Brevet FR2189709A1 — publié le 19740125

L'invention se rapporte aux instruments de géométrie souterraine et, plus spécialement, aux niveaux utilisés pour la détermination des surélévations par nivellement géométrique, surtout dans la géodésie des mines et dans le bâtiment. On connait des niveaux à ligne de visées autoréglable dont la gamme d'autoréglage est insignifiante (jusqu'à + 30'). Dans ces niveaux, le compensateur comporte deux prismes fixés à un pendule qui est suspendu à l'aide de rubans ayant la forme d'une articulation en croix. Le troisième prisme fixe disposé entre les deux premiers sert au redressement de 1' image en sens vertical et horizontal. Afin de réduire l'influence de l'erreur de compensation, le compensateur de tels niveaux est approché du plan focal de l'objectif, ce qui nécessite un coefficient de compensation mécanique dépassant sensiblement une unité. Ceci exige l'emploi de nombreuses suspensions de construction très compliquée. On connait également des niveaux pourvus de suspensions plus simples de type à ressort. Pourtant, la constance du coefficient mécanique de compensation de ces niveaux ne sort pas d'une gamme angulaire très étroite. Au-delà des limi tes de cette gamme la; la précision de stabilisation décroit très rapidement. Cet inconvénient n'a pas lieu dans les niveaux dont l'objectif à monture avec bloc de mise au point, et un miroir-pendule avec amortisseur placé au milieu de la distance focale de l'objectif pour stabiliser automatiquement la ligne de visée, créent dans le plan du réticule de l'objectif une image réelle renversée de l'objet visé, laquelle est ensuite transmise dans le plan focal de l'oculaire avec l'image du réticule, grâce à deux prismes disposés l'un après l'autre suivant la marche des rayons lumineux et à un système de redressement ayant au moins deux lentilles. Comme compensateur, on utilise dans les niveaux ci-dessus un miroir-pendule suspendu librenlent au mileu de la distance focale de l'objectif (le coefficient mécanique de compensation est égal à I). Pourtant, les niveaux en question ont eux aussi une gamme limitée d'autoréglage de la ligne de visée. Au-delà de cette gamme limitée, il est impossible de travailler avec le niveau à la suite des décalages relatifs -importants de l'objectif, du réticule et de l'oculaire. Ainsi, bien que les niveaux mentionnés ci-dessus libèrent l'observateur de la nécessité d'amener chaque fois la bulle de la nivelle cylindrique entre ses repères, ils exigent tout de même la mise de l'instrument de niveau au moyen d'une nivelle circulaire. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. L'invention est basée sur la mise au point d'un niveau dont le schéma optique assure l'occupation par son axe de visée de la position horizontale avec une précision suffisante, l'inclinaison de son axe vertical étant dans les limites de +5 . Le problème est résolu par le fait que dans un niveau où l'objectif à monture avec bloc de mise au point, et un miroir-pendule avec amortisseur placé au milieu de la distance focale de l'objectif pour stabiliser automatiquement la ligne de visée, forment l'image réelle renversée de l'objet visé dans le plan du réticule de l'objectif, cette image et l'image du réticule étant transmises dans le plan focal de l'oculaire par l'intermédiaire d'au moins deux prismes, disposés l'un après l'autre suivant la marche des rayons lumineux, et d'un système de redressement ayant au moins deux lentilles, selon l'invention, l'objec- tif avec réticule est monté avec possibilité de de cements angulaires autour de l'axe coïncidant avec l'axe optique de l'objectif et autour d'un axe horizontal perpendiculaire à celui-ci, de telle façon qu'à l'inclinaison de l'instrument, la position de l'objectif avec réticule reste constante par rapport à la direction de la pesanteur.. Il est souhaitable que le déplacement angulaire de l'objectif avec réticule autour de l'axe cofncidant avec l'axe optique de l'objectif et d'un autre axe perpendiculaire à celui-ci et disposé horizontalement, s'effectue grâce à l'exé- cution de la monture de l'objectif sous forme d'un pendule composé. Afin que les pans ou faces formant les cathètes des deux prismes restent parallèles, le deuxième prisme, dans le sens de marche des rayons lumineux doit être monté avec possibilité de déplacement angulaire autour d'un axe parallèle à l'axe optique de l'objectif. Cette possibilité peut être réalisée en exécutant ce deuxième prisme, dans le sens de marche des rayons lumineux, sous forme d'un pendule composé. Afin d'assurer la position réciproque constante de l'objectif et du premier prisme disposé sur le trajet des rayons lumineux, il est désirable de fixer le prisme en question à l'objectif Pour éliminer le déplacement relatif des prismes disposés l'un après l'autre sur le trajet des rayons lumineux, il est désirable de prévoir la possibilité de déplacement angulaire du premier prisme autour d'un axe perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif et disposé horizontalement. Il est rationnel d'effectuer lesdits déplacements angulaires du premier prisme disposé suivant la marche des rayons lumineux autour de l'axe perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif et disposé horizontalement, en réalisant ce prisme sous forme d'un pendule composé. Afin d'éliminer la possibilité de décalage réciproque du réticule et du premier prisme suivant la marche des rayons lumineux, lors du déplacement angulaire de ce dernier autour de l'axe horizontal perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif il est désirable de fixer ledit prisme à la monture de l'objectif. Afin d'assurer la mise au point de l'instrument sur les objets se trouvant à différentes distances, l'objectif avec réticule, les prismes et la première lentille du système de retournement disposée suivant la marche des rayons lumineux peuvent être montés avec la possibilité de déplacement simultané complémentaire le long de l'axe optique de l'objectif, de manière que lors de ce déplacement ils jouent le rôle de bloc de mise au point de l'instrument. Une telle conception du niveau à ligne de visée autoréglagle permet d'élargir la gamme d'autoréglage de la ligne de visée jusqu'à +5' par rapport à la position horizontale. Une telle gamme d'autoréglage est suffisante pour renoncer dans la construction du niveau à la nivelle sphérique de calage général. La présente invention est illustrée par la description des exemples concrets de sa réalisation et par les dessins ci-joints sur lesquels - la Fig. 1 est une vue générale du niveau selon l'invention, en coupe suivant la ligne I-I de la Fig. 2 - la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 1 - la Fig. 3 est une vue en coupe de l'ensemble du prisme, suivant la ligne III-III de la Fig. I - la Fig. 4 est une vue suivant la flèche A de la Fig. 3 - la Fig. 5 représente une autre variante d'exécution du niveau selon l'invention, en coupe suivant la ligne V-V de la Fig. 6 - la Fig. 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la Fig. 5 - la Fig. 7 représente l'ensemble du prisme, en coupe suivant la ligne VII-VII de la Fig. 5 des aimants permanents 23 et une plaque de freinage 22. Cette dernière est reliée à la monture 2 et assure, avec le poids 19, la position d'équilibre stable de l'objectif 3 lors de son déplacement autour de l'axe 15. Le déplacement angulaire de l'objectif 3 autour de l'axe 15 est limité par des butées prévues sur les ergots de la plaque 21. Le prisme 7 (Fig. 1 et 3) qui vient en deuxième suivant-la marche des rayons lumineux dans la variante d'exécution en question de l'instrument prévoit la possibilité de déplacement angulaire autour d'un axe 25 parallèle à l'axe optique de l'objectif 3. A cette fin, le prisme 7 (Fig. 1, 3, 4) est réalisé sous forme d'un pendule composé, c'est-à-dire qu'il se fixe à une monture 26 ayant à sa partie inférieure un renflement important. La monture 26 (Fig. l et 3) est suspendue à l'axe 25 au moyen des paliers 27 fixés à l'un des ergots de la plaque 21. Le déplacement angulaire du prisme 7 (Fig. 4) est limité par des butées 28 prévues sur la plaque 21. Dans la variante dtexécution en question du niveau selon l'invention, l'objectif 3 (Fig. l) avec réticule 4, les prismes 6 et 7 et la lentille 10 du système de redressement, première suivant la marche des rayons lumineux, sont montés avec la possibilité de mouvement coglplémentaire simultané le long de l'axe optique de l'objectif 3 de façon que lors deXce mouvement ils jouent le role de bloc de mise au point de l'instrument.A cet effets la plaque 21, qui porte fixés la monture 2 de l'objectif 3 le prisme 7 et la première lentille 10 disposée suivant la marche des rayons lumineux et montée à l'un des ergots de la plaque Zl, est munie d'une crémaillère 29 qui engrène avec un pignon 30 recevant le mouvement rotatif d'un tambour 31. Le miroir-pendule 5 (Fig. I et 2) est serti dandine monture 32 suspendue, par I'intermédiairides paliers 33 (Fig. l) à un axe 34 (Fig. 1 et 2) perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif 3, disposé horizontalement et fixé aux ergots de la plaquette 35 qui se fixe à son tour au corps 1. Les oscillations du miroir 5 sont limitées par des butées 36 fixées à la plaquette 35 et amorties par un amortisseur contenant une plaque de freinage 37 et des aimants permanents 38. Le prisme pentagonal 9 (Fig. 1), qui vient en deuxième suivant la marche des rayons lumineux, la lentille 11 du système de redressement et Itocu- laire 12 sont enfermés dans un fourreau commun 39 qui, pour plus de commodité des' observations, peut tourner à l'intérieur d'un manchon 40 fixé au corps 1. - la Fig. 8 représente encore une des variantes d'exécution du niveau selon l'invention, en coupe suivant la ligne VIII-VIII de la Fig. 9; - la Fig. 9 est une vue en coupe suivant la ligne IX-IX de la Fig. 8. La première version d'exécution du niveau selon l'invention comporte dans son corps 1 (Fig. 1 et 2) : un objectif 3 dans une monture 2, un réticule 4 fixé à la partie centrale de l'objectif 3, un miroir-pendule 5 monté au milieu de la distance focale de l'objectif 3 pour stabiliser automatiquement la ligne de visée, des prismes rectangulaires 6, 7, et 8 (Fig. 1) disposés I'un après l'autre suivant la marche des rayons lumineux provenant de l'objet visé, un prisme pentagonal 9, un système de retournement avec deux lentilles 10 et 11 transmettant l'image de l'objet visé, ensemble avec celle du réticule 4, dans le plan focal de l'oculaire 12. A la partie centrale de l'objectif 3 (Fig. 1 et 2) est collée une plaque en verre 13 dont une surface est plate et l'autre a le meme rayon que l'objectif 3, ce qui facilite le collage. Par sa surface plate, la plaque 13 est collée au prisme rectangulaire 14 auquel est collé à son tour le prisme 6, premier suivant la marche des rayons lumineux. Le réticule 4 se fixe directement au prisme 6. L'objectif 3 avec réticule 4 prévoit la possibilité des déplacements angulaires autour de l'axe cofncidant avec l'axe optique de l'objectif 3 et d'un axe 15 qui lui est perpendiculaire et est disposé horizontalement de sorte que la position de l'objectif 3 avec réticule 4 reste constante aux inclinaisons de l'instrument par rapport à la direction de la pesanteur. Le déplacement angulaire de l'objectif 3 avec réticule 4 autour de l'axe cothcidant avec l'axe optique de l'objectif 3 et autour de l'axe 15 qui lui est perpendiculaire et est disposé horizontalement, s'effectue grâce à la réalisation de la monture 2 de l'objectif 3 sous forme d'un pendule composé. A cet effet, dans la présente version d'exécution, la monture 2 de l'objectif 3 est une sorte de roulement constitué par des bagues intérieure 16 et extérieure 17 entre lesquelles se trouvent des billes métalliques 18. Le pendule composé proprement dit est présenté par la bague intérieure 16 qui a un renflement important sous forme d'un poids 19 (Fig. 2). La monture 2 (Fig. 1) de l'objectif 3 est suspendue, par l'intermédiaire des paliers 20, à l'axe 15 constitué par deux demi-axes et fixé aux ergots d'une plaque 21 fixée elle-même à ltintérieur du corps I. Un amortisseur possède Le corps l (Fig 2) est relié à une pièce plate verticale 41. L'entrée du niveau est obturée par une cale d'ajustage 42 (Fig. 1 et 2) assurant également la protection des éléments optiques contre la poussière. La deuxième version d'exécution du niveau selon l'invention est réalisée de la même façon que la première. La différence consiste en ce que le premier prisme 43 (Fig. 5-7) suivant la marche des rayons lumineux est monté avec possibilité de déplacement angulaire autour de l'axe 44 (Fig. 5 et 7) qui est perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif 3 et se situe horizontalement. Le deuxième prisme 45 (Fig. 5) est relié à une monture 46 fixée sur une plaquette 47. Le prisme 43 (Fig. 5 et 7) se fixe à une monture 48 suspendue à l'axe 44 au moyen des paliers 49 qui se fixent à l1un des ergots de la plaquette 47. Le déplacement angulaire du prisme 43 (Fig. 7) autour de l'axe 44 s'effectue grâce à la réalisation du prisme 43 en pendule composé, c'est-à-dire que la monture 48 du prisme 43 a un renflement important sous forme d'un poids 50. Dans la version d'exécution en question, le réticule 51 (Fig. 5) se fixe directement à la partie centrale de l'objectif 3. La troisième version d'exécution du niveau est réalisée de la même façon que la deuxième. La différence consiste en ce que le premier prisme 52 (Fig. 8 et 9) disposé suivant la marche des rayons lumineux est relié à la monture 2 de l'objectif 3, et notamment, à la bague extérieure 17, par l'intermédiaire d'un support 53, ce qui assure la possibilité de déplacement angulaire du prisme 52 autour de l'axe 15. Dans toutes les variantes d'exécution du niveau décrites ci-dessus, les plaques 21 (Fig. 1 et 2) et 47 (Fig. 5, 6, 8 et 9) se déplacent dans les guides 54 (Fig. 1 et 2) reliés au corps 1 (on ne les voit pas sur les Fig. 5, 6, 8 et 9). Le principe de fonctionnement de la première variante du niveau (Fig. 1-4) est le suivant: Les rayons lumineux provenant de l'objet visé arrivent par la cale d'ajustage 42, l'objectif 3 et le miroir - pendule 5 au réticule 4 coincidant avec le plan focal de l'objectif 3 où se forme l'image réelle renversée de l'objet. Cette image est ensuite transmise, au moyen des prismes rectangulaires 6, 7, et 8, du prisme pentagonal 9 et des lentilles 10 et 11, avec l'image du réticule 4, dans le plan focal de l'oculaire 12. Les lentilles 10 et 11 constituant un système de redressement, l'image observée dans loculaire devient droite. Aux inclinaisons longitudinales du niveau d'un angle (l'axe vertical de rotation du niveau étant incliné), l'objectif 3 avec réticule tourne autour de l'axe 15 du meme angle 0R . Ainsi, la position de l'objectif 3 avec réticule 4 reste la même par rapport au sens de la pesanteur. Le miroir-pendule 5 tourne lui-aussi d'un angle ( autour de l'axe 34 de sorte que l'orientation réciproque de l'objectif 3, du réticule 4 et du miroir-pendule 5 reste la même du fait du parallélisme des axes 15 et 34. C'est-à-dire que l'axe optique de l'objectif reste perpendiculaire au miroir 5. Le décalage en hauteur du miroir 5 n'influe pas sur la position de la ligne de visée, car le miroir 5 est plat. Ainsi, les inclinaisons longitudinales du niveau ne font pas varier la marche des rayons venant de l'objet au réticule. Quant à la marche ultérieure des rayons entre le réticule 4 et l'oculaire 12, les inclinaisons du niveau ne l'influencent pas, car aucun élément optique transmettant l'image ne change sa position par rapport aux autres. Le prisme pentagonal 9, la lentille 11 et l'oculaire 12 se trouvent dans un fourreau commun 39 qui peut tourner, pour plus de commodité des observations, à l'intérieur du manchon 40. Aux inclinaisons transversales du niveau, l'objectif 3 avec réticule 4 tournant autour de l'axe coincidant avec l'axe optique de l'objectif 3 garde également sa position par rapport à la direction de la pesanteur, ce qui exclut le retournement réciproque de l'image de l'objet visé et du réticule 4. Le miroir-pendule 5 reste dans ce cas perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif 3. En ce qui concerne le reste, la position réciproque des éléments optique reste la même, ce qui assure une marche invariable des rayons entre l'objet visé et le réticule 4 et entre ce dernier et l'oculaire 12 et, par conséquent, une ligne de visée invariable. Lors de sa rotation autour de l'axe 5, le prisme 7 vient occuper une position où sa première face suivant la marche des rayons lumineux, reste parallèle à la deuxième face du prisme 6. Le principe de fonctionnement de la deuxième variante du niveau (Fig. 5-7) est identique à celui de la première variante d'exécution. La différence consiste en ce que, lors des inclinaisons longitudinales du niveau d'un angle , l'objectif 3 avec réticule 51 qui tourne autour de l'axe I5, le miroir-pendule 5 qui tourne autour de l'axe 34 et le prisme 43 qui tourne autour de l'axe 44 gardent leur position par rapport à la direction de la pesanteur, ce qui assure la stabilité de leur orientation réciproque. Ainsi, l'axe optique de l'objectif 3 reste perpendiculaire au miroir-pendule 5 et à la première face suivant la marche des rayons lumineux, du prisme 43. Le décalage en hauteur du prisme 43 et du miroir-pendule 5 par rapport à l'objectif 3 n'influe pas dans ce cas sur la marche des rayons assurant la formation et la transmission de l'image de l'objet visé. Ainsi, la ligne de visée reste invariable. Aux inclinaisons transversales du niveau, l'objectif 3 avec réticule 51 tournant autour de l'axe cofncidant avec l'axe optique de l'objectif 3 garde son orientation par rapport à la direction de la pesanteur. Le miroir-pendule 5 et la première face suivant la marche des rayons lumineux, du prisme 43 restent perpendiculaires à l'axe optique de l'objectif 3. Ceci assure la stabilité de la ligne de visée et exclut le retournement de l'image de l'objet visé par rapport au réticule 51. Le fonctionnement du niveau exécuté d'après la troisième variante (Fig. 8 et 9) est, en ce qui concerne les inclinaisoris transversales, identique au fonctionnement de la deuxième variante du niveau La différence consiste en ce que, dans le cas des inclinaisons longitudinales du niveau d'un angle i t }N'objectif 3 avec réticule 51 et prisme 52 et le miroir-pendule 5 tournent ensemble du même angle autour de l'axe 15. Ainsi se trouve assurée la perpendicularité de l'axe optique de l'objectif 3 par rapport au miroir-pendule 5 et à la première face suivant la marche des rayons lumineux du prisme 52, ce qui assure la stabilité de la ligne de visée. Comme dans les cas précédents, le décalage du miroir 5 en hauteur n'a pas d'importance. Les rotations de l'objectif 3 avec réticule 4 (51) et du miroir-pendule 5 représentent les oscillations des pendules composés autour des axes correspondants 15 et 34. Ces oscillations sont limitées dans une certaine gamme par les butées correspondantes 24 et 36 et amorties par les amortisseurs contenant respectivement une plaque de freinage 22 et des aimants permanents 23 et une plaque de freinage 37 et des aimants permanents 38. Afin de mettre au point l'instrument sur les objets se trouvant à différentes distances de l'instrument, on a recours au bloc de mise au point dont le rôle est rempli par l'objectif 3 avec réticule 4 (exil), les prismes 6 et 7 (43 et 45), (52 et 45) et la lentille 10 se déplaçant simultanément. Ce mouve ment est assuré au moyen de la crémaillère 29 reliée à la plaque 21 (47) et du pignon 30 qui tourne à partir du tambour 31. Dans ce cas, la distance entre l'objectif 3 et le réticule 4 (51) varie en même temps que la distance entre l'objectif 3, avec le réticule 4 (51) et le miroir-pendule 5. Le niveau proposé a les mêmes dimensions et la même masse que les instruments connus à ligne de visée autoréglable. Une gamme étendue d'autoréglage de la ligne de visée permet de renoncer à la nivelle de calage et rend inutile l'opératon de mise en station préliminaire de l'instrument, ce qui réduit le temps de travail de 20 à 25 % en comparaison avec les niveaux connus à ligne de visée autoréglable et de 50 à 60 % en comparaison avec les niveaux ordinaires dotés d'une nivelle cylindrique. Quant au prix de ces niveaux, il est sensiblement le même que le prix des niveaux connus à ligne de visée autoréglable. REVEMTCATONS 1 - Niveau à lunette dans lequel l'objectif en monture avec bloc de mise au point et le miroir-pendule avec amortisseur disposé au milieu de la distance focale de l'objectif pour stabiliser automatiquement la ligne de visée, créent l'image réelle renversée de l'objet visé dans le plan du réticule prévu sur l'objectif - cette image et l'image du réticule étant transmises dans le plan focal de l'oculaire par l'intermédiaire d'au moins deux prismes disposés l'un après l'autre suivant la marche des rayons lumineux et d'un système de redressement contenant au moins deux lentilles, caractérisé par le fait que l'objectif avec réticule prévoit une possibilité de déplacement angulaire autour de l'axe coïncidant avec l'axe optique de l'objectif et autour d'un axe-qui lui est perpendiculaire et est disposé horizontalement, de telle manière que lorsque l'instrument est incliné, la position de l'objectif avec réticule reste constante par rapport à la direction de la pesanteur. 2 - Niveau suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le déplacement angulaire de l'objectif avec réticule autour de l'axe coincidant avec l'axe optique de l'objectif et autour de }'axe,pvizontal qui lui est perpendiculaire et est disposé horizontalement s'effectue grâce à l'exécution de la monture de l'objectif sous la forme d'un pendule composé. 3 - Niveau suivant l'une quelconque des revendication 1 et 2, caractérisé par le fait que le deuxième prisme, suivant la marche des rayons lumineux, eet monté avec une possibilité de déplacement angulaire autour d'un axe qui est parallèle à l'axe optique de l'objectif. 4 - Niveau suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le déplacement angulaire du deuxième prisme, suivant la marche des rayons lu mineux, autour de l'axe parallèle à l'axe optique de l'objectif s'effectue grâce à l'exécution de ce prisme sous la forme d'un pendule composé. 5 - Niveau suivant l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé par le fait que le premier prisme suivant la marche des rayons lumineux est fixé à l'objectif. 6 - Niveau suivant l'une quelconque des revendication 1 et 2, caractérisé par le fait que le premier prisme, suivant la marche des rayons lumineux la possibilité de se déplacer angulairement autour d'un axe perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif et disposé horizontalement. 7 - Niveau suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le déplacement angulaire du premier prisme, suivant la marche des rayons lumineux, autour de l'axe horizontal perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif s'effectue grâce à l'exécution de ce prisme sous la forme d'un pendule composé. 8 - Niveau suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le premier prisme, suivant la marche des rayons lumineux est fixé à la monture de l'objectif. 9 - Niveau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'objectif avec réticule, les prismes et la première lentille, suivant la marche des rayons lumineux, faisant partie du système de redressement sont montés avec possibilité d'un mouvement complémentaire simultané le long de l'axe optique de l'objectif, de sorte que ce mouvement fait de ces éléments un bloc de mise au point du niveau.