Brevet FR2926633A1 — publié le 20090724

CAPTEUR OPTIQUE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention est relative à un capteur optique comprenant au moins une cible mobile rotative autour d'un axe de rotation, des moyens d'analyse de la position de la cible mobile rotative. Lesdits moyens d'analyse comprennent des moyens d'émission d'ondes lumineuses et des moyens de réception d'ondes lumineuses envoyées par lesdits moyens d'émission et réfléchies par la cible mobile. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE La mesure de la position angulaire d'un axe revêt souvent une importance majeure dans les équipements industriels. Les capteurs à base de technologie optique en particulier les codeurs optiques sont souvent employés. Ces codeurs peuvent être soit incrémentaux soit absolus. Les codeurs incrémentaux se caractérisent en ce qu'ils mesurent un déplacement dont l'incrément est déterminé par la piste optique constituée d'une succession de zones transparentes et de zones opaques gravés sur un disque optique placé entre un émetteur et un récepteur optique. Cette piste peut être combinée à des pistes supplémentaires pour permettre l'indication du sens de rotation et/ou définir un point de référence angulaire. Les codeurs absolus se différencient du codeur incrémental par le fait qu'ils comportent des pistes multiples gravées de façon concentrique sur le disque. Cela permet de connaitre la position de ce dernier ou de l'axe qui lui est rattaché par lecture le long d'un axe radial du code ainsi formé sur le disque par les pistes concentriques. Ces solutions traditionnelles imposent une grande précision d'assemblage, en particulier lors de la phase d'alignement de l'émetteur, du récepteur et du disque. Cette précision est directement proportionnelle à la résolution du codeur. Par ailleurs, les disques optiques permettant des résolutions élevées nécessitent des 1 précautions particulières lors leur fabrication. Le brevet FR2522164 présente une disposition de codeur incrémental analogique dans laquelle la construction mécanique se compose d'un disque portant un premier diagramme dont la transmissivité varie le long d'un axe de mouvement et d'un second diagramme dont la transmissivité est fixe. L'ensemble des deux diagrammes est aligné avec un emetteur optique et un moyen de réception. Cette technologie de type incrémentale permet de limiter le taux d'harmonique mais ne permet cependant pas avec un seul diagramme transmissif de caractériser la position absolue du disque dans le tour ni le sens de rotation Par ailleurs, ce dispositif implique encore un alignement mécanique précis des differents élements optiques du système D'autres configurations analogiques telles que celles décrites dans le brevet JP58080517 proposent un principe identique au précédent en produisant un signal linéaire directement proportionnel à la valeur de l'angle de mesure. L'ensemble de ces systèmes analogiques imposent une grande précision de systèmes mécaniques associés et présentent l'inconvénient d'une précision directement liée aux performances des composants et, de la necessité d'un contrôle parfait des niveaux d'émission des sources lumineuses. Le brevet US2005/0151070 propose un dispositif de mesure optique fonctionnant par transparence et qui combine un code digital et un code analogique. Le code digital permet la détermination de l'intervalle de mesure, le code analogique permet la mesure de l'angle dans l'intervalle de mesure considéré. Dans chaque intervalle de mesure, le signal analogique mesuré passe de façon continuement variable d'une valeur minimum à une valeur maximum ou inversement. La valeur réelle de l'angle est déduite par interpolation entre la valeur mesurée minimum et la valeur mesurée maximum. Les effets du vieillissement de l'émetteur peuvent être compensés par une remise à niveau des valeurs minimum et maximum. La remise à niveau peut être faite continuement en cours de fonctionnement. Cette remise à niveau implique que le capteur fonctionne régulièrement sur une zone de mesure suffisamment étendue couvrant au minimum un intervalle de mesure. Le brevet US2005/0151070 décrit la possibilité d'utiliser un récepteur supplémentaire pour corriger les erreurs éventuelless de mesure liées à des défauts tels que changement d'opacité du matériau de la cible, ou encore dépôt d'une poussière sur la cible. Pour obtenir un haut niveau de précision, la construction de ces systèmes de mesure optique, digitaux ou analogiques, nécessite toujours des soins particuliers lors de leur conception et réalisation mécanique et électrique. Le niveau de performance de ces systèmes reste aussi très dépendant du vieillissement électrique des composants mais aussi de l'usure des éléments mécaniques les constituant. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un capteur optique absolu et de réalisation simplifiée. Le capteur optique selon l'invention comprend une cible mobile rotative comportant au moins une surface réceptrice destinée à être éclairée par les moyens d'émission et étant recouverte par un motif géométrique ayant au moins deux zones de réflexion distinctes. Lesdites au moins deux zones de réflexion sont disposées de manière asymétrique par rapport à l'axe de rotation. Selon un mode préférentiel de réalisation, le motif géométrique de la surface réceptrice de la cible mobile rotative comporte au moins une première zone de réflexion ayant un indice de réflexion différent de celui d'une au moins seconde zone de réflexion. De préférence, le motif géométrique de la surface réceptrice de la cible mobile rotative comporte au moins une première zone de réflexion ayant un contraste différent de celui d'un au moins seconde zone de réflexion. Avantageusement, ladite au moins première zone de réflexion est de couleur blanche et ladite au moins deuxième zone de réflexion est de couleur noire. Avantageusement, au moins une des zones de réflexion comporte un contraste variant graduellement. De préférence, les moyens d'émission d'ondes lumineuses sont positionnés sur l'axe de rotation de la cible mobile rotative. Dans un mode particulier de réalisation, les moyens de réception comportent au moins une paire de photo-récepteurs. De préférence, lesdits photo-récepteurs d'une paire étant disposés de manière symétrique par rapport aux moyens d'émission d'ondes lumineuses. Avantageusement, les moyens de réception comportent deux paires de photo-récepteurs. Avantageusement, les photo- récepteurs sont répartis uniformément sur un io cercle centré sur l'axe de rotation. Avantageusement, les moyens de réception sont positionnés dans un même plan. Avantageusement, les moyens de réception et les .moyens d'émission d'ondes lumineuses sont positionnés dans un même plan. 15 Avantageusement, ledit plan est parallèle à la surface réceptrice de la cible mobile rotative. Selon mode de réalisation de l'invention, les moyens d'analyse comprennent des moyens de traitement des signaux reçus par chacun des photo-récepteurs des moyens de réception. Lesdits signaux sont comparés à des premières valeurs 20 de référence prédéfinies dans une table de référence créée lors d'une phase d'initialisation. De préférence, les moyens de traitement effectuent un traitement différentiel deux à deux des signaux reçus par les deux photo-récepteurs d'une même paire. Les valeurs issues de ce traitement sont comparées aux premières valeurs de 25 référence pour la détermination de la position angulaire de la cible mobile rotative. De préférence, les moyens de traitement comportent des moyens de sommation des signaux reçus par tous les moyens de réception à un instant donné, la somme des signaux reçus par les photorécepteurs des moyens de réception à un instant donné étant constante et indépendante de la position de la cible mobile rotative. De préférence, les moyens de traitement enregistrent une seconde valeur de 5 référence représentative de la somme des signaux recus par tous les moyens de réception au cours de la phase d'initialisation. De préférence, les moyens de traitement comportent des moyens de compensation des dérives de mesures des moyens de réception, lesdits moyens de compensation corrigeant les dérives de mesures en fonction de l'écart entre la 10 seconde valeur de référence et la valeur instantanée de la somme des signaux mesurés à chaque instant donné.. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, 15 donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente un schéma d'une cible d'un capteur optique selon un premier mode préférentiel de réalisation de l'invention ; la figure 2 représente un schéma d'une cible d'un capteur optique selon un 20 second mode préférentiel de réalisation de l'invention ; la figure 3 représente un schéma des moyens d'analyse d'un capteur optique selon les figures 1 et 2 ; la figure 4 représente un schéma fonctionnel d'un capteur optique selon les figures 1 et 2. 25 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Le capteur optique selon un mode de réalisation de l'invention comprend au moins une cible mobile rotative 1 et des moyens d'analyse 2 de la position de la cible mobile rotative 1. La cible rotative comporte un axe de rotation Z. A titre d'exemple, la cible rotative est de préférence entrainée en rotation par un moteur électrique. La cible mobile rotative 1 est de préférence circulaire de diamètre D. Le capteur optique comprend des moyens d'émission d'ondes lumineuses 23 et des moyens de réception 21A, 21B, 22A, 22B d'ondes lumineuses. Les moyens de reception 21A, 21B, 22A, 22B sont positionnés de manière à recevoir des ondes lumineuses envoyées par lesdits moyens d'émission et réfléchies par ladite cible mobile rotative 1. Selon un mode préférentiel de réalisation, la cible mobile rotative 1 comporte au moins une surface réceptrice destinée à être éclairée par les moyens d'émission 23. Ladite surface réceptrice est recouverte par un motif géométrique ayant au moins deux zones de réflexion 11, 12 distinctes. Lesdites au moins deux zones de réflexion 11, 12 sont disposées de manière asymétrique par rapport à l'axe de rotation Z. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le motif géométrique de la surface réceptrice de la cible mobile rotative 1 comporte au moins une première zone de réflexion 11 ayant un indice de réflexion différent de celui d'une au moins seconde zone de réflexion 12. Comme représenté sur les figures 1 ou 2, le motif géométrique de la surface réceptrice de la cible mobile rotative 1 comporte au moins une première zone de réflexion 11 ayant un contraste différent de celui d'un au moins seconde zone de réflexion 12. A titre d'exemple de réalisation, ladite au moins première zone de réflexion 11 est de couleur blanche et ladite au moins deuxième zone de réflexion 12 est de couleur noire. Selon un premier mode particulier de réalisation tel que représenté sur la figure 1, la deuxième zone de réflexion 12 de couleur noire a la forme d'une spirale dont le centre est placé sur l'axe de rotation Z et dont l'extrémité est placée sur la périphérie du disque de la cible mobile rotative 1. Selon un second mode particulier de réalisation tel que représenté sur la figure 2, la deuxième zone de réflexion 12 de couleur noire a la forme d'un disque. Ledit disque a un centre décentré par rapport à l'axe de rotation Z. Le bord du disque de la deuxième zone de réflexion 12 peut être tangent avec le bord du disque de la cible mobile rotative 1. Selon un autre exemple de réalisation non représenté, une ou plusieurs des zones de réflexion peuvent comporter un contraste variant graduellement. Selon un mode préférentiel de l'invention, les moyens d'émission d'ondes lumineuses 23 sont positionnés sur l'axe de rotation Z de la cible mobile rotative 10 1. Les moyens de réception 21A, 21B, 22A, 22B comportent au moins une paire de photo-récepteurs. Lesdits photo-récepteurs d'une paire sont disposés de manière symétrique par rapport aux moyens d'émission d'ondes lumineuses 23. Comme représenté sur la figure 3, les moyens de réception 21A, 21B, 22A, 22B comportent deux paires de photo-récepteurs. De préférence, les photo-récepteurs 15 sont répartis uniformément sur un cercle centré sur l'axe de rotation Z et sont positionnés dans un même plan X1-Y1. De préférence, selon un mode particulier de réalisation, les photo-capteurs sont positionnés sur un cercle de diamètre égal à la moitié du diamètre de la cible mobile rotative D, soit D/2. A titre d'exemple de réalisation, chaque photo-récepteur peut être soit des 20 photo-transsistor ou photodiode PIN ou tout autre composant capable de mesurer un flux lumineux. Comme représentés sur la figure 3, les moyens de réception 21A, 21B, 22A, 22B et les moyens d'émission d'ondes lumineuses 23 sont positionnés dans un même plan X1-Y1. 25 De préférence, ledit plan X1-Y1 est parallèle à la surface réceptrice de la cible mobile rotative 1. Les moyens d'analyse 2 du capteur optique comprennent des moyens de traitement 25. Lesdits moyens de traitement 25 sont destinés à analyser les signaux reçus par chacun des photo-récepteurs des moyens de réception 21A, 21B, 22A, 22B. Lesdits signaux sont comparés à des premières valeurs de référence prédéfinies dans une table de référence stockée dans une mémoire. La table de référence desdites premières valeurs prédéfinies servant pour la détermination de la position angulaire est créée lors d'une phase d'initialisation préalable à la mise en service. Lors de cette phase, le capteur optique enregistre pour chaque pas de résolution des premières valeurs de référence mesurées par chaque photo-récepteur des moyens de réception 21A, 21B, 22A, 22B. Ces mesures sont traitées par un algorithme spécifique et mises en mémoire pour servir de référence. Les moyens de traitement 25 déterminent la position angulaire de la cible mobile rotative 1 en analysant les signaux reçus par les photorécepteurs d'une même paire. En effet, pour déterminer la position angulaire de la cible, les moyens de traitement 25 effectuent un traitement différentiel deux à deux des signaux reçus par les deux photo-récepteurs d'une même paire. Les valeurs issues de ce traitement sont comparées aux premières valeurs de référence de la table de référence. La position angulaire sera définie par la première valeur de référence du pas de résolution de la table de référence correspondant au plus près aux valeurs mesurées. Les moyens de traitement 25 des moyens d'analyse 2 comportent des moyens de sommation des signaux reçus par tous les moyens de réception 21A, 21B, 22A, 22B à un instant donné t. Autrement dit, les moyens de traitement 25 peuvent effectuer cette sommation à chaque mesure de position. De plus et toute chose égale par ailleurs, la somme des signaux reçus par les photorécepteurs des moyens de réception 21A, 21B, 22A, 22B à un instant donné t est constante et est indépendante de la position de la cible mobile rotative 1. En outre, ladite somme des signaux est directement proportionnelle à l'intensité lumineuse émise par les moyens d'émission d'ondes lumineuses 23. Par ailleurs, au cours de la phase d'initialisation, les moyens de traitement 25 enregistrent une seconde valeur de référence représentative de la somme des 30 signaux recus par tous les moyens de réception 21 A, 21 B, 22A, 22B. Dans un mode de réalisation préférentiel, on définira comme seconde valeur de référence représentative de la somme des signaux reçus par les moyens de réception 21 A, 21 B, 22A, 22B, la valeur moyenne des sommes mesurées sur tout ou partie de la de la phase d'initialisation. Dans un mode particulier de réalisation, la seconde valeur de référence représentative de la somme des signaux reçus par les moyens de réception 21 A, 21B, 22A, 22B sera égale à la valeur de la somme des valeurs mesurées sur un pas de résolution, notamment le premier pas. Toutes les valeurs différentielles mesurées lors de la phase d'initialisation seront alors compensées io proportionnellement à cette seconde valeur de référence initiale. Les moyens de traitement 25 des moyens d'analyse 2 comportent des moyens de compensation des dérives de mesures des moyens de réception (21A, 21B, 22A, 22B). Ces dérives d'intensité lumineuse peuvent être liées à l'échauffement des moyens d'émission d'ondes lumineuses 23 ainsi que les effets du 15 vieillissement de ces mêmes moyens. Les moyens de compensation corrigent les dérives de mesure en fonction de l'écart entre la seconde valeur de référence et la valeur instantanée de la somme des signaux mesurés à un instant donné t, autrement dit à chaque mesure de position. Le dispositif et les principes de mesure mis en oeuvre dans la présente invention 20 autorisent des tolérances d'assemblage supérieures à celles habituellement requises dans les systèmes optiques traditionnels. Ce capteur optique est tout particulièrement adapté à une utilisation industrielle nécessitant des codeurs ayant une plage de mesure absolue de 0 à 360°. REVENDICATIONS 1. Capteur optique comprenant : - au moins une cible mobile rotative (1) autour d'un axe de rotation (Z), - des moyens d'analyse (2) de la position de la cible mobile rotative (1), 5 moyens comprenant : des moyens d'émission d'ondes lumineuses (23) et, des moyens de réception (21A, 21B, 22A, 22B) d'ondes lumineuses envoyées par lesdits moyens d'émission et réfléchies par la cible mobile, 10 capteur caractérisé en ce que la cible mobile rotative (1) comporte au moins une surface réceptrice destinée à être éclairée par les moyens d'émission (23) et étant recouverte par un motif géométrique ayant au moins deux zones de réflexion (11, 12) distinctes, lesdites au moins deux zones de réflexion (11, 12) étant disposées de manière asymétrique par rapport à l'axe de rotation 15 (Z). 2. Capteur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif géométrique de la surface réceptrice de la cible mobile rotative (1) comporte au moins une première zone de réflexion (11) ayant un indice de réflexion différent de celui d'une au moins seconde zone de réflexion (12). 20 3. Capteur optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le motif géométrique de la surface réceptrice de la cible mobile rotative (1) comporte au moins une première zone de réflexion (11) ayant un contraste différent de celui d'un au moins seconde zone de réflexion (12). 4. Capteur optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite au 25 moins première zone de réflexion (11) est de couleur blanche et ladite au moins deuxième zone de réflexion (12) est de couleur noire. 5. Capteur optique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'au moins une des zones de réflexion (11, 12) comporte un contraste variant graduellement. 10 6. Capteur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'émission d'ondes lumineuses (23) sont positionnés sur l'axe de rotation (Z) de la cible mobile rotative (1). 7. Capteur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que les moyens de réception (21A, 21B, 22A, 22B) comportent au moins une paire de photo-récepteurs. 8. Capteur optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits photo-récepteurs d'une paire étant disposés de manière symétrique par rapport aux moyens d'émission d'ondes lumineuses (23). 10 9. Capteur optique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens de réception (21A, 21 B, 22A, 22B) comportent deux paires de photo-récepteurs. 10. Capteur optique selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les photo- récepteurs sont répartis uniformément sur un cercle centré sur 15 l'axe de rotation (Z). 11. Capteur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de réception (21A, 21B, 22A, 22B) sont positionnés dans un même plan (X1-Y1). 12. Capteur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que les moyens de réception (21A, 21B, 22A, 22B) et les moyens d'émission d'ondes lumineuses (23) sont positionnés dans un même plan (X1-Y1). 13. Capteur optique selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit plan (X1-Y1) est parallèle à la surface réceptrice de la cible mobile rotative 25 (1). 14. Capteur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (2) comprennent des moyens de traitement (25) des signaux reçus par chacun des photo-récepteurs desmoyens de réception (21A, 21 B, 22A, 22B), lesdits signaux étant comparés à des premières valeurs de référence prédéfinies dans une table de référence créée lors d'une phase d'initialisation. 15. Capteur optique selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de traitement (25) effectuent un traitement différentiel deux à deux des signaux reçus par les deux photo-récepteurs d'une même paire, les valeurs issues de ce traitement étant comparées aux premières valeurs de référence pour la détermination de la position angulaire de la cible mobile rotative (1). 16. Capteur optique selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que les moyens de traitement (25) comportent des moyens de sommation des signaux reçus par tous les moyens de réception (21 A, 21 B, 22A, 22B) à un instant donné (t), la somme des signaux reçus par les photorécepteurs des moyens de réception (21A, 21B, 22A, 22B) à un instant donné (t) étant constante et indépendante de la position de la cible mobile rotative (1). 17. Capteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de traitement (25) enregistrent une seconde valeur de référence représentative de la somme des signaux recus par tous les moyens de réception (21 A, 21 B, 22A, 22B) au cours de la phase d'initialisation. 18. Capteur selon la revendication 17, caracterisé en ce que les moyens de traitement (25) comportent des moyens de compensation des dérives de mesures des moyens de réception (21A, 21 B, 22A, 22B), lesdits moyens de compensation corrigeant les dérives de mesures en fonction de l'écart entre la seconde valeur de référence et la valeur instantanée de la somme des signaux mesurés à un instant donné (t).25