Brevet FR2529666A1 — publié le 19840106

Codeur magnétiques La présente invention concerne un codeur magnétique et plus particulièrement un dodeur magnétique rotatif comportant un disque tournant sur lequel est formée une succession d'uni- tés de codage ou de graduation magnétiques discrètes,- et une tête de lecture magnétique juxtaposée au disque tournant pour lire successivement les unités de graduation et mesurer ainsi un déplacement angulaire du disque. Un codeur rotatif magnétique s'est révélé être un instrument extrêmement utile pour mesurer un déplacement angulaire ou linéaire d'un élément mobile, par exemple dans une machine- outil En fait, une mesure de précision d'un tel mouvement doit être une base pour positionner de façon précise une pièce mobile,par exemple un outil ou une pièce à usiner, dans une machine-outil et dans d'autres outillages. Dans de tels instruments d'un type classique, des disques magnétiques ont une configuration de graduation commune, selon laquelle les unités de graduation magnétiquessuccessi- ves sont disposées selon un cercle sur une surface du disque coaxialement à celui-ci de telle sorte que les pôles magné- tiques opposés constituant chacune des unités de graduation se trouvent alignés dans le sens de rotation du disque. La tête de lecture magnétique est juxtaposée à cette surface du disque, à une certaine distance de celle-ci, de façon à mesurer successivement ces unités de graduation qui sont balayées sur le cercle lorsque le disque tourne On a cons- taté que cette structure de disque magnétique se caracté- risait par une densité relativement faible d'unités de codage ou de graduation magnétiquespar zone (angle) et de ce fait que le pouvoir de résolution de la-lecture magnétique ne donnait pas satisfaction. Des disques magnétiques tournants de l'autre type connu go utilisent une échelle de graduation dans laquelle le disque est magnétisé transversalement à son épaisseur de telle sorte que les unités de graduation magnétiquess'étendent perpendiculairement aux surfaces latérales du disque et sont successivement formées parallèlement l'une à l'autre sur une zone circulaire coaxiale au disque La tête de lecture magnétique est alors en forme de C ou d'U de façon que le disque tournant soit placé entre ses deux bras de lecture. Un tel disque doit avoir une épaisseur considérable pour que chaque unité de graduation ait un flux magnétique d'une intensité satisfaisante L'épaississement du disque entraîne un accroissement de son poids et on a constaté que ceci pouvait imposer une charge excessive sur le mouvement d'un élément destiné à faire tourner le disque. Dans les deux types de codeurs magnétiques conventionnels décrits, on doit également noter qu'un disque tournant mince tend à onduler et que le mouvement ondulatoire du disque tournant est plus important vers sa périphérie au voisinage de laquelle sont disposées les unités de graduation magné- tiques Il en résulte que le disque tournant et la tête de lecture qui sont espacés l'un de l'autre au travers d'un petit intervalle d'air peuvent venir en contact glissant, provoquant ainsi une usure non souhaitable de la surface de la tête En outre, une variation notable de l'intervalle magnétique est ainsi créée et tend à provoquer une erreur de lecture. En conséquence, la présente invention vise à procurer un - nouveau codeur magnétique amélioré du type tournant, qui puisse éliminer les inconvénients rencontrés dans la techni- que antérieure et dont la précision de lecture soit extrê- mement élevée. Sous un premier aspect, la présente invention procure un codeur magnétique comportant un disque tournant sur lequel est formée une succession d'unités de codage ou de gradua- tion magnétiques discrètes et une tête de lecture magnétique juxtaposée au disque pour lire successivement les unités de graduation lorsque le disque tourne afin de mesurer et de coder un déplacement angulaire de celui-ci, dans lequel chacune des unités de graduation magnétiquesest allongée et est constituée par une paire de pôles magnétiques opposes (N, S) orientés selon une direction radiale du disque tour- nant De façon avantageuse, les unités de graduation magné- tiques dont chacune s'étend individuellement dans la direc- tion radiale, sont disposées en séquence sur une zone annu- laire adjacente à la périphérie du disque La tête de lec- ture magnétique est disposée pratiquement dans le même plan que le disque tournant et est juxtaposée à la périphérie du disque, à une petite distance de celle-ci, en ménageant entre elles un intervalle uniforme. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint, sur lequel la figure 1 est une vue en coupe illustrant schématiquement un codeur rotatif magnétique selon la présente invention; la figure 2 est une vue en plan illustrant schématiquement une disposition d'unités de graduation ou de repèresmagné- tiques dans un disque magnétique selon la présente invention; la figure 3 est une vue à grande échelle, illustrant sché-. matiquement une portion des unités de graduation magnéti- ques de la figure 2, disposées selon une configuration donnée, avec une portion de la tète de lecture dans un codeur selon l'invention; la figure 4 est une vue en plan schématique illustrant une portion des unités de graduation magnétiques disposées sous une autre configuration; et la figure 5 est une vue en coupe illustrant schématiquement un procédé pour former les unités de graduation magnétiques dans un disque tournant selon l'invention. On se reporte maintenant à la figure 1; le codeur magnétique 1 représenté comporte un disque magnétique 2 et une tête de lecture 3 Le disque magnétique 2 est monté sur un disque- support 2 ', par exemple en une matière plastique, pour former un élément tournant 4 Le disque-support 2 ' est ici facul- tatif et peut être utilisé si le disque 2 n'est pas plus épais que 1 mm ou moins pour le maintenir suffisamment rigide en rotation L'élément tournant 4, ici le disque-support 21 portant le disque magnétique 2, est monté sur un arbre tour- nant 5 qui tourillonne dans deux paliers 6, 7 Le palier 7 est maintenu dans un cadre 8 au moyen d'un boulon 9 et le palier 6 est maintenu dans une plaque formant couvercle 10 fixée sur le cadre 8 par des vis, comme il est représenté. L'arbre tournant 5 porte une roue 11 fixée sur lui, avec laquelle une pièce ou surface mobile 12 est couplée fonc- tionnellement pour faire tourner l'élément tournant 4, et de ce fait le disque magnétique 2,de façon à pouvoir mesurer un mouvement de la surface 12 sous forme d'un déplacement angulaire correspondant du disque magnétique 2 La tête de lecture magnétique 3 est juxtaposée à la périphérie du disque 2 au traversd'un intervalle magnétique Le disque 2 est magnétisé dans une de ses directions radiales. De façon plus spécifique, des unités de graduation ou de codage ou des repères magnétiques 2 a sont formés en séquence sur une zone annulaire 2 b adjacente à la périphérie 2 c du disque 2 à laquelle est juxtaposée la tête de lecture 3. Selon l'invention, chaque unité 2 a est allongée en travers de la zone 2 b et est constituée par une paire'de pâles magné- tiques opposés, N et S, lesquels sont alignés avec une direc- tion radiale du disque 2,comme on le voït plus clairement sur les figures 2 et 3 La zone annulaire au travers de laquelle s'étend chacune des unités 2 dans une direction radiale du disque 2 a une largeur uniforme d Des unités de graduation ou des repères adjacents 2 a sont uniformément espacés et, dans la réalisation représentée sur la figure 3, leurs polarités magnétiques alternent de telle sorte que les pôles N et S apparaissent en alternance le long de la périphérie 2 c du disque 2 Dans la réalisation de la figure 4, des unités de graduations ou des repères adjacents 2 a ont les mêmes polarités magnétiques et sont représentés comme présentant leurs pôles N, espacés l'un de l'autre, sur la périphérie 2 c du disque 2 et sont implantés radiale- ment dans un pôle S commun à toutes les unités En outre, dans la réalisation de la figure 3, les repères magnétiques adjacents 3 a peuvent être raccordés entre eux à leurs extré- mités intérieures orientées vers le centre du disque 2. Le disque 2 peut être magnétisé d'une manière qui sera dé- crite plus loin pour y former des unités de graduation ou de codages ou des repères magnétiques 2 a A cet égard, le disque 2 destiné à être magnétisé peut être une couche de poudre magnétique, par exemple d'une ferrite, peinte ou fixée de toute autre façon sur le disque-support 2 ', ou sur un mince film de matière non magnétique, telle qu'une résine synthétique, qui peut être alors fixé sur le disque- support 2 ' Au lieu d'une telle couche continue, on peut former de fines couches de bandes discrètes correspondant en dimensions aux repères 2 a sur un film-support en résine synthétique ou sur le disque-support 2 ', et on peut ensuite magnétiser ces bandes pour former ces repères ou unités 2 a. En variante, le disque 2 peut, de façon tout à fait avan- tageuse, être un disque constitué de façon homogène par une matière magnétique (pa: exemple un alliage magnétique du type des compositions spinodales à base de fer et de chrome), d'une épaisseur uniforme de 0,5 à 3 mm, et ilpeut être fixé sur le disque-support 21 On peut également former une mince couche ou corps uniforme d'une poudre d'unè matière magnétique et la-fixer sélectivement sur la zone annulaire 2 b du film-support ou du disque-support 2 '. La tête de lecture magnétique 3 peut comporter un seul noyau magnétique d'une seule pièce (figure 1), mais de préférence une multiplicité de noyaux en matière magnétique 3 a séparés par une entretoise en matière non magnétique 3 b et raccordés par un étrier 3 c comme on le voit sur la figure 3 Une bobine de lecture 3 d est enroulée sur le noyau ou sur les pièces magnétiques (figure 1) et peut être raccordée par l'inter- médiaire d'un amplificateur et d'un circuit formateur d'ondes à un circuit de comptage et de traitement (non représenté) dans un agencement conventionnel La tête 3 est disposée dans le même plan que le disque 2 et est juxtaposée à la périphérie de celui-ci au travers d'un intervalle magnétique D en relation de lecture avec les unités de codage magné- tiques 2 a Dans la réalisation de la figure 3, le pas des noyaux 3 a correspond au pas des unités de codage 2 a Les éléments 3 c peuvent être des éléments à effet Hall, des éléments de résistance magnétique ou des éléments de lecture magnétique analogues. Dans la réalisation spécifique du disque magnétique 2 selon la présente invention, dans lequel chacune des unités de codage ou de graduation magnétiques 2 a, qui sont successi- vement formées en tournant dans une zone adjacente à la périphérie 2 c du disque, est alignée avec une direction radiale de ce dernier, on notera qu'il y a une augmentation notable de l'intensité des sorties de codage du fait d'une augmentation de la distance entre pôles de chaque unité de graduation 2 a En outre, on peut rendre maximale la densité des unités de graduation 2 a par unité angulaire de rotation du disque 2,permettant ainsi aux sorties de codage de se développer avec un pouvoir de résolution extrêmement élevé En outre, il est possible, comme il est représenté, de disposer la tête de lecture 3 pratique- ment dans le;,même plan que le disque tournant 2, juxtaposés à une très faible distance à la périphérie 2 c de celui-ci. Il en résulte que tout mouvement ondulatoire possible pou- vant se produire dans le disque tournant 2 n'entraîne au- cune variation sensible de l'intervalle magnétique D Ceci permet de réduire ce dernier au minimum, d'une part sans crainte d'un contact glissant possible du disque tournant 2 avec la tête de lecture et sans usure résultante de cette dernière, et d'autre part, sans créer d'erreurs de lecture avec le résultat que les sorties de codage sont maximales. La figure 5 montre une disposition pour former des unités de codage ou de graduation 2 a dans un disque tournant pour préparer le disque magnétique 2 selon l'invention Dans cet agencement, un élément tournant 4, constitué par le dis- que 2 et le disque-support 2 ' fixés ensemble, est porté sur un arbre tournant 15 et y est fixé en position par un écrou- papillon 16 L'arbre tournant 15 tourillonne dans deux pa- liers 17 et 18, qui sont respectivement retenus dans une plaque formant couvercle 19 et dans un bâti 20, qui sont fixés ensemble au moyen de boulons et forment un comparti- ment 21 L'arbre tournant 15 porte également un disque oi- ginal 22, qui tourne dans le compartiment 21 L'arbre 15 est couplé fonctionnellement à un moteur 23 par une trans- mission à engrenages 24 pour faire tourner le disque origi- nal 22 et l'élément tournant 4. Ici, le disque original 22 est en verre ou en matière trans- parente analogue; des repères non transparents sont formés, par exemple par photogravure, sur une zone périphérique de ce disque selon une configuration qui correspond à celle des unités de codage magnétiques 2 a à former sur la zone périphérique correspondante 2 b du disque magnétique 2 Une source lumineuse 25 est disposée d'un côté du disque origi- nal tournant 22 et fait passer à travers la zone périphé- rique un faisceau lumineux qui est intercepté-par une photo- diode 26 disposée du côté opposé du disque tournant 25 La photodiode 26 est raccordée à un circuit de commande 27 con- çu pour agir sur une source de courant 28 afin d'exciter une paire de têtes de magnétisation 29 et 30. La tête de magnétisation 29 est constituée par un noyau 29 a et un enroulement de magnétisation 29 b enroulé sur le noyau. La tête de magnétisation 30 est constituée par un noyau 30 a et par un enroulement de magnétisation 30 b enroulé sur le noyau Les enroulements 29 b et 30 b sont raccordés en série l'un avec l'autre à la source de courant de magnétisation 28 Les noyaux 29 a et 30 a sont, de préférence, raccordés entre eux par une culasse 31 en une matière de perméabilité élevée de façon à réduire au minimum toute fuite des flux magnétiques créés à travers elle lorsque les enroulements 29 b et 30 b sont excités Le noyau 29 a est disposé dans le même plan que le disque 2, juxtaposé à très faible distance à la périphérie 2 c de ce disque; ce peut être un noyau uni- que qui est pointu ou effilé en direction de la périphérie 2 c, mais de préférence, c'est un noyau composite ayant une structure sensiblement identique à celle de la tête de lec- ture 3 représentée sur la figure 3 De préférence, un tel noyau s'effile en direction de son extrémité pour former l'intervalle magnétique D avec le disque tournant 2 Le noyau 30 a peut être de forme columnaire, avec une face terminale d'un diamètre correspondant à la largeur de cha- cune des unités de codage 2 a formées sur le disque 2 et il est juxtaposé, à très faible distance, à une surface latérale du disque 2, à une distance d de sa périphérie 2 c. Dans l'opération de magnétisation, l'élément tournant 4 et le disque original 22 fixéssur l'arbre rotatif 15 sont en-, traînés en rotation par le moteur 24 Le faisceau lumineux provenant de la source 25 et passant à travers le disque original tournant 22 pour tomber sur la photodiode 26 est successivement interrompu par une série de repères non transparents foreéssur le disque tournant 22 _Ainsi, il se développe dans le circuit 27 une série de signaux d'in- terruption en réponse à la photodiode 26 et le circuit 27 actionne sélectivement la source de courant 28 Les têles 29 et 30 sont excitées par intermittence pour former une succession de graduations de codage magnétiques sur le disque tournant 2 Le disque original 22 n'a pas besoin d'avoir le même diamètre que le disque magnétique 2, et il doit même, de préférence, être plus grand que le disque 2 afin d'augmenter la précision du marquage magnétique On peut former sur le disque 2 une succession de marques ou d'unités de codage magnétiques 2 a avec des polarités al- ternées comme on le voit sur la figure 3 en faisant alterner les polarités de sortie de magnétisation de la source de courant 28. Revendications. 1 Codeur magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte un disque tournant ( 2) sur lequel est formée une succession d'unités de codage magnétiques discrètes dont chacune com- porte une paire de pôles magnétiques opposés f N, S); et une tête de lecture magnétique ( 3) juxtaposée au disque ( 2) pour lire successivement les unités de codage lorsque le disque tourne de façon à mesurer un déplacement angulaire de ce dernier, chacune des unités de codage avec les pôles magnétiques opposés s'étendant pratiquement en alignement avec une direction radiale du disque. 2 Codeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités de codage magnétiques ( 2 a) sont formées sur le disque en séquence dans un sens de rotation de celui-ci. 3 Codeur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités de codage magnétiques sont formées sur le disque en séquence dans une zone annulaire ( 2 b) coaxiale au disque et adjacente à sa périphérie. 4 Codeur magnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les unités de codage magnétiques successives sont magnétisées pour présenter des pôles magnétiques en alter- nance selon la périphérie du disque. Codeur magnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tête de lecture est disposée pratiquement dans le même plan que le disque et est juxtaposée, à une cer- taine distance, de sa périphérie, au travers d'un intervalle.