CH411372A - Tête de lecture d'angles et utilisation de cette tête - Google Patents

Description

  
 



  Tête de lecture d'angles et utilisation de cette tête
 La présente invention a pour objet une tête de lecture d'angles et une utilisation de cette tête. Cette tête est destinée à détecter avec précision des mouvements ou des positions angulaires et une application concerne la commande des machines-outils dans lesquelles la position angulaire d'un arbre ou la position linéaire d'une pièce le long d'un chariot doit être mesurée, les mouvements de cette pièce étant agencés de manière à produire, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages, un mouvement angulaire de l'arbre.



   Un dispositif permettant de détecter directement le mouvement linéaire est décrit dans le brevet   Nô 397826,    mais le dispositif angulaire envisagé maintenant est plus simple, sur certains points, que le dispositif linéaire de ce brevet.



   La tête peut être utile dans de nombreux cas où des synchro-dispositifs étaient utilisés jusqu'ici, parce que la présente tête ne présente pas les désavantages des synchro-dispositifs qui ne peuvent pas fonctionner à des vitesses élevées et nécessitent un contact matériel entre des pièces fixes et mobiles telles que les contacts à balais des commutateurs.



   La tête de lecture faisant l'objet de la présente invention, comprenant une source de radiation, un obturateur rotatif comportant des parties opaques et transparentes alternées pour moduler cycliquement la radiation quand l'obturateur tourne, est caractérisée en ce qu'elle comprend des détecteurs de radiation espacés angulairement, sensibles respectivement à la radiation dans différentes positions, et des moyens de commutation agencés de façon à rendre cycliquement les détecteurs tour à tour sensibles et insensibles au cours d'un cycle de commutation continu, de manière à obtenir à partir des signaux de sortie des détecteurs un signal de sortie combiné représentant la position instantanée de l'obturateur.



   La source de radiation peut comprendre une lampe et l'obturateur peut être constitué par un disque ou un cylindre rotatif présentant des parties opaques et transparentes alternées et agencé, quand il tourne, de façon à illuminer cycliquement chaque détecteur qui comprend dans ce cas une cellule photosensible, avec une intensité d'illumination variable.



  Quand une cellule reçoit l'illumination maximum, une autre cellule reçoit l'illumination minimum et deux autres cellules peuvent recevoir une illumination moyenne, l'une croissante, l'autre décroissante.



   On comprend qu'un faible déplacement angulaire de l'obturateur change l'intensité d'illumination de tous les détecteurs dont les signaux de sortie peuvent être combinés pour produire un signal dont la phase représente la position angulaire de l'obturateur. Ce dernier peut être ainsi   entraidé,    directement ou par l'intermédiaire d'engrenages, par la pièce dont la position doit être détectée.



   Le système optique peut être simple et peut comprendre un certain nombre de lentilles, une pour chaque détecteur.



   La radiation peut être agencée de façon à être modulée sur un cycle complet au cours d'une révolution de l'obturateur et, si une précision plus grande est requise, de façon qu'une révolution de l'obturateur module la radiation sur un certain nombre de cycles.



   L'obturateur peut être très léger et très petit et aucune difficulté n'est rencontrée à le faire tourner à une vitesse de 30000 tours/mn par exemple. En outre, il n'existe aucun contact matériel entre l'obturateur rotatif et les lentilles, les détecteurs et les  moyens de commutation fixes autres que les paliers de l'obturateur. En particulier, tous les éléments électriques peuvent être fixes.



   Quand il s'agit de compter un grand nombre de révolutions d'un arbre d'entrée, on peut s'arranger de façon qu'un certain nombre de têtes de lecture angulaire soient connectées par engrenages les unes aux autres à la manière d'un compteur à gaz, de façon que la combinaison des indications de toutes les têtes représente le mouvement angulaire total de l'arbre. On peut aussi utiliser des moyens séparés pour compter les révolutions de l'arbre, la tête de lecture étant utilisée pour donner seulement la position angulaire dans les limites d'une révolution.



     I1    est clair que la tête peut être utilisée non seulement comme détecteur de position, mais aussi comme moyen pour obtenir une position.



   Une tête optique peut comprendre un arrangement de lentilles obtenu par un procédé déterminé.



   L'arrangement de lentilles peut comprendre un certain nombre de lentilles individuelles, une pour chaque détecteur et présentant chacune une surface de réfraction cylindrique. Les lentilles individuelles peuvent têre disposées côte à côte autour d'un obturateur cylindrique, leurs surfaces de réfraction étant tournées vers l'obturateur et disposées sur un cylindre coaxial à l'obturateur.



   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution de la tête de lecture objet de l'invention, les fig. 1 à 3 étant respectivement des vues en perspective de ces trois formes d'exécution.



   On désire mesurer la position angulaire d'un arbre 1 qui peut être entraîné par une pièce sur une machine-outil qui doit être commandée automatiquement.



   L'arbre I porte un obturateur cylindrique 2 comportant des doigts 3 également espacés sur sa périphérie et disposés entre une ampoule électrique 4 située sur l'axe de l'arbre et un ensemble détecteur 5.



   L'ensemble détecteur comprend quatre lentilles cylindriques 6.



   La lampe centrale 4 envoie sa lumière sur quatre cellules photo-électriques 7, chaque fois à travers une lentille 6. L'obturateur 2 comprenant des doigts opaques 3 alternant avec des espaces vides tourne entre la lampe et les cellules, de sorte que chaque cellule est alternativement illuminée et obscurcie quand l'obturateur tourne, ce qui assure une modulation cyclique de la radiation. Dans cet exemple, c'est la lumière qui est alternativement envoyée ou non sur les cellules photo-électriques.



   Chaque cellule passe donc par des cycles d'illumination et d'obscurcissement alternés, mais elle n'est pas en phase avec les autres cellules. Ainsi, la première cellule est illuminée au maximum avant la seconde, celle-ci atteignant son illumination maximum avant la troisième, etc., la quatrième cellule atteignant le maximum d'illumination avant que la première cellule atteigne son illumination maximum suivante.



   En fait, la disposition est telle que chaque cellule suit un cycle d'illumination en forme de trapèze dans lequel, pour un faible mouvement angulaire, elle reçoit l'illumination maximum, tandis que pour un mouvement angulaire plus grand elle reçoit une illumination progressivement décroissante, jusqu'à ce qu'elle reçoive l'illumination minimum pour un mouvement angulaire égal au précédent, après quoi l'illumination augmente progressivement jusqu'au maximum, complétant ainsi le cycle. La forme de l'onde pourrait être triangulaire ou sinusoïdale.



   Les quatre cellules photo-électriques 7 sont alternativement enclenchées et déclenchées par un mécanisme commutateur 8 de façon que chacune soit sensible à l'illumination tombant sur elle pendant une moitié du cycle de commutation. Toutefois, les instants auxquels les quatre cellules sont enclenchées sont décalés de 900 du cycle de commutation les uns des autres.



   Les quatre cellules   photo-électriques    sont connectées chacune à un transistor de commutation, les quatre transistors étant connectés aux quatre sorties d'éléments de circuit donnant des signaux de sortie d'une forme déterminée. Le circuit est agencé de   manière    que chacune des cellules photo-électriques soit enclenchée pendant un demi-cycle et déclenchée pendant le demi-cycle suivant, chaque cellule étant enclenchée à un instant situé à un quart de cycle après que la cellule précédente soit enclenchée. Les signaux sont combinés de façon à donner un signal de sortie carré dont la phase représente la position de l'obturateur.



   Un faible mouvement angulaire de l'arbre peut produire un grand mouvement linéaire utilisable des doigts d'obturation et on a trouvé que la position de l'arbre peut être détectée avec une grande précision, des mesures d'environ six minutes d'arc pouvant être réalisées. En plus, la position angulaire de l'arbre peut être la cause d'un signal de sortie même si l'obturateur tourne à haute vitesse.



   Divers dispositifs peuvent être utilisés pour assurer une illumination maximum égale de chaque cellule. On utilise avantageusement pour cela un petit dispositif à vis 9 permettant de déplacer les cellules individuelles parallèlement à l'axe de l'arbre jusqu'à obtenir une illumination maximum égale sur toutes les cellules. Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 3 et décrite plus loin, les cellules 7 peuvent tourner autour de leur axe pour obtenir cette illumination maximum égale.



   On peut utiliser un obturateur autre que cylindrique avec des doigts axiaux. Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 2, l'obturateur comprend un disque   1 1    tournant autour de son axe principal et comportant des doigts 12 s'étendant radialement depuis cet axe, la source de lumière 4 et l'ensemble détecteur 5 étant disposés sur les côtés opposés du disque.



   Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 3, on utilise un obturateur cylindrique 13. Ce dernier  comprend une partie sombre 14 et une partie claire 15 s'étendant autour de sa surface cylindrique à la manière d'un filet de vis, de sorte qu'au cours d'une révolution de l'obturateur chaque cellule 7 subit une période d'illumination totalement sombre et une période d'illumination totalement claire.



   Bien qu'on ait décrit jusqu'ici une tête optique, un effet équivalent peut être obtenu avec une source de radiation électrostatique ou électromagnétique.



  L'obturateur peut être alors un conducteur rotatif et les détecteurs des capteurs électrostatiques reliés par capacité à l'obturateur.



   La forme la plus typique de la tête décrite comprend le système de lentilles utilisé avec un obturateur cylindrique ou en tambour.



   Les quatre lentilles individuelles 6 de la fig. 1 sont constituées chacune par une partie de l'une de quatre tiges cylindriques courtes en   perspex   qui sont fixées individuellement à un plateau de support 16 en   perspex  , les axes des tiges étant parallèles et disposés autour de l'axe de révolution de l'obturateur, chacune des tiges étant juste en contact avec ses voisines. Les surfaces internes des quatre tiges assemblées sont alors usinées au tour de façon à former une surface cylindrique 17 coaxiale à l'obturateur. Ainsi, chaque lentille individuelle présente une surface interne concave dont l'axe se confond avec celui de l'obturateur et une surface externe convexe 18 qui est une partie de la surface cylindrique de la tige initiale.

   Si l'angle sous-tendu par le diamètre de la tige diffère de celui sous-tendu par la largeur des doigts 3 pour le déphasage requis entre les détecteurs, ce procédé d'assemblage assure que les lentilles sont disposées de façon à focaliser la lumière aux intensités déphasées appropriées sur les quatre cellules 7.



   La tête représentée à la fig. 1 comprend dix doigts 3 sur le tambour, de sorte que le modèle d'illumination passe par dix cycles pour une révolution de tambour et, avec cet arrangement, il est avantageux de disposer l'ensemble détecteur 5 en face d'un petit segment de la surface du tambour (fig. 1), bien qu'on pourrait aussi disposer chaque cellule de façon qu'elle soit sensible chacune à l'illumination d'un cycle différent parmi les dix cycles pourvu que les phases soient correctement disposées.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION I Tête de lecture d'angles, comprenant une source de radiation, un obturateur rotatif comportant des parties opaques et transparentes alternées pour moduler cycliquement la radiation quand l'obturateur tourne, caractérisée en ce qu'elle comprend des détecteurs de radiation espacés angulairement, sensibles respectivement à la radiation dans différentes positions, et des moyens de commutation agencés de façon à rendre cycliquement les détecteurs tour à tour sensibles et insensibles au cours d'un cycle de commutation continu, de manière à obtenir à partir des signaux de sortie des détecteurs un signal de sortie combiné représentant la position instantanée de l'obturateur.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Tête selon la revendication I, caractérisée en ce que l'obturateur est un disque (11) ou un cylindre (2) rotatif présentant des parties alternativement opaques et transparentes.

   2. Tête selon la revendication I, caractérisée en ce que l'obturateur est entraîné directement ou par un train d'engrenages à partir d'un arbre dont la rotation doit être mesurée.

   3. Tête selon la revendication I, caractérisée en ce qu'elle comprend un système optique comportant une lentille (6) pour chaque détecteur.

   4. Tête selon la revendication I, caractérisée en ce que le nombre des parties opaques et transparentes de l'obturateur est un multiple du nombre de détecteurs.

   5. Tête selon la revendication I, caractérisée en ce que le seul contact matériel entre l'obturateur d'une part et les lentilles, les détecteurs et les moyens de commutation d'autre part se fait au niveau des paliers assurant la rotation de l'obturateur.

   REVENDICATION II Utilisation de la tête de lecture selon la revendication I pour mesurer un grand nombre de révolutions d'un arbre d'entrée.

   SOUS-REVENDICATIONS 6. Utilisation selon la revendication II, caractérisée en ce qu'on utilise plusieurs desdites têtes connectées les unes aux autres de manière à être entraînées à des vitesses relatives déterminées, de façon que la combinaison des indications données par toutes les têtes représente le mouvement angulaire total de l'arbre.

   7. Utilisation selon la revendication II, caractérisée en ce qu'on utilise une tête agencée de façon à donner la position angulaire de l'arbre dans les limites d'une révolution, et un compteur pour compter les révolutions complètes de l'arbre.