la porte (613) qui donne le signal (610) de remise à zéro. Dans une variante non décrite l'opération de remise à zéro peut être réalisée d'une troisième façon, 9 savoir - automatiquement sur un ordre en provenance du circuit de traitement (5) utilisant parmi d'autres les signaux issus d'un circuit annexe (8') de détection de valeurs contenues dans le bloc compteur-décompteur (60). Dans ce cas, l'ordre automatique de remise à zéro transitera par une porte (613'). Un circuit de présélection (62) comporte un génEra- teur de prise en compte (625) à commande, manuelle permettant d'introduire dans le bloc compteur-décompteur (60) une valeur présélectionnée contenue dans les codeurs (621) à (624). Dans une variante non décrite la commande du générateur de prise en compte (625) provient d'une manière automatique d'un circuit de traitement (5') utilisant les signaux en provenance d'un circuit annexe (8') de détection de valeurs contenues dans le bloc compteur décompter (60). La figure 15 est un schéma des moyens d'affichage de l'appareil décrit. Afin d'afficher des nombres compris entre - 179,9 et + 180,0 on emploie trois afficheurs complets 711, 712, 713 pouvant afficher des chiffres de o à 9 et un demi-afficheur 714 permettant d'indiquer le chiffre 1 et les signes + et -. Les afficheurs 711, 712, 713 sont alimentés par les décodeurs 701, 702, 703 au travers des résistances R9 à R29. Le demi-afficheur 714 est alimenté au travers des montages à transistor 704-R6-R39 705-R5-R38 pour le chiffre 1. Cette valeur affichée provient des sorties du bloc compteur-décompteur (60). Le signe est inscrit par le montage à transistor 706-R4-R37 à partir du signal de signe 520. Les éléments en affichage permanent - point décimal - signe moins sont alimentés au travers des résistances R8, R36. La figure représente le schéma d'un détecteur de zéro et de 180 (8). Dans un dispositif de mesures linéaires seule la partie détection de zéro est utilisée. Le signal de zéro (810) mis en forme par le circuit (819) est élaboré après une vérification en deux étages - les portes (812), (813), (814) permettent de vérifier la présence d'un zéro sur trois décades prises isolément, - la porte (816) permet de vérifier la présence d'un zéro sur chacune des décades considérées globalement. La détection du 180,0 se fait d'une manière identique pour les zéros. Le chiffre des dizaines est tests sur le bit de plus fort poids de manière a détecter un huit. Les signaux de zéro et de huit traversent les portes (815), (817), (820), (821), (822), (823) et entrent dans la porte (824) qui reçoit également le signal de un. Le signal résultant est mis en forme par la bascule de Schmidt (825) donnant le signal de180 (811). REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure d'éléments de géométrie avec affichage, caractérisé par le fait qu'il comporte, coopérant ensemble, une piste magnétique (1) codée, solidaire d'un objet (A), un lecteur (2) de la piste solidaire d'un objet (B) lesdites objets (A) et (B) étant susceptibles de déplacements relatifs l'un par rapport a l'autre dont la mesure est recherchée, une alimentation électrique (3) du lecteur, un circuit de mise en forme (4) des signaux issus du lecteur, un circuit de traitement (5) des signaux mis en forme, un circuit de comptage-décomptage (6), des moyens d'affichage (7) un circuit annexe (8) faisant une synthèse des signaux issus du circuit de comptage-décomptage. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la piste (2) comporte au moins une référence de mesure de déplacement (vl'). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la piste (2) comporte une voie (v2') indicatrice de l'état de la piste. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le lecteur (2) est constitué par des têtes dont la zone de lecture est composée de bipales présentant à leurs bornes une variation de leurs caractéristiques intrinsèques lorsqu'elles sont soumises 9 un champ magnétique de façon à obtenir un signal indépendant de la vitesse de déplacement même lorsque celle-ci est nulle. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le lecteur comporte au moins deux zones de lecture (RS1), (RS3), de la référence de mesure de déplacement disposées de façon que les signaux (vl), (v3) qu'elles émettent soient déphasés l'un par rapport a l'autre. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le lecteur comporte une zone de lecture (RS2) de la voie (v2') indicatrice de l'état de la piste. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les signaux (vl) (v3) issus des zones de lecture de la référence de mesure de déplacement et le signal (v2) issu de la zone de lecture de la référence indicatrice de l'état de la piste sont combinés par un circuit de compensation (40) de façon a obtenir des signaux (401), (402) indicateurs de déplacement, indépendants des conditions extérieures et de l'état de la piste. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait que des moyens sont mis en oeuvre pour maintenir une distance constante (e) entre la piste (1) et les zones de lecture (RSî), (RS2), (RS3) du lecteur (2). 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que des moyens sont mis en oeuvre pour assurer les degrés de liberté entre le lecteur (2) et l'objet (B), la piste (1) et l'objet (A) nécessaires et suffisants pour maintenir constante la distance (e) lors du mouvement relatif desdits objets (A) et (B) malgré les mouvements parasites produits au cours de ce déplacement.