Brevet FR2722352A1 — publié le 19960112

La présente invention concerne un codeur numérique de position angulaire destiné à être associé par exemple à un arbre pour en évaluer la rotation et l'application d'un tel codeur à un véhicule notamment automobile terrestre. Dans de nombreux secteurs techniques, il est nécessaire d'évaluer la rotation d'un arbre ou similaire. Tel est le cas, par exemple, de l'industrie automobile pour laquelle on souhaite connaître la position ou l'évolution de la position d'un organe tournant ou basculant à bord d'un véhicule tel un volant ou une colonne de direction, un dossier de siège, des bras de suspension de roues. Il est toutefois clair qu'une telle application n'est pas limitative. Quel que soit le type d'asservissement de position, le constituant essentiel dont la qualité de l'asservissement dépend toujours, est le capteur de recopie de position. Sans parler des dispositifs très particuliers "self-syn", on utilise habituellement pour capteur un composant tel un potentiomètre analogique. Si le poten- tiomètre offre des avantages notoires en ce qui concerne la précision de la résolution et le fait qu'il délivre un signal aussitôt qu'il est électriquement alimenté, il présente aussi des inconvénients majeurs liés aux frotte- ments mécaniques du curseur qui en abrègent la longévité tout spécialement lorsqu'un tel potentiomètre opère au voisinage d'une même position. En effet, dans ce cas notamment la piste se creuse ou les spires du bobinage se coupent par usure localisée. Une autre technique, au lieu d'être analogi- que, est du type digital et fait appel à des codeurs qui délivrent des signaux séquentiels sous forme d'impulsions qui sont ensuite dénombrées et traitées par des calcula- teurs. Si les signaux sont créés à l'aide d'un potentio- mètre, il faut insérer un convertisseur Analogique/Digi- tal. Le but de l'invention est de produire un codeur numérique de position angulaire qui délivre des groupes d'impulsions ou bits par exemple huit, qui forment un "mot" et sont directement assimilables par des calculateurs tels des microprocesseurs et qui sont produits optiquement pour les soustraire aux perturba- tions dues à l'usure ou aux parasites électromagnétiques. L'invention a pour objet un codeur numérique de position angulaire destiné à être associé à un arbre ou similaire pour en évaluer la rotation. Ce codeur est remarquable en ce qu'il comprend un boîtier avec une paroi latérale, avec une embouchure et avec un fond et apte à porter au moins un palier pour recevoir l'arbre et définissant son axe de rotation, un support notamment avec une source lumineuse unique apte à émettre un faisceau lumineux principal et au moins un photorécepteur qui sont disposés radialement relativement à cet axe de rotation, un flasque avec un capteur aligné axialement avec cette source lumineuse pour en recevoir directement le faisceau lumineux principal, avec un diviseur optique pour recevoir le faisceau lumineux principal recueilli par le capteur et le diviser en pinceaux lumineux secondaires dont le nombre est égal à celui des photoré- cepteurs et donc chacun d'eux est apte à irradier un photorécepteur particulier correspondant, et un codeur optique digital placé entre ces support et flasque de manière à être interposé entre photorécepteurs et diviseur optique pour intercepter et moduler les flux lumineux des pinceaux secondaires et de manière à être porté par ce palier et à être apte à être calé en rotation sur l'arbre pour être entraîné par celui-ci. L'invention a aussi pour objet l'application d'un codeur du type précédent à un véhicule notamment automobile terrestre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivent, ainsi que de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple o: - la Figure 1 est une vue perspective schématique éclatée d'un mode de réalisation d'un codeur selon l'invention; - les Figures 2 et 3 sont des coupes axiales schématiques selon deux méridiens pratiquement perpendi- culaires, du mode de réalisation de la Figure 1 du codeur assemblé; - la Figure 4 est une vue de détail partiel- le, à échelle plus grande, d'un constituant du mode de réalisation du codeur de la Figure 1; et - les Figures 5A et 5B sont des vues recto- verso d'un autre constituant du mode de réalisation du codeur de la Figure 1. Les codeurs numériques de position angulaire, et en particulier ceux utilisés habituellement à bord des véhicules automobiles terrestres étant bien connus dans la technique, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui concerne directement ou indirectement l'invention. Pour le surplus, l'Homme du Métier du secteur technique consi- déré puisera dans les solutions classiques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, on utilise toujours un même numéro de référence pour identifier un élément homologue, quel que soit le mode de réalisation ou sa variante d'exécution. Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement chacun des constituants d'un codeur numérique de position angulaire selon l'invention, avant d'en exposer la fabrication au besoin, le montage et le fonctionnement. Un codeur numérique de position angulaire selon l'invention comprend, essentiellement, un boîtier , un support 20, un flasque 30 et un codeur optique proprement dit 40. Un tel codeur comprend aussi des moyens de fixation 50 et un connecteur 60. Le boîtier 10 est délimité par une paroi latérale 101, une embouchure 102 et un fond 103 ouvert ou fermé et est apte à porter au moins un palier 11 par exemple par l'entremise de ce fond, pour recevoir un arbre A afin d'en évaluer la rotation. Ce palier définit un axe de rotation A pour cet arbre. Comme on le voit, de préférence le boîtier présente une cloison 1010 intérieure annulaire périphérique, qui est transpercé d'un logement 1011 axial pour les raisons qui apparaî- tront par la suite. Le support 20 reçoit notamment une source lumineuse 21 unique telle que, par exemple, une ampoule miniature à incandescence ou une diode électroluminescen- te, ainsi qu'au moins un photorécepteur 22 tel une photodiode, un phototransistor, une photorésistance ou similaire. Ces source et photorécepteurs sont disposés radialement relativement à l'axe de rotation A. Comme on peut l'observer dans le mode de réalisation illustré, on utilise par exemple huit photorécepteurs qui sont organisés en deux groupes de quatre symétriques par rapport à l'axe et situés sur un même diamètre qui est pratiquement perpendiculaire à celui sur lequel est placée la source lumineuse. Le support 20 reçoit aussi, de préférence, un circuit électronique 23 avec tous ses composants et o sont situés la source lumineuse et les photorécepteurs. Ce circuit électronique par exemple sous forme de circuit imprimé, comprend tout ce qui est nécessaire à l'alimentation de la source lumineuse, des photorécepteurs et le cas échéant au traitement des signaux émis par les photorécepteurs comme on le compren- dra par la suite. Ce support prend appui de préférence contre la cloison 1010. Le flasque 30 est équipé d'un capteur 31 aligné axialement avec la source lumineuse 21 pour en recevoir directement le flux du faisceau lumineux principal et un diviseur optique 32 pour recevoir le faisceau lumineux principal recueilli par le capteur et le diviser en pinceaux lumineux secondaires dont le nombre est égal à celui des photorécepteurs et dont chacun d'eux est apte à irradier un photorécepteur particulier correspondant. Le diviseur optique 32 est, par exemple, constitué de fibres 320 optiques qui sont toutes disposées d'un même côté du codeur optique 40 et dont l'un des bouts de chacune d'elles sont réunis ensemble pour former une entrée 321 unique servant de capteurs 31 proprement dit, et dont l'autre des bouts de chacune d'elles sont séparés les uns des autres pour former des sorties 322 multiples distinctes, placées en vis-à-vis chacune d'un photorécepteur 22 particulier correspondant. Le flasque 30 se présente par exemple à la manière d'une cuvette 301 avec un socle 3010 trans- percé d'un trou 3011 pour recevoir l'entrée unique commune 321 servant de capteur 31 et transpercé d'orifi- ces 3012 destinés à recevoir chacun une des sorties multiples distinctes 322. Ce flasque prend appui de préférence contre la cloison 1010. Les fibres optiques 320 sont par exemple maintenues en place à l'aide d'une résine 302 ou simi- laire par exemple synthétique, appropriée coulée dans la cuvette du flasque, dans laquelle elles sont noyées. Le codeur optique digital 40 est placé entre ces support 20 et flasque 30 de manière à être interposé entre photorécepteurs 22 et diviseur optique 32 pour intercepter et moduler les flux des pinceaux lumineux secondaires et de manière à être porté par le palier 11 et à être apte à être calé en rotation sur l'arbre A pour être entraîné par celui-ci. Le codeur 40 se présente de préférence à la manière d'un disque 400 logé dans le boîtier et dont une surface 401 porte des plages 402 réparties selon des cercles concentriques de rayons propres différents. Cette surface 401 et ces plages 402 présentent des densités optiques propres différentes l'une de l'autre. Par exemple, la surface 401 est opaque et les plages 402 sont transparentes. Comme on peut l'observer notamment sur la Figure 4, de préférence, la taille de deux plages successives situées sur un même cercle de rayon déterminé est égale à l'intervalle qui les sépare. On observera aussi que la fréquence de ces plages situées par exemple sur huit cercles concentriques de rayons différents, est telle qu'elle double lorsqu'on passe d'un cercle au cercle de rayon plus grand immédia- tement voisin. De préférence, le disque 400 est trans- percé d'un passage 403 central et est muni d'un détrom- peur ou analogue 404 tel un pied ou une encoche servant à son calage angulaire pour fixer une origine. Un manchon 41 est associé au disque pour servir de moyeu coopérant par exemple avec le palier et destiné à recevoir l'arbre sur lequel il est calé et immobilisé en rotation par toute technique appropriée classique par exemple claveta- ge, collage.... Ce manchon peut aussi être d'un seul tenant avec le disque et être venu de matière avec lui. Ce manchon sert de moyeu. Des moyens de fixation 50 servent à l'assem- blage les constituants du codeur numérique afin qu'ils forment une entité prête à être utilisée. Ces moyens de fixation 50 de tout type classique approprié sont par exemple des tiges filetées destinées à recevoir des écrous et des entretoises voire des nervures et languet- tes destinées à s'encastrer mutuellement par encliquetage élastique ou non,.... Un connecteur 60 par exemple à dix bornes tel que des broches et/ou des fiches assure les liaisons électriques. On utilise par exemple dix bornes parmi lesquelles deux d'entre elles servent à l'alimentation du circuit électronique et huit d'entre elles servent à acheminer les signaux émis par chacun des photorécep- teurs. Les boîtier, support et flasque sont faits en tout matériau classique traditionnel convenable pour l'application visée, qui est mis en forme selon des techniques appropriées. Ils sont faits par exemple à base de métal ou à base de résine synthétique. Le codeur optique proprement dit est fait par exemple d'un disque métallique dans lequel les plages sont découpées par électroérosion ou au laser ou bien d'une matière plasti- que telle que du méthacrylate sur lequel les plages sont obtenues par des techniques sérigraphiques ou photogra- phiques du type de celles utilisées par exemple pour fabriquer des circuits imprimés. Le codeur optique proprement dit peut aussi être fait en une matière plastique moulée par injection. Tous les constituants d'un codeur numérique de position angulaire selon l'invention sont réunis, assemblés et montés comme cela ressort clairement de l'examen des figures du dessin. On observera toutefois que sur la Figure 1, par commodité pour l'illustration, on a supposé que la source lumineuse mise en place dans son logement axial était reliée par un cordon au circuit électronique. Il est clair qu'en pratique la source lumineuse est de préférence montée directement sur le circuit électronique comme dessiné sur la Figure 5B. On comprend donc que lorsque le connecteur électrique est convenablement raccordé, la source lumineuse unique produit un faisceau principal dont le flux est recueilli directement par le capteur sans traversée du codeur optique puisque source et capteur sont situés à l'extérieur de celui-ci, comme décrit et illustré. Ce flux non modulé recueilli par le capteur est repris par le diviseur qui le partage en pinceaux secondaires dont le flux de chacun d'eux est modulé par la traversée du codeur optique avant d'irradier un photorécepteur particulier qui émet alors un signal propre sous forme de bit O ou 1 selon que ce flux d'un pinceau secondaire est arrêté par la surface ou transmis par une plage, par exemple. Afin de s'affranchir de tout problème de centrage très précis, on utilise des fibres optiques dont le diamètre est nettement inférieur à la taille de chacune des plages ou fenêtres. En utilisant par exemple des fibres de 0,25 mm et des plages de 0,6 x 0,8 mm, on peut accepter un "faux rond" important. A titre de composant électronique constituant les photorécepteurs, on utilise par exemple ceux qui figurent sous la référence HSE 100 sur le catalogue de la société HONEYWELL. En utilisant un disque d'une cinquantaine de millimètres de diamètre avec huit cercles et qui est apte à délivrer des signaux de position sur un tour avec des mots de 8 bits, on peut produire 512 états, c'est-à- dire une résolution angulaire de l'ordre de 0,7 . Un codeur selon l'invention a un encombrement en diamètre de l'ordre de 60 mm et une épaisseur de l'ordre de 18 mm et est apte à recevoir un arbre d'une douzaine de millimètres. On voit donc que grâce à l'invention, du fait qu'on utilise une source lumineuse unique dont on divise le faisceau à l'aide de fibres optiques par exemple, on n'utilise qu'une seule carte électronique qui reçoit tous les composants et qui peut être fabriquée automatiquement sur des machines classiques prévues à cet effet. Un codeur selon l'invention permet d'évaluer et/ou de mesurer des positions angulaires en valeur absolue ou en valeur relative tant en amplitude et sens qu'en vitesse ou accélération angulaire. Si l'on désire opérer sur plus d'un tour, il suffit d'organiser le codeur en spirale et/ou en hélice. Il est clair que l'application décrite à propos du domaine de l'automobile n'a été donnée qu'à titre indicatif et qu'un codeur selon l'invention qui est d'un coût modique peut aussi servir par exemple pour des appareils domestiques par exemple électroménagers. Selon l'usage auquel il est destiné, le codeur selon l'invention est équipé d'un palier unique ou multiple, lisse ou à roulement à billes ou similaire. Ce qui précède met bien en lumière les particularités distinctives de l'invention, l'intérêt qu'elle offre et les avantages qu'elle apporte. REVENDICATIONS 1 - Codeur numérique de position angulaire destiné à être associé à un arbre (A) pour en évaluer la rotation, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (10) avec une paroi (101) latérale, avec une embouchure (102) et avec un fond (103) et apte à porter au moins un palier (11) pour recevoir l'arbre (A) et définissant son axe de rotation (A), un support (20) notamment avec une source (21) lumineuse unique apte à émettre un faisceau lumineux principal et au moins un photorécepteur (22) qui sont disposés radialement relativement à cet axe de rotation (A), un flasque (30) avec un capteur (31) aligné axialement avec cette source lumineuse (20) pour en recevoir le flux lumineux, avec un diviseur (32) optique pour recevoir directement le faisceau lumineux principal recueilli par le capteur (31) et le diviser en pinceaux lumineux secondaires dont le nombre est égal à celui des photorécepteurs (22) et donc chacun d'eux est apte à irradier un photorécepteur (22) particulier correspon- dant, et un codeur optique digital (40) placé entre ces support (20) et flasque (30) de manière à être interposé entre photorécepteurs (22) et diviseur optique (32) pour intercepter et moduler les flux lumineux des pinceaux secondaires et de manière à être porté par ce palier (11) et à être apte à être calé en rotation sur l'arbre (A) pour être entraîné par celui-ci. 2 - Codeur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le diviseur optique (32) est fait de fibres (320) optiques qui sont toutes disposées d'un même côté du codeur optique (40) et dont l'un des bouts de chacune d'elles sont réunis ensemble pour former une entrée (321) unique servant de capteur (31) et dont l'autre des bouts de chacune d'elles sont séparés les uns des autres pour former des sorties (322) multiples distinctes placées en vis-à-vis chacune d'un photorécep- teur (22) particulier correspondant. 3 - Codeur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le flasque (30) a la configuration d'une cuvette (301) munie d'un socle (3010) avec un trou (3011) pour le capteur (31) et avec des orifices (3012) pour les sorties (322). 4 - Codeur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les fibres (320) sont noyées dans une résine (302). 5 - Codeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le codeur optique digital (40) a la configuration d'un disque (400) dont la surface (401) porte des plages (402) réparties selon des cercles concentriques de rayons propres différents et en ce que cette surface (401) et ces plages (402) sont de densités optiques différentes. 6 - Codeur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que pour chacun des cercles, ces plages (402) ont une taille et une fréquence angulaire déterminées. 7 - Codeur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la surface (401) est opaque et les plages (402) sont transparentes. 8 - Codeur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le disque (400) présente un passage (403) central. 9 - Codeur selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le codeur optique digital (40) est pourvu d'un manchon (41) central apte à coopérer avec le palier (11) voire avec l'arbre (A) pour servir de moyeu. - Codeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le support (20) porte un circuit électronique (23) relié à la source lumineuse (21) et aux photorécepteurs (22). 11 - Codeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la paroi latérale (101) du boîtier (10) est munie d'une cloison (1010) intérieure annulaire périphérique. 12 - Codeur selon la revendication 11, caractérisé en ce que cette cloison (1010) est transper- cée d'un logement (1011) axial qui est situé à l'écart du codeur (40) et qui est destiné à recevoir la source lumineuse (21). 13 - Codeur selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que cette cloison (1010) sert d'appui à l'un au moins de ces support (20) et flasque (30). 14 - Application d'un codeur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes à un véhicule notamment automobile terrestre.