Dispositif de contrôle de la position d'un organe mobile par rapport à un organe fixe
La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de la position d'un organe mobile par rapport à un organe fixe qui se distingue des dispositifs de contrôle connus par le fait qu'il comprend un élément agencé de façon telle que, lorsqu'il se déplace relativement à deux dispositifs détecteurs, il provoque une modification cyclique de la valeur d'une grandeur physique à laquelle sont sensibles lesdits dispositifs détecteurs, des moyens pour entraîner ces derniers et ledit élément dans un mouvement relatif correspondant au déplacement dudit organe mobile par rapport audit organe fixe,
ces dispositifs détecteurs fournissant des courants électriques de sortie présentant des variations cycliques correspondant à ladite modification cyclique de ladite grandeur physique et par le fait qu'il comporte un dispositif électronique de mise en forme des courants fournis par ces détecteurs et qui transforme le courant de l'un de ces détecteurs en au moins une suite d'impulsions brèves et le courant de l'autre de ces détecteurs en impulsions de forme rectangulaire déphasées par rapport auxdites impulsions brèves d'une quantité qui est fonction du sens du déplacement de l'organe mobile et un dispositif de sélection desdites impulsions brèves commandé par lesdites impulsions rectangulaires et relié à un compteur d'impulsions de façon telle que pour l'un des sens de déplacement de l'organe mobile,
des impulsions brèves successives de ladite suite soient appliquées au compteur de façon qu'il progresse dans un sens et, que pour l'autre sens de déplacement de l'organe mobile, il progresse en sens inverse, le tout de manière que l'indication fournie par le compteur définisse l'amplitude et le sens du déplacement dudit organe mobile par rapport audit organe fixe à partir d'une position de référence.
.Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif de contrôle suivant l'invention.
La fig. 1 est une coupe axiale partielle du générateur d'impulsions.
La fig. 2 est un détail à plus grande échelle du générateur d'impulsions.
La fig. 3 est un schéma électrique de principe du générateur d'impulsions ainsi que du dispositif de sélection.
La fig. 4 illustre schématiquement la pièce mobile crénelée disposée en regard des fentes.
Les fig. 5 à 12 illustrent la forme des courants en divers points du circuit dont le schéma est donné en fig. 3 lors du déplacement de la pièce mobile dans le sens positif.
Les fig. 13 à 20 illustrent la forme des mêmes courants lors d'un déplacement de la pièce mobile dans le sens négatif.
Le générateur d'impulsions illustré aux fig. 1 et 2, comporte un boîtier 1 muni à l'une de ses extrémités d'un couvercle 2 portant une fiche de connexion 3. Ce boîtier 1 présente une partie cylindrique de grand diamètre et une seconde partie cylindrique de plus faible diamètre. A l'intérieur de ce boîtier 1 sont logés une pièce fixe ou cache 4, une pièce mobile 5 fixée sur un axe 6 pivoté dans la seconde partie cylindrique du boîtier 1, ainsi qu'un dispositif de génération d'impulsions électriques.
La pièce mobile 5 constitue une pièce commune à deux dispositifs émetteurs et porte, à sa périphérie, une paroi crénelée 7 concentrique à son axe de rotation. Cette paroi 7 comporte, répartis uniformément sur toute sa périphérie, des créneaux C et des vides V. La paroi crénelée 7 est située entre deux ailes 8, 9 du cache 4 qui est fixé rigidement sur le boîtier 1. Chacune de ces ailes 8, 9 comporte des fentes 10, 11 et 12, 13 respectivement. Les fentes 10 et Il de l'aile 8 et les fentes 12 et 13 de l'aile 9 sont respectivement situées à (n+l/4) pas de la crénelure l'une de l'autre. Les fentes 10 et 12 du premier émetteur, ainsi que les fentes 1 1 et 13 du second émetteur, sont situées l'une en face de l'autre, soit sur un même rayon du cache 4.
Le dispositif de génération d'impulsions électriques comporte des lampes à incandescence 14, 15 appartenant respectivement au premier et au second dispositif émetteur et qui sont fixées rigidement sur le cache 4 en regard des fentes 12 et 13 respectivement. Le filament 16, 17 de ces lampes à incandescence 14, 15 est situé dans le plan radial passant par la fente 12, 13 respectivement. Ces lampes à incandescence sont alimentées en énergie électrique par un dispositif d'alimentation (non représenté) pouvant être soit un réseau de distribution, soit des accumulateurs. Des détecteurs constitués par des photo-transistors 18, 19 sont fixés sur le cache 4 en regard des fentes 11, 12 respectivement. Ces photo-transistors sont reliés de la façon décrite plus loin en référence à la fig. 3 au dispositif de mise en forme des impulsions.
Ces photo-transistors 18, 19 reçoivent un pinceau de lumière, délimité par les fentes 11, 13 et 12, 14 respectivement lorsqu'un vide
V de la paroi crénelée 7 est situé entre les fentes correspondantes. Par contre, il ne sont pas éclairés lorsqu'un créneau C est situé entre les fentes correspondantes. Les photo-transistors sont normalement dans un état non conducteur, mais dès qu'ils re çoivent le pinceau lumineux, ils deviennent conducteurs et des courants ipl, iP2 respectivement sont envoyés au dispositif de sélection.
Lorsqu'un tel générateur d'impulsions est monté sur une machine-outil de moyenne précision par exemple, l'axe 6 est rendu solidaire de la vis d'avance de l'organe mobile tandis que le boîtier 1 est fixé rigidement au bâti de la machine. Dans une variante, le boîtier 1 pourrait être relié mécaniquement à un dispositif de compensation des erreurs de la vis d'avance de l'organe mobile.
Le dispositif de mise en forme des impulsions comporte deux bascules de Schmitt que l'on désignera aussi dans la suite par circuits trigger 20, 21 dont les signaux d'entrée sont constitués respectivement par les courants ipl, ip2 délivrés par le dispositif électrique de génération d'impulsions du générater. Ces circuits du type trigger transforment les courants ipl, ip2 respectivement en des impulsions créneaux à front très raide itt, it2.
Le courant itl alimente un circuit inverseur de signe 22. Ce circuit 22 est du type déphaseur et fournit deux signaux de sortie idi, id2. L'un idl correspond, au signe près, au signal d'entrée itl. L'autre id2 correspond au courant id5 déphasé de 1800.
Ces courants idt, ido sont alors différentiés dans un circuit différentiateur 23 délivrant des courants i'dl, 'd, présentant des impulsions positives et négatives correspondant respectivement aux sauts posi- tifs ou négatifs des courants id1, id2 les courants i'd1, i'd sont également déphasés de 1800 l'un par rapport à l'autre.
Ces courants i'dl, i'd2 constituent chacun le signal d'entrée d'un transistor T1, T2 d'un dispositif de sélection 24. Ces transistors T1, T2 sont polarisés, à l'aide du signal de sortie it2 du circuit trigger 21, de telle manière qu'en l'absence de courant ip2, seules les impulsions négatives des courants i'd1, i'd, soient transmises aux bornes de sortie S1, S2 du dispositif de sélection 24 et qu'aucune impulsion des courants i'dl, i'd.) ne soit transmise lorsque le courant ip2 est différent de zéro, c'est-à-dire en absence de courant il. 2.
Le fonctionnement du dispositif de contrôle décrit est le suivant:
Lorsqu'on déplace, à partir d'une position de zéro ou de référence, l'organe mobile d'une machineoutil, par exemple, on provoque la rotation de la pièce mobile 5 du dispositif de contrôle dans un sens correspondant au sens du déplacement de l'organe mobile. Les faisceaux lumineux, émis par les lampes à incandescence 14, 15 et atteignant les phototransistors 1 8, 19 au travers des fentes 10, 12 et 11, 13 respectivement, sont coupés à une cadence dépendant de la vitesse du déplacement angulaire de la pièce 5, donc du déplacement linéaire de l'organe mobile. Comme ces photo-transistors ne sont conducteurs que lorsqu'ils sont éclairés, chaque interruption d'un faisceau lumineux correspond à une interruption du courant ipl, ip respectivement.
Les courants de sortie itl, it des circuits trigger 20, 21 présentent la forme d'ondes carrées ou de créneaux.
Toutefois, ces ondes carrées sont déphasées de JTI2, ce qui correspond au décalage spatial des fentes 10, 12 et 11, 13 qui est un multiple du pas des cré neaux : r/2. Le courant it est directement utilisé pour commander le blocage du circuit de sélection de signe 24, tandis que le courant itl est, tout d'abord, transformé en deux courants déphasés de 1800 idl, id2 (fig. 7 et 8), puis ces deux courants sont différentiés à l'aide du circuit différentiateur 23, ce qui fournit deux courants i'di, i'd2 présentant la forme d'impulsions instantanées (fig. 9 et 10). Ces courants i'dl, i'd2 alimentent respectivement les transistors T1, T2 du dispositif de sélection 24.
En l'absence de courant it2, ce circuit 24 ne transmet aucun signal, ni à la sortie S1, ni à la sortie S2. Par contre, lorsque le courant It. est à sa valeur maximum, le circuit 24 transmet seulement les impulsions négatives du courant i'dl à la sortie S1 et du courant i'd2 à la sortie S2, sous forme d'impulsions isl et ir (fig. 11 et 20).
Dans ces conditions, lorsqu'on déplace la pièce mobile 5 dans le sens positif, seules les impulsions négatives du courant i'dl sont trans mises par le circuit 24 ; les impulsions négatives du courant i'd2, ayant lieu lorsque le courant ita est nul, donc lorsque le circuit 24 est bloqué, ne sont pas transmises. Au contraire, lorsque la pièce mobile 5 se déplace dans le sens négatif, seules les impulsions négatives du courant i'dS sont transmises par le circuit 24. On obtient donc à la sortie du circuit 24, des impulsions sur la borne S1 ou sur la borne S2 suivant le sens de déplacement de la pièce mobile 5 (fig. 5 à 20).
Ce dispositif de contrôle permet donc, d'une part de déterminer l'amplitude des déplacements d'un organe mobile par comptage d'impulsions et d'autre part de déterminer dans quel sens s'effectuent lesdits déplacements.
La précision d'un tel dispositif de contrôle dépend essentiellement du nombre de créneaux portés par la pièce mobile 5 donc du pas de la crénelure, et de la largeur de la fente de lecture.
De nombreuses variantes sont possibles, en particulier la pièce mobile pourrait être constituée par une règle rectiligne crénelée pouvant se déplacer linéairement. La pièce fixe ou cache serait alors également rectiligne et présenterait des fentes distantes de (n + 42) pas de la crénelure. Il est évident que dans une variante d'exécution la pièce 5 portant la crénelure pourrait être reliée rigidement au boîtier
I tandis que le cache 4 serait relié rigidement à l'axe 6.
En outre, les rayons pourraient être autres que des rayons lumineux, par exemple des rayons infrarouges, ou d'une façon générale des ondes d'une fréquence quelconque.
D'autre part, les courants de sortie correspondant aux deux sens de déplacement de l'organe mobile pourraient être délivrés par un seul canal mais présenter des signes différents, en vue de leur identification ou être de nature (forme, amplitude, etc.) différente selon le sens de déplacement.
Les créneaux portés par l'organe mobile 5 pourraient être constitués par des ouvertures d'une autre forme, par exemple ronde, carrée, etc., ou simplement présenter des zones de transparence différente ou encore des états de surface différente.
D'une façon tout à fait générale la crénelure de la pièce 5 pourrait être remplacée par des zones successives différentes permettant de modifier, entre deux limites, la valeur d'une grandeur physique (champ électrique ou magnétique, rayonnement, niveau, etc.). Ces zones différentes sont alternées et de préférence approximativement de mêmes dimensions. Le passage d'une zone à l'autre provoque, par l'intermédiaire du détecteur correspondant, le changement d'état des circuits trigger 20 ou 21.
En outre cette crénelure de la pièce 5 pourrait être remplacée par des zones successives émettrices d'une grandeur physique, deux de ces zones con tiguës émettant des intensités différentes de cette grandeur physique. Dans un tel cas ces zones constituent simultanément des sources émettrices qui remplacent par exemple la source lumineuse décrite en référence au dessin annexé. Ces zones peuvent être par exemple constituées par des zones aimantées à des valeurs différentes ou par des zones émettant des rayonnements d'intensité différente (peinture radio-active).
Device for controlling the position of a movable member relative to a fixed member
The present invention relates to a device for monitoring the position of a movable member relative to a fixed member which differs from known monitoring devices in that it comprises an element arranged such that, when moves relative to two detector devices, it causes a cyclical modification of the value of a physical quantity to which said detector devices are sensitive, means for driving the latter and said element in a relative movement corresponding to the displacement of said movable member with respect to said fixed organ,
these detector devices supplying output electric currents exhibiting cyclic variations corresponding to said cyclic modification of said physical quantity and by the fact that it comprises an electronic device for shaping the currents supplied by these detectors and which transforms the current of the 'one of these detectors in at least one series of short pulses and the current of the other of these detectors in rectangular shaped pulses out of phase with respect to said short pulses by an amount which is a function of the direction of movement of the organ mobile and a device for selecting said short pulses controlled by said rectangular pulses and connected to a pulse counter such that for one of the directions of movement of the mobile member,
successive short pulses of said series are applied to the counter so that it progresses in one direction and, for the other direction of movement of the movable member, it advances in the opposite direction, all so that the indication supplied by the counter defines the amplitude and direction of the displacement of said movable member relative to said fixed member from a reference position.
The accompanying drawing illustrates schematically and by way of example an embodiment of the control device according to the invention.
Fig. 1 is a partial axial section of the pulse generator.
Fig. 2 is an enlarged detail of the pulse generator.
Fig. 3 is a basic electrical diagram of the pulse generator and of the selection device.
Fig. 4 schematically illustrates the crenellated moving part disposed opposite the slots.
Figs. 5 to 12 illustrate the shape of the currents at various points of the circuit, the diagram of which is given in FIG. 3 when moving the moving part in the positive direction.
Figs. 13 to 20 illustrate the shape of the same currents when the moving part moves in the negative direction.
The pulse generator shown in Figs. 1 and 2, comprises a housing 1 provided at one of its ends with a cover 2 carrying a connection plug 3. This housing 1 has a cylindrical part of large diameter and a second cylindrical part of smaller diameter. Inside this housing 1 are housed a fixed part or cover 4, a movable part 5 fixed on an axis 6 pivoted in the second cylindrical part of the housing 1, as well as a device for generating electrical pulses.
The movable part 5 constitutes a part common to two emitting devices and carries, at its periphery, a crenellated wall 7 concentric with its axis of rotation. This wall 7 comprises, evenly distributed over its entire periphery, crenellations C and voids V. The crenellated wall 7 is located between two wings 8, 9 of the cover 4 which is rigidly fixed to the housing 1. Each of these wings 8, 9 has slots 10, 11 and 12, 13 respectively. The slits 10 and II of the wing 8 and the slots 12 and 13 of the wing 9 are respectively located at (n + 1/4) steps from the crenellations of each other. The slots 10 and 12 of the first emitter, as well as the slots 11 and 13 of the second emitter, are located one opposite the other, or on the same radius of the cover 4.
The device for generating electrical pulses comprises incandescent lamps 14, 15 belonging respectively to the first and to the second emitting device and which are rigidly fixed on the cover 4 facing the slots 12 and 13 respectively. The filament 16, 17 of these incandescent lamps 14, 15 is located in the radial plane passing through the slot 12, 13 respectively. These incandescent lamps are supplied with electrical energy by a supply device (not shown) which can be either a distribution network or accumulators. Detectors formed by photo-transistors 18, 19 are fixed on the cover 4 facing the slots 11, 12 respectively. These photo-transistors are connected in the manner described later with reference to FIG. 3 to the pulse shaping device.
These photo-transistors 18, 19 receive a light brush, delimited by the slots 11, 13 and 12, 14 respectively when an empty
V of the crenellated wall 7 is located between the corresponding slots. On the other hand, they are not illuminated when a slot C is located between the corresponding slots. The photo-transistors are normally in a non-conductive state, but as soon as they receive the light brush, they become conductive and currents ipl, iP2 respectively are sent to the selection device.
When such a pulse generator is mounted on a medium precision machine tool, for example, the axis 6 is made integral with the advance screw of the movable member while the housing 1 is rigidly fixed to the frame. the machine. In a variant, the housing 1 could be mechanically connected to a device for compensating the errors of the screw advancing the movable member.
The pulse shaping device comprises two Schmitt flip-flops which will also be referred to hereinafter as trigger circuits 20, 21, the input signals of which are formed respectively by the currents ipl, ip2 delivered by the electrical generation device. pulses of the generator. These trigger type circuits transform the currents ipl, ip2 respectively into square pulses with a very steep edge itt, it2.
The current it1 supplies a sign inverter circuit 22. This circuit 22 is of the phase shifter type and provides two output signals idi, id2. One idl corresponds, except for the sign, to the input signal itl. The other id2 corresponds to the current id5 phase shifted by 1800.
These currents idt, ido are then differentiated in a differentiating circuit 23 delivering currents i'd1, 'd, exhibiting positive and negative pulses corresponding respectively to the positive or negative jumps of the currents id1, id2 the currents i'd1, i 'd are also 1800 out of phase with each other.
These currents i'd1, i'd2 each constitute the input signal of a transistor T1, T2 of a selection device 24. These transistors T1, T2 are biased, using the output signal it2 of the circuit trigger 21, so that in the absence of current ip2, only the negative pulses of the currents i'd1, i'd, are transmitted to the output terminals S1, S2 of the selection device 24 and that no pulses of the currents i'dl, i'd.) is transmitted when the current ip2 is different from zero, that is to say in the absence of current il. 2.
The operation of the control device described is as follows:
When moving, from a zero or reference position, the movable member of a machine tool, for example, the movable part 5 of the control device is caused to rotate in a direction corresponding to the direction of movement of the movable organ. The light beams, emitted by the incandescent lamps 14, 15 and reaching the phototransistors 1 8, 19 through the slits 10, 12 and 11, 13 respectively, are cut at a rate depending on the speed of the angular displacement of the part 5 , therefore of the linear displacement of the movable member. As these photo-transistors are only conductors when they are illuminated, each interruption of a light beam corresponds to an interruption of the current ipl, ip respectively.
The output currents itl, it trigger circuits 20, 21 have the form of square waves or square waves.
However, these square waves are out of phase with JTI2, which corresponds to the spatial shift of the slits 10, 12 and 11, 13 which is a multiple of the pitch of the cracks: r / 2. The current it is directly used to control the blocking of the sign selection circuit 24, while the current itl is, first of all, transformed into two phase-shifted currents of 1800 idl, id2 (fig. 7 and 8), then these currents. two currents are differentiated by means of the differentiator circuit 23, which provides two currents i'di, i'd2 having the form of instantaneous pulses (FIGS. 9 and 10). These currents i'd1, i'd2 respectively supply the transistors T1, T2 of the selection device 24.
In the absence of current it2, this circuit 24 does not transmit any signal, neither to the output S1, nor to the output S2. On the other hand, when the current It. is at its maximum value, the circuit 24 transmits only the negative pulses of the current i'dl to the output S1 and of the current i'd2 to the output S2, in the form of pulses isl and ir (fig. 11 and 20).
Under these conditions, when moving the moving part 5 in the positive direction, only the negative pulses of the current i'dl are transmitted by the circuit 24; the negative pulses of the current i'd2, taking place when the current ita is zero, therefore when the circuit 24 is blocked, are not transmitted. On the contrary, when the moving part 5 moves in the negative direction, only the negative pulses of the current i'dS are transmitted by the circuit 24. One thus obtains at the output of the circuit 24, pulses on the terminal S1 or on the terminal. terminal S2 according to the direction of movement of the moving part 5 (fig. 5 to 20).
This control device therefore makes it possible, on the one hand, to determine the amplitude of the movements of a movable member by counting pulses and, on the other hand, to determine in which direction said movements are carried out.
The precision of such a control device depends essentially on the number of slots carried by the moving part 5, therefore on the pitch of the slot, and on the width of the reading slot.
Many variations are possible, in particular the moving part could be constituted by a crenellated rectilinear rule which can move linearly. The fixed or mask part would then also be rectilinear and would have slots (n + 42) paces apart from the crenellations. It is obvious that in an alternative embodiment the part 5 carrying the crenellation could be rigidly connected to the housing.
I while the cover 4 would be rigidly connected to the axis 6.
In addition, the rays could be other than light rays, for example infrared rays, or generally waves of any frequency.
On the other hand, the output currents corresponding to the two directions of movement of the movable member could be delivered by a single channel but present different signs, with a view to their identification or be of nature (shape, amplitude, etc.) different depending on the direction of travel.
The crenellations carried by the movable member 5 could be formed by openings of another shape, for example round, square, etc., or simply have zones of different transparency or else different surface states.
In a quite general manner, the crenellations of part 5 could be replaced by successive different zones making it possible to modify, between two limits, the value of a physical quantity (electric or magnetic field, radiation, level, etc.) . These different zones are alternated and preferably of approximately the same dimensions. The passage from one zone to another causes, via the corresponding detector, the change of state of the trigger circuits 20 or 21.
In addition, this crenelation of the part 5 could be replaced by successive zones emitting a physical quantity, two of these contiguous zones emitting intensities different from this physical quantity. In such a case, these zones simultaneously constitute emitting sources which replace for example the light source described with reference to the appended drawing. These zones may for example be formed by zones magnetized at different values or by zones emitting radiations of different intensity (radioactive paint).