CH639191A5 - Dispositif pour definir une position de reference d'une piece mobile en translation. - Google Patents

Description

La présente invention a pour objet un dispositif pour définir une position de référence d'une pièce mobile en translation.

De façon plus précise, la présente invention concerne un dispositif de ce type apte à délivrer un signal représentatif du passage de la pièce par ladite position de référence.

L'invention s'applique en particulier, mais de façon non exclusive, au cas de bras de manipulation constitués par plusieurs segments mobiles les uns par rapport aux autres et dont le segment terminal est muni d'un outil, ledit bras étant commandé par un ordinateur. Elle s'applique plus spécialement au cas où les informations de déplacement des segments du bras sont délivrées par des capteurs in-crémentaux qui délivrent une impulsion électrique à chaque fois qu'un incrément est franchi. Il est clair que, si les capteurs incrémen-taux sont capables de délivrer une information de déplacement, ils ne peuvent délivrer une information de position faute de position de référence définissant une origine des déplacements.

La présente invention permet de délivrer un signal électrique donnant cette position de référence sous une forme facilement compatible avec les signaux incrémentiels de déplacement.

Dans le cas de déplacements linéaires, une solution connue pour élaborer un tel signal consiste à définir la position de référence par un contact électrique fixe qui est activé lorsqu'une partie de la pièce en translation vient actionner le contact. Un tel système comporte de nombreux inconvénients. Il ne permet pas d'obtenir une grande précision dans la définition de la position de référence. De plus, cette position risque de se modifier au fur et à mesure de son emploi. En outre, il y a un problème de synchronisme entre ce contact mécanique de référence et le système optico-mécanique définissant les divers incréments.

Le but de l'invention est de fournir un dispositif définissant la position de référence de la pièce, qui soit facile à synchroniser avec des signaux incrémentaux de déplacement de la pièce, donnant une très grande précision pour la position de référence, et qui définit une position de référence qui soit rigoureusement constante au cours du temps.

Ce but est atteint par l'invention grâce aux caractéristiques contenues dans la revendication 1.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation de l'invention. La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles:

la fig. 1 représente une vue en élévation du dispositif selon l'invention monté sur une pièce mobile en translation;

la fig. 2a représente une vue en coupe verticale du dispositif représenté sur la fig. 1, la fig. 2b montrant le disque qui porte la première marque;

la fig. 3 montre un exemple de réalisation simplifiée du circuit de traitement des signaux électriques;

la fig. 4 montre des diagrammes de temps des signaux du circuit représenté sur la fig. 3.

Les fig. 1 et 2 montrent l'ensemble du dispositif définissant la position de référence d'une pièce mobile en translation. Dans l'exemple considéré, il s'agit d'un segment 2 mobile en translation qui fait partie d'un bras de manipulation M (la flèche F symbolise la translation). La figure montre schématiquement un deuxième segment 4 articulé à l'extrémité du segment 2 et une pièce 6 dans laquelle le segment 2 peut coulisser sous l'action d'un actuateur non représenté. La pièce 6 est elle-même, par exemple, mobile par rapport à une potence 8. La description concerne la définition d'une position de référence ou de zéro pour le segment 2 dans son déplacement en translation.

Le dispositif selon l'invention comprend un ensemble de repérage de position fin portant la référence générale A, un ensemble de repérage de position grossier B et un circuit C de traitement des signaux électriques délivrés par les ensembles A et B.

L'ensemble A comprend essentiellement des moyens 9 pour communiquer à une marque 10 un mouvement de rotation correspondant au mouvement de translation de la pièce 2 et un dispositif de

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détection 12 apte à émettre un signal électrique de niveau différent selon qu'il a devant lui la marque 10 ou pas. L'ensemble B comprend essentiellement une marque 14 solidaire de la pièce 2 et un deuxième dispositif de détection 16 apte à émettre un signal électrique de niveau différent selon que la marque 14 est devant le disposi- 5 tif de détection 16 ou pas.

La fig. 1 ne respecte pas l'échelle pour les différents organes du dispositif de repérage. En particulier, la longueur du rayon du disque faisant partie des moyens 9 a été considérablement augmentée par rapport à celle qu'elle aurait si le disque avait été représenté à io la même échelle que le segment 2. Il en résulte que, lorsque la pièce 2 décrit toute sa course, le disque fait en réalité un grand nombre de tours. Le signal délivré par le dispositif de détection 12 présente donc une succession de niveaux correspondant aux passages successifs de la marque 10 devant le dispositif de détection 12. Ce dispositif 15 donne donc un repérage de position précis, mais à n tours près du disque. En revanche, le flanc 14a de la marque 14 passe une seule fois devant le dispositif de détection 16, mais en fournissant un repérage peu précis. Il est aisé de comprendre que, en combinant ce repérage peu précis mais unique avec le repérage précis mais périodique, 20 on obtient un repérage global unique et précis.

Les fig. 2a et 2b permettent de mieux comprendre l'invention. Ces figures montrent plus en détails les ensembles de repérages A et B. Comme cela est mieux visible sur ces figures, le segment 2 est muni sur sa face supérieure d'une crémaillère 20 qui est en prise avec 25 une roue dentée 22. Cette roue 22 est clavetée sur un arbre 24 monté tourillonnant dans les paliers 26 et 26'. Ces paliers 26 et 26' sont fixes si l'on considère seulement le mouvement de translation de la pièce 2, c'est-à-dire si la pièce 6 est considérée comme fixe. Si, au contraire, la pièce 6 est mobile selon un mouvement de translation 30 verticale symbolisé par la flèche F', il faut considérer que les paliers 26 et 26' sont solidaires de la pièce 6. Sur l'arbre 24 est également claveté un disque transparent 28 qui est plus visible sur la fig. 2b. C'est ce disque 28 qui porte la marque 10 représentée sur la fig. 1. Cette marque 10, qui a par exemple la forme d'une portion de 35 couronne, est tracée sur le disque 28 avec un matériau opaque. Selon le sens de rotation du disque 28, la marque 10 comporte un début 10a et une fin 10b. Ce disque comporte également des traits régulièrement espacés 30 dont la fonction sera explicitée ultérieurement. 40

Il découle de la description précédente que la marque 10 est entraînée dans un mouvement de rotation autour de l'axe XX' qui correspond au mouvement de translation de la pièce 2, grâce à la coopération de la crémaillère 20 avec la roue dentée 22 à la liaison rigide réalisée par l'arbre 24 entre le disque 28 et la roue 22. Cet ensemble 45 constitue donc les moyens 9 de conversion du mouvement de translation en un mouvement de rotation.

L'ensemble A comprend également le dispositif de détection 12 de la fig. 1. Le dispositif 12 comporte un étrier de support 32 qui enfourche la périphérie du disque 28 et qui est fixe dans le mouve- 50 ment de translation de la pièce 2. Plus généralement, le support 32 est solidaire de la même pièce que les paliers 26 et 26'. Sur un des flancs 32a du support 32 sont fixées deux sources lumineuses 34 et 34' situées respectivement en face de la couronne de traits 30 et en face de la trajectoire circulaire de la marque 10. Sur l'autre flanc 32b 55 sont fixés deux capteurs lumineux 36 et 36' dont les axes coïncident avec ceux des sources lumineuses 34 et 34'. En outre, une portion de couronne 38 est fixée sur le support 32 de telle façon que cette couronne soit interposée entre le disque 28 et la source lumineuse 34.

Cette portion de couronne 38 est munie de traits 40 dont l'écarté- 60 ment est strictement égal à celui des traits 30 du disque 28. Lorsque le disque 28 tourne, c'est-à-dire lorsque la pièce 2 se déplace, le faisceau lumineux émis par la source 34' est recueilli par le capteur lumineux 36' lorsque la marque 10 n'est pas interposée entre la source 34' et le capteur 36'. Au contraire, le capteur 36' ne recueille 65 aucune lumière lorsque la marque 10 est interposée entre la source 34' et le capteur 36'. Le faisceau lumineux est modulé par le déplacement de la marque 10.

Les sources lumineuses 34 et 34' sont avantageusement des lampes à incandescence ou des LED. Quant aux capteurs 36 et 36', ils peuvent être des phototransistors, des photodiodes, des photoré-sistances, etc., qui délivrent un signal électrique dont l'amplitude est proportionnelle à l'intensité du faisceau lumineux qu'ils reçoivent.

L'ensemble de repérage B comprend la marque unique 14 solidaire de la pièce 2 et opaque et le dispositif de détection 16. Le dispositif de détection 16 comprend un émetteur de lumière 42 identique aux émetteurs 34 et 34' et un capteur 44 identique aux capteurs 36 et 36'. Les éléments 42 et 44 sont montés sur des supports 46, 46' qui sont fixes dans le seul mouvement de translation de la pièce 2, c'est-à-dire que ces supports sont solidaires de la même pièce que le support 32 et les paliers 26 et 26'. Les éléments 42 et 44 sont disposés de telle manière que leurs axes soient confondus et perpendiculaires à la trajectoire de la marque 14. Il est clair que le signal électrique délivré par le capteur 44 est minimal lorsque la marque 14 coupe le faisceau lumineux émis par la source 42 et maximal le reste du temps.

Les signaux électriques délivrés par les capteurs 36' et 44 sont traités dans le circuit C dont la fig. 3 donne un mode de réalisation possible. Des conducteurs électriques 48 et 50 relient la sortie des capteurs aux entrées du circuit C.

Les entrées C! et C2 du circuit C sont respectivement reliées aux entrées des circuits de mise en forme 52 et 54. Ces circuits, qui sont par exemple des circuits à seuil, délivrent les signaux logiques S'! et S'2 à partir des signaux S] et S2 délivrés par les capteurs 36' et 44. Bien entendu, le signal S', présente le niveau logique zéro lorsque la marque 10 coupe le faisceau lumineux, alors que le signal S'2 présente le niveau logique zéro lorsque la marque 14 coupe le faisceau lumineux. Le signal S'! est appliqué à l'entrée d'horloge CP d'un flip-flop D référencé 56, alors que le signal S'2 est appliqué à l'entrée d'horloge CP d'un deuxième flip-flop 57. La sortie du flip-flop 56 est reliée à l'entrée de remise à zéro CL du flip-flop 57, alors que la sortie du flip-flop 57 est reliée à l'entrée D du flip-flop 56. En outre, l'entrée D du flip-flop 57 est maintenue au niveau logique 1. A l'apparition du front de montée du signal S'^ la sortie du flip-flop passe à 1. Le front de montée de la première impulsion du signal S'j qui suit met la sortie du flip-flop 56 à 1. Le flip-flop 56 délivre donc sur sa sortie un signal logique S3 présentant un front de montée a qui coïncide avec le premier front montant du signal S'i apparaissant après le front montant du signal S'2. Le signal S3 est appliqué à l'entrée d'un monostable 58 de constante de temps x et à l'entrée de remise à zéro du flip-flop 57. Ce dernier est donc remis à zéro et il y reste jusqu'à ce qu'apparaisse un nouveau front de montée du signal S'2. Le monostable 58 délivre sur sa sortie le signal S+ qui est appliqué à la sortie C3 du circuit C. Le signal S4 présente une impulsion I de durée x qui constitue le signal de référence de position de la pièce 2 dans son mouvement de translation. En outre, comme l'entrée D du flip-flop 56 est à zéro, le signal S3 devient nul lors-qu'apparaît l'impulsion suivante du signal SV

11 apparaît clairement que le front de montée de l'impulsion I du signal S4 coïncide avec le moment où, pour la première fois, la marque 10 cesse de couper le faisceau lumineux émis par la source 34', après que le flanc avant 14a de la marque 14 ait cessé de couper le faisceau lumineux émis par la source 42, alors que la pièce 2 se déplace de la gauche vers la droite. Il est clair qu'en revanche, si la pièce 2 est déplacée de la droite vers la gauche, cette même situation ne provoquera aucune impulsion du signal S4 qui restera à zéro. En effet, si on part d'une situation dans laquelle le signal S2 est à 1, le passage à zéro de ce signal n'applique aucune impulsion sur l'entrée d'horloge du flip-flop 57, et la sortie de ce flip-flop reste à zéro. En conséquence, l'entrée D du flip-flop 56 reste à zéro et le signal S3 reste donc à zéro lorsque les impulsions du signal S', sont appliquées sur son entrée d'horloge. Il en résulte une définition géométrique très précise et parfaitement répétitive de la position de référence ou de zéro.

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Il faut ajouter que la définition du signal S3, S4 à partir des signaux S', et S'2 aurait pu se faire différemment. Il est aisé de comprendre que le seul problème est que cette définition soit toujours la même.

11 faut préciser en outre que le disque 28 peut avoir un rayon très 5 supérieur à celui de la roue dentée 22. Il en résulte alors que la précision de définition du passage du début 10a de la marque 10 devant la source lumineuse peut être améliorée d'un facteur égal au rapport entre les rayons du disque 28 et de la roue dentée 22. En outre, il est clair que le dispositif optique 16 pourrait être solidaire de la pièce 2, io la marque 14 étant alors fixe. Il est aisé de comprendre que, en effet, il suffit que la marque 14 et l'ensemble source 42/capteur 44 aient un déplacement relatif correspondant au déplacement en translation de la pièce 2.

Le support 32 comporte également une portion de couronne 38 is munie de traits 40 et une source lumineuse 34 associée à un capteur 36 dont la fonction va être expliquée maintenant. Ces éléments associés aux traits 30 réalisés sur le disque 28 servent à détecter les déplacements de la pièce 2 par le principe du moire. Cette technique est bien connue et il n'est donc pas nécessaire de la décrire en détails. 20 Le réseau de traits 30 réalisé sur le disque 28 et le réseau de traits 40 réalisé sur la couronne 38 sont interposés entre la source lumineuse 34 et le capteur 36. De plus, les traits 30 et 40 ont une épaisseur égale à la distance séparant deux traits consécutifs. Lors de la rotation du disque 28, les traits 30 sont successivement: superposés 25 aux traits 40, alors le faisceau lumineux recueilli par le capteur 36 est maximal; en position de chevauchement avec les traits 40, alors le signal lumineux recueilli a une valeur intermédiaire; enfin, sans aucun chevauchement avec les traits 30, alors le capteur 36 ne reçoit aucun faisceau lumineux ou pratiquement aucun. Le signal électri- 30 que délivré par le capteur 36 présente ainsi une succession de maximums séparés par des intervalles de temps correspondant au temps mis par le disque pour tourner de l'angle séparant un trait du trait suivant. Après traitement dans le circuit 60, on obtient un signal logique incrémentiel dont chaque impulsion correspond à un déplacement du disque (et donc de la pièce 2) d'un pas.

Il en résulte que, en combinant le signal incrémentiel de déplacement délivré par le circuit 60 avec le signal de référence de position S4 délivré par le circuit C, il est possible de repérer n'importe quelle position de la pièce 2. De plus, il apparaît clairement que, le début 10a de la marque 10 étant tracé sur le même disque 28 que les traits 30 de repérage de déplacement, il est aisé de synchroniser la position de référence ou de zéro avec les informations de déplacement. En outre, il est visible que la position de référence est finalement définie par la marque 10, ce qui permet de s'affranchir d'éventuelles fluctuations de la position de la marque 14, à condition que ces fluctuations soient inférieures au déplacement de la pièce 2 correspondant à un demi-tour du disque 28.

Enfin, selon une technique connue, il est possible, par adjonction d'un deuxième réseau de traits 40 décalés de 'A de pas, de repérer en plus le sens de déplacement de la pièce 2. Il est ainsi possible de s'assurer que, lors du passage par zéro, c'est bien le flanc 14a qui a coupé le faisceau lumineux.

Il faut ajouter que le capteur optique et la source lumineuse pourraient être remplacés par d'autres dispositifs de détection du passage de la marque. Pour le dispositif de repérage A, il est nécessaire que la détection soit faite avec une très grande précision. Des capteurs capacitifs, inductifs ou magnétiques pourraient être utilisés. Bien entendu, la marque 10 prend alors une forme particulière adaptée au type de capteurs utilisé.

En ce qui concerne le dispositif de repérage B, on peut utiliser le même type de dispositif de détection que le dispositif de repérage A. Cependant, comme il suffit d'une détection moins précise du passage de la marque, un système à contact électrique pourrait même être utilisé. En effet, il a déjà été expliqué que c'est le dispositif de repérage A qui donne la précision sur la définition globale de la position de référence.

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2 feuilles dessins

Claims (6)

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1. Dispositif pour définir une position de référence d'une pièce mobile en translation, caractérisé en ce qu'il comprend:

— un premier ensemble de repérage (A) comportant des moyens (9) pour communiquer à une première marque (10) un mouvement de rotation en synchronisme avec le mouvement de translation de ladite pièce (2) pour que ladite première marque (10) fasse une pluralité de tours pour la course complète de ladite pièce et un premier dispositif de détection (12) pour délivrer un premier signal électrique représentatif des passages de ladite marque (10) devant ledit dispositif de détection (12);

— un deuxième ensemble de repérage (B) comportant une deuxième marque (14) et un deuxième dispositif de détection (16) animé d'un mouvement relatif de translation par rapport à ladite deuxième marque (14), un des éléments constitués par ledit deuxième dispositif de détection (16) et ladite deuxième marque (14) étant solidaire de ladite pièce (2), l'autre étant fixe dans la translation, ledit deuxième dispositif de détection (16) élaborant un deuxième signal électrique représentatif du passage de ladite deuxième marque (14) devant ledit deuxième dispositif de détection (16);

— un circuit (C) de traitement desdits premier et deuxième signaux électriques pour élaborer un signal représentatif du passage de ladite pièce (2) par ladite position de référence.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième marque (14) est solidaire de ladite pièce (2) et en ce que ledit deuxième dispositif de détection (16) est fixe dans la translation.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (9) pour communiquer à la première marque (10) un mouvement de rotation comprennent une crémaillère (20) solidaire de ladite pièce (2), une roue dentée (22) engrenant avec ladite crémaillère (20) et montée pivotante autour d'un axe (24) fixe dans ladite translation, et un disque transparent (28) solidaire en rotation de ladite roue dentée (22), ledit disque (28) portant ladite marque (10).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins ledit premier dispositif de détection (12) comprend une source lumineuse (34') émettant un premier faisceau lumineux et disposée d'un côté de la trajectoire de la marque (10) et un capteur photosensible (36') disposé de l'autre côté de la trajectoire et en regard de la source (34'), ledit capteur (36') délivrant un signal électrique représentatif de l'intensité du faisceau lumineux modulé par le passage de ladite marque (10) et reçu par ledit capteur (36').

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit de traitement (C) comprend des moyens (54) pour détecter l'instant où ladite deuxième marque (14) passe devant ledit deuxième dispositif de détection (16), des moyens (52) pour détecter les instants où ladite première marque (10) coupe ledit premier faisceau lumineux et des moyens (56, 57, 58) pour élaborer un signal (S4) représentatif de l'instant où ladite première marque (10) cesse de couper le premier faisceau lumineux après qu.e ladite deuxième marque a fini de passer devant ledit deuxième dispositif de détection.

6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pluralité de traits (30) régulièrement répartis sur la périphérie dudit disque transparent (28), une grille fixe (38) munie d'un réseau de traits (40) identiques à ceux du disque transparent (28), un dispositif optique comprenant une source lumineuse (34) et un capteur (36) disposés de part et d'autre de l'ensemble formé par ledit disque (28) et ladite grille fixe (38) pour délivrer un signal électrique représentatif du passage desdits traits (30)

devant ledit dispositif optique (34, 36), et un circuit de traitement (60) du signal électrique délivré par ledit dispositif optique (34, 36) pour élaborer un signal logique comportant une impulsion à chaque passage d'un trait (30).