Brevet FR2596511A1 — publié le 19871002

DISPOSITIF DE PROTECTION DE CAPTEUR DE DEPLACEMENT ET CAPTEUR DE DEPLACEMENT EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif destiné à assurer la protection des différents éléments constituant les capteurs de déplacement numériques destinés à mesurer et à indiquer la valeur et le sens de déplacement d'éléments mobiles tels que chariot de machine-outil. Ces capteurs de déplacement sont essentiellement formés d'une échelle de mesure (graduation, règle) comportant une succession de traits ou de repères magnétiques et de moyens de détection, soit optoélectroniques, soit magnétiques, associés aux traits ou repères de l'échelle de mesure et aptes à délivrer des signaux électriques déphasés lors de leur passage devant ces repères, les signaux étant ensuite analysés pour donner une indication de la distance parcourue et du sens de déplacement de l'élément mobile. De tels capteurs de déplacement sont connus depuis déjà fort longtemps et ont fait l'objet de nombreux brevets, dont on peut citer quelques-uns pour mémoire : GB-2 886 717 de 1953, GB-2 886 718 de 1955, US-3 533 703 de 1966, US-3 942 895 de 1975, US-3 816 003 de 1974...etc. Pour la plupart des capteurs de déplacement décrits dans ces brevets, la protection est assurée par une gaine ou un profilé à l'intérieur duquel est placée la règle et se déplace le système de détection. Un tel dispositif de protection est montré, par exemple, sur la figure 1, qui en est une vue en coupe transversale et, sur la figure 2, qui en est une vue en coupe selon ll-ll de figure 1. Ce dispositif de protection est constitué essentiellement d'un profilé 1 en forme de U et généralement en aluminium, sur le fond duquel est fixée la règle 2 du dispositif de mesure. Le dispositif de détection associé à la règle 2 est fixé à l'extrémité 6 d'un doigt 3 d'un chariot ou similaire (non représenté sur le dessin), dont on veut mesurer les déplacements. Dans le cas présent, la règle 2 est en un matériau transparent et le dispositif de détection fonctionne par transmission, c'est-à-dire qu'il est formé d'un ou plusieurs jeux d'éléments émetteurs 4 et récepteurs 5 se déplaçant de part et d'autre de la règle 2, ces éléments étant fixés chacun sur l'une des branches que forme l'extrémité 6 du doigt 3. Le dispositif de protection comporte, en outre, deux joints à lèvres 7 disposés le long de l'ouverture du profilé en U 1, qui assurent une certaine fermeture du profilé en U, lors du déplacement du doigt 3. Dans ce type de dispositif de protection, I'intérieur du profilé en U 1 est généralement rectifié pour assurer le guidage de l'extrémité 6 du doigt 3 du chariot, qui porte les détecteurs 4,5 et est donc très coûteux. En outre, le profilé 1, qui sert de protection à la règle et aux détecteurs, est relativement fragile aux chocs, du fait de sa forme fendue longitudinalement, et est, en outre, très sensible à l'écrasement. Enfin, la fermeture assurée par les joints d'étanchéité 7 n'est pas complètement étanche et protège tout juste des ruissellements, et il reste toujours un passage aux poussières et aux liquides aux endroits 8 où les lèvres 7 s'ouvrent et se referment sur le doigt 3 du chariot, sans compter l'effet d'usure qui augmente encore ces inconvénients. Le but de la présente invention est donc de prévoir un dispositif de protection pour des capteurs de déplacement du type précité, c'est-à-dire du type formé d'une échelle de mesure telle qu'une règle ou une graduation et de moyens de détection associés à l'échelle et aptes à délivrer des signaux lors de leur déplacement devant cette échelle, qui soit particulièrement robuste et peu sensible aux chocs ni à l'écrasement, qui assure une protection efficace des différents éléments constituant le capteur et qui soit d'un coût relativement réduit. Ce but est atteint en ce que le dispositif selon l'invention est formé de deux tubes montés coulissants coaxialement l'un dans l'autre, ces deux tubes étant fermés chacun à une de leurs extrémités et étant engagés l'un dans l'autre par leurs extrémités ouvertes, en ce que chacun des tubes porte intérieurement l'un des éléments (échelle de mesure, dispositif de détection) du capteur de déplacement, et en ce que des moyens sont prévus pour assurer l'étanchéité entre les deux tubes lors de leur coulissement relatif. Ces deux tubes constituent un élément télescopique complètement fermé et contenant le dispositif de détection dont ils constituent le corps et assurent donc un système de protection aux chocs et aux salissures particulièrement efficace, par rapport aux systèmes de protection connus jusqu'à présent. La structure entièrement fermée de ce dispositif, et notamment des tubes le constituant, lui confère une résistance aux chocs particulièrement élevée et permet son application à des conditions d'utilisation très sévères telles que - machines-outils, machines à chocs pour le travail des tôles, plastiques, telles que presses, cisailles, etc... - atmosphères agressives, poussières de pierre, projections de liquide de coupe, etc... Du fait de sa constitution sous forme de deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, un tel dispositif de mesure peut, en outre, être facilement monté en parallèle sur des vérins, de façon à mesurer et automatiser leurs déplacements ou être utilisé pour mesurer des déplacements entre des éléments mobiles indépendants, ce qui n'est pas possible avec les dispositifs de mesure de déplacement connus jusqu'à présent dans lesquels l'un des deux éléments (échelle graduée, ensemble capteur de déplacement) est fixe par rapport à l'autre. De toute façon, I'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques seront mises en évidence à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant à titre d'exemples non limitatifs plusieurs formes de réalisation du dispositif de protection pour capteur de déplacement selon l'invention Figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif selon une première forme de réalisation Figure 4 est une vue similaire à figure 3 d'un dispositif selon une seconde forme de réalisation Figure 5 est une vue similaire à figure 3 et figure 4 d'un dispositif selon une troisième forme de réalisation Figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI de figure 5 Figure 7 est une vue similaire aux figures 3,4 et 5 d'un dispositif selon une quatrième forme de réalisation ; ; Figure 8 est une vue en coupe selon VIII-VIII de figure 7 Figure 9 est une vue similaire aux figures 3, 4, 5 et 7 d'un dispositif selon une cinquième forme de réalisation Figure 10 est une vue en coupe selon X-X de figure 9 Figure 11 est une vue en coupe selon Xl-XI de figure 9 Figure 12 est une vue de détail à échelle agrandie de figure 9. Les figures 3 et 4 montrent deux formes de réalisation d'un capteur de déplacement équipé du dispositifs de protection selon l'invention, illustrant les deux différents principes de montage des éléments de ce capteur à l'intérieur du dispositif de protection. Dans le cas de la figure 3, le dispositif de protection est formé d'un tube extérieur 10 et d'un tube intérieur 11 monté déplaçable coaxia lement à l'intérieur du tube extérieur lu au moyen de roulements ou de paliers autolubrifiants 12. Les deux tubes 10,11 sont fermés chacun à l'une de leurs extrémités par des fonds respectivement l0a,Ila et sont engagés l'un dans l'autre par leurs autres extrémités ouvertes respectivement IOb,llb. Le tube 10 présente intérieurement à proximité de son extrémité ouverte 10a un joint d'étanchéité 13 de type joint racleur ou joint à lèvres. Les deux tubes 10,11 constituent ainsi un ensemble télescopique et étanche vis-à-vis de l'extérieur. Des dispositifs de fixation 14 sont, en outre, prévus sur les fonds 10allia des deux tubes, c'est-à-dire aux deux extrémités du dispositif, pour permettre l'accrochage de celui-ci aux éléments dont on désire mesurer le déplacement relatif. A l'intérieur du tube 10 est fixé un troisième tube 15 s'étendant également coaxiale ment à celui-ci mais de diamètre plus petit. A l'extré- mité de ce tube 15 est fixé le dispositif de détection 16 proprement dit du capteur de déplacement, qui peut être formé par des détecteurs magnétiques ou des ensembles détecteurs optoélectroniques. Les lignes d'alimentation 17 du dispositif de détection 16 passent dans le tube 15 et sortent à l'extérieur du tube 10, au niveau du fond 10a de celui-ci. L'échelle de mesure du capteur de déplacement est réalisée sur la face interne du tube 11. Dans le cas présent, cette échelle de mesure est formée par une succession d'annneaux 18, s'étendant perpendiculairement à l'axe du tube 11, qui sont noirs et non réfléchissants dans le cas d'un capteur optoélectronique ou qui sont formés de matériaux magnétiques dans le cas d'un capteur magnétique. On concevra aisément que lors du déplacement relatif du tube 11 par rapport au tube 10, on obtiendra un déplacement relatif de la graduation 18 par rapport au dispositif détecteur 16 et, par conséquent, une mesure de ce déplacement relatif. En outre, le fait que la graduation 18 soit réalisée selon des anneaux, permet une mesure exacte du déplacement, même en cas de rotation du tube 11 par rapport au tube 10. Dans le cas de la figure 4, le dispositif de protection est également formé d'un tube extérieur 10 et d'un tube intérieur coaxial 11 et monté déplaçable à l'intérieur du tube extérieur 10, ces deux tubes 10,11 comportant chacun une extrémité fermée par un fond respectivement I0a,îla et une extrémité ouverte respectivement 10b,11b. Dans ce cas, le dispositif de détection 26 proprement dit est fixé à l'extrémité llb du tube intérieur Il et ses fils d'alimentation 27 passent à l'intérieur de ce tube 11, tandis que la graduation 28 est réalisée sur la paroi interne du tube extérieur 20. De même que précédemment, le déplacement relatif des deux tubes 10,11 permet une mesure du déplacement relatif des deux objets sur lesquels ils sont fixés. On notera que dans ce cas la construction du dispositif de protection détecteur de déplacement est plus simple, puisqu'elle ne nécessite que deux tubes au lieu de trois dans l'exemple précédent. Les figures 5 à 12 illustrent d'autres exemples particuliers de montage des éléments de capteurs de déplacement optiques à l'intérieur du dispositif de protection de celui-ci en fonction du principe de fonctionnement (par transmission ou réflexion) de ceux-ci. Dans tous les cas, I'échelle de mesure sera donc formée par une graduation, c'est-à-dire une succession de traits noirs ne réfléchissant pas la lumière ou ne permettant pas la transmission de celle-ci et les tubes extérieur et intérieur, de même que les autres éléments identiques seront désignés par les mêmes références que dans la figure 3. Dans le cas de la figure 5, le dispositif de détection est formé de deux paires d'éléments émetteurs 31 et récepteurs 32 de lumière, qui sont fixés diamètralement à l'opposé les uns des autres à l'extrémité de la face intérieure du tube 11. La graduation est portée sur une règle 33 fixée coaxialement à l'intérieur du tube extérieur 10 et s'étendant dans le tube intérieur Il entre les deux séries d'éléments émetteurs 31 et récepteurs 32. La règle 33 est transparente, et porte des graduations opaques, de sorte que le système fonctionne, de façon connue en soi, par transmission de la lumière provenant des éléments émetteurs 31. La règle 33 est fixée à l'aide d'un roulement à billes 35 sur le fond 10a du tube 10. Elle présente, en outre, en section transversale sensiblement la forme d'un H, c'est-à-dire une forme plane avec deux rebords 33a à chaque extrémité (Cf. Figure 6). Cette forme a un double rôle, d'une part, permettre un renforcement de la section transversale et donc une augmentation de la rigidité de la règle et, d'autre part, assurer l'entraînement en rotation de celle-ci par les éléments 31,32 en cas de rotation du tube 11. Cette disposition permet d'éviter des torsions de la règle et de garantir une bonne mesure même en cas de rotation relative des deux tubes 10,11 On notera que dans ce cas, les fils d'alimentation 37 des éléments émetteurs et récepteurs 31,32 sont noyés dans la paroi du tube 11 ou fixés le long de celle-ci, de façon à ne pas gêner le déplacement de la règle 33. Dans le cas des figures 7 et 8, la règle 41 est fixée sur la paroi interne du tube intérieur Il, tandis que l'ensemble de détection 42 est fixé à une extrémité d'un tube 43 qui est monté rotatif par son autre extrémité à l'intérieur du tube 10, au moyen d'un roulement 44. Bien entendu, le tube 43 est disposé coaxialement aux tubes 10,11 et, de même que dans le cas de la figure 3, les fils d'alimentation 17 des détecteurs passent à l'intérieur du tube 43. Le dispositif montré à cette figure 7 fonctionne donc par réflexion. On notera que ce dispositif est sensiblement semblable à celui montré dans la figure 3, la différence essentielle résidant dans le fait que l'ensemble de détection 42 est monté rotatif dans le tube 10 et non pas fixe comme dans le cas de la figure 3, du fait que la graduation n'est pas formée par une succession d'anneaux parallèles, comme dans cette figure, mais est réalisée sur une règle plane 41. En effet, dans ce cas, il est indispensable que l'ensemble de détection 42 puisse tourner en même temps que le tube intérieur 11 contenant la règle en cas de rotation relative de celui-ci par rapport au tube 10, afin de ne pas fausser la mesure. Comme le montre la figure 8, I'ensemble de détection 42 présente, en outre, en section transversale, une forme circulaire avec un méplat 42a et deux rebords 42b de part et d'autre de ce méplat qui délimitent un logement permettant le coulissement de cet ensemble 42 le long de la règle 41 et qui permettent un entraînement en rotation de cet ensemble 42 lors de la rotation du tube 11. Les figures 9 à 12 montrent encore un autre exemple de réalisation de capteur de déplacement, fonctionnant par transmission, comme dans le cas des figures 5 et 6. Dans ce cas, comme dans le cas des figures 5 et 6, deux séries d'éléments émetteurs 51 et récepteurs 52 sont fixés à l'extrémité du tube il et la règle 53 en matériau transparent, comme par exemple du verre, est montée rotative à l'intérieur du tube 10 ; cependant, le montage rotatif de cette règle 53 ainsi que son entraînement en rotation lors d'une rotation relative des tubes 10, et 11 sont réalisés différemment par rapport au dispositif de ces-figures 5 et 6. En effet, dans ce cas, et ainsi que le montre notamment la figure Il, la règle 53 a une section transversale rectangulaire et les détecteurs 51 et 52 sont fixés dans un étrier 55 ayant en section transversale la forme d'un C dans l'ouverture duquel la règle 53 est apte à coulisser. Ici, c'est donc l'étrier 55 qui permettra l'entraînement en rotation de la règle 53. Le montage rotatif de la règle 53 est montré plus en détail à la figure 12. Cette règle 53 est fixée à son extrémité dans une bride 56 munie d'un téton 57 et montée rotative par ce téton 57 dans le fond 10a du tube 10 qui présente un évidement 58 de forme complémentaire. Entre la paroi latérale de cet évidement 58 et le téton 57 est interposée une rondelle d'amortissement 59 en matériau élastique qui permet à la fois la rotation du téton 57 et assure un amortissement des chocs transmis par le tube 10. Ainsi que le montre la figure 10, des rondelles élastiques 60 munies d'un évidement 60a, dont le contour correspond au contour extérieur de la règle, sont prévues de part en part à l'intérieur du tube 11. Ces rondelles 60 permettent le coulissement de la règle 53 à l'intérieur du tube 11 et remplissent, en outre, un rôle d'amortissement des chocs. Bien entendu, dans tous les exemples de réalisation décrits ci-avant, des passages, systèmes à clapet ou autres peuvent être prévus pour laisser s'échapper l'air et éviter des phénomènes de compression à l'intérieur des tubes, lors du coulissement relatif de ceux-ci. Comme il va de soi, la présente invention ne se limite pas aux seuls exemples de réalisation montrés ci-avant à titre d'exemples non limitatifs, mais en embrasse, au contraire, toutes les formes de réalisation, mettant en oeuvre des moyens similaires ou équivalents. - REVENDICATIONS 1- Dispositif de protection pour capteur de déplacement formé d'une échelle de mesure, telle qu'une règle ou une graduation, et de moyens de détection associés à l'échelle et aptes à délivrer des signaux lors de leur déplacement devant cette échelle, caractérisé en ce qu'il est formé de deux tubes (10,11), montés coulissants coaxialement l'un dans l'autre, ces deux tubes étant fermés chacun à une de leurs extrémités, respectivement (lOa,l la) et étant engagés l'un dans l'autre par leurs extrémités ouvertes respectivement (IOb,llb), en ce que chacun des deux tubes (10,11) porte intérieurement l'un des éléments (échelle de mesure, dispositif de détection) du capteur de déplacement et en ce que des moyens sont prévus pour assurer l'étanchéité entre les deux tubes (10,11) lors de leur coulissement relatif. 2- Dispositif de protection, selon la revendication 1, caractérisé en ce que des joints de type racleur (13) sont prévus à l'extrémité (lOb) du tube extérieur. 3- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que des moyens de guidage de type roulement, paliers autolubrifiants (12) sont prévus pour le guidage du tube intérieur (11) dans le tube extérieur (10). 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacun des éléments du capteur, à savoir l'échelle de mesure (18,28) et les moyens de détection (16;31,32) sont montés fixes dans leurs tubes respectifs (10,11) et en ce que l'échelle de mesure (18,28) est formée par une succession d'anneaux s'étendant perpendiculairement à l'axe du dispositif. 5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échelle de mesure (33,41,53) est formée par une règle portant une graduation plane et en ce que l'un des éléments du capteur est monté rotatif à l'intérieur de son tube respectif. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour permettre l'entraînement de l'élément monté rotatif lors de la rotation relative des deux tubes (10,11). 7- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux éléments du capteur de déplacement présentent des sections transversales sensiblement complémentaires. 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la règle (33,53) est montée rotative dans le tube (10) et en ce que des moyens d'amortissement sont prévus entre cette règle (53) et au moins l'un des tubes (10,11). 9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'amortissement sont formés par des rondelles d'amortissement ou similaires (60,59) interposées entre cette règle (53) et chacun des tubes respectivement (11,10). 10- Capteur de déplacement, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.