Brevet FR2583117A1 — publié le 19861212

L'invention concerne un dispositif pour la détermination numérique de la course du piston d'un vérin de soutènement hydraulique marchant dont le piston présente une tige de piston de forme cylindrique creuse dans laquelle est inséré un arbre de piston monté de manière à pouvoir tourner dans Le fond du cylindre, arbre qui comporte une rainure de guida- ge tournant héLicoldalement sur La surface latérale, et dans laquelle s'engage un doigt de glissement fixé à la tige de piston, de sorte que l'arbre de piston exécute des mouvements de rotation proportionnels à la course du dit piston. Pour la détermination de la course du piston de vérins hydrauliques qui sont utilisés en combinaison avec un soutènement hydraulique marchant, il a été proposé de transformer les mouvements de course du piston et de la tige de piston en mouvements de rotation proportionnels d'une tige de structure hélicoldale et de les mesurer avec un potentiomètre rotatif (Gl ckauf 101 (1965) page 716). De cette manière on engendre, de façon analogue aux mouvements de course du vérin, des signaux de tension continue. On convertit les valeurs analogiques, avec un convertisseur, en valeurs numériques et elles sont détectées et interprétées par un ordinateur de processus. Etant donné que dans un front de taille sont utilisées de multiples unités de souté- nement marchant, on peut ajuster entre eux tous les potentio- mètres pour obtenir, pour les parcours accomplis, des valeurs mesurées égales. Par le DE-OS 31 06 156, il est connu de mesurer à l'aide d'un c ble la course du piston d'un vérin qui se déploie. Le cible est fixé d'un côté au piston et de l'autre côté enroulé sur un tambour de cible fixé au corps. Un bras de rythme prévu sur le tambour de câble actionne, lors du déploiement du piston, un compteur et un transmetteur élec- trique d' impulsions qui lui fait suite. Une mesure des courses du piston dans les deux sens de mouvement n'est pas prévue. La présente invention part de la demande de brevet P 35 07 937.1 de la demanderesse, plus ancienne, non publiée antérieurement, qui concerne un dispositif pour La mesure numérique de La course du piston d'un vérin de soutènement hydraulique marchant. Le piston de poussée du vérin, pouvant être aLimenté des deux c8tés, est muni d'une tige de piston de forme cyLindrique creuse dans laqueLle est inséré un arbre de piston monté de manière à pouvoir tourner dans le fond du cylindre. Sur La surface latérale de L'arbre de piston se trouve une rainure de guidage héLicol- dale faisant pLusieurs fois le tour, dans Laquelle s'engage un doigt de--gLissement fixé au piston. Par Le doigt de gLis- sement, L'arbre de piston est guidé de façon obligatoire de teLLe sorte qu'iL exécute des mouvements de rotation proportionnets à la course du piston. Les mouvements de rotation sont transformés, avec un transmetteur hydromécani- que d'impuLsions, en mouvements de course intermittents et transmis en tant qu'impulsions hydrauliques à un récepteur disposé hors du vérin et qui détecte Les impulsions hydrauti- ques en tant que valeurs mesurées numériques. Toutefois, ce dispositif est relativement coûteux à construire. L'invention vise à créer un dispositif de consti- tution simplifiée pour la détermination de la course du piston de vérins hydrauliques qui fournisse des valeurs mesurées numériques avec une grande précision de mesure. Avec le dispositif selon l'invention, on mesure directement et numériquement Les courses exécutées Lors des mouvements du vérin, en de très petites étapes partiel- les. Le rapport de démultipLication de la transmission utiLi- sée est harmonisé avec les spires de la rainure de guidage hélicoldale de l'arbre de piston de telle sorte que Le dépla- cement de l'arbre entralne le déplacement d'une plaque dite disque de codage entre deux autres plaques dites directrices. Le disque de codage comporte des trous avec une configuration particulière. Les plaques directrices comportent, l'une des éLéments d'émissions lumineuses, l'autre des éLéments de réception. Le dépLacement de l'arbre et du disque de codage permet de modifier L'irradiation des éLéments de réception et ainsi d'opérer des mesures successives. Les formes des plaques peuvent être diverses en fonction des modes de réalisation. La forme du disque de codage peut être circulaire, de telLe sorte que les tours de l'arbre de piston exécutés lors d'une course complète du piston correspondent à une rotation de 360 du dit disque de codage du compteur. La configuration des trous du disque de codage permet, avec une disposition appropriée des sources lumineu- ses, l'indication de très petits mouvements angulaires. Avec une rainure de guidage faisant plusieurs fois le tour de l'arbre de piston, on mesure la longueur de course du piston en de très petites étapes partielles, avec une grande précision. Le dispositif est formé d'un petit nombre de composants qui peuvent être logés dans un bottier de petites dimensions. Au lieu de tourner autour d'un axe, un disque de codage peut être amené à coulisser dans le même sens que la tige du piston, dans la direction de l'axe du cylindre. Avec ce dispositif on mesure aussi directement et numérique- ment les courses exécutées Lors des mouvements du vérin, en de très petites étapes partielles. Avec le pas de la rainure de guidage faisant plusieurs fois le tour de l'arbre de piston d'une part, et du filetage de la tige filetée et d'une douille filetée d'autre part, on transforme le long mouvement du piston, avec précision, dans l'appareil de mesure, en un court mouvement longitudinal du disque de codage et on le détecte directement et numériquement au moyen des photodiodes irradiées. Le dispositif est formé d'un petit nombre de petites pièces qui peuvent être logées de façon bien protégée dans un carter de petites dimensions. L'invention est expliquée plus précisément ci-après à propos de deux exemptes d'exécution représentés par les dessins sur lesquels: Fig. 1 montre un vérin hydraulique en coupe longitudinale avec disque de codage tournant, Fig. 2 montre en coupe transversale, un disposi- tif pour la détermination de la course du piston selon la Fig. 1, Fig. 3 montre un autre exemple de vérin en coupe avec un disque de codage coulissant, Fig. 4 montre en coupe le dispositif pour la détermination de la course du piston selon la Fig. 3. Selon La Fig. 1 Le dispositif pour la détermina- tion numérique de La course du piston est formé du vérin avec le corps de cyLindre 1, de La transmission à démulti- plication 2 et du compteur numérique 3. Le fond du corps de cylindre 1 est désigné par 4. Dans la cavité de course du corps de cylindre 1 est guidé de manière à pouvoir coulis- ser longitudinalement un piston 5 avec tige de piston 6. Sur le côté opposé au fond 4 du cylindre, le corps 1 du cylindre est fermé par la cuLasse 7. Le piston 5 peut être alimenté en liquide de pression des deux côtés, par L'inter- médiaire des raccordements 8 et 9. Le piston 5 et la tige de piston 6 sont de constitution cylindrique creuse, c'est- à-dire comportant un alésage Longitudinal 10 dirigé suivant L'axe du cylindre. Dans cet alésage est inséré un arbre de piston 11 monté de manière à pouvoir tourner dans le fond 4 du cylindre et qui présente sur sa surface latérale une rainure de guidage 12 faisant plusieurs fois le tour en hélice. Un doigt de glissement 13 fixé dans Le piston et qui s'engage dans la rainure de guidage 12 imprime à l'arbre de piston 11 un mouvement de rotation dirigé vers la droite ou vers la gauche, correspondant au mouvement de course momentané. Comme représenté schématiquement sur la Fig. 1, La transmission à démultiplication 2 et Le comp- teur 3 sont disposés au fond 4 du cylindre et pour L'étan- chéité du corps de cylindre et de La transmission à démulti- plication sont prévus des joints non désignés plus précisé- ment. L'arbre de piston 11 est introduit dans le carter de la transmission à démultiplication, indiqué par la réfé- rence 2 et dans lequeL est logée une transmission formée d'une vis sans fin à plusieurs filets 14 et d'une roue héli- coidale, pour démultiplier Le mouvement de rotation de l'ar- bre de piston 11. L'extrémité de l'arbre de piston est relié à la vis sans fin 14 dans laquelle s'engage, avec un rapport de démuLtiplication prescrit, La roue hélicoldale 15 disposée perpendicuLairement. La roue heLicondale 15 est disposée sur un axe 16 disposé perpendiculairement à l'arbre de piston 11 et qui est monté de manière à pouvoir tourner dans un coussinet 17 et introduit par une extrémité dans Le carter 2 du comp- teur 3 qui est annexé au carter de la transmission à démulti- pLication. Dans le compteur 3 est glissé, sur l'extrémité de l'axe 16, un disque de codage 18 qui est monté de manière à pouvoir tourner entre deux plaques directrices 19, 20, et disposé parallèlement entre elles. Sur l'une des plaques directrices, 19, se trouve une s6érie de sources lumineuses 21 en tant qu'éléments d'émission et sur l'autre, un nombre correspondant de photodiodes 22 en tant qu'éléments de récep- tion, qui sont raccordées à une fiche 23. Lorsque le disque de codage 18 muni d'une configuration de trous tourne d'un angle prescrit, une combinaison chaque fois différente de photodiodes 22 est irradiée, représentant une suite de nom- bres binaires pouvant être détectés numériquement. La suite de nombres correspond à une longueur de course déterminée dont le piston du vérin est rétracté ou déployé. Dans le cas du mode de réalisation à disque de codage coulissant représenté en Fig. 3 et 4, on a aussi désigné par 1 le corps du cylindre du vérin. Le bottier de l'appareil de mesure est référencé 24, et il est fixé au fond 4 du cylindre 1, dans le prolongement de l'axe du cylindre. Dans le corps 1 du cylindre est monté de manière à pouvoir coulisser longitudinalement un piston 25 pouvant être alimenté des deux c8tés par L'intermédiaire des raccor- dements 8 et 9 et muni d'une tige de piston 27 qui, par son extrémité libre, à travers la culasse 28, sort du vérin 1. Le piston 25 et la tige de piston 27 sont deforme cylindrique creuse, c'est-à-dire comportant un alésage longitudinal 29 situé dans l'axe du cylindre. Dans le fond 4 du cylindre 1 est monté de manière à pouvoir tourner un arbre de piston pénétrant dans l'alésage longitudinal 29 de la tige de piston 27 et comportant une rainure-de guidage 31 faisant plusieurs fois le tour de la surface latérale, en hélice. Lors de la rétraction et du déploiement du piston 27, le mouvement de rotation de l'arbre de piston 30 est engendré par l'application appropriée d'une pression aux raccorde- ments 8 ou 9, par un doigt de glissement 32 inséré dans le piston 25 et qui s'engage dans la rainure de guidage 31. Pour l'étanchéité du vérin sont prévus des joints qui ne portent pas de références. L'arbre de piston 30 pénètre, à travers le fond 4 du cylindre 1, dans le bottier 24 de L'appareil de mesure et est reLié à une tige fiLetée -33, disposée coaxialement dans celui-ci, monté de manière à pouvoir tourner. Celle- ci présente un filetage extérieur non désigné qui s'engage dans un filetage intérieur correspondant d'une douilLe file- tée 34 posée dessus, qui est à-nouveau montée de manière à pouvoir coulisser axialement dans un aLésage 35 du boîtier 24, constitué sous forme massive dans cette région. Entre l'aLésage 35 et La partie ouverte du bottier 24 est pratiquée une fente LongitudinaLe 36 à Laquelle correspond, de façon synchrone, une rainure Longitudinale 37 de la surface latéra- le de La douilLe fiLetée 34. Dans La rainure Longitudinale 37 de la douille fiLetée 34 est pLacé Le pied 38 du disque de codage 39 pouvant coulisser longitudinalement dans la fente longitudinale 36. Le disque de codage 39, de forme rectangulaire et muni d'une configuration de trous, peut coulisser entre deux plaques directrices 40, 41 dans la partie ouverte du bottier 24. Sur L'une 40 des plaques direc- trices sont disposées, en rangée verticale, chaque fois du côté tourné vers Le disque de codage 39, des sources lumineuses 42 et sur L'autre plaque directrice 41 des photo- diodes 43 qui sont reliés, par des câbLes électriques non représentés introduits dans Le bottier 24 par la connexion 44, à un microordinateur, non représenté également, présen- tant des microprocesseurs et des éléments de mémoire.. Par amenée de Liquide de pression par les raccor- dements 8, 9, Le piston 25, avec La tige de piston 27, est déployé ou rétracté. Par Le mouvement longitudinal, l'arbre de piston 30 est mis en rotation par Le doigt de gLissement 32 s'engageant dans la rainure de guidage 31. Le mouvement de rotation se transmet à La tige fiLetée 33. Par suite, la douiLLe filetée 34 guidée par le pied 38 du disque de codage 39 dans La fente longitudinaLe 36, coulisse en direc- tion longitudinale. De cette manière, le mouvement de course long du piston 25 est transformé en un mouvement longitudinal court du disque de codage 39. Le disque de codage 39 passe alors entre Les sources lumineuses 42 et Les photodiodes 43 et par la configuration de trous du disque de codage 39, une combinaison déterminée de photodiodes 43 est chaque fois irradiée. La combinaison dont il s'agit donne une valeur mesurée binaire qui est mémorisée et traitée dans le microor- dinateur. 2 5 8 3 1 1 7 R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour La détermination numérique de La course du piston d'un vérin de soutènement hydraulique marchant dont le piston présente une tige de piston de forme cylindrique creuse dans laquelle est inséré un arbre de piston monté de manière à pouvoir tourner dans le fond du cylindre, arbre qui comporte une rainure de guidage tournant héLicoldaLement sur la surface latérale, et dans laquelLe s'engage un doigt de glissement fixé à la tige de piston, de sorte que L'arbre de piston exécute des mouvements de rotation proportionnels à la course du dit piston, dispositif caractérisé par le fait que les mouvements de l'arbre (11 ou 30) du vérin (1) sont mesurés directement et numériquement en de très petites étapes partieLLes à L'aide d'un disque de codage (18 ou 39) dépLacé par Les mouvements de l'arbre entre deux plaques directrices, l'une (19 ou 40) présentant des éléments d'émission et L'autre (20 ou 41) présentant des élements de réception. 2. Dispositif seLon la revendication 1, carctéri- sé par le fait que L'arbre de piston (11) est relié, par l'intermédiaire d'une transmission à démuLtiplication (14, ), à l'axe (16) d'un disque de codage (18) d'uncompteur numérique (3), disque disposé de manière à pouvoir tourner entre deux plaques directrices (19, 20) et présentant des sources lumineuses (21) en tant qu'éLéments d'émission et des photodiodes (22) en tant qu'éLéments de réception. 3. Dispositif seLon la revendication 1, caracté- risé par le fait qu'un disque de codage (39) prévu dans l'ap- pareil de mesure raccordé (24)est guidé de manière à pouvoir coulisser dans Le mime sens que la tige de piston(27) dans la direction de L'axe du cylindre. 4. Dispositif seLon la revendication 3, caracté- risé par les points suivants: a) l'arbre de piston (30) est reLié à une tige filetée (33) placée dans le bottier (24) de l'appareil de mesure et qui s'engage dans une douille fiLetée (34) pouvant coulis- ser axialement par rapport à l'arbre de piston (30. b) à la douille filetée (34) est fixée au disque de codage (39) muni d'une configuration de trous et qui est guidé de manière à pouvoir coulisser parallèlement entre des plaques directrices (40, 41) présentant des sources lumi- neuses (42) d'une part et des photodiodes (43) d'autre part.