Brevet FR2626363A1 — publié le 19890728

La présente invention concerne un dispositif pour détecter au moins un variable relative au déplacement d'un mobile, notamment dans une machine ou une installation. Un tel dispositif peut être utile par exemple à des fins de régulation d'une force motrice ou d'une force de freinage, ou encore d'un délai à prévoir en vue du freinage du mobile etc. La variable à détecter peut être la position instantanée du mobile, sa vitesse, son accélération. Vu la diversité de ces variables, de la nature possible du mobile, et des atmosphères dans lesquelles il peut se trouver, de nombreux types d'appareil sont a priori à prévoir. On connaît certes les dispositifs dits "interrupteurs de position" ou "interrupteurs de fin de course" qui comprennent un capteur de mouvement destiné se trouver, au repos, dans la trajectoire du mobile ou d'un organe de manoeuvre fixé au mobile. Lorsque le capteur est actionné par le mobile, il actionne à son tour un poussoir de commande d'un interrupteur.- Ce type d'interrupteurs ne permet que des commandes synchronisées relativement sommaires. L'invention repose sur l'idée de réaliser un appareil analogue à ce genre d'interrupteurss connus, mais dans lequel on mesurerait une variable de mouvement d'un organe interne déplacé par le capteur, pour en déduire une mesure de la variable de déplacement du mobile, connaissant la loi de transmission de mouvement entre le mobile et cet organe. Le but de l'invention est de concrétiser cette idée inventive. L'invention vise ainsi un dispositif pour détecter au moins une variable relative au déplacement d'un mobile, notamment dans une machine ou installation, comprenant un capteur de mouvement destiné à se trouver, au repos, dans.la trajectoire du mobile ou d'un organe de manoeuvre fixé au mobile, le capteur de mouvement étant apte à transformer le mouvement du mobile en un mouvement correspondant d'un organe d'influence, et des moyens de détection modifiant leur signal de sortie en fonction des déplacements de l'organe d'influence. Suivant l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que les moyens de détection sont conçus pour élaborer, au moins sur une course prédéterminée de l'organe d'influence, un signal électrique dont la valeur appartient au groupe comprenant une fonction sensiblement monotone de la position de l'organe d'influence et une fonction de la vitesse de l'organe d'influence, et pour que le signal de sortie des moyens de détection appartienne au groupe comprenant une fonction sensiblement monotone de la position du mobile, une fonction de la vitesse du mobile, et une fonction de l'accélération du mobile. Ainsi, au lieu de chercher à mesurer directement la valeur de telle ou telle variable relative au déplacement du mobile, on transforme le mouvement du mobile en un mouvement de l'organe d'influence,.et les moyens de détection analysent le 'mouvement de l'organe d'influence. On peut ainsi réaliser un appareil standardisé pour de nombreuses applications et peu coûteux car, quel que soit le mobile, l'organe d'influence peut être toujours le même et par conséquent son mouvement analysé toujours de la même manière. Ceci concourt également à la fiabilité, d'autant plus que les moyens de détection peuvent opérer en atmosphère protégée. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le détecteur comprend en outre un interrupteur actionné par l'organe d'influence et/ou par le capteur de mouvement, cet interrupteur fournissant un second signal de sortie du détecteur. Ainsi, le détecteur fournit à la fois un signal binaire informant du passage du mobile dans une position bien déterminée, et par exemple un signal relatif à la vitesse du mobile lors de ce passage. D'autres particularités et avantages de - l'invention ressortiront encore de la description ci- après. Aux dessins annexes, donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue en élévation d'un dispositif selon l'invention, partiellement en coupe, - la figure 2 est une vue en élévation d'un jeu d'organes de manoeuvre interchangeables; - la figure 3 est une vue en élévation d'un organe de manoeuvre comportant trois profils de came utilisables au choix; - la figure 4 est une vue de face de l'organe de manoeuvre de la figure 3; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 1 mais concernant un autre mode de réalisation; - la figure 6 est une vue analogue à la figure 1, mais partielle d'un troisième mode de réalisation de l'invention; - la figure 7 est une vue du mode de réalisation de la figure 6 en coupe selon le plan des axes du levier et du plongeur; et les figures 8 à 12 sont des vues schématiques de cinq autres modes de réalisation des moyens pour analyser le mouvement de l'organe d'influence. Dans l'exemple représenté à la figure 1, le dispositif conforme & l'invention comprend un boîtier 1, fermé en service par un couvercle (non représenté) et sur une face duquel est fixé un capteur mécanique 2, o capteur de mouvement. Le capteur 2 comprend un corps 3 dans lequel est monté en rotation un arbre 4 dont une extrémité sortant latéralement du corpso3 (voir sur ce point figure 7) est solidaire d'un levier 6 dont l'extrémité libre porte une roulette 7 (figure 1) d'axe parallèle & l'arbre 4. Le bottier 1 comporte des trous de fixation 8 permettant de fixer le dispositif dans une position o la roulette 7 se trouve dans la trajectoire d'un organe de manoeuvre 9 fixé par deux vis 11 à un mobile 12 dont le mouvement est à mesurer. A l'intérieur du corps 3, l'arbre 4 est solidaire d'une came 13. Le corps 3 renferme en outre un plongeur-16 et un.ressort de compression 17 qui entoure le plongeur 16 et appuie une face d'extrémité 14 de ce dernier contre le profil actif de la came 13. Dans la position représentée, dans laquelle aucune action extérieure n'est exercée sur la roulette 7, le plongeur 16, sollicité par le ressort 17, a ramené la came 13 dans la position de détente maximale du ressort 17, correspondant pour le levier 6 à une position de repos dans laquelle il est dressé perpendiculairement à la direction du mouvement X du mobile 12. Afin.que la position de repos du levier 6 soit nettement définie, la région de la came 13 qui est alors appuyée sur la face 14 du plongeur 16 est constituée par un méplat. Le profil actif de la came 13 est symétrique par rapport à un plan passant par l'axe de rotation de la came et perpendiculaire au méplat, de sorte que le mouvement du plongeur 16 est le même quel que soit le sens dans lequel le levier 6 est incliné & partir de sa position de repos représentée. A l'opposé de la came 13, le plongeur 16 est solidaire d'un poussoir central 18 qui, à travers un trou central 19 du corps 3 et un trou central 21 du bottier 1 pénètre dans ce dernier. Le corps 3 peut être fixé au boîtier 1 dans plusieurs orientations différentes autour de 1'axe du poussoir 18, ce qui permet, pour une orientation donnée du bottier 1, de rendre le dispositif apte à réagir à des mouvements X orientés de façon différente. Le poussoir 18 est appuyé sur un organe d'influence 22 monté à coulisse dans le bottier 1 selon une direction parallèle à la direction de coulissement du plongeur 16, elle-même perpendiculaire à la direction du mouvement X du mobile 12. Ainsi, lorsque le mobile 12 poursuit son mouvement X et que l'organe de manoeuvre 9 rencontre la roulette 7, le levier 6 s'incline et la came 13 pousse le plongeur 17 qui pousse à son tour, selon un mouvement x, l'organe d'influence 22. La came 13 a un profil tel que le rapport entre la vitesse angulaire du levier 6 et la vitesse du mouvement x dépend de la position angulaire du levier 6. Il est prévu sur l'organe de manoeuvre 9 un profil de came 23 qui est tel que le rapport entre la vitesse du mobile 12 et la vitesse angulaire du levier 6 soit inversement proportionel au rapport entre la vitesse angulaire du levier 6 et la vitesse de mouvement x. Ainsi le rapport entre la vitesse du mobile 12 et celle de-l'organe d'influence 22 est indépendant de l'inclinaison du levier 6, à condition bien entendu que la roulette 7 soit appuyée sur le profil de came 23. Le dispositif comprend en outre des moyens de détection 24 qui comprennent des moyens 26 pour fournir en sortie, sur une ligne 27, un signal qui soit sensiblement une fonction monotone de la position de l'organe d'influence 22 le long de son trajet x. Comme l'on sait, une fonction monotone est une fonction dont la valeur varie dans un même sens pour toute variation dans un même sens de la variable. Ceci signifie que les moyens 26 fournissent un signal permettant de distinguer la position de l'organe d'influence de n'importe quelle autre position qu'il pourrait avoir, au moins dans une course utile prédéterminée. Ceci vise en particulier à distinguer les moyens 26 de moyens du genre interrupteur qui fourniraient un signal-passant d'un niveau à i'autre une seule fois le long de la course prédéterminée de l'organe d'influence. Par contre, en précisant que le signal est une fonction "sensiblement" monotone, on entend inclure les signaux qui seraient identiques pour deux positions très peu différentes l'une de l'autre. Dans l'exemple représenté, les moyens 26 comprennent une carte perfbrée ou analogue 28 fixée à l'organe d'influence 22 et défilant devant des organes photosensibles 29. De manière connue, la combinaison des lectures faites par-chacun des organes photosensibles 29 constitue une indication numérique de la position de la carte 28, et par conséquent de celle de l'organe d'influence 22. La lecture ainsi réalisée est envoyée par la ligne 27 & une unité de traitement 31. L'unité de traitement 31 transforme le signal reçu sur la ligne 27 en un signal de sortie qu'elle fournit, dans l'exemple représenté, par un conducteur à fibres optiques 32. L'unité de traitement 31 transforme le signal reçu sur la ligne 27 en un signal utilisable A l'extérieur. Elle peut également effectuer sur ce signal des opérations telles que dérivation ou intégration, par exemple dérivation si on désire recueillir sur la ligne 12 un signal relatif à la vitesse de déplacement du mobile 12. L'électronique de traitement 31 peut également comporter des moyens de filtrage, notamment pour éliminer les mesures parasites résultant par exemple d'éventuels rebonds mécaniques. Si l'on désire connaître l'accélération du mobile 12, l'unité de traitement 31 dérive deux fois de suite le signal reçu sur la ligne 27 et interprété. On peut également souhaiter que la ligne 32 fournisse simplement des informations relatives à la position du mobile 12. Ceci peut avoir un intérêt lorsqu'il s'agit de synchroniser des déplacements dans une machine ou installation. L'organe d'influence 22 sert également de moyens de transmission entre le poussoir 18 et un interrupteur 33 qui fait également partie des moyens de détection 24. Les deux fils 34 de l'interrupteur 23 constituent, comme la ligne 32, une sortie de l'appareil. Le signal binaire fourni par les conducteurs 34 relativement à la position du mobile 12 est utilisable pour réaliser une ou plusieurs commandes classiques ou pour assurer une sécurité en cas d'anomalie - affectant l'information fournie sur le conducteur optique 32 ou l'exploitation de cette information. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant: Dans son déplacement représenté par l1 flèche X, l'organe de manoeuvre9 fixé au mobile 12 rencontre, par son profil de came 23, la roulette 7 et fait pivoter le levier 6 vers la gauche de la figure. La came 13, entraînée en rotation par le levier 6, déplace le plongeur 16 vers le bottier 1, moyennant compression du ressort 17. Ceci provoque le coulissemnt de l'organe d'influence 22. Les rangées de perforation de la carte 28, fixée à l'organe 22, défilent devant les détecteurs 29, dont les impulsions, fournies sur la ligne 27, sont comptées dans l'unité 31, qui en déduit une mesure de la position de l'organe 22 à chaque instant. En raison de la constance, en valeur absolue, du rapport de vitesse entre l'organe 22 et le mobile 12, les mesures de position, de vitesse et d'accélération qui sont faites sur l'organe d'influence 22 ou d'après ses mouvements constituent également des mesures de position, de vitesse et respectivement d'accélération du mobile 12 lorsque la roulette 7 est appuyée sur le profil 23. Il est à noter que, compte tenu de la symétrie de la came 13 le rapport de vitesse entre mobile 12 et organe 22 a un signe qui est fonction du sens du déplacement X. La mesure fournie est donc une mesure en valeur absolue en ce qui concerne la vitesse et l'accélération, et une mesure en valeur absolue du déplacement à partir de la position de repos du levier en ce qui concerne la mesure de position. De plus, les lignes 34 fournissent une indication du passage du mobile 12 par une position particulière prédéterminée lorsque l'interrupteur 33 change d'état. En fonction des applications, on peut souhaiter analyser le mouvement du mobile 12 sur un trajet plus ou moins long-. Ceci est possible en modifiant la longueur du levier 6. Le dispositif peut par exemple comporter trois leviers 6 de longueur 30, 40 et 50 mm respectivement qui peuvent être montés au choix à l'extrémité de l'arbre 4. Le levier le plus court, de longueur L = 30 mm, peut porter une roulette 7 de diamètre réduit, par exemple mm au lieu de 20. Dans ce cas, le dispositif comporte également trois organes de manoeuvre 9a, 9b, et 9c (figure 2), chacun étant adapté à coopérer avec l'un des trois leviers précités. En particulier, les profils de came 23 des trois organes de manoeuvre 9a, 9b et 9c sont différents pour que, quel que soit le levier utilisé, le rapport de transmission entre le mobile 12 et l'organe d'influence 22 soit constant indépendamment de la position angulaire du levier utilisé. En fonction du levier fixé à l'arbre 4, on fixe au mobile 12 l'organe de manoeuvre 9a, 9b ou 9c correspondant. Dans l'exemple représenté aux figures 3 et 4, un seul organe de manoeuvre 9 présente trois profils de came étagés 23a, 23b, 23c adaptés A coopérer chacun avec l'un des leviers qui peuvent être fixés à l'extrémité de l'arbre 4. En décalant sélectivement le boîtier 1 par rapport au mobile 12 selon la direction parallèle à l'axe 4, on fait coopérer sélectivement la roulette 7 avec le profil de came 23a, 23b ou 23c correspondant. On ne décrira l'exemple de la figure 5 qu'en ce qui concerne ses différences par rapport à celui de la figure 1. Le profil de came 23 de l'organe de manoeuvre 9 est constitué par un plan oblique relativement à la direction du mouvement X du mobile 12. Ainsi, il n'est pas nécessaire de faire en sorte que la roulette 7 rencontre le profil de came 23 en un point bien précis pour qu'un rapport de transmission bien déterminé soit réalisé pour chaque position angulaire du levier 6. Au contraire, quelle que soit la position du boîtier 1 le long de la direction parallèle au-levier 6, la loi de transformation de mouvement entre le mobile 12 et le levier 6 sera la même tant que la roulette 7 sera appuyée sur le profil de came 23. Par contre, le rapport entre la vitesse angulaire du levier 6 et la vitesse linéaire du mobile 12 n'est plus inversement proportionnel au rapport entre la vitesse angulaire du levier 6 et la vitesse linéaire de l'organe d'influence 22. Le rapport entre la vitesse de l'organe d'influence 22 et la vitesse du mobile 12 dépend done de la position de l'organe d'influence 22. Toutefois, les variations de ce rapport sont connues. Pour les compenser, l'unité de traitement 31 fournit son signal de sortie à une unité de traitement auxiliaire 36 qui multiplie le signal de sortie de l'unité de traitement 31 par un facteur inversement proportionnel au rapport entre la vitesse du mobile d'influence 22 et celle du mobile 12. Le signal de sortie délivré sur le conducteur & fibre optique 32 est done une mesure de la position, de la vitesse ou de l'accélération du mobile 12, selon les opérations effectuées par l'unité de traitement 31. On a également représenté à la figure 5, à la place des moyens à cartes perforées, un rhéostat 37 fixé au bottier 1, et dont le curseur 38 est porté par l'organe d'influence 22. La prise du curseur 38 est reliée au conducteur 27 qui fournit ainsi à l'entrée de l'unité de traitement 31 une tension qui est une fonction monotone de la position de l'organe d'influence 22. Dans l'exemple représenté à la figure 6, on retrouve le levier 6, la came 13, le plongeur 16 et le ressort de compression 17. Toutefois, le plongeur 16 n'est relié qu'â un organe de transmission 39 conçu pour actionner l'interrupteur 33. De part et d'autre de la came 13, l'arbre 4 porte deux cames 41 identiques agissant sur les deux extrémités d'une pièce en U 42 dont la partie centrale 43 est solidaire de l'organe d'influence 22. Ainsi l'organe 22 se déplace coaxialement avec le plongeur 16, mais indépendamment de celui-ci car les cames 41 ont un profil différent de la came 13. En particulier, comme le montre la figure 6, les cames 41 ont un profil tel que la position de l'organe 22 est une fonction monotone de la position anguliaire du levier 6 d'un bout à l'autre de sa course angulaire. En d'autres termes, lorsque le levier 6 est écarté dans deux sens différents à partir de sa position de repos, l'organe d'influence 22 se déplace dans deux sens différents à partir d'une position moyenne de sa course. Ainsi, l'électronique de traitement 31 est en mesure de fournir une indication relative au sens de déplacement du mobile 12. Cependant, l'action sur l'interrupteur 33 quel que soit le sens de déplacement du mobile 12 est conservée. Les cames 41 assurant le déplacement de l'organe d'influence 22 n'ont plus à assurer le positionnement du levier 6 au repos. Dans ces conditions, on peut leur donner tout profil souhaité pour réaliser un rapport de vitesse déterminé entre la vitesse angulaire du levier 6 et la vitesse linéaire de 1'organe d'influence 22. Ce mode de réalisation est donc approprié pour utilisation avec un organe de manoeuvre 9 tel que représenté & la figure 5 sans qu'il soit nécessaire de prévoir l'unité auxiliaire telle que 36 prévue à la figure 5. On a représenté aux figures 8 à 12 différents exemples de réalisation des moyens pour la production d'un signal électrique représentatif d'une variable relative au mouvement de l'organe d'influence 22. Dans l'exemple de la figure 8, l'organe d'influence 22 est un barreau en fer doux engagé dans deux bobines successives 44 et 46. L'unité de traitement détermine le rapport entre les inductances LI et L2, des deux bobines, rapport qui varie en fonction de la position axiale du barreau 22 à travers les bobines 44 et 46. Dans l'exemple de la figure 9, l'organe d'influence 22 porte une armature magnétique 47 qui, en fonction de la position de l'organe 22, ferme plus ou moins une culasse magnétique 48 dont un noyau 49 est entouré par une bobine 51. Dans cet exemple, l'unité de traitement 31 (non représentée)} est sensible à l'inductance de la bobine 51 dont les bornes sont raccordées à la ligne 27, bifilaire dans ce cas. Dans l'exemple de 1a figure 10, l'organe d'influence 22 porte un aimant permanent 52 défilant devant une sonde A effet HALL 53 dont les bornes de mesure sont raccordées à la ligne bifilaire 27. Dans le mode de réalisation de la figure 11, l'organe d'influence 22 porte une armature de condensateur 54 qui se déplace parallèlement à elle- même devant deux armatures fixes 56 et 57. La ligne 27, trifilaire dans ce cas, est raccordée aux trois armatures. L'unité de traitement 31 évalue, en tant qu'indication de la position de l'organe d'influence 22, le rapport entre les capacités Ci et C2 que l'armature 54 forme respectivement avec l'armature fixe 56 et avec l'armature fixe 57. Dans l'exemple de la figure 12, l'organe d'influence 22 porte un aimant permanent 58 qui se déplace à travers un bobinage fixe 59 dont les bornes sont raccordées à la ligne bifilaire 27. La tension aux bornes de la bobine 59 est une fonction de la vitesse de déplacement de lraimant permanent 58, et par conséquent de la vitesse de l'organe d'influence 22. Dans ce cas, on ne passe donc pas par une détection de la position de l'organe 22. Si l'on désire que la ligne 32 fournisse des indications sur la position du mobile 12, l'unité de traitement 31 doit être une unité integratrice. Bien entendu, d'autres types de détecteurs sont envisageables, par exemple détecteurs de position inductifs haute fréquence dont l'amortissement et/ou la fréquence peuvent varier, jauge de contrainte résistive, oscillateur à fréquence variable, matériaux piézo- électriques déformés, etc... L'invention englobe les réalisations possibles dans lesquelles les moyens de lecture 26 détectent par tout ou rien le franchissement d'un seuil d'accélération ou de vitesse par l'organe d'influence 22 et/ou les réalisations fournissant sur la ligne 32 une indication binaire de dépassement ou non dépassement d'un seuil de vitesse ou d'accélération par le mobile 12. Si le mobile 12 est susceptible de se déplacer dans les deux sens, l'organe de manoeuvre peut présenter deux profils de came opposés, opérationnels chacun pour l'un des sens de mouvement. On peut à volonté combiner l'une quelconque des structures mécaniques décrites avec l'un quelconque des moyens envisagés pour analyser le mouvement de l'organe d'influence 22. RXVENDICATIONS 1. Dispositif pour détecter au moins une variable relative au déplacement d'un mobile (12), notamment dans une machine ou installation, comprenant un capteur de mouvement (2) destiné à se trouver, au repos, dans la trajectoire du mobile (12) ou d'un organe de manoeuvre (9, 9a, 9b, 9c) fixé au mobile, le capteur de mouvement étant apte à transformer le mouvement (X) du mobile (12) en un mouvement correspondant (x) d'un organe d'influence (22), et des moyens de détection (24) modifiant leur signal de sortie en fonction des déplacements de l'organe d'influence (22) , caractérisé en ce que les moyens de détection (24) sont conçus pour élaborer, au moins sur une course prédéterminée de l'organe d'influence (22}, un signal électrique dont la valeur appartient au groupe comprenant une fonction sensiblement monotone de la position de l'organe d'influence (22) et une fonction de la vitesse de l'organe d'influence, et pour que le signal de sortie des moyens de détection appartienne au groupe comprenant une fonction sensiblement monotone de la position du mobile (12), une fonction de la vitesse du mobile (12), et une fonction de l'accélération du mobile (12). 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de manoeuvre (9, 9a, 9b, 9c) destiné à être fixé au mobile (12}, et en ce que le capteur de mouvement (2) est, en service situé dans la trajectoire d'un profil de came {23, 23a, 23b, 23c) porté par l'organe de manoeuvre (9, 9a,9b, 9c). 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (9a, 9b, 9c 23a, 23b, 23c) pour modifier le profil de came dans la trajectoire duquel se trouve en service le capteur de mouvement (3). 4. Dispositif conforme à l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour modifier la course du capteur de mouvement. 5. Dispositif conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le profil de came (23; 23a, 23b, 23c) est conçu pour assurer, entre le mobile et le capteur, une transformation de mouvement qui compense la transformation de mouvement entre-capteur (2) et organe d'influence (22) de manière que, sur la course prédéterminée, le rapport de vitesse entre le mobile (12) et l'organe d'influence (22) soit sensiblement constant. 6. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le capteur (2) agit sur l'organe d'influence (22) par l'intermédiaire d'une came (41) dont le profil est conçu pour que, sur la course prédéterminée, le rapport de vitesse entre le mobile (12) et l'organe d'influence (22) soit sensiblement constant. 7. Dispositif conforme & la revendication 1, caractérise en ce que les moyens détecteurs comprennent des moyens (36) pour compenser, dans le signal de sortie, les effets d'une dépendance du rapport de vitesse entre le mobile (12) et l'organe d'influence (22) i l'égard de la position de l'organe d'influence. 8. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un interrupteur f33) actionné par l'organe d'influence (22) et/ou par le capteur de mouvement (2), cet interrupteur fournissant un second signal de sortie du dispositif. 9. Dispositif conforme & la revendication 8, caractérisé en ce que la course prédéterminée de l'organe d'influence (22) correspond à une course du capteur (2) s'étendant de part et d'autre d'une position de repos du capteur, et en ce que l'interrupteur (33) est actionné par un poussoir (39) actionné par le capteur (3) indépendamment de l'organe d'influence (22) de façon que 262 6363 l'interrupteur (33) soit au repos lorsque le capteur est en position de repos, et soit actionné de la même manière lorsque le capteur (2} est écarté de sa position de repos dans l'une ou l'autre direction.