DESCRIPTION
La présente invention concerne un codeur à fibres optiques selon le préambule de la revendication 1. De tels codeurs peuvent être utilisés, par exemple, dans des moteurs rotatifs ou linéaires pour fournir un signal permettant de déterminer la vitesse ou la position de l'élément mobile solidaire de l'organe gradué. Les codeurs optiques connus, notamment ceux à fibres optiques, constituent généralement une unité séparée, comportant par exemple un disque rotatif, et travaillent par transparence, le disque présentant une série de fentes et des éléments optiques reliés à des conducteurs de lumière étant placés de part et d'autre du disque à fentes. Ces dispositifs connus sont relativement encombrants et d'un prix de revient élevé.
De plus, pour certaines applications, leur résolution n'est pas suffisamment élevée pour un diamètre donné du disque.
L'invention vise à fournir un codeur du type mentionné au début, qui soit d'une structure particulièrement simple et économique, et qui puisse être monté sur un appareil existant, tel qu'un moteur, sans entraîner une importante augmentation de l'encombrement. L'invention a en outre pour but d'améliorer la résolution d'un tel codeur et de permettre d'obtenir un déphasage très précis entre deux séries de signaux séparées d'un même conducteur.
A cet effet, le codeur selon l'invention présente les particularités indiquées dans la partie caractéristique de la revendication 1. Les revendications 2 à 5 décrivent des formes d'exécution préférées d'un tel codeur.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description donnée ci-dessous d'un exemple de réalisation, représenté dans le dessin annexé dans lequel:
la figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'un moteur comportant un codeur selon l'invention,
la figure 2 est une vue partielle de l'intérieur du boîtier du codeur de la figure 1,
la figure 3 est une vue en coupe partielle, agrandie, selon la ligne III-III de la figure 2,
la figure 4 est une vue de-face d'une extrémité d'un conducteur de lumière de section essentiellement rectangulaire, comportant huit fibres optiques, et
la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4 pour une section circulaire.
Le moteur du type à courant continu, représenté partiellement à la figure 1, comporte un boîtier-stator 1 dont une partie d'une extrémité est visible dans la figure et dans lequel est logé un rotor 2, par exemple un rotor en forme de cloche comprenant un support 3 et un bobinage 4. Au voisinage du support 3, le boîtier-stator 1 est fermé par un couvercle 5 dans lequel peut être disposé le commutateur du moteur, non représenté, et sur lequel est monté en l'occurrence un boîtier de codeur optique 6. Ce dernier comporte, notamment une partie de sonde 6' traversant le couvercle 5 et un compartiment 6" dans lequel sont logés des éléments émetteurs et récepteurs optoélectriques tels que des phototransistors.
Dans le présent exemple, deux phototransistors récepteurs 7, 8 sont visibles sur la figure 1, deux autres phototransistors, I'un récepteur, L'autre émetteur, étant disposés dans une portion de 6" enlevée par la coupe de la figure 1.
La partie de sonde de 6' du codeur comporte, à son extrémité placée en regard du rotor 2, une plaquette de support cylindrique 9 dans laquelle sont disposées des portions extrêmes de quatre conducteurs de lumière dont trois 10, 11, 12 sont visibles sur la figure 1.
Ces conducteurs de lumière sont constitués par des fibres optiques, par exemple les conducteurs CROFON (marque de DU PONT DE
NEMOURS) et peuvent être réalisés sous forme de monofilaments ou sous forme de plusieurs fibres de la manière décrite plus loin.
Les autres portions extrêmes des conducteurs de lumière, opposées à celles de la plaquette 9, sont couplées respectivement avec les phototransistors placés dans le compartiment 6", le couplage s'effectuant par l'intermédiaire d'ouvertures appropriées dans la paroi 6"' du boîtier 6. Le compartiment 6" est fermé par un couvercle 13 à travers lequel passent les fils de connexion électrique des phototransistors, tels que 14, 15.
Entre leurs deux extrémités, les conducteurs de lumière passent dans une partie creuse de boîtier 6 fermée par un couvercle 16.
Sur le rotor 2 du moteur est collé un disque annulaire 17, qui constitue l'organe gradué du codeur. Ce disque comporte, en regard de la plaquette 9, par exemple trois pistes annulaires concentriques, à l'intérieur de deux desquelles alternent, orientées radialement, des zones à fort et à faible pouvoir de réflexion, la troisième portant une zone indexe.
La figure 2 montre l'intérieur de la partie de sonde vu depuis l'emplacement du couvercle 16, enlevé, les conducteurs de lumière étant également enlevés, et la figure 3 montre en coupe à travers la plaquette 9 la disposition des ouvertures de passage des portions extrêmes de deux conducteurs de lumière. Les trois ouvertures 20, 21, 22, visibles sur la figure 2, reçoivent respectivement les portions extrêmes des conducteurs de lumière 10, 11, 12 de la figure 1. Ces conducteurs sont formés, dans le présent exemple, par des monofilaments et constituent des conducteurs de sortie, conduisant la lumière réfléchie par les pistes correspondantes du disque 17 vers les phototransistors récepteurs correspondants du compartiment 16".
Un conducteur de lumière d'entrée, non visible sur la figure 1, présente dans sa portion extrême une section rectangulaire correspondant à une ouverture 23 représentée à la figure 2. Ce conducteur est formé, dans cet exemple, par huit fibres optiques réunies dans la plaquette 9 selon la configuration de la face libre d'un tel conducteur représentée à la figure 4 où l'on ne tiendra pas compte, pour cet exemple, des indications R et E. On voit dans cette figure que les fibres individuelles, à l'origine cylindriques, ont été comprimées latéralement dans leurs portions extrêmes et elles sont de préférence soudées les unes aux autres, latéralement, par un échauffement de cette portion extrême. L'autre extrémité du conducteur d'entrée à huit fibres est couplée avec un phototransistor émetteur de lumière, à travers une ouverture de la paroi 6"' du boîtier 6.
Cette ouverture peut être cylindrique et la portion extrême du conducteur de sortie peut avoir la section montrée à la figure 5 où l'on ne tiendra pas compte, pour cet exemple, des indications R et E, la configuration de cette portion extrême étant obtenue par exemple également par compression latérale et thermosoudage des fibres individuelles. Ces fibres peuvent par contre être libres et séparées les unes des autres sur la longueur s'étendant entre les deux portions extrêmes à l'intérieur du boîtier 6.
La figure 3 montre que les ouvertures respectives 22, 23 pour le logement des portions extrêmes d'un conducteur de sortie et du conducteur d'entrée forment un angle aigu dont la bissectrice est perpendiculaire au plan du disque gradué 17. Cela permet un excellent rapport entre la quantité de lumière émise par le conducteur d'entrée et la quantité de lumière reçue après réflexion, dans les différents conducteurs de sortie, et cela en l'absence de tout système de lentilles. La disposition montrée permet de rapprocher les extrémités des conducteurs de lumière de la surface réfléchissante du disque gradué jusqu'à la limite imposée par les tolérances mécaniques. Les conducteurs de lumière de sortie pouvant en outre avoir une section extrêmement faible, la résolution qui peut être obtenue par le présent codeur est très élevée.
Bien que l'exemple représenté montre une disposition dans laquelle les conducteurs d'entrée et de sortie sont séparés, ces conducteurs peuvent être réunis de la façon montrée aux figures 4 ou 5 et comprendre des fibres de conducteurs d'entrée et des fibres de conducteurs de sortie dans un même ensemble. Par exemple, les fibres marquées E peuvent être émettrices et les fibres marquées R peuvent être réceptrices. Bien entendu, toute autre forme d'assemblage et de mélange des fibres peut être choisie au niveau de la partie sonde en fonction de la configuration et du fonctionnement souhaités du codeur. Les autres extrémités des fibres sont bien entendu séparées selon leur fonction émettrice ou réceptrice de lumière.
Selon une forme d'exécution similaire à celle des figures 1 à 3,
I'extrémité de l'un des conducteurs de lumière de sortie et la plaquette de support sont concentriques et la plaquette est ajustable an gulairement dans le boîtier du codeur. Cette disposition permet de régler avec précision le déphasage souhaité entre les signaux de deux pistes différentes du disque gradué. Etant donné la très bonne résolution du codeur due principalement au faible diamètre possible des conducteurs de sortie individuels, plusieurs pistes peuvent être prévues sur le disque gradué, ces pistes étant lues par des conducteurs différents. Dans le cas représenté aux figures 1 à 3, la piste extérieure dans le sens radial est par exemple une piste à index.
Dans un cas où les conducteurs de lumière de sortie sont disposés de façon similaire aux conducteurs R de la figure 4, le déphasage entre deux pistes consécutives peut être réalisé sur le disque luimême, la lecture étant alors également très précise du fait de la haute résolution du système de lecture.
Il ressort de ce qui précède que le présent codeur optique peut être réalisé sous une forme extrêmement compacte, ce qui permet d'intégrer le codeur à un moteur ou à un autre appareil existant sans en augmenter sensiblement le volume, et permet d'atteindre, par des moyens relativement économiques, de très bonnes précision et résolution du codeur même pour de petites dimensions de l'organe gradué. La précision du présent codeur se traduit, d'une part, par un déphasage très précis des signaux correspondant à des pistes différentes et, d'autre part, par la forme des signaux permettant notamment d'obtenir des demi-périodes sensiblement égales dans chacun des signaux périodiques.
La simplicité des moyens mis en oeuvre se révèle dans la construction de la sonde ainsi que dans le traitement des fibres optiques, notamment la facilité de créer des configurations voulues d'ensembles de plusieurs fibres au moyen d'un formage par compression et thermosoudage.
DESCRIPTION
The present invention relates to a fiber optic encoder according to the preamble of claim 1. Such encoders can be used, for example, in rotary or linear motors to provide a signal making it possible to determine the speed or the position of the movable element. attached to the graduated organ. Known optical coders, in particular those with optical fibers, generally constitute a separate unit, comprising for example a rotating disc, and work by transparency, the disc having a series of slots and optical elements connected to light conductors being placed on the side. on the other side of the slotted disc. These known devices are relatively bulky and of a high cost price.
In addition, for some applications, their resolution is not high enough for a given diameter of the disc.
The invention aims to provide an encoder of the type mentioned at the start, which is of a particularly simple and economical structure, and which can be mounted on an existing device, such as a motor, without causing a significant increase in overall dimensions. . Another object of the invention is to improve the resolution of such an encoder and to make it possible to obtain a very precise phase shift between two series of signals separated by the same conductor.
To this end, the encoder according to the invention has the features indicated in the characteristic part of claim 1. Claims 2 to 5 describe preferred embodiments of such an encoder.
The invention will be better understood in the light of the description given below of an exemplary embodiment, represented in the appended drawing in which:
FIG. 1 is a sectional view of part of an engine comprising an encoder according to the invention,
FIG. 2 is a partial view of the interior of the encoder housing of FIG. 1,
FIG. 3 is a view in partial section, enlarged, along the line III-III of FIG. 2,
FIG. 4 is a front view of one end of a light conductor of essentially rectangular section, comprising eight optical fibers, and
Figure 5 is a view similar to that of Figure 4 for a circular section.
The DC type motor, partially shown in Figure 1, comprises a stator housing 1, part of one end is visible in the figure and in which is housed a rotor 2, for example a rotor in the shape of a bell. comprising a support 3 and a winding 4. In the vicinity of the support 3, the stator box 1 is closed by a cover 5 in which the motor switch, not shown, can be arranged, and on which is mounted a case optical encoder 6. The latter comprises, in particular a probe portion 6 'passing through the cover 5 and a compartment 6 "in which are housed optoelectric transmitter and receiver elements such as phototransistors.
In the present example, two receiver phototransistors 7, 8 are visible in FIG. 1, two other phototransistors, one receiver and the other transmitter, being arranged in a 6 "portion removed by the section in FIG. 1.
The 6 ′ probe part of the encoder comprises, at its end placed opposite the rotor 2, a cylindrical support plate 9 in which are arranged end portions of four light conductors, three of which 10, 11, 12 are visible on the figure 1.
These light conductors are constituted by optical fibers, for example CROFON conductors (brand of DU PONT DE
NEMOURS) and can be produced in the form of monofilaments or in the form of several fibers as described below.
The other end portions of the light conductors, opposite those of the plate 9, are respectively coupled with the phototransistors placed in the compartment 6 ", the coupling being effected by means of suitable openings in the wall 6" 'of the housing 6. The compartment 6 "is closed by a cover 13 through which pass the electrical connection wires of the phototransistors, such as 14, 15.
Between their two ends, the light conductors pass through a hollow housing part 6 closed by a cover 16.
On the rotor 2 of the motor is stuck an annular disc 17, which constitutes the graduated member of the encoder. This disc comprises, opposite the plate 9, for example three concentric annular tracks, inside two of which alternate, oriented radially, areas with high and low power of reflection, the third carrying an index area.
Figure 2 shows the interior of the probe part seen from the location of the cover 16, removed, the light conductors also being removed, and Figure 3 shows in section through the plate 9 the arrangement of the openings for passage of the extreme portions of two light conductors. The three openings 20, 21, 22, visible in FIG. 2, respectively receive the end portions of the light conductors 10, 11, 12 of FIG. 1. These conductors are formed, in the present example, by monofilaments and constitute output conductors, conducting the light reflected by the corresponding tracks of the disc 17 to the corresponding receiving phototransistors of the compartment 16 ".
An input light conductor, not visible in Figure 1, has in its end portion a rectangular section corresponding to an opening 23 shown in Figure 2. This conductor is formed, in this example, by eight optical fibers joined in the plate 9 according to the configuration of the free face of such a conductor shown in FIG. 4 where, for this example, the indications R and E will not be taken into account. It is seen in this figure that the individual fibers, at the 'Origin cylindrical, were compressed laterally in their end portions and they are preferably welded to each other, laterally, by heating of this end portion. The other end of the eight-fiber input conductor is coupled to a light-emitting phototransistor, through an opening in the wall 6 "'of the housing 6.
This opening may be cylindrical and the end portion of the output conductor may have the section shown in FIG. 5 where, for this example, the indications R and E will not be taken into account, the configuration of this end portion being obtained by example also by lateral compression and heat sealing of the individual fibers. These fibers can on the other hand be free and separated from each other over the length extending between the two end portions inside the housing 6.
Figure 3 shows that the respective openings 22, 23 for housing the end portions of an output conductor and the input conductor form an acute angle whose bisector is perpendicular to the plane of the graduated disc 17. This allows an excellent ratio between the quantity of light emitted by the input conductor and the quantity of light received after reflection, in the various output conductors, and this in the absence of any lens system. The arrangement shown makes it possible to bring the ends of the light conductors closer to the reflecting surface of the graduated disc up to the limit imposed by the mechanical tolerances. Since the output light conductors can also have an extremely small cross-section, the resolution which can be obtained by the present encoder is very high.
Although the example shown shows an arrangement in which the input and output conductors are separated, these conductors can be joined together as shown in FIGS. 4 or 5 and include fibers of input conductors and fibers of conductors output in the same set. For example, the fibers marked E can be emitting and the fibers marked R can be receiving. Of course, any other form of assembly and mixing of the fibers can be chosen at the level of the probe part according to the configuration and the desired operation of the encoder. The other ends of the fibers are of course separated according to their light emitting or receiving function.
According to an embodiment similar to that of FIGS. 1 to 3,
The end of one of the output light conductors and the support plate are concentric and the plate is adjustable angularly in the encoder housing. This arrangement makes it possible to precisely adjust the desired phase shift between the signals of two different tracks of the graduated disc. Given the very good resolution of the encoder mainly due to the small possible diameter of the individual output conductors, several tracks can be provided on the graduated disc, these tracks being read by different conductors. In the case shown in Figures 1 to 3, the outer track in the radial direction is for example an index track.
In a case where the output light conductors are arranged similarly to the conductors R of FIG. 4, the phase shift between two consecutive tracks can be carried out on the disc itself, the reading then being also very precise due to the high resolution of the reading system.
It follows from the above that the present optical encoder can be produced in an extremely compact form, which makes it possible to integrate the encoder with a motor or other existing device without significantly increasing the volume thereof, and makes it possible to achieve, by relatively economical means, very good accuracy and resolution of the encoder even for small dimensions of the graduated member. The accuracy of the present encoder is reflected, on the one hand, by a very precise phase shift of the signals corresponding to different tracks and, on the other hand, by the shape of the signals making it possible in particular to obtain substantially equal half-periods in each. periodic signals.
The simplicity of the means used is revealed in the construction of the probe as well as in the processing of optical fibers, in particular the ease of creating desired configurations of assemblies of several fibers by means of compression and heat sealing forming.