Brevet FR2529695A1 — publié le 19840106

CODEUR ANCILLAIRE DYNAMIQUE La presente invention concerne un codeur angulaire dynamique et plus précisément un dispositif capable de détecter et quantifier périodiquement toute variation de position d'un organe mobile en particulier. Le but de l'invention est de réaliser un codeur présentant les caractéristiques d'un codeur obsolu, c'est-à-dire un dispositif capable, en s'affranchissant des éventuelles dé- rives du système de mesure des écarts, de mesurer de manière instantanée toute variation de la position de l'organe mobile, mais par des moyens particulièrement économiques et fiables. A cet effet, l'invention a pour objet un codeur anqu- laire dynamique plus particulièrement destiné à la mesure des écarts de position d'un organe mobile caractérisé -en ce qu'il est constitué d'un disque ou analogue entraîné en rotation par un moyen moteur approprié quelconque, d'un compteur d'impulsions alimenté par un système d'horloge délivrant des impulsions en nombre constant par tour du disque, d'un dispositif de remise à zéro du compteur à chaque tour complet du disque, synchronisé avec le système d'horloge et d'un dispositif de détection de passage comprenant deux éléments associés disposés, l'un,en un endroit déterminé du disque et,l'autre, en regard sur un support mobile en rotation coaxialement au disque et dont la variation angulaire est proportionnelle à la variation de la position angulaire,linéaire ou autre de l'organe à contrôler, leditdisposi- tif de détection de passaqe étant relié audit compteur et délivrant j ce dernier un signai d'arrêt de compte. Le dispositif de remise à zéro et le dispositif de détection de passage peuvent être réalisés suivant dif-férentes technoloaies, de même que ]e système d'horloge conte on le verra plus loin dans la description qui va suivre. Un tel codeur perret te traduire toute variation du mobile à contrôler en un compte rigoureusement proportionnel à l'amplitude de cet variation c compte étant réactualisé périodiquement suivalt ur quence proportionnelle a la vitesse de rotation du disque. Le top de declenchement de c compte (signal de remise à zéro) dépend de la v tesse dc rotation du disque nais bien que ce signal de déclenchement soit flottant, puisque tributaire des éventuelles variations ée vitesse du disque, il permet de quantifier dans l'absolu toute variation de la position d'un organe mobile à contrôler puisque la fréquence des impulsions envoyées sur le compteur varie rìgoureusement e correspondance avec les décalages éventuels dans le temps dudit signal de déclenchement du compte. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif de L'invention ressortiront de la escription qui va suivre de deux modes de réalisation, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard du dessin annexé sur lequel - Fig. 1 représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention et - Fig. 2 représente le schéma d'une variante de réalisation du dispositif de la Fig. i. Sur la riq. 1 on a représenté schématiquement monté i l'intérieur d'un carter fixe 1 un disque circulaire 2 mobile en rotation autour d'un axe 3 perpendiculaire au plan du disque,sous l'action d'un moyen moteur 4 fixé au carter I et constitué par exemple par un moteur électrique. Le disque 2 porte à la périphérie un index de repérage 5 susceptible de coopérer, d'une part, avec un premier détecteur de passage 6 mont fixe sur le carter 1 en un endroit quelconque pourvu qu'il soit en regard de la trajectoire de l'index 5. Le système de détection S-6 peut être réalisé suivant diverses technologies (détecteur magnétique, capacitif, optique, opto-électronique. fluidique, etc...), l'essentiel étant qu'il puisse délivrer un signal à chaque tour complet du disque 2. L'index de renfla r (par exemple un index magnétique) est disposé de manière à coonérer également avec un second détecteur de passage 7 disposé de l'autre côté du disque 2 et porté par un support symbolisé par le bras 8 mobile en rotation autour d'un axe 9 coaxial à l'arbre 3 et tourillonnant dans le carter 1. La rotation de l'axe 9 est liée au déplacement d'un organe mobile à contrôler (non représenté), la liaison (mécanique ou autre) étant telle qu'à tout déplacement ou variation de position (linéaire, angulaire ou autre)dudit organe corresponde une variation angulaire rigoureusement proportionnelle du détecteur 7 par rotation de l'arbre 9 (dans un sens ou dans l'autre). Le signal de sortie du détecteur ou capteur 6 est envoyé, d'une part, sur un compteur 10 et, d'autre part, sur une boucle verrouillée en phase PLL agencée de maniere à constituer une horloge H envoyant des impulsions de comptage dans le compteur 10 dont la remise à zéro est faite par le signal délivré par le capteur 6, le signal d'arrêt de compte étant délivré par le capteur 7. La boucle PLL est un circuit parfaitement connu comprenant un détecteur de phase/fréquence 11 et un oscillateur commandé en tension 12 ou VCO dont la fréquence de sortie est réinjectée sur la seconde entrée du détecteur 11. Ce dernier peut etre constitué par un détecteur de phase auquel est associé un système de synchronisation de l'oscillateur 12 avec le détecteur 6. Dans le cadre de la présente application, un diviseur d'impulsions 13 est interposé entre l'oscillateur 12 et le de- tecteur 11 à des fins qui seront explicitées plus loin, la sortie de l'oscillateur 12 étant reliée directement au compteur. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. On suppose par exemple que le moteur 4 entraîne le disque 2 à une vitesse constante de 100 tr/sec.,et que le bras 8 est immobile, le capteur 7 se trouvant en un endroit quelconque. Lorsque l'index 5 passe au droit du capteur 6, un signal est délivré par le capteur 6 et'envoyé en tant que signal de remise à zéro sur le compteur 10. A partir de cet instant le compteur 10 compte les impulsions délivrées par l'oscilla- teur 12 dont la fréquence est rigoureusement calée sur la fréquence du signal délivré par le capteur 6. L'oscillateur 12 délivre par exemple un signal à la fréquence 100.000 ramenée à la fréquence 100 réinfectée sur le détecteur 11 en utilisant en 13 un diviseur par mille de façon à accorder les fréquences à l'entrée-du détecteur 11. Pour une vitesse de rotation du disque 2 rigoureusement constante de 100 tr/sec., l'oscillateur 12 délivre donc 100.000 impulsions par seconde de manière~constante. Lorsque l'index 5 poursuivant sa course,après être passé au droit du capteur 6,va passer au droit du capteur 7, c e d e r nier va délivrer un signal envoyé sur le compteur 10 pour arrêter le compte. Par suite, on peut lire directement sur le compteur la valeur quantifiée ou numérisée de l'arc décrit par l'index 5 pour passer du capteur 6 au capteur 7. Si le capteur 7 ne bouge pas et si la vitesse de rotation du moteur 4 est constante, le compte enregistré et affiché par le compteur 100 fois par seconde est donc rigoureusement constant. Si la vitesse du moteur 5 vient à varier, à augmenter par exemple, l'intervalle de comptage va se réduire mais la boucle PLL.va agir en correspondance sur l'oscillateur 12 pour augmenter la fréquence de ce dernier de façon que,dans le nouvel intervalle de comptage,le compteur 10 reçoive néanmoins rigoureusement le même nombre d'impulsions. En conséquence, un tel dispositif permet de s'affran chir des éventuelles dérives de vitesse de rotation du disque 2 et fait bien correspondre à chaque position angulaire du capteur 7 par rapport au capteur fixe 6 une valeur numérique parfaitement déterminée affichée sur le compteur 10 n fois par seconde, n étant le nombre de tour par seconde du disque 2. Par suite, il est facile de détecter et mesurer avec précision tout déplacement angulaire du capteur 7 dA à une rotation dans un sens ou dans l'autre de l'axe 9. Cette rotation correspond au déplacement à mesurer d'un organe mobile. Cet organe mobile peut être couplé directement ou indirectement à l'axe 9 pourvu qu'à tout déplacement (suivant une trajectoire,linéaire ou non,quelconque) de l'organe mobile corresponde une rotation de l'axe 9 dans un sens ou dans l'autre rigoureusement proportionnelle. On réalise ainsi un codeur absolu dynamique affichant l a v a 1 e u r i n s t a n t a n é e e t remise e jour périodiquement (à la fréquence de passage de l'index 5 devant le capteur 6) de la variation de la position d'un organe mobile le long d'une trajectoire de déplacement quelconque. Bien entendu, on peut interposer entre l'axe 9 et l'or- gane mobile un démultiplicateur (ou l'inverse) afin que le passage d'une position extrême de l'organe à la position extreme opposée s'inscrive en un tour (ou moins) du bras 8 autour de l'axe 9 afin de lever toute ambigulté sur la position réelle de l'organe mobile ou de faciliter les mesures. D'une manière générale, horloge H peut être constituée par tout système délivrant des impulsions dont la fre- quence est liée directement à la vitesse de rotation du disque 2 afin de compenser automatiquement les eventuelles dérives de la vitesse du disque. La Fiq. 2 illustre une variante de réalisation d'une telle horloge constituée par un système de détection de passage comprenant un élément fixe 14, par exemple un dispositif photoélectrique, et une série de fentes (symbolisées en 15) ménagées dans le disque 2 à intervalles réguliers sur 3600. Le système 14-15, qui peut être réalisé suivant une autre technologie (magnétique, capacitive, fluidique, etc...), délivre au compteur 10 des impulsions dont la fréquence est bien entendu directement proportionnelle à la vitesse de rotation du disque 10. Avec ce type d'horloge; il n'est pas possible de modifier la fréquence des impulsions délivrées au compteur 10 in dépendamment de la vitesse de rotation du disque 2,ce qui oblige, si l'on veut utiliser une fréquence de comptage supérieure ou inférieure, à changer le disque 2 par un autre disque portant une série différente de fentes 15 plus rapprochées ou plus espacées. Sur ce point, le dispositif de la Fig. 1 est plus avantageux car le réglage du rapport de division du diviseur t3 permet jmCdiatement une telle modification de la fréquence de comptage. Il nermet également de régler très facilement la sta bilité du dispositif de codage en cas de variation de la vitesse de rotation du disque 2. Par ailleurs, au cas on. le no^-e;. 1 d'entraînement du disque 2 est un moteur pas a nas,on peut utiliser les impulsions de ce moteur tomme fréquence de comptage. Suivant une autre variante au lieu d'asservir la fréquence de l'horloge H la vitesse de rotation du disque, on peut faire l'inverse et assert7rir la vItesse du moteur 4 d'entraînement du disque 2 à une fréquence ixe stabilisée par quartz de façon que la vitesse du moteur soit constante et en relation avec ladite fréquence fixe qui alimente bien entendu en impulsions le compteur du dispositif codeur. Parmi les innombrables applications possibles des codeurs selon l'invention, on peut citer la robotique, le pointage d'instruments etc... Enfin, l'invention n'est éSJidemment pas limitée aux modes de réalisation représentes et décrits ei-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne les technologies de réalisation des divers capteurs ou détecteurs, les moyens d'entralnement en rotation du disque -2 et le système d'horloge délivrant des impulsions de comptage proportionnellement à la vitesse de rotation du disque. I1 est a noter par ailleurs, que les deux capteurs 6 et 7 peuvent travailler avec chacun son propre index et non plus l'index commun 5, les deux index pouvant être en des endroits différents du disque 2, les capteurs 6 et 7 étant ou non dans la même technologie. En outre, la position relative des détecteurs 6, 7 et des repères 5 des dispositifs détecteurs 5,6, d'une part, et 5,7, d'autre part, peut être inversée, les détecteurs 6,7, se trouvant sur le disque 2 et le ou les repères associés étant montés fixes. REVENDICATIONS 1. Codeur angulaire dynamique plus particulièrement destiné à la mesure des écarts de position d'un organe mobile caractérisé en ce qu'il est constitué d'un disque (2) ou analogue entraîné en rotation par un moyen moteur (4) approprié quelconque, d'un compteur d'impulsions (10) alimenté par un système d'horloge (H) délivrant des impulsions en nombre constant par tour du disque, d'un dispositif (5,6) de remise à zéro du compteur à chaque tour complet du disque, synchronisé avec le système a d'horloge, et d'un dispositif de détection de passage (5,7) comprenant deux éléments associés disposés,l'un (5), en un endroit déterminé du disque et, l'autre (7), en regard sur un support (8) mobile en rotation coaxialement au disque et dont la variation angulaire est proportionnelle à la variation de la position angulaire, linéaire ou autre, de l'organe à contrôler, ledit dispositif de détection de passa ge (5,7) étant relié audit compteur (10) et délivrant à ce dernier un signal d'arrêt de compte. 2. Codeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'horloge (H) est constitué par une boucle verrouillée en phase (PLL) comprenant un détecteur de phase, ou phase/fréquence,(ll) pilotant un oscillateur à commande en tension (12) relié, d'une part, audit compteur (10) et, d'autre part, au détecteur (11) à travers un diviseur d'impulsions (13), le détecteur (il) étant également relié audit dispositif de remise à zéro (5,6). 3. Codeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'horloge (H) est constitué par un système de détection de passage comprenant un élément fixe (14) et une série d'éléments discrets (1S) répartis sur le disque (2) et régulièrement espacés angulairement, ledit élément fixe (14) étant relié audit compteur (10) de manière à lui envoyer des impulsions de comptage suivant une fréquence proportionnelle au nombre des éléments discrets portés par le disque (2) et à la vitesse de rotation de ce dernier. 4. Codeur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits éléments discrets (15) répartis sur le disque sont des fentes et l'élément fixe de détection (14) est un dispositif photoélectrique. 5 Codeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen moteur (4) d1entrainement en rotation du disque (2) est un moteur électrique pas à pas et te système d'horloge (H) est constitué parles impulsions électriques dudit moteur pas à pas. 6. Codeur-suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de remise à zéro du compteur (10) est constitué par un détecteur de passage (6) monté fixe en regard de la trajectoire d'un index (5) solidaire du disque (2). 7. Codeur suivant l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ledit index (S) constitue l'un dés éléments dudit dispositif de détection de passage (5, 7), I'autre élément étant un capteur (7) soiidaire dudit support mobile (8) et relié audit compteur (10). 8. Codeur suivant les revendications 1 et 6 ou 7, caractérisé en ce que les capteurs (6 et 7) sont disposés sur le disque (2) et le ou les répères ou index associés (5) sont montés fixes en regard des trajectoires circulaires respectives desdits capteurs (6 et 7). 9. Codeur suivant la revendication 1 , caraBtérisé en ce que lesdits moyens moteur d'entraînement du disque (2) sont un moteur dont la vitesse est asservie a la fréquence dudit système d'horloge (H), cette fréquence étant fixe et stabilisée.