Brevet FR2762110A1 — publié le 19981016

La présente invention concerne des systèmes formant capteurs programmables. Les capteurs sont répartis en deux catégories principales, connues sous les termes de capteurs analogiques ou capteurs à effleurement et déclenchement. Dans pratiquement tous les cas, les capteurs comprennent des systèmes électroniques destinés à traiter les signaux produits par le capteur avant que ces signaux ne soient envoyés à une interface dans une machine. Les signaux des capteurs peuvent être envoyés à la machine par l'intermédiaire d'une liaison de communication cablée, ce qui représente un phénomène assez commun sur les machines mesurant des coordonnées, ou peuvent circuler au moyen de systèmes de transmission sans fil, par exemple par des systèmes de transmission radio ou à infra-rouges, ce qui est plus répandu dans le cas des machines outils. Les systèmes électroniques utilisés nécessitent une alimentation en puissance et, dans la plupart des cas, la puissance est fournie par une pile présente dans le capteur lui-même. Afin de préserver la durée de vie de la pile, le capteur est mis hors circuit lorsqu'on ne l'utilise pas, et n'est mis sous tension lorsqu'on a besoin de l'utiliser dans une opération de détection. Différents procédés ont été mis au point pour mettre un capteur sous tension lorsqu'on en a besoin pour une opération de détection. Par exemple, le capteur peut comprendre un interrupteur centrifuge qui est actionné en faisant tourner le capteur au-dessus d'une certaine vitesse, et l'actionnement de cet interrupteur branche les30 circuits du capteur sur la pile. D'autres procédés permettant de mettre le capteur sous tension comprennent un interrupteur mécanique présent dans la tige du capteur, qui est actionné dès que le capteur est inséré dans la broche de la machine, et un système optique dans lequel un35 signal infra-rouge envoyé à partir d'un point éloigné sur la machine est reçu par un récepteur optique présent sur le capteur, qui établit la liaison pour l'alimentation en puissance. En outre, il existe également un certain nombre de procédés permettant de mettre le capteur hors circuit, ou de le remettre en mode de veille, une fois que l'opération de détection est terminée. Les procédés comprennent l'utilisation d'un interrupteur centrifuge, d'un signal optique émanant d'une machine, ou l'utilisation d'un circuit de temporisation à l'intérieur du capteur permettant de mettre le capteur hors circuit si aucune opération de détection n'a été réalisée pendant une période spécifiée. Auparavant, tout capteur était équipé d'un procédé de mise hors circuit ou sous tension et, en fonction du type de machine dans laquelle le capteur était destiné & être utilisé, l'utilisateur devait choisir un type de capteur particulier pour s'adapter aux besoins de sa machine. Ceci a entraîné une prolifération de types de capteurs et le fabricant de capteurs devait stocker toute une variété de types de capteurs pour satisfaire aux différentes exigences de ses clients. Plus récemment, des mesures ont été prises pour essayer de réduire le nombre de capteurs différents qu'il faut stocker, en proposant un capteur dans lequel il est possible d'utiliser plus d'un procédé de mise sous tension ou hors circuit du capteur, et dans lequel l'opérateur a le choix en actionnant manuellement un interrupteur afin de sélectionner le type de fonctionnement qui convient pour sa machine. Selon un premier aspect de la présente invention, un système formant capteur programmable comprend un capteur, une interface, et une liaison de communication à courte distance entre eux, dans lequel: le capteur comprend une alimentation en puissance, une pluralité de circuits de commutation destinés à relier des circuits électroniques, présents à l'intérieur du capteur, avec l'alimentation en puissance, et un microprocesseur pouvant être programmé pour sélectionner l'un quelconque des circuits de commutation; l'interface est susceptible d'être montée sur la machine et comprend un microprocesseur programmable par un opérateur pour déterminer quel circuit de commutation présent dans le capteur doit être sélectionné; et la liaison de communication à courte distance comprend un émetteur présent sur l'interface, destiné à envoyer au capteur un signal comprenant des instructions du programme, destinées au microprocesseur, concernant la sélection du circuit de commutation qui doit être réalisée, et un récepteur présent sur le capteur, destiné à recevoir le signal afin de programmer le microprocesseur présent dans le capteur. Ainsi, un capteur peut être équipé d'une pluralité de différents dispositifs permettant de relier l'alimentation en puissance avec le système électronique20 du capteur, dont chacun est actionnable en faisant fonctionner un circuit de commutation différent et, si l'on place le capteur à portée de l'émetteur présent dans l'interface, un opérateur peut envoyer un signal entre l'interface et le capteur pour sélectionner le procédé avec lequel le capteur doit être mis sous tension ou hors circuit, pour s'adapter à sa propre machine. Le concept de l'invention peut être étendu au-delà de la simple programmation du procédé qui permet de mettre le capteur sous tension ou hors circuit.30 Une forme particulière de transmission qui est utilisée par les capteurs est la transmission radio. Pour se conformer aux différentes législations nationales, les largeurs de bande des fréquences de transmission destinées à être utilisées avec des capteurs radio sont assez limitées. De plus, du fait de la plage des transmissions radio, il existe un risque d'interférence par le capteur avec d'autres appareils électroniques utilisés par la machine, ou même d'autres capteurs présents sur des machines voisines. Pour cette raison, les largeurs de bande disponibles sont divisées en canaux relativement étroits et chaque capteur est conçu pour ne transmettre que sur l'un des canaux étroits. Auparavant, la fréquence du canal étroit était fixée lors de la fabrication du capteur et, afin d'équiper une pluralité de capteurs de différentes fréquences de transmission, il était nécessaire de garder un stock de capteurs pour qu'un choix de canaux soit disponible pour le client. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le microprocesseur présent dans l'interface est équipé d'une sélection de fréquences de canal, dans sa mémoire, et peut être programmé par un opérateur pour sélectionner l'un de ces canaux afin de l'utiliser dans le capteur. Le capteur comprend un synthétiseur susceptible de produire différentes fréquences pour la sortie de la transmission radio. Les détails de la fréquence programmée dans le microprocesseur de l'interface sont transmis au microprocesseur présent dans le capteur par l'intermédiaire de l'émetteur présent dans l'interface et du récepteur se trouvant dans le capteur, et le25 microprocesseur présent dans le capteur programme le synthétiseur pour qu'il produise le canal de fréquence adapté. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, le système comprend, en outre, un émetteur radio présent dans le capteur et un récepteur radio présent dans l'interface, pour transmettre des signaux, émanant du capteur, à l'interface, et des synthétiseurs de fréquence présents dans le capteur et l'interface, pour modifier la fréquence de ces signaux parmi une pluralité de canaux de largeurs de bande présélectionnées, dans lequel le microprocesseur présent dans l'interface mémorise les données de canal et est susceptible d'être programmé par un opérateur afin de sélectionner un canal, afin d'activer le synthétiseur pour qu'il accorde le récepteur radio sur la fréquence de canal sélectionnée et, en cas de besoin, afin de communiquer le canal sélectionné au capteur par l'intermédiaire de la liaison de communication à courte distance, et dans lequel, en outre, le microprocesseur présent dans le capteur est programmé pour recevoir les données de sélection de canal émanant de l'interface et pour activer le synthétiseur présent dans le capteur afin qu'il accorde l'émetteur radio sur la même fréquence de canal. Selon un autre mode préféré de l'invention, la liaison de communication & courte distance comprend, en outre, un émetteur présent sur le capteur et un récepteur présent sur l'interface, au moyen desquels les informations concernant l'état des circuits de commutation dans le capteur et/ou la fréquence de canal programmée dans le capteur sont communiquées à l'interface. De cette manière, une sortie visuelle de cette information peut être donnée sur l'interface, afin que l'opérateur puisse vérifier si le capteur est correctement programmé ou non. De manière préférentielle, la liaison de communication à courte distance comprend au moins un émetteur et un récepteur optiques. Des exemples de l'invention vont maintenant être décrits de façon plus détaillée, en référence au dessin annexé, dans lequel: la figure 1 représente un capteur selon l'invention; la figure 2 est une représentation schématique des circuits présents dans le capteur et l'interface; et la figure 3 représente la configuration du panneau frontal de l'interface. Si l'on se réfère maintenant à la figure 1, celle- ci représente un capteur qui peut être un capteur classique à effleurement et déclenchement, ou un capteur analogique, et qui possède une tige 1 destinée à être fixée sur une machine outil. Le capteur comprend un boîtier 2 dans les différentes sections duquel sont placés un système de transmission radio 3, le système électronique 4 de traitement du signal, et un système de suspension mécanique 5 destiné à un stylet 6 qui dépasse vers l'extérieur à partir du fond du boîtier. Grâce au système de transmission radio, le capteur est relié, sans fil, à une interface 10 montée sur une machine (non représentée). Si l'on se réfère maintenant aux figures 2 et 3, le circuit présent dans l'interface 10 comprend un circuit récepteur radio 12, un synthétiseur 14, qui produit les fréquences destinées à être utilisées dans le circuit radio, et un microprocesseur 16 qui est avantageusement du type connu sous l'appellation de "série PIC", fabriqué par Arizona Microchip Corporation aux Etats Unis d'Amérique. Le microprocesseur comprend une section de mémoire se présentant sous la forme d'une mémoire EEPROM (mémoire ROM programmable effaçable électriquement). Six diodes25 électroluminescentes d'état 18, 20, 22, 24, 26 et 28 se trouvent également dans l'interface, ainsi que deux commutateurs 30, 32, sous forme de boutons poussoirs et un indicateur de canal 34. Le circuit présent dans le capteur 60 comprend un circuit de transmission radio 36, un synthétiseur 38 destiné à produire les fréquences à utiliser dans le circuit radio, et un autre microprocesseur 40 du type PIC avec une mémoire EEPROM associée. De plus, il existe différents circuits logiques 42 qui comprennent un35 dispositif de temporisation et les différents circuits de commutation permettant de brancher et de débrancher l'alimentation en puissance 44 des circuits du capteur. Les deux microprocesseurs 16, 40 sont reliés par une liaison de communication bidirectionnelle sans fil comprenant, par exemple, des photodiodes 46, 48 d'émission et de réception, prévues à proximité de l'extérieur de l'interface, et des photodiodes 50, 52 d'émission et de réception prévues sur le capteur. Le microprocesseur 16 présent dans l'interface remplit les fonctions suivantes: a) il programme la fréquence de canal du synthétiseur 14, en le chargeant avec les valeurs adaptées conservées dans sa mémoire EEPROM; b) il surveille les diodes d'état 18-28, les deux commutateurs à bouton poussoir 30, 32, et l'indicateur de canal 34, en permettant à l'opérateur de sélectionner la fréquence de canal requise et le mode de démarrage du capteur; c) il commande le fonctionnement des photodiodes 46, 48 d'émission et de réception, et de certains signaux audio destinés à l'opérateur, comme décrit ci-dessous. Le microprocesseur surveille continuellement l'état du récepteur optique 48 et lorsqu'il reconnaît qu'un signal arrive en provenance du capteur, il entame un dialogue pour afficher l'état du capteur (canal et mode de démarrage) sur un écran, et règle le dispositif de temporisation pour qu'il produise les signaux audio. Le microprocesseur 40 présent dans le capteur remplit les fonctions suivantes: a) il programme la fréquence du synthétiseur à réception d'un signal émanant de l'interface, et produit le cadencement et le séquencement de la transmission radio du capteur; b) il commande le fonctionnement des photodiodes , 52 d'émission et de réception. Un circuit contrôleur de séquence active le microprocesseur s'il détecte un état de démarrage du capteur, ou si la pile est changée. Dans ce cas, le microprocesseur active son protocole de programmation qui consiste à envoyer un signal à l'interface, par l'intermédiaire de l'émetteur optique mais, si aucune réponse n'est reçue dans un intervalle de temps prédéterminé, l'activité est suspendue. Le système fonctionne de la façon suivante: avant d'insérer le capteur dans la machine, l'état de la commutation marche/arrêt et le canal de fréquence du système de transmission radio peuvent être vérifiés en plaçant le capteur à portée de la liaison de communication bidirectionnelle entre le capteur et l'interface. Une fois que la liaison de communication est établie, le capteur transmet à l'interface l'état de ses fonctions programmées, c'est-à-dire le canal de fréquence sur lequel il a été programmé de fonctionner, et les modes par lesquels le capteur sera mis sous tension ou hors circuit. Le récepteur présent sur l'interface est programmé pour recevoir des informations sur le capteur pendant un intervalle de temps prédéterminé, par exemple 5 secondes, période au cours de laquelle il émet un bip pour indiquer qu'il se trouve en mode réception. Le microprocesseur présent dans l'interface provoque l'affichage des informations sur le programme du capteur, en indiquant le numéro de canal sur l'affichage25 de canaux, et en éclairant la série appropriée de diodes d'état sur l'affichage de commutation. Si la programmation réelle du capteur coïncide avec la programmation souhaitée du capteur, le capteur est ensuite retiré de l'interface et peut être inséré dans la machine pour être utilisé. Si les informations programmées dans le capteur ne sont pas correctes, l'opérateur peut programmer l'interface avec une série d'instructions & faire passer au capteur, afin de modifier la programmation du capteur. Le canal est reprogrammé en appuyant sur l'un ou l'autre des deux boutons de sélection, dont l'un fera augmenter le numéro du canal et l'autre fera diminuer le numéro du canal jusqu'à ce que le bon canal soit affiché dans la fenêtre d'affichage du canal. Jusqu'à 70 canaux différents peuvent être sélectionnés de cette façon. Pour modifier le mode de commutation, les deux boutons sont enfoncés simultanément, et chaque fois qu'ils sont enfoncés, un mode de commutation différent va être affiché, par éclairage de deux des diodes d'état. Comme on peut le voir sur la figure 3, l'opérateur peut choisir entre un procédé de mise sous tension optique, qui est indiqué par éclairage de la diode OPT, ou un procédé de commutation mécanique, qui est indiqué par éclairage de la diode SW. En combinaison avec l'un ou l'autre de ces procédés, il existe trois possibilités supplémentaires, indiquées par les modes R, T et S. Lorsque ces diodes sont allumées, elles indiquent si le procédé de commutation sera centrifuge, représenté par R, par temporisation, représenté par T, ou par commutation mécanique, représentée par S. On dispose ainsi, par exemple, de cinq modes de commutation, comme suit: 1. Lorsque les diodes SW et R sont allumées en même temps, ceci indique que le capteur va être mis sous tension et hors circuit en faisant tourner le capteur dans la machine, afin d'actionner un interrupteur centrifuge.25 2. Lorsque les diodes SW et T sont allumées, ceci indique que le capteur va être mis sous tension par l'interrupteur centrifuge, mais va être mis hors circuit au bout d'un certain temps à compter de la fin de la dernière opération de détection. 3. Lorsque la diode S est allumée, ceci indique que le capteur va être mis sous tension par un interrupteur mécanique présent dans la tige, qui sera automatiquement actionné lorsque le capteur sera inséré dans la machine, et qui sera à nouveau automatiquement actionné pour mettre le capteur hors circuit lorsque la tige sera retirée de la machine. 4. Lorsque les diodes OPT et R sont allumées, ceci indique que le capteur va être mis sous tension et hors circuit par des signaux optiques émanant d'un émetteur 51 monté sur la machine. 5. Lorsque les diodes OPT et T sont allumées, ceci signifie que le capteur va être mis sous tension par un signal optique émanant de la machine, mais va être mis hors circuit une fois qu'un certain laps de temps se sera écoulé depuis la dernière opération de détection. Une fois que l'opérateur a mis au point les programmes requis dans la mémoire du microprocesseur, le capteur peut être ramené devant l'interface, à portée de transmission du système de transmission à infrarouge. Au cours des 5 premières secondes, l'interface indiquera la programmation qui a été réglée dans le capteur, mais si le capteur est maintenu dans cette position pendant encore 5 secondes, et qu'un bip continu est émis par l'interface, cela indique que la programmation du capteur par l'interface est imminente. A l'issue de cette période de 5 secondes, la communication entre le capteur et l'interface est inversée et l'interface envoit alors des informations de programmation, par l'intermédiaire de la liaison de transmission à infra- rouge, au microprocesseur présent dans le capteur. Le microprocesseur présent dans le capteur actionne ensuite le synthétiseur pour modifier la fréquence du circuit de transmission radio, et active les circuits de commutation marche/arrêt appropriés. Les informations nouvellement programmées sont donc stockées dans la mémoire EEPROM du microprocesseur présent dans le capteur. Au cours de ces opérations de programmation, la diode d'état de programmation est allumée et le capteur émet un double bip rapide, afin d'informer l'opérateur que la programmation est en cours. A la fin de la séquence de programmation, les nouvelles informations d'état sont affichées par éclairage des diodes d'état, et le nouveau canal programmé dans le capteur est affiché dans la fenêtre d'affichage du panneau. Si, pour une raison quelconque, la programmation n'est pas achevée, l'interface va émettre un bip permanent et la diode de programmation va s'éteindre. L'opérateur a alors la possibilité de reprendre la séquence de programmation depuis le début. On constate que, grâce à l'invention, il est possible de proposer un capteur unique, susceptible d'être programmé avec jusqu'à 70 canaux radio différents, et avec modes de commutation différents. Ceci réduit considérablement la gamme de capteurs dont les clients doivent pouvoir disposer, et offre au client la souplesse de pouvoir programmer un capteur pour s'adapter aux circonstances. Revendications 1. Système formant capteur programmable destiné à une machine, ce système comprenant un capteur, une interface, et une liaison de communication à courte distance entre eux, dans lequel: le capteur comprend une alimentation en puissance, une pluralité de circuits de commutation destinés à relier des circuits électroniques, présents à l'intérieur du capteur, avec l'alimentation en puissance, et un microprocesseur pouvant être programmé pour sélectionner l'un quelconque des circuits de commutation; l'interface est susceptible d'être montée sur la machine et comprend un microprocesseur programmable par un opérateur pour déterminer quel circuit de commutation présent dans le capteur doit être sélectionné; et la liaison de communication & courte distance comprend un émetteur présent sur l'interface, destiné à envoyer au capteur un signal comprenant des instructions du programme, destinées au microprocesseur, concernant la sélection du circuit de commutation qui doit être réalisée, et un récepteur présent sur le capteur, destiné à recevoir le signal afin de programmer le microprocesseur présent dans le capteur. 2. Système formant capteur programmable selon la revendication 1, comprenant, en outre, un émetteur radio présent dans le capteur et un récepteur radio présent dans l'interface, pour transmettre des signaux, émanant du capteur, à l'interface, et des synthétiseurs de fréquence présents dans le capteur et l'interface, pour modifier la fréquence de ces signaux parmi une pluralité de canaux de largeurs de bande présélectionnées, dans lequel le microprocesseur présent dans l'interface mémorise les données de canal et est susceptible d'être programmé par un opérateur afin de sélectionner un canal, afin d'activer le synthétiseur pour qu'il accorde le récepteur radio sur la fréquence de canal sélectionnée et, en cas de besoin, afin de communiquer le canal sélectionné au capteur par l'intermédiaire de la liaison de communication à courte distance, et dans lequel, en outre, le microprocesseur présent dans le capteur est programmé pour recevoir les données de sélection de canal émanant de l'interface et pour activer le synthétiseur présent dans le capteur afin qu'il accorde l'émetteur radio sur la même fréquence de canal. 3. Système formant capteur programmable selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la liaison de communication à courte distance comprend, en outre, un émetteur présent sur le capteur et un récepteur présent sur l'interface, au moyen desquels les informations concernant l'état des circuits de commutation dans le capteur et/ou la fréquence de canal programmée dans le capteur sont communiquées & l'interface. 4. Système formant capteur programmable selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la liaison de communication à courte distance comprend au moins un émetteur et un récepteur optiques.