Brevet FR2534836A1 — publié le 19840427

Les procédés et dispositifs déja connus utilisent le contraste lumineux entre deux surfaces. L'image est projetée sur une ou plusieurs cellules photo-électriques par un ensemble optique conventionnel qui peut être associé à une optique à fibre de verre dans les cas ou l'encombrement est limité au niveau de la lecture. Ces procédés ainsi que les dispositifs correspondants utilisant la variation d'amplitude du flux lumineux sont relativement imprécis du fait de la sensibilité à l'éclairage ambiant, des variations de ltétat de surface et de ce que la forme de la surface sensible réalisée par les cellules est souvent géometriquement mal adaptée à l'objet à détecter. L'invention vise à remédier à ces incovenients en utilisant dispositif de modulation de phase dont lWorgane optique principal est un vibreur synchrone sur lequel est fixé un miroir oscillant. Ce vibreur peut être inclus dans divers ensembles optiques. A titre d'exemple, la description suivante concerne un dispositif réalisé pour la commande de machine à rainurer les collecteurs de moteurs à courant continu. Il s'agit pour cette application particulière, de positionner avec précision une fraise qui usine l'isolant entre deux lames du collecteur. Cet isolant se présente sous forme d'un trait mat plus ou moins large entre deux plages réflé- chissantes. Pour la clarté de l'exposé qui suit, la dénomination de " trait " représentera l'isolant au point de vue optique. L'ensemble utilisé pour cette application particulière est représenté figure 1. Une ampoule electrique 1 éclaire une fenêtre rectangulaire 2 à partir de laquelle un faisceau lumineux traverse un miroir semi transparent 50% 50% incliné à 45 représenté en 3 puis est réfléchi à 9fil0 par le miroir oscillant 4 et est focalisé par la lentille convergente 6 qui donne une image de la fente tre sur la surface du collecteur 7. La plus grande dimension de la fenêtre rectangulaire ainsi projetée est dans le sens du trait dont la détection est favorisée par rapport à des taches de contour quelconques. L'oscillation du miroir 4 fixé,sur le vibreur synchrone 5 donne à l'image de la fenêtre un mouvement alternatif transversal réalisant une exploration permanente des bords du trait. Au retour, la lumière réfléchie par la surface du collecteur suit le meme trajet jusqu'au miroir semi transparent 3 qui la dérive de 90 pour former une deuxième image de la fenêtre sur la cellule 8 placée à un point symétrique de la fenotre éclairée par rapport au miroir 3. La faisceau lumineux étant dévié à l'aller et au retour par le miroir oscillant, l'image de la fenêtre sur la cellule est immobile mais sa luminosité varie en fonction du pouvoir réfléchissant de la surface du collecteur rencontrée au cours de l'exploration réalisée par le miroir oscillant. Par ailleurs, l'immobilité de cette deuxième image est très importante pour éviter la modulation parasite due aux variations de sensibilité de la surface de la cellule. Le vibreur synchrone est décrit par la figure 2. Il est constitué par un circuit magnétioue comportant une partie fixe et une partie mobile. La partie fixe comprend une pièce en fer doux 9 et deux aimants permanents IO et II, dont la polarité est indiquée sur le dessin. La partie mobile I2 également en fer doux, porte le miroir I3 et est séparée de la partie fixe par un entrefer 14 ; elle est suspendue par un ressort 15. La bobine I6 est placée dans la partie fixe conformément au dessin. Cette bobine étant parcourue par un courant alternatif, du fait de la polarisation du champ magnétique par les aimants permanents, la partie mobile et son miroir vibrent à la fréquence de ce courant. En choisissant la raideur du ressort pour obtenir une fréquence propre de la partie mobile suffisamment élevée par rapport à la fréquence du courant de commande, le déplacement de la partie mobile est en phase avec le courant, de plus l'amplitude du déplacement est proportionnelle à ce même courant. Ces deux propriétés sont capitales pour le fonctionnement de l'ensemble électronique de traitement du signal qui a pour but, de positionner la fraise au milieu du trait, c'est à dire au milieu de la partie isolante à usiner. Cet ensemble electronique dont le fonctionnement est représenté schématiquement par la figure 3 peut être de fini comme un discriminateur qui détecte avec précision une inversion de phase au moment ou le système d'exploration passe par le milieu du trait. Les dessins AI, A0 et A2 représentent l'exploration d'un trait par l'image de la fenêtre lumineuse; en A1,il est déporté vers le haut de la figure, en A2, il est déporté vers le bas et en A0, le trait est au centre de la zone explorée. La sinusorde IC représente l'intensité dans la bobine du vibreur, concordant avec la position de la fenêtre au cours de son mouvement. La fréquence de 50 Hz a été choisie pour l'application decrite ici. Les dessins 81, 80 et, 82 représentent les signaux electri- ques engendrés par le flux lumineux reçu par la cellule. Les droites marquées 0 indi.quent l'instant ou le courant de commande est nul et ou simultanément la fenêtre passe par sa position centrale. L'examen des dessins A et 8 dans leur ensemble, et en particulier du rapport entre les surfaces de la fenêtre qui se trouvent dans une zon-e mate ou dans une zone réfléchissante, montre que lorsque le trait est au centre de la zone explorée, la cellule émet un signal de 100 Hz. -Par contre, quand le trait s'écarte du centre, apparait un signal de 50 Hz dont la phase s'inverse suivant le sens de l'écart par rapport à'la phase du courant de commande IC. Ce résultat n'est acquit que pour une amplitude d'èxploration adaptée à la largeur du trait; en effet, quand l'exploration est rop petite, la fenêtre reste à l'intérieur de la zone mate et la cellule ne reçoit pas de signal; par contre, quant l'exploration est trop grande, la fente sort entièrement des limites du trait , ce qui introduit une incertitude dans la mesure de la position médiane. Il est donc très important de pouvoir modifier facilement l'amplitude d'exploration en faisant varier I'intensité du courant de commande du vibreur. Le dispositif de traitement du signal est un discriminateur de phase utilisant comme référence le courant de commande du vibreur. En se référant toujours à la figure 3, IC est retardé de 900 par le circuit déphaseur I7 puis amplifié en 18 pour donner un signal rectangulaire dont les flancs dérivés dans le circuit I9 constituent des impulsions sortant sur deux voies et dont la position par rapport au zéro est indiquée sur la figure dans chaque cas de position de la fente. Ces impulsions commandent I'entrée logique de deux échantillonneurs 20 et 21 et servent ainsi de référence au discriminateur de phase. Par ailleurs, le signal de la cellule est amplifié et mis en forme par lamplificateur 22 et écrêté a une valeur fixe, rendant ainsi le système insensible aux variations de niveau du contraste dues à l'état de surface. Sur la figure 3, Cl; CO et C2 représentent dans les différentEs positions du trait ce signal écrêté connecté à ltentrée analogique de échantillonneurs 20 et 21. D1, DO et D2 représentent la sortie des deux échantillonneurs, qui est la tension C1, CO et C2 mise en mémoire au moment de chaque impulsion toujours pour chaque cas de position de la fente. Les échantillonneurs sont connectés à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 23 monté en soustracteur et dont la tension de sortie résultant de cette opération est représentée en El, EO et E2. On voit que cette tension est nulle pour la position médiane et est négative ou positive suivant le sens de ltécart par rapport au milieu de l'exploration. Tout l'ensemble étant synchronisé sur 50Hz, le temps de réponse est de IOms; il faut noter en outre que quelle que soit la phase d'un signal à IOOHz, la tension de sortie est nulle, csQui réalise une réjection dessparasites pouvant être dus à l'éclairage ambiant. Dans l'application décrite ici; c'est à dire la machine à rainurer les collecteurs d'induits de moteurs à courant continu, jarret de la rotation du collecteur est commandé par par l'inversion de phase à la position médiane du trait par rapport au système-d'exploration; le gain est très élévé pour obtenir cette. position avec le maximum de précision, mais il existe souvent sur la surface du collecteur des taches et des irrégularités capables de déclancher un arrêt et un fraisage intempestif dans le cuivre, ce qui nécessite une nouvelle rectification du collecteur. Pour éviter cet inconvénient grave et conformémert à'l'in- vention, il a été adjoint un procédé réalisant la sécurité indispensable. A partir du début de la rotation de l'induit, l'arrêt est interdit jusqu'à l'ouverture d'une porte électronique juste avant l'arrêt présumé, qui se referme après un temps très court. Cette fourchette de temps est positionnée par la mise en mémoire du temps de la rotation de l'induit correspondant à la distance antre deux fentes, ce temps étant réajusté à chaque arrêt, ce qui permet d'accepter les légères différences d'espacement de ces dernières, ainsi qu'une variation lente de la vitesse de rotation de l'induit. Ce dispositif de sécurité électronique est réalisé de la manière suivante: la figure 4 représentant l'évolution des différentes tensions et la figure 5 les éléments constitutifs. Le temps est mesuré par le condensateur 24 chargé par le générateur de courant constant 25 de sorte que sa tension U varie linéairement en fonction du temps. Le systeme de remise à zero 26 qui décharge le condensateur est commandé par le début de la rotation référencé par O sur la figure 4; un échantillonneur 27 mesure au moment de l'arrêt A la tension variable U et la met en mémoire sous forme d'une tension fixe.Um. Une tension Um-e est obtenue par l'intermédiaire du potentiomètre 28; un calculateur composé d'un amplificateur opérationnel 29 connecté en soustracteur fournit une tension Um+e; e représente l'avance à l'ouverture et le retard à la fermeture par rapport à Um qui correspond à l'instant présumé de l'arrêt calculé en fonction de la dure du parcours précédent. Le temps d'ouverture de la porte réglé par le potentiomètre 28 est obtenu par deux comparateurs 30 et 31 dont la sortie change d'état quand la tension U atteint successivement le niveau Um-e et Um+e, ces changements d'état étant combinés dans le soustracteur 32 pour commander l'ouverture de la porte, qui se fait au moment ou le trait est déja dans la zone d'exploration, juste avant l'inversion de phase qui provoque l'arrêt. La mise en mémoire du temps de parcours se fait par une manoeuvre en commande manuelle, sans possibilité de fraisage et avec un galon réduit pour éviter les arrêts éventuels; le gain normal est rétabli quan-d on passe en commande automatique. L'ensemble'ayant une grande sélectivité axée sur la détection de la configuration optique de la partie isolante et une immunité vis à vis des influences extérieures, permet une distance suffisante entre l'optique et le collecteur pour le passage du mécanisme de fraisage sans avair recours à un système d'escamotage. De plus, l'interdiction électronique évite le fraisage accidentel d'une lame, ce qui nécessiterait une nouvelle rectification grave de conséquence pour un moteur de traction dont la vie serait ainsi écourtée. REUENDICATIONS I. Procédé de positionnement opto-électronique en vue notamment dela commande d'une machine à rainurer les collecteurs demoteurs à courant continu, dans lequel le contraste entre deux lames du collecteur et l'isolant qui les sépare est exploré par l'image d'une fenêtre é'clairée dont la forme est adaptée à la configuration optique de la zone isolante. 2. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le mouvement alternatif à 50 Hz de l'image de la fenêtre a une amplitude variable pour s'adapter aux différentes largeurs de l'isolant. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le traitement du signal de la cellule photo-électrique qui reçoit la lumière réfléchie par le collecteur, de l'image de la fenêtre, par un discriminateur de phase dont la rférence est le courant de commande du vibreur synchrone qui provoque le mouvement d'exploration, cet ensemble étant agencé pour la réjection du I00 Hz provenant de l'éclairage ambiant. 4. Procédé selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par une occultation électronique dont la porte ne s'ouvre que lorsque l'isolant est dans la zone explorée, ce qui en évitant les arrêts intempestifs, permet d'augmenter suffisamment le gain pour que le positionnement s'effectue avec précision sur une inversion de phase, indépendamment de toute modulation d'amplitude sensible aux variations de l'état de surface et à la lumière ambiante. 5.. -Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par une fenêtre rectangulaire éclairée par une ampoule alimentée en courant continu, réglable dans ses deux dimensions et dont l'image projetée sur le collecteur es animée d'un mouvement sinusoïdal produit par un miroir monté sur vibreur synchronie, mouvement à amplitude-réglable par la variation du courant de commande de ce vibreur, la lumière réfléchie étant focalisée sur une cellule photo électrique. 6. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 caracte- risé par un discriminateur de phase dont la référence est fournie par deux trains d'impulsions, décalés de I80 ders, synchronisés par le courant à 50 Hz commandant le vibreur, qui constituent ltentrée logique de deux échantillonneurs, l'entrée analogique étant le signal de la cellule amplifié, mis en forme et écrêté à une valeur fixe, la combinaison dans un calculateur des sorties de ces échantillonneurs fournissant une tension qui s'inverse avec l'inversion de phase tout en éliminant les signaux de fré quenca double, c'est à dire la résiduelle à IO Hz de l'éclai- rage ambiant. 7. Dispositif selon l'une des revendications de 1 à 4 caractérisé par une porte électronique basée sur la mesure de la durée de la rotation du collecteur pendant le passage d'une zone isolante à la suivante, durée matérialisée par la mise en mémoire au moment de l'arrêt, de la tensio d'un condensateur se chargeant à courant constant et dont la mise à zeo a été faite au moment du départ, tension qui traitée par un calculateur, ouvre une porte un peu avant arrêt prévu et la referme un peu après, cette séquence étant réajustée à chaque opération de fraisage. 8. Commande de machine à rainurer les collecteurs de moteurs à courant continu ou tout autre machine utilisant l'une des revendications de 5 à 7.