Brevet FR2712082A1 — publié le 19950512

NIVEAU PENDULAIRE A RAYON LASER. La présente invention concerne un niveau pendulaire à rayon laser. D'une manière générale, on sait qu'en vue d'effectuer des visées et d'exécuter des tracés, il a déjà été proposé des dispositifs associant un système de niveaux à bulle à un émetteur de rayon laser. A ce titre, la demande de brevet FR No 92 14789, déposée au nom de la Demanderesse, décrit un dispositif faisant intervenir: - un tube calibré, à l'intérieur duquel est logé un composant émetteur laser du type à solide dont l'axe optique d'émission coïncide avec l'axe mécanique du tube, - des moyens de renvoi du faisceau laser dans une direc- tion déterminée vis-à-vis dudit axe, - des moyens permettant de faire tourner le tube autour de cet axe, et - un support du tube équipé de niveaux à bulle dont les axes définissent un repère orthonormé. De par sa conception, un tel dispositif exige, à chaque usage, un réglage précis de l'orientation verticale de - 2 - 2712082 l'axe du tube, grâce aux niveaux dont est équipée la structure. En pratique, cette opération s'avère délicate et fasti- dieuse à réaliser, et ce, d'autant plus que les distances de visée sont importantes et, qu'en conséquence, la précision des réglages doit être élevée. Par ailleurs, la visibilité des niveaux à bulle est fréquemment mauvaise en raison des dimensions réduites de ces niveaux de leur position et des poussières qui vien- nent partiellement les occulter. En outre, ce type d'appareils est essentiellement utilisé sur des chantiers, dans des conditions peu favorables à la réalisation de réglages avec des degrés de précision élevés. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients et, en particulier, d'éviter que l'opérateur n'ait à exécuter des réglages précis de verticalité du niveau. Elle propose, à cet effet, un dispositif dans lequel les moyens d'émission du rayonnement laser sont portés par un élément pendulaire dont la partie supérieure est montée oscillante sur une structure support autour d'un centre de rotation fixe relativement à ladite structure, ce dispositif comprenant des moyens de réglage permettant de faire coïncider, de préférence en usine, l'axe des susdits moyens d'émission avec un axe de l'élément pendu- laire passant par son centre de gravité et par ledit centre de rotation. Il est clair que grâce à une telle disposition, une fois la susdite coïncidence établie, l'axe des moyens d'émission se trouvera automatiquement aligné sur la verticale. - 3 - 2712082 Avantageusement, les moyens d'émission du rayonnement laser pourront être portés par l'arbre rotatif d'un moteur dont le stator est monté dans l'élément pendu- laire. Dans ce cas, l'axe des susdits moyens d'émission devra être amené en coïncidence avec l'axe de l'élément pendu- laire. Comme dans la solution antérieure précédemment décrite, le faisceau laser émis par les susdits moyens d'émission pourra être réfléchi à 90 par un miroir orienté à 45 du faisceau incident. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel: La figure unique est une vue schématique partiellement en perspective et en coupe axiale, avec éclatés partiels, d'un niveau pendulaire à rayonnement laser selon l'invention. Dans cet exemple, les moyens d'émission laser 1 sont portés par une platine circulaire 2 de réglage et, éven- tuellement, de support d'un circuit électronique associé sur l'émetteur laser. Celui-ci, émet un faisceau coaxial à la platine 2, qui est réfléchi à 900 par un miroir 3 (ou un prisme) incliné à 45 par rapport à l'axe, monté dans une tête optique 4. La platine 2 est montée coaxialement sur l'axe rotatif 5 d'un moteur électrique, dont le stator cylindrique 6 est monté fixement à l'intérieur d'un manchon tubulaire massif 7 de forme cylindrique constituant l'élément pendulaire. - 4 - 2712082 Avantageusement, le diamètre intérieur du manchon 7 est égal au diamètre extérieur du stator 6 du moteur de manière à obtenir un assemblage précis avec une coaxia- lité garantie de ces deux éléments. De même, le montage de la platine 2 sur l'axe 5 du moteur sera réalisé de manière à obtenir une coaxialité rigou- reuse du rayon laser émis par les moyens d'émission 7 avec l'élément pendulaire. Compte tenu du fait que la platine 2 ainsi que les moyens d'émission 1 du faisceau laser sont entraînés en rotation par le moteur, des contacts électriques tournants 8 sont prévus entre l'ensemble moteur électrique/manchon et la platine 2. Eventuellement, ces contacts pourront consis- ter en les balais du collecteur du moteur, des connexions fixes entre le rotor du moteur et la platine 2 pouvant être alors réalisées. Le manchon tubulaire 7 se trouve articulé, dans sa partie supérieure, à un anneau coaxial 10, au moyen de deux tourillons coaxiaux diamétralement opposés 11, 11' défi- nissant un premier axe de rotation XX'. L'anneau 10 se trouve lui-même articulé à une structure support tubulaire coaxiale 12 (dont seule la surface cylindrique intérieure a été représentée) grâce à deux tourillons coaxiaux 13, 13' diamétralement opposés qui définissent un deuxième axe de rotation YY' perpendicu- laire au premier et éventuellement situé dans le même plan que ce dernier, l'intersection de ces deux axes de rotation constituant un centre de rotation situé sur l'axe de l'ensemble pendulaire formé par le manchon 7, le moteur, la platine support 2 et les moyens d'émission 1 du faisceau laser. - 5 - 2712082 Théoriquement, grâce à une telle structure, l'ensemble pendulaire s'axe de lui-même verticalement et, en consé- quence le faisceau, réfléchi par le miroir 3 balaye un plan horizontal. En pratique, en raison des tolérances de fabrication et de légers défauts de symétrie, il se peut qu'à l'origine, le centre de gravité de l'ensemble pendulaire soit légè- rement écarté de l'axe ZZ' et, de ce fait, ce dernier n'est pas rigoureusement vertical. Il convient donc de procéder à un réglage en usine pour ramener le centre de gravité sur l'axe ZZ'. A cet effet, l'invention prévoit un système de détection monté dans la partie inférieure du manchon 7 qui est destiné à détecter la position verticale de l'axe ZZ' de l'ensemble pendulaire. Dans cet exemple, ce dispositif comprend un tronçon tubu- laire 15 de section cylindrique de diamètre extérieur égal au diamètre intérieur du manchon tubulaire 7 dans lequel il vient s'engager étroitement. Dans sa partie inférieure, le tronçon 15 est refermé par un fond 16 en matériau électriquement conducteur, dont la surface intérieure 17 présente une forme concave coaxiale, de préférence sphérique. A l'intérieur du tronçon 15 est disposée une bille 18 éventuellement en matériau électriquement conducteur, qui vient rouler librement sur la surface intérieure 17 du fond 16, pour indiquer la verticale. Le tronçon tubulaire 15, qui est réalisé en un matériau électriquement isolant, est muni d'une pluralité de contacts 19 qui s'étendent radialement en saillie, dans le volume intérieur du tronçon 15, dans un plan de - 6 - 2712082 section droite de ce dernier éloigné du fond 16 d'une distance sensiblement égale au rayon de la bille 18. Grâce à une telle disposition, lorsque le manchon tubu- laire 7 se trouve axé verticalement, la bille 18 se dispose au centre de la forme concave du fond 16, posi- tion dans laquelle elle se trouve éloignée de chacun des contacts 19 d'une distance prédéterminée. Par contre, lorsque l'axe du manchon tubulaire 7 est incliné par rapport à la verticale, la bille 18 s'écarte du centre du fond en indiquant la direction dans laquelle on doit agir pour amener l'axe ZZ' à la verticale. En s'écartant du centre, la bille 18 vient buter contre un contact 19 en établissant une liaison électrique entre le fond 16 et ce contact 19. Cette liaison peut provoquer l'excitation d'un indicateur, par exemple lumineux, permettant d'indiquer à l'opérateur la nature du réglage qui doit être effectué en vue de rétablir la verticalité de l'axe du manchon. En principe, ce réglage doit être exécuté une fois pour toutes en usine, de sorte que l'opérateur n'a plus à le faire par la suite, l'axe du faisceau laser émis par les moyens d'émission s'orientant automatiquement à la verti- cale. Avantageusement, le détecteur constitué par la bille 18, le fond 16 et les contacts 19 pourra commander la coupure de l'alimentation des moyens d'émission laser 1, dans le cas d'un mauvais réglage ou d'un choc se traduisant par un appui de la bille 18 sur un des contacts 19. Dans ce cas, l'usage du niveau ne pourra être effectué qu'après avoir réalisé un nouveau réglage (manuel ou automatique) ramenant la bille 18 au centre de la forme concave du fond 16. - 7 - 2712082 Par ailleurs, la face extérieure 21 du fond 16 du tronçon tubulaire 15 pourra également comporter une forme concave, de préférence conique, sur laquelle peut venir en appui l'extrémité conique d'une vis de serrage coaxiale 22 venant se visser sur une pièce (non représen- tée) de la structure fixe, de manière à assurer un blocage, avec autocentrage de la structure pendulaire. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment décrit. Ainsi, les tourillons coaxiaux 11, 11'-13, 13' pourraient être entraînés en rotation par deux servomoteurs respec- tifs M1, M2 commandés par un circuit d'asservissement en fonction de la position de la bille 18 détectée par les contacts 19 portés par le tronçon tubulaire 15, ce circuit d'asservissement ayant pour effet d'orienter le manchon tubulaire 7 de manière à ce que la bille 18 se place au centre de la forme concave du fond 16. Dans ce cas, on obtient un réglage automatique de la verticalité du faisceau laser émis par les moyens d'émission 1, indé- pendant de la position du centre de gravité de l'élément pendulaire. Ici aussi, les réglages peuvent être réalisés en usine. Par ailleurs, la tête optique 4 équipant les moyens d'émission du rayonnement laser, et qui renferme ici un miroir 3 ou un prisme, pourrait être amovible de manière à pouvoir la remplacer par une tête incluant par exemple: - un réseau holographique permettant d'obtenir la projec- tion d'une pluralité de points alignés dans une même direction (par exemple horizontalement ou verticale- ment), - 8 - 2712082 - une lentille cylindrique, de manière à obtenir la projection d'un trait, par exemple vertical ou horizon- tal, - un diaphragme permettant d'atténuer la puissance du rayonnement laser (par exemple pour respecter les normes). - 9 - 2712082 Revendications 1. Niveau pendulaire à rayon laser, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission de rayonnement laser (1) portés par un élément pendulaire (7) monté oscillant sur une structure support (12), autour d'un centre de rotation fixe relativement à ladite structure (12). 2. Niveau pendulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément pendulaire (7) est monté oscillant par sa partie supérieure autour dudit centre, et en ce qu'il comprend alors des moyens permettant de faire coïncider l'axe des susdits moyens d'émission (1) avec un axe de l'élément pendulaire (7) passant par son centre de gravité et par ledit centre de rotation, de manière à obtenir un réglage automatique de la vertica- lité desdits axes. 3. Niveau pendulaire selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que les susdits moyens de mise en coïncidence comprennent un détecteur comportant une bille (18) en matière électriquement conductrice mobile sur une surface concave (17) dont l'axe de symétrie est confondu avec l'axe ZZ' des susdits moyens d'émission (1), et une pluralité de contacts électriques (19) disposés concen- triquement à ladite surface et à une distance prédétermi- née de la bille (18) lorsque celle-ci se trouve au centre de ladite surface (17). 4. Niveau pendulaire selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les susdits moyens d'émission du rayonnement laser (1) sont portés par l'arbre rotatif (5) d'un moteur dont le stator (6) est monté dans l'élément pendulaire (7) de manière à ce que l'axe ZZ' des moyens - 10 - 2712082 d'émission soit en coïncidence avec l'axe de l'élément pendulaire (7). 5. Niveau pendulaire selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'émission du rayonne- ment laser comprennent une tête optique (4) incluant un miroir (3) ou un prisme réfléchissant le faisceau laser à , ou bien un réseau holographique, ou même une lentille cylindrique. 6. Niveau pendulaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tête optique (4) est amovible. 7. Niveau pendulaire selon l'une des revendica- tions 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'émission (1) sont connectés à l'élément pendulaire (7) par l'intermédiaire de contacts tournants. 8. Niveau pendulaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que les susdits contacts tournants consistent en les balais du collecteur du moteur. 9. Niveau pendulaire selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'élément pendulaire (7) est arti- culé, dans sa partie supérieure, à un anneau coaxial (10) au moyen de deux tourillons coaxiaux diamétralement oppo- sés (11, 11'), définissant un premier axe de rotation XX', et en ce que l'anneau (10) se trouve lui-même arti- culé à une structure support grâce à deux tourillons coaxiaux (13, 13') diamétralement opposés qui définissent un deuxième axe de rotation YY' perpendiculaire au premier et situé dans le même plan. - 11 - 2712082 10. Niveau pendulaire selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les susdits tourillons coaxiaux sont entraînés par deux servomoteurs respectifs (M1, M2) commandés par un circuit d'asservissement en fonction de la position de la susdite bille (18) détectée par les susdits contacts (19), ce circuit d'asservissement ayant pour effet de maintenir la bille (18) au centre de la susdite forme concave (17).