Brevet FR2884755A1 — publié le 20061027

bescriptif Domaine technique de /invention Création technique Etat technique antérieur faisant ressortir /e PB posé : Les outils de dessin que possède un collégien (ou tout autre dessinateur) ne lui permettent pas de tracer rapidement et avec précision des droites parallèles, perpendiculaires; au millimètre près des cercles de rayons pouvant aller de 0,5 à 170 mm avec la possibilité d'utiliser des couleurs différentes; des angles au degré près de 0 à 360 , des formes utiles pour la schématisation de circuit électrique ou électronique. Les instruments de dessin classiques sont conçus pour une seule fonction de dessin. Ils sont souvent dégradés. (graduations effacées, angles émoussés, bords droits abîmés, ensemble plié ou cassé...) Le bas de gamme ne permet pas des tracés extrêmes (petits ou grands cercles impossibles) ; de qualité médiocre, ils manquent de précision. Le haut de gamme demande le montage d'accessoires, manipulations longues et laborieuses. Il manque souvent l'outil nécessaire au tracé demandé. L'ensemble de ces instruments de dessin est cher, volumineux, lourd à transporter. Des instruments moins classiques essayent de regrouper quelques fonctions de dessin mais il y a une imprécision importante de tracé, et une impossibilité de réaliser tous les 20 tracés, unité par unité dans une gamme donnée. Les personnes déficientes visuelles ne peuvent pas utiliser les instruments de dessin classiques de dessin car ils comportent des graduations ou repères sérigraphiés; et non tactiles. Exposé de l'invention: La présente invention: un instrument de dessin dit: le Trace-Tout est un seul outil qui regroupe les fonctions de la règle, du réglet, de l'équerre, du rapporteur, du compas, du tracecercles, du trace-formes, en augmentant leurs performances propres et avec une précision accrue de tracé. É L'innovation majeure de cet instrument de dessin est qu'il est monobloc en polycarbonate injecté. Ses perçages, ses graduations et ses repères en reliefs sont moulés en une seule opération d'injection. (Voir ces propriétés développées plus loin) - Son vernier des millimètres (figure 1 vue d'ensemble à l'échelle 1) (figure 2 détail à l'échelle 8) et la suite de perçages du bord A permettent de tracer tous les cercles de rayon 10 mm à 170 mm, millimètre par millimètre; avec une incertitude relative voisine de 0,45 % pour le cercle de 21 mm à 0,007 % pour le cercle de 169 mm. (Figure 4, figures) (voir démonstration mathématique plus loin) - Le vernier des degrés et la suite des perçages du bord H permettent le tracé de tous les angles de 0 à 360 , degré par degré, sans erreur! (Figure 1 vue d'ensemble à l'échelle 1) (figure 3 détail à l'échelle 8) (figure6 ensemble des tracés de -10 à 90 ) É L'innovation secondaire est que cet instrument de dessin regroupe dans une forme triangulaire compacte et solide, tous les instruments de dessin nécessaires à un travail de précision dans toutes les disciplines, pour un élève de primaire, secondaire, et plus... Cet instrument nécessite: - Un traceur de type porte-mine ou stylo pointe tubulaire de diamètre 0,9 millimètre ou inférieur, pour plus de précision. - Un pivot fourni avec l'instrument de dessin ou à défaut un stylo pointe tubulaire ou un trombone de diamètre 0,9 millimètre ou inférieur. É Propriétés généra/es. Plus performant que les instruments de dessin classiques: cet instrument de dessin est réalisé en polycarbonate injecté, transparent, souple. Il a donc les propriétés de cette matière: résistance aux chocs (les angles ne s'émoussent pas), angle de pliage important avant déformation irréversible (épouse un support non plan pour effectuer un tracé rectiligne), transparence. (Permet de voir les tracés déjà effectués pour en enchaîner d'autres, utilisation efficace sur un rétroprojecteur) - Les graduations millimétrées, les lignes de repère, les indications chiffrées sont moulées dans la masse: elles résistent à l'abrasion, ne s'effacent pas avec le temps. - Ces graduations sont en relief sur la face inférieure, leur épaisseur est 0,3 millimètre. - Repérables au toucher, elles permettent aux personnes malvoyantes des tracés géométriques. - En surépaisseur, elles décollent l'instrument de dessin de la surface du papier, ce qui évite les bavures si on utilise des feutres ou stylo encre comme traceur. - Un effet de loupe s'opère sous la graduation ou la ligne que l'on veut mettre en correspondance. Le tracé sur la feuille sera vu à travers l'instrument de dessin légèrement flou alors qu'il sera net s'il est juste sous la graduation. Un peu déroutant par rapport à des graduations sérigraphiées mais bien plus précises! Pas d'erreur de parallaxe. - Le vernier des millimètres est situé entre les perçages -6 et -5. Neuf trous de un millimètre de diamètre sont répartis sur deux lignes parallèles à l'axe des perçages de la règle du bord A, à deux millimètres de part et d'autre de cette ligne; ils divisent cet intervalle de dix millimètres en dix intervalles de un millimètre. Impossible à aligner car ils se toucheraient. Les perçages de référence impaire sont positionnés entre le bord A et l'axe des perçage de la règle, les perçages de référence paire de l'autre côté en symétrie, le perçage 5 restant au milieu, sur l'axe des perçages de la règle. (Figure 1, figure 2) L'instrument de dessin comporte des perçages de un millimètre de diamètre, sur une ligne parallèle à l'hypoténuse du triangle rectangle, formant un angle de dix à quatre vingt dix degrés (toutes les dizaines de degrés) par rapport au perçage - 5 qui représente le sommet de l'angle. Le perçage 45 complète la panoplie. (Figure 1, figure 6) - Le vernier des degrés est situé dans le prolongement des perçages des degrés de dix en dix. Il est composé de perçages de 1 mm de diamètre, divisant l'angle de - 10 en dix angles égaux de un degré, par rapport au sommet (trou -5). (Figure 1, figure 3, figure 6) - Le trace-cercles est composé de 20 perçages de 1,5 mm à 20,5 mm de diamètre. - Le trace-formes est composé d'un rectangle évidé de longueur 10, 5 mm et de largeur 5,5 mm; d'un triangle creux de base 5,5 mm et de hauteur 6 mm; d'un trapèze évidé de grande base 6,5 mm, de petite base 4 mm, de hauteur 8 mm. - La faible épaisseur de 1,5 mm confère à l'instrument de dessin une bonne précision de tracé, même si le traceur ne garde pas une orientation verticale stable tout au long de son déplacement. A Cette faible épaisseur lui confère une souplesse qui lui permet d'épouser un support de travail non plan, et de tracer quand même une ligne droite. Avec un instrument rigide ce tracé s'avère impossible. (exemple: tracer une ligne de la page de gauche à la page de droite dans un cahier. Fonction équerre Cet instrument de dessin est un triangle rectangle qui peut être utilisé comme une équerre classique. Dimensions 20 cm par 11,5 cm, adaptées au format A4. Les angles 90 , 60 , 30 garderont longtemps des bords vifs en utilisation normale. Ils ne s'émousseront pas en tombant comme beaucoup d'autres en métal ou polyméthacrylate (PMMA) ... Mais pour tracer un angle droit, mieux vaut utiliser la ligne L70 et le bord A. L'intersection des deux segments de droite est plus précise et plus nette qu'avec une équerre classique. (Figure 9) Pour vérifier la perpendicularité de deux droites: utiliser de préférence l'intersection des lignes L70 et L20 ou L50 par transparence; plutôt que l'angle droit de l'instrument de dessin. Pas d'erreur de parallaxe. (Figure 10) Fonction règle Graduations sur le bord A: l'origine est située sur la ligne L70, à 70 mm du bord B. Les centimètres sont notés en symétrie par rapport au zéro: positif à droite, négatif à gauche jusqu'au bord B. Très utilisé en mathématiques pour l'étude de la symétrie ou quand on veut centrer un segment de droite par rapport à un autre. Les graduations B1 et B2 sont parallèles entre elles et avec le bord B et donc perpendiculaires au Bord A. Elles permettent de tracer une droite parallèle à une autre en une seule opération. Superposer une des graduations de B1 à la droite Dl, puis la même 2884755 5 graduation sur B2, tracer la droite D2 à l'aide du bord A. (Figure 7) Les lignes L20 et L50 sont parallèles au bord A, la ligne L70 est parallèle au bord B, elles permettent de tracer des droites Dl et D2 parallèles entre elles en superposant à D1 la ligne L20 ou L50 et en traçant D2 avec le bord A (figure 8) ; ou en superposant L70 à D1 et en traçant D2 avec le bord B. Avec une règle classique il faut mesurer et tracer deux repères puis tracer la droite: soit trois déplacements de l'outil. Fonction réglet: Les graduations commencent sur le bord A et le bord B à un centimètre entier, on peut les utiliser comme un réglet. Une règle classique a son origine décalée du bord. 10 Fonction rapporteur: Permet de tracer et de mesurer tous les angles de 0 à 360 degré par degré. Le trou -5 de la graduation A correspond au sommet de l'angle. Il est repéré et maintenu en position par le pivot. (Pointe de diamètre inférieur à un millimètre qui traverse l'instrument de dessin par le trou -5 et vient s'appuyer sur la feuille) Sans bouger l'instrument de dessin, il suffit de pointer à l'aide d'un porte-mine, le trou de la dizaine de l'angle choisi sur le bord H et le trou 0 ou de l'unité de degré voulu. (Figure 6) Reliez le point sommet à ces deux points. Pour les angles supérieurs à 100 tracer les angles complémentaires adjacents. Avantages de cet instrument de dessin: - Un seul outil pour le repérage et le traçage - Meilleure précision: repérage par des points de diamètre inférieur à un millimètre facilite le tracé des côtés de l'angle. - Aucune erreur possible de repérage de la bonne graduation sur un rapporteur classique, puisque l'instrument de dessin étant fixe sur la feuille, il suffit de 25 traverser les trois trous utiles à l'aide du traceur. - Aucune erreur de tracé sur ces petits points de repères par rapport aux repères sous forme de trait faits normalement dans le prolongement de la graduation du rapporteur classique, et qui ne le sont pas toujours... - Utilisation possible par des malvoyants. Fonction compas: D Pour tracer des cercles de diamètre 1 mm à 20 à mm: o Utiliser les trous de l'instrument de dessin, numérotés de 1 à 20. o Pour positionner précisément le cercle, utiliser les repères d'axes perpendiculaires. o Utiliser tous types de traceurs (crayon, feutre, stylo-bille, pointe tubulaire...) o Garder le traceur bien vertical tout au long du tracé, pour obtenir un cercle et non un ovale déformé. o Le cercle tracé sera du diamètre indiqué par le numéro situé dans le quart inférieur gauche, si le traceur possède une mine cylindrique de 0,5 mm. o On peut tracer sur tout type de support même rigide. (verre, matières plastiques, métal, bois...) A condition d'utiliser le traceur adapté au support! o Avantages: ^ Diamètres pairs et impairs de 1 à 20 sur le même outil. (Les trace-cercles sont onéreux; de plus il faut le plus souvent en posséder deux: un pour les diamètres pairs et un pour les impairs) É Tracé rapide et précis de petits cercles de couleurs et d'épaisseurs variées en fonction du traceur choisi. (Un compas de précision ne permet pas d'utiliser différents types de traceur, demande un montage de l'outil, réclame une certaine dextérité pour le tracé, est un produit cher) Utilisation possible par des malvoyants. Pour tracer des cercles de rayon 1 mm à 170 mm: o Utiliser le pivot qui sera le centre du cercle et un traceur. o Pointer le pivot dans le trou correspondant à la dizaine de millimètres du rayon du cercle désiré. o Pointer le traceur dans l'un des trous du vernier millimètres correspondant à l'unité du rayon. o Maintenir le pivot fixe à la verticale. o Faire pivoter l'instrument de dessin à l'aide du traceur pour dessiner le cercle. (Attention à la position de départ du traceur par rapport au pivot, pour que le tracé du cercle se fasse en un seul jet). o Avantages: ^ Le rayon reste fixe puisque c'est la distance entre deux trous. (une ouverture de compas est souvent variable au cours du tracé) ^ On peut utiliser là aussi des mines calibrées de couleur différente ou des pointes tubulaires, qui résistent mieux lors de l'entraînement de l'instrument de dessin en rotation. (Tous les compas n'offrent pas la possibilité de changer de couleur de traceur, et si tel est le cas, la précision de tracé s'en ressent). ^ On peut tracer de grands cercles (340 mm de diamètre). Impossible avec un compas classique, sauf en ajoutant des rallonges... (temps d'appareillage, surcoût, précision aléatoire). É Le pivot n'est pas pointu, il ne perce pas le support et n'est pas dangereux pour les enfants. o Inconvénients: L'utilisation du vernier des millimètres engendre une erreur de tracé, puisque les perçages paires et impaires sont décalés de deux millimètres par rapport à l'alignement des perçages de la règle. (Figure 2) Le rayon tracé Rt est égal à la distance des centres des cercles occupés par le traceur T et le pivot P. Rt = N/Rv2 +4 d'après Pythagore. Il est supérieur ou rayon voulu Rv d'une valeur E égale à RtRv. ^ Erreur minimum pour le tracé du cercle de rayon 169 mm. Soit dans ce cas de E _ V1692 + 4 -169 = 0,0118 mm (figures) ^ Erreur maximum pour le cercle de rayon 21 mm. E _ V212+ 4 -21= 0,0950 mm (figure 4) Ce qui reste une erreur acceptable pour la précision de cet outil. Fonction trace-formes: - Le trapèze permet de dessiner le symbole de projection orthogonale dans le cartouche d'un dessin technique. (Représente le tronc de cône.) Le cercle de la petite 2884755 g base sera tracé avec le cercle de diamètre 4 mm du trace-cercles, celui de la grande base par le cercle 6 mm. - Le triangle est utilisé pour représenter la diode ou autres composants électroniques d'un circuit. En cotation, il permet de tracer les pointes de flèche sur les lignes de cote. - Le rectangle est utilisé pour représenter la résistance ou autres composants électroniques d'un circuit. Il permet le codage des droites perpendiculaires. - Les cercles de diamètre 8 ou 10 mm permettent de tracer les symboles de l'ampèremètre, du voltmètre, de l'ohmmètre, du moteur, de la lampe etc. dans les circuits électrique ou électronique... Réalisation: Cet instrument de dessin est déjà fabriqué industriellement pour les besoins propres du collège. Il est testé par les élèves et les professeurs. Historique: 1. Le prototype a été réalisé artisanalement sur une plaque de polycarbonate de un millimètre d'épaisseur, les perçages usinés par différents forets et trépan, à l'aide d'une perceuse à colonne; les lignes et graduations gravées sur un marbre, à l'aide d'une pointe à graver et d'un té. 2. Le dessin de cet instrument de dessin, conçu avec un logiciel de dessin a permis de le réaliser en petite série, sur une machine à commande numérique. La fabrication était d'une plus grande précision, mais l'usinage était long: une heure pour finir deux instruments de dessin. 3. Un moule pour une presse à injecter a été réalisé. Cet instrument de dessin est actuellement fabriqué à une échelle industrielle. Il sort en une seconde et demi du moule, actionné par une presse de 1700 bars. La matière choisie, le polycarbonate, est plus difficile à mettre en oeuvre qu'une autre matière plastique (viscosité importante nécessitant une grosse pression d'injection) mais ses propriétés mécaniques sont bien meilleures. Stabilité dimensionnelle, souplesse, résistance aux chocs même à basse température, maintient de la rigidité dans une large plage de température, transparent incolore avec une bonne qualité optique, bonne inertie physiologique (contact alimentaire), fort angle de pliage avant déformation irréversible... L' instrument de dessin est testé au collège Michel de L'Hospital à Riom dans le Puy de Dôme, par les professeurs de Technologie, Mathématiques, Physique et par des élèves de la sixième à la troisième, dans toutes les disciplines. Après un apprentissage avec la notice d'utilisation, et quelques exercices de tracés, il s'avère être un bon instrument polyvalent, précis, solide, et économique. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 2884755.ACE Revendications Instrument de dessin, caractérisé en ce qu'il est monobloc, de forme triangle rectangle, moulé en polycarbonate de 1,5 millimètre d'épaisseur percé de 18 trous de diamètre un millimètre, distants de un centimètre; de 9 trous de diamètre un millimètre, distants de un millimètre; de 12 trous de diamètre un millimètre, distants de dix degrés; de 9 trous de diamètre un millimètre, distants de un degré ; de 20 trous de diamètre croissant de 1 à 20 millimètres; d'un trou rectangulaire; d'un trou triangulaire; d'un trou trapézoïdal; de graduations lignes et repères moulés dans la masse et en relief sur la face envers. (Figure 1) Instrument de dessin selon la revendication 1 caractérisé en ce que ses graduations sur sa face inférieure sont moulées dans la masse, d'une épaisseur de 0,3 mm. (Figure 1) Instrument de dessin selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des lignes parallèles aux deux bords perpendiculaires, moulées dans la masse de polycarbonate. (Figure 1) Instrument de dessin selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des repères et indications chiffrées, moulés dans la masse. (Figure 1) Instrument de dessin selon la revendication 1 caractérisé en ce que sa forme triangulaire est percée de trous de diamètre un millimètre sur le bord A, i.e. le bord le plus long opposé à l'hypoténuse du triangle rectangle (figure 1), qui permettent de tracer des cercles de rayon 10 à 170 mm à l'aide d'un pivot introduit dans un de ces perçages et d'un traceur introduit dans un autre perçage, distant du premier du rayon désiré. Le traceur entraîne en rotation l'instrument de dessin autour du pivot, en laissant sur le support une trace circulaire. (Figure 1) Instrument de dessin selon la revendication 5 caractérisé en ce que le vernier des millimètres, situé entre les perçages de diamètre 1 millimètre situés aux graduations -6 et -5, comporte neuf trous de un millimètre de diamètre répartis sur deux lignes parallèles à l'axe des perçages de la règle 7) 8) 9) 10) du bord A, i.e. le bord le plus long opposé à l'hypoténuse du triangle rectangle, à deux millimètres de part et d'autre de cette ligne, qui divisent cet intervalle de dix millimètres en dix intervalles de un millimètre. Impossible à aligner car ils se toucheraient. Les perçages de référence impaire sont positionnés entre le bord A, i.e. le bord le plus long opposé à l'hypoténuse du triangle rectangle et l'axe des perçage de la règle, les perçages de référence paire de l'autre côté en symétrie, le perçage 5 restant au milieu, sur l'axe des perçages de la règle. (Figure 1, figure 2) Instrument de dessin selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte des perçages de un millimètre de diamètre, sur une ligne parallèle à l'hypoténuse du triangle rectangle de l'instrument de dessin, formant un angle de dix à quatre vingt dix degrés, toutes les dizaines de degrés par rapport au perçage de diamètre un millimètre situé à la graduation -5 qui représente le sommet de l'angle. (Figure 1, figure6) Instrument de dessin selon la revendication 7 caractérisé en ce que le vernier des degrés, situé dans le prolongement des perçages des degrés de dix en dix, est composé de perçages de 1 mm de diamètre, divisant l'angle de -10 en dix angles égaux de un degré, par rapport au sommet (trou -5). (Figure 1, figure 3, figure 6) Instrument de dessin selon la revendication 1 caractérisé en ce que le trace-cercles est composé de vingt perçages de 1 mm à 20 mm de diamètre, millimètre par millimètre, dont deux diamètres perpendiculaires sont repérés par des traits moulés dans la masse, ainsi que par l'indication chiffrée du diamètre extérieur du cercle tracé. (Figure 1) Instrument de dessin selon la revendication 1 caractérisé en ce que le trace-formes est composé d'un rectangle évidé de longueur 10,5 mm et de largeur 5,5 mm, d'un triangle creux de base 5,5 mm et de hauteur 6 mm, d'un trapèze évidé de grande base 6,5 mm, de petite base 4 mm, de hauteur 8 mm, qui permettent gr6ce à leurs repères de positionnement de tracer les symboles des composants électriques et électroniques dans les schémas de circuits, le triangle permettant aussi le tracé de la tête de flèche d'une ligne de cote. (Figure 1)