Brevet FR2697954A1 — publié le 19940513

Appareil didactique destiné à l'étude du fonctionnement d'un codeur incrémental. L'invention concerne un appareil destiné à faciliter la compréhension du fonctionnement des composants utilisés pour le repérage de position et le pilotage des éléments utilisés dans les ensembles automatisés et robotisés. Ces composants, connus sous le nom de codeurs incrémentaux, sont employés couramment dans la plupart des mécanismes robotisés; la parfaite compréhension de leur mode de fonctionnement et de leur logique est donc un préalable indispensable à la conception, la maintenance et l'amélioration des robots et automates. II importe de souligner pourquoi la parfaite compréhension du mode de fonctionnement des codeurs est un préalable indispensable à l'étude de la robotique et de l'automatisme. En effet, la puissance des systèmes de traitement et la croissance de la productivité dans les domaines de la production industrielle appellent un besoin d'information continue sur le déplacement, la position, et la vitesse de rotation des éléments et outils soumis à une action mécanisée. Les systèmes de détection conventionnels (interrupteurs et détecteurs de position) ne peuvent fournir que des informations tout ou rien à des endroits prédéterminés et ne répondent donc que très imparfaitement aux besoins d'informations.Dans le cas d'un codeur, le positionnement du mobile est entièrement maîtrisé par les systèmes de traitement et non plus constaté physiquement par l'état d'un contacteur de position placé sur la machine. On rappellera qu'un codeur est un capteur de position angulaire, dont l'axe est lié mécaniquement à un arbre qui l'entraîne et fait tourner un disque qui lui est solidaire. Ce disque comporte une succession de parties opaques et transparentes; une lumière émise par des diodes électro-luminescentes traverse les parties transparentes, généralement composées par des fentes du disque et crée sur des photos-diodes réceptrices un signal analogique. On comprend que ce signal est présent lorsqu'une partie transparente du disque se trouve entre la source et le récepteur, et qu'il est absent à chaque fois que la propagation de la lumière est empêchée par la présence d'une partie opaque de ce même disque.Le disque étant en rotation, on aboutit à un signal qui est électroniquement amplifié puis converti en un signal carré, lequel signal est transmis à un système de traitement. Dans un mode de réalisation particulièrement performant, les codeurs comportent deux pistes lumineuses, décalées l'une par rapport à l'autre d'une distance angulaire égale à celle séparant deux fentes consécutives sur le disque; les signaux traversant ces deux fentes consécutives sont ius par deux cellules réceptrices distinctes et traités séparément, ce qui permet de déterminer le sens de rotation du disque. Par ailleurs, on a fréquemment recours à une troisième piste, correspondant à une seule fente par tour, ce qui permet de fournir une information de type "Top Zéro" et de recaler le comptage des pistes incrémentales, ce comptage étant obligatoirement un multiple entier du nombre de fentes pratiquées sur ces pistes, au moment où un signal "Top-zéro" est émis. L'invention concerne également la simulation du fonctionnement d'un codeur incrémental et propose de rendre les opérations unitaires effectuées par cet appareil directement perceptibles et compréhensibles par les élèves, les étudiants ou les professionnels utilisant un appareil selon l'invention. Pour l'instant, la seule solution offerte aux personnes souhaitant étudier le fonctionnement d'un codeur incrémental consiste à observer le comportement du dit codeur, mais les phénomènes se succèdent à une vitesse trop rapide pour être perceptibles par un observateur, aussi attentif soit-il. On peut également lire la littérature disponible sur ce sujet, mais dans ce cas on reste sur une approche théorique des phénomènes et il n'est pas certain que l'on aboutisse à une perception réellement utilisable des phénomènes que l'on souhaite observer. Le caractère imparfait et insatisfaisant des outils permettant de comprendre et de maîtriser le mode de fonctionnement des codeurs est donc particulièrement apparent. Par ailleurs, on constate que les codeurs actuellement utilisés ne fournissent pas une information totalement fiable. La vitesse de rotation du disque est en effet telle qu'il peut survenir un défaut de lecture (le signal correspondant au passage devant une ou plusieurs fentes peut ne pas être émis). De plus, la transmission mécanique du déplacement de l'objet surveillé ou piloté par le codeur à l'axe du dit codeur peut être la cause d'imprécisions; c'est notamment le cas des légères variations induites par le jeu dans les engrenages. Et c'est justement la compréhension des causes et des effets de ces imprécisions qui est indispensable à une parfaite appréhension des phénomènes régissant le fonctionnement et l'utilisation des compteurs incrémentaux. L'invention propose de réaliser des appareils à vocation didactique, particulièrement simples à réaliser industriellement qui pallient à l'ensemble des inconvénients exposés ci-dessus. A cet effet, I'invention propose de réaliser des appareils électroniques contenus dans des boîtiers adaptés qui permettent d'une part d'observer le fonctionnement d'au moins un compteur incrémental et d'autre part de simuler manuellement le fonctionnement d'un tel compteur. Un objectif principal de l'invention est de proposer un outil pédagogique complet et facilement utilisable, démontrant d'une façon particulièrement claire et accessible l'ensemble des aspects du fonctionnement d'un codeur. Un objectif complémentaire de l'invention et de proposer un appareil qui permette le traitement simultané et en temps réel, sur une seule et même carte électronique spécifique, des signaux issus d'une part du codeur incrémental et d'autre part du codeur simulé. Un objectif essentiel de l'invention est de permettre le traitement et la visualisation, sur un micro-ordinateur de type IBM PC (Marque déposée de International Business Machine) ou similaire des informations émises par le codeur réel et par le codeur simulé, ainsi que la comparaison par l'utilisateur des informations issues de l'un et l'autre de ces deux éléments. L'ensemble de ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'un dispositif intégré dans un boîtier et comportant au moins un axe principal comportant les moyens d'être mis en rotation et un codeur incrémental solidaire de cet axe, ainsi qu'un deuxième codeur, simulé au moyen d'un générateur d'impulsions piloté par l'opérateur. Les signaux émis par chacun des deux codeurs placés sur le boîtier sont traités par une seule carte spécifique intégrée dans le dit boîtier. Ils sont ensuite transmis à un micro-ordinateur, disposant d'un logiciel spécifique, ce qui permet d'afficher de façon claire et compréhensible, I'ensemble des phénomènes consécutifs au fonctionnement du codeur et/ou aux interventions de l'opérateur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à simple titre indicatif, et des dessins annexés dans lesquels: La FIGURE 1 représente une vue éclatée d'un appareil selon l'invention La FIGURE 2 représente le tableau synoptique d'un appareil selon l'invention. On constate que les composants d'un appareil selon l'invention sont contenus dans un boîtier sur la façade ou tableau de bord (1) duquel les différentes commandes sont accessibles. Le boîtier contient au moins un axe de codage classique constitué par un axe principal (2) muni des moyens d'être entraîné en rotation. Ces moyens d'entraîner l'axe principal (2) en rotation seront préférentiellement constitués par un bouton moleté (3) et par un petit moteur électrique (6); ils permettront de faire tourner l'axe (2) dans les deux sens, I'inversion de sens de rotation du moteur (6) étant obtenue par l'action sur un commutateur inverseur (4). On pourra également faire varier la vitesse de rotation du moteur (6) par exemple en agissant sur un potentiomètre (5) auquel ce moteur sera connecté.Dans tous les cas, I'axe principal (2) sera relié à un codeur incrémental comportant au moins un disque (7) muni d'une pluralité d'orifices ou de zones transparentes (8). Un dispositif d'émission de lumière à travers les dits orifices (8) permet d'éxiter des cellules réceptrices (9, 10) à chaque passage de l'une des fentes devant le faisceau lumineux. Les signaux reçus par les cellules seront transmis sur une carte électronique (11) intégrée dans le boîtier, et, plus précisément, à l'étage différentiel voie UN (15) de cette carte. L'appareil selon l'invention comprendra également un codeur simulé constitué par deux générateurs manuels d'impulsions. Ces générateurs manuels d'impulsions pourront être par exemple deux boutons poussoirs (13, 14) comme représentés sur la Figure 1. Les signaux émis par l'action sur l'un ou l'autre de ces générateurs seront également transmis à la carte électronique (11) et plus précisément à l'étage différentiel voie DEUX (16) de cette carte. Après décodage dans les étages différentiels voies UN et DEUX, les signaux émis par le codeur incrémental (7, 8, 9, 10) d'une part et par le codeur simulé (13, 14) d'autre part sont dirigés vers une unité de de comptage (17) également placée sur la carte électronique (11). En conséquence, la carte électronique principale (11) comportera au moins un étage différentiel voie UN (15) et un étage différentiel voie DEUX (16) ainsi qu'une unité de comptage (17); les signaux émis par le compteur et par le simulateur seront respectivement dirigés vers l'étage différentiel correspondant, tandis que les informations issues de la carte de comptage (17) seront transmises à un micro-ordinateur par une liaison filaire (12). Ce micro-ordinateur disposant d'un logiciel spécifique permet d'afficher dans des tableaux juxtaposés, sur écran comme sur imprimante, les événements instantannés survenant lors du fonctionnement du codeur incrémental ainsi que du codeur simulé; il permet également d'afficher les cumuls de ces événements, selon différtentes modalités choisies par l'utilisateur. Bien entendu, la description ci-dessus est donnée à simple titre indicatif et l'on pourra choisir d'autres modes de réalisation du compteur incrémental et de son axe de rotation, ainsi que du compteur simulé, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS -1- Appareil didactique du type comportant un boîtier muni d'un tableau de bord (1), caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins un axe de codage classique le dit axe de codage classique étant constitué par un axe principal (2) muni des moyens (3, 6) d'être entraîné en rotation dans deux sens différents et d'un disque (7) solidaire en rotation du dit axe principal (2) et muni d'orifices ou de zones transparentes (8) à travers lesquels le passage ou le non-passage d'un faisceaux lumineux est détecté par une cellule (10). - et au moins un axe de codage simulé constitué par deux générateurs d'impulsions (13, 14) Les informations issues de l'axe de codage classique d'une part et de l'axe de codage simulé d'autre part étant transmises à une carte électronique (11) comportant une unité de comptage (17), et les informations issues de la dite carte étant transmises par une liaison filaire (12) à un micro-ordinateur. -2- Appareil selon revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise en rotation de l'axe de principal (2) sont constitués par un bouton moleté (3). -3- Appareil selon revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise en rotation de l'axe principal (2) sont constitués par un moteur électrique (6). -4- Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le sens de rotation du moteur électrique peut être inversé par action sur un commutateur (4) et en ce que la vitesse de rotation du dit moteur (6) peut être modifiée au moyen de l'action sur un potentiomètre (5). -5- Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que les générateurs d'impulsions sont constitués par des boutons poussoirs (13, 14). -6- Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que la carte électronique (11) comporte au moins deux étages différentiels (15, 16) et une unité de comptage (17).