Brevet FR2672133A1 — publié le 19920731

DETECTEUR DE POSITION La présente invention concerne les détecteurs de position, permettant de détecter la présence d'une pièce mécanique dans une zone de détection. Un premier type connu de détecteur de position, généralement utilisé pour détecter la présence d'une pièce mécanique par exemple sur une chaine de montage ou de conditionnement, comprend un contacteur électrique actionné par une partie déplaçable par la pièce à détecter, ladite partie étant sollicitée par des moyens élastiques la ramenant en une position d'attente. Un tel détecteur permet de détecter la présence d'une pièce constituée en n'importe quel matériau solide. L'inconvénient est que le contacteur électrique, formé de pièces conductrices de l'électricité venant en contact l'une de l'autre, est sujet à des variations et défauts de fonctionnement dans le temps, dus par exemple à ltoxydation des contacts ou à la déformation mécanique des pièces.Un autre problème est qu'il est difficile de régler avec précision la position à laquelle s'effectue le contact électrique, de sorte qu'il est difficile de connattre avec précision la position occupée par la pièce à détecter au moment de la détection. En outre, la position dans laquelle peut se produire le contact varie dans le temps, avec l'usure du détecteur ou ses conditions d'oxydation. Un autre type de détecteur utilisé dans l'industrie pour détecter la présence d'une pièce est un détecteur de proximité, par exemple un détecteur de proximité capacitif ou inductif. Un tel détecteur fonctionne selon le principe par lequel la pièce à détecter modifie, par sa présence, le champ électrique ou le champ magnétique de la zone proche du détecteur, cette modification étant détectée par le dispositif. Pour qu'un tel détecteur puisse fonctionner, il est indispensable que la pièce à détecter soit constituée en un matériau assurant par lui-mne une modification du champ magnétique ou du champ électrique. Il s'agit nécessairement d'un matériau conducteur de l'électricité. Ainsi, un tel détecteur n'est pas utilisable pour détecter la présence de pièces en matériau non conducteur de l'électricité, par exemple de pièces en matière plastique.De plus, la sensibilité de ces détecteurs dépend de la nature du matériau formant la pièce à détecter, de sorte qu'une variation dans la matière de la pièce induit une variation dans la détection de position de la pièce. Egalement, ces détecteurs de proximité sont généralement fragiles, et il faut éviter tout contact entre les pièces à détecter et une surface frontale de détection du dispositif. Les détecteurs connus ne sont pas adaptés pour réaliser par eux-mêmes la fonction de butée mécanique des pièces dont la détection doit être assurée. La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients des dispositifs détecteur connus. Le problème proposé par l'invention est de définir une nouvelle structure de détecteur de position permettant de détecter des pièces en matière quelconque, par exemple des pièces en matière plastique, tout en assurant une précision et une reproductibilité excellentes de la position de détection de la pièce. Selon une possibilité, le dispositif selon l'invention permet en outre d'assurer la fonction de protection contre les chocs, assurant la protection du dispositif même en cas de poussée du dispositif par la pièce à détecter. Selon une autre possibilité, le dispositif selon l'invention permet d'assurer simultanément la fonction de butée mécanique limitant le déplacement de la pièce dont la position doit être détectée. L'invention permet de faciliter considérablement le réglage de la position de détection,- et donne la possibilité d'assurer une détection sur une plage de position prédéterminée, permettant par exemple le déplacement de la pièce entre la position de détection et la position où elle vient en butée mécanique. Le dispositif selon l'invention peut être adapté pour que la pièce dont la position doit être détectée provoque la détection à la suite d'un effort relativement faible à produire sur le dispositif. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, un détecteur de position selon l'invention comprend un détecteur électronique de proximité muni de moyens de mesure d'un champ magnétique ou d'un champ électrique présent dans une zone de mesure adjacente audit détecteur de proximité ; ladite zone de mesure est formée dans l'espace intérieur intermédiaire d'un alésage intérieur d'un corps périphérique, l'alésage étant obturé d'un côté de ladite zone de mesure par les moyens de mesure de champ magnétique ou électrique, l'alésage recevant de l'autre côté de la zone de mesure un poussoir monté à coulissement axial pour se rapprocher ou s'écarter des moyens de mesure ; le poussoir comprend, à sa première extrémité, une tête sortant du corps périphérique et, à sa seconde extrémité, une base intérieure au corps périphérique ; le poussoir est mobile par coulissement axial entre une position extrême d'attente dans laquelle la tête sort au moins en partie du corps périphérique et la base est à l'écart des moyens de mesure du champ, et une position extrême enclenchée dans laquelle la base est à proximité des moyens de mesure du champ ; le poussoir est sollicité par des moyens de rappel le repoussant en direction de sa position extrême d'attente le poussoir comprend au moins une portion en un matériau influençant le champ magnétique ou électrique dans la zone de mesure, de telle façon que les moyens de mesure du détecteur de proximité détectent la position du poussoir et fournissent sur des conducteurs de sortie des signaux de détection distincts selon que le poussoir est en position extrême d'attente ou en position extrême enclenchée. Une telle structure est compatible avec différents types de détecteurs électroniques de proximité. On peut par exemple utiliser un détecteur capacitif, ou un détecteur inductif, ou un détecteur magnétique. Selon une possibilité, on utilise un détecteur inductif, muni de moyens de mesure du champ magnétique en bordure de la zone de mesure, et muni d'un générateur de champ magnétique alternatif à haute fréquence pour produire un tel champ magnétique dans la zone de mesure. Le poussoir comprend une base en matériau conducteur de l'électricité. Le déplacement du poussoir modifie l'impédance de charge du générateur de champ magnétique, ce qui est détecté par lesdits moyens de mesure du détecteur de proximité. Selon un mode de réalisation préféré, des moyens de butée mécanique limitent la course du poussoir dans l'une et l'autre des positions extrêmes. De cette façon, en position extrême d'attente, le poussoir prend une position déterminée en butée, et, en position extrême enclenchée, la base du poussoir est écartée des moyens de mesure de champ selon une distance prédéterminée faible, sans venir au contact desdits moyens de mesure de champ, assurant ainsi leur protection. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un détecteur de position selon l'invention, en position extrême d'attente - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du détecteur de la figure 1 en position intermédiaire de détection ; et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du détecteur de la figure 1 en position extrême enclenchée. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le détecteur de position selon l'invention comprend principalement un détecteur électronique de proximité 1 et des moyens d'adaptation 2, à rapporter sur le détecteur de proximité 1. Le détecteur de proximité 1 représenté- est de type connu, par exemple un détecteur de proximité inductif distribué par la société suisse CONTRINEX, ou un détecteur capacitif distribué sous la marque SENSORIK. Le détecteur de proximité inductif représenté sur la figure comprend un embout cylindrique 4 et un boitier de connexion 3 débrochable ou non, l'embout 4 comportant une partie filetée 5 d'extrémité. La face frontale d'extrémité 6 de l'embout 4 constitue la surface près de laquelle est effectuée la mesure de proximité par le détecteur. Cette surface est constituée en ferrite, matériau relativement fragile susceptible de conduire les champs magnétiques. Des conducteurs électriques 7, 8 et 9 permettent d'alimenter des circuits électroniques disposés à ltintérieur de l'embout 4, et de recueillir les signaux de détection produits par les circuits électroniques. Le principe de fonctionnement du détecteur de proximité 1 est connu, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de le décrire plus en détail. Signalons simplement que le détecteur fonctionne sur le principe général suivant : un dispositif électronique interne alimenté par les conducteurs 7, 8 et 9, intérieur à l'embout 4, génère un champ magnétique alternatif à haute fréquence, c'est-à-dire à fréquence de quelques centaines de KHz. Le champ magnétique est produit dans un noyau de ferrite dont une face extrême forme la face frontale 6 du détecteur de proximité. Des moyens électroniques mesurent la consommation du générateur de champ magnétique. Cette consommation dépend de l'impédance de charge du générateur, qui elle-même dépend des matériaux disposés à proximité du noyau de ferrite, donc à proximité de la face frontale 6. La présence d'un matériau conducteur de l'électricité au voisinage du noyau de ferrite induit, dans ce matériau, des courants électriques, et modifie l'impédance générale de l'ensemble, de sorte que les circuits électroniques internes peuvent détecter la présence ou l'absence d'un matériau conducteur de l'électricité au voisinage de la face frontale 6. Les moyens d'adaptation 2, dans le mode de réalisation représenté sur les figures, comprennent un corps périphérique 10 comportant un alésage intérieur 11. Une première partie 12 de l'alésage 11 est taraudée, et s'adapte par vissage sur la partie filetée 5 de l'embout 4. La seconde partie de l'alésage 11 reçoit un poussoir 13 monté à coulissement axial, dans l'axe I-I de l'embout cylindrique 4. Le poussoir 13 comprend, à sa première extrémité, une tête 14, accessible de l'extérieur du corps périphérique 10, et, à sa seconde extrémité, une base 15 intérieure au corps périphérique 10. Le poussoir 13 comprend une tige centrale 16 de diamètre réduit, reliant la base 15 et la tête 14 dont les diamètres respectifs sont supérieurs au diamètre de la tige centrale 16.La tige centrale 16 coulisse à faible jeu dans une portion correspondante 17 d'alésage de diamètre réduit, se raccordant à sa première extrémité par un premier épaulement 18 à une portion intérieure d'alésage 19 de diamètre plus important dans laquelle coulisse la base 15, et se termine à sa seconde extrémité par un second épaulement 20 opposé au premier épaulement 18. La distance entre les deux épaulements 18 et 20 est inférieure à la distance entre la base 15 et la tête 14. Ainsi, le poussoir 13 est mobile par coulissement dans l'alésage 11 entre une première position extrême d'attente dans laquelle la base 15 vient porter contre le premier épaulement 18, et une seconde position extrême enclenchée dans laquelle la tête 14 est en appui contre le second épaulement 20. Un espace intérieur libre, ou zone de mesure 21, est formé dans l'alésage 11 entre la face frontale 6 du détecteur de proximité 1 et la base 15 du poussoir 13. Dans le mode de réalisation représenté, le second épaulement 20 se prolonge par une portion d'alésage 22 de diamètre élargi dans laquelle coulisse la tête 14 dans son mouvement entre les deux positions extrêmes du poussoir 13. La portion d'alésage 22 de diamètre élargi a avantageusement une longueur au moins égale à la longueur de la tête 14. La longueur de tige 16 du poussoir 13 est choisie de manière que, lorsque le poussoir 13 est dans sa seconde position extrême enclenchée, la tête 14 est entièrement logée dans la portion d'alésage 22, le corps périphérique 10 assurant alors la protection mécanique de la tête 14. Par contre, dans la position extrême d'attente, dans laquelle la base 15 est en appui contre l'épaulement 18, la tête 14 doit sortir au moins partiellement hors de la portion d'alésage 22. Le poussoir 13 est sollicité par des moyens de rappel le repoussant en direction de sa position extrême d'attente dans laquelle la base 15 est en appui contre l'épaulement 18. Dans le mode de réalisation représenté, les moyens de rappel comprennent un ressort hélicoïdal 23 de compression, engagé sur la tige centrale 16 de poussoir, et prenant appui d'une part sur le corps périphérique 10 par son épaulement 20 et d'autre part sur la tête de poussoir 14 par sa face intérieure.Selon la réalisation représentée, la tête de poussoir 14 est constituée d'une coupelle 26 montée en force en bout de la tige centrale 16 de poussoir, le ressort 23 pouvant s'engager dans un logement axial tourné vers l'intérieur et prévu entre la coupelle 26 et la tige 16, le bord interne de la coupelle 26 venant porter contre l'épaulement 20 du corps périphérique lorsque le poussoir 13 est en position extrême enclenchée, le logement de coupelle évitant de comprimer le ressort 23 de manière excessive. La tête 14 comprend en outre une touche 27 rapportée et interchangeable, formant l'extrémité de tête destinée à entrer en contact avec la pièce à détecter. Par exemple, la touche 27 comprend une partie élargie externe formant sa surface d'extrémité de tête, et une tige axiale engagée en force dans un alésage axial de la tige centrale 16. Lorsque l'on utilise un détecteur de proximité 1 inductif, le poussoir 13 doit comprendre, à sa base 15 ou à son voisinage, au moins une partie proche constituée d'une matière propre à influer sur le champ magnétique dans la zone de mesure 21. Par exemple, la base 15 peut être constituée elle-même en une matière conductrice de l'électricité tel qu t un métal. Naturellement, le poussoir 13 peut être entièrement constitué en métal. L'engagement du corps périphérique 10 sur l'embout 4 peut être limité par un épaulement 24 venant porter sur la périphérie de face frontale 6 de ltembout 4, comme le représentent les figures. Un contreécrou 25 peut bloquer le corps périphérique 10 sur le détecteur de proximité 1. Le corps périphérique 10 peut comprendre un filetage 28 sur sa face périphérique externe, permettant l'adaptation d'écrous de fixation de l'ensemble sur une machine. Le fonctionnement du dispositif est expliqué ci-dessous en relation avec les figures 1 à 3. Sur la figure 1, le dispositif est représenté dans la position extrême d'attente : le poussoir 13 est alors en position extrême d'attente, repoussé dans cette position par le ressort 23. La base 15 est en appui contre l'épaulement 18. La tête 14 sort au moins partiellement hors de l'alésage 11 du corps périphérique 10. La base 15 est alors à l'écart de la face frontale 6 du détecteur de proximité 1. Les circuits internes électroniques du détecteur de proximité 1 sont déterminés de façon à fournir, sur les conducteurs 7, 8 et 9, un signal d'un premier type indiquant que le poussoir 13 est à l'écart de la face frontale 6. Lorsqu'une pièce à détecter se rapproche du dispositif, elle vient porter en appui sur la touche 27 formant ltextrémité de la tête 14, et repousse axialement la tête 14 et le poussoir 13 à l'encontre de la force de retenue du ressort 23. Le poussoir 13 se rapproche alors de 11 embout 4, jusqu'à une position intermédiaire représentée sur la figure 2. Dans cette position intermédiaire, ou position de déclenchement, la base 15 est plus rapprochée de la face frontale 6, et modifie l'impédance de charge du générateur de champ magnétique contenu dans le détecteur de proximité 1. Les circuits électroniques du détecteur de proximité 1 produisent alors un signal, envoyé sur les conducteurs 7, 8 et 9, indiquant que le poussoir 13 a été rapproché. Ce signal est interprété comme signifiant la présence d'une pièce dans la zone de détection. La pièce peut encore pousser la tête 14 et le poussoir 13 selon une certaine course en direction de l'embout 4, jusqu'à atteindre une position extrême enclenchée représentée sur la figure 3. Dans cette position extrême enclenchée, la tête 14 vient en butée contre le second épaulement 20, un espace de protection étant maintenu entre la base 15 et la face frontale 6 de l'embout 4. Ainsi, quelle que soit la force de poussée exercée par la pièce contre le poussoir 13, la butée formée par le second épaulement 20 interdit toute dégradation de la face frontale 6 en ferrite du détecteur de proximité 1. Selon la réalisation avantageuse représentée, dans cette position extrême enclenchée, le prolongement de corps périphérique 10 formant la partie d'extrémité autour de la portion d'alésage 22 recouvre entièrement la surface latérale de la tête 14. Si la pièce a une dimension supérieure au diamètre de la portion d'alésage 22, la pièce bute contre le bord extrême du corps périphérique 10, limitant la force de poussée subie par le poussoir 13. Dans le mode de réalisation dans lequel le détecteur de proximité 1 est de type capacitif, on choisit la matière constituant la base 15 et le poussoir 13 de façon à influer sur le champ électrique présent dans la zone de mesure 21. Le détecteur de proximité 1 est alors muni de moyens pour mesurer le champ électrique en bordure de la zone de mesure 21, et muni d'un générateur de champ électrique pour produire un champ électrique dans ladite zone de mesure 21. On peut également prévoir un autre mode de réalisation de la présente invention, en utilisant un détecteur 1 pouvant mesurer un champ magnétique, et en utilisant un poussoir 13 dont la base 15 est un matériau aimanté. Le détecteur 1 détecte alors la proximité du matériau aimanté lorsque le poussoir 13 est repoussé par la pièce à détecter. Un mode de réalisation avantageux consiste à utiliser un détecteur de proximité 1 inductif, associé à un poussoir 13 dont la base 15 est réalisée en un matériau aimanté. La présence de matière aimantée augmente sensiblement la distance à partir de laquelle le détecteur de proximité détecte le rapprochement du poussoir 13. On peut avantageusement mettre à profit cet effet pour réaliser un détecteur dans lequel le poussoir 13 peut avoir une course élastique accrue entre la position intermédiaire de détection et la position extrême enclenchée. Ou encore, pour une même course élastique du poussoir 13, on peut utiliser un détecteur de proximité 1 moins sensible, par exemple de plus petit diamètre. Dans tous les modes de réalisation, l'invention permet donc de mettre à profit la fiabilité et la précision des détecteurs de proximité, tout en rendant le dispositif parfaitement compatible avec des pièces dont la matière n'a pas d'influence sur un champ magnétique ou électrique, augmentant la qualité de détection. Dans le mode de réalisation représenté, le corps périphérique 10 est rapporté et fixé de manière amovible, par vissage, sur l'embout 4 du détecteur de proximité. De cette façon, lorsque le corps périphérique 10 est fixé sur une machine, on peut changer rapidement le détecteur de proximité 1 sans désolidariser le corps périphérique 10 de la machine, et donc sans modifier le réglage et la position du poussoir 13 par rapport à la zone dans laquelle on doit détecter la position ou la présence des pièces. On pourra également prévoir d'autres variantes de réalisation. Par exemple, le corps périphérique 10 peut être réalisé en une seule pièce avec le corps externe du détecteur de proximité 1. Les moyens de fixation du corps périphérique rapporté 10 peuvent être différents, par exemple une clavette, une soudure, un collage. Le ressort 23 peut être remplacé par d'autres moyens de poussée, par exemple un fluide sous pression. La touche 27 peut être munie d'une rallonge axiale, permettant une détection en une zone plus éloignée. La matière constituant la touche 27 peut être choisie librement, par exemple une matière choisie pour sa dureté ou sa résistance mécanique ou thermique. La partie 5 de l'embout peut être lisse, non filetée. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Détecteur de position, comprenant un détecteur électronique de proximité (1) muni de moyens de mesure d'un champ magnétique ou électrique présent dans une zone de mesure (21) adjacente audit détecteur de proximité (1), caractérisé en ce que - ladite zone de mesure (21) est formée dans l'espace intérieur intermédiaire d'un alésage intérieur (11) d'un corps périphérique (10), l'alésage (11) étant obturé d'un côté de ladite zone de mesure (21) par les moyens de mesure (4) de champ magnétique ou électrique, l'alésage (11) recevant de l'autre côté de la zone de mesure (21) un poussoir (13) monté à coulissement axial, - le poussoir (13) comprend, à sa première extrémité, une tête (14, 27) sortant du corps périphérique (10) et, à sa seconde extrémité, une base (15) intérieure au corps périphérique (10), - le poussoir (13) est mobile par coulissement axial entre une position extrême d'attente dans laquelle la tête (14) sort au moins en partie du corps périphérique (10) et la base (15) est à l'écart des moyens de mesure du champ (4), et une position extrême enclenchée dans laquelle la base (15) est à proximité des moyens de mesure du champ (4), - le poussoir (13) est sollicité par des moyens de rappel (23) le repoussant en direction de sa position extrême d'attente, - le poussoir (13) comprend au moins une portion (15) en un matériau influençant le champ magnétique ou électrique dans la zone de mesure (21), de telle façon que les moyens de mesure du détecteur de proximité (1) détectent la position du poussoir (13) et fournissent sur des conducteurs de sortie (7, 8, 9) des signaux de détection distincts selon que le poussoir (13) est en position extrême d'attente ou en position extrême enclenchée. 2 - Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur électronique de proximité (1) est un détecteur capacitif, muni de moyens de mesure du champ électrique en bordure de la zone de mesure (21), et muni d'un générateur de champ électrique pour produire un champ électrique dans ladite zone de mesure (21). 3 - Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur électronique (1) de proximité est un détecteur inductif, muni de moyens de mesure du champ magnétique en bordure de la zone de mesure (21), et muni d'un générateur de champ magnétique pour produire un champ magnétique dans ladite zone de mesure (21). 4 - Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que - le générateur de champ magnétique produit, dans la zone de mesure (21), un champ magnétique alternatif à haute fréquence, - le poussoir (13) comprend une base (15) en matériau conducteur de 1' électricité, - le déplacement du poussoir (13) dans l'alésage (11) modifie l'impédance de charge du générateur de champ magnétique, modification qui est détectée par les circuits électroniques du détecteur de proximité (1) pour produire lesdits signaux de détection sur les conducteurs de sortie (7, 8, 9). 5 - Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que - le générateur de champ magnétique produit, dans la zone de mesure (21), un champ magnétique alternatif à haute fréquence, - le poussoir (13) comprend une base (15) en matériau aimante, - le déplacement du poussoir (13) dans l'alésage (11) modifie l'impédance de charge du générateur de champ magnétique, modification qui est détectée par les circuits électroniques du détecteur de proximité (1) pour produire lesdits signaux de détection sur les conducteurs de sortie (7, 8, 9). 6 - Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des moyens de butées mécaniques (18, 20) limitent la course du poussoir dans l'une et l'autre des positions extrêmes, de sorte qu'en position extrême d'attente, le poussoir (13) prend une position déterminée en butée, et de sorte qu'en position extrême enclenchée, la base (15) du poussoir est écartée des moyens de mesure de champ (4) selon une distance prédéterminée faible, sans venir en contact desdits moyens de mesure de champ. 7 - Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que - le poussoir (13) comprend une tige centrale (16) de diamètre réduit reliant la base (15) et la tête (14) dont les diamètres respectifs sont supérieurs au diamètre de la tige centrale (16), - la tige centrale (16) de poussoir coulisse à faible jeu dans une portion correspondante (17) d'alésage de diamètre réduit se raccordant à sa première extrémité par un premier épaulement (18) à une portion (19) intérieure d'alésage de diamètre plus important dans laquelle coulisse la base (15), et se terminant à sa seconde extrémité par un second épaulement (20), de sorte que le premier épaulement (18) forme butée contre laquelle vient porter la base (15) dans la position extrême d'attente du poussoir (13), et le second épaulement (20) forme butée contre laquelle vient porter la tête (14) dans la position extrême enclenchée. 8 - Détecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le second épaulement (20) se prolonge par une portion d'alésage (22) de diamètre élargi dans laquelle coulisse la tête (14) dans son mouvement entre les positions extrêmes, ladite portion d'alésage (22) de diamètre élargi ayant une longueur au moins égale à la longueur de la tête (14), pour pouvoir contenir et protéger ladite tête (14) en position extrême enclenchée du poussoir (13). 9 - Détecteur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractéri sé en ce que les moyens de rappel (23) comprennent un ressort hélicoïdal de compression engagé sur la tige (16) de poussoir et prenant appui d'une part sur le corps périphérique (10) et d'autre part sur la tête de poussoir (14). 10 - Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le corps périphérique (10) est rapporté et fixé de manière amovible sur une partie (4) du détecteur de proximité (1).