Brevet FR2671873A1 — publié le 19920724

DESCRIPTION "DETECTEUR DE FORCES ET ECRAN TACTILE". L'invention concerne un détecteur de forces muni d'une lame à jauge de contrainte, d'un support fixe et d'un support mobile auxquels sont agencées respectivement une pre- mière et une seconde extrémités de ladite lame, des forces étant appliquées au support mobile, des déplacements relatifs des deux supports provoquant des déformations de la lame. L'invention concerne également un écran tactile muni de tels détecteurs. Un écran tactile muni de tels détecteurs est par exemple décrit dans le brevet US 4 558 757 L'écran tactile est constitué d'une plaque réunie à un cadre fixe par des jau- ges de contrainte Lorsqu'une force d'appui est appliquée, par exemple à l'aide du doigt, sur la plaque d'écran, les jauges de contrainte détectent le déplacement de la plaque d'écran. En combinant les amplitudes des déplacements subis par chacune des jauges on en déduit la position de la zone o s'est exer- cée la force d'appui Ceci est effectué par des circuits élec- troniques associés Un tel écran tactile permet alors de ser- vir d'interface entre un intervenant et un dispositif d'affi- chage ou une machine de traitement. Les jauges de contrainte sont placées individuel- lement sur des plaquettes élastiques Celles-ci sont munies à leurs extrémités de projections qui servent de points de fixa- tion L'une des extrémités est assujettie à la plaque mobile et l'autre extrémité à un cadre fixe La déformation s'opère au centre de la plaquette élastique o se situe la jauge de contrainte. De tels écrans tactiles sont destinés à opérer dans des conditions variées, à subir des manipulations plus ou moins délicates, à opérer dans des gammes de températures et dans des positions diverses Pour un usage de grande diffusion ils doivent non seulement être robustes mais aussi nécessiter le moins possible de réglages et d'adaptations aux conditions d'exploitation Certains de ces dérèglements liés, par exemple, aux dérives thermiques, aux tarages initiaux, peuvent dans certains cas être compensés au niveau des moyens électroniques associés mais avec un coût supplémentaire Il n'en est pas de même pour d'autres dérèglements qui peuvent conduire à des cassures ou des surcharges qui, elles, sont non compensables. Les plaquettes élastiques qui supportent les jau- ges de contrainte dans le brevet US 4 558 757 présentent en particulier l'inconvénient d'être fixées rigidement tant à la plaque d'écran ellemême qu'au cadre fixe ce qui peut conduire à des difficultés pour utiliser un tel écran tactile dans des conditions notamment de positions et de températures variées. Le poids de la plaque écran elle-même perturbe alors les mesu- res lorsque celle-ci n'est pas parfaitement horizontale et a fortiori lorsqu'elle est placée en position verticale Cer- tains de ces inconvénients peuvent également être préjudicia- bles dans d'autres utilisations de tels détecteurs à jauges de contrainte par exemple pour leur utilisation dans des balan- ces. Le problème posé est donc de réaliser un détec- teur muni d'une jauge de contrainte pour lequel ont été sup- primés les inconvénients antérieurs. Pour agencer au moins une desdites extrémités à son propre support, la solution consiste en ce que ledit sup- port comprend un organe en U entre les deux branches duquel est insérée ladite extrémité en appui sur des contacts légère- ment élastiques, ladite extrémité étant pratiquement sans jeu perpendiculairement auxdites branches, et apte à glisser à frottement doux parallèlement auxdites branches. Ainsi avantageusement la jauge de contrainte ou les supports peuvent subir des variations de température donc présenter des dilatations qui ne compliquent pas le traitement électronique ultérieur L'influence du gauchissement desdits supports fixes ou mobiles est également aisément surmontée La précision de la mesure des déformations de la jauge n'est pas affectée pour des conditions d'exploitation variées. Les déformations de la jauge de contrainte fixée à la lame peuvent être déterminées pour des déplacements opé- rés dans les deux sens de la première direction sensiblement perpendiculaire à la surface de la lame Dans la direction perpendiculaire à ces deux sens de déplacement la jauge de contrainte possède une certaine liberté qui lui permet de lé- gèrement glisser librement pour compenser les dilatations, les gauchissements Ce glissement s'opère avec le minimum de frot- tements en donnant au contact une surface de portée réduite. Ceci peut être obtenu par des butées à forme arrondie, par exemple hémisphérique Ces butées peuvent être fixées à la la- me ou à l'organe en U Elles peuvent être moulées dans la mas- se ou rapportées, elles peuvent être maintenues en position par collage, soudure ou tout autre moyen approprié Un mode préférentiel consiste à les mouler dans l'organe en U, ce qui présente l'avantage de définir parfaitement l'axe commun aux deux butées qui viennent en appui sur les deux faces opposées de la lame En effet lorsque les butées ne sont pas correcte- ment placées en vis-à-vis il est nécessaire d'opérer des cor- rections au niveau des moyens électroniques qui exploitent les mesures issues des jauges. L'élasticité des contacts peut être assurée soit par l'organe en U, soit par les butées, soit en la répartis- sant entre l'organe en U et les butées L'amplitude correcte de l'élasticité peut être obtenue en intervenant soit sur les épaisseurs des butées ou des branches du U, soit sur la nature des matériaux Ceux-ci peuvent être choisis parmi les maté- riaux suivants: caoutchouc, matières plastiques, matières composites. Un détecteur muni d'une lame à jauge de contrain- te agencée à deux supports selon l'invention peut être utilisé isolément pour constituer un détecteur de forces par exemple une balance. Une pluralité de tels éléments peut également être utilisée dans des applications qui mettent en oeuvre une plaque mobile en appui sur plusieurs jauges de contrainte. C'est par exemple le cas de l'écran tactile décrit dans le brevet US 4 558 757 Il permet de déterminer les coordonnées du point d'appui d'une force en un point quelconque de la sur- face Cet écran tactile est principalement prévu pour opérer avec une plaque placée en position sensiblement horizontale. Lorsqu'elle est mise en position verticale le poids de la pla- que vient perturber les données électriques délivrées par les jauges de contrainte Chaque jauge étant sollicitée différem- ment il s'ensuit que des corrections assez complexes doivent être mises en oeuvre au niveau du traitement électronique Les variations de position, de température, de planéité de la pla- que concourent à la complexité de mise en oeuvre des correc- tions de ces différents paramètres. Ces inconvénients peuvent être évités en utili- sant plusieurs dispositifs selon l'invention pour maintenir la plaque de l'écran tactile. Pour cela l'invention concerne également un écran tactile muni d'un support mobile constitué d'une plaque mobile qui reçoit des forces d'appui détectées par des jauges de contrainte et d'un support fixe constitué par un cadre fixe caractérisé en ce que la plaque mobile est d'une part suspen- due au cadre fixe par au moins une suspension qui équilibre totalement ou partiellement le poids de la plaque lorsque celle-ci est placée respectivement en position verticale ou inclinée, la plaque mobile et le cadre fixe coopérant d'autre part à l'aide d'au moins deux détecteurs de forces selon l'in- vention, les jauges de contrainte détectant des forces d'appui dirigées sensiblement perpendiculairement à la plaque. Avantageusement en position verticale le poids de la plaque n'est plus supporté par les détecteurs à jauge de contrainte mais essentiellement par la/les suspension(s) Il y a ainsi un découplage entre les forces de pesanteur qui agis- sent par le poids de la plaque elle-même et les forces d'appui qui agissent sur la plaque par un opérateur ou un organe approprié Il est possible d'attacher la plaque au cadre fixe par au moins une attache élastique qui s'oppose à l'action de la(des) suspension(s) et qui maintient la plaque en position. Préférentiellement l'écran tactile comprend en haut deux sus- pensions et en bas deux attaches élastiques, dont les points d'ancrage sur le cadre fixe déterminent un rectangle qui en- toure la plaque mobile Le montage élastique en suspension lui assure avantageusement une grande résistance aux chocs, aux vibrations. L'invention sera mieux comprise à l'aide des fi- gures suivantes données à titre d'exemples non limitatifs qui représentent: figures 1 A, 1 B: deux vues de côté d'un détecteur de forces selon l'invention avec des butées placées respectivement sur la lame et sur l'organe en U, figure 1 C: une vue de côté d'un détecteur de forces selon l'invention avec un support mobile muni d'un réglage de la po- sition au repos, figure 2: une vue schématique d'un écran tactile muni de trois détecteurs de forces et de suspensions et d'attaches élastiques. figures 3 A, 3 B, 3 C, 3 D: différents modes de montages des suspensions et des attaches élastiques. La figure l A représente un détecteur de forces 5 comprenant un support fixe 10, un support mobile 11 et une la- me à jauge de contrainte 12 qui est fixée par une première ex- trémité dans une fente pratiquée dans le support fixe 10 Des éléments 9 limitent la course du support mobile 11 de façon à rester dans le domaine de déformation admis par la lame à jauges de contrainte 12 Une seconde extrémité est introduite entre les branches d'un organe en U 13 qui est fixé au support mobile Il Entre la seconde extrémité de la lame et les branches de l'organe en U sont placées des butées 14, 15 Les contacts entre les butées et l'organe en U possèdent une légère élasticité Les épaisseurs des butées sont telles que la lame ne dispose de pratiquement aucun jeu perpendiculai- rement aux branches de l'organe en U Sous l'action de forces de pression appliquées sensiblement perpendiculairement au plan de la lame, la seconde extrémité se déplace en bloc avec l'organe en U 13 et le support mobile 11 Dans une direction sensiblement parallèle à la lame celle-ci peut glisser à frottement doux en appui sur les butées En cours d'utilisa- tion ceci permet au point d'application des forces de s'adap- ter très finement aux déplacements des organes les uns par rapport aux autres On évite ainsi les microcontraintes para- sites qui pourraient nuire à la précision de la mesure La figure l A représente le cas o les butées 14, 15 sont soli- daires de la lame 12 La figure 1 B représente le cas o les butées 14, 15 sont solidaires de l'organe en U 13 Dans ce dernier cas les butées peuvent être formées au cours d'une opération de moulage de l'organe en U 13 Ceci présente l'avantage de pouvoir placer correctement les butées sur un axe commun ce qui évite les réglages qui sont à opérer lorsque les deux butées viennent en contact avec la lame en des points qui ne sont pas parfaitement opposés sur chaque face de la la- me. Au lieu d'être monté sur le support mobile, l'or- gane en 1 peut être monté sur le support fixe Il est possible que les deux supports possèdent tous les deux un organe en U. Dans ce cas le glissement de la lame entre les butées est li- mité par le fond de la cavité du U afin que la lame ne s'é- chappe pas des butées. La figure 2 représente un écran tactile 20 com- prenant un support fixe formé d'un cadre fixe 21, d'un support mobile formé d'une plaque mobile 22 et de trois détecteurs selon l'invention 231, 232, 233 qui sont agencés d'une part au cadre fixe 21 et d'autre part à la plaque mobile 22 Les trois supports fixes des trois détecteurs sont constitués par le ca- dre fixe Les trois supports mobiles sont constitués par la plaque mobile Pour éviter qu'en position verticale ou incli- née le poids de la plaque mobile 22 n'intervienne sur les me- sures opérées à l'aide des jauges de contrainte des détecteurs 231, 232 et 233, on suspend la plaque mobile 22 au cadre fixe 21 par des suspensions 241, 242 Ceci permet également d'éli- miner les effets de dilatation ou de gauchissement de la plaque ou du cadre qui peuvent apparaître lors de l'utilisa- tion ou du montage Les suspensions 241, 242 situées en haut sont par exemple des tiges souples ou des cables Des attaches élastiques 251, 252 situées en bas, par exemple des ressorts à boudin, relient la plaque mobile 22 au cadre fixe 21 en s'opposant à l'action des suspensions 241, 242 L'écran tactile peut ainsi opérer pour des inclinaisons maximales de 30 environ par rapport à la verticale. Il est possible d'utiliser quatre détecteurs placés au voisinage des coins de la plaque Il peut alors ap- paraître des difficultés de montage dues à la plus ou moins bonne planéité de la plaque mobile 22 et du cadre fixe 21 Un moyen de réglage peut alors être obtenu en faisant qu'un des quatre détecteurs selon l'invention soit réalisé selon le schéma de la figure 1 C Il comprend les mêmes éléments que ceux des figures 1 A, l B mais avec en plus une vis de réglage qui est montée pour agir en opposition avec un ressort 31. Cette vis de réglage 30 sert à régler la distance séparant l'organe en U 13 et la plaque mobile 11 Un ergot de centrage 32 permet d'indexer correctement l'organe en U à la plaque mo- bile. Les figures 3 A, 3 B, 3 C, 3 D représentent diffé- rents modes de montage des suspensions et des attaches élasti- ques La figure 3 A représente le cas d'une suspension centrale 241 située en haut et de deux attaches élastiques 251, 252 si- tuées en bas Ces dernières sont fixées légèrement en diagona- le pour retenir la plaque dans la direction XX. La figure 3 B représente le cas de deux suspen- sions 241, 242 situées en haut montées pour tirer légèrement en diagonale comme auparavant La partie basse de la plaque est dans ce cas maintenue en position par les détecteurs de forces eux-mêmes. La figure 3 C représente le cas de la figure 3 B auquel a été ajoutée une attache élastique centrale 251 Le positionnement de la plaque dans sa partie basse est amélioré. La figure 3 D représente le cas de la figure 2, avec deux suspensions 241, 242 situées en haut et deux attaches élastiques 251, 252 situées en bas Il constitue l'exemple préférentiel de réalisation Les quatre points d'ancrage sur le cadre fixe déterminent un rectangle 26 qui entoure la plaque 22 La plaque est ainsi maintenue correc- tement dans les deux directions XX et YY sous un angle préfé- rentiel de 450. Il est possible de réduire la plaque à une bar- rette longiligne munie de deux détecteurs de forces placées à ses extrémités L'ensemble opère alors sous forme de curseur. REVENDICATIONS 1 Détecteur de forces ( 5) muni d'une lame à jauge de contrainte ( 12), d'un support fixe ( 10) et d'un support mobile ( 11) auxquels sont agencées respectivement une première et une seconde extrémités de ladite lame, des forces étant appliquées au support mobile, des déplacements relatifs des deux supports provoquant des déformations de la lame, caracté- risé en ce que, pour agencer au moins une desdites extrémités à son propre support, ledit support comprend un organe en U ( 13) entre les deux branches duquel est insérée ladite extré- mité en appui sur des contacts légèrement élastiques, ladite extrémité étant pratiquement sans jeu perpendiculairement auxdites branches, et apte à glisser à frottement doux paral- lèlement auxdites branches. 2 Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, ladite extrémité vient en appui sur des butées ( 14, 15) à faible surface de contact. 3 Détecteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que, les butées ( 14, 15) sont fixées soit à la lame ( 12) soit à l'organe en ( 13). 4 Détecteur selon une des revendications 1 à 3 ca- ractérisé en ce que, l'élasticité desdits contacts est assurée soit par l'organe en U ( 13) soit par les butées ( 14, 15). 5 Détecteur selon les revendications 2 à 4 caracté- risé en ce que l'élasticité des contacts est répartie entre l'organe en U ( 13) et les butées ( 14, 15). 6 Détecteur selon les revendications 2 à 5 carac- térisé en ce que les butées ( 14, 15) sont obtenues par moulage de l'organe en U ( 13). 7 Détecteur selon une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce qu'au moins une butée ( 14, 15) a une forme arrondie. 8 Détecteur selon une des revendications 2 à 7 caractérisé en ce qu'au moins une butée ( 14, 15) et/ou l'organe en U ( 13) est réalisé dans un matériau choisi parmi les matériaux suivants: caoutchouc, matières plastiques, matières composites. 9 Ecran tactile ( 20) muni d'un support mobile cons- titué d'une plaque mobile ( 22) qui reçoit des forces d'appui détectées par des jauges de contrainte et d'un support fixe constitué par un cadre fixe ( 21) caractérisé en ce que la plaque mobile ( 22) est d'une part suspendue au cadre fixe ( 21) par au moins une suspension ( 241 i 242) qui équilibre totalement ou partiellement le poids de la plaque lorsque celle-ci est placée respectivement en position verticale ou inclinée, la plaque mobile ( 22) et le cadre fixe ( 21) coopérant d'autre part à l'aide d'au moins deux détecteurs ( 231, 232, 233) selon une des revendications 1 à 8, les jauges de contrainte détectant des forces d'appui dirigées sensiblement perpendiculairement à la plaque. Ecran tactile selon la revendication 9 caractéri- sé en ce que le bas de la plaque est attaché au cadre fixe ( 21) par au moins une attache élastique ( 251, 252) qui s'oppose à l'action de la(des) suspension(s) ( 241, 242). 11 Ecran tactile selon la revendication 10 caracté- risé en ce qu'il comprend en haut deux suspensions( 241, 242) et en bas deux attaches élastiques ( 251, 252) dont les points d'ancrage sur le cadre fixe ( 21) déterminent un rectangle ( 26) qui entoure la plaque mobile ( 22).