FR2534836A1 - Optoelectronic positioning method and device - Google Patents
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Abstract
Description
Les procédés et dispositifs déja connus utilisent le contraste lumineux entre deux surfaces. L'image est projetée sur une ou plusieurs cellules photo-électriques par un ensemble optique conventionnel qui peut être associé à une optique à fibre de verre dans les cas ou l'encombrement est limité au niveau de la lecture. The already known methods and devices use the light contrast between two surfaces. The image is projected onto one or more photoelectric cells by a conventional optical assembly which can be associated with fiberglass optics in cases where the space requirement is limited at the reading level.
Ces procédés ainsi que les dispositifs correspondants utilisant la variation d'amplitude du flux lumineux sont relativement imprécis du fait de la sensibilité à l'éclairage ambiant, des variations de ltétat de surface et de ce que la forme de la surface sensible réalisée par les cellules est souvent géometriquement mal adaptée à l'objet à détecter. These methods and the corresponding devices using the variation in amplitude of the light flux are relatively imprecise due to the sensitivity to ambient lighting, variations in the surface state and the shape of the sensitive surface produced by the cells. is often geometrically ill-suited to the object to be detected.
L'invention vise à remédier à ces incovenients en utilisant dispositif de modulation de phase dont lWorgane optique principal est un vibreur synchrone sur lequel est fixé un miroir oscillant. The invention aims to remedy these drawbacks by using phase modulation device, the main optical member of which is a synchronous vibrator to which an oscillating mirror is fixed.
Ce vibreur peut être inclus dans divers ensembles optiques. This vibrator can be included in various optical assemblies.
A titre d'exemple, la description suivante concerne un dispositif réalisé pour la commande de machine à rainurer les collecteurs de moteurs à courant continu.By way of example, the following description relates to a device produced for controlling a machine for grooving the collectors of DC motors.
Il s'agit pour cette application particulière, de positionner avec précision une fraise qui usine l'isolant entre deux lames du collecteur. Cet isolant se présente sous forme d'un trait mat plus ou moins large entre deux plages réflé- chissantes. Pour la clarté de l'exposé qui suit, la dénomination de " trait " représentera l'isolant au point de vue optique. For this particular application, it is a question of precisely positioning a milling cutter which machines the insulation between two collector blades. This insulator is in the form of a more or less wide matt line between two reflecting areas. For the sake of clarity in the description which follows, the denomination of "line" will represent the insulator from the optical point of view.
L'ensemble utilisé pour cette application particulière est représenté figure 1. The assembly used for this particular application is shown in Figure 1.
Une ampoule electrique 1 éclaire une fenêtre rectangulaire 2 à partir de laquelle un faisceau lumineux traverse un miroir semi transparent 50% 50% incliné à 45 représenté en 3 puis est réfléchi à 9fil0 par le miroir oscillant 4 et est focalisé par la lentille convergente 6 qui donne une image de la fente tre sur la surface du collecteur 7. An electric bulb 1 illuminates a rectangular window 2 from which a light beam passes through a semi-transparent mirror 50% 50% tilted at 45 represented at 3 then is reflected at 9fil0 by the oscillating mirror 4 and is focused by the converging lens 6 which gives an image of the slit being on the surface of the collector 7.
La plus grande dimension de la fenêtre rectangulaire ainsi projetée est dans le sens du trait dont la détection est favorisée par rapport à des taches de contour quelconques. The largest dimension of the rectangular window thus projected is in the direction of the line, the detection of which is favored in relation to any spots of any contour.
L'oscillation du miroir 4 fixé,sur le vibreur synchrone 5 donne à l'image de la fenêtre un mouvement alternatif transversal réalisant une exploration permanente des bords du trait. The oscillation of the fixed mirror 4 on the synchronous vibrator 5 gives the image of the window an alternating transverse movement carrying out a permanent exploration of the edges of the line.
Au retour, la lumière réfléchie par la surface du collecteur suit le meme trajet jusqu'au miroir semi transparent 3 qui la dérive de 90 pour former une deuxième image de la fenêtre sur la cellule 8 placée à un point symétrique de la fenotre éclairée par rapport au miroir 3. On the return, the light reflected by the surface of the collector follows the same path to the semi-transparent mirror 3 which derives it from 90 to form a second image of the window on the cell 8 placed at a symmetrical point of the window lit with respect to the mirror 3.
La faisceau lumineux étant dévié à l'aller et au retour par le miroir oscillant, l'image de la fenêtre sur la cellule est immobile mais sa luminosité varie en fonction du pouvoir réfléchissant de la surface du collecteur rencontrée au cours de l'exploration réalisée par le miroir oscillant. The light beam being deflected back and forth by the oscillating mirror, the image of the window on the cell is stationary but its brightness varies according to the reflecting power of the surface of the collector encountered during the exploration carried out by the oscillating mirror.
Par ailleurs, l'immobilité de cette deuxième image est très importante pour éviter la modulation parasite due aux variations de sensibilité de la surface de la cellule. Furthermore, the immobility of this second image is very important in order to avoid parasitic modulation due to variations in sensitivity of the surface of the cell.
Le vibreur synchrone est décrit par la figure 2. The synchronous vibrator is described in Figure 2.
Il est constitué par un circuit magnétioue comportant une partie fixe et une partie mobile. It consists of a magnetic circuit comprising a fixed part and a mobile part.
La partie fixe comprend une pièce en fer doux 9 et deux aimants permanents IO et II, dont la polarité est indiquée sur le dessin. The fixed part comprises a piece of soft iron 9 and two permanent magnets IO and II, the polarity of which is indicated in the drawing.
La partie mobile I2 également en fer doux, porte le miroir I3 et est séparée de la partie fixe par un entrefer 14 ; elle est suspendue par un ressort 15. The movable part I2 also made of soft iron, carries the mirror I3 and is separated from the fixed part by an air gap 14; it is suspended by a spring 15.
La bobine I6 est placée dans la partie fixe conformément au dessin. Cette bobine étant parcourue par un courant alternatif, du fait de la polarisation du champ magnétique par les aimants permanents, la partie mobile et son miroir vibrent à la fréquence de ce courant. The coil I6 is placed in the fixed part according to the drawing. This coil being traversed by an alternating current, due to the polarization of the magnetic field by the permanent magnets, the movable part and its mirror vibrate at the frequency of this current.
En choisissant la raideur du ressort pour obtenir une fréquence propre de la partie mobile suffisamment élevée par rapport à la fréquence du courant de commande, le déplacement de la partie mobile est en phase avec le courant, de plus l'amplitude du déplacement est proportionnelle à ce même courant. By choosing the stiffness of the spring to obtain a natural frequency of the mobile part sufficiently high compared to the frequency of the control current, the displacement of the mobile part is in phase with the current, moreover the amplitude of the displacement is proportional to this same current.
Ces deux propriétés sont capitales pour le fonctionnement de l'ensemble électronique de traitement du signal qui a pour but, de positionner la fraise au milieu du trait, c'est à dire au milieu de la partie isolante à usiner. These two properties are crucial for the operation of the electronic signal processing assembly which aims to position the cutter in the middle of the line, that is to say in the middle of the insulating part to be machined.
Cet ensemble electronique dont le fonctionnement est représenté schématiquement par la figure 3 peut être de fini comme un discriminateur qui détecte avec précision une inversion de phase au moment ou le système d'exploration passe par le milieu du trait. This electronic assembly, the operation of which is shown diagrammatically in FIG. 3, can be finished as a discriminator which precisely detects a phase inversion at the moment when the exploration system passes through the middle of the line.
Les dessins AI, A0 et A2 représentent l'exploration d'un trait par l'image de la fenêtre lumineuse; en A1,il est déporté vers le haut de la figure, en A2, il est déporté vers le bas et en A0, le trait est au centre de la zone explorée. The drawings AI, A0 and A2 represent the exploration of a line by the image of the light window; in A1, it is offset towards the top of the figure, in A2, it is offset towards the bottom and in A0, the line is in the center of the explored area.
La sinusorde IC représente l'intensité dans la bobine du vibreur, concordant avec la position de la fenêtre au cours de son mouvement. The sinusorde IC represents the intensity in the coil of the vibrator, agreeing with the position of the window during its movement.
La fréquence de 50 Hz a été choisie pour l'application decrite ici.The frequency of 50 Hz was chosen for the application described here.
Les dessins 81, 80 et, 82 représentent les signaux electri- ques engendrés par le flux lumineux reçu par la cellule. Drawings 81, 80 and, 82 show the electrical signals generated by the light flux received by the cell.
Les droites marquées 0 indi.quent l'instant ou le courant de commande est nul et ou simultanément la fenêtre passe par sa position centrale. The lines marked 0 indicate the instant when the control current is zero and or simultaneously the window passes through its central position.
L'examen des dessins A et 8 dans leur ensemble, et en particulier du rapport entre les surfaces de la fenêtre qui se trouvent dans une zon-e mate ou dans une zone réfléchissante, montre que lorsque le trait est au centre de la zone explorée, la cellule émet un signal de 100 Hz. Examination of drawings A and 8 as a whole, and in particular of the relationship between the surfaces of the window which are in a matt zone or in a reflecting zone, shows that when the line is in the center of the zone explored , the cell emits a signal of 100 Hz.
-Par contre, quand le trait s'écarte du centre, apparait un signal de 50 Hz dont la phase s'inverse suivant le sens de l'écart par rapport à'la phase du courant de commande IC. -On the other hand, when the line deviates from the center, a 50 Hz signal appears, the phase of which reverses in the direction of the deviation from the phase of the control current IC.
Ce résultat n'est acquit que pour une amplitude d'èxploration adaptée à la largeur du trait; en effet, quand l'exploration est rop petite, la fenêtre reste à l'intérieur de la zone mate et la cellule ne reçoit pas de signal; par contre, quant l'exploration est trop grande, la fente sort entièrement des limites du trait , ce qui introduit une incertitude dans la mesure de la position médiane.This result is only acquired for an amplitude of exploration adapted to the width of the line; in fact, when the exploration is too small, the window remains inside the matt area and the cell does not receive a signal; on the other hand, when the exploration is too large, the slit goes entirely outside the limits of the line, which introduces uncertainty in the measurement of the median position.
Il est donc très important de pouvoir modifier facilement l'amplitude d'exploration en faisant varier I'intensité du courant de commande du vibreur. It is therefore very important to be able to easily modify the exploration amplitude by varying the intensity of the vibrator control current.
Le dispositif de traitement du signal est un discriminateur de phase utilisant comme référence le courant de commande du vibreur. The signal processing device is a phase discriminator using the control current of the vibrator as a reference.
En se référant toujours à la figure 3, IC est retardé de 900 par le circuit déphaseur I7 puis amplifié en 18 pour donner un signal rectangulaire dont les flancs dérivés dans le circuit I9 constituent des impulsions sortant sur deux voies et dont la position par rapport au zéro est indiquée sur la figure dans chaque cas de position de la fente. Ces impulsions commandent I'entrée logique de deux échantillonneurs 20 et 21 et servent ainsi de référence au discriminateur de phase. Still referring to FIG. 3, IC is delayed by 900 by the phase shifting circuit I7 then amplified at 18 to give a rectangular signal whose flanks derived in circuit I9 constitute pulses coming out on two channels and whose position relative to the zero is indicated in the figure in each case of slot position. These pulses control the logic input of two samplers 20 and 21 and thus serve as a reference for the phase discriminator.
Par ailleurs, le signal de la cellule est amplifié et mis en forme par lamplificateur 22 et écrêté a une valeur fixe, rendant ainsi le système insensible aux variations de niveau du contraste dues à l'état de surface. Furthermore, the cell signal is amplified and shaped by the amplifier 22 and clipped to a fixed value, thus making the system insensitive to variations in the level of contrast due to the surface state.
Sur la figure 3, Cl; CO et C2 représentent dans les différentEs positions du trait ce signal écrêté connecté à ltentrée analogique de échantillonneurs 20 et 21. D1, DO et
D2 représentent la sortie des deux échantillonneurs, qui est la tension C1, CO et C2 mise en mémoire au moment de chaque impulsion toujours pour chaque cas de position de la fente.In Figure 3, Cl; CO and C2 represent in the different positions of the line this clipped signal connected to the analog input of samplers 20 and 21. D1, DO and
D2 represent the output of the two samplers, which is the voltage C1, CO and C2 stored in memory at the time of each pulse always for each case of slot position.
Les échantillonneurs sont connectés à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 23 monté en soustracteur et dont la tension de sortie résultant de cette opération est représentée en El, EO et E2. The samplers are connected to the input of the operational amplifier 23 mounted as a subtractor and whose output voltage resulting from this operation is represented in El, EO and E2.
On voit que cette tension est nulle pour la position médiane et est négative ou positive suivant le sens de ltécart par rapport au milieu de l'exploration. We see that this tension is zero for the middle position and is negative or positive depending on the direction of the deviation from the middle of the exploration.
Tout l'ensemble étant synchronisé sur 50Hz, le temps de réponse est de IOms; il faut noter en outre que quelle que soit la phase d'un signal à IOOHz, la tension de sortie est nulle, csQui réalise une réjection dessparasites pouvant être dus à l'éclairage ambiant. All the whole being synchronized on 50Hz, the response time is IOms; it should also be noted that whatever the phase of a signal at IOOHz, the output voltage is zero, csQui achieves interference rejection which may be due to ambient lighting.
Dans l'application décrite ici; c'est à dire la machine à rainurer les collecteurs d'induits de moteurs à courant continu, jarret de la rotation du collecteur est commandé par par l'inversion de phase à la position médiane du trait par rapport au système-d'exploration; le gain est très élévé pour obtenir cette. position avec le maximum de précision, mais il existe souvent sur la surface du collecteur des taches et des irrégularités capables de déclancher un arrêt et un fraisage intempestif dans le cuivre, ce qui nécessite une nouvelle rectification du collecteur. In the application described here; that is to say the machine for grooving the armature collectors of direct current motors, hock of the rotation of the collector is controlled by the phase inversion at the middle position of the line with respect to the exploration-system; the gain is very high to get this. position with maximum precision, but there are often spots and irregularities on the surface of the collector capable of triggering an unexpected stop and milling in the copper, which requires a new rectification of the collector.
Pour éviter cet inconvénient grave et conformémert à'l'in- vention, il a été adjoint un procédé réalisant la sécurité indispensable. To avoid this serious drawback and in accordance with the invention, a process has been added which achieves the essential security.
A partir du début de la rotation de l'induit, l'arrêt est interdit jusqu'à l'ouverture d'une porte électronique juste avant l'arrêt présumé, qui se referme après un temps très court. From the start of the armature rotation, stopping is prohibited until the opening of an electronic door just before the presumed stop, which closes after a very short time.
Cette fourchette de temps est positionnée par la mise en mémoire du temps de la rotation de l'induit correspondant à la distance antre deux fentes, ce temps étant réajusté à chaque arrêt, ce qui permet d'accepter les légères différences d'espacement de ces dernières, ainsi qu'une variation lente de la vitesse de rotation de l'induit. This time range is positioned by memorizing the time of rotation of the armature corresponding to the distance between two slots, this time being readjusted at each stop, which makes it possible to accept the slight differences in spacing of these last, as well as a slow variation in the speed of rotation of the armature.
Ce dispositif de sécurité électronique est réalisé de la manière suivante: la figure 4 représentant l'évolution des différentes tensions et la figure 5 les éléments constitutifs. This electronic security device is produced in the following manner: FIG. 4 representing the evolution of the different voltages and FIG. 5 the constituent elements.
Le temps est mesuré par le condensateur 24 chargé par le générateur de courant constant 25 de sorte que sa tension U varie linéairement en fonction du temps. Time is measured by the capacitor 24 charged by the constant current generator 25 so that its voltage U varies linearly as a function of time.
Le systeme de remise à zero 26 qui décharge le condensateur est commandé par le début de la rotation référencé par O sur la figure 4; un échantillonneur 27 mesure au moment de l'arrêt A la tension variable U et la met en mémoire sous forme d'une tension fixe.Um. The reset system 26 which discharges the capacitor is controlled by the start of the rotation referenced by O in FIG. 4; a sampler 27 measures at the time of stopping At the variable voltage U and stores it in the form of a fixed voltage.
Une tension Um-e est obtenue par l'intermédiaire du potentiomètre 28; un calculateur composé d'un amplificateur opérationnel 29 connecté en soustracteur fournit une tension Um+e; e représente l'avance à l'ouverture et le retard à la fermeture par rapport à Um qui correspond à l'instant présumé de l'arrêt calculé en fonction de la dure du parcours précédent. A voltage Um-e is obtained by means of potentiometer 28; a computer composed of an operational amplifier 29 connected as a subtractor supplies a voltage Um + e; e represents the opening advance and the closing delay with respect to Um which corresponds to the presumed instant of the stop calculated as a function of the duration of the preceding journey.
Le temps d'ouverture de la porte réglé par le potentiomètre 28 est obtenu par deux comparateurs 30 et 31 dont la sortie change d'état quand la tension U atteint successivement le niveau Um-e et Um+e, ces changements d'état étant combinés dans le soustracteur 32 pour commander l'ouverture de la porte, qui se fait au moment ou le trait est déja dans la zone d'exploration, juste avant l'inversion de phase qui provoque l'arrêt. The door opening time set by the potentiometer 28 is obtained by two comparators 30 and 31, the output of which changes state when the voltage U successively reaches the level Um-e and Um + e, these changes of state being combined in the subtractor 32 to control the opening of the door, which is done when the line is already in the exploration zone, just before the phase reversal which causes the stop.
La mise en mémoire du temps de parcours se fait par une manoeuvre en commande manuelle, sans possibilité de fraisage et avec un galon réduit pour éviter les arrêts éventuels; le gain normal est rétabli quan-d on passe en commande automatique. The storage of the travel time is done by a manual control maneuver, without the possibility of milling and with a reduced braid to avoid possible stops; normal gain is restored when switching to automatic control.
L'ensemble'ayant une grande sélectivité axée sur la détection de la configuration optique de la partie isolante et une immunité vis à vis des influences extérieures, permet une distance suffisante entre l'optique et le collecteur pour le passage du mécanisme de fraisage sans avair recours à un système d'escamotage. The assembly having a high selectivity focused on the detection of the optical configuration of the insulating part and immunity to external influences, allows a sufficient distance between the optics and the collector for the passage of the milling mechanism without air. use of a retraction system.
De plus, l'interdiction électronique évite le fraisage accidentel d'une lame, ce qui nécessiterait une nouvelle rectification grave de conséquence pour un moteur de traction dont la vie serait ainsi écourtée. In addition, the electronic ban prevents accidental milling of a blade, which would require a serious new rectification of consequence for a traction motor whose life would be thus shortened.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8217631A FR2534836A1 (en) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | Optoelectronic positioning method and device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8217631A FR2534836A1 (en) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | Optoelectronic positioning method and device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2534836A1 true FR2534836A1 (en) | 1984-04-27 |
Family
ID=9278457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR8217631A Withdrawn FR2534836A1 (en) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | Optoelectronic positioning method and device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2534836A1 (en) |
-
1982
- 1982-10-21 FR FR8217631A patent/FR2534836A1/en not_active Withdrawn
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