Brevet FR2673468A1 — publié le 19920904

CIRCUIT DE CONDITIONNEMENT DE SIGNAUX POUR SONDE A DECLENCHEMENT La présente invention a pour objet des circuits de conditionnement de signaux, que l'on peut utiliser pour conditionner la sortie de sondes à déclenchement Les sondes à déclenchement sont utilisées pour mesurer des pièces mécaniques sur un appareil de détermination de position comme des machines de mesure de coordonnées ou des machine- outils, et émettent un signal de déclenchement lorsqu'une valeur de mesure de position doit être relevée. Une sonde de ce type est décrite dans le brevet US 4 153 998 (Mc Murtry) Elle comprend un stylet en contact avec une pièce mécanique qui est soumis à l'action d'un ressort le poussant dans une position de repos définie par des éléments d'appui disposés de manière cinématique Un circuit électrique normalement fermé à travers les éléments d'appui cinématiques est ouvert lorsque le stylet s'écarte pour entrer en contact avec une pièce mécanique, et l'ouverture de ce circuit électrique est détectée pour fournir un signal de déclenchement indiquant le contact entre le stylet et la pièce mécanique. En pratique, des sondes de ce type sont vendues avec un circuit d'interface qui contrôle la résistance à travers les éléments d'appui cinématiques Le signal de déclenchement est émis à la sortie de l'interface lorsque la résistance à travers les contacts formés par les éléments d'appui augmente et dépasse un certain seuil prédéterminé, lors de l'ouverture des contacts Le signal de sortie provenant de l'interface reprend son état d'origine pour indiquer le moment o les contacts se referment, c'est-à-dire, le moment o le stylet est correctement replacé dans ses éléments d'appui cinématiques et la résistance à travers les contacts décroît. La disposition formant appui cinématique de la sonde permet au stylet de pouvoir reprendre une position de repos mécanique de manière réitérative, et le circuit d'interface mentionné ci-dessus assure la génération électrique du signal de déclenchement de manière réitérative. Cette possibilité de réitération permet à la sonde de fournir des résultats d'une haute précision lors de son utilisation sur un appareil de détermination de position. De manière très occasionnelle, toutefois, un problème apparaît lorsque la sonde a été utilisée pendant un certain temps Une fois que le stylet a repris sa position de repos, la sortie de l'interface indique encore que le stylet n'a pas repris correctement sa place dans la disposition cinématique d'appui Un tel problème doit être résolu avant que l'on puisse effectuer d'autres mesures Cela est particulièrement peu pratique si l'on utilise la sonde pour réaliser automatiquement une séquence de mesures, comme cela est généralement le cas à l'heure actuelle. L'étude de ce problème a fait apparaître que le repositionnement mécanique du stylet dans sa position de repos défini de manière cinématique est en général totalement satisfaisant En revanche, on a découvert que le problème est dû, particulièrement dans une sonde que l'on a utilisée pendant un certain temps, au fait que la résistance à travers les éléments d'appui, lorsque ces derniers sont replacés mécaniquement en position d'appui, n'est plus égale à zéro mais peut augmenter jusqu'à dépasser le seuil qui est détecté par l'interface L'interface n'est alors plus capable de distinguer les états en place et non en place du stylet. La présente invention fournit un circuit de conditionnement de signaux pour une sonde de déclenchement pour un appareil de détermination de position, la sonde ayant des contacts électriques, le circuit comprenant des moyens pour contrôler la résistance à travers les contacts et pour générer un signal de déclenchement lorsque la résistance franchit un certain seuil et lors de l'actionnement des contacts, caractérisé en ce que ledit seuil est variable. Les modes de réalisation préférés de l'invention sus-mentionnée vont maintenant être décrits à titre d'exemples, en se référant aux figures jointes, dans lesquelles: La figure 1 est un schéma de principe d'une première interface d'une sonde, La figure 2 illustre une partie du circuit de la figure 1, intégrant une modification, et La figure 3 est un schéma de principe d'une deuxième interface de sonde. Dans la figure 1, une sonde de déclenchement par contact 11 construite conformément au brevet US 4153 998 comporte des éléments d'appui 10, formant des contacts à travers lesquels une connexion électrique est assurée On comprendra qu'en pratique une sonde de ce type présente plusieurs (généralement trois) ensembles de contacts de ce type, connectés en série, et formant une disposition d'appui cinématique La sonde est connectée à une interface 12 qui contient le circuit de conditionnement des signaux pour produire un signal de déclenchement sur une ligne de sortie 14 lorsque les éléments d'appui 10 s'ouvrent, lorsque le stylet 13 de la sonde 11 s'écarte L'interface peut être prévue indépendamment de la sonde 11, comme illustré, ou peut être construite dans la sonde. L'interface 12 comprend un circuit 12 a qui est généralement traditionnel, et que l'on trouve dans les interfaces commercialisées par Renishaw Metrology, Wotton-Unter-Edge, Royaume Uni, sous la référence PI 4 On verra que les éléments formant contacts 10 sont connectés à une résistance 16 en une disposition formant diviseur de tension, et que la résistance des contacts 10 est contrôlée par un comparateur 18 Le comparateur 18 compare la tension produite à travers la résistance de contact à une tension de seuil sur une ligne 20. Dans l'interface traditionnelle, cette tension de seuil est fixe, mais dans le présent mode de réalisation de l'invention elle est définie par le circuit 12 b comme cela est décrit plus loin Les paramètres du comparateur 18 sont définis de telle sorte que sa sortie commute lorsque la résistance des contacts 10 dépasse le seuil défini sur la ligne 20 d'une quantité prédéterminée, par exemple, 1,5 kilohms. Après l'opération réalisée par le comparateur 18, le signal de déclenchement ainsi émis est traité par un circuit de conditionnement de signaux 22 de manière traditionnelle, par exemple pour lisser le signal produit lors de l'ouverture des contacts La sortie ainsi produite sur la ligne 14 est un signal logique haut ou bas, selon que les contacts 10 sont ouverts ou fermés, et le signal de déclenchement et la remise en place ultérieure du stylet sont indiqués par des fronts descendants ou ascendants respectivement Le niveau variable du seuil défini sur la ligne 20 est pris à partir de la sortie d'un circuit échantillonneur-bloqueur 24 dans le circuit 12 b. Le circuit échantillonneur-bloqueur 24 présente une tension d'entrée sur une ligne 26, indiquant la résistance à travers les contacts 10, et étant déclenchée par un signal sur la ligne 28, sur laquelle apparaît le front ascendant de la sortie 14 lorsque les contacts 10 reviennent en place. Ainsi, chaque fois que le stylet et la sonde reviennent en place, le circuit échantillonneur- bloqueur 24 est déclenché par la ligne 28, et une nouvelle valeur de seuil apparaît sur la ligne 20. La nouvelle valeur de seuil correspond à la résistance à travers les contacts 10 ayant repris leur place. Ainsi, en fonctionnement, au cas o la résistance des contacts 10 ne serait pas égale à zéro lors de la remise en place du stylet, le comparateur 18 pourrait encore détecter, de manière réitérative, l'augmentation de la résistance qui se produit lorsque le stylet s'écarte et que les contacts 10 s'ouvrent de nouveau En effet, la valeur de seuil définie sur la ligne 20 suit la valeur de la résistance des contacts 10 lorsqu'ils se sont remis en place. Il a été découvert que lorsque le stylet se remet en place, fermant les contacts 10, la résistance à travers les contacts ayant repris leur place peut parfois ne pas adopter immédiatement une valeur stable, mais peut décroître progressivement pendant un certain temps après que le stylet et les contacts se soient mécaniquement remis en place Par conséquent la figure 1 montre un circuit optionnel 30 que l'on peut inclure si nécessaire pour tenir compte de ce phénomène Le circuit 30 agit pour détecter une résistance décroissante de ce type une fois le stylet et les contacts remis en place, et lorsqu'une telle résistance décroissante est détectée, une sortie est produite sur une ligne 32 Cela est déclenché par un circuit OU 34, le signal de déclenchement étant émis sur la ligne de sortie 14, afin de produire le signal de déclenchement sur la ligne 28 pour le circuit échantillonneur-bloqueur 24 Ainsi, si la résistance des contacts remis en place décroît, le circuit échantillonneur-bloqueur 24 échantillonne de nouveau la tension sur la ligne 26, et produit une nouvelle valeur de seuil sur la ligne 20 Bien sûr, si le détecteur de résistance décroissante 30 est omis, il en va de même pour le circuit OU 34. Le détecteur de résistance décroissante 30 peut être un simple comparateur analogique, qui produit la sortie requise sur la ligne 32 chaque fois que la tension sur la ligne 26 diminue pour prendre une valeur inférieure d'une certaine quantité prédéterminée à celle présente sur la ligne 20. Par ailleurs, il peut comprendre un circuit numérique. Le circuit décrit ci-dessus a été testé comme suit. Généralement, on contrôle la durée de vie d'une sonde en la connectant à une interface, et en la déclenchant de manière réitérative en écartant le stylet et en lui permettant de retourner à sa place On a choisi une sonde qui avait présenté une défaillance lors des essais de durée de vie après 120 000 déclenchements et lorsqu'elle avait été connectée à une interface traditionnelle, la sortie de l'interface semblant indiquer alors que les contacts 10 n'avaient pas pu se remettre en place On a alors connecté la sonde choisie à une interface construite comme illustré en figure 1, et la sonde a alors fonctionné de manière satisfaisante On a poursuivi les essais de durée de vie pendant 500 000 autres déclenchements, pendant lesquels le fonctionnement de la sonde a encore été satisfaisant. La figure 2 illustre une modification Dans le circuit de la figure 1 un courant passe continuellement à travers les contacts 10 lorsque ceux-ci se sont remis en place, car la résistance 16 est connectée en permanence au câble d'alimentation +V Dans la figure 2, toutefois, la résistance 16 est connectée à la sortie d'un circuit de commande d'impulsion 36 Le circuit 36 produit un train d'impulsions présentant chacune une largeur inférieure à 1 p S, à des intervalles de plus de 5 jjs Ainsi, le courant passe dans les contacts 10 pendant moins d'un cinquième du temps. La tension établie à travers les contacts 10 pendant une impulsion individuelle est traitée par le comparateur 18 et par le circuit échantillonneur-bloqueur 24 ( non illustré en figure 2), via un circuit approprié formant filtre 38 Le circuit de la figure 1, particulièrement le circuit échantillonneur-bloqueur 24,devrait être synchronisé avec les impulsions, par exemple, en utilisant une sortie 40 du circuit de commande 36. La modification de la figure 2 est particulièrement utile dans le cas de sondes alimentées par batterie, telles que celles fréquemment utilisées sur les machine-outils. Etant donné que le courant passe à travers les contacts 10 pendant un temps total beaucoup plus court, la consommation de la batterie est réduite de manière significative Pour maximiser la réduction, il est souhaitable d'utiliser un oscillateur à faible puissance dans le circuit de commande d'impulsions 36, et pour minimiser les pertes dues aux capacités dans la sonde et dans tout câble de liaison La durée de vie des contacts 10 peut également être augmentée, car l'énergie totale passant à travers ces derniers est plus faible. La figure 3 illustre un autre circuit d'interface , connecté aux contacts 10 de la sonde 11 De même que dans le circuit de la figure 1, le circuit 50 comprend un comparateur 18 qui fournit un signal de déclenchement lorsque la tension à travers les contacts 10 de la sonde augmente, lorsque le stylet 13 entre en contact avec une pièce mécanique et que les contacts commencent à s'ouvrir Le circuit 50 comprend également le circuit 22 généralement traditionnel prévu pour traiter le signal de déclenchement Toutefois, le circuit 50 diffère en ce qui concerne la manière dont est défini le seuil de déclenchement. Si l'on se réfère à la figure 3, les entrées positive et négative du comparateur 18 sont respectivement connectées par l'intermédiaire des résistances R 2, R 5 aux points 54 et 56 dans un diviseur de tension Le diviseur s'étend entre un cable d'alimentation de + 12 Volts et la terre, et se compose de résistances Rl, R 4 et de la résistance des contacts 10 Ainsi, la tension au point 54 est toujours supérieure de quelques volts à la tension au point 56, lorsque les contacts 10 sont fermés, même si les contacts 10 présentent une certaine résistance et ne forment pas un court-circuit complet Un condensateur Cl est connecté entre l'entrée positive du comparateur 18 et la terre, et lorsque les contacts 10 sont fermés ce condensateur est chargé à la tension du point 54 via la résistance R 2. Lorsque le stylet 13 entre en contact avec une pièce mécanique et que les contacts 10 commencent à s'ouvrir, la tension au point 56 commence immédiatement à monter, et cela est directement transmis à l'entrée négative du comparateur 18 via la résistance R 5 Toutefois, l'entrée positive du comparateur ne peut pas augmenter immédiatement, en raison de la charge sur le condensateur Cl, et par conséquent l'entrée négative s'élève rapidement pour atteindre une tension supérieure à l'entrée positive, ce qui provoque la génération du signal de sortie de déclenchement et la transmission de ce dernier au circuit de traitement 22 On peut ainsi voir que le seuil est défini par la tension sur le calculateur Cl, dérivée du point 54. Une fois le signal de déclenchement généré, bien sûr, la tension sur le condensateur Cl ( et ainsi sur l'entrée positive du comparateur) va augmenter Toutefois, elle ne peut pas augmenter au- delà d'une certaine valeur car l'entrée positive du comparateur est également connectée à un câble d'alimentation de + 5 volts via une diode Dl et une résistance R 3 Avant la génération du signal de déclenchement, la diode Dl a subi une polarisation inverse, et par conséquent, la résistance R 3 n'exerçait plus d'effet, mais maintenant elle agit pour bloquer la tension de l'entrée positive du comparateur et l'empêcher d'augmenter au-delà de 8 Volts environ (définie par les résistances Rl, R 2 et R 3) L'objet de ce bloquage est d'empêcher l'entrée positive du comparateur d'augmenter et d'atteindre une tension supérieure à l'entrée négative pendant la période durant laquelle les contacts 10 de la sonde ne sont plus en place, de sorte que la sortie du comparateur reste en état de déclenchement. Lorsque le stylet 13 de la sonde retourne à sa place, et que les contacts 10 se referment, les tensions aux points 54 et 56 baissent de nouveau, et la sortie du comparateur 18 retourne à un état de non déclenchement La tension à travers le condenseur Cl prend de nouveau la valeur relevée au point 54 Si la résistance à travers les contacts 10, lorsque ceux-ci sont fermés, est différente de la résistance précédente, les tensions aux points 54 et 56 changeront en conséquence, et la tension de seuil définie sur le il condensateur Cl changera également En outre, au cas o la résistance à travers les contacts diminuerait progressivement une fois le stylet et les contacts de nouveau en place, le seuil défini par le condensateur Cl diminuerait également progressivement. Ainsi, comme dans le mode de réalisation précédent, le seuil est variable, et correspond toujours à une résistance légèrement supérieure à la résistance des contacts 10 lorsque ceux-ci sont fermés En cas de changement de la résistance des contacts 10 lorsque ceux-ci sont fermés, l'augmentation soudaine de la résistance lors de l'ouverture des contacts pourra cependant être détectée, ce qui ne serait pas possible avec le seuil fixe des circuits d'interface de l'art antérieur. REVENDICATIONS 1 Circuit de conditionnement de signaux pour une sonde de déclenchement ( 11) pour un appareil de détermination de position, la sonde ayant des contacts électriques ( 10), le circuit comprenant des moyens ( 18) pour contrôler la résistance à travers les contacts ( 10) et pour générer un signal de déclenchement lorsque la résistance franchit un certain seuil lors de l'actionnement des contacts, caractérisé en ce que ledit seuil est variable. 2 Circuit selon la revendication 1, comprenant un moyen ( 24; Rl, R 4, Cl) prévu pour définir ledit seuil en fonction de la résistance desdits contacts ( 10) lorsque ces derniers sont fermés. 3 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen prévu pour définir le seuil comprend un diviseur de tension (Rl, R 4) connecté auxdits contacts ( 10). 4 Circuit selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen prévu pour définir le seuil comprend un condensateur (Cl) pour maintenir une tension correspondant au seuil. 5 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen prévu pour définir le seuil comprend un circuit échantillonneur-bloqueur ( 24). 6 Circuit selon la revendication 2 ou la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen ( 24) prévu pour définir ledit seuil est déclenché par la fermeture desdits contacts ( 10). 7 Circuit selon la revendication 2, 5 ou 6, comprenant des moyens ( 30) pour détecter le moment o la résistance desdits contacts ( 10) diminue après la fermeture de ces derniers, et pour remettre à zéro ledit seuil en conséquence. 8 Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen ( 36) pour laisser passer le courant à travers lesdits contacts ( 10) pendant une partie du temps seulement. 9 Sonde de déclenchement pour appareil de détermination de position ayant des contacts électriques ( 10), et un circuit de conditionnement de signaux ( 12) selon l'une quelconque des revendications précédentes connecté auxdits contacts.