Brevet FR2777649A1 — publié le 19991022

Dispositif de mesure incrémentale de déplacement et de position de deux objets mobile)en translation l'un par rapport à l'autre. La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure incrémentale de déplacement et de position de deux objets mobiles en translation l'un par rapport à 1 'autre. Des dispositifs de ce type sont connus par exemple par les demandes de brevets WO 89/02570 et WO 91/04459. Ces dispositifs comprennent une règle reliée à l'un des deux objets et qui est constituée par un ruban métallique comprenant une s graduation formée d'une succession longitudinale d'ajours selon un pas p et ayant une largeur de p/2, ainsi qu'un détecteur électromagnétique relié à l'autre desdits objets et explorant la graduation de la règle, pour donner un signal de mesure représentatif du déplacement. Suivant la demande WO 89/02570, le détecteur qui peut être par exemple magnétique, magnétorésistif, inductif, capacitif peut comprendre, soit une partie unique placée d'un coté ou de l'autre du ruban ajouré. Suivant la demande WO 91/04459, la détection peut être effectué en utilisant un aimant permanent générateur de champ magnétique et un élément détecteur de champ magnétique disposé du même coté de la règle, mais il est également envisagé d'utiliser une détection inductive basée sur les pertes par courants de Foucault dans la règle entre les ajours. Dans tous les cas c'est la variation d'une induction qui produit le signal de mesure ce qui fonctionne avec les deux limites suivantes de résolution ou de définition. En utilisation industrielle un jeu dans le guidage de la règle est nécessaire pour permettre le passage des copeaux souvent entraînés par la règle, ainsi que le libre défilement de celle ci à vitesse élevées. I1 s'en suit un battement de la règle qui s'éloigne et se rapproche du détecteur en faisant varier la forme et l'amplitude du signal détecté. De plus, selon les lois de l'induction, les variations de vitesse de défilement de la règle entraînent des variations d'amplitude et de forme des signaux impropres à leur traitement et donc à une exploitation autre que tout ou rien.Ceci limite la résolution obtenue au pas des ajours qu'il n'est pas possible de réduire à volonté avec des moyens simples. La présente invention vise un dispositif de mesure de déplacement et de position du type à ruban métallique ajouré qui se distingue des dispositifs connus par une moindre sensibilité du signal de mesure aux battements de la règle et à ses variations de vitesse. L'invention vise ainsi l'obtention d'un signal stable et plus exploitable permettant, d'une manière simple, d'obtenir une résolution (précision) plus élevée que les dispositifs connus, avec une règle ajourée au même pas. Le dispositif conforme à l'invention comprend un détecteur en deux parties situées de part et d'autre de la règle et un circuit de traitement analogique du signal permettant d'augmenter la résolution. Un émetteur est disposé d'un côté de la règle et comprend au moins une bobine alimentée avec un signal électrique alternatif à haute fréquence et adaptée pour produire un champ électromagnétique alternatif à haute fréquence. Un récepteur ou antenne est disposé sur le côté de opposé de la règle face à l'émetteur et accordé pour recevoir la transmission du signal haute fréquence . Par la suite, cette antenne est représentée sous la forme non limitative d'une bobine. Par effet d'écran, le déplacement de la règle module le signal haute fréquence transmis entre une amplitude élevée lorsqu'un ajour de la règle laisse passer l'émission de l'émetteur ou récepteur et une amplitude faible lorsqu'un intervalle entre deux ajours coupe la transmission entre l'émetteur et le récepteur. Les bobines et leur entrefer étant fixes, la transmission ne peut varier qu'en présence de la règle qui se comporte simplement comme un écran, le battement de la règle n'ayant que très peu d'effet, le signal obtenu est très stable.D'autre part, le signal est d'autant plus stable que l'énergie d'émission est constante et que la détection devient très peu dépendante de la conductivité de la règle ou de son magnétisme et de sa vitesse de défilement. De plus l'énergie d'émission étant réglable on obtient un signal de mesure de forte amplitude très facilement exploitable avec un émetteur haute fréquence de l'ordre de 1 M.Hz pour la règle en acier inoxydable par exemple. L'émetteur et le récepteur peuvent avantageusement comprendre chacun deux bobines décalées dans le sens de la longueur de la règle de n x p + p/2, n étant un nombre entier, de manière qu'un intervalle entre deux ajours se trouve entre une bobine de l'émetteur et la bobine correspondante du récepteur lorsqu'un ajour se trouve entre l'autre bobine de l'émetteur et la bobine correspondante du récepteur. Dans le cadre de l'invention, chaque bobine peut comprendre un bobinage disposé dans un pot en ferrite dont la dimension, dans le sens de la longueur de la règle, correspond sensiblement à la dimension p/2 des ajours dans le sens de la longueur de la règle. Cependant, pour augmenter l'amplitude du signal de détection, il est également possible d'utiliser des bobines comprenant chacune deux bobinages montés électriquement en série et disposés dans une carcasse commune de manière que les deux bobinages soient espacés, dans le sens de la longueur de la règle, d'un valeur n x p, n étant un nombre entier. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, les deux bobines du récepteur sont reliées, chacune par un amplificateur et redresseur, à un même amplificateur de sommation fournissant, lors du déplacement longitudinal de la règle, un signal de sortie alternatif sinusoidal dont la fréquence est le double de la fréquence de modulation des signaux induits dans les bobines du récepteur, selon le sens des redresseurs. Les dessins annexés décrivent plus en détail un mode de réalisation non limitatif de l'invention. la figure 1 est une coupe longitudinale schématique de la règle et du détecteur d'un dispositif conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en plan partielle de la règle et du détecteur; les figures 3a, 3b, et 3c représentent le signal du détecteur des figures 1 et 2; la figure 4 représente le schéma électrique du détecteur des figures 1 et 2 et du circuit de mise en forme.de son signal de mesure; les figures 5a à 5d montrent les formes du signal en différents points du circuit de mise en forme de la figure 4. Tel qu'illustré par les figures 1 et 2, un dispositif de mesure incrémentale de déplacement et de position de deux objets mobiles en translation l'un par rapport à l'autre, pour les caractéristiques générales connus duquel il est fait référence aux demandes de brevets WO 89/02570 et WO 91/04456, comprend une règle 1 reliée à l'un des deux objets et un détecteurs 2 relié à l'autre objet et explorant la règle 1. La règle 1 est constitué par un ruban d'acier inoxydable, comprenant une graduation formée d'une succession longitudinale d'ajours 4 de pas p. Les ajours successifs présentent dans le sens de la longueur de la règle 1 une largeur p/2 et sont séparés par des intervalles 5 présentant également dans le sens de la longueur de la règle une largeur p/2. Le détecteur 2 comprend une partie émettrice 6 disposée d'un côté de la règle 1 et une partie réceptrice 7 disposée sur le côté opposé de la règle 1. La partie émettrice 6 comprend, dans un support commun non représenté deux bobines 8 disposées chacune dans une carcasse 9 constituée par exemple par un pot en ferrite de manière que les bobines 8 soient tournées vers la règle 1. Chaque carcasse 9 de forme circulaire présente un diamètre correspondant. sensiblement à la largeur p/2 des ajours 4 et des intervalles 5 entre les ajours 4 du ruban 3 constituant la règle 1. De façon correspondante, la partie réceptrice 7 peut comprendre deux bobines 10 disposées chacune dans une ' carcasse 11 constituée par un pot en ferrite, de forme circulaire, ayant un diamètre correspondant sensiblement à la largeur p/2 des ajours 4 et des intervalles 5 du ruban 3 de la règle 1. Les deux bobines émettrices 8 et les deux bobines réceptrices 10 se trouvent face à face, ces deux couples étant décalés d'une longueur de règle de p + p/2. De cette façon le défilement de la règle obture toujours l'émission haute fréquence sur un récepteur quand l'autre récepteur reçoit pleinement l'émission haute fréquence à travers un ajour. Les deux bobines émettrices 8 sont alimentées par un générateur 12 à haute fréquence de l'ordre de 1 M.Hz, de manière à émettre chacune un champ haute fréquence concentré sur les deux bobines réceptrices 10 en regard. Lorsque la règle 1 défile selon la flèche 13, le signal alternatif haute fréquence reçu est modulé en amplitude par le passage des ajours 4 puis de leurs intervalles 5 La figure 3a représente le signal induit dans la bobine réceptrice 10 de gauche sur les figures 1 et 2, en présence d'un ajour 4 entre bobine réceptrice 10 et bobine émettrice 8 correspondante. La figure 3b montre le signal résiduel induit dans la bobine réceptrice 10 devant de droite sur la figure 1, un intervalle 5, faisant écran, entre bobine 10 et bobine 8 correspondante. La figure 3c montre le signal à haute fréquence modulé induit dans chaque bobine réceptrice 10 lors du déplacement de la règle 1 suivant la flèche 13. Les signaux des deux bobines réceptrices 10 sont envoyés séparément à un circuit de mise en forme 4 décrit plus en détail ci-après selon les figures 4 et 5a à 5d. Sur la figure 4, on retrouve le détecteur 2 avec ses deux bobines émettrices 8 alimentées ici en série par le générateur à haute fréquence 12 ct avec ses deux bobines réceptrices 10. Chaque bobine rd- cèptrice 10 reçoit en parallaxe une capacité 15 fixe pour accorder la bobine réceptrice 10 à la fréquence d'émission, c'est-à-dire à la fré- quence du générateur 12, et une capacité réglable 16 qui permet d'éta- blir la symétrie des niveaux de réception des deux bobines 10 malgré les disparités de fabrication entre les bobines, les disparités de géomé- trie de montage, etc... Le signal haute fréquence module selon la figure 3a de chaque bobine réceptrice 10 est transformé dans un amplificateur haute fréquence 17 en un signal alternatif modulé en amplitude, de rapport cyclique 0,5, selon la figure 5a. A la sortie de chaque amplificateur 17. le signal alternatif module est écrêté par une diode au gerrnanium 18. Les figures 5b et 5c représentent les deux signaux haute fr6- quence modulés, écrêtés, décalés de 1800 l'un par rapport à I'autre, obtenus de cette manière à partir des deux signaux selon la figure 3c, fournis par les deux bobines réceptrices 10. Les deux signaux selon les figures 5b et 5c sont ensuite envouées à un amplificateur de sommation 19 qui filtre la composante continue de ces signaux, et, par sommation, permet d'obtenir un signal entre les émetteurs 8 et les récepteurs 10. La figure 3a représente le signal induit dans la bobine réceptrice 10 de gauche sur les figures 1 et 2, en présence d'un ajour 4 entre bobine réceptrice 10 et bobine émettrice 8 correspondante. La figure 3b montre le signal résiduel induit dans la bobine réceptrice 10 de droite sur la figure 1, en un intervalle 5, faisant écran, entre bobine 10 et bobine 8 correspondante. La figure 3c montre le signal à haute fréquence modulé induit dans chaque bobine réceptrice 10 lors du déplacement de la règle 1 suivant la flèche 13. Les signaux des deux bobines réceptrices 10 sont envoyés séparément à un circuit de mise en forme 4 décrit plus en détail ci-après selon les figures 4 et 5a à5d.d'une fréquence double de la fréquence de chacun des deux signaux selon la figure 5b et 5c. Par une capacité 20, le signal sinusoïdal alternatif vrai et symétrique selon la figure 5d qui peut être utilisé tel quel ou, en cas de besoin, peut être envoyé à un interpolateur en vue d'une augmentation de la résolution de la mesure. Les figures 6,7 et 8 décrivent un moyen non limitatif de réaliser l'invention. La figure 6 décrit un boitier 21 qui rassemble les détecteurs 7 avec la partie électronique et les moyens de guidage 22 de la règle. Un couvercle 24 maintient dans leurs logements les deux glissières amovibles 22 réalisées en matière antifrottement et comportant une fente longitudinale pour guider la règle sur ses bords. La fente est renforcée aux extrémités contre le frottement de la règle sur sa tranche par des cales métalliques 23. La figure 7 est une vue de dessous du couvercle 24 et qui montre une barette intégrée 25 qui maintient les émetteurs 6 en regard des récepteurs 7, quand le couvercle est fixé sur le boîtier 21. La figure 8 est une coupe du dit couvercle, montrant les émetteurs 6 en place et alimentés en série ou en parallèle par un circuit imprimé 25. L'alimentation du circuit émetteur 25 par générateur haute fréquence se fait par des passages étanches à travers le boîtier 21 et elle n'est pas représentée ici. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure incrémentale de déplacement et de position de deux objets mobiles en translation l'un par rapport à l'autre, comprenant une règle reliée à l'un des deux objets et constituée par un ruban métallique comprenant une graduation formée d'une rangée longitudinale d'ajours qui sont répartis suivant un pas p et qui présentent, dans le sens de la longueur de la règle, une dimension de p/2, un détecteur relit à l'autre desdits objets et explorant la graduation de la règle, ce détecteur comprenant deux parties situées sur les côtés opposés de la règle, et un circuit d'exploitation du signal de mesure du détecteur, caractérisé par le fait que le détecteur comprend un émetLeur 6) disposé d'un côté de la règle (1) et comprenant au moins une bobine (8) alimentée avec un signal électrique alternatif à haute fréquence et adaptée pour produire un champ électromagnétique alternatif à haute fréquence concentré sur la règle, et un récepteur (7) dispose sur le côté opposé de la règle (1) et comprenant au moins une bobine (10) disposée cn regard de la bobine (8) de l'émetteur (6) et adaptée pour produire par induction un signal électrique alternatif à haute frd- quence modulé en amplitude par la règle (1) cn déplacement entre une amplitude élevée lorsqu'un ajour (4) de la règle se trouve entre la hobine (8) de l'émetteur (6) et la bobine (10) du récepteur (7) et une am- plitude faible lorsqu'un intervalle (5) entre doux ajours successifs (4) de la règle (1) se trouve entre la bobine (8) de l'émetteur (6) et la bobine (10) du récepteur (7). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la règle (1) est constituée d'un ruban (3) en acier inoxydable et que l'émetteur (6) produit un champ magnétique à une fréquence de l'ordre de 1 MHz. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque bobine (8, 10) comprend un bobinage disposé dans une carcasse (9) constituée par un pot en ferrite dont la dimension, dans le sens de la longucur de la règle (1), correspond sensiblement à la dimension (p/2) des ajours dans le même sens. 4. Dispositif suivant l'un quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les bobines comprennent chacune au moins deux bobinages montés électriquement en série et disposées dans une carcasse commune de manière que les dcux bobinages soient espacés, dans le sens de la longueur de la règle, d'une valeur n x p, n étant un nombre entier. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'émetteur (6) et le récepteur (7) comprennent chacun deux bobines (8,10) décalées dans le sens de la longueur de la règle (1) de n x p+p/2, n étant un nombre entier, de manière qu'un intervalle (S) entre deux ajours (4) successifs se trouve entre unc bobine (8) de l'émetteur (6) et la bobine correspondante (10) du récepteur (7) lorsqu'un ajour (4) se trouve entre l'autre bobine (8) de l'émetteur (6) et la bobine correspondante (10) du récepteur (7). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les deux bobines (10) du récepteur (7) sont reliées, chacune par un amplificateur (17) suivi d'un redresseur (18), à un amplificateur de sommation (19) fournissant, lors du déplacement longitudinal de la rd- gle par rapport au détecteur, un signal de sortie alternatif sinusoïdal dont la fréquence est le double de la fréquence de modulation des sigraux indults (10) dans les bobines du récepteur (7).