Brevet FR2564586A1 — publié le 19851122

APPAREIL OPTIQUE DE DETECTION DE COUPLE. La présente invention a trait à un appareil optique de détection de couple pour la détection d'un couple de torsion appLiqué à un organe, tel qu'arbre de transmission ou analogues prévu dans une transmission mécanique de véhicule. On connait déjà un appareil de ce type tel que décrit par exemple dans la demande de brevet Japonais Sho 57 - 4856: un motif rayé constitué par un groupe de traits parallèles à pas constant, est fixé à la surface périphérique extérieure d'un arbre et une caméra, dans laquelle un négatif semblable audit motif rayé est disposé dans le plan focal, est placée de manière qu'une image du motif rayé et le négatif de cette image, se superposent l'un à l'autre de façon à avoir la même grandeur; un éclairage stroboscopique intervient une fois par révolution de l'arbre, du fait d'une synchronisation avec la rotation de l'arbre, de sorte qu'il apparait dans le plan focal de la caméra un motif de frange moirée, correspondant à l'inclinaison subie par le motif rayé, en fonction du degré de torsion de l'arbre; ceci permet de détecter le couple de torsion de l'arbre d'après le motif de franges moirées inclinées. Toutefois, ce type d'appareil est peu pratique car il présente une structure compliquée du fait qu'il faut synchroniser L'éclairage stroboscopique avec la rotation de l'arbre et, qu'en outre, La détection du couple de torsion a lieu seulement au moment de l'éclairage stroboscopique, de sorte que le temps de détection est limité. La présente invention a pour but de proposer un appareil qui permet de remédier aux inconvénients pré- cités, qui n'exige pas d'éclairage stroboscopique et qui soit capable de détecter un couple de torsion, à tout instant souhaité, cet appareil étant caractérisé en ce que deux plaques tournantes, présentant chacune une grille optique radiale, sont disposées face à face et sont montées sur l'arbre dont on doit déceler le couple de torsion, de façon qu'il existe un intervalle déterminé entre leurs positions de montage, afin qu'un motif de frange moirée puisse apparaître en fonction d'un mouvement angulaire relatif apparu entre les deux plaques du fait d'une torsion de l'arbre, et en ce qu'un moyen de détection est prévu pour détecter une modification du motif de frange moirée, ce qui permet de détecter le couple de torsion de l'arbre. On va maintenant décrire, à titre d'exemples, certaines réalisations de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue latérale en coupe d'un exemple de réalisation d'appareil selon l'invention; - les figures 2 et 3 sont des schémas montrant les formes de grilles prévues sur des plaques tournantes respecti- ves de l'appareil; - les figures 4a à 4d sont des schémas indiquant des décalages successifs subis par les grilles optiques, en fonction de déplacements angulaires relatifs entre les deux plaques tournantes; - la figure 5 est un schéma d'un circuit détecteur incor- poré à un montage détecteur de l'appareil; - les figures 6a et 6b sont des schémas représentant les signaux de sortie d'inverseurs respectifs situés à la sortie de moyens détecteurs optiques respectifs prévus dans le circuit détecteur; - la figure 7 est un schéma montrant les formes des grilles dans uhe variante d'appareil selon l'invention, et - la figure 8 est une vue latérale en coupe d'un appareil modifié, dont l'enveloppe étanche est remplie de liquide. Sur les figures I à 6, qui représentent un exemple d'appareil conforme à l'invention, la référence I désigne un arbre tel qu'un arbre de transmission de mouvement ou analogue, prévu dans une transmission de véhicule, et 2 est un bottier dans lequel l'arbre tourne; une première et une seconde plaques ou disques rotatifs 31, 32 se font face axialement, dans un volume défini dans le bottier 2, autour de l'arbre 1; ces deux plaques tour- nantes 31 32 sont reliées à l'arbre, par des organes de liaison 41, 42 qui leur sont fixés, de façon qu'il existe entre ces plaques un intervalle déterminé. Les deux plaques tournantes 31 32 sont par exemple constituées dans des matériaux transparents ou translucides et chacune d'elles présente une grille optique 5, 6 de couleur noire obtenue par impression ou analogue; cette grille est composée de traits rayon- nants à espacement angulaire faible. Dans le présent cas, la grille optique 5, prévue sur l'une des deux plaques tournantes 31, 32' par exemple sur la première plaque tournante 31 a une forme telle que chacun de ses traits s'étend radialement en ligne droite, comme représenté sur la figure 2; la grille optique 6 formée sur l'autre plaque, c'est-à-dire sur la seconde plaque tournante 32, a une forme telle que chacun de ses traits est divisé en deux moitiés; une moitié 6a s'étendant radialement et une moitié intérieure 6b s'étendant radialement, ces deux moitiés étant décalées l'une par rapport à l'autre suivant la circonférence, par exemple d'un quart du pas de grille P, (ou distance séparant les traits) comme représenté sur la figure 3. Si, avec cet agencement, un mouvement angulaire relatif apparaît entre les plaques tournantes 31, 32 du fait d'une torsion de l'arbre 1, la grille optique de la première plaque tournante 31 passe d'un état dans lequel chacun de ses traits coïncide avec la moitié extérieure 6a de chaque trait de la grille optique 6 de la seconde plaque tournante 3 (comme représenté sur la figure a), un 2tat dans lequel chacun de ses traits f ig u re 4a>, à un état dans lequel chacun de ses traits coincide avec chaque partie vierge transparente séparant les moitiés intérieures 6b des traits voisins de La grille optique 6 (comme représenté sur la figure 4b); un degré de déplacement angulaire relatif entre les plaques correspond à P/4. Ensuite, la grille 5 passe à un état dans lequel chacun de ses traits coïncide avec chaque partie vierge transparente séparant les moitiés extérieures 6a, comme représenté sur la figure 4c), par un nouveau degré de déplacement angulaire relatif entre les plaques correspondant à P/2; ensuite, la grille 5 passe à un état dans lequel chacun de ses traits coïncide avec la moitié intérieure 6b de chaque trait de la grille optique 6 (comme représenté sur la figure 4d), par un nouveau déplacement angulaire relatif entre la plaque correspondant à 3/4 P; la grille 5 passe à un état identique à celui représenté sur la figure 4a, par un nouveau degré de déplacement angulaire relatif entre les plaques qui correspond à P. En conséquence, si ces mouvements sont détectés par un système fixe ne tournant pas avec l'arbre 1, un motif de franges moirées apparaît annulairement dans une section B correspondant à l'ensemble de moitiés intérieures 6b, comme indiqué sur la figure 4b; de même un motif de franges moirées apparait annulairement dans une section A correspondant à l'ensemble des moitiés extérieures 6a, comme indiqué sur la figure 4c. Ainsi, suivant le degré de décalage angulaire entre les deux plaques tournantes 31 32, le motif de franges moirées apparaît alternativement dans la section B ou dans La section A, comme s'il se déplaçait entre les deux sections A, B. La référence 7 désigne un moyen de détection pour la détection de ce déplacement du motif de franges moirées. Dans l'exemple illustré, le moyen de détection 7 est conçu de sorte qu'un élément à fibre optique de projection de lumière 8 est relié à un tronçon de projec- tion de lumière 2a prévu sur l'enveloppe 2 pour être placé d'un côté des deux plaques tournantes 31, 32; deux élé- ments à fibre optique de réception de lumière 91 92 correspondant respectivement à la section A et à la section B, sont reliés à un tronçon de réception de lumière 2b prévu sur l'enveloppe 2 pour être situé de l'autre côté des deux plaques tournantes 31, 32. Les rayons lumineux transmis à travers les sections A et B proviennent d'une source lumineuse 10, et sont projetés grâce à la fibre optique de projection 8, sur les deux plaques tournantes 31, 32; ils peuvent être individuellement guidés par les fibres optiques de réception de lumière 91 92 respectivement, jusqu'à un premier moyen détecteur optique 111 correspondant à la section A, et jusqu'à un second moyen détecteur optique 112 correspondant à la section B; des signaux respectifs sont émis par ces moyens détecteurs optiques 111, 112 et peuvent être traités par un circuit détecteur pour la détection du déplacement du motif de franges moirées. Dans ce cas, on peut grâce à un miroir ou analogue, placer les éléments à fibre optique de réception de lumière 91, 92' du même côté que l'élément à fibre optique de projection 8. On va maintenant décrire le circuit de détection en se référant au schéma symbolique donné sur la figure 5. Les deux moyens détecteurs optiques 111, 112 sont munis respectivement, côté sortie, de moyens 121, 122 de mise en forme d'onde et d'inverseurs 131, 132 2 un signal d'impulsions, tel que représenté sur la figure 6a, synchronisé avec la fourniture du motif moiré dans la section A, peut être fourni par le premier inverseur 131 relié au premier moyen détecteur optique 111; de même un signal d'impulsions, tel que représenté sur la figure 6b, synchronisé avec la fourniture du motif moiré dans La section B, peut être fourni par Le second inverseur 132relié au second moyen détecteur optique 112; il est possible d'appliquer Le signal de sortie du premier inverseur 131 à un muLtivibrateur monostable 14, et appliquer le signal de sortie de ce dernier à une premiè- re et à une seconde porte ET 151, 152; le signal de sortie du second inverseur 13 peut être appliqué direc- tement à La première porte ET 151 et, par l'intermédiaire d'un inverseur 16, à la seconde porte ET 152; Le signal impulsionnel de sortie de la première porte ET 15! peut être appliqué, comme impulsion de calcul d'addition, à un compteur 17 relié aux deux portes 151, 152, tandis qu'un signal d'impulsions de sortie de la seconde porte ET 152 peut être appliqué, comme signal de calcul de soustraction, à ce compteur. Ainsi, le couple de torsion peut être caLculé d'après le signal de comptage fourni par le compteur 17, par un circuit de traitement de sortie 18, et peut être extrait à travers ce dernier. De manière plus détaillée, si l'arbre 1 subit une torsion accrue du fait de l'apparition et de l'augmentation d'un couple de torsion de l'arbre et s'il y a passage de l'état indiqué sur la figure 4a, à L'état indiqué sur la figure 4b, du fait d'une augmentation du décalage angulaire entre les deux plaques tournantes 3 et 32' le motif moiré apparait, d'abord dans la section B puis dans la section A; le second inverseur 132 - fournit un signal de sortie, de sorte qu'il y a applica- tion d'un signal de niveau haut à la première porte ET 151 et d'un signal de niveau bas à la seconde porte ET 152. Si, ultérieurement, il y a passage de l'état indiqué ci-dessus, à l'état indiqué sur la figure 4c, le motif moiré apparaît dans la section A; par conséquent, un signal de sortie est fourni par le premier inverseur 131 et une impulsion de déclenchement est fournie par le multivibrateur monostable 14; de ce fait, une seule impulsion de calcul d'addition. est appLiquée au compteur 17 par la première porte ET 151. Ensuite, presque de la même manière que ci-dessus, chaque signal de calcul d'addition unique est appliqué au compteur 17 à chaque apparition d'un degré de décalage correspondant à un pas de grille P. Quand, par contre, le décalage entre les deux plaques tournantes 31, 32 diminue du fait d'une diminution du degré de torsion, il y a passage de l'état indiqué sur la figure 4d à celui indiqué sur la figure 4c et le motif moiré apparaît dans la section A avant d'apparaître dans la section B. Dans ce cas, la seconde porte ET 152 reçoit un signal de niveau haut provenant de l'inverseur 16, et une impulsion de déclenchement du multivibrateur 14; un signal de calcul de soustraction est ators appli- qué au compteur 17 par la porte 152. Il est ainsi possible de détecter le degré de torsion et donc le couple de torsion subi à l'instant considéré par l'arbre 1, d'après le signal de comptage fourni par le compteur 17. Les grilles optiques 5, 6 formées sur les deux plaques tournantes 31, 32 n'ont pas forcément les formes prévues dans l'exemple de réalisation cidessus; il est possible d'envisager une variante suivant laquelle les traits des grilles s'écartent un peu de la direction radiale et se croisent comme représenté sur la figure 7, par exemple. Avec cette disposition aussi, un motif moiré annulaire apparaissant ailleurs qu'au point de croisement des grilles 5 et 6, se décale radialement vers l'extérieur ou vers l'intérieur, de part et d'autre du point de croisement, en fonttion du décalage entre les deux plaques tournantes 31 et 32; il en résulte que le motif moiré franchit radialement tout point unique choisi une fois par degré de décalage correspondant à un pas P. Il est ainsi possible de détecter le couple de torsion presque de la même manière que ci-dessus en utilisant au moins deux moyens détecteurs optiques et en mesurant le sens de-décalage du motif moiré et Le nombre de motifs moirés qui franchissent le point choisi. - On peut envisager un agencement comportant par exempLe, comme décrit dans Le brevet US 3 688 570, au lieu des deux plaques tournantes 31, 32, deux tubes tour- nants montés sur un arbre et esoacés de celui-ci d'un intervalle déterminé; l'un des tubes est inséré dans l'autre de façon que les deux tubes soient en face l'un de l'autre avec emboîtement de l'un dans l'autre; chacun des deux tubes tournants porte une grille optique formée de traits ayant un espacement déterminé suivant la circon- férence du tube, ce qui permet d'obtenir presque le même fonctionnement que ci-dessus. Ce type d'agencement est toutefois peu pratique car il est difficile de réaliser une grille optique sur un tube et il est difficile de fixer des tubes rotatifs sur un arbre, concentriquement à celui-ci: en effet il est nécessaire de fixer chacun des tubes tournants à l'arbre, de façon à ce qu'ils ne pivotent pas du tout. Donc, en conclusion, il est plus avantageux, selon la présente invention, d'utiliser des plaques tournantes. Dans les deux exemples ci-dessus, il est possible que des poussières pénètrent dans le boîtier 2 ou que l'intérieur de ce boîtier se couvre de buée, ce qui peut provoquer une réflexion diffuse de lumière entre le tronçon de projection de lumière 2a et le tronçon de réception de lumière 2b et entraîner ainsi une diminution de la précision de détection. Il est possible, pour remé- dier à cet inconvénient, de fermer le boîtier 2 de manière étanche à l'air. Toutefois, il est très difficile d'obtenir une fermeture rigoureusement étanche, et celle-ci peut empêcher dans une certaine mesure, la pénétration de poussières, mais n'empêche pas l'embuage. La figure 8 illustre un exemple de réalisation de l'invention qui permet de résoudre ce problème. En effet, dans cet exemple, un joint 2d étanche à l'huile ou analogue par exemple, est prévu de manière à être interposé entre l'arbre 1 et le pourtour intérieur de chaque partie extrême du boîtier 2; ce joint est situé à l'intérieur d'un palier 2c supportant l'arbre 1I de façon que le volume interne du boitier soit fermé hermé- tiquement aux liquides par les joints étanches 2d; le boîtier 2 est rempli de liquide. Ici, il est infiniment plus facile d'assurer l'étanchéité du boitier aux liquides, que d'en assurer l'étanchéité à l'air. La pénétration d'air externe dans le boitier 2 est interdite par le liquide remplissant ce dernier, dans la mesure o l'étanchéité aux liquides est assurée; par conséquent, l'étanchéité aux liquides empêche aussi à coup sûr, la pénétration dans le boitier, de l'humidité contenue dans le boitier 2 et l'embuage intérieur de celui-ci. Par conséquent, le milieu de détection situé entre le tronçon 2a de projection de lumière et le tronçon 2b de réception de lumière se trouve toujours maintenu dans un état constant et l'apparition d'une erreur de détection due à une varia- tion du milieu est rendue impossible. Il est souhaitable d'utiliser comme liquide de remplissage du boîtier, un liquide doté de caractéristi- ques optiques, physiques et chimiques stables dans l'état prévisible du milieu, une huile de silicone, par exemple, s'avère convenable. Si nécessaire le liquide peut être introduit sous pression dans le boîtier 2. L'huile de silicone est transparente dans un intervalle de température de -30 à 70 C; elle a une forte viscosité, avantageuse pour assurer l'étanchéité aux li- quides. Ainsi, selon l'invention, un mouvement angulaire relatif entre deux plaques tournantes, provoqué par la torsion d'un arbre, fait apparaître un motif de franges moirées dû au décalage entre des griLLes optiques res- pectivement portées par des plaques tournantes; on oeut ainsi détecter le couple de torsion en détectant Le déplacement du motif moiré, sans avoir recours à un éclairage strobos- copique. La suppression de l'éclairage strosbocopique réduit d'autant le coût de l'appareil et permet en outre de toujours détecter le couple de torsion, à tout instant. Les grilles optiques étant formées sur Les plaques tour- nantes, il est plus facile de fabriquer ces grilles et de les fixer sur l'arbre, que d'utiliser des tubes tournants, comme indiqué plus haut. L'appareiL selon l'invention est particuLièrement avantageux dans son application à un véhicuLe ou analogue, en vue de commander un moteur, une transmission ou analogue, en fonction d'un couple de torsion. RÉPUBLIQUE FRAN AISE 2 564 587 INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS Ce numéro n'a donné lieu à aucune publication Ln cO u N IL REVENDICATIONS. 1. Appareil optique de détection de couple, caractérisé en ce que deux plaques tournantes (31, 32)' présentant chacune une grille optique radiale (5, 6), sont disposées face à face et sont montées sur un arbre (1) dont on veut détecter le couple de torsion de façon qu'il existe un intervalle déterminé entre les positions de montage de ces plaques, afin qu'un motif de franges moirées apparaisse en fonction d'un décalage angulaire qui apparaît entre les deux plaques du fait d'une torsion de l'arbre, et en ce qu'un moyen de détection (7) est prévu pour détecter une modification du motif de franges moirées, pour détecter le couple de torsion de l'arbre. 2. Appareil optique de détection de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque trait de la grille optique formée sur l'une des deux plaques tournantes, est un trait radial rectiligne non brisé, et en ce que chaque trait de la grille optique formée sur L'autre plaque tournante est un trait brisé comportant une moitié intérieure à direction radiale (6b) et une moitié extérieure à direction radiale (6a), décalées l'une par rapport à l'autre, et en ce que le moyen de détection (7) comporte deux moyens détecteurs optiques (111, 112) qui détecte respectivement des rayons lumineux transmis à travers la moitié radiale extérieure et à travers la moitié radiale intérieure des deux plaques tournantes, pour détecter le nombre de déplacements du motif moiré entre les deux moitiés précitées ainsi que le sens de déplacement grâce aux signaux de sortie fournis par les deux moyens détecteurs optiques. 3. Appareil optique de détection de couple selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux moitiiés- intérieure (6b) et extérieure (6a) sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un quart du pas de la grille optique. 4. Appareil optique de détection de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille optique (5) de L'une des deux plaques tournantes et la grille optique (6) de l'autre plaque tournante sont réaLisées de manière à se croiser l'une L'autre, et en ce que le moyen de détection comprend au moins deux moyens détecteurs optiques détectant respectivement des rayons lumineux transmis à travers au moins deux sections dans la direction radiale des deux plaques tournantes, de façon à détecter le nombre de déplacements du motif moiré entre les deux sections et le sens du déplacement, grâce aux signaux de sortie fournis par les moyens détecteurs optiques. 5. Appareil optique de détection de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, un bottier (2) supportant l'arbre (1) qui le traverse, et en ce que les deux plaques tournantes ó31, 32) sont logées dans le boÂtier, ce boÂtier étant muni d'un tronçon de projection de lumière (2a) et d'un tronçon de réception de lumière (2b), correspondant respectivement aux deux plaques tournantes. 6. Appareil optique de détection de couple selon la revendication 5, caractérisé en ce que le volume inter- ne du bottier est fermé de manière étanche aux liquides et est rempli de liquide. 7. Appareil optique de détection de couple selon la revendication 6, caractérisé en ce que Le liquide est une huile de silicone.