Brevet FR2765965A1 — publié le 19990115

La présente invention concerne un dispositif mécanique destiné au contrôle de niveau et à la mesure d'inclinaison. Le contrôle de niveau est habituellement réalisé par des niveaux à bulles qui sont progressivement remplacés par des dispositifs électroniques possédant une référence pendulaire telle celle décrite dans les brevets DE-A-3636420, US-A4716534 ou bien WO 9415174 par exemple. Cependant ces dispositifs pendulaires sont sensibles aux efforts d'inertie engendrés par les mouvements induits par l'opérateur . Les efforts d'inertie sont proportionnels à la masse des composants mobiles, donc à leur volume. Les contraintes mécaniques résultant de mouvements ou de chocs éventuels sont inversement proportionnelles aux surfaces soumises aux efforts . Donc le mécanisme servant de référence doit être miniaturisé au maximum en regard des nouveaux moyens de production de micromachines permettant d'associer des mécaniques de très faibles dimensions avec une puce électronique. Le dispositif mécanique selon l'invention est destiné à fabriquer un micromécanisme optoélectronique capable d'assurer à la fois une grande précision et une résistance aux chocs importante . Le concept de base de l'invention est fondé sur la transmission optique d'un faisceau mobile (3) , figure 1. Un amortisseur discolde (6) est articulé sur le support (1) en (12) et comporte une masselotte (9) formant une référence verticale par rapport à l'articulation . Cette masselotte est découplée élastiquement par un interface élastomérique . L'amortisseur est obtenu par injection de matière plastique ou bien en métal léger et amagnétique tel l'aluminium. L'ensemble est ainsi allégé au maximum pour résister aux chocs éventuels . Un émetteur (2) est fixé sur le support et dans l'axe du disque (6) de façon que la lumière émise soit captée par un guide de lumière (5) placé au centre du disque . Ce guide est positionné de façon à ce que le spot lumineux (3) soit dirigé vers un récepteur photosensible (4) placé sous le disque et fixé sur le corps. Le faisceau incident est émis par une diode électroluminescente (2) équipée d'un corps moulé de façon à émettre un rayon très étroit selon l'axe de rotation . L'emploi d'une diode laser peut aussi être préconisé, mais les distances parcourues étant très faibles en raison de la miniaturisation du mécanisme , une diode normale suffit. Le faisceau incident peut aussi être transmis par une fibre optique et lorsque la masselotte (9) passe à la verticale de l'axe de rotation l'information reçue par le capteur (4) permet de déclencher un émetteur sonore ou lumineux . Selon un mode de réalisation préférentiel , figure 3, le dispositif d'affichage est constitué par une série de diodes électroluminescentes (10) émettant vers l'extérieur du boîtier et placées selon un demi cercle . L'alimentation de celles-ci se fait par l'intermédiaire d'une piste photosensible (4) au passage du spot (3) ,en établissant une liaison électrique entre le collecteur (13) et la piste (14). L'affichage peut aussi se faire selon un cercle complet et associé à des graduations. Le circuit électronique peut ainsi être réalisé sur le même support que l'émetteur (2) en simplifiant la fabrication, le guide optique associé au dispositif pendulaire est simplement monté en regard de celui-ci, articulé sur le corps avec le minimum de résistances passives et le spot (3) peut être focalisé par un dispositif lenticulaire (11) afin d'augmenter la précision et multiplier le nombre d'émetteurs lumineux (lu) . Ces voyants lumineux sont associés à un émetteur sonore activé au passage de la verticale et à plus ou moins 90 degrés pour contrôler la verticalité, quelle que soit la position du niveau comportant un micromécanisme selon l'invention. Selon un autre mode de réalisation préférentièl, figure 4, le capteur est constitué par quatre pistes résistives (15) associées à la piste de référence (13) par un interface photosensible (4). Les bornes de chaque piste résistive sont soumises à un potentiel électrique Vi et la mesure de Vs permet d'afficher l'angle 9 aprés une conversion analogique digitale par un circuit spécifique intégré sous forme de puce électronique au circuit imprimé de base servant de support au récepteur photoélectrique. Les contacts (16) permettent de repérer avec précision les positions verticales ou horizontales. Afin de discriminer chaque position et déclencher l'affichage adéquat, figure 6, I'afficheur est composé d'un élément central (19) entouré par quatre éléments périphériques (20). La séparation en quatre du récepteur photorésistif permet la commande sélective de l'affichage et facilite la lecture quelle que soit la position de référence du corps. Le dos du boîtier est équipé d'un carter (21) amovible et déformable, figure 7, permettant d'une part d'accéder au micromécanisme pour échanger la pile d'alimentation et d'autre part d'activer le fonctionnement ou bien l'arrêter par l'intermédiaire d'un interrupteur placé à l'intérieur du boîtier. Un émetteur sonore peut aussi être intégré à ce carter. Les oscillations du référentiel vertical à l'approche du point d'équilibre sont éliminées par un ralentisseur à courants de Foucault réalisé à partir de l'entrefer d'un aimant permanent (8) possédant deux pièces polaires (22). Ces pièces polaires canalisent le flux magnétique sur une piste métallisée (7) de l'amortisseur (6). L'efficacité sera augmentée en empilant par dépôt chimique une succession de couches alternativement métalliques et isolantes Cette métallisation peut se faire sur un disque initialement injecté en plastique et le métal sera du cuivre. Selon un autre mode de réalisation chaque couche conductrice de la piste (7) est métallisée géométriquement selon une série de spires planes en court circuit matérialisant ainsi un rotor lamellaire extrêmement efficace pour l'amortissement des oscillations Le dispositif selon l'invention permet de contrôler à la fois l'horizontalité et la verticalité dans quatre positions orthogonales, grâce aux quatre capteurs disposés à 90 degrés par rapport au corps (1). Selon un mode de réalisation préférentiel on remplace les capteurs résistifs par des capteurs incrémentaux selon la figure 5. La shématisation est droite mais ces capteurs sont conformés selon des arcs de cercle . Lorsque le spot (3) se déplace sur la piste photoconductrice (4) , le signal électrique de référence étant donné par la piste (13), les deux pistes (17) et (18) fournissent deux signaux incrémentaux en quadrature. Un compteur électronique peut alors définir avec précision la position et le sens de déplacement du spot (3). L'initialisation du comptage est réalisée grâce au signal fourni par deux contacts (16) placés de part et d'autre de la piste incrémentale. L'affichage de l'angle peut être ainsi réalisé et la précision est très grande grâce aux procédés chimiques de gravure directe sur un substrat de silicium par exemple. Selon un mode de réalisation préférentiel, le boîtier est de forme cylindrique d'un diamètre de 30 mm et 10 mm de hauteur; après avoir réduit le diamètre de l'amortisseur à environ 8 mm . Les moyens techniques actuels de réalisation de micromécanismes permettent encore de réduire ces côtes. Ce type de mécanisme peut être miniaturisé puis protégé dans un boîtier étanche incluant une pile d'alimentation et un interrupteur de mise sous tension ,la résistance aux chocs est très importante en raison des très faibles masses des composants mobiles; Tous les éléments capteurs sont fixes et directement associés au circuit électronique de mesure. La fabrication en série d'un tel concept est en accord avec les nouveaux procédés de réalisation associant les microcircuits électronique avec des mécanismes de très faible encombrement. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la fabrication d'un micro mécanisme de contrôle de niveau et de mesure d'angle pouvant être associé à un microcircuit hybride afin de réaliser un niveau à puce électronique. REVENDICATIONS 1)Micromécanisme optoélectronique de contrôle de niveau comprenant un dispositif équipé d'une masselotte excentrée et articulé sur un support, caractérisé en ce que un guide de lumière (5) est disposé radialement sur l'amortisseur (6) et dont le spot (3) parcours un récepteur photosensible fixé sur le support, selon une trajectoire circulaire; la piste métallisée (7) étant placée dans l'entrefer d'un aimant permanent (8) . 2)Micromécanisme optoélectronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que une diode électroluminescente (2) émet un faisceau lumineux selon l'axe de rotation de (6) de façon à être transmis par un guide de lumière vers le spot (3). 3)Micromécanisme optoélectronique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le récepteur est constitué par une piste de référence (13) associée à une série de voyants lumineux disposés sur une piste (14) circulaire par l'intermédiaire d'une piste photosensible (4). 4)Micromécanisme optoélectronique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le récepteur est constitué par quatre pistes résistives associées à la piste de référence (13) par l'intermédiaire d'une piste photosensible (4), avec quatre capteurs d'initialisation (16). 5)Micromécanisme optoélectronique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque quadrant du récepteur est constitué par deux pistes incrémentales (17) et (18) associées à une piste de référence (13) par l'intermédiaire d'une piste photosensible (4) avec quatre capteurs d'initialisation (16). 6)Micromécanisme optoélectronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la piste (7) est constituée de plusieurs couches métallisées séparées par des interfaces isolants 7)Micromécanisme optoélectronique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le faisceau transmis est focalisé sur l'interface photosensible (4) par l'intermédiaire d'une système lenticulaire (1 1). 8)Micromécanisme optoélectronique selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage de l'angle d'inclinaison est composé d'un afficheur central double (19) avec à sa périphérie, en position orthogonale quatre afficheurs simples (20). 9)Micromécanisme optoélectronique selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le dispositif pendulaire de référence est miniaturisé et associé à une puce électronique hybride installée sur le substrat du récepteur.