Brevet FR2637074A1 — publié le 19900330

Dispositif de détermination simultanée d'une position, d'une vitesse, d'une accélération et d'un sens de déplacement La présente invention concerne le domaine de la construction de capteurs de position et/ou de mouvement, et a pour objet un dispositif de détermination simultanée d'une position, d'une vitesse, d'une accélération et d'un sens de déplacement. La détermination d'une position d'une vitesse, d'une accélération et/ou d'un sens de déplacement, permettant un suivi des mouvements particulièrement précis, sont d'une nécessité absolue, notamment dans le domaine de la robotique. A cet effet, ces divers paramètres sont déterminés, actuellement, au moyen de capteurs et de dispositifs annexes appropriés à chaque fonction, à savoir une génératrice tachymétrique pour l'obtention d'un signal proportionnel à la vitesse, un codeur incrémental ou absolu pour l'obtention d'une position absolue angulaire ou linéaire, etc.. Cette nécessité de disposer d'un capteur et de dispositifs annexes appropriés spécifiques pour la détermination de chaque fonction entraine un montage complexe et encombrant, ce qui a pour conséquence un prix de revient élevé dudit ensemble. En outre, un tel montage induit également des problèmes de maintenance et, de ce fait, des frais y afférant élevés. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet un dispositif de détermination simultanée d'une position, d'une vitesse, d'une accélération et d'un sens de déplacement, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'un dispositif de codage absolu multitours ou linéaire et en ce qu'il est essentiellement constitué par un étage de lecture fine de position, par un étage de comptage-décomptage, par un étage de traitement des signaux issus des étages de lecture fine et de comptage-décomptage, et par un étage de conversion et de restitution des données. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé, dont la figure unique est un schéma par blocs du dispositif conforme à l'invention. Le dispositif de détermination simultanée d'une position, d'une vitesse, d'une accélération et d'un sens de déplacement conforme à l'invention, représenté au dessin annexé, se présente avantageusement sous forme d'un dispositif de codage absolu multitours ou linéaire et est essentiellement constitué par un étage 1 de lecture fine de position, et par un étage 2 de comptage-décomptage. Les signaux disponibles à la sortie des étages 1 et 2 sont transmis à un étage 3 de traitement desdits signaux, cet étage 3 étant lui-même relié à ses sorties à un étage 4 de conversion et de restitution des données. L'étage 1 de lecture fine de position est avantageusement constitué par un disque ou une barre codé numérique ou par un support comportant une information analogique coopérant avec un capteur optique, ma gnétique, magnétorésistif, inductif, capacitif, un capteur à effet Hall, ou autre, et déterminant avec précision une position dans un intervalle de déplacement déterminé, l'information de position étant supportée par le disque ou la barre même. L'étage 2 de comptage-décomptage comporte avantageusement un bloc électronique de comptagedécomptage 5 et une source d'alimentation autonome 6 de ce bloc, telle qu'un condensateur, une batterie, une pile, etc..., munie d'un dispositif de détection et d'alarme de sous-tension, ledit bloc 5 étant piloté par des moyens de détection fixe 7 et mobile 8, qui sont constitués par des ensembles sources et récepteurs, tels que aimants et interrupteurs à lames souples, ou aimants et capteurs à effet Hall, ou aimants et magnétorésistances, ou un support métallique codé et un capteur inductif, ou un support codé-formant diélectrique et un capteur capacitif, ou un capteur optique réflexe ou diascopique. Dans le cas d'un dispositif de codage multitours, les moyens de détection fixe 7 et mobile 8 sont montés respectivement dans le support de l'étage 2 et sur un élément solidaire de la partie mobile de l'étage 1 de lecture fine de position. Lors de l'application à un dispositif de codage linéaire, les moyens de détection fixe 7 et mobile 8 sont montés repectivement sur un élément solidaire de l'étage 1 de lecture fine de position et dans le support de l'étage 2. Ainsi, dans le cas d'un dispositif de codage linéaire, le moyen de détection fixe 7 telle qu'une source lumineuse d'un capteur optique est monté sur un chariot déplaçable au-dessus d'une barre codée intégrée au support de l'étage 2. Le dispositif de détection et d'alarme de sous-tension est de type connu dans la technique, à savoir à manque de courant statique ou dynamique et à traitement logique de l'information avec actionnement d'un moyen d'alarme connu en soi et, éventuellement avec affichage simultané avec les données fournies par le dispositif. La prévision d'une source d'alimentation autonome et auto-surveillée permet un comptage-décomptage en l'absence d'une tension d'alimentation, même pendant une longue durée. Cette source d'alimentation peut être ménagée par les moyens de détection fixe 7 et mobile 8, notamment quand ils sont réalisés sous forme de capteurs à effet HALL, qui sont des semi-conducteurs générant eux-mêmes un courant en fonction d'un champ magnétique. Le capteur optique utilisé peut être de divers types, à savoir à effet de champ, bipolaire, photovoltaique ou photorésistif. Les sources de lumière utilisées peuvent être d'origine chimique du type à phosphore ou autre, ou d'origine électrique à longueurs d'ondes variables. L'étage 3, de traitement des signaux issus de l'étage de lecture 1 et de l'étage de comptagedécomptage 2, est sous forme d'un circuit électronique comportant des mémoires mortes ou des mémoires vives ou encore sous forme d'un réseau logique ou d'un microprocesseur, et réalise la synchronisation desdits signaux, la levée de doutes, une linéarisation d'un signal résultant avec correction des erreurs et un décodage dudit signal dans des codes standards utilisateurs. L'étage 4 de conversion et de restitution des données est essentiellement constitué par un convertisseur numérique/analogique 9 délivrant à sa sortie un ai gnal de tension sous forme 0 à t 10 V ou d'intensité sous forme 0 à t 20 mA, correspondant à une position, à un générateur 10 de tension ou d'intensité d'écart par rapport à une consigne extérieure réglée au moyen d'un potentiomètre 11, ledit générateur permettant l'obtention, à sa sortie 12, d'une valeur de parcours sous forme d'une tension ou d'un courant proportionnel, et par un module autocalibré 13 de traitement de diverses plages de vitesses, dont le signal de sortie est modulé par le signal disponible à la sortie 12 du générateur 10 par un bloc formateur d'une fonction dérivée 17 délivrant une information d'accélération. Le module 13 est constitué par une unité 14 d'acquisition d'une information source issue de l'étage de traitement 3, par une unité 15 de traitement de la fréquence des éléments comptabilisés dans l'unité 14 et par un générateur de signal proportionnel 16, dont la sortie délivre une information de vitesse et est reliée, à la sortie du module 13, à un bloc formateur d'une fonction dérivée 17 délivrant une information d'accélération modulée par le signal issu de la sortie 12 du générateur 10. Le dispositif conforme à l'invention se présente sous forme d'un élément unique intégrant toutes les fonctions de détermination de position, de vitesse, d'accélération et de sens de déplacement en un volume restreint, de sorte que son encombrement est faible. En outre, du fait de l'intégration de toutes les fonctions en un seul élément, le montage du dispositif est simplifié et sa maintenance est facilitée. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un codeur absolu pouvant servir à délivrer des paramètres de mouvement, ne présentant qu'un minimum de pièces en mouvement et pouvant fonctionner en l'absence d'alimentation en courant de manière autonome pendant la durée de vie de l'élément de sauvegarde. Ainsi, le dispositif conforme à l'invention est utilisable dans le domaine de la régulation et plus particulièrement sous forme de capteur de position sans contact, angulaire ou linéaire, de capteur d'asservissement de position et/ou de vitesse, etc... Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin annexé. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détermination simultanée d'une position, d'une vitesse, d'une accélération et d'un sens de déplacement, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'un dispositif de codage absolu multitours ou linéaire et en ce qu'il est essentiellement constitué par un étage (1) de lecture fine de position, par un étage (2) de comptage-décomptage, par un étage (3) de traitement des signaux issus des étages de lecture fine et de comptage-décomptage, et par un étage (4) de conversion et de restitution des données. 2. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage (1) de lecture fine de position est avantageusement constitué par un disque ou une barre codé numérique ou par un support comportant une information analogique coopérant avec un capteur optique, magnétique, magnétorésistif, inductif, capacitif, un capteur à effet'Hall, ou autre, et déterminant avec précision une position dans un intervalle de déplacement déterminé, l'information de position étant supportée par le disque ou la barre même. 3. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage (2) de comptage-décomptage comporte avantageusement un bloc électronique de comptage-décomptage (5) et une source d'alimentation autonome (6) de ce bloc, telle qu'un condensateur, une batterie, une pile, etc..., munie d'un dispositif de détection et d'alarme de sous-tension, ledit bloc (5) étant piloté par des moyens de détection fixe (7) et mobile (8), qui sont constitués par des ensembles sources et récepteurs, tels que aimants et interrupteurs à lames souples, ou aimants et capteurs à effet Hall, ou aimants et magnétorésistances, ou un support métallique codé et un capteur inductif, ou un support codé formant diélectrique et un capteur capacitif, ou un capteur optique réflexe ou diascopique. 4. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que, dans le cas d'un dispositif de codage multitours, les moyens de détection fixe (7) et mobile (8) sont. montés respectivement dans le support de l'étage(2) et sur un élément solidaire de la partie mobile de l'étage (1) de lecture fine de position. 5. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que, dans le cas d'un dispositif de codage linéaire, les moyens de détection fixe (7) et mobile (8) sont montés repectivement sur un élément solidaire de l'étage (1) de lecture fine de position et dans le support de l'étage (2). 6. Dispositif, suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur optique utilisé peut être de divers types, à savoir à effet de champ, bipolaire, photovoltalque ou photorésistif et les sources de lumière utilisées peuvent être d'origine chimique du type à phosphore ou autre, ou d'origine électrique à longueurs d'ondes variables. 7. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étage (3), de traitement des signaux issus de l'étage de lecture(l) et de l'étage de comptage décomptage (2), est sous forme d'un circuit électronique comportant des mémoires mortes ou des mémoires vives ou encore sous forme d'un réseau logique ou d'un microprocesseur, et réalise la synchronisation desdits signaux, la levée de doutes, une linéarisation d'un signal résultant avec correction des erreurs et un décodage dudit signal dans des codes standards utilisateurs. 8. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage (4) de conversion et de restitution des données est essentiellement constitué-par un convertisseur numérique/analogique (9) délivrant à sa sortie un signal de tension sous forme 0 à t 10 V ou d'intensité sous forme 0 à t 20 mA, correspondant à une position, à un générateur (10) de tension ou d'intensité d'écart par rapport à une consigne extérieure réglée au moyen d'un potentiomètre (11), ledit générateur permettant l'obtention, à sa sortie (12), d'une valeur de parcours sous forme d'une tension ou d'un courant proportionnel, et par un module autocalibré (13) de traitement de diverses plages de vitesses, dont le signal de sortie est modulé par le signal disponible à la sortie (12) du générateur (10) par un bloc formateur d'une fonction dérivée (17) délivrant une information d'accélération. 9. Dispositif, suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le module (13) est constitué par une unité (14) d'acquisition d'une information source issue de l'étage de traitement (3), par une unité (15) de traitement de la fréquence des éléments comptabilisés dans l'unité (14) et par un générateur de signal proportionnel (16), dont la sortie délivre une information de vitesse et est reliée, à la sortie du module (13), à un bloc formateur d'une fonction dérivée (17) délivrant une information d'accélération modulée par le signal issu de la sortie (12) du générateur (10).