FR2937129A1

FR2937129A1 - Codeur optique

Info

Publication number: FR2937129A1
Application number: FR0805614A
Authority: FR
Inventors: Jean Louis Bigand
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-04-16
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: CA2740250A1; WO2010040849A1; US20120126102A1; CN102209882B; CN102209882A; RU2507559C2; EP2335027A1; FR2937129B1

Abstract

L'invention concerne les codeurs optiques fournissant des signaux logiques binaires représentant les incréments de position relative de deux éléments (10, 11) du codeur, les deux éléments étant mobiles l'un par rapport à l'autre. Le premier élément (10) porte au moins une marque (16) et le second élément (11) porte une paire de cellules de détection (17, 18) de la marque (16). Selon l'invention, les dimensions de la marque (16) sont définies de façon à pouvoir être détectée soit par aucune des deux cellules (17, 18), soit par une seule cellule (17, 18) soit par les deux cellules (17, 18). L'invention est bien adaptée aux codeurs angulaires, elle permet d'élargir les tolérances de fabrication des marques (16) sur le premier élément (10) et sur la position relative des deux cellules (17, 18).

Description

Codeur optique L'invention concerne les codeurs optiques fournissant des signaux logiques binaires représentant des incréments de position relative de deux éléments du codeur, les deux éléments étant mobiles l'un par rapport à l'autre. Ces codeurs optiques, par exemple angulaires, sont utilisés à la manière de potentiomètres, par exemple pour la commande manuelle d'appareils électroniques sensibles à un paramètre d'entrée pouvant varier en continu ou presque en continu, mais ils sont beaucoup plus fiables que les potentiomètres. Typiquement, dans une application pour des équipements aéronautiques, on peut utiliser un codeur angulaire optique pour indiquer à un calculateur de pilotage automatique une consigne d'altitude ou de vitesse que le pilote choisit en actionnant un bouton de commande qui fait tourner le codeur. La fiabilité du codeur et des informations qu'il délivre est alors un élément essentiel du codeur.

Un codeur angulaire optique est typiquement constitué par un disque portant des marques régulières, ce disque étant actionné en rotation par un bouton de commande (par exemple manuel). Une cellule photoélectrique fixée devant le disque détecte le défilement des marques successives lorsque le bouton de commande fait tourner le disque. Les marques sont typiquement des ouvertures dans un disque opaque, une diode luminescente étant placée d'un côté du disque et la cellule photoélectrique étant placée de l'autre côté. Chaque passage de marque constitue un incrément d'une unité dans le comptage de la rotation du disque. La résolution angulaire est déterminée par le pas angulaire des marques régulièrement disposées sur un tour de disque. Pour détecter à la fois des incréments et des décréments d'angle de rotation lorsqu'on inverse le sens de rotation, on prévoit deux cellules photoélectriques décalées physiquement d'un nombre impair de quart de pas entre elles. Ainsi, les états logiques éclairée/non-éclairée des deux cellules sont codés sur deux bits qui prennent successivement les quatre valeurs suivantes : 00, 01, 11, 10 lorsque le disque tourne dans un sens et les quatre valeurs successives suivantes 00, 10, 11, 01 lorsque le disque tourne dans l'autre, de sorte qu'il est facile de déterminer, non seulement l'apparition d'un incrément de rotation (changement d'état de l'un des bits) mais aussi le sens de rotation (par comparaison entre un état des cellules et l'état immédiatement antérieur). Ces codeurs nécessitent une précision importante dans leur construction. Notamment la position relative des cellules photoélectriques doit être fonction du pas d'incrément. Il en est de même pour le disque dont les dimensions et la position de chaque ouverture doivent être en rapport celles des cellules photoélectriques. L'invention vise à simplifier la réalisation d'un codeur optique en élargissant les tolérances de fabrication de certains éléments du codeur, notamment les tolérances de positionnement des cellules photoélectriques ainsi que les tolérances des dimensions et des positions des ouvertures du disque.

A cet effet, l'invention a pour objet un codeur optique incrémental, comprenant deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, le premier élément portant au moins une marque et le second élément portant une paire de cellules de détection de la marque, caractérisé en ce que les dimensions de la marque sont définies de façon à pouvoir être détectée soit par aucune des deux cellules, soit par une seule cellule soit par les deux cellules.

Des incréments successifs du codeur sont par exemple définis par la détection de la marque : • par aucune des cellules, • puis par une première des cellules, • puis par les deux cellules simultanément.

Les incréments succédant celui défini par la détection de la marque par les deux cellules simultanément sont par exemple définis par la détection de la marque : • par la seconde des cellules, • puis par aucune des cellules.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : les figures la à 1 d représentent différentes positions relatives de deux éléments, mobiles l'un par rapport à l'autre, d'un codeur angulaire selon l'invention ; la figure 2 représente le codage obtenu par deux cellules de 5 détection d'un codeur ; la figure 3 représente en perspective un exemple de réalisation d'un codeur angulaire. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. 10 La description qui suit est faite en rapport à un codeur angulaire. II est bien entendu possible de mettre en oeuvre l'invention dans un codeur linéaire. Sur les figures la à 1 d sont représentées quatre positions d'un 15 codeur angulaire comprenant deux éléments 10 et 11 mobiles l'un par rapport à l'autre. Le premier élément est un disque 10 mobile en rotation autour d'un axe 12. Le second élément 11 forme un boitier du codeur. L'axe 12 est par exemple relié à un bouton rotatif qu'un utilisateur peut manoeuvrer pour entrer une donnée binaire au moyen du codeur. Le codeur permet de 20 déterminer la position angulaire du disque 10 par rapport au boitier 11 lors de la rotation du disque 10 autour de l'axe 12, suivant un pas d'incrément. Avantageusement le codeur comprend des moyens pour définir mécaniquement des positions stables des deux éléments 10 et 11 l'un par rapport à l'autre. Dans le cas d'un codeur angulaire, ces moyens 25 comprennent par exemple une roue intérieure crantée 13 solidaire du boitier 11 et une bille 14 reliée au disque 10. La bille 14 est libre en translation par rapport au disque 10 selon une direction 15 radiale du disque 10. La bille 14 peut se déplacer d'un cran à l'autre de la roue 13. La bille 14 peut être poussée par un ressort, non représenté, pour la maintenir au fond de chaque 30 cran. Les positions stables du disque 10 par rapport au boitier 11 sont définies par les positions de la bille 14 au fond de chaque cran de la roue 13. Le disque 10 comprend une succession d'ouvertures 16 entre lesquelles le disque 10 est plein. Chaque ouverture 16 forme une marque sur le disque 10 et l'espace plein séparant chaque ouverture forme une absence 35 de marque. Autrement dit, le disque 10 comprend une succession alternée de marques 16 et d'absence de marques. Les marques sont disposées radialement autour de l'axe 12. On peut aussi réaliser le disque 10 dans un matériau plein sans ouvertures en alternant radialement des zones transparentes formant les marques et des zones opaques. Par la suite, on assimilera les zones transparentes aux ouvertures 16. Il est bien entendu que l'invention peut être mise en oeuvre à partir d'une seule marque réalisée sur le disque 10. Le boitier 11 comprend une paire de cellules 17 et 18 de détection de la marque 16. Dans l'exemple considéré, le codeur comprend de plus un émetteur optique apte à être détecté par les deux cellules 17 et 18 de détection séparément. A titre de variante, le codeur peut comprendre deux émetteurs optiques aptes à être détectés chacun par une des cellules 17 ou 18 de détection. Le disque 10 peut se déplacer entre le ou les émetteurs d'une part et les cellules 17 et 18 d'autre part. Le ou les émetteurs sont par exemple des diodes électroluminescentes et les cellules 17 et 18 des photodiodes sensibles au rayonnement émis par la ou les diodes. Dans la variante où le codeur comprend deux diodes électroluminescentes il est important que chaque cellule 17 ou 18 ne soit sensible qu'à une seule diode. La nécessité de détection distinte par chacune des cellules 17 et 18 permet de définir une distance minimale séparant les cellules 17 et 18 d'une part et éventuellement les diodes d'autre part. Cette distance doit permettre qu'une marque 16 puisse être détectée soit par aucune soit par une soit par les deux cellules 17 et 18. Autrement dit, il faut qu'un bord d'une marque 16 puisse s'arrêter entre les deux cellules 17 et 18 lors de la rotation du disque 10. En présence d'une succession alternée de marques 16 et d'absence de marque 16, la paire de cellules 17 et 18 est apte à détecter chaque marque 16 indépendamment de la suivante. Par contre, la mise en oeuvre de l'invention ne conduit à aucune limite maximale pour la distance séparant les cellules 17 et 18. Une limite maximale existe seulement pour positionner le nombre d'incréments suffisants sur le disque 10. De plus, la position relative des deux cellules 17 et 18 n'est pas fonction du nombre d'incréments. On peut donc standardiser un support des cellules 17 et 18 pour des codeurs différents ne possédant pas le même 35 nombre d'incréments.

Lors du mouvement du disque 10 autour de son axe 12, chaque cellule 17 et 18 reçoit ou ne reçoit pas le rayonnement émis par la diode associée en fonction de la présence ou non d'une ouverture 16 entre la cellule 17 ou 18 et sa diode associée.

Sur la figure la, les deux cellules 17 et 18 sont masquées par le disque 10. Sur la figure 1 b, la cellule 17 est éclairée et la cellule 18 est masquée. Sur la figure 1c, les deux cellules 17 et 18 sont éclairées. Sur la figure 1d, la cellule 17 est masquée et la cellule 18 est éclairée. Les quatre figures la à 1d représentent dans l'ordre quatre positions stables successives dans la rotation du disque 10 autour de l'axe 12 dans le sens horaire. Dans la position qui suit celle représentée sur la figure 1d, le disque masque les deux cellules 17 et 18. Cette position est équivalente à celle de la figure la. Il est bien entendu possible de faire tourner le disque dans le sens trigonométrique. On obtiendrait alors une succession inverse dans l'ordre d'éclairement et de masquage des cellules 17 et 18.

La figure 2 représente le codage obtenu par les deux cellules de détection 17 et 18 en fonction des positions stables du disque 10 par rapport au boitier 11. Huit positions stables, numérotées de 1 à 8, sont représentées en partie haute de la figure 2. Une ligne brisée 20, en dent de scie, représente les crans de la roue 13. Une courbe 27 représente le codage obtenu au moyen de la cellule 17 et une courbe 28 représente le codage obtenu au moyen de la cellule 18. Le codage issu des cellules 17 et 18 est binaire et peut prendre deux valeurs notées 0 et 1. Le codage issu de la cellule 17 prend la valeur 0 pour les positions 1, 2, 5 et 6 et la valeur 1 pour les positions 3, 4, 7 et 8. Le codage issu de la cellule 18 prend la valeur 0 pour les positions 1, 4, 5 et 8 et la valeur 1 pour les positions 2, 3, 6 et 7. Les positions 1 et 5 correspondent à celles représentées sur la figure 1 a. Les positions 2 et 6 correspondent à celles représentées sur la figure 1d. Les positions 3 et 7 correspondent à celles représentées sur la figure 1c. Les positions 4 et 8 correspondent à celles représentées sur la figure 1 b. L'ordre de succession des positions 1 vers 8 correspond à une rotation du disque 10 dans le sens trigonométrique tel que défini au moyen des figures la à Id.

La figure 3 représente en perspective un exemple de réalisation d'un codeur angulaire comprenant deux émetteurs et deux cellules 17 et 18 solidaires d'un support 30 en forme de U. Le support 30 comprend deux branches 31 et 32 se faisant face. Les émetteurs sont situés sur une des branches 31 du U et les cellules 17 et 18 sont situées sur l'autre branche 32 du U. Le disque 10 se déplace entre les branches du U. Lorsque le disque 10 tourne autour de son axe 12, les ouvertures 16 passent entre les branches du support 30 de façon à pouvoir être détectées par les cellules 17 et 18. Un arbre 33 s'étendant suivant l'axe 12 est solidaire du disque 10. L'arbre 33 est lié au boitier 11 au moyen de palier laissant subsister un degré de liberté en rotation autour de l'axe 12. L'arbre 33 permet à un opérateur de manoeuvrer le disque 10 en rotation. Avantageusement le support 30 est solidaire d'une carte de circuit imprimé 34 permettant d'assurer les raccordements nécessaires au fonctionnement des émetteurs et des cellules 17 et 18. On peut aussi disposer sur la carte 34 des composants électroniques liés au traitement du codage issu des cellules 17 et 18. La carte 34 est par exemple située dans un plan parallèle à l'axe 12.

Avantageusement, pour assurer la redondance du codage, on peut doubler le support 30. Le second support 30 porte également deux émetteurs et deux cellules 17 et 18. Le second support 30 peut également être disposé sur une carte de circuit imprimé 34. Pour améliorer la compacité du codeur, les deux cartes 34 peuvent être parallèles. Exprimé de façon plus générale, le codeur comprend deux seconds éléments mobiles par rapport à un seul premier élément portant au moins deux marques, chacun des deux seconds éléments portant une paire de cellule de détection d'une des deux marques de façon à assurer la redondance de la détection des marques. En effet, les cartes 34 ont un niveau de fiabilité inférieur à celui du disque 10.

Pour améliorer la fiabilité du codeur il suffit de doubler les cartes 34 autour d'un seul disque 10. Ce doublement peut également être utilisé pour détecter une panne des composants de la carte 34 lorsque le codage délivré par chacune des paires de cellules 17 et 18 devient différent.

Claims

REVENDICATIONS1. Codeur optique incrémental, comprenant deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, le premier élément (10) portant au moins une marque (16) et le second élément (11) portant une paire de cellules de détection (17, 18) de la marque (16), caractérisé en ce que les dimensions de la marque (16) sont définies de façon à pouvoir être détectée soit par aucune des deux cellules (17, 18), soit par une seule cellule (17, 18) soit par les deux cellules (17, 18).
2. Codeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des 10 incréments successifs du codeur sont définis par la détection de la marque (16) : • par aucune des cellules, • puis par une première (17) des cellules, • puis par les deux cellules (17, 18) simultanément. 15
3. Codeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les incréments succédant celui défini par la détection de la marque (16) par les deux cellules (17, 18) simultanément sont définis par la détection de la marque (16) : 20 • par la seconde (18) des cellules, • puis par aucune des cellules.
4. Codeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier élément (10) comprend une succession alternée de 25 marques (16) et d'absence de marque.
5. Codeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le codeur est un codeur angulaire, en ce que le premier élément est un disque (10) mobile en rotation par rapport au second élément (11).
6. Codeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la marque (16) est une ouverture dans le premier élément (10), en ce que le second élément comprend un ou deux émetteurs optiques aptes à être détectés chacun par une des cellules de détection (17, 18) et en ce que 30le premier élément (10) peut se déplacer entre le ou les émetteurs d'une part et les cellules (17, 18) d'autre part.
7. Codeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou les émetteurs et les cellules (17, 18) sont solidaires d'un support (30) en forme de U, le support (30) comprenant deux branches (31, 32) se faisant face, en ce que le ou les émetteurs sont situés sur une (31) des branches du U et les cellules (17, 18) sont situés sur l'autre branche (32) du U et en ce que le premier élément (10) se déplace entre les branches (31, 32) du U.
8. Codeur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support (30) est solidaire d'une carte (34) de circuit imprimé.
9. Codeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux seconds éléments (30, 34) mobiles par rapport à un seul premier élément (10) portant au moins deux marques (16), chacun des deux seconds éléments (30, 34) portant une paire de cellules de détection (17, 18) d'une des deux marques (16) de façon à assurer la redondance de la détection des marques (16).
10. Codeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (13, 14) pour définir mécaniquement des positions stables des deux éléments (10,
11) l'un par rapport à l'autre et en ce que dans une première position stable aucune des deux cellules (17, 18) ne détecte la marque (16), dans une deuxième position stable, une seule cellule (17, 18) détecte la marque (16) et dans une troisième position stable, les deux cellules (17, 18) détectent la marque (16).