Brevet FR2966237A1 — publié le 20120420

Domaine technique et état de l'art L'invention concerne un niveau laser comprenant un module laser pour générer au moins un faisceau laser inclinable par rapport à un bâti selon au moins un axe de référence (X), et un module d'inclinaison pour incliner le module laser par rapport à l'au moins un axe de référence en fonction d'un signal de commande produit par un module de commande. Un tel niveau laser est notamment connu du document D1 (EP 0854 351) ; il comprend également deux détecteurs de niveau de type nivelles ou niveaux à bulles aptes à détecter des différences angulaires, selon deux axes, entre un angle du faisceau laser et l'horizontal. Le module d'inclinaison comprend deux moteurs, un pour chaque axe, associés au module laser par l'intermédiaire d'une articulation mécanique et commandés en fonction des différences angulaires détectées pour ramener le faisceau laser à sa position de référence, l'horizontal. Lors d'une phase de démarrage, un module de commande pilote le fonctionnement du module d'inclinaison en fonction des signaux produits par les détecteurs de niveau afin de mettre le module laser de niveau. Le niveau laser peut être ensuite utilisé pour générer un ou plusieurs faisceaux laser, éventuellement rotatifs, par exemple pour définir un plan horizontal ou un plan formant un angle prédéfini, généralement 90°, par rapport à l'horizontal. Dans un tel niveau laser, les nivelles sont fixées sur le module laser ou sur une platine supportant le module laser. Elles permettent de détecter avec une grande précision où se trouve l'horizontal et permettent ainsi de mettre de niveau le niveau laser avec une très grande précision (de l'ordre de 0.005°). Toutefois, de telles nivelles, qui fournissent un résultat de type "de niveau" ou "pas de niveau", ne permettent pas de mesurer un angle d'inclinaison du faisceau laser par rapport à l'horizontal. De plus, la plage de fonctionnement de telles nivelles est particulièrement limitée, de l'ordre de plus ou moins 0.5° autour de zéro degré. En dehors de leur plage de fonctionnement, de telles nivelles sont totalement inefficaces : si l'inclinaison est au delà de cette plage de fonctionnement et jusqu'à environ plus ou moins 5°, la mise à niveau peut se faire par tâtonnements, par petits mouvements successifs de l'ordre de 0.5°, jusqu'à 1 entrer dans la plage de fonctionnement linéaire des nivelles à bulles. Mais ces tâtonnements prennent en pratique beaucoup de temps, de l'ordre de 1 à2 minutes, en fonction de l'angle d'inclinaison précédant la mise à niveau. Description de l'invention L'invention propose un nouveau niveau laser, ne présentant pas tout ou partie des inconvénients des niveaux laser connus. Plus précisément, l'invention propose un nouveau niveau laser comprenant un module laser pour générer un faisceau laser, le dit module laser étant inclinable par rapport à un bâti selon au moins un axe de référence (X), et un module pour détecter un angle d'inclinaison du module laser par rapport à l'axe de référence. Ainsi, avec un niveau laser selon l'invention, il est possible de connaître l'angle d'inclinaison du module laser, et donc du ou des faisceaux laser qu'il produit, sur une large plage de variation, par exemple de l'ordre -90 à + 90 degrés. Selon une variante, le module de détection comprend un inclinomètre fixe par rapport au module laser et apte à mesurer l'angle d'inclinaison du module laser par rapport à l'axe de référence; ceci permet une mesure directe de l'angle d'inclinaison du module laser par rapport à l'axe de référence. Selon une autre variante, le module de détection comprend : - un inclinomètre fixe par rapport au bâti pour mesurer un angle d'inclinaison du bâti par rapport à l'axe de référence, et - un moyen de calcul, pour calculer l'angle d'inclinaison du module laser par rapport à l'axe de référence à partir de la mesure de l'inclinomètre et d'un angle de référence correspondant à un angle entre le module laser placé dans une position de référence (butée) par rapport au bâti et l'axe de référence. L'angle d'inclinaison du module laser est ainsi obtenu par une mesure indirecte, comme on le verra mieux plus loin dans des exemples. Application = affichaqe et inclinaison manuelle d'un angle souhaité : Le niveau laser peut également comprendre un écran d'affichage, pour afficher l'angle d'inclinaison du module laser. L'utilisateur est ainsi informé de l'angle d'inclinaison du module laser à un instant donné. L'utilisateur peut par exemple utiliser cette information pour incliner volontairement et manuellement le niveau laser, jusqu'à ce que l'angle d'inclinaison affiché sur l'écran corresponde à un angle d'inclinaison souhaité du module laser ; Le module laser est dans ce cas immobile par rapport au bâti. Le module laser est monté mobile par rapport au bâti. Selon des variantes, le module de détection est monté fixe par rapport au bâti ou fixe par rapport au module laser. Selon des variantes encore, l'écran est positionné sur le bâti ou sur une télécommande. Application = inclinaison motorisée d'un angle souhaité ou mise en station rapide Le niveau laser selon l'invention peut également comprendre un module d'inclinaison pour incliner le module laser par rapport à l'au moins un axe de référence en fonction d'un signal de commande, et un module de commande pour produire le signal de commande. Le module d'inclinaison comprend par exemple un moteur dont il est possible de commander avec précision un angle absolu de rotation ; le moteur est relié mécaniquement au module laser par une liaison mécanique dont les paramètres sont connus. Le moteur est pas exemple un moteur pas à pas dont l'angle de rotation absolu est proportionnel au signal de commande, ou bien un moteur à courant continu associé à un codeur. Avec un tel module d'inclinaison, il est possible d'obtenir directement et en une seule fois une inclinaison du module laser d'un angle fonction du signal de commande. Selon une variante, le signal de commande est représentatif d'un angle souhaité par l'utilisateur, par exemple fourni par l'utilisateur au module de commande par l'intermédiaire d'une télécommande ou d'un clavier du niveau laser. Ainsi, le module d'inclinaison peut incliner directement et en une seule fois le module laser d'un angle souhaité par l'utilisateur. Selon une autre variante, le signal de commande est représentatif d'un angle égal à l'opposé de l'angle d'inclinaison mesuré par l'inclinomètre. Ainsi, le module d'inclinaison peut mettre à niveau directement et en une seule fois le module laser, en compensant une inclinaison mesurée du module laser par une inclinaison inverse. En complément, si une précision plus importante est souhaitable pour la mise à niveau du niveau laser, le niveau laser selon l'invention peut comprendre également un détecteur de niveau, et le module de commande peut être adapté pour, après avoir produit le signal de commande représentatif d'un angle égal à l'opposé de l'angle d'inclinaison mesuré par l'inclinomètre, commander une mise à niveau du niveau laser en fonction d'une mesure fournie par le détecteur de niveau. Bien sûr, dans une variante, le module laser selon l'invention peut être inclinable par rapport au bâti selon deux axes de référence d'un même plan de référence, le plan horizontal. L'inclinomètre est dans ce cas adapté pour mesurer un angle d'inclinaison du module laser par rapport aux deux axes de référence. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'un exemple de niveau laser selon l'invention. Cet exemple est donné à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'un niveau laser selon l'invention, - la figure 2 est un schéma bloc schématisant le fonctionnement des différents éléments du niveau laser, - la figure 3 est une vue de face de certains éléments d'un niveau laser selon la figure 1, - les figures 4a, 4b sont des vues de face d'éléments d'un niveau laser selon une variante de la figure 1.30 Description d'un mode de réalisation de l'invention Le niveau laser représenté est une variante préférée de l'invention, qui combine toutes les améliorations et les variantes de réalisation de l'invention. Un dispositif selon l'invention comprend notamment un module laser 10 et un module de détection d'angle d'inclinaison. Le module laser 10 est fixé sur une platine 11. Le module laser produit au moins un faisceau laser 15, éventuellement rotatif dans un plan (par exemple un plan parallèle à la platine mobile), ou bien plusieurs faisceaux laser, par exemple deux faisceaux perpendiculaires. La platine 11 est montée rotative par rapport à un bâti 12 par l'intermédiaire d'une articulation telle qu'une rotule 13. Le bâti comprend notamment un boîtier extérieur de protection. La platine peut être inclinée par rapport au bâti selon deux axes de référence X, Y, perpendiculaires et situés dans le plan horizontal. Dans l'exemple représenté figure 1, le module de détection est un inclinomètre 20 fixé sur la platine mobile 11, pour mesurer directement deux angles d'inclinaison de la platine (et donc du module laser) : un angle Ax dans un plan vertical et par rapport à l'axe X et un angle Y dans un plan vertical et par rapport à l'axe Y. Dans l'exemple figures 4a, 4b, le module de détection comprend un inclinomètre 20 fixe par rapport au bâti 12 et un moyen de calcul (non représenté). L'inclinomètre mesure les angles d'inclinaison du bâti Bx, By par rapport aux axes de référence X, Y. Le moyen de calcul détermine ensuite les angles d'inclinaison Ax, Ay du module laser par rapport aux axes de référence X, Y à partir des angles Bx, By mesurés par l'inclinomètre et d'angles de référence AxO, AyO. Les angles AxO, Ay0 correspondent à des angles entre le module laser placé dans une position de référence (butée) par rapport au bâti et les axes de référence X, Y respectivement. Les angles de référence sont par exemple déterminés par des essais réalisés avant toute utilisation du niveau laser et sont par exemple mémorisés dans une mémoire non effaçable du moyen de calcul. Dans un exemple de mise en oeuvre, l'inclinomètre est un accéléromètre du type à détection capacitive à masse sismique pendulaire. Lorsqu'il est immobile et subit uniquement la gravité terrestre, ce capteur fournit deux signaux, un pour chaque axe, dont l'amplitude est proportionnelle à l'angle d'inclinaison de l'objet sur lequel il est fixé (la platine ou le bâti) par rapport à chaque axe X, Y. Dans l'exemple représenté, le niveau laser comprend également un écran 30 pour afficher les angles d'inclinaison Ax, Ay du module laser par rapport aux axes de référence (angles fournis par l'inclinomètre ou par le moyen de calcul selon le cas). L'écran est ici un écran 30 d'une télécommande 31 associée au bâti lo principal. Selon une variante, l'écran est installé dans ou sur le bâti principal. Les angles sont affichés directement sur l'écran, en temps réel. Dans l'exemple représenté, le niveau laser comprend également un module d'inclinaison 40 pour incliner le module laser par rapport à l'un et / ou l'autre des axes de référence X, Y en fonction d'un signal de commande, et un module de 15 commande 50. Le module d'inclinaison 40 comprend deux moteurs pas à pas 41, 42, fixés au bâti 12. Chaque moteur est associé à un système vis-écrou 43, 44. Le système vis-écrou 43 comprend par exemple un écrou fixé au bâti et une vis dont une extrémité est montée mobile en rotation sur l'axe du moteur et dont une autre 20 extrémité mobile en translation vient en contact avec la platine 11. Le moteur 41 et le système vis-écrou 43 transforment un mouvement de rotation du moteur 41 en un mouvement d'inclinaison de la platine par rapport à l'axe X. L'axe X est un axe horizontal, il passe par l'axe de rotation du moteur 41 et par le centre de rotation C de la platine 11. Pour un angle d'inclinaison Ax souhaité, le nombre de 25 tours NOx à effectuer par le moteur 41 est donné par la relation : NOx = Ex* tan(Ax) / Px, avec Ex la distance entre le point de rotation et le point de contact de la vis avec la platine 11, Px le pas de la vis. De manière similaire, le système vis-écrou 44 comprend par exemple un écrou fixé au bâti et une vis dont une extrémité est montée mobile en rotation sur l'axe du moteur et dont une autre 30 extrémité mobile en translation vient en contact avec la platine 11. Le moteur 42 et le système vis-écrou 44 transforment un mouvement de rotation du moteur 42 en un mouvement d'inclinaison de la platine par rapport à l'axe X. L'axe X est un 25 axe horizontal, il passe par l'axe de rotation du moteur 41 et par le centre de rotation de la platine 11. Le moteur 42 est positionné de sorte que les axes X et Y soient perpendiculaires. Pour un angle d'inclinaison Ay souhaité, le nombre de tours NO à effectuer par le moteur 41 est donné par la relation : NOy = Ey* tan(Ay) / Py, avec Ey la distance entre le point de rotation et le point de contact de la vis avec la platine 11, Py le pas de la vis. Le module de commande 50 est installé dans la télécommande ou bien dans le bâti du niveau laser. Le module de commande reçoit en continu deux signaux représentatifs des angles Ax, Ay, signaux fournis par l'inclinomètre ou par le moyen de calcul selon le cas . Il peut également recevoir des angles souhaités de l'utilisateur par l'intermédiaire d'un clavier 60 de la télécommande. Le module de commande50 est adapté pour produire deux signaux de commande fonction des angles mesurés par l'inclinomètre et d'angles souhaités Axs, Ays qui sont : - des angles souhaités par l'utilisateur, ou des angles égaux à zéro (pour mise à niveau). Les deux signaux peuvent être produits en série, à un moteur 41, 42 après l'autre, ou bien en parallèle, aux deux moteurs 41, 42 simultanément. Les signaux produits ont par exemple une amplitude ou une phase proportionnelle au nombre de tours à produire par chaque moteur NOx, NOy en fonction des angles Ax, Ay et des angles Axs, Ays. Enfin, dans l'exemple représenté, le niveau laser comprend également deux nivelles 51, 52 (ou niveaux à bulles ou détecteurs de niveau), fixées sur la platine. Elles permettent de détecter si la platine 11 est horizontale, avec une grande précision, respectivement selon l'axe X et selon l'axe Y. Le fonctionnement du niveau laser selon l'invention va maintenant être décrit en relation avec les figures 3, 4a, 4b. Par souci de simplification, on parlera ici uniquement de l'orientation du niveau laser selon l'axe X. Le fonctionnement est bien sûr le même selon l'axe Y. Si l'inclinomètre est fixé sur le bâti, l'angle de référence AxOest mesuré et mémorisé, par exemple lors d'une phase de test du niveau laser en sortie de chaîne de fabrication. Pour cela, le niveau laser est positionné sur un banc de test étalonné horizontal 70, la platine 11 est immobile dans une position en butée basse matérialisée par une butée 35 (figure 4a) ; l'inclinomètre indique la valeur x0. Puis le niveau laser (bâti + platine 11 + module laser) est mis en rotation selon l'axe de référence X jusqu'à obtenir un faisceau laser parfaitement horizontal ; l'inclinomètre indique alors la valeur x1. L'angle de référence Ax0 = x1 - x0 est enfin mémorisé dans le moyen de calcul. lo Dans un mode totalement manuel, un utilisateur peut incliner manuellement le niveau laser selon l'axe X jusqu'à ce qu'un angle d'inclinaison souhaité Axu pour le faisceau laser soit affiché sur l'écran 30, dans une plage de l'ordre de -90° à + 90°. Dans le mode manuel, le module d'inclinaison est inactif et la platine est immobile par rapport au bâti, par exemple dans la position de butée. 15 Dans un mode automatique, le module d'inclinaison est actif et est commandé par le module de commande. Pour cela le module de commande produit un signal de commande représentatif de l'angle d'inclinaison souhaité Axu pour le faisceau laser. En mode automatique, la plage angulaire est de l'ordre de -10° à + 10°, elle est limitée en pratique par la course des moteurs du module 20 d'inclinaison 40. Après avoir installé le niveau laser par exemple sur le sol ou sur un trépied, l'utilisateur souhaite le plus souvent effectuer une mise de niveau du niveau laser, ce qui correspond à Axu = 0°. Pour une mise à niveau en mode manuelle, l'utilisateur incline le niveau laser jusqu'à ce que l'angle Axu = 0° soit affiché sur 25 l'écran. Pour une mise à niveau en mode automatique, après avoir reçu l'angle Ax mesuré par l'inclinomètre, le module de commande produit un signal représentatif d'un angle égal à l'opposé de l'angle mesuré. Avec un tel signal, le module d'inclinaison va ainsi compenser l'inclinaison mesurée pour ramener le faisceau laser dans le plan horizontal. Par rapport aux solutions antérieures, la 30 mise de niveau d'un niveau laser selon l'invention est réalisée en une seule étape, en 5 à 10 secondes environ. La précision du niveau est celles de l'inclinomètre, de l'ordre de 0.05°. Si une mise à niveau plus précise est souhaitée, après avoir produit le signal de commande représentatif d'un angle égal à l'opposé de l'angle d'inclinaison mesuré par l'inclinomètre, le module de commande pilote le module d'inclinaison, selon une procédure connue par ailleurs, en fonction de signaux de mesure produits par les détecteurs de niveau 51, 52 dont la précision est classiquement de l'ordre de 0.005°. Cette étape supplémentaire est réalisée classiquement en 5 à 10 secondes. REVENDICATIONS1. Niveau laser comprenant : - un module laser (10) pour générer un faisceau laser, le dit module laser étant inclinable par rapport à un bâti (12) du niveau laser selon au moins un axe de référence (X, Y), - un module de détection d'un angle d'inclinaison (Ax, Ay) du module laser par rapport à l'axe de référence. 2. Niveau laser selon la revendication 1, dans lequel le module de détection comprend un inclinomètre (20) fixe par rapport au module laser et apte à mesurer l'angle d'inclinaison (Ax, Ay) du module laser par rapport à l'axe de référence. 3. Niveau laser selon la revendication 1, dans lequel le module de détection comprend : - un inclinomètre (20) fixe par rapport au bâti pour mesurer un angle d'inclinaison du bâti par rapport à l'axe de référence (Bx, By), et - un moyen de calcul, pour calculer l'angle d'inclinaison (Ax, Ay) du module laser par rapport à l'axe de référence à partir de la mesure de l'inclinomètre (Bx, By) et d'un angle de référence (AxO, Ay0) correspondant à un angle entre le module laser placé dans une position de référence (butée) par rapport au bâti et l'axe de référence (X, Y). 4. Niveau laser selon l'une des revendications précédentes, comprenant également un écran (30) pour afficher l'angle d'inclinaison du module laser détecté, le dit écran étant positionné sur le bâti ou sur une télécommande. 5. Niveau laser selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant également un module d'inclinaison (40) pour incliner le module laser (10) par rapport à l'au moins un axe de référence en fonction d'un signal de commande, et un module de commande (50) pour produire le signal de commande représentatif d'un angle souhaité (Axu, Ayu) qui est : - un angle souhaité par l'utilisateur, ou- un angle égal zéro. 6. Niveau laser selon la revendication 5, comprenant également un détecteur de niveau (51, 52), et dans lequel le module de commande (50) est également adapté pour, après avoir produit le signal de commande représentatif d'un angle souhaité égal à zéro, commander une mise à niveau du niveau laser en fonction de mesures fournies par le détecteur de niveau. 7. Niveau laser selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel le module d'inclinaison comprend un moteur (41, 42) dont un angle absolu de rotation est fonction du signal de commande et une liaison mécanique reliant une extrémité lo tournante du moteur au module laser ou à une platine (11) supportant le dit module laser (10). 8. Niveau laser selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module laser (10) est inclinable par rapport au bâti selon deux axes de référence (X, Y) d'un même plan de référence, et dans lequel le module de détection est 15 adapté pour détecter un angle d'inclinaison (Ax, Ay) du module laser par rapport aux deux axes de référence. 11