Brevet FR2696849A1 — publié le 19940415

La présente invention concerne un module d'entraînement et de guidage linéaire permettant de piloter un chariot le long d'un axe rectiligne, et plus spécifiquement un système de mesure de la position précise du chariot, système intégré audit module linéaire. Ce module est essentiellement constitué d'une poutre porteuse basée sur un profilé longitudinal d'allure globalement prismatique, muni d'un moyen de guidage axial permettant le coulissement rectiligne d'un chariot selon le seul degré de liberté qui lui est autorisé. A cet effet, le module comprend un moyen d'entraînement connecté à un organe moteur disposé à l'une des extrémités de la poutre. Le profilé est bien entendu adapté aux types de guidages et d'entraînements choisis, parmi lesquels on peut citer: - le guidage par galets et entraînement par courroie crantée, - le guidage par recirculation de billes et entraînement par courroie crantée, et - le guidage par recirculation de billes et entraînement par vis à billes. Le chariot mobile en translation peut être mécaniquement relié à divers organes selon le fonctionnement souhaité etlou le domaine technique considéré. Parmi les usages les plus répandus, on peut mentionner les plates-formes coulissantes, par exemple porte-outils sur une machine-outil ; les portiques mobiles et ponts roulants; les glissières de portes coulissantes, et plus généralement tous les dispositifs automatisés industriels basés sur des mouvements rectilignes d'organes mécaniques sur deux ou trois axes. Dans certains des exemples cités, et plus particulièrement dans le domaine des dispositifs d'outillages automatisés, il est bien évident qu'une grande précision est requise pour le positionnement du ou des chariots et de ce qu'ils supportent. D'où la nécessité d'implanter un système sophistiqué de mesure pour que l'unité de traitement des données soit renseignée à chaque instant très précisément, afin d'envoyer le cas échéant des informations en retour tenant compte des mesures de position effectuées auparavant. L'exigence majeure d'un tel système est bien entendu la précision. On conçoit aisément qu'une table de machine-outil automatisée destinée à produire des pièces usinées avec des tolérances très fines ne peut être guidée par un système approximatif. Dans le cadre de la présente invention, la seconde exigence principale est l'intégration. Les modules doivent être livrés prêts à l'emploi, autorisant une installation la plus simple possible. En d'autres termes, un module doit comporter tout ce qui est nécessaire à son fonctionnement classique, un système de mesures de précision et, bien entendu, sur l'une de ses faces extérieures, un moyen accessible d'obtenir les informations résultant du système de mesure afin de les envoyer à un système de commande. A ce jour, un tel module complet doté d'un système de mesure performant intégré n'existe pas. On trouve bien des systèmes de mesure basés sur des codeurs incrémentaux, mais cette solution s'avère douteuse quant à la précision des mesures. En dehors de cela, la seule possibilité actuellement offerte à l'utilisateur est de rapporter un dispositif de mesure à l'extérieur du module. Il existe ainsi par exemple des systèmes optiques couplables aux modules mécaniques disponibles sur le marché. Bien qu'elle soit économiquement moins intéressante et qu'elle nécessite des opérations de montage supplémentaires, cette solution peut être considérée comme techniquement satisfaisante. Mais elle ne répond pas de manière adéquate aux demandes du marché, qui penche actuellement plutôt vers l'intégration. Cette tendance s'explique aisément dans la mesure où elle permet une simplification importante de l'utilisation de modules linéaires, et favorise par conséquent l'élargissement du marché. Cela est encore renforcé par la baisse des coûts totaux pour l'utilisateur qui s'équipe. L'intégration n'a cependant pas vu le jour du fait de problèmes techniques non maîtrisés. En effet, le problème posé était simple : d'une part, les systèmes intégrables à la poutre dans ses dimensions habituelles manquaient de précision et, d'autre part, les dispositifs sophistiqués étaient trop volumineux pour être intégrés. Ainsi en allait-il par exemple pour les systèmes traditonnels de mesure optique, qui répondent par ailleurs à l'exigence de précision, mais dont l'encombrement est incompatible avec le volume interne d'un module de taille normale. Enfin, disposer un système à l'extérieur le rend plus vulnérable dans des ambiances difficiles, et donc plus sensible à d'éventuels dysfonctionnements. L'invention se propose par conséquent de remédier à ces problèmes, en fournissant un module totalement intégré, c'est-à-dire incluant dans la poutre porteuse un système de mesure complet et précis de la position du chariot à tout instant, avec un ou plusieurs capteurs sur le chariot et un organe support des informations de mesure solidaire de la poutre. Il s'agit d'un nouveau module compact et prêt à l'emploi. Selon une première solution possible, cet objectif est réalisé à l'aide d'un système électromagnétique basé sur une règle aimantée fixée sur l'une des faces longitudinales internes du profilé, parallèlement à l'axe de déplacement du chariot, laquelle fait face à au moins un capteur placé sur le chariot, dont la surface utile captante est placée en regard de la règle. Selon une deuxième configuration, l'invention comporte un système de mesure optique basé sur une règle gravée de graduations et éclairée par une ou plusieurs sources lumineuses. Deux solutions sont alors techniquement possibles. Dans le premier cas, qui présente une grande analogie avec la configuration magnétique, la règle est en matériau opaque, par exemple en acier, et gravée de repères dorés. Ces traits dorés réfléchissent lelles faisceaux lumineux émis par au moins une diode vers un ou plusieurs capteurs solidaires du chariot mobile. Cette règle est également fixée au profilé, en regard des capteurs, et parallèlement à l'axe de déplacement du chariot. La différence avec la solution magnétique est qutà la place du capteur, il est maintenant nécessaire de placer un ensemble émetteur/récepteur, à savoir un ensemble diode(s) / capteur(s). Le rayonnement lumineux incident n'a pas d'équivalent dans le système magnétique, bien que le mode de mesurage soit identique. En effet, il s'agit dans tous les cas d'un comptage d'impulsions émises par les capteurs lorsqu'ils détectent des informations émanant des règles au passage du chariot. Dans le cas du système optique, chaque trait doré gravé sur la règle renvoit le rayon incident émis par la ou les diodes en un rayon réfléchi détecté par telles capteur(s), puis comptabilisé par des moyens électroniques situés en aval. Pour le système magnétique, des zones polarisées différemment font office de repères Chaque changement de polarisation est détecté par le capteur en mouvement de translation le long de la règle aimantée, puis compté de la même manière que précédemment. La seconde solution optique est légèrement différente : il s'agit d'une règle transparente ou au moins translucide, de manière à permettre le franchissement du rayon lumineux, et non plus sa réflection. Les capteurs fixés au chariot défilent toutefois de la même façon qu'avant le long de la règle. Les solutions optiques sont plus onéreuses que la solution magnétique, mais elles sont plus précises. Ces systèmes de mesure sont au surplus reliés à un connecteur de type parallèle placé sur le chariot mobile. De la sorte, le module est aisément connectable à tout type de système de traitement de l'information doté d'un port d'entréelsortie parallèle, comme par exemple une unité centrale de micro-ordinateur ou un poste de commande de machine-outil à commande numérique. L'avantage d'une telle configuration réside essentiellement dans la facilité de montage procurée à l'utilisateur, qui voit s'élargir le champ des utilisations possibles d'un tel module, précisément du fait de la commodité accrue offerte. Les modules ainsi équipés sont universels, moins onéreux que la juxtaposition d'un module simple et d'un système de mesure, ne serait-ce qu'à cause de la plus grande complexité de montage, et adaptables aux environnements les plus divers. On va maintenant décrire l'invention plus en détail, en se référant aux figures annexées, pour lesquelles: - La figure 1 montre une vue longitudinale d'un module complet partiellement en coupe, faisant apparaître un chariot doté d'un capteur, et - la figure 2 représente une vue transversale, également partiellement en coupe, mettant en évidence une position possible de la règle, fonction de la position relative du capteur. Ces deux figures concernent tout aussi bien la solution magnétique que la solution optique à règle opaque. Elles ont trait à un module de type à courroie d'entraînement et guidage sur deux rails parallèles avec douilles à billes. Il va sans dire que le système de mesure est adaptable aux autres modules, dont font partie ceux qui ont été évoqués auparavant. La figure 1 représente la totalité du module (A), avec un chariot coulissant (B). Le module d'entraînement et de guidage linéaire n'étant pas l'objet de l'invention, on ne s'attardera pas à le décrire en détail. Néanmoins, pour fixer les idées, on va rapidement passer en revue les divers éléments constituant l'ensemble. L'entraînement du chariot (B) se fait par une courroie (1) tournant sur ses poulies d'extrémités (2) dont l'une n'est pas représentée car on a figuré le capot (3) fermé à cet endroit. L'organe moteur (non représenté) est relié à l'arbre d'une des poulies d'extrémité et imprime ainsi son mouvement à la courroie (1), et par conséquent au chariot (B). Le guidage est réalisé par deux rails supports d'arbres (4) parallèles sur lesquels viennent coulisser des douilles à billes correspondantes (5), solidaires du chariot (B). Le chariot (B) est donc prévu pour se déplacer d'une extrémité à l'autre du module linéaire (A) lorsque l'organe moteur est actionné. Sa position est mesurée à l'aide d'un capteur (6) placé approximativement au centre du chariot sur la figure 1, et positionné horizontalement. Comme on a déjà eu l'occasion de le souligner, cette position résulte d'un choix du constructeur, mais elle n'est absolument pas nécessaire d'un point de vue fonctionnel. On aurait très bien pu imaginer de relever le capteur (6) afin qu'il ait une allure plutôt verticale, ou même de le placer à une toute autre position sur le chariot, pourvu qu'il ait sa surface captante en regard de la surface magnétique de la règle et perpendiculairement à celle-ci. Dans l'une des configurations optiques, c'est-à-dire celle qui comporte une règle opaque gravée de mesures dorées, l'ensemble (6) peut comprendre le système émetteur / récepteur, à savoir à la fois elles capteur(s) et landes diode(s). Dans la suite, lorsqu'on parlera du capteur (6), il faudra entendre le système diode(s) capteur(s) pour ladite configuration optique. La règle n'est pas représentée en figure 1, puisqu'elle se situe devant le capteur (6) dans une telle vue. Elle apparaît en figure 2 qui montre de manière plus précise l'agencement relatif des divers éléments composant le module linéaire "intelligent" de l'invention. Cette vue montre très clairement le profil de la poutrelle support (9), bien entendu toujours dans le strict cadre du module à double rail (4) support d'arbre avec entraînement par courroie (1). Les rainures en T périphériques sont prévues pour faciliter la fixation. Elle fait également particulièrement nettement apparaître l'agencement relatif du capteur (6), intégré au chariot mobile (B) et de la règle aimantée (7), placée dans une rainure (8) pratiquée dans la poutre support (9). Il y a plusieurs moyens de solidariser la règle (7) au bâti. Selon une configuration possible, elle est collée dans sa rainure (8). Plus précisément, on dispose actuellement de rubans adhésifs double-faces suffisamment performants pour assurer une bonne fixation, d'autant plus qu'il n'y a pas de contraintes mécaniques particulières à redouter en l'occurrence. On peut d'ailleurs remarquer que l'intégration du système de mesure à l'intérieur de la poutre (9) support constitue un facteur d'amélioration de la fiabilité dudit système. En environnement difficile, il bénéficie d'une protection excellente, notamment du fait des mesures d'étanchéification nécessaires aux autres organes mécaniques du module. La règle (7) court bien entendu sur toute la longueur utile de déplacement du capteur (6) fixé au chariot mobile (B). Un autre avantage d'un tel système réside dans la simplicité du principe. La règle aimantée n'a par exemple pas de caractéristiques particulières, pas de repères visuels ou autres : rien qui puisse introduire une erreur après usure ou dans des conditions de fonctionnement difficiles. Dans tous les cas, il n'y a pas de contact, donc pas d'usure possible, même dans une ambiance extrême. Au surplus, les jeux mécaniques ne faussent pas la mesure, qui ne prend en compte que le déplacement réel. Enfin, le chariot (B) comprend un connecteur (10) de type parallèle pour assurer tous les échanges d'informations entre l'unité de commande et le chariot, qui peut ici être considéré comme un simple périphérique, de même que le servo-moteur du module (A), également piloté par l'unité centrale. On a également représenté le connecteur mâle standard destiné à s'enficher dans le connecteur (10) résident. Lorsque le module linéaire est livré à un utilisateur, il n'y a plus qu'à le connecter à l'unité centrale dotée du logiciel de commande. L'examen de la figure 2 montre à quel point les possibilités offertes au concepteur pour le montage de ce système magnétique de mesure sont nombreuses. Il y a notamment une certaine symétrie transversale, aussi bien pour le chariot (B) que pour le profilé (9) de la poutre (A), qui permet de changer la règle de côté, si l'on renverse d'une manière correspondante le capteur (6). Comme on l'a vu, les positionnements possibles du capteur dans le volume du chariot (B) sont également multiples. Bref, les possibilités sont nombreuses, étant entendu que toute modification d'un des composants du système de mesure peut entraîner celle de l'autre. On notera également qu'il peut y avoir plusieurs capteurs au lieu d'un seul comme cela est représenté dans cet exemple. En tout état de cause, la configuration décrite précédemment ne peut être considérée comme limitative de l'invention, dont elle n'est qu'un exemple de réalisation. Au contraire, l'invention englobe toute variante de forme ou d'application dans des directions suggérées auparavant. REVENDICATIONS 1. Module d'entraînement et de guidage linéaire (A) constitué d'une poutre porteuse profilée (9) longitudinale d'allure globalement prismatique munie d'un moyen de guidage axial permettant le coulissement rectiligne d'un chariot (B) entrainé via un moyen d'entraînement (1) par un organe moteur placé à proximité d'une des extrémités dudit module (A), de sorte que le chariot (B) peut se déplacer en translation d'un bout à l'autre du module, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'intérieur de la poutre porteuse profilée (9), un système de mesure de la position du chariot (B) comprenant, d'une part, au moins un capteur (6) placé sur le chariot (B) et, d'autre part, un organe support des informations de mesure (7) solidarisé au profilé (9) sur l'une de ses faces longitudinales internes, et permettant la lecture de la position du chariot. 2. Module d'entraînement et de guidage linéaire (A) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe support des informations de mesure permettant la lecture de la position est une règle (7) qui court tout au long de la longueur de déplacement utile des capteurs (6), parallèlement à l'axe de déplacement du chariot (B), capteurs (6) dont la surface efficace captante est positionnée en regard de ladite règle (7). 3. Module d'entraînement et de guidage linéaire (A) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs (6) sont reliés à un connecteur (10) de type parallèle accessible de l'extérieur du module (A). 4. Module d'entraînement et de guidage linéaire (A) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est connectable à toute unité centrale de commande de l'organe moteur du module (A) par le biais du connecteur (10) intégré. 5. Module d'entraînement et de guidage linéaire (A) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de mesure intégré est de type électromagnétique, avec un support des informations de mesure magnétique. 6. Module d'entraînement et de guidage linéaire (A) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit support est une règle aimantée (7). 7. Module d'entraînement et de guidage linéaire (A) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de mesure intégré est de type optique, avec un support des informations de mesure transmettant etlou réfléchissant un rayon lumineux. 8. Module d'entraînement et de guidage linéaire (A) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support des informations de mesure est une règle (7) opaque et gravée de traits dorés réfléchissant la lumière émise par au moins une diode fixée au chariot (B), le rayon réfléchi étant capté par telles capteur(s) (6) dudit chariot (B). 9. Module d'entraînement et de guidage linéaire (A) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la règle (7) est gravée et laisse traverser telles rayon(s) lumineu(x) issu(s) de la Ides diode(s).