Brevet FR2642163A1 — publié le 19900727

INSTRUMENT DE MESURE D'ANGLE ET DE TRAC4SE AVEC AFFICHAGE DIRECT DE L'ANGLE ET/OU DES VALEURS TRIGONOMETRIQUES CORRESPONDANTES. La présente invention concerne un instrument du type multifonction permettant notamment de mesurer des angles, de tracer des-droites et des courbes telles que des arcs de cercle, de calculer la valeur d'un angle mesuré et de ses fonctions trigonométriques, et de visualiser directement le résultat du calcul à l'aide d'un écran. On cannait par le brevet français 2 406 182t un instrument de mesure à usages =multiples constitué d'une equerre sur laquelle est dessiné un rapporteur complété par un rail gradué circulaire formant demi-cercle, dont le centre est au milieu de I'hypothénuse, du triangle forme par ltéquerre Un curseur muni d'une pinnule se déplace sur le rail et forme avec une deuxième pinnule placée au centre de I'hypothénuse, une ligne de visée. L'équerre comporte sur un côté de l'angle droit au moins six trous permettant d'établir des bases mesurées de triangulation par l'utilisation d'une réglette et de pinnules-sur l'autre face de la réglette. Un tel instrument présente des défauts communs aux rapporteurs d'angle classiques, à savoir la faible précision de mesure et l'impossibilité de fournir simultanément des valeurs trigonométriques de l'angle mesuré. La présente invention a pour objet de réaliser un instrument de mesure et de traçage permettant de pallier les inconvénients des instruments classiques. Un autre objet de l'invention est de fournir un moyen pédagogique simple et précis pour l'enseignement sur la mesure des angles et les calculs trigonométriques. L'invention a également pour objet un instrument de mesure et de traçage permettant de calculer et de visualiser directement sur un écran toutes les données concernant la mesure d'angle. L'invention a en outre pour objet un instrument fiable, précis et compact présentant un faible coût de fabrication. L'instrument de mesure angle et de traçage, selon l'invention, comprend un moyen de bras articulé pour mesurer un angle et/ou tracer des traits droits ou courbes; des moyens pour traiter la mesure et fournir notamment des fonctions trigonométriques de l'angle mesuré; et des moyens pour afficher le résultat du traitement. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'instrument comprend au moins un bras articulé monté sur une base dont un bord rectiligne sert de référence pour le bras articulé; un capteur pour détecter l'angle formé entre ledit bord de référence et un bord rectiligne du bras articulé; un clavier comportant au moins des touches de fonction trigonométrique; des moyens électroniques pour traiter des données relevées par ledit capteur et pour exécuter des commandes transmises par le clavier; et un écran d'affichage permettant de visualiser directement des valeurs issues desdits moyens électroniques, y compris celles dudit angle entre le bord rectiligne du bras articulé et le bord de référence de la base. Le capteur est de préférence constitué par un potentiometre. Les moyens électroniques peuvent comprendre un convertisseur tension! fréquence et une unité de traitement microprogrammée munie d'une horloge à fréquence fixe. L'instrument peut présenter un trou cylindrique coaxial a l'axe d'articulation dudit bras articulé,-le sommet dudit angle étant situé sur ledit axe d'articulation, de façon à pouvoir centrer ledit sommet à l'aide par exemple d'une pointe à travers ledit trou cylindrique. De préférence, la base de l'instrument présente un deuxième bord servant de butée pour ledit bras articulé. Le clavier peut eomporter ees touches de mémorisation d'une valeur minimale et/ou d'une valeur maximale autorisées de 11 angle balayé par le bras articulé. D'une manière avantageuse, le bord rectiligne du bras articulé et/ou le bord de référence de la base présente des graduations par exemple millimétriques. le bras articulé est de préférence pourvu d'un rail sur lequel est monte de façon coulissante-un curseur porte-stylo muni de moyens de blocage pour immobiliser le curseur sur le rail. Selon un mode avantageux de réallsation de l'invention, en plus des caracteristiques précédemment définies, la base est réalisée sous forme allongée sensiblement parallélépipêdique avec -l'axe d'articulation du bras articulé situé au milieu d'un côté longitudinal de la base, de façon que la valeur maximale autorisée dudit angle de mesure soit égale à 1800. La base peut en outre comporter une règle le long d'un côté longitudinal à l'opposé du bord de référence qui peut être formé par une réglette montée sur la base. Le capteur est de préférence constitué par un curseur relié au bras articulé au voisinage de l'axe d'articulation et une piste résistive de forme annulaire concentrique à l'axe d'articulation et fixée sur la base, de sorte que la tension issue du capteur varie linéairement avec l'angle formé entre le bras articulé et le bord rectiligne de référence. L'écran d'affichage peut permettre l'affichage des graphiques en plus des données numériques. Ledit écran est de préférence du type à cristaux liquides. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier de l'invention pris a titre d'exemple nullement limitatif et illustrée par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue de dessus de l'instrument de mesure de traçage de l'invention avec le bras articulé en positions A (00), C (1800), et une position intermédiaire B (); la figure 2 est une vue en coupe du curseur porte-stylo sur le bras articulé selon II-II de la figure 1 lorsque la position angulaire du bras articulé est B; la figure 3 est une vue en coupe de l'articulation du bras articulé selon III-III de la figure 1; et la figure 4 est un schéma de fonctionnement de la partie électronique de l'instrument de l'invention. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, l'instrument de mesure et de traçage comprend une base I sous forme d'un botter allongé sensiblement parallélépipédique. Un bras articulé 2 est monté sur une protubérance 3 sensiblement annulaire du bottier 1. Ladite protubérance annulaire 3 se trouve au milieu d'un côté longitudinal la du botter. Le botter I présente, sur le côté longitudinal la ou se trouve la protubérance 3, un bord gradué et rectiligne, désigné comme le bord de référence 4 et un bord de butée 5, de sorte que le bord rectiligne 6 du bras portant des graduations balaye des angles variant entre une valeur minimale (00) et une valeur maximale (1800) par rapport au bord de référence 4. Le sommet de l'angle CX formé entre le bord gradué 6 du bras articulé 2 et le bord de référence 4 de la base 1 se trouve sur l'axe d'articulatIon du bras articulé 2, ledit axe d'articulation est confondu avec l'axe du trou cylindrique 7 formé par la protubérance annulaire 3. Les graduations sur le bord 6 du bras articulé et sur le bord de référence 4 sont de préférence identiques. Le bras articulé 2 présente un rail 8 sur lequel coulisse un curseur 9 porte-stylo muni de moyens de blocage 10 permettant d'immobiliser le curseur 9 sur le rail 8. On peut, a l'aide par exemple d'un stylo monté sur le curseur 9 porte-stylo du bras articulé 2, tracer des courbes et plus particulièrement des arcs de cercle dont le centre se trouve sur l'axe d'articulation du bras 2. On peut également tracer des angles a l'aide du bord de référence 4 de la base et du bord gradué 6 du bras 2. De préférence, le bord de référence 4 est constitué par un côté gradué d'une règlette fixée sur le bottier qui comporte également une règle 11 montée sur son côté longitudinal lb à l'opposé du bord de référence 4. Le bolter 1 comprend en plus une partie électronique pour mesurer l'angle c et pour calculer ses fonctions trigonométriques tout en permettant un affichage simultané des valeurs sur un écran d'afficalge 12. La partie électronique, dont le fonctionnement sera développé ci-après, peut comprendre une calculatrice -13 et une source d'alimentation 14 par exemple sous forme de piles. La figure 2 montre plus en détail le curseur 9 porte-stylo monté de façon coulissante sur le rail 8 du bras articulé 2. Le curseur 9 présente un passage 15 sensiblement tronconique, coopérant avec un moyen non représenté, pour retenir un stylo. Le côté supérieur du curseur 9 présente un évidement 16 dans lequel est logée une came 17. La came 17 pivote autour d'un axe 18 parallèle au rail 8 du bras 2, ledit axe 18 étant monté sur le curseur 9. La différence des rayons de courbure de- la came 17 en contact avec la face supérieure du rail 8 permet soit de laisser coulisser le curseur 9 sur le rail 8, soit de le bloquer sur ce dernier. Une fois le curseur 9 bloqué sur le rail 8, le stylo retenu dans le passage 15 trace un arc de cercle lorsque le bras articulé.est en mouvement (voir figure 1). La figure 3 montre une coupe axiale de la protubérance annulaire 3 de la base. Le trou cylindrique 7 est délimité par une paroi tubulaire intérieure 19 de la protubérance 3. La paroi tubulaire extérieure 20 de ladite protubérance 3 est coaxiale à la paroi intérieure 19. Le bras articulé 2 présente un épaulement annulaire 21 situé à l'intérieur de l'espace formé entre la paroi intérieur 19 et la paroi extérieure 20 de la protubérance 3 du bottier. Une partie annulaire 22 faisant partie du couvercle du boltier constitue la paroi supérieure de ladite protubérance annulaire 3. Le dimensionnement de l'épaulement 21 du bras articulé 2 est tel que seul un mouvement de rotation dudit bras autour de l'axe d'articulation est permis. Une piste résistive 23 de forme annulaire coaxiale à l'axe d'articulation est solidaire de la face supérieure 24a d'une plaque annulaire 24 fixée à l'intérieur de l'espace formé entre la paroi intérieure 19 et la paroi extérieure 20 de la protubérance annulaire 3 du bottier. Un frotteur, non représenté sur la figure 3, solidaire de la-face inférieure 21a de l'épaulement 21 du bras articulé 2 est en contact permanent avec la piste résistive 23. Le mouvement d'articulation du bras 2 entrain le déplacement du frotteur sur la piste résistive 23 en créant ainsi une variation de résistance comprise entre des bornes non représentées.Cette variation de résistance se traduit par une variation de tension électrique entre lesdites bornes. L'ensemble constitué par le frotteur et la piste résistive 23 forme un capteur (référencé 25 sur la figure 4). En se référant à la figure 4, le signal issu du capteur 25 sous forme d'une tension électrique est envoyé à un convertisseur tension/fréquence 26 par l'intermédiaire de la connexion 27. Ledit signal varie de préférence proportionnellement à l'angle 0l formé entre le bras articulé 2 et le bord de référence 4 de la base (voir figure 1). Le convertisseur 26 fournit une fréquence proportionnelle à la tension issue du capteur 25. Ladite fréquence est envoyée par la connexion 28 à une unité de traitement microprogrammée 29 contenant une horloge qui émet une fréquence fixe. L'unité 29 permet alors de fournir une valeur correspondant à la valeur dudit angle O(, à l'aide d'un calcul faisant intervenir la fréquence de mesure et la fréquence fixe de l'horloge. La valeur calculée par l'unité 29 est envoyée par l'intermédiaire de la connexion 30 à un écran d'affichage 31 qui permet de visualiser directement l'angle OC. L'unité 29 permet également de calculer des fonctions trigonométriques de l'angle OC et peut comprendre d'autres fonctions mathématiques. Un clavier 32 est connecté à l'unité 29 par l'intermédiaire de la connexion 33 et permet de commander l'unité 29 pour effectuer des calculs selon des instructions de l'utilisateur. Le résultat du calcul de l'unité 29 est directement affiché sur l'écran 31. Le clavier 32 peut commander l'unité 29 pour mémoriser une valeur minimale et une valeur maximale de l'angle OC autorisé du bras articulé de l'instrument. Cette mémorisation permet d'étalonner l'instrument avant les mesures. Une unité de commande d'alimentation 34 contrôle l'alimentation électrique du convertisseur 26 par l'intermédiaire de la connexion 35, ladite unité de commande 34 étant contrôlée par l'unité de traitement 29 à l'aide de la connexion 36. Une alimentation électrique 37 qui peut être située à l'intérieur de l'instrument sous la forme des piles 14 (figure 1) ou à l'extérieur de l'instrument, est reliée à l'unité de traitement 29 et à l'unité de commande 34 respectivement par l'intermédiaire de la connexion 38 et de la connexion 39. Sur la figure 1, la calculatrice 13 est séparée de la partie concernant le calcul et l'affichage de angle Oc et de ses fonctions trigonométriques. I1 est tout à fait possible de regrouper la calculatrice et les fonctions liées à l'affichage de l'angle 0 et de ses fonctions trigonométriques pour former un seul clavier qui commande un seul écran d'affichage par exemple du type à cristaux liquides et permettant d'afficher également des graphiques. On peut de ce fait miniaturiser l'instrument par exemple aux dimensions d'une carte de crédit avec la protubérance annulaire 3 située dans un coin de la base 1 dont le bord de butee 5 délimite une valeur maximale de l'angle mesuré 0 à 27oxo. On voit donc que l'invention permet de réaliser un instrument de mesure d'angle et de traçage d'utilisation tres simple, avec une grande précision de mesure fournie par des moyens électroniques et grâce à la lecture instantanée de la valeur de l'angle mesuré et de ses fonctions trigonométriques. La première application d'un tel instrument se trouve dans -l'enseignement pour faciliter la compréhension de la mesure dés angles des rapports trigonométriques et des problemes de géométrie. L'instrument selon l'invention peut hêtre utilisé pour toutes autres activités nécessitant des mesures d'angles et/ou de traçage, notamment pour élaborer des dessins et pour la lecture des plans. Bien entendu l'exemple décrit ci-dessus n'est pas limitatif. La base peut présenter des formes différentes d'un parallélépipède. L'instrument peut comporter plusieurs bras articulés montés autour d'un même axe d'articulation, de façon à pouvoir mesurer et afficher simultanément plusieurs angles. Le clavier, l'unité de traitement microprogrammée et l'écran d'affichage peuvent être séparés de la base et du bras articulé. REt'ENDICA:ÌONS 1. Instrument de mesure d'angle et de traçage, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un bras articulé (2) monte sur une base (l) dont un bord rectiligne (4) sert de référence pour le bras articulé; un capteur (25) pour détecter l'angle (0: ) formé entre ledit bord de référence et un bord rectiligne (6) du bras articulé; un clavier (32) comportant au moins des touches de fonctions trigonométriques; des moyens électroniques pour traiter des données relevées par ledit capteur et pour exécuter des commandes transmises par le clavier; et un écran d'affichage (31, 12) permettant de visualiser directement des valeurs issues desdits moyens electron ques y compris celle dudit angle entre le bord rectiligne du bras articulé et le bord de référence de la base. 2. Instrument selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur (25) est constitué par un potentiometre, et que les moyens électroniques comprennent un convertisseur (26) tension/ fréquence et une unité de traitement microprogrammée (29) munie d'une horloge à fréquence fixe. 3. Instrument selon la revendication I ou 2, caractérisé par le fait qu'il est pourvu d'un trou cylindrique (7) coaxial à l'axe d'articulation dudit bras articulé (2), le sommet dudit angle (O & ) étant situé sur ledit axe d'articulation. 4. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite base présente un deuxième bord (5) servant de butée pour ledit bras articulé (2), ledit clavier permettant la mémorisation dans lesdits moyens électroniques d'une valeur minimale et/ou d'une valeur maximale autorisées dudit angle (C). 5. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins un desdits bords rectilignes (4, 6) comporte des graduations. 6. Instrument selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le bras articulé (2) présente un rail (8) sur lequel est monté de façon coulissante un curseur (9) porte-stylo muni de moyens de blocage (10) dudit curseur sur ledit rail. 7. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la base (1) est sous forme allongée sensiblement parallélépipédique, l'axe d'articulation dudit bras articulé se trouvant au milieu d'un côté longitudinal de la base, de façon a rendre la valeur maximale autorisée dudit angle égale à 1800. 8. Instrument selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la base comporte une regle (11) le long d'un côté longitudinal à l'opposé dudit bord rectiligne de référence (4). 9. Instrument selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait que ledit bord rectiligne de référence (4) est constitué par une réglette montée sur la base. 10. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit capteur est constitué par un frotteur relié au bras articulé au voisinage de l'axe d'articulation et une piste- résistive (23) de forme annulaire concentrique à l'axe d'articulation et fixée sur la base. 11. Instrument selon l'une quelconque des revendicatiions précédentes, caractérisé par le fait que ledit ecran d'affichage (12, 31) permet l'affichage graphique des données. 12. Instrument de mesure d'angle et de traçage, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de bras articulés pour mesurer un angle et/ou tracer des traits droits ou courbes; des moyens pour traiter la mesure et fournir des fonctions trigonométriques; et des moyens pour afficher le résultat du traitement.