Brevet FR2528343A1 — publié le 19831216

DISPOSITIF ELECTROMECANIQUE DE CONTROLE DE DEPLACEMENT, UTILISABLE SUR UNE MACHINE-OUTIL. La présente invention concerne un dispositif électromécanique de contrôle de déplacement dont l'utilisation est envisagée plus particulièrement pour contrôler le déplacement du chariot d'usinage le long d'une table de machine-outil à commande numérique. Ce contrôle se traduit généralement par des informations sur le passage à des références fixes et par des ordres de freinage puis d'arrêt du c griot ;U1 squ il arrive en fin de course à chaque extrémité Dans le domaine des machines-outils à commande numérique, il est connu conventionnellement de mesurer les déplacements des têtes d'usinage par rapport à un "zéro machine" par des capteurs. Ceux-ci se présentent comme des boitiers hermétiques dont émerge un arbre dit d'entrée qui est en général solidaire du mobile à contrôler. Ces mécanismes comportent au moins un capteur angulaire tinductif: synchro, resolver, ou optique), dont la liaison avec l'axe d'entrée est assurée par des trains d'engrenages de rapport réducteur ou élévateur déterminés. La rotation de l'arbre d'entrée, commandée par un système roue-vis sans fin ou pignon-crémaillère, correspond au déplacement du chariot qui est ainsi connu avec précision. En outre, des rupteurs, c'est-à-dire des circuits interrupteurs à commande mécanique, sont placés sur la table fixe de la machine-outil et jouent le rôle de sécurités, par exemple : coupure de circuit électrique quand le chariot dépasse une position donnée, ou information du passage du chariot au zéro machine.Dans ces réalisations, les rupteurs, malgré des protections prévues, ne sont pas totalement isolés de toute source de pollution (huile de coupe, copeaux, ...) ; par ailleurs, l'aménagement de la machine-outil, avec un ou plusieurs capteurs et des rupteurs, accroît le nombre d'usinages précis et le câblage. Pour ces raisons, une solution connue plus perfectionnée incorpore sur un même boîtier les rupteurs, le ou les capteurs angulaires et le mécanisme d'entraXnement. Les trains d'engrenages entraînent le (ou les) capteur(s) et une pluralité. 2n de cames regroupées selon n paires, les deux cames de chaque paire tournant à des vitesses différentes en sorte de présenter un état mécanique comcidant, réglé pour une valeur déterminée du déplacement à contrôler et pour commander, à ce moment, un rupteur associé interposé sur une connexion électrique. Cette commande entraîne un changement d'état électrique sur la connexion considérée, l'ensem- ble permettant d'obtenir au moins n signaux de changement d'état qui correspondent à n valeurs prédéterminées du déplacement. Cette solution nécessite, en théorie, peu d'engrenages mais son montage et son réglage restent relativement complexes. Cette complexité est d'ailleurs d'autant plus grande que le nombre de rupteurs internes est plus élevé. En effet, beaucoup de pièces se trouvent emboîtées les unes dans les autres, ce qui crée de nombreuses sources de frottement parasite et des difficultés de centrage relatif. Ce dernier point entraîne un accroissement de la précision d'usinage. Un objet de l'invention est de réaliser un dispositif électromécanique de contrôle de déplacement qui pallie ces incon vénients tout en précisant ou améliorant les caractéristiques techniques du montage. En particulier, le montage se trouve simplifié et le coût diminué tout en autorisant de grands rapports de réduction apparents entre capteur angulaire et rupteurs ; en outre, le nombre de rupteurs n'est pas, en principe, limité. Selon l'invention telle que revendiquée, il est proposé d'aménager la solution précédente en sorte que chaque came commande un rupteur distinct, les cames étant rassemblées selon deux groupes de n cames chacun, entraînés l'un à une vitesse supérieure à l'autre pour constituer un groupe de cames dites lentes et un groupe de cames dites rapides, chacune des connexions électriques s'établissant à travers deux rupteurs connectés entre eux et commandés l'un par une came lente, et l'autre par une came rapide. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent: - la figure 1, un schéma de rappel de la solution antérieure; - la figure 2, un schéma partiel relatif au principe utilisé de dissociation des rupteurs au niveau de chaque paire de cames - la figure 3, les différents états possibles présentés par une paire de rupteurs associés, connectés en série, et le signal de changement d'état correspondant; - la figure 4, les différents états possibles présentés par une paire de rupteurs associés connectés en parallèle et le signal de changement d'état correspondant - la figure 5, un schéma d'un exemple de réalisation d'un dispositif électromécanique de contrôle de déplacement selon l'in Invention;; - les figures 6 et 7, des formes d'ondes relatives au fonctionnement d'un dispositif selon l'invention appliqué au contrôle de déplacement du chariot d'une machine-outil à commande numérique; - la figure 8, un schéma d'interconnexion d'un ensemble de deux rupteurs pour présenter un point commun et un fonctionnement série ou parallèle. La figure 1 rappelle, tout d'abord, la solution connue précitée qui rassemble sous un boitier les différents moyens entraînés par l'arbre d'entrée 1 et comprenant un mécanisme d'engrenages 2 pour faire tourner des cames rassemblées par paires à des vitesses différentes. Cette différence est mise en valeur par l'épaisseur du tracé ; on considérera, par exemple, que les engrenages et cames en traits fins tournent à une vitesse légèrement plus rapide que ceux en traits plus épais. Ceci peut être obtenu au niveau des trois trains réducteurs d'entrée, par un déport de denture sur 2a pour le faire tourner à une vitesse plus rapide que celle des deux autres pignons 2b et 2c identiques, le pignon d'entrée respectif en 2d étant similaire.L'ensemble 2d peut être formé de trois pignons d'entrée distincts : deux pignons identiques 2d1 engrenant respectivement sur les roues 2b et 2c identiques, un pignon 2d2 ayant un nombre de dents différent de 2d1 et engrenant sur la roue 2a qui a aussi un nombre de dents différent de 2b et 2c.Chaque came peut être réalisée comme figurée, circulaire avec une encoche. La coYnci- dence des encoches d'une paire de cames disposées en vis-à-vis l'une de l'autre, et entraînées à vitesse différente, se fera d'autant plus rarement que la différence de vitesse est faible et l'on s'arrangera, par positionnement relatif préalable des cames de chaque paire, pour que cette coincidence corresponde à une valeur déterminée du déplacement à contrôler.Ainsi, par exemple, la paire de cames 3, 4 commande le rupteur associé 5 qui est interposé sur une connexion électrique 6. Les rupteurs, étant généralement de petites dimensions, sont le plus souvent appelés microrupteurs. On se rend compte aisément que cette solution utilise un agencement d'arbres coaxiaux, emboités et/ou flottants par une extrémité et qu'elle ne se prête guère à une réalisation où le nombre de microrupteurs excèderait celui des trois représentés. Les parties hachurées représentent des paliers, roulement à billes ou autre, pour le découplage mécanique des arbres tournant à vitesse différente ; par exemple, le palier 7 entre les arbres 8 et 9. Un train d'engrenages entraîne un capteur angulaire 10, tel un résolver, pour la mesure continue du déplacement à contrôler. Une caractéristique de l'invention, comme représentée sur la figure 2, est de dissocier les rupteurs au niveau de chaque paire de cames. Ainsi, si l'ensemble comporte 2n cames, il y a autant de rupteurs et les deux rupteurs 11 et 12, associés à une paire de cames 13 et 14, sont interposés sur la connexion Cj correspondante l'ensemble comporte donc un mécanisme, 2n cames, 2n rupteurs et n connexions Cl à Cn. La partie 15 en pointillés interposée sur chaque connexion Cj comprend, en fait, les deux rupteurs dont les galets appuient sur les cames correspondantes, l'une lente et l'autre rapide, et le câblage 16 entre les deux rupteurs. Ce câblage peut être établi pour effectuer une connexion en série ou en parallèle des deux rupteurs. Les figures 3 et 4 montrent les différents états possibles des rupteurs Il et 12 d'une paire, connectés respectivement en série (fig. 3) et en parallèle (fig. 4). La position centrale correspond à la colncidence des encoches 13a et 14a des cames. En supposant une tension V appliquée sur la connexion, on obtient le signal impul sionnel représenté dont la durée t est évidemment liée aux dimensions des encoches. Du fait de la dissociation des rupteurs, il résulte que les cames 13 et 14 d'une paire n'ont plus à être disposées coaxialement, côte à côte, pour que vienne s'appuyer sur leur périphérie le galet du rupteur unique associé, comme c'était le cas dans le concept de la figure 1. Les axes mécaniques 17 et 18 tournant à des vitesses différentes, VR et VL respectivement, peuvent donc avoir un positionnement relatif indifférent, la liaison entre les deux sousensembles 11-13-17 et 12-14-18 étant assurée par le ou les fils de connexion 16. De plus, chaque axe peut entraîner la totalité des cames prévues pour tourner à la vitesse correspondante. Ainsi, l'ensemble des cames rapides peut être rendu solidaire de l'axe 17 et l'ensemble des cames lentes de l'axe 18 # pour former deux groupements de cames et simplifier la cinématique des trains d'engrenages. La figure 5 représente une réalisation préférentielle conforme à l'invention. Les liaisons extérieures du boîtier 30 comportent la liaison mécanique, par l'arbre 1, et des liaisons électriques par le connecteur 19. Ces liaisons comportent les fils des connexions Cl à Cn et ceux allant aux bobines du capteur angulaire 10. Les cames sont empilées selon deux groupes, un groupe de cames lentes 31 et un groupe de cames rapides 32. On n'a représenté qu'une seule des liaisons Cj-16 d'une paire de cames par souci de simplification. Le mécanisme d'engrenages comporte l'agencement figure de neuf pignons seulement, 20 à 28 formant un rapport multiplicateur suivi de trois rapports réducteurs pour entraîner chacun des groupes de cames. La succession de pignons 20 à 27 entraîne l'arbre 33 à vitesse VL, et la succession 20 à 26 et 28 entraîne l'arbre 34 à vitesse VR. Le capteur angulaire 10 est entraîné par la sortie du premier train élévateur 20-21. Soit L la longueur maximale de la table de la machine-outil, donc le déplacement possible du chariot. Le mécanisme est conçu à la demande pour que, à x mm de déplacement, corresponde un tour du rotor du capteur angulaire interne, et que, sur le déplacement total L, chaque paire de rupteurs ne délivre qu'une seule information, à une position réglable quelconque, avec une précision généralement de l'ordre de X4 mm. En conséquence, le rapport de réduction apparent entre resolver et microrupteurs est Lx . Ce rapport peut être très grand, par exemple 1250/1 pour L = 2500 mm et x = 2 mm, ce qui est réalisable sous un faible encombrement de boitier grâce à l'agencement des deux jeux de cames 31 et 32 indépendants. Les deux jeux de cames tournent à des vitesses légèrement différentes, de façon que, sur un déplacement total L, les rupteurs lents s'enclenchent n fois (figure 6a), les rupteurs "rapides" (n + 1) fois (figure 6b).Une seule coincidence (figure 6c) de chaque paire de cames est assurée si l'on vérifie la relation: Lit > (n + 1)2 déduite de T1 > T2 + t et (n + 1) T2 > n T1 + t, avec: L = longueur du déplacement maxi du chariot de la machine t = largeur du créneau électrique, lue en équivalent de déplacement chariot (sur la table). Pour un déplacement total L = 2500 mm, sachant que 2 mm lus sur la table correspondent à 1 tour résolver (figure 7f), chaque ensemble de deux microrupteurs donnera un signal pour 1250 tours résolver ; les rupteurs lents s'enclencheront par exemple 10 fois, les rupteurs rapides 11 fois. Dans ces conditions, il faut que la durée des créneaux électriques ne dépasse pas une valeur de déplacement correspondant à 20 mm ; les cames rapides seront dans un rapport de réduction de 1250 111 par rapport au résolver, les cames lentes seront dans un rapport 1250 de 10 ; la chaîne cinématique pourra être celle de la figure 5. En fonctionnement, les signaux électriques obtenus pourront être analogues à ceux de la figure 7, les fronts des signaux A, B, C, etc... étant réglables indépendamment les uns des autres et correspondant à des positions bien précises du chariot de machineoutil sur la table. Les moyens de réglage des cames ne sont pas représentés, ils peuvent être réalisés simplement au moyen d'une vis de blocage qui appuie sur l'axe et qui est montée sur chaque came; le déblocage de la vis permet de désolidariser la came de l'arbre et la positionner à la valeur voulue. Le boîtier est aménagé avec un couvercle pour avoir facilement accès aux cames et permettre les réglages désirés. Ce système permet, en utilisant des trains d'engrenages classiques et des éléments faciles à réaliser, d'obtenir des tolérances de positionnement des fronts des créneaux électriques faibles (de l'ordre de quelques 1l mm), alors que les tolérances d'usinage et réglage des cames peuvent être importantes (quelques degrés). La forme des signaux électriques peut être quelconque, comme on peut le voir, simplement par un choix judicieux des associations de rupteurs. On peut même créer, pour chaque ensemble de deux rupteurs, un "point commun", laissant le choix du signal à l'utilisateur. Ainsi la figure 8 montre ce que pourrait être le branchement interne d'une chaine de deux rupteurs, de telle façon que l'utilisateur détecte les signaux soit entre A et B soit entre A et C (A = point commun). Il a été exposé la constitution et le fonctionnement du dispositif pour un cas extrême mais, dans des cas plus courants où la longueur maximale de déplacement est plus faible, de 1 m par exemple, la conception peut se trouver simplifiée, d'une part, du fait que le réducteur peut comporter moins d'éléments, d'autre part, du fait que les fréquences de battement des rupteurs peuvent être moindres. L'application principale pour laquelle le mécanisme a été conçu est dans le domaine de la machine-outil à commande numérique pour assurer les fonctions, mesure du déplacement du chariot et limitation de ce déplacement (butées électromécaniques internes). Dans cette application, quatre ensembles de microrupteurs peuvent servir de sécurités, donnant des ordres de décélération ou d'arrêt à la commande numérique, quand le chariot arrive au bout de la table d'un côté ou de l'autre (signaux B, C, D, E, figure 7). Le cinquième ensemble (signal A) sert à définir la position du zéromachine. D'autres applications peuvent être envisagées : en robotique par exemple, ou dans des systèmes de manutention automatique, le déclenchement d'un rupteur correspondant à un ordre précis. Ainsi doivent être considérés comme inclus dans l'invention des dispositifs n'ayant pas de capteur angulaire de position ou au contraire, comportant plusieurs capteurs accouplés, ceux-ci pouvant être d'un type quelconque (capteur inductif, potentiomètre, codeur optique, etc...). De plus, le nombre et la configuration des microrupteurs, dépendant de l'utilisation, une réalisation avec trois microrupteurs ayant un point commun par exemple, constitue évidemment une variante de l'invention. (voir Fig. 8). Parmi de nombreuses variantes répondant aux caractéristiques de l'invention, on peut encore citer des réalisations comportant plus de deux groupes de cames, ce qui sous-entend au moins trois vitesses différentes d'entraînement en rotation. Dans ce concept, il n'y a pas lieu de rechercher une comcidence mécanique de trois cames ce qui serait une complication inutile, mais on peut envisager, par exemple, d'apairer les cames pour former un groupe de n cames lentes associées à n cames rapides et un groupe de n cames tournant à une vitesse intermédiaire associées également à n cames rapides pour produire 2 n signaux de contrôle. Il faut donc que le groupe de cames rapides soit de 2 n, une structure à n cames rapides associées chacune à 2 rupteurs n'est guère envisageable pour préserver l'indépendance des réglages avec les deux autres cames. Le mécanisme devra comporter trois axes d'entraînement des cames aux trois vitesses prévues. Il faut aussi considérer à titre non exhaustif le modèle de came avec encoche et microrupteur à galet associé considéré dans la description. D'autres solutions plus sophistiquées, mais probablement aussi plus onéreuses peuvent être envisagées. REVENDICATIONS 1. Dispositif électromécanique de contrôle de déplacement, comportant un arbre d'entrée (1) pour coupler mécaniquement le dispositif avec un moyen externe à contrôler, le déplacement se traduisant par la rotation de l'arbre lequel entraîne à son tour, par l'intermédiaire d'un mécanisme de trains d'engrenages (2), une pluralité de 2n cames regroupées selon n paires, les deux cames (3,4) de chaque paire tournant à des vitesses différentes en sorte de présenter l'état mécanique colncidant réglé pour une valeur dé- terminée du déplacement et pour commander, à ce moment, un rupteur associé (5) interposé sur une connexion électrique (6) la dite commande entraînant un changement d'état électrique sur la connexion considérée, I'ensemble permettant d'obtenir au moins n signaux de changement d'état correspondant à n valeurs prédéterminées de déplacement, le dispositif étant caractérisé en ce que chaque came (13) commande un rupteur distinct (11), les cames sont réparties en au moins deux groupements entraînés par les engrenages à vitesse différente formant un groupement de cames lentes (31) et un groupement de cames rapides (32), chacune des connexions électriques (Cj) comportant au moins deux rupteurs (11, 12) connectés entre eux (16) et commandés, run par une came lente (14) et l'autre par une came rapide (13). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trains d'engrenages comportent au moins deux axes d'entraînement (33,34) tournant à vitesse différente pour entraîner les groupements de cames respectifs, chaque groupement (31,32) étant formé par un empilage de cames sur l'axe correspondant. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un capteur angulaire (10) pour la mesure continue du déplacement à contrôler, ce capteur étant également entraîné par le mécanisme d'engrenages, l'ensemble formé par ce mécanisme, le capteur, les groupes de cames et rupteurs associés étant placés sous un boîtier (30) muni d'un connecteur de raccordement (19). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé dents, caractérisé en ce que les rupteurs (11,12) de chaque connexion sont connectés entre eux (16) par un cablage série (Fig. 3), ou parallèle (Fig. 4) ou serie-p)araîlèle avec un point commun (Fig. 8). 5. Utilisation d'un dispositif selon la revendication 3 ou 4 pour le contrôle du déplacement d'un chariot d'usinage d'une machineoutil à commande numérique, caractérisé en ce qu'il compte au moins cinq cames par groupe pour produire cinq signaux de contrôle correspondant l'un (A) à un zéro machine, deux autres (B, C) à une approche et à l'arrivée en butée vers une extrémité du déplacement du chariot, et les deux derniers (D,E) à une approche et à l'arrivée en butée vers l'autre extrémité du déplacement.