Brevet FR2492092A1 — publié le 19820416

- 1 - La présente invention a pour objet un dis- positif de repérage de la position de référence d'une pièce mobile en translation. De façon plus précise, la présente invention concerne un dispositif de ce type apte à délivrer un signal électrique logique lorsque la pièce passe par ladite position de référence. L'invention s'applique en particulier, mais de façon non exclusive,au cas de bras de manipulation constitués par plusieurs segments mobiles les uns par rapport aux autres et dont le segment terminal est muni d'un outil, ledit bras étant commandé par un ordina- teur. Elle s'applique plus spécialement au cas o les informations de déplacement des segments du bras sont délivrées par des capteurs incrémentaux qui délivrent une impulsion électrique à chaque fois qu'un incré- ment est franchi. Il est clair que, si les capteurs incrémentaux sont capables de délivrer une informa- tion de déplacement, ils ne peuvent délivrer une in- formation de position faute de position de référence définissant une origine des déplacements. La présente invention permet de délivrer un signal électrique donnant cette position de réfé- rence sous une forme facilement compatible avec les signaux incrémentiels de déplacement. Dans le cas de déplacements linéaires une solution connue pour élaborer un tel signal consiste à définir la position de référence par un contact élec- trique fixe qui est activé lorsqu'une partie de la pièce en translation vient actionner le contact. Un tel système comporte de nombreux inconvénients. Il ne permet pas d'obtenir une grande précision dans la dé- finition de la position de référence. De plus, cette position risque de se modifier au fur et à mesure de son emploi. En outre, il y a un problème de synchronisme entre ce contact mécanique de référence et le système optico-mécanique définissant les divers incréments. Un premier objet de l'invention est de fournir un dispositif de repérage de la position de référen- ce de la pièce qui n'utilise aucun organe mécanique. Un deuxième objet de l'invention est de four- nir un tel dispositif qui soit facile à synchroniser avec les signaux incrémentaux de déplacement de la pièce. Un troisième objet de l'invention est de fournir un tel dispositif donnant une très grande précision pour la position de référence. Un quatrième objet de l'invention est de fournir un tel dispositif qui définit une position de référence qui soit rigoureusement constante au cours du temps. Ces buts sont atteints par l'invention grâce au fait que celle-ci comprend un premier ensemble de repérage dit "fin", un deuxième ensemble de repérage dit "grossier" et des moyens pour traiter le signal électrique délivré par chaque ensemble afin de déli- vrer un signal représentatif du passage de la pièce par la position de référence. Le premier ensemble de repérage comporte un organe mécanique pour communi- quer à une première marque un mouvement de rotation correspondant au mouvement de translation de la pièce et un dispositif fixe de détection du passage de la première marque et qui délivre un signal électrique au moment de ce passage. Par exemple, ce dispositif comprend une source de lumière et un capteur de lumière, le faisceau émis par la source étant périodi- quement coupé par la marque, et le faisceau reçu par le capteur est donc modulé. Le capteur délivre un premier signal électrique dont l'amplitude représente l'intensité du faisceau lumineux. Le deuxiè- me ensemble comprend une deuxième marque solidaire de la pièce et un deuxième dispositif de détection qui détecte le passage de la deuxième marque et émet un signal électrique au moment de ce pas- sage, le deuxième dispositif de détection étant fixe. Un circuit électronique traite les signaux délivrés par les dispositifs de détection pour détecter, par exemple, le moment o la pre- mière marque passe devant le premier dispositif pour la pre- mière fois, après que la deuxième marque soit elle-même passée devant le deuxième dispositif de détection. En variante, la deuxième marque peut être fixe et le deuxième dispositif de détection solidaire de la pièce. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisa- tion de l'invention. La description se réfère aux fi- gures annexées sur lesquelles: - la figure 1 représente une vue en éléva- tion du dispositif selon l'invention montée sur une pièce mobile en translation; ---la figure 2a représente une vue en coupe verticale du dispositif représenté sur la figure 1; la figure 2b montrant le disque qui porte la première mar- que; - la figure 3 montre un exemple de réalisa- tion simplifiée du circuit de traitement des signaux électriques; et - la figure 4 montre des diagrammes de temps des signaux du circuit représenté sur la figure 3. Les figures 1 et 2 montrent l'ensemble du dispositif de repérage de la position de référence d'une pièce mobile en translation. Dans l'exemple considéré, il s'agit d'un segment 2 mobile en translation qui fait partie d'un bras de manipulation M (la flèche F symbolise la translation). La figure montre schéma- tiquement un deuxième segment 4 articulé à l'extrémité du segment 2 et une pièce 6 dans laquelle le segment 2 peut coulisser sous l'action d'un actuateur non re- présenté. La pièce 6 est elle-même, par exemple, mobile par rapport à une potence 8. La description concerne la définition d'une position de référence ou de zéro _4 - pour le segment 2 dans son déplacement en translation. Le dispositif selon l'invention comprend un ensemble de repérage de position "fin" portant la référence générale A, un ensemble de repérage de posi- tion "grossier" B et un circuit C de traitement des signaux électriques délivrés par les ensembles A et B. L'ensemble A comprend essentiellement des moyens 9 pour communiquer à une marque 10 un mouvement de rotation correspondant au mouvement de translation de la pièce 2 et un dispositif de détection 12 apte à émet- tre un signal électrique de niveau différent selon qu'il a devant lui ou pas la marque 10. L'ensemble B comprend essentiellement une marque 14 solidaire de la pièce 2 et un deuxième dispositif de détection 16 apte à émettre un signal électrique de niveau différent selon que la marque 14 est devant le dispositif de détection 16 ou pas. La figure 1 ne respecte pas l'échelle pour les différents organes du dispositif de repérage. En particulier, la longueur du rayon du disque faisant partie des moyens 9 a été considérablement augmenteepar- rapport à celle qu'elle aurait si le disque avait été représenté à la même échelle que le segment 2. Il en résulte que, lorsque la pièce 2 décrit toute sa course, le disque fait en réalité un grand nombre de tours. Le signal délivré par le dispositif de détection 12 présente donc une succession de niveaux correspon- dant aux passages successifs de la marque 10 devant le dispositif de détection 12. Ce dispositif donne donc un repérage de position précis, mais à n tours près du disque. En revanche, le flanc 14a de la marque 14 passe une seule fois devant le dispositif de détection 16, mais en fournissant un repérage peu précis. Il est aisé de comprendre qu'en combinant ce repérage peu précis,mais unique avec le repérage précis, mais périodique, on obtient un repérage global unique et précis. Les figures 2a et 2b permettent de mieux com- prendre l'invention. Ces figures montrent plus en détails les ensembles de repérage A et B. Comme cela est mieux visible sur ces figures,le segment 2 est muni sur sa face supérieure d'une crémaillère 20 qui est en prise avec une roue dentée 22. Cette roue 22 est clavetée sur un arbre 24 monté tourillonnant dans les paliers 26 et 26'. Ces paliers 26 et 26' sont fixes si l'on considère seulement le mouvement de translation de la pièce 2, c'est-à-dire si la pièce 4 est considérée com- me fixe. Si au contraire, la pièce 4 est mobile selon un mouvement de translation verticale symbolisé par la flèche E', il faut considérer que les paliers 26 et 26' sont solidaires de la pièce 4. Sur l'arbre 24 est également claveté un disque transparent 28 qui est plus visible sur la figure 2b. C'est ce disque 28 qui porte la marque 10 représentée sur la figure 1. Cette marque 10, qui a par exemple la forme d'une portion de cou- ronne,est tracée sur le disque 28 avec un matériau opa- que. Selon le sens de rotation du disque 28, la marque comporte un début lOa et une fin lOb. Ce disque comporte également des traits régulièrement espacés dont la fonction sera explicitée ultérieurement. Il découle de la description précédente que la marque 10 est entraînée dans un mouvement de rota- tion autour de l'axe XX' qui correspond au mouvement de translation de la pièce 2. Grâce à la coopération de la crémaillère 20 avec la roue dentée 22 à la liaison rigide réalisée par l'arbre 24 entre le dis- que 28 et la roue 22. Cet ensemble constitue donc les moyens 9 de conversion du mouvement de translation en un mouvement de rotation. L'ensemble A comprend également le disposi- tif de détection 12 de la figure 1. Le dispositif 12 compor- te un étrier de supportage 32 qui enfourche la péri- phérie du disque 28 et qui est fixe dans le mouvement de translation de la pièce 2. Plus généralement le -6- support 32 est solidaire de la même pièce que les paliers 26 et 26'. Sur un des flancs 32a du support 32 sont fi- xées deux sources lumineuses 34 et 341 situées respec- tivement en face de la couronne de traits 30 et en face de la trajectoire circulaire de la marque 10. Sur l'au- tre flanc 32b sont fixées deux capteurs lumineux 36 et 36' dont les axes coïncident avec ceux des sources lumi- neuses 34 et 34'. En outre, une portion de couronne 38 est fixée sur le support 32 de telle façon que cette couronne soit interposée entre le disque 28 et la sour- ce lumineuse 34. Cette portion de couronne 38 est munie de traits 40 dont l'écartement est strictement égal à celui des traits 30 du disque 28. Il en résulte que lorsque la disque 28 tourne, c'est-à-dire lorsque la pièce 2 se déplace, le faisceau lumineux émis par la source 34' est recueilli par le capteur lumineux 36' lorsque la marque 10 n'est pas interposée entre la sour- ce 34' et le capteur 36'. Au contraire, le capteur 36' ne recueille aucune lumière lorsque la marque 10 est interposée entre la source 34' et le capteur 36'.Le faisceau lumineux est modulé par le déplacement de la marque 10. Les sources lumineuses 34 et 34' sont avanta- geusement des lampes à incandescence ou des LED. Quant aux capteurs 36.et 36', ils peuvent être des photo- transistors, des photodiodes, des photorésistances, etc. qui délivrent un signal électrique dont l'amplitude est proportionnelle à l'intensité du faisceau lumineux qu'ils reçoivent. L'ensemble de repérage B comprend la marque unique 14 solidaire de la pièce 2 et opaque et le dis- positif de détection 16. Le dispositif de détection 16 comprend un émetteur de lumière 42 identique aux émetteurs 34 et 34' et un capteur 44 identique aux capteurs 36 et 36'. Les éléments 42 et 44 sont montés sur des supports 46, 46' qui sont fixes dans le seul mouvement de transla- tion de la pièce 2, c'est-à-dire que ces supports sont - 7 - solidaire de la même pièce que le support 32 et les paliers 26 et 26'. Les éléments 42 et 44 sont disposés de telle manière que leurs axes soient confondus et perpendiculaires à la trajectoire de la marque 14. Il est clair que le signal électrique délivré par le capteur 44 est minimum lorsque la marque 14 coupe le faisceau lumineux émis par la source 42 et maximum le reste du temps. Les signaux, électriques délivrés par les capteurs 36' et 44 sont traités dans le circuit C dont la figure 3 donne un mode de réalisation possible. Des conducteurs électriques 48 et 50 relient la sortie des capteurs aux entrées du circuit C. Les entrées Ci et C2 du circuit C sont res- pectivement reliées aux entrées des circuits de.mise en forme 52 et 54. Ces circuits, qui sont par exemple des circuits à seuil,délivrent les signaux logiques Si et S2 à partir des signaux S1 et S délivrés par les capteurs 36' et 44. Bien entendu, le signal S'1 présente le niveau logique zéro lorsque la marque 10 coupe le faisceau lumineux alors que le signal S'2 présente le niveau logique zéro lorsque la marque 14 coupe le faisceau lumineux. Le signal S'1 est appli- qué à l'entrée d'horloge CL d'un basculeur D référen- cé 56, alors que le signal S' est appliqué à l'entrée d'horloge CP d'un deuxième basculeur 57. La sortie du basculeur 56 est reliée à l'entrée de remise à zéro CL du basculeur 57 alors que la sortie du basculeur 57 est reliée à l'entrée D du basculeur 56. En outre, l'entrée D du basculeur 57est maintenue au niveau logique 1. A l'apparition du front de monté du signal S'2 la sortie du basculeur passe à 1. Le front de monté-de la première impulsion du signal S'1 qui suit met la sortie du bascu- leur 56 à 1. Le basculeur 56 délivre donc sur sa sortie un signal logique S3 présentant un front de monté a qui coïncide avec la premier front montant du signal S' apparaissant après le front montant du signal S'2. - 8- Le signal S3 est appliqué à l'entrée d'un monostable 58 de constante de temps T et à l'entrée de remise à zéro du basculeur 57. Le baseuleur 57 est donc remis à zéro et il y reste jusqu'à ce qu'apparaisse un nou- veau front de monté du signal S' Le monostable 58 délivre sur sa sortie le signal S4 qui est appliqué à la sortie C3 du circuit C. Le signal S4 présente une -impulsion I de durée T qui constitue le signal de ré- férence de position de la pièce 2 dans son mouvement de translation. En outre, comme l'entrée D du bascu- leur 57 est à zéro, le signal S3 devient nul lorsqu' apparaît l'impulsion suivante du signal S'1. Il apparait clairement que le front de montée de l'impulsion I du signal S4 coîncide avec le moment o, pour la première fois, le début 10a de la marque coupe le faisceau lumineux émis par la source 34' après que le flanc avant 14a de la marque 14 ait coupé le faisceau lumineux émis par la source 42, alors que la pièce 2 se déplace de la gauche vers la droite. Il est clair qu'en revanche, si la pièce 2 est déplacée de la droite vers la gauche, cette même situation ne provoquera aucune impulsion du signal S4 qui restera à zéro. Eneffet, si on part d'une situation dans la- quelle le signal S2 est à 1, le passage à zéro de ce signal n'applique aucune impulsion sur l'entrée d'hor- loge du basculeur 57, et la sortie de ce basculeur reste à zéro. En conséquence, l'entrée D du basculeur 56 reste à zéro et le signal S reste donc à zéro lors- que les impulsions du signal S' sont appliquées sur son entrée d'horloge. Il en résulte une définition géo- métrique très précise et parfaitement répétitive de la position de référence ou de zéro. Il faut ajouter que la définition du signal S3 S4 à partir des signaux S'1 et S'2 aurait pu se faire différemment. Il est aisé de comprendre que le seul problème est que cette définition soit toujours la même. 9 _ Il faut préciser en outre que le disque 28 peut avoir un rayon très supérieur à celui de la roue dentée 22. Il en résulte alors que la précision de dé- finition du passage du début l0a de la marque 10 devant la source lumineuse peut être améliorée d'un facteur égal au rapport entre les rayons du disque 28 et de la roue dentée 22. En outre, il est clair que le dis- positif optique 16 pourrait être solidaire de la pièce 2, la marque 14 étant alors fixe. Il est aisé de com- prendre qu'en effet, il suffit que la marque 14 et l'ensemble source 42capteur 44 aient un déplacement relatif correspondant au déplacement en translation de la pièce 2. Le support 32 comporte également une portion de couronne 38 munie de traits 40 et une source lumi- neuse 34 associée à un capteur 36 dont la fonction va être expliquée maintenant. Ces éléments associés aux traits 30 réalisés sur le disque 28 servent à détecter les déplacements de la pièce 2 par le principe du "moire". Cette technique est bien connue et il n'est donc pas nécessaire de la décrire en détails. Le ré- seau de traits 30 réalisé sur le disque 28 et le réseau de traits 40 réalisé sur la couronne 38 sont interposés entre la source lumineuse 34 et le capteur 36. De plus, les traits 30 et 40 ont une épaisseur égale à la distance séparant deux traits consécutifs. Lors de la rotation du disque 28 les traits 30 sont succes- sivement * superposés aux traits 40, alors le faisceau lumineux recueilli par le capteur 36 est maximal; en position de chevauchement avec les traits 40, alors le signal lumineux recueilli a une valeur intermédiaire; enfin, sans aucun chevauchement, avec les traits 30, alors le capteur 36 ne reçoit aucun faisceau lumineux ou pratiquement aucun. Le signal électrique délivré par le capteur 36 présente ainsi une succession de maxima séparés par des intervales de temps correspondant au temps mis par le disque pour tourner de l'angle sépa- - 10 - rant un trait du trait suivant. Après traitement dans le circuit 60, on obtient un signal logique incrémen- tiel dont chaque impulsion correspond à un déplacement du disque, et donc de la pièce 2, d'un pas. Il en résulte qu'en combinant le signal incré- mentiel de déplacement délivré par le circuit 60 avec le signal de référence de position S4 délivré par le circuit C il est possible de repérer n'importe quelle position de la pièce 2. De plus, il apparaît clairement que le début lOa de la marque 10 étant tracé sur le même disque 28 que les traits 30 de repérage de déplace- ment,il est aisé de "synchroniser" la position de ré- férence ou de zéro avec les informations de déplacement. En outre, il est visible que la position de référence est finalement définie par la marque 10 ce qui permet de s'affranchir d'éventuelles. fluctuations de la position de la marque 14,à condition que ces fluctuations soient inférieures au déplacement de la pièce 2 correspondant à un demi-tour du disque 28. Enfin, selon une technique connue il est pos- sible, par adjonction d'un deuxième réseau de traits décalés de 1/4 de pas,de repérer en plus le sens de déplacement de la pièce 2. Il est ainsi possible de s'assurer que lors du passage par zéro, c'est bien le flanc 14a qui a coupé le faisceau lumineux. Il faut ajouter que le capteur optique et la source lumineuse pourraient être remplacés par d'autres dispositifs de détection du passage de la mar- que. Pour le dispositif de repérage A, il est nécessai- re que la détection soit faite avec une très grande pré- cision. Des capteurs capacitifs, inductifs ou magnéti- ques pourraient être utilisés. Bien entendu, la marque prend alors une forme particulière adaptée au type de capteurs utilisé. En ce qui concerne le dispositif de repérage B, il peut utiliser le même type de dispositif de détection que le dispositif de repérage A. Cependant, comme il suffit -J11 - d'une détection moins précise du passage de la marque, un système à contact électrique pourrait même être utilisé. En effet, il a déjà été expliqué que c'est le dispositif de repérage A qui donne la précision sur la définition globale de la position de référence. - 12 - REVENDICATIONS 1. Dispositif de repérage de la position de référence d'une pièce mobile en translation, caractéri- sé en ce qu'il comprend - un premier ensemble de repérage (A) com- portant des moyens (9) pour communiquer à une première marque (10) un mouvement de rotation correspondant au mouvement de translation de ladite pièce (2) et un premier dispositif de détection (12) pour délivrer un premier signal électrique au moment du passage de la- dite marque (10) devant ledit dispositif de détection (12); - un deuxième ensemble de repérage (B) com- portant une deuxième marque (14) et un deuxième dis- positif de détection (16) animé d'un mouvement relatif de translation par rapport à ladite deuxième marque (14) et correspondant à la translation de ladite pièce (2), un des éléments constitués par ledit deuxième dis- positif de détection (16) et ladite deuxième marque (14) étant solidaire de ladite pièce (2), l'autre étant fixe dans la translation, ledit deuxième dispositif de détection (16) élaborant un deuxième signal électri- que au moment du passage de ladite deuxième marque (14) devant ledit deuxième dispositif de détection (16); et - un circuit (C) de traitement desdits pre- mier et deuxième signaux électriques pour élaborer un signal représentatif du passage de ladite pièce (2) par ladite position de référence. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite deuxième marque (14) est soli- daire de ladite pièce (2) et en ce que ledit deuxième dispositif de détection (16) est fixe dans la transla- tion. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (9) pour communiquer à la première marque (10) -13 - un mouvement de rotation comprennent une crémaillère (20) solidaire de ladite pièce (2) , une roue dentée (22) engrenant avec ladite crémaillère (20) et montée pivotante autour d'un axe (24) fixe dans ladite trans- lation, et un disque transparent (28) solidaire en ro- tation de ladite roue dentée (22) ledit disque (28) portant ladite marque (10). 4. Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins le- dit premier dispositif de détection (12) comprend une source lumineuse (34') émettant un premier faisceau lumineux et disposée d'un côté de la trajectoire de la marque (10) et un capteur photosensible (36') disposé de l'autre côté de la trajectoire et en regard de la source (34'), ledit capteur (36') délivrant un signal électrique représentatif de l'intensité du faisceau lumineux modulé par le passage de ladite marque (10) et reçu par ledit capteur (36'). 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que ledit circuit de traitement (C) com- prend des moyens (54) pour détecter l'instant o la- dite deuxième marque (14) passe devant ledit deuxième dispositif de détection (16), des moyens (52) pour dé- tecter les instants o ladite première marque (10) cou- pe ledit premier faisceau lumineux et des moyens (56, 57, 58) pour élaborer un signal (S4) représentatif de l'instant o ladite première marque (10) commence à cou- per le premier faisceau lumineux après que ladite deuxième marque ait fini de passer devant ledit deuxiè- me dispositif de détection. 6. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre une pluralité de traits (30) régulièrement répartis sur la périphérie dudit disque transparent (28), une grille fixe (38) munie d'un réseau de traits (40) identiques à ceux du disque transparent (28), un dispositif optique compre- nant une source lumineuse (34) et un capteur (36) dispo- - 14 - sés de part et d'autre de l'ensemble formé par ledit disque (28) et ladite grille fixe (38), pour délivrer un signal électrique représentatif du passage desdits traits (30) devant ledit dispositif optique (34, 36), et un circuit de traitement (60) du signal électrique délivré par ledit dispositif optique (34, 36) pour éla- borer un signal logique comportant une impulsion à cha- que passage d'un trait (30).