Brevet FR2612625A1 — publié le 19880923

La présente invention concerne un disposi- tif pour déterminer sans contact un écart par rapport à un espacement de consigne entre une pièce - tige d'un appareil de travail - et le contour d'un objet mobile par rapport à la pièce, au moyen d'une décharge d'étincelles pulsée produite par un générateur de haute tension, soit dans un passage d'étincelles de mesure - qui est constitué par une électrode haute-tension et une électrode de masse représentant l'objet - soit dans un passage d'étincelles de référence - qui est constitué par une électrode haute-tension et une électrode de référence reliée à la masse -, dispositif dans lequel, pour indiquer le passage de décharge, il est prévu dans le circuit élec- trique d'un passage d'étincelles un capteur qui produit, lors d'une décharge d'étincelles engendrée dans ce passage, une impulsion qui est évaluée en correspondance, dans une unité d'évaluation, pour la production d'un signal fonction de l'espacement. Il est connu un dispositif du type précité (brevet DE 35 13 799, Figure 2b), dans lequel sont formés entre une électrode haute tension et une électrode de masse représentant l'objet, un passage d'étincelles de mesure et, entre son électrode de haute tension et une électrode de référence reliée à la masse, un passage d'étincelles de référence, lesquels passages sont cepen- dant séparés l'un de l'autre dans l'espace. Cette séparation dansl'espace établit un mauvais couplage de ces deux passages d'étin- celles, et il en résulte une hystérésis de commutation plus ou moins grande. Du fait qu'avec ce dispositif connu on opère en ce qui concerne la technique de mesure avec des fréquences de répétition du domaine des kHz, l'ioni- sation résiduelle du volume de gaz activé ne peut pas être neutralisée complètement jusqu'à la décharge d'étincelles suivante. Il en résulte une diminution de la tension de réaction, et par conséquent un décalage du point de commutation qui est fonction de l'espacement, et à partir duquel l'autre passage d'étincelles devient respectivement actif. En outre, cette séparation dansl'espace donne lieu à une compensation insuffisante d'autres para- mètres ayant une influence sur la tension de réaction, comme la température, la pression, l'écoulement, le type de gaz, ce qui est le cas notamment lors d'une utilisation au voisinage d'arcs de soudure, qui produisent de forts gradients localisés desdits paramètres. En outre, le dis- positif connu agit dans le sens d'un interrupteur de proximité et il n'est par conséquent pas utilisable dans tous les cas o il s'agit de contrôler des tolérances d'espacement. L'invention a pour but d'agencer un dis- positif du type défini ci-dessus de telle sorte qu'il réagisse en étant pratiquement insensible à des influences variables de l'environnement, tout en permettant une dé- termination continue d'espacement au moins dans une cer- taine plage de tolérance d'un espacement de consigne. Ce problème est résolu conformément à l'in- vention en ce que le passage d'étincelles de référence est disposé dans l'espace àproximité étroite du passage d'étincelles de mesure dans le volume de gaz de celui-ci, et en ce que, dans l'unité d'évaluation, en continu, la fréquence z des décharges d'étincelles se pro- duisant dans le passage d'étincelles pourvu du capteur à l'intérieur de chaque cycle de mesure, est mise en rela- tion, par une formation de quotient, avec la quantité totale zO des décharges d'étincelles produites par le générateur de haute-tension pendant chaque cycle de mesure et, à partir du quotient z/zo0, le signal fonction de l'écart par rapport à la valeur de consigne est produit dans un organe de commutation de l'unité d'évaluation. Selon d'autres particularités du disposi- tif conforme à l'invention: - La même électrode haute-tension est uti- lisée aussi bien pour le passage d'étincelles de mesure que pour le passage d'étincelles de référence, l'élec- trode de référence étant placée en position fixe par rapport à l'électrode haute-tension,à un espacement cor- respondant à l'espacement de consigne, et l'électrode haute- tension forme aussi bien pour le passage d'étincelles de référence que pour le passage d'étincelles de mesure - dans le circuit électrique duquel est disposé le capteur - un point de base commun, situé dans le même volume de gaz (Fig. 1). - Pour le passage d'étincelles de mesure est utilisée une première électrode haute-tension, et pour le passage d'étincelles de référence est utilisée une seconde électrode haute-tension, branchée électriquement en paral- lèle à la première électrode haute-tension et liée géomé- triquement rigidement avec celle-ci, l'électrode de ré- férence étant constituée soit par l'électrode de masse, soit par une électrode de masse de référence séparée, les points de base des deux électrodes haute-tension sont disposés de telle sorte qu'ils soient placés pour le pas- sage d'étincelles de référence et le passage d'étincelles de mesure dans le même volume de gazetle capteur constitue un composant direct de la première électrode haute-tension (Fig. 2). - La ou les électrodes haute-tension sont reliées mécaniquement et de façon électriquement isolée avec la pièce. - Le volume de gaz des passages d'étincelles est balayé par un milieu. Selon un agencement différent de l'unité d'évaluation du dispositif, cette unité comporte un comp- teur dont l'entrée est reliée à un oscillateur du générateur 2612e25 de haute-tension et dont la sortie est reliée, d'une part, à un décodeur et, d'autre part, à un autre compteur dont l'entrée est à nouveau reliée au capteur, le compteur définissant le cycle de mesure et captant la quantité totale zO des décharges d'étincelles pendant ce cyclede mesure, tandis que ledit autre conteur enregistre la fréquence z des décharges d'étincelles captée par le capteur pendant le cycle de mesure et la transmet au décodeur qui établit le quotient z/z0 et qui produit, à l'aide d'une fonction de relation mémorisée, un signal correspondant à l'écart. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexes dans lesquels: la Figure 1 représente schématiquement un premier agencement des électrodes du dispositif conforme à l'invention, la Figure 2 représente schématiquement un second agencement des électrodes du dispositif conforme à l'invention, la Figure 3 représente schématiquement le dispositif avec une unité d'évaluation, et la Figure 4 représente un diagramme d'es- pacement. Comme le montre la Figure 1, l'ensemble d'électrodes du dispositif se compose d'une électrode haute-tension 1, d'une électrode de référence 2 reliée à la masse 2.1 et une électrode de masse 3.1 représen- tant l'objet 3 - par exemple un article - relié à la masse 3.3. Avec l'électrode haute-tension 1 est reliée mécaniquement, et avec isolation électrique, une pièce 4 - par exemple une électrode de soudage d'un appareil de soudage -, qui doit se déplacer à une distance d'espace- ment déterminée le long du contour de l'objet 3. L'électrode de référence 2 est disposée à côté de l'électrode hautetension 1, et elle est espacée d'une distance fixe P du point de base 1.1 de cette électrode haute-tension 1 - cet espacement pouvant correspondre à l'espacement de consigne entre la pièce 4 et le contour 3.2 ou bien étant associé en correspondance à celui-ci, un passage d'étincelles de référence RF étant formé entre les deux électrodes. Egalement, un passage d'étincelles de mesure MF est formé entre le point de base 1.1 de l'électrode haute-tension 1 et le bord de référence 3.4 de l'électrode de masse 3.1 avec un espacement X, un capteur 5 étant disposé dans le circuit électrique exis- tant entre l'électrode haute-tension 1 et la masse 3.3, ce capteur produisant une impulsion dans le cas d'une décharge d'étincelles engendrée dans le passage d'étin- celles de mesure MF. Lorsque maintenant une haute tension pul- sée est appliquée par un générateur de haute-tension 7 (Figure 3) à l'électrode haute-tenson 1, on obtient, dans le cas d'une symétrie physique et mécanique précise (espacement X = espacement P), une probabilité de perce- ment soit du passage d'étincelles de référence RF, soit du passage d'étincelles de mesure MF,respectivement égale exactement à 0,5, c'est-à-dire que l'impulsion de signa- lisation engendrée dans le capteur 5 et indiquant qu'une décharge d'étincelles s'est produite dans le passage d'étincelles de mesure MF se manifeste seulement dans % de toutes les décharges d'étincelles engendrées. D'autre part, une légère asymétrie, provoquée par une variation de l'espacement X, modifiera directement cette valeur de probabilité. En relation avec la Figure 1, cela signifie que, lorsqu'on a X >> P, les décharges d'étincelles se produisent exclusivement dans le passage d'étincelles de référence RF de sorte que le capteur 5 ne produit aucune impulsion. Lorsque l'espacementXse rapproche de l'espacement P, la probabilité qu'également certaines décharges d'étin- celles se produisent dans le passage d'étincelles de me- sure MF augmente, auquel cas le nombre des décharges aug- mente à mesure que l'espacement X diminue. Par contre, lorsque X nombre des décharges d'étincelles engendrées. Sur la base de ce comportement particulier, on peut représenter une fonction d'espacement Z/Zo, = f(X) - comme le montre la Figure 4 -, à l'aide de laquelle il est possible, dans une plage déterminée de sensibilité S, de déterminer plus précisément avec le quotient Z/Zo0 la valeur d'espacement X (Z désigne ici le nombre des dé- charges d'étincelles détectées par le capteur à l'inté- rieur d'un cycle de mesure tandis que Z0 désigne la quantité totale des décharges d'étincelles engendrées par le générateur de haute tension à l'intérieur d'un cycle de mesure), et ainsi l'écart (X-P) peut aussi être défini par rapport à l'espacement P. Comme le montre en outre la Figure 1, la symétrie physique de l'ensemble d'électrodes est assurée par le fait que le passage d'étincelles de référence RF est placé dans une position étroitement adjacente au passage d'étincelles de mesure MF, en étant ainsi situé dans son volume de gaz, de sorte qu'il existe autour des deux passages d'étincelles, d'une part, les mêmes condi- tions d'ionisation et, d'autre part, les mêmes conditions extérieures d'influence. En outre, la symétrie d'influence peut être encore augmentée, par réunion des deux passages d'étincelles dans des volumes de gaz aussi identiques que possible, au moyen d'une symétrie artificielle, o par exemple la zone des passages d'étincelles est soumise à un soufflage par l'intermédiaire d'un ventilateur. Conformément à la Figure 2, les électrodes du dispositif sont disposées. l'intérieur d'un intervalle de passage de pièce, avec pour objectif de déceler la position centrale à l'intérieur de l'intervalle de pièce ou bien, d'une façon générale, de rendre symétrique l'espacement des électrodes par rapport à une ou plusieurs surfaces d'objet. A cet effet, le passage d'étincelles de mesure MF est constitué par une première électrode haute- tension 1 et par l'électrode de masse 3.1 représentant l'objet 3 alors que, par contre, le passage d'étincelles de référence RF peut être constitué par une seconde électrode haute tension6 branchée électriquement en pa- rallèle à la première électrode haute tension 1 et liée géométriquement rigidement avec celle-ci, et par une électrode de référence, qui peut être également l'élec- trode de masse 3.1, ou bien,dans le cas d'une pièce divisée - comme indiqué par des lignes en traits inter- rompus - une électrode de masse de référence 3.2 cons- tituée par l'autre partie de la pièce. Les points de base 1.1 et 6.1 des deux électrodes haute-tension 1 et 6 sont à nouveau disposés de telle sorte qu'ils soient placés dans le même volume de gaz pour le passage d'étin- celles de référence et le passage d'étincelles de mesure. Le capteur 5 forme, dans cet agencement, un composant direct de la première électrode haute-tension 1, de sorte qu'il produit une impulsion seulement dans le cas d'une décharge d'étincelles engendrée dans le pas- sage d'étincelles de mesure. Lorsque maintenant une haute-tension pulsée est appliquée par un générateur de haute-tension 7 (Fig. 3) aux électrodes haute-tension 1,6, on obtient ainsi, dans le cas d'une symétrie physique et mécanique précise (espacement X = espacement Y), que la probabilité de percement soit du passage d'étincelles de référence RF, soit du passage d'étincelles de mesure MF, soit à chaque fois égale exactement à 0,5, c'est-à-dire que l'impulsion indiquant dans le capteur 5 qu'une décharge d'étincelles s'est produite dans le passage d'étincelles de mesure MF, apparaît à nouveau seulement pour 50% de toutes les dé- charges d'étincelles engendrées. Egalement, de légères asymétries, provoquées par une variation de l'espacement X, modifieront directement cette valeur de probabilité, de sorte qu'à nouveau il est possible de représenter une fonction d'espacement Z/Zo = f(X/Y) - comme indiqué sur la Figure 4. Comme le montre la Figure 3, qui repré- sente le dispositif avec son ensemble d'électrodes et une unité d'évaluation 13 de façon analogue à la Fig. 1, le passage d'étincelles de mesure MF est formé entre le point de base 1.1 de l'électrode hautetension 3.1 tandis que le passage d'étincelles de référence RF est formé entre le point de base 1.1 et l'électrode de référence 2. L'électrode haute-tension 1 est reliée à un générateur de haute-tension 7 - se composant de la partie haute-tension 7.1 et d'un oscillateur 7.2 -, qui produit la haute-ten- sion pulsée. La sortie de l'oscillateur 7.2 est en outre reliée à un compteur 8 dont la sortie est reliée, d'une part, avec un autre compteur 9 et également avec un décodeur 10, auquel cas également la sortie du compteur 9 est reliée au décodeur 10. L'entrée du compteur 9 est également reliée à une des bornes du capteur 5 dont l'autre borne est mise à la masse. Lorsque maintenant une décharge d'étincelles pulsée est amorcée, on obtient, pendant le cycle de mesure déterminé par le compteur 8 - ce qui permet ainsi de déterminer également la quantité totale Zo des décharges d'étincelles produites par le générateur pendant le cycle de mesure - une détection par le capteur 5 des décharges d'étincelles qui sont produites entre l'électrode haute-tension 1 et l'électrode de masse 3.1 c'est-à-dire par l'intermédiaire du passage d'étincelles de mesure MF. Les impulsions produites dans ce cas par le capteur 5 sont appliquées au compteur 9 - qui est ramené dans la condition initiale par le comp- teur 8 au début de chaque cycle de mesure -, elles sont additionnées dans ce compteur 9 et, à la fin du cycle de mesure, l'état du compteur, qui correspond à. la fréquence Z, est mémorisé et la valeur mémorisée est appliquée au décodeur 10, qui forme le quotient de Z et Z o. Au moyen de la fonction de dépendance mémorisée dans le décodeur selon la Figure 4, l'espacement correspon- dant X du passage d'étincelles de mesure MF est lu dans ce décodeur et un signal correspondant à l'écart (X-P) est engendré, ce signal apparaissant alors à la sortie du décodeur 10 par exemple sous la forme d'un signal numérique de seuil et étant utilisé pour corriger en correspondance la position de l'ensemble d'électrodes ou de la pièce par rapport à l'objet. Comme cela est indiqué sur la Figure 3 en dessous de la ligne en trait interrompu, il est possible d'obtenir une évaluation analogique également à l'aide d'une bascule 11, lorsque son entrée de retour à l'état initial est reliée à l'oscillateur 7.2 tandis que son entrée d'excitation est reliée au capteur 5. Du fait du très court intervalle de temps existant entre le flanc d'activation de l'impulsion de tension provenant de l'oscillateuZ et l'impulsion provenant du détecteur, la bascule est activée ou désactivée approximativement pendant toute la durée d'une période d'impulsions de tension. Un filtre passe-bas 12 placé à la suite et d'une capacité appropriée produit, pour une fréquence fixe de l'oscilla- teur, un signal analogique, contenant suffisamment peu d'harmoniques et qui peut être associé à l'espacement X ou à l'écart (X-P). REVENDICATIONS 1. Dispositif pour déterminer sans contact un écart par rapport à un espacement de consigne entre une pièce - tige d'un appareil de travail et le contour d'un objet mobile par rapport à la piece, au moyen d'une décharge d'étincellespulsée produite par un générateur de haute-tension, soit dans un passage d'étincellesde mesure - qui est constitué par une électrode haute-tension et une électrode de masse représentant l'objet soit dans un passage d'étincelles de référence - qui est constitué par une électrode haute-tension et une électrode de réfé- rence reliée à la masse -, dispositif dans lequel, pour indiquer le passage de décharge, il est prévu dans le circuit électrique d'un passage d'étincelles un capteur qui produit, lors d'une décharge d'étincelles engendrée dans ce passage, une impulsion qui est évaluée en corres- pondance, dans une unité d'évaluation, pour la production d'un signal fonction de l'espacement, caractérisé en ce que le passage d'étincelles de référence (RF) est disposé dans l'espace àproximité étroite du passage d'étincelles de mesure (MF), dans le volume de gaz de celui-ci, et en ce que, dans l'unité d'évaluation (13), en continu la fréquence z des déchargesd'étincelles se produisant dans le passage d'étincelles pourvu du capteur (5) à l'intérieur de chaque cycle de mesure, est mise enrelation, par une formation de quotient, avec la quantité totale z o des décharges d'étincelles produites par le générateur de haute-tension (7) pendant chaque cycle de mesure et, à partir du quotient z/z0, le signal fonction de l'écart par rapport à la valeur de consigne est produit dans un organe de commutation (10) de l'unité d'évaluation (13). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la même électrode haute-tension (1) est utilisée aussi bien pour le passage d'étincelles de mesure (MF) que pour le passage d'étincelles de référence (RF), l'électrode de référence (2) étant placée en position fixe par rapport à. l'électrode haute-tension (1), à un espace- ment (P) correspondant à l'espacement de consigne, et en ce que l'électrode haute-tension (1) forme aussi bien pour le passage d'étincelles de référence (RF) que pour le passage d'étincelles de mesure (MF) - dans le circuit électrique duquel est disposé le capteur (5) - un point de base commun (1.1), situé dans le même volume de gaz (14) (Figure 1). 3. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que pour le passage d'étincelles de mesure (MF) est utilisée une première électrode haute-tension(l), et pour le passage d'étincelles de référence (RF) est utilisée une seconde électrode haute-tension (6), branchée électriquement en parallèle à la première électrode haute- tension (1) et liée géométriquement rigidement avec celle-ci, l'électrode de référence étant constituée soit par l'élec- trode de masse (3.1), soit par une électrode de masse de référence séparée (3.2) et les points de base (1.1, 6.1) des deux électrodes haute- tension (1,6) sont disposés de telle sorte qu'ils soient placés pour le passage d'étin- celles de référence et le passage d'étincelles de mesure dans le même volume de gaz (14), et en ce que le capteur (5) constitue un composant direct de la première électrode haute-tension (1) (Figure 2). 4. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la ou les électrodes haute-tension (1,6) sont reliées mécaniquement et de façon électriquement iso- lée avec la pièce (4). 5. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le volume de gaz (14) des passages d'étin- celles (MF, RF) est balayé par un milieu. 6. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'unité d'évaluation (13) du dispositif comporte un compteur (8) dont l'entrée est reliée à un oscillateur (7, 2) du générateur de haute-tension (7) et dont la sortie est reliée, d'une part, à un décodeur (10) et, d'autre part, à un autre compteur (9) dont l'entrée est à nouveau reliée au capteur (5), le compteur (8) définissant le cycle de mesure et captant la quantité totale z0 des décharges d'étincelles pendant ce cycle de mesure, tandis que ledit autre compteur (9) enregistre la fréquence z des décharges d'étincelles captée par le capteur (5) pendant le cycle de mesure et la transmet -10 au décodeur (10) qui établit le quotient z/z0 et qui produit, à l'aide d'une fonction de relation mémorisée, un signal correspondant à l'écart (X - P).