Brevet FR2608756A1 — publié le 19880624

La présente invention a trait aux capteurs de déplacement ou codeurs qui dans les robots, automates, centres d'usinage et autres machines automatiques, sont associés aux différents organes mobiles en vue d'assurer le repérage de la position exacte de chacun de ceux-ci dans la séquence de déplacements. On connait des capteurs ou codeurs dits "absolus", du type monotour ou multitour, dans lesquels un code unique correspond à chaque position, si bien que par lecture directe il est ainsi possible de retrouver instantanément la position exacte de l'organe mobile considéré. On connaît également des codeurs relatifs ou incrémentaux qui sont basés sur un comptage à partir d'une position quelconque, l'inconvénient étant qu'en cas de coupure du courant d'alimentation l'information de position disparait, de sorte qu'on ne peut plus déterminer l'origine du comptage. Pour remédier à ce défaut, on a proposé d'associer aux codeurs de ce genre des batteries d'accumulateurs, mais celles-ci sont encore très volumineuses si l'on entend garantir une information pendant une longue durée. Entre les codeurs absolus qui coûtent cher et les codeurs relatifs qui perdent leur information, il existe des systèmes intermédiaires qui associent par exemple un codeur relatif et un potentiomètre, ce dernier ne faisant pas plus d'un tour et son rôle consistant à repérer dans quel tour se trouve le codeur relatif. Lors de toute remise en marche de la machine après un arrêt de fonctionnement, il faut procéder à une opération dite de calibration consistant à déplacer l'organe mobile envisagé en vue de retrouver la position de cet organe en lisant les valeurs du potentiomètre et du codeur relatif y associé. En pareil cas, le déplacement nécessaire à la calibration doit être important, alors qutil est très fréquemment gêné par l'environnement de la machine. De plus, le potentiomètre donne un signal analogique qui doit être traité pour l'obtention de signaux numériques. On notera encore qu'un potentiomètre comporte nécessairement un curseur, c'est-à-dire un organe mobile sujet à usure ; par ailleurs, entre le disque du codeur relatif et le potentiomètre dont l'amplitude de rotation doit être limitée à moins d'un tour, il y a obligatoirement lieu d'interposer des trains d'engrenages pour un rapport global de l'ordre de 100, ce qui complique évidemment la construction. C'est à l'ensemble de ces inconvénients qu'entend remédier la présente invention, laquelle a pour objet un capteur ou codeur du type incrémental qui, lors de I'opération de calibration', ne nécessite qu'un déplacement très réduit de l'organe mobile correspondant, en devenant ainsi pratiquement comparable aux capteurs ou codeurs absolus, sans comporter le prix et l'encombrement de ceux-ci. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe axiale schématique d'un codeur établi conformément à l'invention. Fig. 2 et 3 sont des vues en élévation montrant chacun dfs deux disques tournants de l'appareil suivant fig. 1. En fig. 1, la référence 1 désigne un bottier à l'intérieur duquel tourne axialement un arbre 2, supporte dans deux roulements 3 opposés. L'une des extrémités de cet arbre 2 dépasse à I'extérieur du bottier 1 et est conformée en 2a de façon à permettre son accouplenent avec l'arbre 4 qui assure la commande du déplacenent angulaire ou linéaire de l'organe mobile de la machine dont on désire être en nesure de repérer à tout moment la position. Sur l'arbre 2 sont calés d'une part un disque 5, d'autre part une roue dentée 6, laquelle engrène avec un pignon 7 solidaire d'un petit arbre 8 monté fou à l'intérieur de roulements 9 prévus dans le bottier 1. Le pignon 7 engrène simultanément avec une seconde roue dentée 10 solidaire d'un moyeu 11 qui tourne librement sur l'arbre 2 en arrière du disque 5. Sur ce moyeu 11 est calé un second disque tournant, référencé 12. I1 convient d'observer que les roues 6 et 10 comportent des nanbres de dents très légèrement différents (une différence d'une dent suffit) de façon à ce que par suite de cette liaison différentielle, les deux disques 5 et 12 soient rendus angulairement solidaires suivant un rapport proche de 1, mais différent de cette valeur. Afin de mieux fixer les idées par un exemple précis qui ne comporte toutefois aucun caractère limitatif, on peut supposer que la roue dentée 6 liée à l'arbre 2 et au disque 5 présente 125 dents, alors que la roue dentée 10 liée au moyeu 11 et au disque 12 n'en comporte que 124, de telle sorte que lorsque le disque 5 aura fait 124 tours, le disque 12 en aura effectué 125. Comme montré en fig. 2, le disque 5 comporte trois échelles ou pistes concentriques respectivement référencées 5a, Sb et 5c. Les deux pistes Sa et 5b comportent le même nombre de répères, mais ceux-ci sont décalés angulairement d'une piste à l'autre ; la piste 5c peut comporter un nombre variable de repères, un seul dans l'exemple de réalisation considéré. A la manière illustrée en fig. 3, le disque 12 ne comporte qu'une seille piste 12a présentant un nombre de repères égal à celui de la piste 5c du disque 5, soit donc un dans le cas envisagé. A chacun de ces disques 5 et 12 est associé un détecteur 13, respectivement 14, comportant un nombre d'organes de détection évidemment égal à celui des pistes présentées par le disque qui lui correspond. La nature de ces organes de détection dépend de celle des repères qui constituent les pistes des disques 5 et 12 ; il peut s'agir de cellules photoélectriques, de capteurs magnétiques ou de tout autre appareillage propre à engendrer une impulsion incrémentale lors du passage de chaque repère de la piste correspondante au cours de la rotation des disques 5 et 12, laquelle impulsion est transmise à un appareil de comptage renfermé dans l'armoire de commande de la machine envisagée. Pour exposer le fonctionnement du codeur ci-dessus décrit, on supposera que celui-ci est fixé à l'arrière du moteur qui assure le déplacement linéaire du bras d'un robot ou automate. Les disques 5 et 12 ont été préalablement réglés de façon à ce qu'à la moitié de la course du bras envisagé, les repères des pistes 5c et 12a soient simultanément en coIncidence avec l'organe de détection correspondant de l'un et l'autre des deux détecteurs 13 et 14. Au cours du fonctionnement de la machine, le bras considéré va bien entendu se déplacer de part et d'autre de cette position milieu en assurant I'entraînement en rotation des deux disques 5 et 12. Toutefois, par suite de la liaison différentielle opérée par les roues dentées 6 et 19 et le pignon intermédiaire 7, les repères des pistes 5c et 12a vont se décaler les uns par rapport aux autres, si bien qu'è un moment quelconque, pour déterminer la position du bras du robot, il suffit de déplacer ce bras sur une distance maximale correspondant à un tour et de lire le décalage angulaire entre les deux pistes ou repères 5c et 12a, cette lecture s'effectuant par comptage d'impulsions au niveau des pistes 5a et 5b du disque 5. Par exemple, si l'on suppose que le bras du robot peut se déplacer sur une longueur maximale de 10 mètres et que pour l'intégralité de cette course l'arbre 2 effectue au maximum 100 tours, l'opération de calibration destinée à la détermination de la position exacte du bras après un arrêt dans le fonctionnement n'impliquera qu'un déplacement de ce bras d'environ lOcm (c'est-à-dire 10/l00m). I1 va de soi qu'on peut encore réduire l'amplitude angulaire susvisée en faisant comporter à la piste 5c et à la piste 12a un nombre de repères supérieur à 1 et pour autant évidemment que les repères de chacune de ces deux pistes soient différenciés entre eux. Si chaque piste présente cinq repères différenclés, dans l'exemple considéré ci-dessus le déplacement de calibration sera réduit à 0,lot/5, soit environ 2cm. Le comptage des impulsions engendrées par les détecteurs 13 et 14 au passage des repères des pistes 5c et 12a des disques 5 et 12 n'implique aucun traitement analogique, de telle sorte qu'il est simple et fiable. L'appareil ne présente qu'un encombrement très réduit et est de ce fait susceptible d'être très aisément implanté sur la machine au niveau de chacun des organes mobiles de celui-ci. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'a titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I O N S 1. Capteur de déplacement pour la détermination du positionnement de l'un des organes mobiles d'une machine automatique, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un premier disque (5) lié angulairement au déplacement de l'organe considéré (4), au moins un second disque (12) lié angulairement au premier disque suivant un rapport proche de 1 mais différent de cette va-leur, et des moyens de comptage d'impulsions associés à chaque disque en vue de déceler le décalage angulaire entre lesdits disques. 2. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de comptage comprennent d'une part au moins trois pistes concentriques de repères (5a, 5b, 5c) prévues sur le premier disque (5), et au moins une piste (12a) prévue sur le second disque (12), d'autre part un détecteur (13, 14) associé à chacun des disques (5, 12) et comportant un nombre d'organes de détection au moins égal à celui des pistes du disque auquel il correspond, les pistes correspondantes (5c et 12a) comportant au moins un repère. 3. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les disques (5, 12) sont liés angulairement l'un à l'autre à travers un mécanisme différentiel comprenant deux roues dentées (6, 10) à nombres de dents très légèrement différents, reliées l'une à l'autre par un pignon intermédiaire (7).