Brevet FR2560096A1 — publié le 19850830

INSTALLATION DE CONTROLE ET DE MESURE DES DEPLACEMENTS EN PARTICULIER POUR MACHIWES-OUTILS ET BiRCHINES POUR LE TRAVAIL DES TISSUS ET MATIERES SEMBLABLES La présente invention concerne une installation de contrôle et de mesure des déplacements, en particulier pour machines-outils et machines pour le travail des tissus et matières analogues. Comme on le sait, pour la mesure des déplacements linéaires d'une machine-outil ou des organes à translation linéaire, on dispose actuellement de deux systèmes qui fonctionnent de manière conceptuellement différente ; un premier système de ce type comprend une règle ou barrette reliée à un support fixe, par exemple, au châssis d'une machine, et doté d'une pluralité d'encoches de référence, constituant les unités de déplacement.Ces encoches peuvent être constituées par des trous pratiqués dans la barrette elle-même qui est réalisée en matériau optiquement opaque ou par des zones optiquement transpa rentes alternées avec des zones optiquement opaques. Une tête de lecture dotée d'un couple d'éléments émetteursrécepteurs de lumière est fixée à l'organe en mouvement, et à la suite du déplacement de celui-ci, elle produit une série d'impulsions qui sont comptées dans un module de commande électronique approprié, lequel calcule le déplacement effectif sur la base desdites encoches. Ce système présente de nombreux inconvénients parmi lesquels le court élevé de l'installation, qui est essentiellement dA a la barrette avec les encoches de reférence. En outre, ce système ne convient pas pour des longueurs de déplacement élevées, supérieures par exemple à trois mètres étant donné que la barrette, dans ce cas, deviendrait trop longue et encombrante outre son prix excessif. Un autre système de mesure et de contrôle du déplacement en translation d'un organe prévoit que les moyens de mise en mouvement de l'organe lui-meme et de mesure du déplacement sont réunis dans un unique élément constitué par une vis sans fin. Dans ce cas, le pas de la vis représente l'unité de translation. Même ce système présente l'inconvénient d'un cott élevé pour une telle vis qui doit posséder des caractéristiques de précision importantes et une longueur suffisante proportionnée à la longueur du déplacement de l'organe sous contrôle. Dans ce cas, l'erreur qui existe dans la mesure est liée au pas de la vis et ne peut pas être ramenée en dessous de valeurs prédéterminées qui cependant, dans certains cas, restent encore trop élevées. Etant donné cette situation, le but qui est à la base de la présente invention consiste à mettre à disposition une installation de contrôle et de mesure des déplacements en particulier de machines-outils, qui élimine les inconvénients présentés par les installations suivant la technique antérieure et en particulier qui permette d'effectuer la mesure de translations même sur des distances très élevées. Dans le cadre de cet objet, le but particulier de la présente invention-est de mettre à disposition une installation donnée de contrôle et de mesure qui présente des colts de fabrication et d'installation notablement inférieurs par rapport aux installations connues, en offrant en même temps des caractéristiques élevées de fiabilité. Un autre but de la présente invention consiste à fournir une installation de contrôle et de mesure donnée permettant d'obtenir des précisions au gré de l'opérateur, tout en ayant la possibilité de déterminer l'erreur à laquelle est sujette la mesure. Un autre but de la présente invention consiste à fournir une installation de contrôle et de mesure applicable à un système d'entrainement des organes dont on veut obtenir la translation, de façon à entratner avec sécurité également des charges levées en vue de garantir un contrôle parfait du mouvement desdits organes. Un autre but, et non le dernier, de la présente invention consiste a fournir une installation de contrôle et de mesure qui puisse s'adapter aux exigences les plus diverses, c'est-àdire à tous les cas dans lesquels il est nécessaire de déplacer un organe d'une nature quelconque en employant des composants simples et pouvant se trouver facilement dans le commerce. L'objet indiqué, les buts mentionnés et d'autres encore qui apparaftront mieux dans la suite de la description sont atteints par une installation de contrôle et de mesure des déplacements, en particulier des machinesoutils, comprenant un groupe moteur, un premier engrenage de commande solidaire de l'arbre de sortie du groupe moteur, un second engrenage actionné et des moyens de transmission du mouvement qui coopèrent avec lesdits engrenages et portant les organes des machines-outils sous contrôle, caractérisée par le fait que lesdits moyens de transmission comprennent une bande d'acier présentant une pluralité de trous distribués sur cette bande à une distance réciproque fixée d'avance et par le fait qu'elle comprend un codeur rotatif solidaire en rotation dudit engrenage de commande et capable de fournir à sa sortie des signaux électriques correspondant à la rotation de cet engrenage et des moyens de commande associés en fonctionnement auxdits codeur et groupe moteur, recevant à l'entrée lesdits signaux électriet fournissant à la sortie des signaux de commande capables de piloter ledit groupe moteur. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré mais non exclusif illustré à titre indicatif mais non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente une vue schématique de la partie mécanique de l'installation selon l'invention la figure 2 représente une vue en plan de dessus partiellement brisée de la tble d'entraînement la figure 3 est une vue schématique du codeur appliqué à la partie mécanique de la figure l la figure 4 représente une vue en perspective partielle de l'interrupteur du codeur la figure 5 représente des diagrammes de temps des signaux engendrés par ledit codeur ; et la figure 6 est un schéma synoptique de l'installation selon l'invention dans son ensemble. En se référant à la figure 1, la partie mécanique de l'installation de mesure et de contrôle selon l'invention comprend un premier engrenage de commande, indiqué dans son ensemble par le repère 1 et formé par une roue munie de dents trapézoldales 2 diposées par paires sur deux rangées Le système comprend en outre un second engrenage mené 3, lui-même muni de dents trapézoIdales 4 disposées en deux rangées l'une à coté de l'autre. Ledit engrenage 3 est muni de moyens de tension non représentés destinés à maintenir une bande 5 toujours en tension de telle sorte qu'il y ait une correspondance exacte entre les déplacements angulaires de l'engrenage 1 et les déplacements de translatin de la bande 5. A ladite bande 5 est fixée une tete d'outil 7 ou un autre organe dont on veut mesurer le déplacement ou pour lequel on veut provoquer un déplacement calibré. Comme représenté sur la figure 2, la bande 5, réalisée en acier, est munie de trous à section carrée 6a, 6b disposés sur deux rangées de telle façon que la distance entre les deux rangées et entre les trous de chaque rangée corresponde exactement à la distance existant entre les dents 2 et 4 des engrenages. Le matériau de cette bande est d'une importance fondamentale pour le fonctionnement parfait de l'installation dans son ensemble de façon à garantir une mesure et des contrôles de déplacement de l'ordre de dizièmes de millimètre et être en mesure d'entraîner également des charges de l'ordre de 200 à 300 kg. Solidairement à l'arbre 8 de l'engrenage d'entraîne- ment 1, il est prévu un codeur l0 représenté en détail sur les figures 3 et 4. Ce codeur est du type rotatif et progressif constitué par un disque 11 coopérant avec une tête de lecture 12. Sur deux circonférences concentriques entre elles de ce disque 11, on a tracé des marques 13a et 13b respectivement pouvant être lues par la tête 12. En particulier lesdites marques peuvent être constituées par des trous dans le matériau optiquement opaque du disque il de façon à permettre le passage de la lumière engendrée par des éléments émetteurs de lumibre,(par exemple une diode électroluminescente) 14a, 14b auxquels correspondent deux éléments photosensibles 15a, 15b. Comme représenté-sur les figures 3 et 4, les trous 13 sont disposés angulairement décalés entre eux sur les deux circonférences et en particulier décalés d'un angle correspondant à un quart de la distance angulaire existant entre les bords correspondants de deux trous adjacents de la même circonférence. Les couples des émetteurs de lumière 14a, 14b et des éléments photosensibles 15a, 15b sont par contre disposés superposés sur un même rayon du disque 11. De cette façon l'élément photosensible 15a sera excité par l'émetteur correspondant 14a en des moments divers par rapport à l'élément photosensible 15b et il sera ainsi possible de rélever la direction de rotation la roue.De cette façon, sur les conducteurs sortant des éléments photosensibles 15a, 15b seront présents des signaux rectangulaire déplacés entre yeux, comme représenté par exemple sur la figure 5. Dans le cas illustré par cette figure, les zones opaques et les zones transparentes ont la même largeur et le déphasage du signal S2 par rapport au signal S1 est égal a un quart de la période de ces impulsions. La figure 6 représente le schéma synoptique général du système. Sur cette figure, le repère 1 indique encore l'engrenage d'entraînement et le repère 10 le codeur qui genère les signaux électriques. Ces signaux sont fournis par une unité électronique de commande 17 connectée opérationnellement à un clavier l9 capable de permettre l'introduction des longueurs de déplacement désirées et connectée également à une unité à interrupteur 20 pour la mémorisation de la précision ainsi désirée. L'unité de commande électronique 17 commande dont le moteur 18 à l'arbre de sortie duquel est fixée l'engrenage 1, comme mentionné ci-dessus. L'installation de contrôle et de mesure des déplacements selon l'invention fonctionne comme suit. Par le moyen de l'unité à interrupteur 20, on fixe une valeur qui tient compte de la précision réalisable avec l'installation dont on dispose et qui est égale exactement au nombre d'impulsions du signal électrique qui correspondent à un déplacement unitaire de la bande 5. Pour le calcul de cette valeur, on peut opérer selon deux méthodes. Si l'on veut, par exemple, obtenir une précision de translation avec une résolution au dixième de millimètre. Etant donné que l'engrenage 1 a un rayon égal à r son développement sera égal à 2er et pour obtenir la résolution indiquée ci-dessus il est nécessaire d'utiliser un codeur capable d'engendrer pour chaque tour un nombre d'impulsions supérieures au développement de l'engrenage 1.En faisant le rapport entre le développement de l'engrenage 1 exprimé en dixièmes et le nombre d'impulsions par tour qui peuvent être engendrées par le codeur 10, on obtient le déplacement linéaire entre deux impulsions, c'est-à-dire le déplacement de la bande pour que le codeur se porte d'une marque à la marque successive, c'est-a-dire de l'espace correspondant entre deux fronts de sortie du même signal électrique du codeur 10. L'inverse de ce déplacement linéaire est exactement la valeur recherchée et fournit le nombre d'impulsions ou de fractions d'impulsion pour obtenir un déplacement unitaire. Il est clair que dans le cas ou l'on désire une précision du dixième de millimètre, le déplacement linéaire sera un nombre inférieur à 1 et son inverse, qui constitue la constante par laquelle doivent être multipliées toutes les valeurs de déplacement total désirées, est un nombre supérieur à 1. Après avoir calculé cette constante, telle ci peut être introduite dans l'appareillage par le moyen de l'unité à micro-interrupteur 20. Cependant, il est possible d'operer également d'une autre manière, c'est-adire en essayant d'introduire une valeur estimée grosso modo, en fixant une longueur de référence et en mesurant la distance effectivement parcourue par l'organe 7 ou par la bande 5 et en corrigeant de façon correspondante la constante de multiplication.L'unité de commande électronique 17 comprend en outre une unité arithmétique pour l'exécution de la multiplication nécessaire pour la mXmo- risation du nombre d'impulsions correspondant à la longueur du déplacement désirée, des moyens de mémorisation pour la mise en mémoire des valeurs nécessaires pour le fonctionnement de l'appareillage et des moyens de comparaison capables d'estimer quand la tôle ou l'organe associé 7 s'approchent de la position finale désirée de telle façon qu'ils introduisent un signal à rampe d'alimentation dans le groupe moteur 18 de telle sorte que celuici, de préférence alimenté en courant continu, réduise sa vitesse et puisse s'arreter instantanément une fois terminée la course désirée. Comme on peut le remarquer d'après la description ci-dessus, l'invention atteint pleinement les buts proposés. En effet, on a réalisé un système capable de contrôler le déplacement d'organe de machines-outils, de conception simple, ne demandant que des éléments simples disponibles dans le commerce et capable de fournir une précision extrêmement élevée. Le système peut être utilisé soit pour contrôler le déplacement d'un organe sur la base d'une valeur prédéterminée, soit également pour mesurer le déplacement d'un organe en mouvement. Dans ce cas, on peut prévoir, associé à l'unité de commande électronique 17, un appareil de visualisation qui instant par instant affiche la distance parcourue par l'organe 7. Gracie au système particulier de mise en mouvement de l'ensemble, l'installation décrite est capable de fournir une précision soignée grace à la coopération des éléments mécaniques et électroniques. La structure particulière de la bande réalisée en acier et présentant deux rangées de trous, permet l'entrainement même de charges pesantes sans porter préjudice aux caractéristiques du système. L'invention ainsi conçue est susceptible de nombreuses modifications et variantes rentrant toutes dans le cadre de l'invention. En outre, les matériaux et les formes contingentes peuvent etre quelconques selon les exigences. REVENDICATIONS 1. Installation de contrôle et de mesure des deplacements, en particulier pour machines-outils et machines pour le travail des tissus et matières analogues, comprenant un groupe moteur, un premier engrenàge de commande (1) solidaire de l'arbre de sortie (8) du groupe moteur, un deuxième engrenage mené t3) et des moyens de transmission du mouvement coopérant avec lesdits engrenages et supportant les organes (7) des machines-outils sous controle, caractérisée par le fait que lesdits moyens de transmission comprennent une bande d'acier (5) presentant une pluralité de trous (6a, 6b) distribués sur ladite bande à une distance réciproque fixée d'avance et par le fait qu'elle comprend un transducteur rotatif (10) solidaire dans sa rotation dudit engrenage de commande (1) et capable de fournir à sa sortie des signaux électriques correspondant à la rotation dudit engrenage (1), et des moyens de commande opérationnellement associés audit transducteur (10) et au groupe moteur recevant à l'entrée lesdits signaux électriques et fournissant à la sortie les signaux de commande capables depiloter ledit groupe moteur. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits trous (6a, 6b) sont distribués sur deux rangées parallèles et que lesdits engrenages (1,3) sont constitues par des roues dentées ayant deux rangées de dents (2,4) à section trapézoidale disposées à la meme distance réciproque que lesdits trous. 3. Installation selon l'une ou les deux revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit transducteur rotatif (10) est un codeur du type incrémentiel. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit codeur comprend un élément à disque (11) présentant alternativement des zones optiquement transparentes (13a, 13b) et des zones optiquement opaques, disposées sur deux circonférences concentriques, lesdites zones transparentes et opaques étant décaiées par rapport aux zones transparentes et opaques de l'autre circonférence, de façon à relever la direction de rotation dudit disque qui coopère avec un détecteur optique (12) muni de deux couples d'éléments émetteurs (14a, 14b) et récepteurs (15a, 15b) de lumière, capable de générer à leur sortie des impulsions électriques qui constituent lesdits signaux électriques. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit groupe moteur est alimenté en courant continu. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que lesdits moyens de commande comprennent un clavier (19) pour la fixation du déplacement désiré, des moyens à interrupteur (20) pour régler la précision requise, des moyens pour la mémorisation des valeurs ainsi fixées et réglées, des moyens de multiplication pour le calcul du nombre d'impulsions correspondant au déphasage désiré, des moyens de comparaison desdits nombres d'impulsions correspondant au deplacement désiré et du nombre d'impulsions relevées par ledit codeur, et des moyens capables de réduire la tension dudit groupe moteur (18) quand ledit nombre d'impulsions relevées s'approche du nombre d'impulsions correspondant au déplacement désiré et capables d'interrompre l'alimentation dudit groupe moteur quand le nombre des impulsions relevées est égal au nombre des impulsions désirées. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens de visualisation capables de visualiser le déplacement desdits organes au moyen de leurs mouvements.