Brevet FR2496258A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne un codeur incrémental c'est-à-dire un capteur qui convertit un déplacement angu- laire en une information numérique quiaprès traitementpermet d'effectuer, selon le sens de rotation, un comptage ou un décomptage. Pour parvenir à ce résultat, on utilise à cet effet un disque rotatif divisé en n secteurs angulaires présentant chacun un angle d'ouverture 211 rd. n L'information délivrée par le codeur doit alors permettre de compter ou de décompter, suivant le sens de rotation, le nombre de secteurs angulaires qui se sont déplacés par rapport à un repère fixe. A cet effet, selon une technique classique, on utilise un disque divisé en n secteurs angulaires, alternativement opaqueset transparents. Le repère fixe consiste alors en un ensemble composé d'un émetteur, par exemple de rayonnement infrarouge et d'un récepteur tel qu'un phototransistor disposé de part et d'autre dudit disque de manière à pouvoir détecter le passage des zones opaques et des zones transpa- rentes. Ainsi, pour chaque passage d'un secteur au suivant, il se produit une transition du niveau de lumière se traduisant, à la sortie du récepteur (phototransistor), par un front de courant. Pour éviter que la durée de la transition ne dépende de la vitesse de rotation du disque, le signal fourni par le récepteur est ensuite mis en forme au moyen d'un confor- mateurstel qu'une bascule de Schmitt,avant d'être adressé à un registre de comptage. Par ailleurs, pour permettre d'effectuer un comptage lorsque le disque tourne dans un sens et un décomptage lorsqu'il tourne en sens inverse, le système précédemment décrit doit en outre faire intervenir un dispositif de détection du sens de rotation du disque. A cet effet, selon une technique classique, on utilise un disque présentant deux pistes de lecture concentriques dans lesquelles les secteurs de l'une des pistes sont décalés par rapport aux secteurs de l'autre piste. Dans ce cas on -2- disposeau droit de ces deux pistesdeux couples émetteurs- récepteurs respectifs disposés sur un même rayon. Ainsi, en comparant les impulsions délivrées par ces deux couples émetteurs-récepteurs, il devient possible de déterminer les changements du sens de rotation du disque. Il est clair que, dans un tel système le nombre d'impulsions de comptage délivr4es au cours d'une rotation complète du disque est égal au nombre de secteurs transparents ou opaques des pistes de lecture. Or, le nombre de secteurs qu'il est possible de prévoir sur le disque et, par cons5- quent,le nombre d'impulsions par tour, est limité par les dimensions de ce disque et, en particulier, de son diamètre. En conséquenceil devient impossible de miniaturiser le codeur incrémental autant qu'il serait souhaitable, pour un nombre de secteurs prédéterminé. Par ailleurs,cette solution, lorsqu'elle fait intervenir un grand nombre de secteursZ pour un disque de dimensions relativement réduite5nécessite une grande précision de positionnement des couples êmetteurs-recepteur ainsi qu'une grande précision mécanique (Jeu, billage, centrage du disque). La réalisation de ces codeurs est donc particulièrement délicate et coiteuse. L'invention a donc pour but de supprimer tous ces inconvénients. Elle propose à cet effet un codeur incrémen- tal faisant intervenir un disque rotatif présentant au moins une piste de lecture circulaire comportant deux séries alternés de secteurs,,de préférence égaux et uniformé- ment répartis sur toute la surface de la piste, ces secteurs étant prévus de telle manière que le passage d'un secteur (de la première série) au suivant (de la deuxième série), puisse provoquer un changement d'état d'un capteur approprié, au moins deux capteurs du type susdit disposés de telle sorte que leur changement d'état au cours de la rotation du disque s'effectue en quadrature, et un circuit de logique séquentielle permettant d'émettreselon le casun signal de comptage ou de décomptage pour chacune des transitions montantes ou descendante (passage d'un secteur à un autre - 3 - au droit d'un capteu) qui se trouvent chacune définies par le symbole logique constitué par l'état des capteurs au début (4tat initial) et à la fin (état final) de la tran- sition ainsi qu'un symbole logique définissant le sens de rotation du disque et qui est obtenu par décodage desdits états (initial et final) des capteurs. Selon une caractéristique de l'invention, le susdit circuit de logique séquentielle est élaboré à partir d'un diagramme des phases dans lequel les états sont définis par les symboles logiques des deux détecteurs Ci, C2 et par le sens de rotation S. D'une façon plus précise, ce diagramme d'ttat comprend t une première boucle correspondant à la rotation du disque dans un sens et selon lequel on passe de l'état Q dans lequel C1 = 0, C2 = 0, S = 1, à l'état Q c1 =, C2 = 1, S = 1, puis à l'état 0 1= 1, C2 = 1, S = 1, puis à l'état C = 1, C2 = O, S = 1 pour revenir ensuite à l'état _une deuxième boucle correspondant à la rotation du disque dans le deuxième sens et selon lequel on passe de l'état a C1 = 0, C2 = 0, S2, Ol'é1tat 1 C1 = 1, C2 = 0, S = 0, puis à l'état C1 = 1 C2 = 1, S = 0, puis à l'état Q C1 = O, C2 = 1, S = o pour revenir ensuite à l'état t -_et des deubles transitions (dans un sens ou dans l'autre) COD,, et O Ce circuit de logique séquentielle fait donc interve- nir un décodeur tel quepar exemplenne mémoire ROM qui reçoit d'une part les signaux représentatif de l1'tat ins- tantané des capteurs Cl, C2 ainsi que, par rebouclage un si- gnal représentatif du sens S de rotation et d'autre part, par l'intermédiaire d'une ligne à retard, les signaux représentatiMsde l'état antérieur des capteurs C1, C2 et du sens S. Ainsi, pour chacune des transitions, le décodeur reçoit une information numérique constitue par l'ensemble des états logiques instantanés et antérieurs des capteurs et du sens. -4- Comme précédemment mentionné le disque peut ne compor- ter qu'une seule piste de lecture. Dans ce cas, les deux capteurs sont disposés au droit de cette piste en quadrature par rapport à la position des secteurs. Toutefois le disque peut comprendre deux pistes dans lesquelles les secteurs de l'une des pistes sont disposés en quadrature par rapport aux secteurs de l'autre piste. Selon une autre caractéristique de l'invention la rotation du susdit disque est commandée au moyen d'un bouton ou d'une molette actionnable à la main. Dans ce cas, pour permettre à l'opérateur de percevoir physiquement les impulsions de comptage délivrées par le compteur, l'invention prévoit un dispositif de crantage comprenant autant de crans qu'il y a de transitions au cours d'une rotation complète du disque dans un sens. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente schématiquement un disque comprenant deux pistes de lecture présentant chacune huit secteurs en quadrature avec les secteurs de l'autre piste au droit desquelles sont prévus deux capteurs disposés sur un méme rayon; La figure 2 représente schématiquement un disque comprenant une seule piste de lecture au droit de laquelle sont disposés deux capteurs sollicités en quadrature au cours de la rotation du disque; La figure 3 est un diagramme des phases permettant de définir le circuit de logique séquentielle permettant de délivrer, pour chacune des transitions, un bit de sens et un bit d'horloge; La figure 4 est un schéma-blocs dudit circuit de logique séquentielle; La figure 5 est une coupe axiale d'un mode d'exécution du codeur incrémental selon l'invention; Les figures 6 et 7, disposées bout à bout, représentent en perspective éclatée le codeur inerémental selon la figure 5. -5- Dans l'exemple représenté figure 1, le disque 21 comprend deux pistes circulaires coaxiales 22, 23 comprenant chacune huit secteurs transparents 24 uniformément répartis séparés par des zones opaques 25. Les secteurs 24 de l'une des pistes sont en quadrature par rapport aux secteurs de l'autre piste (c'est-à-dire décalés d'une demi-longueur). Dans ce cas il est prévu deux couples émetteurs-récep- teurs (capteurs C1, C2) disposés de part et d'autre du disque 21 et respectivement situés au droit des deux pistes 22, 23 sur un même rayon. Par ailleurs sur la bordure périphérique du disque, on a représenté en pointillé des encoches 26 représentatives des crans du susdit crantage et qui sont disposées de telle manière que chaque encoche correspond à un état stable des deux capteurs C1, C2, le passage d'un encoche 26 à une autre (transition) se traduisant toujours par un changement d'état de l'un des deux capteurs C, C2. Un même résultat peut être obtenu à l'aide du disque représenté figure 2 qui comprend une seule piste 27 com- prenant huit secteurs transparents 28 et au droit de laquelle sont disposés deux capteurs 29, 30 disposés de manière à obtenir une lecture en quadrature. Dans ces deux cas, chacune des transitions montantes ou descendantes peut être déterminée par un expression logique définie par les états logiques des capteurs C 1 et C2 et du sens de rotation, à l'instant initial (avant la transi- tion) et à l'instant final (à la fin de la transition). Ainsi, si l'on attribue aux capteurs C, C2 l'état logique 0 lorsqu'ils se trouvent au droit d'une zone opaque de la piste de lecture et l'état 1 lorsqu'ils ze trouvent au droit d'un secteur transparent, ainsi que l'état 1 lorsque le disque 21 tourne dans le sens trigono- métrique et l'état 0 lorsqu'il tourne en sens inverse, la transition relative a une rotation d'un cran du disque dans le sens trigonométrique à partir de la position représentée figure 1, sera définie par l'expression logique t C1 = C2 = S = (ô)--4 C -C = C2 =1 S= 1 soit le symbole logique. 0.0. (v). 0.1.1. - 6 - Ce symbole logique une fois décodéspermet d'émettre à la fois une impulsion de comptage-décomptage et une information de commande de comptage. De m9me si on faisait tourner le disque 21 d'un cran en sens inverse à partir de la position initiale représentée figure 1, la transition sera définie par le symbole logique. 0.0 (1) 1.0 0. Ce symbole logique, une fois décodé,permet d'émettre à la fois une impulsion de comptage-décomptage et une in- formation de commande de décomptage. Le circuit de logique séquentielle, et en particulier le circuit de décodage permettant de générer une impulsion de comptage-décomptage pour chaque transition: peut être élaboré simplement à partir du diagramme des phases repré- sentées figures 3 et dans lequel: Les états stables G(i et permettent de définir les transitioniis pour ne rotation continne du disque dans le sens trigonométrïiqpe, les états stables O G et C permettent de d(finir les transitions pour une rotation continue du disque dans le sens inverse, les autres transitions dues à des changements de sens de rotation du disque.sont alors définies par les bouclages (ïô)D y (hé)D C30D et (ô) la symbologie de chacun des états stables étant: (e C1 = état du capteur C1 CC C2 = état du capteur C2 S = état du sens de rotation du disque. Le circuit de logique séquentielle peut présenter une architecture telle que celle représentée figure 4 dans laquelle les informationsdélivrées par les capteurs C1 et C2 sont transmises par l'intermédiaire de deux conformateurs respectifs 33, 34 d'une part à un décodeur 36, etd'autre part,à une ligne à retard 37 elle-même reliée au décodeur 36. Le décodeur 36 présente deux sorties reliées à un -7- compteur 38, à savoir une sortie 39 délivrant au compteur 38 des bits de comptage-décomptage I et une sortie 40 délivrant des bits de commande de comptage ou de décomptage, repré- sentatifs du sens de rotation du disque 21. Cette sortie 40 est elle-même rebouclée d'une part sur une entrée du décodeur 36 et d'antre part sur la ligne à retard 37 de telle manière que le décodeur 36 reçoit à chaque instant les informations relatives A C1, C2 et S ainsi que les informations retardées CI,; Ct2; Si. infor- mations qui permettent de définir chacune des transitions. Los figures 5, 6 et 7 représentent la structure mécanique d'un mode de réalisation du compteur incrémental selon l'invention. Selon ce mode de réalisation, le compteur incrémental comprend un corps tubulaire 41 fermé d'un c&té par un fond 42 et de l'autre côté par un ensemble comprenant une couron- ne intercalaire 43 à deux niveaux d'alésage 44 et 45 et une calotte de fermeture 46 de section sensiblement en forme deV, munie d'un perçage coaxial 47, cet ensemble étant solidarisé par des vis longitudinales 48. A l'intérieur de ce corps 4 est monté rotatif, avec possibilité de coulissement axial, un axe 49 présentant d'un c&té une portion cylindrique 49' passant au travers du per- çage 47 de la calotte 46, suivie d'une portion 49" présentant au moins un méplat 50 puis se terminant par une portion cylin- drique 49"t de diamètre inférieur à celui de la portion 49'. A l'intérieur de la concavité de-la calotte 46 et coaxialement à l'axe 49 est disposé un ressort de compres- sion 51 venant s'appuyer d'un c8té à la fois sur une rondel- le 52 solidaire de l'axe 49 et pouvant se translater axia- lement dans un sens et dans l'autre, et sur une rondelle fixe 53 solidaire du corps 41 et, de l'autre c5té sur une rondelle mobile 54 retenue dans un sens par un décrochement d'alésage 55 de la calotte 46 et- pouvant être déplacée dans lVautre sens grâce à une rondelle 56 solidaire de l'axe 49. Cette disposition permet d'obtenir trois positions axiales de l'axe 49, à savloir, une position médiane de repos, une position pousséeet une position tirée. Sur la portion 49n deltaoe 49 est montée une douille épaulée 58 cont la surface intereure présente une forme sensiblement complnmentaire à celle de ladite portion 49" de manière à poveiwr etre entralnée en rotation par l'axe tout en permettutt un libre e-uliesement axial de celui-ci. Cette ú1ouille -58 -rsente -n,corps tubulaire, de surface extérieure cylindri que passant a travers de l'alésage 44 de la couronne interoalaire 4f,- qqi. 1-A: sert de palier, et un épaulement 59 de srfaiaoe éezee ogalement cylin- drique et de diambtre sensibleet éei à celui de 1 'alé- sage 45, de la eourcene 43 dans lequel il vient se loger. Get épau1 eneut 59 ccupend au meis deux perçages radiaux 60, 61 di-am4tralement opposés dans lesquels sont suecessive- ment dispoess un ressort de presseien 62 et une bille 63. Cette bilJ. e 3 se trouvie do z sollicitée contre la surface interne de l!al sago 45 sur laquelle est réalisée une série de crantages (a-u ombre de 32) correspondant aux crantages 26 du disque rerésent: figurs 1 et 2- Sur l'extrémit. de la dou-ille 58 opposée à l'épaulement 59' vient se monter un disque 61- 'tol que celui représenté figure 2 muni d'une piste de lecture comprenant huit sectenrs transparents 65. De part et d anutre de ce disque 64 et au droit de la piste sont respectivement disposés deux couples émetteurs- réeepteurs disposés en quadrature par rapport aux secteurs et portés par deux rondelles 66, 67 solidaires du corps 41 du capteur (lune de cos rondelles 66 portant les deux émetteurs 68 et l'autre rondelle 67 portant les deux récepteurs 69). A titre d'exemple les émetteurs peuvent consister en--. des diodes émettrices d'infrarouge et les récepteurs en des phototransistors. Le fond 42 comprend quant à lui un élément tubulaire coaxial 70 s'étendant vers l'intérieur du corps 41 et à l'intérieur duquel penètre l'extrémité cylindrique 49'' de l'axe 49. Cet élément tubulaire 70 comprend deux couples de 9 _ perçages radiaux coaxiaux 72, 73 dans lesquels sont respectivement logés deux ensembles émetteur-récepteur du type de celui précédemment décrit. Ainsi, selon la position axiale de l'axe 49 (intermédiaire poussée ou tirée) la liaison émetteur-récepteur de l'un ou l'autre ou même des deux capteurs perçages 72, 73 se trouve interrompue de sorte que l'on obtient ainsi plusieurs fonctions complémen- taires. Ainsi, par exemple, selon qu'on fait pivoter l'axe en position intermédiaire, poussée ou tirée, on pourra adresser les informations délivrées par les capteurs 68, 69 à des dispositifs de comptage-décomptage différents. On notera que dans l'exemple précédemment décrit, à l'aide d'un disque présentant huit secteurs transparents, on obtient 32 transitions et par conséquent 32 bits de comptage par tour. Pour obtenir un tel résultat en utilisant la technique classique, il aurait fallu prévoir un disque utilisant deux pistes comprenant chacune 32 secteurs.transparents. L'invention permet donc une très haute miniaturisation malgré des tolérances de précision beaucoup plus larges et en conséquence un coût de fabrication plus réduit. Dans l'exemple précédemment décrit le codeur incrémental faisait intervenir un circuit de logique séquentielle. Il est bien clair que parcircuit de logique séquentielleon entend également un circuit utilisant un microprocesseur programmé notamment d'après le diagramme des phases représen- té figure 3. A titre d'exemple, ce microprocesseur peut en outre assurer plusieurs fonctions suplémentaires telles que l'affichage du contenu du compteur ou bien l'adressage et le traitement des informations émanant des capteur 68, 69 en fonction de la position axiale de l'axe 49. - 10 - REVENDICATIOiNS 1.- Codeur incrémental destiné à convertir un dépla- cement angulaire en une information numérique qui, après traitement, permet d'effectuer, selon le sens de rotation, un comptage ou un décomptage caractérisé en ce qu'il comprend: un disque rotatif 21 présentant au moins une piste de lecture circulaire 22, 23 comportant deux séries alternées de secteurs 24, 25 de pre&'rence égaux et unifor- mément repartis sur toute la surface de la piste, ces secteurs 24, 23 étant prévus de telle manière que le passage d'un secteur 24 (de la prcinière série), au suivant 25 (de la deuxième série) puisse provoquer un changement d'état d'un capteur appropri6, au moins deux capteurs C 1, C2 du type susdit disposés au droit de la piste de telle sorte que leur changement d'état au cours de la rotation du disque 21 s'effectue en quadrature, et un circuit de logique séquentielle 36 permettant d'émettre, selon le cas, un signal de comptage ou de décomptage pour chacune des treasiticns montantes ou descen- dantes (passage d'un secteur 24 à un autre 25 an droit d'un capteur C1, 02) qui se trouvent chacune définies par le symbole logique constitué par l'état des capteurs Cl, C2, au début (état initial) et à la fin (état final) de la transition ainsi qu'un symbele logique définissant le sens de rotation du disque 21 et qui est obtenu par décodage desdits états (initial et final) des capteurs C1 et C2. 2 2.- Codeur incrémental selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le susdit circuit de logique séquentielle 36, 37 est élaboré à partir d'un diagramme des phases dans lequel les états sont définis par les symboles logiques des deux détecteurs C1, C2 et par le sens de rotation S, ce diagramme d'état comprenant: une première boucle correspondant à la rotation du disque dans un sens et selon lequel on passe de l'état Q - 11 - dans lequel C1 = O, C2 = O, S = à l'état G C1 = O, C2 = 1, S = 1, puis à l'état Q C1 = 1, C2 = 1, S = 1 puis à l'état G C1 = 1, C2 = = = 1 pour revenir ensuite à l'état t une deuxième boucle correspondant à la rotation du disque dans le deuxième sens et selon lequel on passe de l'état C1 = 0, C2 = 0, S = 0, à l'état ( cl = 1, C2 = O, S = 0 puis à l'état Q C1 = 1, C2 = 1, S = O, puis à l'état Q Cl = 0, C2 S = 1 O pour revenir à l'état a et des doubles transitions (dans un sens ou dans l'autre) et 3.- Codeur incrémental selon 1'uine des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de logique séquentielle comprend un décodeur 36 tel qu'une mémoire ROM qui reçoit d'une part les signaux représentatifs de l'état instantané des capteurs C1, C2 ainsi que, par rebouclage, un signal représentatif du sens S de rotation et d'autre part, par l'intermédiaire d'une ligne à retard 37, les signaux représentatifs de l'état antérieur des capteurs C1, C2 et du sens S. 4.- Codeur incrémental selon l'une des revendications précédentes caractérisé an ce que le susdit disque 21 ne comprend qu'une seule piste de lecture 22 et en ce que, dans ce cas, les deux capteurs C1, C2 sont disposés au droit de cette piste en quadrature par rapport à la position des secteurs 24. - 5.- Codeur incrémental selon ltune des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le disque 21 comprend deux pistes 21, 23 dans lesquelles les secteurs de l'une des pistes 22 sont disposés en quadrature par rapport aux sec- teurs de l'autre piste 23. 6.- Codeur incrémental selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, notamment dans le cas ou la rotation du disque 21 est commandée au moyen d'un bouton ou d'une molette actionnable à la main, il est prévu un dispositif de crantage comprenant autant de crans 26 qu'il y a de transitions au coum d'une rotation complète du disque dans un même sens. - 12 - 7.- Codeur incrémental selon l'une des revendications précédentes-, caractérisé en ce qu'il comprend un corps tubulaire 41 fermé d'un côté par un fond, 42 et, de l'autre coté, par un ensemble comprenant une couronne intercalaire 43 A deux niveaux d'alésage 44 et 45 et une calotte de fer- meture 46 de section sensiblement en forme de-/L, munie d'un perçage coaxial 47, cet ensemble étant solidarisé par des vis longitudinales 48, en ce que à l'intérieur de ce corpe 41 est monté rotatif un a>e présentant d'un c8té une portion cylindrique 49' passant en travers dudit perçage de la calotte 46!suivie d'une portion 49"sur laquelle est montée une douille épaulée 58, axialement retenue, et prévue de manière à pouvoir être entraînée en rotation par l'axe 49 et en ce que sur l'extrémité libre de cette douille 58 opposée vient se monter un disque 64 muni d'une piste de lecture comprenant une série de secteurs transparents et au droit de laquelle sont disposés on quadrature deux capteurs C1, C2 (68,69). 8.- Codeur incrémental selon la revendication 7, carac- térisé en ce que le susdit axe 49 peut coulisser axialement dans le perçage de la susdite calotte 46 et dans la susdite douille épaulée 58 et en ce qu'il comprend des moyens pour détecter la position axiale dudit axe. 9.- Codeur incrémental selon la revendication 8, carae- térisé en ce qu'il comprend un ressort de pression 51 prenant appui sur ledit corps 41 et sur ledit axe 49 de manière à ce que ce dernier puisse prendre trois positions, à savoir, une position médiane de repos, une position poussée et une position tirée, et en ce que dans ce cas les susdits moyens permettant de détecter la position axiale dudit axe com- prennent deux capteurs. 10.- Codeur incrémental selon l'une des revendications 7, 8 et 9, caractérisé on ce que le susdit épaulement 59 de la douille 58 comprend au moins un perçage dans lequel sont disposés un ressort et une bille qui vient porter sur une couronne crantée solidaire du corps. 11.- Codeur incrémental selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le susdit circuit de logi- que séquentielle consiste en un microprocesseur programmé - 13 - d'après le susdit diagramme des phases.