L'objet de la présente invention est un comparateur électronique de haute précision.
Les comparateurs électroniques ou appareils électroniques permettant de comparer avec haute précision plusieurs longueurs entre elles, existant actuellement sur le marché, comprennent en général les dispositifs ou éléments suivants:
1. Un capteur ou plusieurs, fournissant un signal analogique
ou digital, basé sur l'utilisation:
soit d'une variation d'inductivité: procédé magnétique,
soit d'une variation de capacité: procédé électrique,
soit d'une variation de lumière: procédé photoélectrique
2. Un dispositif d'affichage de la dimension exploitant:
soit la phase,
soit l'amplitude,
soit la fréquence,
soit directement la valeur numérique du signal fourni par
le capteur.
3. Un dispositif d'enregistrement des dimensions affichées et
qui doivent être comparées.
4. Un dispositif de comparaison entre les dimensions mesu
rées.
5. Un dispositif d'affichage du résultat de la comparaison
servant éventuellement à la sélection selon des tolérances
établies.
En général, si une haute précision est désirée, dans les dispositifs 2 à 5, on s'efforce de traiter numériquement le signal du capteur afin d'obtenir entre autres une bonne stabilité. Ceci oblige à employer:
- soit un capteur analogique suivi d'un convertisseur analo
gique-digital à haute résolution et haute précision,
- soit un capteur numérique à haute résolution et haute
précision.
Il est clair que ces dispositifs sont compliqués et par conséquent onéreux.
Le but de la présente invention est de présenter une solution simple, mais cependant précise. Elle permet de traiter analogiquement avec une bonne stabilité le signal du capteur et évite de devoir recourir à un capteur numérique délicat, tout en supprimant le convertisseur analogique-digital.
Le comparateur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un capteur fournissant un signal proportionnel à la grandeur mesurée, un dispositif de mémorisation analogique dudit signal, un circuit comparateur comparant ledit signal amplifié et démodulé à une tension de référence fournie par une source interne variable composée d'une source de tension fixe et d'un réseau de résistances en échelle dont la commutation des cellules est commandée par un compteur ou un programmateur recevant des impulsions d'un générateur interne à travers une porte, dont l'ouverture est commandée par la tension apparaissant à la sortie dudit circuit comparateur, de manière à ce que ladite tension de référence devienne égale à la tension à mémoriser et constitue une mémoire de cette tension,
et qu'il comprend en outre des circuits de calcul analogiques commandant le circuit d'affichage indiquant l'acceptation ou le rejet de la pièce mesurée.
Dans le but d'en expliquer le fonctionnement, nous allons décrire une utilisation particulière de ce comparateur dans la mesure et la comparaison des diamètres intérieurs de cylindres.
La fig. 1 représente le schéma de la mesure,
la fig. 2 montre dans le détail la réalisation des mémoires.
Les diamètres intérieurs A, B, C du cylindre 1 (fig. 1) sont à comparer entre eux et avec le diamètre K de la bague étalon 2.
Dans ce but, les becs 5 du palpeur viennent palper successivement la bague étalon 2 puis le cylindre 1 aux endroits prescrits. Ces mesures étant enregistrées, on peut alors les comparer entre elles.
Le capteur différentiel 3, analogue à celui qui est décrit dans le brevet suisse no. 323 647, est alimenté par un générateur de tension alternative à haute fréquence 6 par l'intermédiaire d'un transformateur différentiel 4, de telle manière à ce que pour tout déplacement d'une électrode du capteur par rapport à l'autre, donc des becs 5 l'un par rapport à l'autre, apparaisse entre l'électrode interne et le point milieu du transformateur différentiel un signal de mesure alternatif dont la phase dépend de la direction et l'amplitude de la grandeur du déplacement.
Après avoir été amplifié dans l'amplificateur 7, le signal est démodulé en phase dans le démodulateur de phase 8, de manière à obtenir un signal démodulé dont l'amplitude varie linéairement avec le déplacement et dont la polarité dépend de la direction du déplacement par rapport à la position zéro du capteur.
Comme il est expliqué plus haut, afin de pouvoir comparer entre elles les mesures faites successivement, il est nécessaire de mémoriser les signaux démodulés, qui sont l'analogue de ces mesures.
Notre exemple (fig. 1) présente un système à 4 mémoires, 9, 10, 11, 12, permettant l'enregistrement des 4 mesures, A, B,
C, K, en manoeuvrant successivement les interrupteurs 13 à 16.
Les mémoires sont en principe des sources de tension variables v, fournies par le dispositif D/A, commandées digitalement par le dispositif S au moyen d'un servo-mécanisme, dont la tension d'erreur e est donnée par la différence formée dans le comparateur Co entre la tension variable v et le signal à enregistrer.
Après avoir manoeuvré un des interrupteurs 13 à 16 et lorsque la tension d'erreur e est devenue nulle, la tension v est égale au signal à enregistrer et en constitue la mémoire. Elle est à disposition pour les calculs.
Par exemple, la mise en mémoire de la dimension A a lieu en plaçant en A les becs du capteur et en fermant l'interrupteur 13 jusqu'à ce que la tension v se soit ajustée automatiquement à la valeur à enregistrer.
Les amplificateurs différentiels 17 à 20 calculent les différences entre les diamètres, A-B, A-C, K-B, au moyen des tensions v correspondantes fournies par les mémoires.
Les tensions qui en résultent apparaissent à l'entrée des comparateurs électroniques 21 à 24, dont le seuil de tension est réglable au moyen des potentiomètres 25 à 28, alimentés par la source V. Les différents seuils de tension correspondent aux limites d'acceptation qui sont fixées en fonction des tolérances d'usinage de la pièce.
L'affichage de l'acceptation ou du rejet a lieu au moyen des contacts des relais 29 à 32 dont l'attraction est commandée par les comparateurs 21 à 24.
L'ajustage des seuils se fait au moyen du galvanomètre 34, qui affiche les différences de diamètres, A-B, A-C, B-C, K
B, suivant la position du commutateur 33, et des potentiomètres 25 à 28.
Les mémoires 9, 10, 11, 12, peuvent être réalisées de différentes manières, avec des circuits intégrés existant sur le marché.
Voici un exemple simple de réalisation (fig. 2).
L'élément S comprend: un compteur binaire formé de 4 circuits flip flop, FFl, FF2, FF3, FF4; 4 amplificateurs I1 à I4; une porte Et, E; un générateur d'impulsions Gi.
L'élément D/A, qui est un convertisseur digital-analogique, comprend: 4 commutateurs électroniques, Xi, Xi, Is; Xi, X4, Is; X5, Xi, I7; X7, Xi, Is; 4 résistances, R, 2R, 4R, 8R; un générateur de tension continue G2.
Le fonctionnement en est le suivant:
Le compteur FFl FF2, FF3, FF4, est d'abord mis à zéro par l'interrupteur Y.
Le générateur Gl fournit des impulsions au compteur à travers la porte E aussi longtemps que le signal v est plus grand que la tension vR fournie par D/A, car à la sortie du comparateur Co on a l'état L et par conséquent la porte E est ouverte. Aussitôt que VR atteint la valeur vA, le compteur ne reçoit plus d'impulsion, car à la sortie du comparateur Co on a l'état 00, et la porte E est par conséquent fermée.
Le nombre binaire enregistré dans le compteur est utilisé pour commander l'état du convertisseur D/A.
En effet, la source de tension G2 alimente le réseau de résistances R, 2R, 4R et 8R à travers les commutateurs formés par les portes Xi, Xi et l'inverseur Is commandés par l'amplif. Il les portes X3, X4 et l'inverseur I6 commandés par l'amplif. 12 les portes Xs, X6 et l'inverseur I7 commandés par l'amplif. I3 les portes X7, X8 et l'inverseur Is commandés par l'amplif. I4 et il en résulte la tension VR.
De tels convertisseurs sont décrits dans le livre de: Millman
Halkias, Integrated electronics , p. 661 à 667, Mc Graw Hill, et partiellement dans les bulletins d'application édités par les fabricants de circuits intégrés, comme Motorola, par exemple.
Dans l'exemple cité, et afin de ne pas compliquer inutilement, nous avons décrit une mémoire à 4 bits seulement, mais il est évident que, afin d'obtenir une plus grande précision, on peut agrandir sa capacité à 10 et même 12 bits en augmentant le nombre d'éléments.
En outre, en remplaçant le compteur binaire par un programmateur, il est possible de commander le DIA de manière à obtenir la tension VR par approximations successives. L'égalité VR = vA est alors atteinte plus rapidement.
Il est clair que le comparateur selon l'invention peut être utilisé tel que décrit avec tirage manuel des pièces selon les résultats affichés par l'appareil, mais il peut aussi faire partie d'un dispositif plus complexe où la mise en place des pièces à tester, l'acceptation ou le rejet de ces dernières est effectué de façon automatique.
The object of the present invention is a high precision electronic comparator.
The electronic comparators or electronic devices making it possible to compare with high precision several lengths between them, currently existing on the market, generally include the following devices or elements:
1. One or more sensors, providing an analog signal
or digital, based on usage:
either a variation of inductivity: magnetic process,
either a variation in capacity: electrical process,
either a variation of light: photoelectric process
2. A display device for the operator dimension:
either the phase,
either the amplitude,
either the frequency,
either directly the digital value of the signal supplied by
the sensor.
3. A device for recording the displayed dimensions and
that need to be compared.
4. A device for comparing the dimensions measured
rees.
5. A device for displaying the result of the comparison
possibly used for selection according to tolerances
established.
In general, if high precision is desired, in devices 2 to 5, an effort is made to digitally process the signal from the sensor in order to obtain, among other things, good stability. This forces you to use:
- either an analog sensor followed by an analog converter
high resolution and high precision digital-graphics,
- either a high resolution and high digital sensor
precision.
It is clear that these devices are complicated and therefore expensive.
The aim of the present invention is to present a simple solution, but nevertheless precise. It enables the signal from the sensor to be processed analogically with good stability and avoids having to resort to a delicate digital sensor, while eliminating the analog-to-digital converter.
The comparator according to the invention is characterized in that it comprises a sensor supplying a signal proportional to the quantity measured, an analog storage device for said signal, a comparator circuit comparing said amplified and demodulated signal with a reference voltage supplied by a variable internal source composed of a fixed voltage source and a network of ladder resistors whose switching of cells is controlled by a counter or a programmer receiving pulses from an internal generator through a door, the opening of which is controlled by the voltage appearing at the output of said comparator circuit, so that said reference voltage becomes equal to the voltage to be stored and constitutes a memory of this voltage,
and that it further comprises analog calculation circuits controlling the display circuit indicating the acceptance or rejection of the measured part.
In order to explain its operation, we will describe a particular use of this comparator in the measurement and comparison of the internal diameters of cylinders.
Fig. 1 represents the diagram of the measurement,
fig. 2 shows in detail the realization of the memories.
The internal diameters A, B, C of cylinder 1 (fig. 1) should be compared with each other and with the diameter K of the standard ring 2.
For this purpose, the jaws 5 of the probe successively feel the standard ring 2 then the cylinder 1 at the prescribed locations. These measurements being recorded, we can then compare them with each other.
The differential sensor 3, similar to that described in Swiss patent no. 323 647, is supplied by a high frequency alternating voltage generator 6 via a differential transformer 4, so that for any displacement of one electrode of the sensor relative to the other, therefore beaks 5 relative to each other, between the internal electrode and the midpoint of the differential transformer an alternating measuring signal appears, the phase of which depends on the direction and the amplitude of the magnitude of the displacement.
After having been amplified in amplifier 7, the signal is demodulated in phase in phase demodulator 8, so as to obtain a demodulated signal whose amplitude varies linearly with the displacement and whose polarity depends on the direction of displacement by relative to the zero position of the sensor.
As explained above, in order to be able to compare the measurements made successively with one another, it is necessary to store the demodulated signals, which are the analog of these measurements.
Our example (fig. 1) presents a system with 4 memories, 9, 10, 11, 12, allowing the recording of 4 measurements, A, B,
C, K, by successively operating switches 13 to 16.
The memories are in principle variable voltage sources v, supplied by the device D / A, digitally controlled by the device S by means of a servo-mechanism, whose error voltage e is given by the difference formed in the comparator Co between the variable voltage v and the signal to be recorded.
After having operated one of the switches 13 to 16 and when the error voltage e has become zero, the voltage v is equal to the signal to be recorded and constitutes its memory. It is available for calculations.
For example, the storage of dimension A takes place by placing the jaws of the sensor in A and closing switch 13 until the voltage v has automatically adjusted to the value to be recorded.
The differential amplifiers 17 to 20 calculate the differences between the diameters, A-B, A-C, K-B, by means of the corresponding voltages v supplied by the memories.
The resulting voltages appear at the input of electronic comparators 21 to 24, the voltage threshold of which is adjustable by means of potentiometers 25 to 28, supplied by the source V. The various voltage thresholds correspond to the acceptance limits which are set according to the machining tolerances of the part.
The acceptance or rejection is displayed by means of the contacts of relays 29 to 32, the attraction of which is controlled by comparators 21 to 24.
The thresholds are adjusted by means of the galvanometer 34, which displays the differences in diameters, A-B, A-C, B-C, K
B, depending on the position of switch 33, and potentiometers 25 to 28.
The memories 9, 10, 11, 12 can be produced in different ways, with integrated circuits existing on the market.
Here is a simple example of realization (fig. 2).
The element S comprises: a binary counter formed of 4 flip flop circuits, FF1, FF2, FF3, FF4; 4 amplifiers I1 to I4; a door And, E; a pulse generator Gi.
The D / A element, which is a digital-analog converter, comprises: 4 electronic switches, Xi, Xi, Is; Xi, X4, Is; X5, Xi, I7; X7, Xi, Is; 4 resistors, R, 2R, 4R, 8R; a direct voltage generator G2.
The operation is as follows:
The counter FF1 FF2, FF3, FF4 is first set to zero by the switch Y.
The generator Gl supplies pulses to the counter through the gate E as long as the signal v is greater than the voltage vR supplied by D / A, because at the output of the comparator Co we have the state L and therefore the gate E is open. As soon as VR reaches the value vA, the counter no longer receives a pulse, because at the output of the comparator Co we have the state 00, and the gate E is consequently closed.
The binary number stored in the counter is used to control the state of the D / A converter.
Indeed, the voltage source G2 supplies the network of resistors R, 2R, 4R and 8R through the switches formed by the gates Xi, Xi and the inverter Is controlled by the amplifier. It gates X3, X4 and the inverter I6 controlled by the amplifier. 12 the gates Xs, X6 and the inverter I7 controlled by the amplifier. I3 the gates X7, X8 and the inverter Is controlled by the amplifier. I4 and this results in the voltage VR.
Such converters are described in the book by: Millman
Halkias, Integrated electronics, p. 661 to 667, Mc Graw Hill, and partially in the application bulletins published by manufacturers of integrated circuits, such as Motorola, for example.
In the example cited, and in order not to complicate unnecessarily, we have described a memory with 4 bits only, but it is obvious that, in order to obtain greater precision, we can increase its capacity to 10 and even 12 bits by increasing the number of elements.
In addition, by replacing the binary counter by a programmer, it is possible to control the DIA so as to obtain the voltage VR by successive approximations. The equality VR = vA is then reached more quickly.
It is clear that the comparator according to the invention can be used as described with manual pulling of the parts according to the results displayed by the device, but it can also be part of a more complex device where the installation of the parts to testing, acceptance or rejection of these is done automatically.