Brevet FR2649481A1 — publié le 19910111

DISPOSITIF DE MESURE DE DEPLACEMENT LINEAIRE D'UR OBJET. La présente invention se rapporte a un dispositif de mesure de déplacement linéaire d'un objet, comprenant une regle ou échelle de mesure flexible portant une graduation et reliée a l'objet dont le déplacement doit être mesuré1 et un détecteur fixe coopérant avec la graduation de la règle. Pour mesurer et transmettre la valeur et le sens de déplacement d'organes mobiles tels que des chariots de machines, on connatt des capteurs incrémentaux de déplacement qui sont généralement constitués par une règle de mesure portant au moins une graduation constituée par une succession de repères (traits, découpes, repères magnétiques), cette règle étant associée à des moyens de détection optoélectroniques, magnétiques ou analogues qui délivrent, lors du déplacement relatif de la règle et des moyens de détection, deux signaux déphasés de 900 au passage des repères. Ces signaux sont transmis et analysés pour indiquer le sens et la valeur du déplacement et pour commander par exemple des systèmes de positionnement automatisés et programmables. De tels capteurs de déplacement sont connus depuis fort longtemps et ont fait l'objet de nombreux brevets (par exemple demande de brevet GB nO 2 886 717, demande de brevet GB n02 886 718, demande de brevet DE n" 1 548 871, brevet US nO 3 533 703). Ces capteurs de déplacement comportent pour la plupart une règle rigide fixe dont la graduation est explorée par des détecteurs mobiles montés sur un chariot déplaçable à l'intérieur d'une gaine de protection usinée avec grande précision pour éviter les jeux du chariot. Ces capteurs sont d'un cot élevé et d'une utilisation limitée. D'autres dispositifs tels que ceux décrits dans la demande de brevet SE nO 76 11 512, la demande de brevet DE nO 28 46 915 et le brevet US nO 4 242 574 comporte une règle flexible mobile et des détecteurs fixes. Cependant ces dispositifs qui sont en fait assimilables à des mètres de poche à enrouleur automatique de ruban ne peuvent pas être mis en oeuvre à l'échelle industrielle car ils sont limités en longueur, en vitesse de déplacement et en nombre de manoeuvres du fait de l'utilisation d'un ressort de rappel. Enfin, la demande de brevet EP n" O 160 153, le brevet US 4 631 519 et le brevet US nO 4 274 103 décrivent des variantes de systèmes à enrouleur automatique. La présente invention a pour objet un dispositif de délacement linéaire à règle de mesure flexible mobile et à détecteur fixe, qui soit de structure simple et robuste et puisse être utilisée à l'échelle industrielle sans être limité en vitesse, en longueur et en nombre de manoeuvres comme c'est le cas pour les systèmes à enrouleur utilisant des ressorts de rappel. L'invention a également pour objet un dispositif de mesure de déplacement qui puisse être intégré d'une manière simple à des vérins pneumatiques à bande, en vue du contrôle de tels vérins. Dans le dispositif conforme à l'invention de mesure de déplacement linéaire d'un objet, comprenant une règle de mesure flexible portant une graduation et reliée à l'objet dont le déplacement doit être mesuré, et un détecteur fixe coopérant avec la graduation de la règle, la règle constitue une partie au moins d'un lien flexible passant en boucle fermée sur deux organes de renvoi. Dans le dispositif de mesure conforme à l'invention, la règle de mesure peut être constituée par exemple par un ruban flexible dont les extrémités sont réunies pour constituer une boucle fermée mobile. Cette boucle maintenue sous tension passe sur deux poulies ou autres moyens de renvoi qui permet à la boucle de tourner librement à la manière d'une courroie de transmission. Les moyens de détection de valeur et de sens de déplacement de la règle étant fixe, l'organe d'entrainement qui relie la règle à l'objet dont on veut connaître le déplacement a pour unique fonction d'entratner la règle et non pas de transmettre également des signaux comme c'est le cas avec les systèmes à règle fixe et à détecteur mobile.Par conséquent, le dispositif ne comporte aucun élément fragile (détecteur, conducteurs de liaison) en mouvement et la règle en forme de boucle qui constitue l'organe mobile peut être réalisée en des matériaux très résistants, par exemple en acier de haute dureté, ce qui permet d'obtenir un dispositif de mesure de déplacement pouvant supporter un nombre illimité de manoeuvres. Le lien flexible en boucle fermée dont la règle de mesure constitue une partie au moins peut être un lien de longueur finie dont les deux extrémités peuvent être reliées rigidement entre elles, auquel cas un système élastique de tension est avantageusement associé au lien pour assurer à ce dernier une tension sensiblement constante. Le système élastique de tension peut agir sur le brin de la boucle qui n'est pas utilisé pour la mesure de déplacement, ou de préférence sur l'un des éléments de renvoi de la boucle. Suivant un autre mode de réalisation, le lien est un lien de longueur finie dont les deux extrémités sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'un système élastique. Les éléments de renvoi du lien flexible peuvent être constitués par exemple par deux poulies montées folles ou par tout autre élément assurant un passage du lien avec un minimum de frottement, par exemple des éléments de renvoi à glissement. La règle de mesure portant la graduation peut être constituée par tout lien flexible, non élastique dans le sens de la longueur tel qu'un câble, mais de préférence par un ruban en acier, la graduation et le détecteur étant de façon connue en soi du type optoélectronique, magnétique, capacitif, etc. En vue de sa protection, le dispositif conforme à l'invention peut être incorporé à une gaine comportant sur toute sa longueur un joint à double lèvre, en saillie vers l'extérieur, traversé par l'organe d'entrainement de la règle par l'objet dont on veut mesurer le déplacement. Etant donné, que sur le dispositif conforme à l'invention, cet organe d'entrainement sert uniquement à transmettre, à la règle de mesure, le mouvement de l'objet dont on veut mesurer le déplacement, cet organe est avantageusement plat et présente, dans sa partie traversant le joint à lèvres, deux tranches obliques convergeant de l'intérieur vers l'extérieur de la gaine. Grâce à cette forme plate et à la présence des deux tranches obliques, cet organe d'entralnement qui ne comporte aucune conducteur électrique peut être constitué par exemple par une lame d'acier souple qui, tout en étant rigide dans le sens longitudinal du dispositif, est souple latéralement pour accepter les défauts d'alignement de l'objet dont on veut mesurer le déplacement.Grâce à ses deux tranches obliques, l'organe de liaison soulève les lèvres du joint lors de son déplacement, ce qui réduit le frottement et donc l'usure des lèvres. Le dispositif conforme à l'invention peut être avantageusement incorporé à un vérin pneumatique à bande, sa règle graduée constituant la bande en boucle du vérin ou faisant partie de ladite bande du vérin. En se référant aux dessins schématique annexés, on va décrire ci-après plus en détail plusieurs modes de réalisation illustratifs et non limitatifs du dispositif de mesure de déplacement conforme à l'invention; sur les dessins la figure 1 est une coupe schématique d'un-dispositif de mesure de déplacement connu comportant une règle de mesure rigide fixe et un détecteur mobile déplaçable par rapport à la règle fixe; la figure 2 est une vue latérale schématique d'un dispositif de mesure de déplacement conforme à l'invention; la figure 3 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'une partie d'un dispositif conforme à l'invention sous gaine; la figure 4 est une coupe transversale du dispositif de la figure 5 à l'endroit de l'une des poulies de renvoi; La figure 5 est une vue de l'organe d'entrainement du dispositif conforme à l'invention;; la figure 6 représente un organe de renvoi non rotatif du dispositif conforme à l'invention; les figures 7 et 8 représentent deux variantes de montage du lien en boucle fermée du dispositif conforme à l'invention; les figures 9 et 10 représentent des détails des moyens de tension du lien en boucle des dispositifs suivant les figures 7 et 8; la figure 11 représente un dispositif de mesure de déplacement avec une règle de mesure qui ne constitue qu'une partie de la boucle fermée; la figure 12 montre schématiquement l'incorporation du dispositif conforme à l'invention à un vérin pneumatique à bande. Le dispositif de mesure de déplacement linéaire connu tel qu'illustré par la figure 1 comprend, à l'intérieur d'une gaine de protection 1, un règle graduée 2 rigide fixe dont la graduation est explorée par un détecteur 3 constitué par un ensemble d'exploration photoélectrique symbolé par une unité d'éclairage 4 et un capteur photoélectrique 5, le détecteur 3 étant monté sur un chariot 6 mobile qui se déplace à l'intérieur de la gaine de protection 1 usinée avec grande précision pour éviter les jeux du chariot 6. Le chariot 6 est relié par un organe d'entrainement 7 à l'objet mobile dont on veut mesurer le déplacement. L'organe d'entrainement 7 qui sert également au passage des conducteurs électriques pour le détecteur 3 traverse un joint à lèvres 8 de la gaine 1. Le dispositif de mesure de déplacement linéaire conforme à l'invention tel qu'illustré schématiquement par la figure 2 présente une structure fondamentalement différente de celle de ce dispositif connu. En effet, le dispositif conforme à l'invention comprend une règle graduée 10 mobile constituée par un lien flexible, par exemple en forme de bande, passant en boucle fermée, à la manière d'une courroie de transmission, sur deux poulies 11, 12 folles c'est-à-dire tournant librement. Le lien flexible porte un organe d'entrainement 13 relié à l'objet dont on veut mesurer le déplacement. La graduation de la règle 10 est explorée par un détecteur 14 fixe. Par conséquent, sur le dispositif conforme à l'invention, les éléments fragiles (détecteur 14, conducteurs de liaison du détecteur 14) sont fixes, les deux seuls éléments mobiles étant le lien en forme de boucle et l'organe d'entraSnement 13 fixé à ce lien. Ce dernier peut être réalisé par exemple sous la forme d'un ruban en un matériau à haute résistance (par exemple de l'acier de haute dureté), ce qui permet d'obtenir un capteur pouvant supporter un nombre illimité de manoeuvres. Selon les figures 3 et 4, le capteur de déplacement conforme à l'invention peut être monté dans son ensemble à l'intérieur du profilé 15 qui sert à la fois au montage des deux poulies 11, 12 et à la protection mécanique du capteur. Ce profilé 15 qui peut etre un profilé du commerce n'exige aucun usinage puisqu'il n'assure aucune fonction de guidage. Le profilé 15 porte par ailleurs un détecteur de fin de course 16 actionné par l'organe d'entrainement 13, ce détecteur 16 assurant une remise à zéro automatique de l'appareillage électrique extérieur, permettant ainsi de redéfinir l'origine de la graduation en cas de coupure de courant ou de perturbation du comptage extérieur ou d'autres anomalies de mesure. Le détecteur 14 et ses raccordements vers l'extérieur étant fixes, l'organe d'entralnement 13 ne comporte pas de conducteurs électriques et peut de ce fait être de très faible épaisseur. Cet organe d'entraînement 13 qui traverse un joint à lèvres 17 du profilé 15 peut être constitué par exemple par une mince lame d'acier flexible qui, tout en étant rigide dans le sens longitudinal du dispositif de mesure de déplacement, est très flexible latéralement pour accepter les défauts d'alignement, par rapport au lien 10 en boucle, de l'objet dont on mesure la cause de déplacement. Selon la figure 5, l'organe d'entraînement 13 comporte à l'endroit du joint à lèvres 17 deux tranches obliques 18, 19 convergeant de l'intérieur vers l'extérieur du profilé 15. Grâce à ses deux tranches obliques, l'organe d'entraînement 13, lors de son déplacement, soulève les lèvres du joint 17 en même temps qu'il les entr'ouvre, ce qui réduit le frottement et donc l'usure des lèvres du joint 17. Selon la figure 6, les moyens de guidage du lien (règle 10) en forme de boucle, au lieu d'être deux poulies folles, sont constitués par des patins 20 semi-cylindriques en un matériau à faible coefficient de frottement et de préférence autolubrifiant (matière plastique par exemple). Pour des raisons de précision de mesure, il est nécessaire que la règle graduée 10 soit constituée par un matériau non-élastique en longueur, et soit maintenue sous tension. Les figures 7 et 8 représentent deux modes de réalisation simples pour le montage du dispositif et la mise sous tension du lien en forme de boucle. Selon la figure 7, le lien flexible constituant la règle graduée 10 forme une boucle qui est fermée rigidement, c'est-à-dire que les deux extrémités de la règle 10 sont assemblées rigidement. Pour le montage de cette règle 10 dans une gaine de protection composée d'un tronçon de profilé 21 non usiné, coupé à longueur, et de deux bouchons d'extrémité 22, 23 emboîtes dans les deux extrémités du tronçon de profilé 21, l'une des deux poulies, en l'occurrence la poulie 11, est montée en rotation directement dans le bouchon 22. Comme le montre plus en détail la figure 9, l'autre poulie 12 est montée en rotation dans un étrier 24 comportant une vis 25, cet étrier 24 étant emboîte dans le bouchon 23 de manière que la vis 25 traverse un trou dans le fond du bouchon 23 et puisse recevoir à l'extérieur du bouchon 23, un écrou 26 ainsi qu'un ressort de compression 27 intercalé entre l'écrou 26 et le bouchon 23. Ainsi, le ressort 27 assure la tension de la règle 10, l'écrou 16 permettant le tarage de la force du ressort 27. Dans le mode de réalisation suivant les figures 8 et 10, les deux extrémités lOa, lOb du lien constituant la règle graduée 10 sont réunes par l'intermédiaire d'un ressort de traction 30. La poulie 11 est montée directement dans le bouchon 22, comme dans le mode de réalisation précédent, et l'autre poulie 12 est montée dans un étrier 28 qui diffère de l'étrier 24 du mode de réalisation des figures 7 et 9 uniquement par le remplacement de la vis (25) par un trou taraudé non représenté en détail. L'étrier 28 est emporté dans l'autre bouchon 23 et bloqué dans ce dernier à l'aide d'une vis 29. Dans ce mode de réalisation, c'est donc le ressort 30 disposé entre les deux extrémités lOa, lOb de la règle 10 qui sert de ressort de tension de la règle graduée. Etant donné que le dispositif conforme à l'invention est un dispositif de mesure de déplacement linéaire et que l'organe d'entraînement 13 qui est relié à l'objet dont il s'agit de mesurer le déplacement ne se déplace que sur un trajet rectiligne correspondant à l'un des deux brins de la boucle fermée décrite par le lien flexible portant l'organe d'entraînement 13 et la graduation, il suffit que la regle graduée 10 ne s'étend que sur une partie de la boucle décrite par le lien flexible. Selon la figure 11, la règle graduée 10 représente sensiblement la moitié de la longueur de la boucle, ce qui permet de mesurer à l'aide du détecteur 14 fixe, le déplacement de l'organe d'entralnement 13 sur la totalité du trajet linéaire entre les deux poulies 11 et 12. La boucle complète dont une partie seulement est constituée par la règle 10 peut, soit être constituée par un même lien flexible dont une partie (31) n'est pas graduée et l'autre (10) est graduée, soit par des tronçons de deux liens différents assemblés sous la forme d'une boucle fermée. Le dispositif conforme à l'invention n'est pas nécessairement incorporé à une gaine de protection, comme représenté sur les figures 3 à 5 et 7 à 10. En effet, le dispositif peut être installé d'une manière générale sur toute machine sur laquelle deux poulies peuvent être montées. Par ailleurs, le dispositif conforme à l'invention peut être intégré d'une manière avantageuse à des installations sur lesquelles existent déjà deux poulies, une boucle d'un lien flexible et/ou deux poulies et une boucle d'un lien flexible. La figure 12 montre l'intégration du dispositif conforme à l'invention à un vérin pneumatique à bande 32. Ce vérin pneumatique 32 comprend un cylindre 33 à l'intérieur duquel un piston 34 est mobile en translation. Le piston 35 est fixé à une bande 35 passant en boucle fermée sur deux poulies 11, 12. Une partie de la bande 35 constitue une règle graduée. 10 explorée par un détecteur 14. L'intégration du dispositif conforme à l'invention à un vérin à bande se résume donc au remplacement d'une partie au moins de la bande 35 du vérin par une règle graduée flexible 10, et à l'adjonction d'un détecteur 14 explorant la graduation de la règle 10. Bien entendu, dans le cas de vérins à bande déjà existants, il serait possible d'adjoindre un dispositif conforme à l'invention comprenant un lien en forme de boucle avec règle graduée, deux poulies et un détecteur plutôt que de remplacer une partie au moins de la bande du vérin par une règle graduée. I1 y a lieu de noter que les modes de réalisation décrits et représentés n'ont été donnes qu a titre d'exemples illustratifs et non limitatifs et que de nombreuses modifications et variantes sont possibles dans le cadre de l'invention. Ainsi, la règle graduée flexible peut avoir différents profils, par exemple un profil plat à la manière d'un ruban ou un profil circulaire à la manière d'un câble. Aucune restriction n'est en principe imposée en ce qui concerne le choix de la matière constitutive de la règle graduée; il importe uniquement que la règle soit flexible et soit non-élastique en longueur. La nature et le type des graduations et des détecteurs explorant les graduations ne sont pas non plus limités dans le cadre de l'invention. A titre d'exemple, il est possible d'utiliser de façon connue en soi des graduations optiques (traits opaques ou réfléchissants alternant avec des traits transparents et des détecteurs photo-électriques du type fonctionnant par transparence ou réflexion) ou des graduations magnétiques et des détecteurs électromagnétiques. Suivant un mode de réalisation particulièrement simple et avantageux, la regle graduée est constituée par un ruban d'acier trempé sur lequel la graduation est matérialisée par des fenêtres positionnées dans le ruban. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de déplacement linéaire d'un objet comprenant une règle ou échelle de mesure flexible portant une graduation et reliée à l'objet dont le déplacement doit être mesuré1 et un détecteur fixe coopérant avec la graduation de la règle, caractérisé par le fait que la règle (10) constitue une partie au moins d'un lien flexible passant en boucle fermée sur deux organes de renvoi (11, 12). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit lien est un - lien de longueur finie dont les deux extrémités sont reliées rigidement, un systeme élastique de tension (27) étant associé audit lien. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le système élastique de tension (27) agit sur l'un des éléments de renvoi (11, 12). 4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le lien est un lien de longueur finie dont les deux extrémités (lOa, lOb) sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'une système élastique (30). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications piécédentes, caractérisé par le fait que les deux éléments de renvoi sont des poulies (11, 12). 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la règle graduée (10) est un ruban portant une graduation. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est incorporé à une gaine (15, 21) de support et de protection comportant sur toute sa longueur un joint à double lèvre (17) traversé par l'organe (13) de liaison de la règle à l'objet dont le déplacement doit être mesuré. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que l'organe de liaison (13) est plat et présente, dans sa partie traversant le joint à lèvres, deux tranches obliques (18, 19) convergeant de l'intérieur vers l'extérieur de la gaine. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que l'organe de liaison est constitué par une lame de ressort. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est incorporé à un vérin pneumatique à bande (32), la règle graduée (10) faisant partie de la bande (35) en boucle fermée du vérin.