L'invention concerne de façon générale la recon­naissance de la position instantanée de plusieurs pièces mécaniques susceptibles d'être déplacées linéairement par incréments au moyen d'un moteur pas-à-pas.

D'une façon plus particulière, l'invention con­cerne tout spécialement les machines à affranchir, qui comportent des crémaillères de pose de valeur, disposées sur le tambour d'impression.

Il est important de s'assurer que la position réelle des crémaillères, dont dépendra la valeur impri­mée, est bien la position choisie.

Dans le cas des machines à affranchir où la pose de valeur s'effectue manuellement à l'aide de molettes (cf. le document US-A-4 090 063), le risque d'erreur n'est pas éleve ; on peut résoudre ce problème de recon­naissance à l'aide de capteurs magnétiques entourant le tambour d'impression ou son arbre, et procédant à la détection pendant un tour dudit tambour ; l'ordre d'im­pression n'est valide que si la reconnaisance est positive.

Dans les machines à affranchir plus perfection­nées, du type de celles que décrit le document US-A-­4 723 486 dont on incorpore ici l'enseignement par réfé­rence, la mise en valeur se fait à l'aide d'un clavier. Il est alors nécessaire d'avoir une interface entre le clavier et les crémaillères ; cette interface est consti­tuée par un moteur pas-à-pas permettant le choix de la crémaillère (sélection) et sa translation mécanique à une position dépendant du chiffre compris entre 0 et 9 choisi au clavier pour la décade concernée (indexation).

Dans une telle machine, où plus d'éléments rela­tivement incertains entrent en jeu dans la chaîne reliant la pose de la nouvelle valeur par l'opérateur et les positions réellement prises par les crémaillères, le pro­blème d'une reconnaissance, d'une vérification des posi­tions des crémaillères se pose avec une insistance accrue. De plus, la probabilité d'incident rend souhaitable d'effectuer cette reconnaissance dans les plus brefs dé­lais après la mise à valeur, et, en tout cas, avant la mise en rotation du tambour d'impression. De ce fait, il n'est pas possible d'utiliser dans une machine de ce type des capteurs magnétiques simples dont le principe de dé­tection est généralement fondé sur le déplacement des objets à détecter.

On a proposé dans le document US-A-4 224 603 un repérage absolu efficace des crémaillères. Cependant, ce repérage nécessite pour chaque crémaillère la presence de plusieurs capteurs de proximité, adjacents à la cré­maillère concernée. L'ensemble des capteurs et leur câ­blage occupe donc au-dessus des crémaillères une place non négligeable qu'il serait heureux de pouvoir réduire.

On connaît par ailleurs, grâce au document GB-A-­2 194 842 un dispositif permettant le repérage d'une seule crémaillère grâce à un jeu de fentes placées sur le trajet de deux faisceaux lumineux. Comme il faut nécessairement de part et d'autre de la crémaillère con­cernée deux émetteurs de faisceau et deux récepteurs de faisceau, on conçoit que l'adaptation d'un tel système à une machine à quatre crémaillères, comme c'est le cas le plus courant, entraînera un volume important, soit en largeur, soit en hauteur, selon le dispositif qu'on adoptera.

Enfin, on signalera pour mémoire le document CH-­A-386 454 qui ne concerne pas la reconnaissance de posi­tion de pièces à déplacement linéaire, mais celle de pièces pivotantes telles que des touches de clavier de machines à écrire. Le système de reconnaissance est fondé sur l'occultation d'une pluralité de faisceaux parallèles, par un écran codé lors de l'abaissement d'une touche. Un tel système ne permet la reconnaissance de position que d'une touche à la fois, et ne peut être adapté à la reconnaissance de position des crémaillères contiguës à déplacement linéaire qui occulteraient simul­tanément la pluralité de faisceaux et brouilleraient la reconnaissance des écrans codés.

Le but de l'invention est donc de proposer de nouveaux procédé et dispositif de reconnaissance, exempts des inconvénients précités et particulièrement adaptés à une machine à affranchir du type considéré.

L'invention atteint son but en proposant un dispo­sitif de reconnaissance de positions instantanées de plu­sieurs pièces mécaniques contigües susceptibles d'être déplacées linéairement par incréments au moyen d'un moteur pas-à-pas entre une position de départ et une position d'arrivée, qui comprend :
. des drapeaux modificateurs de rayonnement individuel­lement liés à chacune des pièces mécaniques, et suscep­tibles d'occuper une pluralité de positions de drapeaux, associées aux diverses positions possibles des pièces,
. un ensemble de couples de moyens respectivement émetteurs et récepteurs de rayonnement, répartis de part et d'autre de la pluralité des positions de dra­peaux de sorte que la présence d'un drapeau sur le trajet du rayonnement émis d'un émetteur donné et dirigé sur son récepteur associé entraîne une modifi­cation du rayonnement détectable par ledit récepteur qui fournit alors un signal de présence,
. des moyens pour reconnaître, qu'à un jeu prédéterminé de positions des pièces mécaniques, correspondent des signaux de présence concordants fournis par l'ensem­ble de récepteurs.

Ainsi, l'invention propose un capteur optique statique de la position des pièces mécaniques.

Par "drapeau modificateur", on entend un organe susceptible de s'interposer, lors du déplacement de la pièce mécanique à laquelle il est lié, dans le faisceau de rayonnement émis depuis un émetteur donné et dirigé vers son récepteur associé, et de modifier le rayonnement reçu sur le recepteur d'une manière détectable. D'une manière générale, les drapeaux seront simplement opaques, de sorte que la modification observée sera une absence de rayonnement. Les drapeaux pourraient également être réflecteurs ; on comprendra alors que la disposition des emetteurs et des récepteurs "de part et d'autre" des positions de drapeaux ne doit pas s'interpréter de maniè­re stricte géométriquement, mais est plutôt fondée sur la notion de trajet de faisceau avant et après son inci­dence sur le drapeau.

Le rayonnement utilisé sera avantageusement un rayonnement lumineux émis, par exemple, par des diodes luminescentes.

Il y a au moins autant de couples émetteurs-­récepteurs qu'il y a de positions de drapeaux à recon­naître pour une pièce mécanique mobile donnée.

Pour la pluralité de pièces mobiles, on pourrait songer à disposer autant de couples émetteurs-récepteurs qu'il y a de positions de drapeaux pour toutes les piè­ces mobiles, le tout étant agencé pour établir une cor­respondance univoque entre une indication globale des récepteurs à un moment donné et la position instantanée des drapeaux (et donc des pièces mobiles) à ce moment précis.

Mais selon une caractéristique préférée de l'invention, les pièces et les drapeaux sont au contrai­re disposés de telle sorte que les drapeaux de plusieurs des pièces peuvent se trouver sur un même trajet de rayonnement émis d'un récepteur donné et dirigé sur son récepteur associé.

Dans un mode de réalisation encore préféré, par­ticulièrement bien adapté aux machines à affranchir (les pièces mobiles étant alors les crémaillères de mise à valeur), les drapeaux de toutes les pièces sont alignés sur le même trajet de rayonnement, chaque fois que les pièces sont dans des positions analogues. Une telle dis­position permet un gain de place considérable au niveau de l'environnement immédiat du tambour d'impression.

Cependant, selon cette disposition, la correspon­dance entre l'indication globale donnée par les recep­teurs, et la position réelle des crémaillères n'est plus univoque : deux positions différentes de l'ensemble des pièces mobiles peuvent dans certaines configurations donner une même lecture par le capteur optique.

C'est pourquoi dans les cas où une telle ambi­guïté pourrait constituer un handicap, et c'est bien le cas des machines à affranchir, le dispositif de l'inven­tion incorpore des moyens de contrôle de la reconnais­sance effectuée.

Le principe de ces moyens est qu'on effectue des reconnaissances dans des positions intermédiaires entre les positions de départ et d'arrivée. On comprendra que plus on effectuera de reconnaissances intermédiaires, moins il y a de risque que tous ces contrôles portent précisément sur des situations ambiguës et qu'un dys­fonctionnement reste inaperçu au bout de plusieurs contrôles.

On peut prévoir d'effectuer une reconnaissance pour chacune des positions intermédiaires prises pour les pièces mobiles, et cela, pièce après pièce.

Par sécurité complémentaire, les moyens de con­trôle comprennent également des moyens contrôlant l'avance pas-à-pas du moteur, au moins par paquets d'un nombre de pas prédéterminé.

Selon une caractéristique importante de l'inven­tion, il est prévu des moyens d'initialisation des piè­ces mécaniques à une position de référence, qui agissent en réponse à un contrôle négatif effectué par les moyens de contrôle. L'opération de déplacement des pièces vers la position d'arrivée peut alors reprendre à partir de cette position de référence pour laquelle on a su réta­blir la concordance entre position réelle et position lue par le capteur optique.

L'invention concerne également un procédé de re­connaissance associé au dispositif précité.

Le procédé de l'invention comprend les étapes consistant à :
. lier des drapeaux modificateurs de rayonnement, indi­viduellement à chacune des pièces mecaniques, ces drapeaux étant susceptibles d'occuper une pluralité de positions de drapeaux, associées aux diverses posi­tions possibles des pièces,
. disposer un ensemble de couples de moyens respectivement émetteurs et récepteurs de rayonnement, répartis de part et d'autre de la pluralité des positions de drapeaux de sorte que la présence d'un drapeau sur le trajet du rayonnement émis d'un émetteur donné et dirigé sur son récepteur associé entraîne une modification du rayonnement détectable par ledit récepteur qui fournit alors un signal de présence,
. reconnaître, qu'à un jeu déterminé de positions des piè­ces mécaniques, correspondent des signaux de présence concordants fournie par l'ensemble de récepteurs.

Avantageusement, on reconnaît la position d'arri­vée ainsi que des positions intermédiaires entre la position de départ et d'arrivée, et en cas d'échec de la reconnais­sance, on initialise les pièces mécaniques à une position de référence.

Les différents moyens de reconnaissance et de con­trôle comprennent un logiciel approprié gérant les diverses opérations qui seront décrites plus en détail ci-après, la réalisation d'un tel logiciel étant à la portée immédiate de l'homme de l'art en fonction des indications données plus haut et ci-après.

D'autres caractérisques et avantages de l'inven­tion ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels :

• la figure 1 est un schéma d'un capteur optique à ombres portées conforme à l'invention,
• la figure 2 est un organigramme général illus­trant le principe de la mise à valeurs,
• la figure 3 est un organigramme détaillé illustrant précisément les premières séquences d'une opération de mise à valeur.

On voit sur la figure 1 quatre tringles longitudi­nales 1a,1b,1c,1d contiguës portant des crémaillères, grâce auxquelles elles peuvent être en prise avec au moins une roue dentée faisant partie d'un dispositif de mise à valeur 2.

Ces tringles portent également des crémaillères engrénant avec les molettes d'impression de l'oblité­ratrice.

Le dispositif de mise à valeur 2 comprend des moyens, agissant en réponse à l'affichage d'une valeur sur le clavier 3, pour que la roue dentée sélectionne successivement les tringles 1 à déplacer, puis, après chaque sélection de tringle 1, indexe celle-ci sur une position correspondant au chiffre choisi entre 0 et 9. par un mouvement de translation de la tringle consécutif à une rotation de la roue dentée. Un moteur pas-à-pas 4 entraîne la roue dentée dans ses mouvements de sélection et d'indexation.

Tout ce qui précède fait partie de l'état de la technique représenté par le document US-A-4 723 486 et ne sera pas décrit plus en détail.

Conformément à l'invention, on repère la posi­tion des tringles 1 (et donc des crémaillères associées) grâce à un capteur optique à ombres portées prévu dans la zone des extrémités libres des tringles.

A cet effet, les tringles 1a, 1b, 1c, 1d portent à leur extrémité un drapeau 5a, 5b, 5c, 5d opaque aux rayons lumineux, légèrement décalé (au-dessus ou au-­dessous) du niveau des quatre tringles.

Par ailleurs, au niveau desdits drapeaux 5, on dispose de part et d'autre de l'ensemble des tringles 1, respectivement une barrette D de diodes émettrices D₀ à D₉ alimentées par une source convenable 6, et une barret­te de phototransistors P₀ à P₉. Chaque segment D_iP_i, où i est compris entre 0 et 9, est orthogonal aux tringles 1, et correspond à l'une des positions possibles des tringles 1.

Les diodes D_i émettent des faisceaux lumineux F_i dirigés vers les bases des phototransistors P_i en vis-­à-vis. Des diaphragmes 8 collimatent les faisceaux F_i pour éviter les rayons parasites et les réflexions spéculaires. Si aucun drapeau 5 n'intercepte le faisceau F_i, celui-ci excite la base du phototransistor P_i. Au contraire, si un drapeau s'interpose sur le chemin du faisceau F_i, le phototransistor P_i n'est pas éclairé.

Un bloc électronique 7 reçoit les signaux des phototransistors P_i et peut, par la détection des fais­ceaux couplés, contrôler la valeur V_dV_cV_bV_a correspon­dant à la position des tringles 1.

Ainsi sur la figure 1, où les drapeaux 5a, 5b, 5c, 5d occultent les faisceaux F₅, F₃, F₇, F₈, la valeur à lire est 8 735.

Le capteur optique de l'invention permet donc le contrôle facile de la position des tringles de crémail­lères pour s'assurer que la position réelle correspond bien à la valeur désirée.

Cependant, si le capteur de l'invention donne la plus grande satisfaction quant a la simplicité de fonc­tionnement, la robustesse et la compacité (permettant un logement sur l'arbre principal de la machine d'affran­chissement), il laisse subsister une ambiguïté de lecture globale dans la mesure où n'est pas déterminée quelle est la tringle dont le drapeau interceptera un faisceau donné. Une lecture globale ne distingue pas la valeur 8735 de 8537.

Pour éviter cela, il convient de lire et contrô­ler le mouvement des tringles de crémaillère une à une : mais même alors, il reste des cas de lecture ambiguë, notamment quand les valeurs anciennes ou nouvelles com­portent deux ou trois chiffres identiques. Ainsi, le passage d'une valeur 3321 à 2321 ne donne pas de lecture globale différente : un défaut de fonctionnement de la tringle 1d risque donc de n'être pas détecté.

C'est pourquoi le capteur optique de l'invention s'accompagne d'un logiciel de lecture et de contrôle minutieux permettant de pallier ces éventuelles ambiguïtés.

On va expliquer dans ce qui suit les séquences exactes d'une opération de mise à valeur, dans le cadre du capteur optique de l'invention adapté à un dispositif conforme à l'enseignement du document US-A-4.723.486 : en particulier la sélection d'une crémaillère se fait à l'aide du moteur pas-à-pas (moteur 18 du document pré­cité), puis par activation d'un électro-aimant (électro-­aimant 55 du document précité) pour mettre en prise un élément d'entraînement avec la crémaillère sélectionnée. L'indexation de la crémaillère sélectionnée se fait alors grâce au moteur pas-à-pas.

Pour fixer les idées, on retiendra les hypothè­ses constructives suivantes.

Le moteur pas-à-pas retenu est du type dans le­quel le couple est inversement proportionnel à la vites­se, et où le pas n n'est exécuté que si le pas d'ordre n-1 a été effectue.

Le moteur pas-à-pas fait un tour en 100 pas. On solidarise sur son arbre moteur un disque codeur de 10 fentes, permettant donc de compter des paquets de 10 pas.

De plus, on supposera qu'il faut un paquet de 10 pas pour sélectionner une crémaillère, et un paquet de +10 pas (respectivement -10 pas) pour indexer la cré­maillère sélectionnée d'un chiffre n à n+1 (respective­ment n-1).

Enfin, il est précisé que deux cellules de fin de course contrôlent l'action de l'électro-aimant pour l'engrènement ou le désengrènement de la crémaillère sélectionnée.

Ceci étant posé, le principe général de la mise à nouvelles valeurs est le suivant.
Soit V_d1 V_c1 V_b1 V_a2 l'ancienne valeur
et V_d2 V_C2 V_b2V_a1 la nouvelle valeur.
Appelons
R_a = V_a1 - V_a2
R_b = V_b1 - V_b2
R_c = V_c1 - V_c2
R_d = V_d1 - V_d2
c'est-à-dire les différences entre les chiffres de même ordre des deux valeurs.

L'organigramme général de la figure 2 montre le principe de mise en place successive des quatre crémail­lères 1a, 1b, 1c, 1d, en fonction de tests sur les valeurs R_a, R_b, R_c, R_d.

Le principe peut être résumé ainsi : on teste la valeur R_i. Si elle vaut zéro, c'est que le chiffre d'ordre i de la nouvelle valeur est le même que dans l'ancienne valeur ; on passe alors directement au rang i+1. Si au contraire P_i ne vaut pas zéro, on sélec­tionne la crémaillère d'ordre i, et on l'indexe à la va­leur nouvelle. Puis l'on passe alors au rang i+1.

La figure 3 détaille les opérations exécutées au début du programme, et la mise en place de la pre­mière crémaillère, étant entendu que la mise en place des crémaillères suivantes se fait d'une manière très semblable.

On suppose l'ancienne valeur (A.V.) enregistrée en mémoire (100) et l'on saisit (étape 101) la nouvelle valeur (N.V.). On calcule alors (étape 102) les diffé­rences R_i.

On procède (étape 103) à un premier contrôle du disque codeur de l'arbre du moteur. Si aucune fente n'est repérée, on arrête le processus et on reprend une initialisation de la machine (étape 104 = stop/­initialisation S/I). Si le contrôle est positif, on con­trôle le capteur optique (étape 105) qui doit lire la valeur ancienne encore en place. Si ce n'est pas le cas, on passe a une étape S/I. Si le contrôle est positif, on initialise un registre de sélection à une valeur de +10 pas (étape 106) et on entre dans la phase E₀ du programme.

Cette phase E₀ commence avec un test (étape 107) sur la valeur de R_a ; si elle est nulle, on passe à la phase E₁. Sinon, l'appel au registre de sélection (étape 108) permet de sélectionner la crémaillère 1a, grâce à l'avance de 10 pas. Après un nouveau contrôle du disque codeur, on place l'électro-aimant commandant l'engrène­ment de la crémaillère en position de travail (étape 109), ce que contrôle une première cellule de fin de course (étape 110) : si le positionnement n'est pas achevé au terme d'un temps de consigne, par exemple ms, on génère un ordre S/I.

Quand l'électro-aimant est en place, on indexe la crémaillère sélectionnée 1a d'un incrément de 10 pas (étape 111), puis on actualise (étape 112) l'ancienne valeur à une valeur intermédiaire V_d1 V_c1 V_b1 V_a′1′ où V_a′1 diffère d'une unité avec le chiffre précédemment enregistré (pour correspondre à la valeur désignée par la crémaillère incrémentée de 10 pas). Après un nouveau contrôle du disque codeur, on effectue (étape 113) un contrôle du capteur optique, qui doit lire une valeur correspondant à la nouvelle valeur actualisée. Un nou­veau calcul de R_a, actualisé, est fait et un test 114 sur la valeur actualisée de R_a permet de renouveler l'in­crémentation tant qu'une différence nulle n'est pas obtenue. Quand celle-ci est obtenue, on désactive l'électro-aimant (étape 115) avec une boucle de contrôle 116 analogue au contrôle 110 (mais à l'aide d'une deuxième cellule de fin de course). On calcule (étape 117) la nouvelle valeur intermédiaire V. I = V_d1 V_c1 V_bl V_a2 que l'on contrôle par le capteur optique (étape 118). Si le contrôle est positif, on compare cette valeur à la nouvelle V.A. ; si elles sont identiques, la mise à valeur est terminée, on peut remplacer en mémoire l'ancienne valeur A.V. par la nou­velle valeur N.V. (étape 120) et passer à la phase finale E₄. Si elles sont différentes, on passe à la phase E₁ de sélection et d'indexation de la crémail­lère suivante.

Les phases suivantes répètent sensiblement, pour chaque crémaillère concernée, les opérations décrites ci-­dessus.

Par la fréquence et l'emplacement des tests pré­vus, le programme choisi de mise à valeur assure que malgré les éventuelles ambiguïtés de lecture du capteur optique de l'invention, la mise à valeur peut s'effectuer sans erreur.

Une originalité du programme choisi est le re­cours systématique à l'arrêt et à une nouvelle initia­lisation en cas de dysfonctionnement apparaissant lors du programme de mise à valeur (erreurs détectées par le disque codeur ou le capteur optique).

Une initialisation doit aussi, naturellement, intervenir à la mise sous tension de la machine.

Le processus choisi pour l'initialisation con­forme à l'invention est le suivant.

On fait l'hypothèse que l'on ne connaît ni la position des fentes du disque codeur solidaire de l'ar­bre du moteur pas-à-pas ni la position des drapeaux des crémaillères. En d'autres termes, la cellule du disque est occultée et tous les drapeaux sont en position inter­médiaire entre les émetteurs et récepteurs du capteur optique.

Le concept retenu est de mettre de façon certai­ne toutes les crémaillères en position 0000.

Par logiciel, on réduit d'abord la vitesse du moteur afin de lui conférer un couple maximum lui per­mettant de vaincre les éventuelles résistances aux points durs rencontrés, qui peuvent être la cause du dysfonctionnement constaté (par exemple, encre séchée, etc).

On recherche ensuite la première fente du dis­que codeur. On effectue alors -40 pas. Ainsi, quelle que soit la position du chariot de sélection, le nombre de pas est supérieur ou égal à ce qui est nécessaire pour le retour à la position de départ ; on est sûr d'être en position "départ sélection" et d'être synchrone avec les fentes du disque codeur (on rappelle que par hypothèse constructive, il a une fente tous les dix pas et qu'il faut 100 pas pour effectuer une rotation complète).

On sélectionne par un paquet de +10 pas la pre­mière crémaillère 1a. On l'indexe à la valeur 9 par un paquet de +90 pas. Ainsi, quel que soit l'index réel de la crémaillère 5a, on est certain d'aller sur une butée qui est testée. On teste si on est simultanément en face d'une fente du disque codeur. Si les deux tests sont positifs, on indexe à la valeur 0 la crémaillère 5a par une rotation de -90 pas du moteur pas-à-pas.

Après selection de la crémaillère 1b (+10 pas), on recommence le processus jusqu'à la crémaillère 1d.

Le chariot de sélection est remis en position de départ et on teste à l'aide du capteur optique que la valeur lue est bien 0000.

Dans le cas contraire qui signifie que le dys­fonctionnement s'est prolongé, on recommence le proces­sus d'initialisation cinq fois. Si les cinq tentatives sont infructueuses, on peut considérer qu'on a affaire à une panne fatale, à laquelle le processus d'initiali­sation ne peut porter remède.

Naturellement, de nombreuses modifications sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi qu'on peut remplacer le disque codeur à dix fentes de l'arbre moteur par deux sondes à effet Hall prépositionnées dans le moteur et délivrant des signaux en quadrature. Ce moyen permet de compter les pas par l'observation des fronts montants et descendants des signaux des sondes.