Brevet FR2671886A1 — publié le 19920724

DISPOSITIF D'ASSERVISSEMENT EN ROTATION DE DEUX ELEMENTS COAXIAUX ET SYSTEME DE MESURE DE L'ARCURE D'UN TUBE DE CANON UTILISANT UN TEL DISPOSITIF. L'invention concerne les dispositifs d'asservissement en rotation de deux éléments coaxiaux qui sont montés mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre de manière que l'un des éléments reste dans une position angulaire fixe dans l'espace lorsque l'autre tourne autour de leur axe commun. Elle concerne également un système utilisant un tel dispositif, tel qu'un système de mesure de l'arcure d'un tube de canon. Pour mesurer l'arcure d1un tube 31 (figure 1) d'un canon, on utilise une source Laser 32 qui émet un faisceau Laser 33 sensiblement suivant l'axe 34 (Z'Z) du tube 31. A l'intérieur du tube, ce faisceau 33 est détecté par une cellule 35 portée par un premier élément cylindrique 36 qui est disposé à 11 intérieur d'un deuxième élément cylindrique 37. Ce deuxième élément 37 est prévu pour coulisser à l'intérieur du tube 31 en s'appuyant sur la paroi interne par l'intermédiaire de patins 38 et 39 qui sont montés sur la partie externe de l'élément 37. Vue de face, la cellule 35 comporte en fait quatre cellules élémentaires 351, 352, 353 et 354 qui sont disposées suivant quatre cadrans orthogonaux orients à 45- par rapport aux axes horizontal X'X et vertical Y'Y passant par le point milieu O des quatre cadrans précités. Cette cellule 35 est montée mobile grâce à deux chariots motorisés (non représentés) qui se déplacent suivant les axes X'X et Y'Y de sorte qu'il est possible d'amener le point O en coincidence avec l'impact du faisceau Laser 33, position pour laquelle les signaux fournis, d'une part, par les cellules élémentaires 351 et 353, et d'autre part, par les cellules élémentaires 352 et 354 sont égaux.Ainsi, les mesures des déplacements linéaires des chariots pour obtenir cette coïncidence à différentes positions longitudinales du deuxième élément 37 suivant l'axe Z'Z sont des indications des variations du centre du tube 31 par rapport au faisceau Laser 33 qui constituent des mesures de l'arcure du tube 31. Le déplacement linéaire de chaque chariot est mesuré au moyen d'un codeur d'incréments ayant une résolution d'un micromètre. Cependant, les mesures effectuées sur les cellules élémentaires à différentes positions longitudinales ne sont valables que si ces cellules conservent toujours la même orientation dans l'espace, c'est-à-dire par rapport aux axes X'X et Y'Y. Pour qu'il en soit ainsi, le premier élément 36 est monté sur des paliers 30, de manière à pouvoir tourner à l'intérieur du tube 37. Par ailleurs, il est prévu des moyens pour détecter la rotation de l'élément 36 par suite d'une rotation du deuxième élément 37 et lui appliquer une rotation en sens inverse de même amplitude. Le but de la présente invention est alors de réaliser un dispositif d'asservissement qui permet de maintenir fixe la position angulaire du premier élément 36 lorsque le deuxième élément 37 tourne à l'intérieur du tube 31. De manière plus générale, l'invention concerne un dispositif d'asservissement en rotation de deux éléments coaxiaux qui sont montés mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre de maniere qu'un premier élément reste dans une position angulaire fixe dans l'espace lorsque le deuxième élément tourne autour de leur axe commun, caractérisé en ce qu'il comprend - un capteur d'écart angulaire par rapport à la verticale dont l'axe sensible est horizontal qui fournit un signal électrique représentatif de cet écart angulaire, - des moyens pour connecter le premier élément à l'axe sensible du capteur de manière qu'une rotation de cet élément entraîne une rotation correspondante de l'axe sensible du capteur, - un amplificateur pour amplifier le signal électrique fourni par le capteur, - un moteur, auquel est appliqué le signal de sortie de l'amplificateur, qui est solidaire du deuxième élément et dont l'arbre de sortie est connecté au premier élément pour le faire tourner dans un sens tel que le signal électrique du capteur diminue, ce qui permet de ramener le premier élément dans sa position angulaire initiale. Le capteur d'écart angulaire est, de préférence, réalisé par un inclinomètre. Les moyens de connexion du premier élément coaxial à l'axe sensible de l'inclinomètre sont constitués par des pignons de renvoi lorsque l'axe de rotation n'est pas horizontal. L'amplificateur est, de préférence, un amplificateur opérationnel. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, cette'description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels - les figures 1 et 2 sont des schémas permettant de comprendre le procédé de mesure de l'arcure d'un tube de canon, procédé dans lequel le dispositif d'asservissement selon la présente invention est applicable, - la figure 3 est un schéma de principe d'un dispositif d'asservissement angulaire de deux éléments coaxiaux selon l'invention, - la figure 4 est un schéma électrique du dispositif d'asservissement selon l'invention montrant de manière détaillée les composants de l'amplificateur, et - la figure 5 est un schéma montrant un dispositif de renvoi de pignons permettant de réaliser une liaison entre l'axe horizontal de l'inclinomètre 15 et l'axe vertical du premier élément 10. Sur la figure 3, un premier élément 10 est monté à l'intérieur d'un deuxième élément 11 par l'intermédiaire de paliers 12 de manière que ces deux éléments puissent tourner l'un par rapport à l'autre autour d'un axe horizontal 13. Le deuxième élément est, par exemple, disposé dans un tube 14 pour y être déplacé longitudinalement, ce déplacement pouvant entraîner une rotation du deuxième élément 11 et, par voie de conséquence, une rotation du premier élément 10. Le but de l'invention est, comme on l'a indiqué ci-dessus, de réaliser un dispositif d'asservissement qui ramène le premier élément 10 dans sa position angulaire initiale avant la rotation du deuxième élément 11. Dans ce but, le dispositif d'asservissement selon l'invention comprend un capteur 15 d'écart angulaire par rapport à un plan vertical passant par l'axe horizontal 13, un tel capteur étant connu sous le nom d'inclinomètre. Cet inclinomètre 15 présente un axe dit sensible, reférencé 16, autour duquel est mesuré l'écart angulaire. Cet axe sensible 16 est aligné avec l'axe de rotation 13 des éléments coaxiaux 10 et 11 et est connecté au premier élément 10 dont la position angulaire doit rester fixe par rapport au plan vertical passant par l'axe horizontal 13. L'inclinomètre 15 est alimenté par un circuit d'alimentation 18 qui lui fournit le potentiel de masse sur un conducteur 20' et les tensions de +12 volts et -12 volts sur des conducteurs 21 et 22, respectivement. Dans ces conditions, l'inclinomètre fournit sur un conducteur 23 un signal électrique dont l'amplitude par rapport à la masse est représentative de l'écart angulaire par rapport au plan vertical et dont le signe indique le sens de cet écart. A titre indicatif, l'inclinomètre 15 fournit un signal analogique dont l'amplitude varie linéairement de 60 millivolts par degré d'angle dans une gamme de -450à +45 d'angle. Le signal électrique, fourni par l'inclinomètre 15, est appliqué par l'intermédiaire du conducteur 23 à un amplificateur 17 qui est, par exemple, un amplificateur opérationnel selon le schéma détaillé de la figure 4. L'amplificateur 17 fournit sur un conducteur 24 un signal électrique amplifié qui sert de tension de commande d'un moteur 19 à courant continu. Ce moteur 19 est solidaire du deuxième élément 11 et comporte un arbre de sortie 25 portant une roue dentée 26 qui coopère avec une roue dentée 27 solidaire du premier élément 10. Le fonctionnement du dispositif d'asservissement est alors le suivant. Au cours du réglage du dispositif d'asservissement, 1' élément 10 est disposé dans une position angulaire par rapport au plan vertical correspondant à celle que l'on souhaite maintenir, puis on réalise l'accouplement de l'axe 16 de l'inclinomètre 15 à l'élément 10 pour que le signal de sortie de l'inclinomètre soit nul. Lorsque, pour une raison quelconque, le deuxième élément 11 tourne autour de l'axe 13, il entraîne en rotation le premier élément 10 et l'axe 16. L'inclinomètre fournit alors un signal électrique qui, amplifié à une valeur suffisante par l'amplificateur 17, commande la rotation du moteur 19, ce qui fait tourner l'élément 10 par l'intermédiaire des roues dentées 26 et 27 dans le sens qui diminue le signal électrique de sortie de l'inclinomètre. Sur la figure 4, les éléments identiques à ceux de la figure 3 portent les mêmes références et l'amplificateur 17 a été représenté de manière détaillée par un amplificateur opérationnel 30 et des composants associés. L'amplificateur 30 comporte sept bornes référencées 1 à 7 auxquelles sont connectés les différents composants associés. La borne 2 est connectée au conducteur de sortie 23 de l'inclinomètre 15 par l'intermédiaire d'une résistance R1 tandis que la borne 3 est connectée au conducteur 20 de la masse par l'intermédiaire d'une résistance R2. Les conducteurs d'alimentation 21 et 22 sont connectés respectivement aux bornes 7 et 4 et sont découplés respectivement par des condensateurs C2 et C3.Un condensateur C1 est connecté entre la borne d'entrée 2 du signal à amplifier et la borne 7 tandis qu'une résistance R3 est connectée entre cette borne et la borne 6 sur laquelle sort le signal de sortie de l'amplificateur. Ce sont les valeurs des composants R1, R2, R3, et C1 qui déterminent le frein de l'amplificateur. Un potentiomètre R4 de réglage du décalage ou zéro de l'amplificateur est connecté entre les bornes 1 et 5, l'index étant connecté à la borne 4. La borne de sortie 6 est connectée à une des deux bornes d'entrée du moteur 19 par l'intermédiaire du conducteur 24 tandis que l'autre borne d'entrée du moteur est connectée au conducteur de masse 20. Afin de protéger l'amplificateur 30 contre les surtensions dues au moteur, une première diode D1 est connectée entre la borne 6 et le conducteur 21 d'alimentation positive de manière que son anode soit connectée à la borne 6. Une deuxième diode D2 est connectée entre cette borne 6 et le conducteur 22 d'alimentation négative de manière que sa cathode soit connectée à la borne 6. Ce schéma détaillé de la figure 4 montre que le signal de sortie de l'inclinomètre, qui peut être positif ou négatif selon le sens de l'inclinaison par rapport à la verticale, est appliqué à 1 ampl l'amplificateur 30 qui est alimenté entre deux tensions symétriques par rapport à la masse, ce qui permet d'obtenir un signal de sortie bipolaire qui commande la rotation du moteur 19 dans un sens ou dans l'autre selon le sens de l'inclinaison de manière à réduire cette inclinaison. L'invention a été décrite avec un inclinomètre qui est solidaire d'un premier élément 10 disposé à l'intérieur d'un deuxième élément 11 mais il est clair que l'invention est applicable au cas où l'inclinomètre serait solidaire du deuxième élément extérieur 11 de manière à maintenir cet élément dans une position angulaire fixe. Bien entendu, dans ce cas, le moteur 19 devrait être porté par l'élément intérieur 10. Sur la figure 3, l'axe de rotation 13 de l'élément 10 et l'axe sensible 16 de l'inclinomètre 15 sont horizontaux mais l'invention est également applicable au cas où l'axe de rotation 13 n'est pas horizontal à condition de prévoir un dispositif mécanique de liaison du type à pignons dentés entre l'élément 10 et l'axe sensible 16 de l'inclinomètre qui doit rester horizontal. La figure 5 montre le schéma d'un tel dispositif mécanique lorsque l'axe 13 est vertical. I1 comprend un premier pignon denté 40 porté par le premier élément 10 et un deuxième pignon denté 41 porté par l'axe sensible 16 de l'inclinomètre 15, ces deux pignons s'engrenant l'un dans l'autre. Afin d'obtenir une grande précision dans le maintien de la position de l'élément 10, le moteur 19 est du type à réducteur incorporé avec un rapport de réduction très élevé, de l'ordre de 3000. Cette précision est d'autant meilleure que la résolution de l'inclinomètre est grande; actuellement, les inclinomètres connus ont une résolution de 0,0010 d'angle et une répétabilité du zéro de 0,050d'angle. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'asservissement en rotation de deux éléments coaxiaux (10 et 11) qui sont montés mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre de manière qu'un premier élément (10) reste dans une position angulaire fixe dans l'espace lorsque le deuxième élément (11) tourne autour de leur axe commun (13), caractérisé en ce qu'il comprend - un capteur (15) d'écart angulaire par rapport à la verticale dont l'axe sensible (16) est horizontal qui fournit un signal électrique représentatif de cet écart angulaire, - des moyens (40, 41) pour connecter le premier élément (10) à l'axe sensible (16) du capteur (15) de manière qu'une rotation de cet élément (10) entraîne une rotation correspondante de l'axe sensible (16) du capteur (15), - un amplificateur (17) pour amplifier le signal électrique fourni par le capteur, - un moteur (19), auquel est appliqué le signal de sortie de l'amplificateur (17), qui est solidaire du deuxième élément (11) et dont l'arbre de sortie (25) est connecté au premier élément (10) pour le faire tourner dans un sens tel que le signal électrique du capteur (15) diminue, ce qui permet de ramener le premier élément (10) dans sa position angulaire initiale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (15) d'écart angulaire est un inclinomètre. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de connexion entre le premier élément (10) et l'axe sensible (16) du capteur (15) sont constitués par un dispositif mécanique du type à pignons dentés (40, 41) lorsque l'axe commun n'est pas horizontal. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2, ou 3, caractérisé en ce que l'amplificateur (17) est un amplificateur opérationnel. 5. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3, ou 4, caractérisé en ce que le moteur (19) est du type à réducteur incorporé. 6. Système de mesure de l'arcure d'un tube (31) de canon utilisant un dispositif d'asservissement en rotation selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend - un premier élément (36) monté en rotation à l'intérieur d'un deuxième élément (37) qui coulisse à l'intérieur du tube (31), - une source Laser (32) qui émet un faisceau Laser (33) suivant un axe (Z'Z) sensiblement parallèle à l'axe (34) du canon, - un détecteur (35) à quatre cadrans du faisceau Laser (33) qui se déplace suivant deux axes rectangulaires (X'X, Y'Y) perpendiculaires à l'axe (34) du canon à l'aide de deux chariots dont les déplacements pour obtenir l'alignement du centre (0) des quatre cadrans avec l'axe du faisceau Laser (33) sont mesurés avec précision, l'axe (16) de l'inclinomètre (15) étant connecté au premier élément (36) et le moteur (19) étant porté par le deuxième élément (37) de sorte que les quatre cadrans du détecteur (35) restent dans une position angulaire fixe par rapport aux axes de déplacement (X'X, Y'Y) du détecteur (35).