Brevet FR2615611A1 — publié le 19881125

La présente invention concerne un dispositif de mesure de longueur par un moyen électrique doté d'un système éZectronique d'exploitation du résuZtat pour des calculs complémentaires. Les dispositifs de mesure de tongueur proposes au public consistent essentiellement en des mesureurs à ruban ou des mètres pliants de Zongueur finie dont la capacité de mesure directe excède rarement 250 centimètres. Par-leur principe même de lecture directe-par -comparaison avec un support gradué de longueur finie, de tels dispositifs ne permettent que des mesures de longueurs rectitignes, inférieures ou égales à leur support de référence, et toute mesure supèrieure à ce maximum suppose des relevés fractionnés, avec prise de repères aléatoires, et sommation des fractions. Tout accroissement de capacité passerait nécessairement par un accroissemenf équivaZent de la Zongueur du support, mais les impératifs de format et de prix en limitent Z'entension pour les mesureurs "grand public". IZ se trouve pourtant qu'un grand nombre de travaux courants, domestiques ou professionnels, nécessitent des reZevés de longueur largement au-deZà de ces maximums (construction, décoration, bricolage, jardinage...) ou dans des conditions rendant ces mesures malaisées imesures intérieures, mesures courbes...), et la nécessité du maintien du support au point initiaZ de mesure peut en rendre le relevé fastidieux. Enfin, de tels dispositifs n'offrent aucune possi bilité de calcul au-deZà du résultat obtenu. A t'inverse, le dispositif décrit dans la présente invention permet d'éffectuer de manière rapide et aisée des mesures de grandes longueurs rectilignes ou courbes, sans fractionnement du reZevé, avec affichage numérique simultané, de même que la mémorisation du résuZtat et son exploitation dans des calcules complémentaires (circonférenee, surface, volume, conversion ou transposition d'échelles...). Dans te procédé selon l'invention, le relevé de la mesure n'est pas éffectue par Ze truchement d'un support gradué, mais par la transposition sous forme d'impulsions électriques du mouvement rotatif d'une roue, utilisée comme palpeur, et déplacée entre deux points caractéristiques de l'objet à mesurer. Ces impulsions sont alors exploitées par un système électronique de comptage et de calcul, puis retranscrites sous forme numériques par des afficheurs. Par ce procédé selon'l'invention, la capacité de mesure d'un tet dispositif ne se trouve pas Zimitée par un support de référence, mais sera fonction des éléments péri- phériques de comptage et d'affichage. En comptage décimait, l'adjonction d'un seuZ compteur/afficheur multiplie par dix la capacité mesure du système. Dn générateur d'impulsions pourra être réalisé simpZement à partir d'un disque rotatif solidaire de la roue, et porté à un potentiel électrique alternatif par le biais de frotteurs électriques ou étectromagnétiques. D'autre part, un simple mécanisme de transmission servant de reZais au mouvement rotatif au palpeur (roue) permet d'amplifier ou de réduire à loisir l'ampleur de son mouvement avant transposition par Ze générateur sous forme d'impulsions. IZ est dès lors possible de constituer des échelles de référence modulables, soit en fonction des paramètres des éléments mécaniques du système de reZevé, soit au niveau de l'étage de calcul, voire par conjonction des deux.En effet: Le nombre d'impulsions générées sera fonction: du diamètre de la roue servant de paZpeur, du coéfficient multiplicateur du mécanisme de transmission, des paramètres caractéristiques du générateur d'impulsions; mais il restera directement proportionnel à l'ampleur du déplacement de la roue sur l'objet mesuré. De pZus, ce train d'impulsions pourra être soumis a des divisions dans le processus de calcul. Les éZéments constituant le dispositif pourront être montés sur des plaques servant de support et fixées dans Z'intérieur d'un boitier. L'utilisation de plaques cuivrées permettra en outre d'assurer Zes connexions électriques entre les éZéments, tel un circuit imprimé, et dans certaines configurations de réalisation de Z'invention une seuZe et même plaque pourra servir de support commun à l'ensembles des éléments. SeZon l'usage prévu du dispositif de l'invention, le mécanisme de transmission pourra être réalise au moyen d'engrenages, courroie, chaine, bande élastique, ou tout autre moyen propre à assurer une transmission synchrone entre tes éléments tournants. IZ sera également possibte de constituer un disque générateur à partir de la roue elle-même ou de tout élément co-axial. Dans Zes réalisations ne nécessitant pas une grande précision de relevé et d'échelle, un générateur pourra être réalisé au moyen d'une roue ou d'un disque perforé tournant dans Ze champ drune cellule photoélectrique et générant des impulsions à chaque interruption du faisceau lumineux. Cependanr, en raison de la persistance.des images lumineuses, ce procédé se révélera peu filable 2 petite écheZZe (mm) ou a grande vitesse de rotation des éZéments tournants. IZ conviendra de veiller, par le choix du matériau, à assurer unè parfaite adhérence de la roue sur l'objet a mesurer, de même qu'a en limiter t'usure possible qui modifierait les paramètres de mesure. Les éléments constituant Ze moduZe électronique de calcul et d'affichage sont des éZéments connus, disponibles dans Ze commerce, tels que des circuits intégrés de type MOS ou CMOS, des afficheurs à diodes éZectroZuminescentes (LED) ou à cristaux liquides (LCD). Il sera également fat usage de compteur/décompteurs à "chargement parallèle", de Zogiques de calcul pour tes opérations de multiplication et de division, de memoires, de circuits de codage et transcodage si nécessaire et de tout élément propre à assurer les interconnexions ou Ze multiplexage, la sélection et la commande des fonctions. A-noter qu'il existe des composants assurant tout ou partie de ces fonctions et dont on privilégiera l'usage à fin de minia- turisation. L'emploi de mémoires mortes permettra de disposer, dès la mise sous tension, de paramètres caractéristiques (tel te nombre Pi, les paramètres de conversion d'échelle...) ainsi que d'une valeur exprimant l longueur du boiter pour le tarage ou prépositionnement du compteur. Le dispositif de l'invention, totalement contenu ou insérable dans un boitier de dimensions réduites, se compose de deux éiéments distincts: - un étage éZectromécanique de relevé et- de transposition de la mesure sous forme d'impulsions. iZ comporte principalement une roue en saillie, un mécanisme de transmission et un générateur d'impulsions utilisables. Cet ensemble sera décrit en détail dans son principe. - un etage éiectronique de comptage, de mémorisation et de calcul, avec affichage numérique simuttané. Cet étage comporte en outre les dispositifs de mise en marcne, de sélection et de commande des fonctions, dispositifs qui seront disposés avantageusement sur une face externe du boitier. Constitué a partir de composants connus, cet étage nesera pas décrit en détaiZ dans son fonctionnement. L'aZimentation éZectrique du dispositif est assurée par piZes ou batteries disposées dans un compartiment prévu à cet éffet. Le reZevé de mesure est éffectué par transZation du dispositif sur l'objet à mesurer, en assurant un contact permanent entre ces deux éZéments, par Ze truchement de ta roue servant de palpeur. Montée sur un axe tournant Ztbrement dans le boitier, une portion de cette roue fera saillie par un orifice ménagé dans la face inférieure du boitier. Le processus de génération et de comptage des impulsions, de même que Z'affichage numérique, seront entamés dès la mise en rotation de la roue, de manière synchrone et concomittante IZ est cependant prévu d'incorporer au système un mecanisme d'invalidation momentannée de ce processus. Povr faciliter Zes mesures, différents points de repère seront clairement disposés sur tes faces latérales du boitier, notamment au niveau de 1 'axe du palpeur. Ces repères pourront prendre la forme d'échelles connues (échelle mètrique, angiosaxonne..) dont une gravure multicolore facilitera encore Ze repère Excepté dans les cas de prépositionnement du compt-eur, un même point servira de repère pour le début et la fin du relevé de mesure. La capacité de "chargement parallèle" de Z'étage électronique de calcul permettra de pré-positionner Ze compteur à une valseur exprimant la Zongueur du boitier dans Z'écheZZe retenue. Le comptage ou le décomptage sera alors éffectué à partir de cette valeur initiale, prenant comme repère de début et de fin de mesure tes faces avant et arrière du boitier. Cette disposition prendra tout son sens dans Zes mesures d'espacement. D'autres éZéments, buts et avantages de la présente invention apparaîtront dans Ze developpement ultérieur de 1 'expose. La description du dispositif donnée çi-dessous, et portant références aux figures jointes en annexe, représente un mode de réalisation possible du procédé de l'invention, et ne saurait en aucun cas être considérée comme une définition exhaustive de çeZZe-çi dans ses applications. La Figure 1 représente un plan d'agencement possible de Z'étage électromécanique de reZevé et de transposition de la mesure. La Figure 2 est une vue latérale détaillée du disque rotatif du générateur. La Figure 3 est une coupe du plan d'agencement de la figure 1. La Figure 9 est une vue en plan d'un boitier comportant Zes éléments de visualisation et de commande. La Figure 5 est une coupe latérale de la Figure 4. La Figure 6 représente un schéma généraZ de Z'étage électronique de calcul. Les Figures 7 à 12 représentent des variantes de ce dispositif. SeZon la Figure 1, et lors du déplacement du dispositif sur Z'objet mesuré, la roue (1) entre en rotation et transmet son mouvement, de manière synchrone, à l'axe (2-J et la roue dentée (3J dont elle est solidaire. Ce mouvement rotatif est transmis et amplifié par te jeu d'engrenage (4) et (5) et entraine la rotation concomitante du disque (?) solidaire de l'axe (6) et de la roue dentée (5). IZ existe une relation mathématique entre Zes rotations respectives de la roue (1) et du disque (7): Ze nombre de tours et/ou fractions de tour éffectué par le disque (7) est égal au nombre de tours et/ou fractions de tours éffectué par la roue (1), multiplié par Ze coéfficient surmultiplicateur, ou démultiplicateur, du jeu d'engrenages (3), (4) et (5). RéaZis-é à partir d'une plaque "epoxy double face" teZ qu'utilisé pour Zes circuits imprimés, Ze disque (7) présente une face (8) cuivrée, conductrice, contre laquelle repose un frotteur souple (9) reZie éZectriquement à Z'étage de calcul (18). La face (10) du disque (7) comporte un centre cuivré d'où émanent des rayons concentriques équidistants faisant office de contacteurs (11). Comme décrit sur la Figure 2, deux frotteurs souples (9) prennent appui sur la face (10) et sont disposés de manière telle qu'ils entrent en contact alternatif avec chacun des contacteurs (11), sans permettre la simuZtanéité de contact de Z'un et de l'autre de ces deux frotteurs (9). L'interconnexion électrique entre les faces (8) et (10) du disque (7) est assurée par l'axe (6), métallique. Les deux frotteurs (9) prenant appui contre la face (10) sont reliés respectivement aux pôZes positif et négatif de Z'aZimentation, via une résistance (14). Par Ze biais de ces frotteurs (9), et au cours de sa rotation, le disque (7) se trouve porté à un potentiel éZectrique alternant lors de chaque contact entre frotteurs (9J et contacteurs (11). Cette variation alternative de potentiel équivaut à un train d'impulsions reZayé vers le système de calcul (18) par Ze biais du frotteur (9) disposé contre la face (8) du disque (7). Un condensateur non polarisé (15) de faible capacité est disposé en pont entre la masse et te circuit d'acheminement du train d'impulsions, et assure la stabilité de ce train. Cet agencement particulier entre frotteurs (9), contacteurs (11), et tes pâles d'alimentation constitue en outre un système 'anti-rebond' dans la genèse des impulsions. Etant donnée la reptation entre les vitesses de rotation du disque (7J et de la roue (1), ii est possible de générer des impuZsions dont la fréquence corresponde au déplacement linéaire du dispositif selon une échelle ou un système aéterminé.A titre d'exemple: - soit une roue (1) de 6 cm de circonférence - soit un jeu d'engrenages (3), (4) et (5) ayant un coéfficient surmultipticateur de 10 - soit un disque (7) comportant sur sa face (10) six rayon-contacteurs (11) uniformément répartis, le dépZacement linéaire du dispositif sur une longueur de 6 cm développe: une rotation complète de la roue (1) 10 rotations du disque (7) . 60 variations de potentiel ou impuZsions, soit une impulsion par millimètre de déplacement. Dans ce cas de figure, le nombre d'impulsions générées par le dispositif tors de sa translation entre deux points A et B correspond à la distance entre ces deux points exprimée en miZZimètres. Un comptage 'unpour un' par l'étage de calcul (18) permet d'afficher cette longueur en millimètres, tandis que des divisions par dix éffectuées par le diviseur (35) en donneraient l'affichage dans les différentes unités du système mètrique, avec ou sans décima. Ce comptage peut aussi être t'objet d'opérations mathématiques particulières pour la transposition du reZevé dans d'autres systèmes de mesure. Dans le cas de figure précité, une division avant affichage par te chiffre (25,4) exprimerait cette longueur en nombre et fractions de 'pouces' tandis qu'une division par (309,8) l'exprimerait en nombre et fractions de 'pieds'.., une tette dispositon pouvant être opérée à Z'inverse pour 14 transposition de l'échelle angtosaxonne en échelle mètrique. Par un procédé identique, des transpositions d'échelles pourront être éffectuées pour la Zecture ou Z'écriture de plans réduits, de cartes,... De tels paramètres spécifiques pourront être introduits en 'mémoire morte' (36), et disponibles à Zoisir par simple commande sélective sur Ze clavier (25). De plus, la présence de 'mémoires vives' (37) dans L'étage de calcul (18) rend possibZe l'exploitation d'un ou plusieurs résultats dans des calculs complémentaires et combinatoires de puissance, de surface, de volume, de circonférence,... Toutes ces dispositions contribuent à donner au dispositif son caractère universel. IZ pourra s'avèrer utile, dans certaines applications, de disposer Z'étage éZectromécanique de relevé sur un support (12) à pivot, et capabZe de commander l'ouverture et la fermeture d'un interrupteur (17J. La Figure 5 décrit un mode possible pour une teZZe réalisation: En position de repos, Ze ressort de rappeZ (16) maintient Ze support (12) en position basse, et Z'interrupteur (17) est ouvert en coupe-circuit. Ainsi ouvert, iZ interdit l'acheminement vers Z'étage de calcul (18) de toute impulsion provoquée par une rotation intempestive de la roue (1).En position de travail, Z'utiZisateur exerce sur Ze boitier (13) une Zégère pression verticale suffisant à amener le support (12) en position haute et à fermer Ze circuit (17). Dans Ze dispositif décrit çi-dessus, Ze sens de rotation de la roue (1) n'a aucune incidence sur le fonctionnement du système, une translation vers Z'avant ou Z'arrière produisant les mêmes éffets. IZ pourra cependant s'avèrer utile de disposer d'un système discriminatoire pour mettre à profit le sens de translation du dispositif. Cette discrimi- nation pourrait autoriser ou interdire une ou des fonctions du système, voire commander le comptage ou Ze décomptage des impulsions en fonction du sens de rotation de la roue (1). Un ergot ou une rouZette pouvant prendre deux positions selon le sens de rotation de la roue (1), et disposé tangentieZte- ment à ceZZe-çi, peut constituer un teZ système discriminatoire (38) de comptage ou décomptage en acheminant un état 'haut' ou 'bas' à Z'entrée concernée du compteur (27). La visualisation sur le boitier (13) de l'échelle sélectionnée pour une mesure pourra être assurée soit par tes afficheurs (19) dans te cas d'afficheurs à cristaux liquides (LCD), soit au moyen de diodes électroluminescentes LED (20) positionées en regard d'indicateurs (28) inscrits sur le boitier (13). Une virgule flottante permettra aussi les subdivisions dans l'échelle mètrique. Outre le clavier de commande (25) des fonctions et paramètres de calcul prévus dans le système, ceZui-çi comporte une touche de commande (21) pour la mise à zéro du compteur/décompteur (27), une touche (22) permettant l'inva- nidation momentanée du processus de comptage, une touche de commande (26) pour Z'initiaZisation du compteur (27) à une valeur exprimant la longueur du boitier (13), ainsi qu'un interrupteur généraZ (23) commandant la mise sous tension du dispositif. L'alimentation autonome du dispositif est assurée par piles ou batteries logees dans Ze compartiment (24) prévu à cet effet. Les Figures 7 à 12 présentent diverses variantes de réaZisation du dispositif, notamment dans des applications de mesureurs a simpZe échelle: Comme il apparait sur les Figures 8, 9, 11 et 12, le système générateur est constitué par un doubTe-frotteur (9) excentré, solidaire d'un axe rotatif ( 6), et en contact avec un support fixe (12) porteur de circuits imprimés (31), (32) et (33). La mise en rotation de la roue (1) entraine la rotation de l'axe ( 6) et du double-frotteur ( 9). L'une des têtes du frotteur ( 9 ) entrera successivement en contact avec Zes circuits (31) et (32), reliés aux pôles positif et négatif de l'alimentation, tandis que l'autre tête du frotteur ( 9) relaiera ces contacts alternatifs vers Ze circuit (33) en génèrant un train d'imputsions utilisables pour L'étage de calcul (18). Afin de faciliter les opérations de mesure dans des conditions particulières d'utilisation, il est prévu de munir le boitier (13) d'un manche escamotable ou téléscopique. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure de Zongueur ae grande capacité et adapté au calcul de dimensions géomètriques et d'échelles numériques caractérisé en ce qu'il comporte une roue (1), utilisée comme palpeur et dépZacée sur la longueur à mesurer, et dont le mouvement rotatif est transposé par un système générateur (7) sous a forme d'impulsions utilisées par un étage électronique ae calcul pour L'affichage numérique du résultat et son exploitation dans des calculs complémentaires. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de transmission (3),(4) et (5) servant de reZais au mouvement rotatif du palpeur (1) et permettant d'en moduler l'ampleur en fonction d'échelles de mesure appropriées à ses applications. 3) Dispositif selon Zes revendications 1 et 2 caractérise en ce qu'un disque rotatif (7) est porté å un potentiel alternatif par le biais de frotteurs polarisés (9) et de contacteurs (11) pour constituer un train d'impulsions statilisé par un condensateur (15) et proportionnel à l'ampleur du déplacement du paZpeur (1). 4) Dispositif selon Zes revendications 1 et 3 caractérisé en ce que Ze train d'impulsions est soumis à des opérations de calcul spécifiques et de codage par un étage de calcul (18) propre à assurer l'affichage de la mesure qu'il represente dans divers systèmes de référence. 5) Dispositif selon Zes revendication I et 4 caractérise en ce que le compteur (27) est d'un type compteur/décompteur à chargement parallèle pouvant être initialisé à une valeur exprimant la Zongueur du boitier (13). 6) Dispositif de mesure selon les revendications 1, 4 et 5 caractérisé en ce qu'il comporte des mémoires mortes (36) chargées de paramètres spécifiques propre à assurer des mesures de dimensions géométriques et des transpositions d'échelles, et des mémoires vives (37) pouvant recevoir Zes résultats de mesures ou de calcules. 7) Dispositif selon lune quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte un système discrlminatoire(38) du sens de translation du palpeur (1) ou cu boitier (i3) à-même de commander des fonctions spécifiques de l'étage de calcul (18). 8} Dispositif seZon l'une queZconque des revendications precédentes caractérisé en ce qu'il comporte un ressort de rappel (16) et un coupe-circuit.(17) constituant un dispositif particulier d'invalidation de fonctionnement. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des afficheurs à virgule flottante (19) et/ou des témoins lumineux (20) positionnés en regard d'indicateurs d'échelle (28). 10) Dispositif seZon l'une queZconque des revendications précedentes caractérisé en ce que tous les éléments qui le compose sont montés sur plaques cuivrées (22) insérables dans Z'intérieur d'un boitier (13) presentant un orifice (34) pour la saillie du palpeur (2).