Brevet FR2625818A1 — publié le 19890713

Système de mesure, de programmation et de commande de déplacement angulaire et linéaire précis d'organes mécaniques L'invention concerne un système de mesure, de proorammation et de commande de déplacement ,angulaire et linéaire précis d'organes mécaniques a partir d'un moteur électrique a courant continu collecteur ou alternatif, avec ou sans collecteur. Le collecteur est équiPe d'un capteur, qui peut être par exemPle un charbon supplémentaire, faisant fonction de senerateur de siGnaux de commande a chaque tour du moteur, coopérant avec des moyens d'exploitation de ces signal. Pour les autres moteurs divers types de capteurs peuvent être utilisés. Les moyens connus, de mesure, de Programmation et de commande de déplacements angulaires et linéaires précis, font appel a des moyens extérieurs au moteur, tels que dynamo tachymétrique et codeur. Pour des déplacements précis, on utilise plus particulièrement des moteurs spéciaux dits a commande pas-à-pas. Les inconvénients de ces -divers moyens sont les suivants: - cout élevé pour assurer cette fonction de mesure, de programmation et de commande électronique; - complexité; - besoin de maintenance supplementaire. Le système selon l'invention a pour objet de remédier ces inconvénients, notamment en supprimant tous ces organes intermédiaires de mesure et de commande et en utilisant des moteurs standards courants sur le marché. Selon une première realisation suivant l'invention, un moteur électrique de type standard, a collecteur est équipe, sur son collecteur, d'un capteur qui peut être un charbon supplémentaire, un capteur capacitif, inductif, magnétique, optique, générant un ou plusieurs signaux par tour. Ce signal attaque un bloc electronique de filtrage, de redressement et de mise en forme en signal exploitable. Un moyen d'exploitation de ces signaux, du type roue codeuse, clavier ou autre, est prévu pour définir le nombre de tours correspondant au déplacement retenu pour l'organe mécanique. Un bloc électronique de comptase, compte les tours du moteur partir du premier tour qui fait fonction de memoire d'origine du déplacement. Ce moteur est utilisé avec ou sans reducteur de vitesse dont l'arbre de sortie est accouple a l'organe entraîner. D'une façon générale, on adapte un capteur pour lire le signal sur le collecteur ou sur le rotor pour les moteurs sans collecteur (par exemple le passage de masses polaires, ou le passage d'empreintes créées a cet effet pouvant etre par exemPle: - un manque de metal (trous percés a cet effet) - un apport de métal - un changement de couleur ou de brillance (peinture, sérigraphie etc...) Selon une seconde realisation suivant l'invention, un bloc électronique , associé a une horloge électronique faisant fonction de base de temps, compte le nombre de tours du moteur et, en coopération avec un autre bloc électronique, asservit la vitesse du moteur a partir d'une consigne extérieure. Selon une troisième réalisation suivant l'invention, l'ensemble, moteur électrique accouple a son réducteur de vitesse, assure la fonction commande ' pas- -pas electro- mécanique en coopération avec un capteur comptant chaque tour de l'arbre de sortie du réducteur, avec ou sans-remise 9 zéro chaque tour de cet arbre par rapport au nombre de tours correspondant du moteur électrique pour éviter toute dérive ou glissement de ce moteur. Le système selon l'invention s'applique a la commande angulaire, lente et précise, de rotation de l'arbre de sortie du réducteur accouplé au moteur, soit directement en cas de déplacement angulaire, soit en accouplement indirect, au moyen d'un systeme intermédiaire, par exemple du type vis-écrou pour un déplacement lineaire. Les applications a accouplement direct sont par exemple les déplacements: - a pignon-crémaillère, - roue 9 chaine, - t came, - levier (commande de volet, de vanne, de portail etc...) Les applications commande indirecte permettent le deplacement linéaire vis-écrou: - de chariots, - d'organes mecaniques divers, - d'outils divers (unités d'usinage, d'assemblage...) - verins électriques etc... Les avantages obtenus grâce a cette invention sont les suivants: - tres grande simplicité, - très srande fiabilité, pas de risque de glissement comme c'est le cas pour les moteurs pas-a-pas, - utilisation en moto-reducteur pas-à-pas, - applications très nombreuses ouvertes par cette solution très simple et peu onéreuses en regard des solutions classiques. L'invention est exposée en détail dans le texte qui suit, en référence aux dessins annexés donnés a titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels: - la fiv.1 montre un exemple schématique de bloc-diagramme général du système selon l'invention; - les fivs. 2A, 2B, 2C, 2D et 2E montrent un exemple de traitement, selon l'invention, du signal capte sur le collecteur d'un moteur électrique pour la commande de deplacement d'organes mécaniques selon la fis. l; - les fis. 3 et 4 montrent un exemple de bloc-diagramme prévu pour assurer l'asservissement de la vitesse du moteur à une consigne extérieure de vitesse, cas numérique et analogique;; - la fig. 5 montre un exemple de bloc-diagramme pour assurer la fonction commande pas-a-pas electro-mecanique selon l'invention; - les fig. 6, 7, 8 et 9 montrent des exemples de commande de mouvements angulaires directs au moyen du moto-réducteur selon l'invention; - les fivs. 10 et il montrent un exemple schematique selon l'invention, de commande d'avance d'une unité d'usinage du type fraisage, Perçage, taraudage, alésage, programmable en position, et le bloc-diagramme correspondant; - les fis. 12 et 13 montrent un exemple schématique de vérin électrique programmable en position et son bloc-diagramme de commande; - la fig. 14 montre un exemple de bloc-diagramme de commande d'un moteur selon l'invention. Tel qu'vil est représenté sur la fig.1, le bloc-diagramme général du système selon l'invention comporte un moteur électrique l, qui peut être quelconque, courant continu ou à courant alternatif ( sur la fig. l il est à collecteur), un capteur 2 destiné b générer un signal chaque tour ou fraction de tour du rotor, un bloc électronique 3 de traitement du signal, assurant diverses fonctions selon la nature du capteur, par exemple filtrage, redressement, mise en forme pour le rendre exploitable.Il comporte en outre un bloc d'affichage % du nombre de tours choisi; il peut être par exemple à roue codeuse ou bien à clavier, eventuellement un bloc électronique 5 de commande de variation de vitesse de rotation du moteur 1, une alimentation électrique adéquate 6, un'bloc de commande 7 du moteur comportant les boutons de marche-arrêt, arret d'urgence etc... I1 est préférable d'utiliser un moteur-frein lorsqu'on a besoin d'une position d'arret précise. Le détail de la commande de ce moteur sera décrit fig. 14. Les fig.2A 2E montrent un exemple de traitement de signal capté par un troisième charbon (2 fig. 1) sur un collecteur de moteur courant continu. La fig. 2A montre un exemple de forme du signal recueilli. La fiv. 26 montre la forme de ce signal apres filtrage. La fiv. 2C montre la forme du signal redressé. La fig. 2D montre le signal isolé avec une lere mise en forme. La fig. 2E montre le signal après uneseconde mise en forme, directement exploitable. La fig. 3 montre un exemPle de bloc-diasramme prévu pour assurer numériquement l'asservissement de la vitesse du moteur 10 à une consigne exterieure de vitesse selon l'invention, à partir du signal génére Par le capteur 2. Ce capteur peut etre de n'importe quel type connu permettant d'assurer la fonction de mesure et de comptase des tours de rotor par exemPle un 3ème charbon, un capteur capacitif, inductif, magnétique, optique etc... Le signal généré par ce caPteur est traité dans un bloc 11, mis en forme dans un bloc 12, un bloc 13 mesure la frequence des signaux, un bloc 14 calcule la fréquence en coopération avec un second bloc 15 comparateur-calculateur attaqué par un bloc 16 affichant la valeur de consigne de vitesse programmée sur unv bloc 17.Un bloc 18 adapte la vitesse du moteur 10 à la consigne. La f ig. est analogue à la fis.3. Le bloc diagramme est prévu pour assurer analogiquement l'asservissement de la vitesse du moteur 10. Le bloc de calcul de fréquence 14 et le comparateur 15 sont remplacés par un bloc 19 de conversion fréquence/tension attaquant un comparateur 20 agissant sur le bloc 18 d'asservissement de la vitesse du moteur. La fis.5 montre un exemple de bloc diagramme pour assurer la fonction de commande pas-à-pas électro-mécanique suivant l'invention à partir du signal capté sur le rotor du moteur par l'intermédiaire du bloc de commande 23. Le moteur est accouPle a un reducteur.24 dont l'arbre de sortie est éauipe d'un capteur de tour ou de fraction de tour 25. On a également représenté un bloc\de mise en marche du moteur 10, l'alimentation du moteur 27, en cas de moteur courant continu, et l'alimentation 28 du bloc de commande 23, ainsi qu un bloc de sélection de sens de rotation du moteur 29.En supposant un rapport de. réduction de 20 au réducteur 2E, il faut donc 20 tour de moteur pour effectuer un tour de l'arbre de sortie du réducteur. S'il se produit un glissement sur le moteur, on peut effectuer une remise à zéro du comptase des tours du moteur à chaque tour ou fraction de tour de l'arbre de sortie du réducteur, ce qui Permet d'obtenir une commande tres precise sans glissement à partir de cet arbre. On peut capter le nombre de tour de l'arbre de sortie du réducteur avec n'importe quel type de caPteur courant, capacitif, inductif, magnétique, optique. La fig. 6 montre l'application du système selon l'invention a la manoeuvre d'une porte de garage 30 ou autre. L'axe de la porte 31 est accouplé à l'arbre de sortie d'un moto-réducteur équipé pour fonctionner en pas-à-pas. L'ansle d'ouverture 32 corresPond a une fraction de tour de l'arbre de sortie du reducteur, lui-meme correspondant à un nombre. de tours du moteur fonction du rapport de réduction. On a représenté une porte a double battants, chacune d'elle ayant par exemPle sa propre motorisation. En cas de portes très lourdes on peut éventuellement utiliser un train de pignons intermediaires entre l'arbre de sortie du réducteur et l'axe de la porte, ou bien utiliser un rapport de réduction plus important. -La fis.7 montre un exemple de déplacement linéaire a pignon-cremaillere 35, 36. Le pisnon 35 est claveté sur l'arbre de sortie d'un moto-réducteur commandé en pas-à-pas selon l'invention. Le moto-reducteur peut être rendu solidaire par exemple d'un chariot qu'il déplace, ou bien il peut être fixe et déplacer la crémaillère 36 fixée sur un orsane mobile. La fig.8 montre un exemple de chaîne 38 entraînée par un pisnon à chaîne 39 calé sur l'arbre de sortie d'un motoréducteur fonctionnant en pas à pas selon l'invention. Comme pour les deux exemples précédents. la course de l'organe mobile est programmée en nombre de tours du moteur. Dans le cas de la chaîne, par exemple en déplacement pas-àpas, ce mode d'entraînement remPlace avantageusement les systèmes d'indexage grâce à la correction éventuelle de glissement du moteur. Une correction supplémentaire ou un contrôle de passage peut être effectué par un capteur contrôlant le nombre de tour restant à effectuer avant 1' arrêt. La fig.9 montre un systeme à came-excentrique, la came 41 est calée soit directement, soit indirectement sur l'arbre du moto-reducteur a entrainement pas-à-pas selon l'invention, elle déplace le galet de came Ce cas est analogue à la commande d'ouverture-fermeture de porte de la fis.6. Il s'agit, comme pour les exemples précédents, de programmer, a partir d'un moyen connu, un nombre de tours du moteur correspondant a l'angle de déplacement recherché. A partir de ces quelques exemples on peut aisement imaginer une multitude d'applications. La fig. 10 montre schématiquement un exemPle d'unité d'usinage, par exemple fraisage, perçage, alésage, taraudase etc... dont le déplacement est programmé selon l'invention. L'ensemble mobile 45, comportant la broche et le moteur de broche, se déplace sur des glissières entrainé par un système à vis 46 et écrou 47, accouplé sur l'arbre de sortie du motoréducteur 48 pilote pas-à-Pas selon l'invention. Un contact de fin de course 49 peut éventuellement fournir la remise à zero au retour. La fis. 11 montre un exemple de bloc-diagramme simplifié de pilotage de l'unité d'usinage de la fiv. 10. Il comprend un moteur- 'principal M1, un moteur de broche M2; un capteur 2 genère un signal à chaque tour du rotor de M1, ce signal est traité, mis en forme et exploité par un bloc de commande 51, un bloc de variation de vitesse 52. Le pilotage de l'ensemble est effectue à partir du bloc de commande du moteur 53 qui comPorte le départ de cycle, l'arrêt d'urgence, une commande manuelle, une commande automatique, un clavier 54 de commande etaPe par étape. Il comporte également la commande de broche qui agit sur le bloc 55 de commande du moteur M2 et le variateur 56 de vitesse du moteur M2. Une commande plus complete est montrée sur la fig.13. La fis.12 montre un exemple schématique de vérin électrique déplacement programmable en position, entraîné par un moto-rêducteur pas-à-pas 60 selon l'invention. La tise de vérin 61 est mOe par un écrou 62 engagé sur une vis 63 accouplée à l'arbre de sortie du motô-réducteur. Le déplacement de la vis est programme en nombre de tour de l'arbre de sortie du réducteur. La fivs.13 montre un exemple de diagrammede pilotage du vérin électrique de la fis. 12 présentant les différentes étapes d'avance lente, avance rapide, arrêt en position, retour rapide, retour lent et arrêt que l'on retrouvera dans tous les cas de fissure et notamment pour le déplacement de l'unité d'usinage et d'une façon générale, dans toute translation linéaire. La fis. 14 montre schématiquement un exemple de commande du moteur principal comportant les fonctions Marche/Arret, Avant/Arrière, Lent/raPide que l'on rencontre sur la plupart des cas d'utilisation du système selon l'invention. REVENDICATIONS 1 - Système de mesure, de programmation et de commande de deplacement angulaire, transformable en déplacement linéaire d'organes mécaniques, caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins un capteur Prévu pour générer au moins un signal par tour du rotor d'un moteur électrique à courant alternatif ou continu, - un ensemble de moyens pour rendre ce signal exploitable - un ensemble de moyens pour asservir lå vitesse du moteur à une consigne extérieure à partir dudit signal par tour, - un ensemble de moyens pour programmer au moins un nombre de tours dudit moteur en vue de piloter un déplacement angulaire ou linéaire d'un organe mécanique à la vitesse adéquate, à partir dudit signal par tour, - un ensemble moto-réducteur (10,24) dont l'arbre de sortie est équipé d'un capteur de mesure du nombre de tours ou de fractions de tour prévu pour assurer le pilotage pas-a-pas dudit ensemble avec une remise à zero de ladite mesure du nombre de tour du moteur à chaque tour ou fraction de tour de l'arbre de sortie du réducteur de vitesse. 2 - Systeme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (2) de mesure du nombre de tours ou de fractions de tours du moteur est un troisième charbon dans le cas des moteurs à collecteur. 3 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (2) de mesure du nombre de tours ou de fractions de tours du moteur est un capteur capacitif. 4 - Systeme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (2) de mesure du nombre de tours ou de fractions de tours du moteur est un capteur inductif. 5 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (2) de mesure du nombre de tours ou de fractions de tours du moteur est un capteur magnétique. 6 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (2) de mesure du nombre de tours ou de fractions de tours du moteur est un capteur optique. 7 - Système selon la revendication 1 et l'une quelconque des autres revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un bloc électronique (3) traite et met en forme de façon exploitable, le signal de mesure du nombre de tours ou de fractions de tours du moteur généré par le capteur (2). 8 - Système selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 a 7, caractérise en ce que la vitesse du moteur est asservie à une consigne extérieure de vitesse au moyen d'un bloc electronique (5) de traitement numérique par l'intermédiaire du signal par tour ou par fraction de tour senéré par le cateur (2), traité et rendu exploitable par le bloc électronique (4). 9 - Système selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 7,caracterisé en ce que la vitesse du moteur est asservie à une consigne extérieure de vitesse au moyen d'un bloc électronique (5) de traitement analogique par l'intermédiaire du signal par tour ou par fraction de tour sénére par le capteur (2), traité et rendu exploitable par le bloc électronique (4). 10 - Systeme selon la revendication 1 et l'une quelconque des autres revendications précédentes, caractérise en ce que la commande pas-à-pas elecro-mecanique est assurée au moyen d'un ensemble moto-reducteur pilote à partir du signal généré par le capteur (2) coopérant avec au moins un second capteur (25) dispose de façon à compter le nombre de tours ou de fractions de tours de l'arbre de sortie dudit réducteur de vitesse (24), d'une remise à zero du nombre de tours ou de fractions de tours du moteur électrique, piloté par les blocs électroniques de commande et de variation de vitesse. 11 - Systeme selon les revendications 1 et 10, caractérisé en ce que le déplacement angulaire programme d'organe mobile est assuré en accouplant, directement ou indirectement, l'organe mobile à entrainer, à l'arbre de sortie de l'ensemble motoréducteur (10,24) piloté pas-à-pas à partir du signal généré Par le caPteur (2) et par le capteur (25), et rendu exploitable par le bloc électronique (3), programmé par un bloc électronique (23). 12 - Système selon les revendications 1 et 10, caractérisé en ce que le déplacement linéaire programme d'un organe mobile est assuré en accouplant ledit organe mobile à un système vis-écrou lui-meme accouplé à l'arbre de sortie dudit ensemble moto-reducteur (10,24) piloté pas-à-pas à partir des signaux générés par le capteur (2) et par le capteur (25), rendus exploitables par le bloc électronique (3), prosramme en déplacement par un bloc électronique (23). 13 - Système selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le capteur (2) de mesure du nombre de tours ou de fractions de tours du moteur est rapporté sur ledit moteur, 14 - Système selon l'une quelconque des revendications 1, 10, 11 et 12, caractérisé en ce que le système s'applique à la programmation et au déplacement des unités d'usinage. 15 - Système selon l'une quelconque des revendications 1,10, 11 et 12, caractérisé en ce qu'il s'applique à la programmation et au déplacement de la tige des vérins électriques linéaires. 16 - Systeme selon l'une quelconque des revendications 1, 10, 11 et 12, caractérisé en ce. qu'il s'applique à la programmation et à la manoeuvre automatique des portes.