FR2482722A1

FR2482722A1 - Dispositif de codage de position

Info

Publication number: FR2482722A1
Application number: FR8109482A
Authority: FR
Inventors: James Rogers Douglas
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1980-05-15
Filing date: 1981-05-13
Publication date: 1981-11-20
Also published as: GB2076147A; DE3117554C2; FR2482722B1; JPH0128888B2; DE3117554A1; US4524347A; JPS578408A; GB2076147B

Abstract

DISPOSITIF DE CODAGE DE POSITION FOURNISSANT UN SIGNAL DE SORTIE INDIQUANT LA POSITION D'UN OBJET PAR RAPPORT A UN REPERE. LE DISPOSITIF COMPREND UN DISQUE 10 SOLIDAIRE D'UN ARBRE 11 ROTATIF PLACE EN FACE D'UN INDEX 12 FIXE, POUR FOURNIR DEUX FORMES D'ONDE EN QUADRATURE DONT LA LONGUEUR EST EGALE A UN PETIT DEPLACEMENT DU DISQUE. LE DISQUE 10 COMPORTE DES PISTES TRAVERSEES PAR LA LUMIERE DE SOURCES 13 POUR ATTAQUER DES CELLULES PHOTO-SENSIBLES 14 RELIEES A UN ETAGE DE CALCUL 15. APPLICATION AU CODAGE DES DEPLACEMENTS ROTATIFS OU TRANSLATIFS.

Description

La présente invention concerne un dispositif de codage de position

fournissant un signal de sortie

indiquant la position d'un objet par rapport à une posi-

tion repère. Normalement, on utilise de tels codeurs pour indiquer une position linéaire ou angulaire.

Les codeurs de position se présentent habituel-

lement sous l'une de deux formes. Le codeur incrémentiel mesure la position en comptant les pas de progression du mouvement à partir de la position repère, et il dépend

par conséquent entièrement de l'information enregistrée.

Si cette information est perdue, le dispositif cesse

de fonctionner. Un codeur incrémentiel utilise fréquem-

ment le principe des réseaux optiques tel que le principe

des franges d'interférence.

Le codeur absolu a été mis au point pour

s'affranchir des problèmes associés aux codeurs incrémen-

tiels. Il fournit un signal de sortie qui est unique pour toute position particulière et qui ne dépend donc

pas d'une information enregistrée. On connaît de nombreu-

ses formes de codeur absolu de position, dont l'un est l'objet de la demande de brevet britannique 79 44 011

au nom de la Demanderesse.

Les codeurs absolus de position ont une finesse de résolution qui dépend d'un certain nombre de facteurs

tels qu'entre autres le nombre de pistes que peut compor-

ter le codeur, et la largeur de la fente optique à travers laquelle se lisent les pistes. Il est difficile d'obtenir une résolution supérieure à 13 positions binaires avec les types connus. de codeur absolu de position. De même,

les codeurs incrémentiels fonctionnent en comptant les fran-

ges produites par les réseaux et la résolution obtenue

par cette technique est également limitée.

L'invention a pour but de réaliser un codeur de position dont la résolution soit supérieure à celle que

permettent les formes connues de codeurs de position.

Conformément à la présente invention, le dispositif de codage dé position est caractérisé en ce qu'il comporte un codeur classique de position, un organe d'échelle et un organe d'index dont l'ensemble est disposé pour fournir deux formes d'ondes périodiques en quadrature et dont la longueur d'onde est égale à un petit déplacement de l'organe d'échelle; des circuits répondant aux amplitudes des formes d'ondes périodiques en des points prédéterminés de chacune de leurs périodes pour en déterminer les erreurs, et apportant auxdites formes d'ondes les corrections appropriées; des moyens de décodage pouvant être mis en oeuvre pour déterminer à partir des deux formes d'ondes l'information de position ainsi représentée se rapportant à chaque période des formes d'ondes; et des moyens de sortie pour combiner ladite information de position avec celle déterminée

par le codeur classique de position.

Le codeur classique de position peut comprendre un codeur incrémentiel ayant un organe d'échelle et un organe d'index supplémentaires dont l'ensemble est disposé pour produire une forme d'onde cyclique, et des circuits pouvant être mis en oeuvre pour compter le nombre de cycles de ladite forme d'onde à partir

d'une position repère.

En variante, le codeur classique de position peut comprendre un codeur absolu ayant un organe d'échelle supplémentaire portant plusieurs pistes à codage numérique, des têtes de lecture étant associées à chaque piste, et des circuits répondant aux sorties des têtes de lecture pour détecter la présence de transitions dans lesdites pistes et déterminer la position de l'organe d'échelle

par rapport à une position repère.

L'organe d'échelle est, de préférence, combiné avec l'organe supplémentaire d'échelle du codeur classique

de position.

D'autres particularités et avantages de l'inven-

tion vont ressortir de la description, qui va suivre,

de modes de réalisation selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés qui représentent respectivement: - figure 1: une représentation schématique

d'un mode de réalisation du dispositif-

- figure 2: une vue de l'organe d'échelle de la réalisation de la figure 1; - figure 3: une vue d'un organe d'index pour utilisation avec l'échelle de la figure 2; - figures 4, 5, 6: l'ensemble de ces figures

représente une forme de logique pouvant convenir à l'inven-

tion; - figure 7: un ordînagramme exposant les calculs accomplis par la logique des figures 4, 5 et 6; - figure 8: schéma du circuit d'un codeur'

classique incrémentiel.

En se référant maintenant à la figure 1, celle-ci montre une représentation schématique d'une réalisation de l'invention, sous la forme d'un codeur rotatif o le codeur classique de position est du type

absolu.

L'organe d'échelle comprend un disque 10

fixé à un arbre 11 et porté par des paliers (non figurés).

Le disque 10 porte à la fois des pistes à codage numéri-

que pour le codeur absolu et une structure de traits

pour produire les deux formes d'ondes périodiques.

A proximité immédiate du disque 10 se trouve l'organe d'index 12 qui est fixé au boîtier de l'appareil. Le disque 10 et l'index 12 sont représentés plus en détail aux figures 2 et 3 respectivement. Du côté du disque 10 opposé à l'index 12 se trouve un certain nombre de sources lumineuses 13, disposées de façon à éclairer les diverses pistes, que porte le disque 10, dans tous les points requis. Une rangée de photocapteurs 14 est disposée du côté de l'index 12 opposé au disque 10. La figure montre deux jeux de photocapteurs, dont chacun comprend un capteur par piste. En pratique, on peut utiliser un plus grand nombre de jeux, notamment pour les pistes à codage numérique du codefur absolu. Chaque photocapteur 14 détecte la lumière d'une source 13 traversant la piste appropriée du disque 10. Les signaux sortants de ces photocapteurs 14 parviennent au montage de circuits qui sera décrit en détail plus loin. La sortie du montage 15 va représenter la position angulaire de l'arbre

11 par rapport à une position repère et comprendra généra-

lement une sortie numérique parallèle-à plusieurs positions binaires. La figure 2 est uné vue du disque 10 montrant partiellement chacune des pistes du disque. Pour plus

de clarté, seule une partie de chaque piste est représen-

tée. Les trois pistes intérieures portant les références 21, 22 et 23 sont les pistes à codage numérique du codeur absolu de position. Ces pistes peuvent être codées de différentes façons. Un procédé, décrit dans la demande britannique 79 44 011, consiste à coder les pistes en code monostrophique. La quatrième piste 24 est une simple structure de traits qui s'étend tout autour du disque 10. Elle est ici représentée comme étant à la périphérie, mais elle peut en pratique occuper n'importe

quelle place sur le disque.

Par commodité, le disque sera en verre, les parties claires et opaques des pistes étant formées

par exemple par un procédé photographique.

La figure 3 représente l'index 12 qui est em-

ployé en conjonction avec le disque d'échelle 10 de la figure 2. Dans le mode de réalisation à décrire, chaque piste 21, 22 et 23 a quatre têtes de lecture associées. L'index 12 porte en conséquence, en des emplacements précis, quatre fentes 31 qui définissent

les positions réelles du photocapteur correspondant.

L'index 12 porte aussi deux courtes structures de traits 32 et 33 qui correspondent à la structure de traits 24 du disque 10. Le pas des traits des structures 32 et 33 de l'index est le même que celui des traits sur le disque 10. Chaque structure de l'index 12 se divise en deux parties, les lignes de l'une étant décalées

d'un demi-pas par rapport à celles de l'autre.

En fonctionnement, les trois pistes intérieures 21, 22 et 23 travaillent en coopération avec leurs têtes de lecture associées et le montage de circuits pour fournir une sortie numérique indiquant la position du disque codeur par rapport à une position repère. Cette sortie peut être par exemple un nombre à dix positions

La structure de traits sert à fournir des sorties sinusol-

dale et cosinusoldale, telles qu'on les utilise dans des codeurs incrémentiels classiques, et on les emploie à subdiviser la sortie du codeur absolu pour donner une précision plus élevée, par exemple une sortie totale

sous la forme d'un nombre à seize positions binaires.

Le codeur absolu est entièrement décrit dans la demande ci-dessus mentionnée. En gros, l'ensemble des pistes définit un code monostrophique. L'une des pistes fournit deux transitions, avec un certain nombre de têtes de lecture associées. Les autres pistes ont un nombre différent de transitions et peuvent avoir

autant ou différemment de têtes de lecture associées.

Les sorties desdites têtes peuvent être décodées par une mémoire morte qui transpose chaque sortie unique de l'ensemble des têtes en une position absolue par rapport

au repère.

Les structures de traits sur le disque 10

et l'index 12 définissent ensemble deux pistes concentri-

ques qui, dans l'exemple décrit, interfèrent entre elles par un effet "d'obturateur" pour faire varier la quantité

de lumière reçue par le photocapteur. L'intensité lumineu-

se varie périodiquement et les deux sorties des photocap-

teurs associés aux deux pistes concentriques se trouvent en quadrature entre elles. Ces deux sorties sont traitées

de la manière ci-dessous décrite.

La technique consistant à utiliser deux signaux périodiques est sujette à erreurs, principalement dues aux défauts de l'appareil utilisé. Il y a quatre sources principales d'erreurs, dont l'une est le déport de la composante continue. Cela provient de l'asymétrie de

la forme d'onde périodique autour de sa tension de référen-

ce, et qui est habituellement due aux variations de gain des photocapteurs. D'autre part, les facteurs -de gain des deux voies affectées aux deux formes d'ondes périodiques peuvent aussi différer, ce qui donne lieu

à des erreurs de variation de gain. Il y a une possibili-

té d'erreur par déphasage dans le codeur angulaire si la piste à structure de traits n'est pas concentrique à l'axe de rotation du disque. La quatrième source d'erreur est une erreur de forme d'onde qui apparait

lorsque les formes d'ondes périodiques ne sont pas sinusoï-

dales en fait.

Pour un codeur angulaire, les formes d'ondes périodiques peuvent être généralement représentées par les deux équations suivantes: Xs = Ks sin + m) + ds (1) Xc = Kc cos ( / - m) + de (2) o X est la valeur instantanée du signal K est la valeur de crête du signal est le déplacement angulaire en radians durant un cycle des formes d'ondes sinusoïdales m est l'angle d'erreur de phase d est l'erreur de déport de la composante continue. Si l'on désigne par As et Bs respectivement les valeurs de crête positive et négative réellement

mesurées de l'onde sinusoïdale, et par Ac et Bc respecti-

vement les valeurs positive et négative pour l'onde cosinusoldale, on obtient les relations suivantes: As = K5 + ds (3) Bs =-Ks + ds (4) A c = Kc + dc (5) Bc =-Kc + dc (6) et, par addition et soustraction des deux paires de valeurs de crte, on peut calculer les valeurs de Ks, Kc, ds et de, à savoir: 2ds As + Bs(7) 2dc = A + Bc (8) 2Ks = As - B (9) 2KC = Ac Bc (10) En mesurant donc les valeurs de crête positive

et négative, des formes d'ondes sinusoïdale et cosinusoida-

le, le gain et les erreurs de déport de composante continue

peuvent être caleulées et corrigées.

La correction d'erreur de phase est plus complexe et elle peut être expliquée par le raisonnement ci-après. Les équations (1) et (2) peuvent s'écerire sous la forme -d sin (ô + m) = s(11) Ks X d) et cos (P- m) = c '(12) Kc Si l'on introduit les expressions des équations (7) et (8) dans l'équation (11), et celles de (9) et (10) dans l'équation (12), on obtient: Xs - (As Bs)/2 sin (/+ m) = (13) (As _ Bs)/2 et cos ( m) XC (A + Bc)/2 (14) (Ac - Bc)/2 -Par une autre transformation, on peut montrer que: tgf = sin (/ + m) - cos (/3 - m) tg m (15) cos (/3 - m) - sin (/3 + m) tg m

Par conséquent, si la valeur de tgm est déter-

minée, on connaît celle de l'angle P. On doit se rappeler queS est le déplacement angulaire durant un cycle de

la forme d'onde sinusoïdale.

Dans un tel cycle, il y-a quatre positions o la variation de gain due à l'erreur de phase passe par un maximum, qui se produit quand sin ( + m) = cos ( - m) et sin (ô+ m) = -cos (1- m) et, en utilisant ces conditions, on peut montrer que tgm = sin (O/4 + m) - sin (-"W/4 + m) (16) sin ("/4 + m) + sin (-'/4 + m) La détermination et la correction effectives des erreurs, ainsi que le calcul de l'angle/S, requiert un matériel complexe ou un programme logiciel approprié

pour un processeur.

Les figures 4, 5 et 6 s'ajustent ensemble

dans la succession figure 4, figure 5, figure 6, figure 4...

c'est-à-dire que les sorties de la figure 6 fbrment les entrées de la figure 4. On verra que la plupart des éléments de circuit que montrent les figures 4, et 6 sont très simples, s'agissant principalement

d'additionneurs, soustracteurs, bascules et multiplicateurs.

Sur les figures 4, 5 et 6, les paires de lignes parallèles indiquent des bus de données à positions binaires multiples, tandis que les lignes simples indiquent des voies à position binaire unique. La plupart des bus de données à positions multiples véhiculent des

données à seize positions dans la réalisation à décrire.

En se référant d'abord à la figure 4, les deux photocapteurs SD et CD sont ceux qui détectent les signaux sur les parties sinusoïdale et cosinusoldale

de la piste à structure de traits du disque codeur.

Les sorties de ces capteurs traversent des amplificateurs courant/tension SA et CA et des convertisseurs analogique/

numérique SAD et CAD. Les sorties de ces deux convertis-

seurs sont respectivement les termes X. sinusoldal et Xc cosinusoidal donnés par les équations (1) et (2) ci-dessus. Les voies affectées à ces deux types de signaux étant identiques, il suffira donc d'étudier en détail les voies du signal sinusoïdal. La sortie

du convertisseur analogique/numérique va vers un soustrac-

teur SS1 dont l'autre entrée reçoit la sortie d'un addi-

tionneur SAl. La sortie du soustracteur SS1 passe à

un circuit diviseur SD1 o ce signal constitue le dividen-

de, le signal diviseur étant formé par la sortie d'un soustracteur seront décrites plus loin. Le quotient

qui sort du diviseur SD1 forme une entrée vers un multipli-

cateur SM1, l'autre entrée étant le signal tgm dont

l'obtention sera décrite ci-après. La sortie du multipli-

cateur SM1 est appliquée à la voie du signal cosinusoldal.

La sortie du diviseur DS1 forme aussi une entrée d'un soustracteur SS3 ayant comme autre entrée la sortie du multiplicateur CM1 de la voie cosinusoldale correspondante. Il y a ainsi quatre bus à positions multiples allant de la figure 4 à la figure 5, dont deux transportent respectivement les sorties des soustracteurs SS3 et CS3, les deux autres véhiculant les formes numérisées

des signaux sinusoïdal X. et cosinusoldal Xe de base.

En se reportant maintenant à la figure 5, la sortie du soustracteur SS3 est appliquée à trois

circuits SC1, NG1 et SC2. Le circuit SC1 est un compara-

teur que ne fournit une sortie que si son entrée est numériquement moindre que zéro. Le circuit NG1 est un "inverseur", lequel fournit une sortie "-A" si l'entrée est "A". En conséquence, le multiplicateur SC2 a deux

entrées dont l'une est "l'inverse"de l'autre. Le fonction-

nement du circuit SC2 est tel que, si le signal de comman-

de provenant de SC1 est absent, la sortie est alors la même que l'entrée du soustracteur SS3. Par contre, si le signal de commande est présent, la sortie du circuit SC2 est la même que son entrée provenant de l'inverseur NG1. Les circuits équivalents dans la voie cosinusoldale à savoir le comparateur CC1 et les circuits NG2 et CC2, fonctionnent de la même façon. Les sorties des circuits SC2 et CC2 forment les entrées vers un comparateur CD3 et un multiplicateur MX. Le circuit CD3 fournit une sortie si l'entrée en provenance de la voie sinusoïdale

est supérieure à celle provenant de la voie cosinusoldale.

La sortie du circuit CD3 forme un signal qui est appliqué,

entre autres circuits, au multiplicateur.

Ce multiplicateur MX a, comme sorties, deux bus à positions multiples et sa fonction est de relier les entrées aux sorties selon la présence ou l'absence du signal d'entrée. Si celui-ciest présent, les entrées passent aux sorties "adjacentes", c'est-à-dire que l'entrée A forme la sortie supérieure (sur la figure). Si par contre le signal d'entrée est absent, l'entrée A devient la sortie inférieure. Les deux sorties du multiplicateur

MX forment les entrées sur un circuit diviseur DV3 qui di-

1 1 vise une entrée par l'autre. La sortie de ce diviseur est appliquée à une sorte de "table à consulter", telle qu'une mémoire morte ROM. La sortie de cette mémoire est appliquée à un autre circuit inverseur NG3'et à un multiplicateur CD4. L'ensemble de ces deux circuits fonctionne de la même manière que les circuits NG1 et SC2 décrits plus haut, et il est commandé par le signal sortant du circuit CD3. Si ce signal est présent, la sortie de CD4 est alors "l'inverse" de la sortie de

ROM.

Des signaux de commande sont disponibles en provenance des trois unités de comparateurs SCI, CC1 et CD3. Ces signaux sont appliqués à un réseau déclenchement à trois portes. Une porte "OU exclusif" (porte de disjonction) G1 reçoit les signaux de sortie

provenant des deux circuits comparateurs SC1 et CC1.

La propriété "OU exclusif" signifie que la sortie de la porte est dans l'état "1" si l'une ou l'autre des deux entrées, mais non les deux ensemble, sont dans l'état "1". La sortie de la porte de disjonction Gi forme une entrée d'une seconde porte de disjonction G2, recevant à son autre entrée la sortie du comparateur CD3. Enfin, la sortie du comparateur SC1 est appliquée, à travers un inverseur G3, à une entrée d'une porte G4 D'ET". L'autre entrée de la porte G4 reçoit la position de plus faible poids de la sortie à 10 positions du codeur classique de position, qui est dans ce-cas un codeur absolu, et la sortie de la porte G4 est ajoutée au signal restant à 9 positions du codeur absolu par

un additionneur AD3.

La sortie du circuit CD4 est un signal à sept positions auquel viennent s'ajouter trois positions supplémentaires provenant des sorties des portes G1 et G2 et de la sortie du comparateur SC1. Le signal à 10 positions qui en résulte se combine avec la sortie à positions provenant de l'additionneur AD3 pour fournir le signal final de sortie à 19 positions représentant la position. Le signal à 10 positions venant du circuit CD4 et du réseau des portes est également appliqué au montage de la figure 6. Cette figure présente trois entrées de données, à savoir le signal à 10 positions cité dans la phrase précédente, et les signaux X et s

Xc des voies sinusoïdale et cosinusoidale de la figure 4.

Le signal à 10 positions est appliqué à un détecteur de crête PPD. Il s'agit d'un décodeur fonctionnant sur un signal d'entrée représentant l'angle P pour fournir

des signaux de sortie sur des conducteurs séparés à-

intervalle de t /4 en parcourant chaque cycle de sinusoïde.

Ces sorties sont utilisées comme signaux de déclenchement

ou d'horloge.

Le signal sinusoïdal Xs traverse un circuit "diviseur-par-2" DV4, dont la sortie est reçue par une

paire de bascules PL1 et PL2 du type "échantillonneur-

bloqueur". La bascule PL1 a une entrée de commande qui s'applique à un instant spécifique de chaque sinusoïde appliquée au détecteur de crête PPD, avee une période del1/2. De même, la bascule PL2 a une entrée de commande qui est active à l'instant 31Y/2 de chaque cycle. Les sorties desdites bascules forment les deux entrées sur

l'additionneur SA1 et le soustracteur SS2 (figure 4).

De la même façon, le signal cosinusoldal Sc, après avoir traversé le "diviseur-par-2" DV5 est

appliqué aux bascules PL3 et PL4 du type échantillonneur-

bloqueur qui se déclenchent aux instants 0 et1' respective-

ment et qui fournissent les deux entrées pour l'additionneur

CA1 et le soustracteur CS2 (figure 4).

Les sorties des deux "diviseurs-par-2" DV4 et DV5 sont aussi appliquées à un additionneur AD4 et un soustracteur ST4 (figure 6). La sortie de l'additionneur

AD4 est appliquée aux deux bascules de type échantillon-

neur-bloqueur L1 et L2, respectivement déclenchées aux

instants IY/4 et 7bt/4, tandis que la sortie du soustrac-

teur ST4 est appliquée aux bascules L3 et L4 du même

type, déclenchées aux instants 51i/4 et 31W/4 respective-

ment. Les sorties des bascules L1 et L2 sont reçues par un soustracteur ST5, dont la sortie forme une entrée pour l'un et l'autre des circuits additionneur AD5 et soustracteur ST7. De même, les sorties des bascules L3 et L4 sont appliquées à un soustracteur ST6, dont la sortie forme une seconde entrée pour l'additionneur AD5 et pour le soustracteur ST7. Les sorties de ces derniers circuits sont appliquées à un circuit diviseur DV6, dont la sortie forme l'une des entrées représentées

à la figure 4.

Le fonctionnement de la logique des figures 4, 5 et 6 va %tre maintenant décrit, en se référant également à l'ordinogramme de la figure 7, et aussi

aux équations posées plus haut.

En se référant d'abord aux figures 4 et 7, les photocapteurs SD et CD produisent des formes d'ondes sinusoïdales qui sont numérisées par les convertisseurs 26 ânalogique/numérique SAD et CAD. Les sorties de ces convertisseurs sont des formes numérisées des équations

(1) et (2) respectivement.

L'additionneur SA1 a comme entrées les valeurs

As/2 et Bs/2 dont la provenance sera décrite plus loin.

Elles s'ajoutent pour donner la valeur ds comme le montre l'équation (7). Cette valeur ds est l'erreur de déport de la composante continue de l'onde sinusoïdale, et elle est soustraite de la forme numérisée de l'équation (1) par le soustracteur SS1. De même l'additionneur CA1

fait la somme des valeurs Ac/2 et B./2 pour obtenir la va-

leur do, déport de la composante continue de l'onde cosinusoldale. Ce déport est soustrait de la fonction

cosinusoldale par le soustracteur CS1.

Le soustracteur SS2 a comme entrées les valeurs AS/2 et Bs/2 dont il fait la soustraction pour obtenir le facteur de gain Ks de l'onde sinusoïdale, conformément à l'équation (9). Ce facteur sert de diviseur dans le circuit diviseur SD1, dont la sortie représente ainsi la fonction sinusoïdale sin (À + m). De même, le facteur

de gain de l'onde cosinusoldale se détermine en soustra-

yant la valeur Bc/2 dt Ac/2 dans le soustracteur CS2.

Le circuit diviseur CD1 s'en sert pour obtenir la fonction

cosinusoldale cos (À - m).

L'équation (15) montre comment l'on peut déterminer la valeur de tg / à partir des quantités sin (/ + m), cos (Q - m) et tgm. L'obtention de tgm sera décrite plus loin. Chacune des valeurs sin (/ + m) et cos (y -,m), obtenues comme on vient de l'expliquer,

sont multipliées par la valeur de tgm dans les multiplica-

teurs SM1 et CM1. La sortie du multiplicateur SM1 de la voie sinusoïdale sert comme une entrée du soustracteur CS3 dans la voie cosinusoidale, dont l'autre entrée est la valeur cos (À- m), et la sortie du soustracteur est donc: cos ( - m) - sin (À + m) tgm Pareillement, la sortie du multiplicateur

CM1 de la voie cosinusoldale forme une entrée du soustrac-

teur SS3 de la voie sinusoïdale, dont l'autre entrée est sin (À+ m), pour obtenir en sortie: sin ( ô+ m) - cos (/ - m) tgm L'équation (15) montre que l'on peut obtenir tgp en divisant la sortie du soustracteur SS3 par la sortie du soustracteur CS3. En pratique cependant, les M valeurs de / peuvent aller de O à 360 0 alors que seules des valeurs de tg/ comprises entre O et 1 peuvent être

commodément enregistrées dans une mémoire à consulter.

Des dispositions sont donc prévues pour déterminer l'octant o se situe l'angle/.

La sortie dusoustracteur SS3 passe à un compara-

teur SC1 (figure 5) qui ne donne un signal de sortie que si son entrée est négative. La sortie de SS3 forme aussi l'entrée de données du circuit SC2, la sortie de SC1 procurant l'entrée de commande. S'il n'y a pas de sortie de SCI, c'est-à-dire si l'entrée de SC1 est

positive, l'entrée vers le circuit SC2 passe alors direc-

tement à sa sortie. Si par contre le signal de commande est présent, le circuit fonctionne alors pour fournir l'inverse de l'entrée. Le fonctionnement des circuits

CC1 et CC2 se fait exactement de la même manière.

Les sorties des circuits SC2 et CC2 sont

appliquées toutes deux au comparateur CD3 et au multipli-

cateur MX. Le circuit CD3 ne fournit une sortie de -

2U commande que si l'entrée venant du circuit SC2 est plus grande que celle venant du circuit CC2. En l'absence de signal de commande, le multiplicateur transmet ses sorties au circuit diviseur DV3 de façon telle que la sortie de ce dernier représente la fonction sin (/ + m)L- cos (- m) tgm = tg( cos (À- m) - sin (À e m} tgm Si l'entrée de commande vers le multiplicateur est présente, celui-ci inverse sa sortie de telle sorte que la sortie du circuit diviseur représente la fonction cos ( /- m) - sin () + m) tgm cot sin (ô + m) - cos (/3 - m) tgm La sortie de données à seize positions du circuit diviseur DV3 est appliquée à une mémoire morte ROM qui contient toutes les valeurs dep entre O et 45 au de= gré de précision requis, donnant dans cet exemple une sortie en parallèle de sept positions. Ce signal passe au circuit CD4 qui a une entrée de commande venant du circuit CD3. Le circuit CD4 est conçu de façon telle que si l'entrée de commande est présente, l'entrée passe directement à la sortie. En l'absence d'entrée de commande,

la sortie est alors l'inverse de l'entrée.

Les sorties de signal de commande des circuits SC1, CC? et CD3 traversent un réseau de déclenchement comprenant les portes Gi à G4. Ce réseau détermine l'octant ô se situe l'angle /, et les sorties des deux portes de disjonction Gi et G2 ainsi que la sortie du circuit SC1 forment un code binaire à trois positions indiquant l'octant. Ces trois positions se combinent comme étant les positions de plus grand poids avec la

sortie à 7 positions ducircuit CD4, donnant une représen-

tation à 10 positions de l'angle.

Il faut se rappeler que le but de ces circuits, que l'on est en train de décrire, est d'augmenter la précision et la finesse de résolution d'un codeur absolu de position connu. La sortie à 10 positions en parallèle d'un tel codeur se sert de sa position de moindre poids comme d'une entrée à une porte "ET" G4. La sortie de cette porte est appliquée à un additionneur AD3 auquel sont appliqués les neuf autres positions restantes du codeur absolu. A la porte G4, on applique aussi, par l'intermédiaire d'une porte d'inversion G3, le signal sortant du comparateur SC1. Donc, s'il n'y a pas de signal de commande sortant de SC1, et si la position demoindre poids de la sortie du codeur absolu est "1", ou les deux, la position de moindre poids de la sortie à 9 positions de l'additionneur AD3 sera augmenté de "1". A cette sortie, viennent s'jouter les 10 positions

représentant liangle /. Il en résulte une sortie numé-

rique à 19 positions qui représente la sortie finale

du codeur.

La valeur à 10 positions de e est envoyée à la circuiterie de la figure 6 et commande la mise en oeuvre du détecteur de crête PPD. Ce dernier se sert des valeurs de P pour identifier les divers points n '/4 (multiples de ' /4) et pour fournir des signaux

commandant les diverses bascules.

Les expressions sinusoïdale et cosinusoidale

de base, Xs et Xc, sont appliquées aux circuits de "divi-

sion-par-2" représentés à la figure 6. La sortie du circuit diviseur DV4 est appliquée à deux bascules de crête PL1 et PL2. Le circuit PL1 est déclenché à l'instant Id/2, autrement dit quand l'onde sinusoidale est à sa valeur maximale. Donc la valeur de sin (/ + m) est à cet instant de 1 et la valeur de crête sera As/2 (voir équation (3)). De même, à l'instant 3 l/2;la bascule PL2 est déclenchée, donnant une sortie de Bs/2. Les valeurs As/2 et BS/2 sont appliquées au montage de la figure 4. De même, les deux bascules de crête PL3 et

PL4 de la voie cosinusoidale sont déclenchées respective-

ment aux instants 0 etl, fournissant ainsi les valeurs

Ac/2 et Bc/2 au montage de la figure 4.

Les autres circuits de la figure 6 concernent

l'obtention d'une valeur pour tgm. En déclenchant les bas-

cules aux instants indiqués, les sorties des soustracteurs ST5 et ST6 peuvent s'exprimer respectivement en fonction de sin (tI /4+ m) et sin 1/4 + m). Le raisonnement est le suivant: L'entrée de chacune des bascules L1 et L2 est l'expression /-sin (ô+ m) + cos (- m)/ /2 Le déclenchement a lieu à l'instant"i/4 dans la bascule L1 dont la sortie est alors exprimée par -sin ("/ /4 + m) + cos (/i/4 - m)7 /2 La bascule L2 est déclenchée à l'instant 7 r/4, donnant la sortie /'sin (71f/4 + m) + cos (7YI'/4 - m)/ /2 Dans la soustraction de ces deux quantités, comme sin (7t/4 + m) est égal à - sin (i'/4 + m), et cos (7 t/4 - m) est égal à cos (%/4 - m), la sortie du soustracteur ST5 peut alors être représentée par

sin (t/4 + m).

De même, on peut démontrer que si les bascules L3 et L4 sont respectivement déclenchées aux instants it/4 et 3"/4, la sortie du soustracteur ST6 est alors

donnée par l'expression sin (-_1/4 + m).

Le soustracteur ST7 soustrait les deux sorties des soustracteurs ST5 et ST6 pour donner une sortie représentée par l'expression sin (Y/4 + m) sin (-'1t/4 + m) De même, l'additionneur AD5 fait la somme des deux sorties des soustracteurs ST5 et ST6 pour-donner une sortie représentée par l'expression sin (i /4 + m) + sin (-Y/4 + m) La division de ces deux sorties se fait dans le circuit de division DV6 donnant la sortie représentant

tgm, comme la donnait plus haut l'équation (16), c'est-

à-dire: 2sin ("/4 + m) - sin (-i /4 + m) tgm = sin (St /4 + m) + sin (-t /4 + m) C'est cette valeur de tgm qui est transmise

au montage de la figure 4.

La sortie finale du codeur, étant une combinai-

son des codeurs absolu et incrémentiel, utilise la sortie

du codeur absolu pour identifier la sinusoïde particuliè-

re dont a progressé la partie incrémentielle du codeur.

Avec une structure de traits qui donne 512 sinusoïdes sur les 3600 du disque, et avec une sortie à 9 positions

du codeur absolu, chaque sinusoïde est séparément iden-

tifiée. Les autres 10 positions des sorties indiquent l'angle à ce cyle près de sinusoïde, d'o une sortie

de résolution très élevée.

Il ne faut pas oublier que les corrections et calculs requis peuvent être obtenus par d'autres dispositifs logiques que ceux représentés sur les figures 4, 5 et 6. De même, comme on l'a déjà dit, la figure 7 peut être utilisée comme base de programme si l'on se sert d'un microprocesseur pour accomplir les opérations nécessaires. Comme déjà indiqué, les codeur classique de position peut être un codeur incfémentiel. Sous

sa forme rotative, ce codeur comprend des réseaux d'échel-

le et d'index portant chacun une structure de traits radiaux, semblables à ceux utilisés dans la réalisation décrite ci-dessus. Il est commode de n'employer qu'une seule paire de réseaux pour fournir la structure pour

le codeur incrémentiel et les deux formes d'ondes périodi-

ques de l'invention. Il en résulte une forme très simple du codeur. Le montage nécessaire pour le codeur classique est bien connu, mais il peut être représenté par la

disposition de la figure 8.

Le circuitde la figure 8 utilise comme entrées les sorties des amplificateurs SA et CA de la figure 4, autrement dit les sorties amplifiées des photocapteurs SD et CD. Ces deux signaux traversent les comparateurs CP1 et CP2. La sortie du comparateur CP2 est reliée à une porte d'inversion IG1, et elle apporte -aussi la sortie de la position de moindre poids à la porte G4 de la figure 5. La sortie de la porte IG1 est reliée à l'entrée d'une seconde porte d'inversion IG2, et elle est aussi reliée à une entrée d'une porte "ET" AGi, tandis que la sortie de la porte IG2 est reliée à une entrée d'une seconde porte "ET" AG2. L'autre entrée de chacune des portes "ET" est reliée à la sortie du comparateur CP1. Un compteur-décompteur CTR a son entrée de "comptage" reliée à la sortie de la porte AG1, et -5 son entrée de "décomptage" reliée à la sortie de la porte AG2. La sortie du compteur-décompteur est la sortie en parallèle à bits multiples représentée à la

figure 5 comme étant appliquée à l'additionneur AD3.

En fonctionnement, les sorties des deux compa-

rateurs sont des formes d'ondes rectangulaires, qui sont déphasées de 900, Du fait des deux portes "ET"

AG1 et AG2, il n'y aura d'entrées appliquées au compteur-

décompteur CTR que si l'entrée de l'onde sinusoïdale est positive vers le comparateur CP1, les transitions des ondes rectangulaires sortant du comparateur CP2, allant dans le sens positif ou dans le sens négatif, dépendant de la direction du mouvement relatif des réseaux

d'échelle et d'index. Le sens du comptage du compteur-

décompteur CTR dépend aussi de la direction de ce mouve-

ment.

Une seule transition est détectée par cycle d'onde de forme sinusoïdale du fait du fonctionnement

des comparateurs, et le compte ténu par le compteur-

décompteur est donc la somme des fronts d'impulsions montants ou descendants appliqués au compteur à partir

de quelque instant repère.

* De semblables principes peuvent être employés pour un codeur linéaire de position. Il est nécessaire, en général, de passer seulement d'une forme rotative à une forme linéaire pour l'échelle et l'index. Par exemple, les pistes du codeur absolu classique peuvent être droites pourvu qu'elles couvrent toute l'étendue du mouvement. Les positions des têtes de lecture seraient fixées le long de l'axe du mouvement. La structure de traits dont proviennent les formes d'ondes sinusoïdale et cosinusoldale serait aussi formée le long de l'organe droit d'échelle, et elle serait utilisée en conjonction avec un organe droit et court d'index portant aussi une structure de traits. Dans le cas d'un codeur incrémentiel classique,

seule la structure de traits serait nécessaire sur l'orga-

ne d'échelle.

On a pris comme hypothèse que les formes

d'onides périodiques produites en réalité sont sinusoïdales.

Dans la pratique, il est souvent difficile de produire des formes d'ondes purement sinusoïdales et les sorties tendant vers une forme triangulaire. On peut cependant y remédier en donnant un profil convenable à la structure

d'index plutôt que par des moyens électroniques complexes.

En outre, de telles méthodes de corrections sont connues.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de codage de position, carac-

térisé en ce qu'il comporte un codeur classique de posi-

tion, un organe d'échelle et un organe d'index dont l'ensemble est disposé pour fournir deux formes d'ondes périodiques en quadrature et dont la longueur d'onde est égale à un petit déplacement de l'organe d'échelle; des circuits répondant aux amplitudes des formes d'ondes périodiques en des points prédéterminés de chacune de

leurs périodes pour en déterminer les erreurs, et appor-

tant auxdites formes d'ondes les corrections appropriées; des moyens de décodage pouvant être mis en oeuvre pour déterminer à partir des deux formes d'ondes l'information de position ainsi représentée se rapportant à chaque période des formes d'ondes; et des moyens de sortie pour combiner ladite information de position avec celle

déterminée par le codeur classique de position.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le codeur classique de position comprend un codeur incrémentiel ayant un organe d'échelle et un organe d'index supplémentaires dont l'ensemble est disposé pour produire une forme d'onde cyclique, et des circuits pouvant être mis en oeuvre pour compter le nombre de cycles de ladite forme d'onde à partir

d'une position repère.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le codeur classique de position comprend un codeur absolu ayant un organe d'échelle

supplémentaire portant plusieurs pistes à codage numéri-

que, des têtes de lecture étant associées à chaque piste,

et des circuits répondant aux sorties des têtes de lectu-

re pour détecter la présence de transitions dans lesdites pistes et déterminer la position de l'organe d'échelle

par rapport à une position repère.

4. Dispositif selon la revendication 3,

caractérisé en ce que l'organe d'échelle et l'organe supr-

plémentaire d'échelle sont combinés.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens fournissantdeux formes d'ondes périodiques comprennent une piste supplémentaire sur ledit organe d'échelle coopérant avec une pistE:

d'un organe d'index mobile par rapport à l'organe d'échel-

le, chacune de ces deux pistes comportant une structure de traits, et des circuits répondant auxdites structures

pour produire lesdites formes d'ondes périodiques.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque piste

sur l'organe d'échelle, une source lumineuse et un disposi-

tif photosensible pouvant fonctionner ensemble pour détecter des variations de la lumière traversant la piste.

7. Dispositif selon l'une des revendications

3 à 6, caractérisé en ce que les moyens de décodage comportent des mémoires contenant toutes les valeurs

de déplacement durant un cycle d'une forme d'onde périodi-

que, et des moyens pour extrapoler de cette fraction au cycle complet de la forme d'onde, produisant ainsi un signal propre au déplacement durant ce cycle en réponse à un signal d'entrée représentant une fonction de ce déplacement.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites mémoires comprennent

une mémoire morte.

9. Dispositif selon l'une des revendications

3 à 8, conçu peur mesurer un déplacement angulaire, caractérisé en ce que l'organe d'échelle comprend un

disque portant plusieurs pistes concentriques.

10. Dispositif selon l'une des revendications

3 à 8, conçu pour mesurer un déplacement linéaire, carac-

térisé en ce que l'organe d'échelle comprend une bande

portant plusieurs pistes linéaires.