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DISPOSITIF ET MÉTHODE POUR ALIGNER
UN OU PLUSIEURS FILS DANS UN PLAN
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention porte sur un dispositif et une méthode pour aligner un ou
plusieurs
fils dans un plan, par exemple vertical ou horizontal, se projetant d'une
surface
à laquelle une extrémité de chaque fil est ancrée.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Il existe différents instruments et outils servant à vérifier l'horizontalité
ou la
verticalité d'une surface comme, par exemple, les niveaux et les pendules. Les
niveaux permettent notamment de tracer et construire des surfaces au niveau,
généralement horizontal ou vertical, et parfois à angle prédéterminé comme à
45 . Les niveaux peuvent servir à tracer une ligne de repère ou de référence
qui
va d'un point à un autre en étant bien parallèle au niveau de la mer
(horizontale) ou à 90 de celui-ci (verticale). Les niveaux sont utilisés pour
la
construction des murs et planchers pour qu'ils soient bien orientés. Un plomb
suspendu à un fil est habituellement utilisé à titre de pendule pour vérifier
la
verticalité.
Le principe d'un pendule est celui du fil à plomb. Le fil est fixé à l'une de
ses
extrémités et passe à l'autre extrémité devant une table de mesure fixée à un
ouvrage (barrage, bâtiment, etc.). Selon que le point de fixation du fils est
situé
en partie haute ou en partie basse, on parle de pendule direct ou de pendule
inversé. Pour le pendule direct, la mise en tension du fils est assuré par un
poids tandis qu'elle assurée par un flotteur pour un pendule inversé. La table
de
lecture, dite à pointes de visées, sert à la précision. Le pendule présente
des
qualités similaires à celles des appareils d'auscultation où des lectures
fréquentes peuvent être effectuées.
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En somme, l'emploi d'un niveau ou d'un pendule est une solution simple et
efficace pour niveler une surface non immergée. Cependant, pour des ouvrages
immergés ou partiellement immergés, un pendule inversé doit être envisagé.
Malheureusement, le pendule inversé perd rapidement sa précision si l'eau
n'est pas complètement stagnante. Pour le rendre plus robuste, il faut
augmenter la tension dans le fils, ce qui implique d'augmenter la taille du
flotteur, de sorte qu'il devient encombrant et lourd, au point où il devient
pratiquement impossible d'avoir plusieurs fils rapprochés à courte distance.
Or,
un tel besoin existe, par exemple, pour réaliser un nivellement servant à
l'inspection d'une structure partiellement ou totalement immergée comme un
barrage.
SOMMAIRE
Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif et une méthode
pour aligner un ou plusieurs fils dans un plan susceptible de servir de
référence
et qui se projette d'une surface sur laquelle une extrémité de chaque fil est
ancrée.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel dispositif et
une
telle méthode pour aligner un ou plusieurs fils dans un plan vertical ou
horizontal avec un degré accru de précision.
Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif et une telle
méthode qui permettent d'obtenir un plan de référence précis formé par deux
fils parallèles.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel dispositif et
une
telle méthode qui permettent d'effectuer un nivellement d'une structure
partiellement ou totalement immergée.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel dispositif et
une
telle méthode qui ont une robustesse permettant une utilisation en milieu sous-
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marin dans des conditions possiblement hostiles, et qui ont une sensibilité
réduite aux perturbations comme des mouvements d'eau, des vibrations, des
chocs, et une turbidité possible de l'eau.
Selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif pour aligner au
moins
un fil dans un plan se projetant d'une surface sur laquelle une extrémité du
fil
est ancrée, comprenant:
une attache disposée à une distance de la surface pour tenir le fil en
position tendue;
un inclinomètre solidaire de l'attache, l'inclinomètre étant capable de
mesurer une inclinaison du fil tenu par l'attache;
un joint ayant des premier et deuxième éléments articulés l'un par
rapport à l'autre de manière à permettre un déplacement angulaire relatif des
éléments, le premier élément articulé étant solidaire de l'inclinomètre; et
une structure ayant un organe mobile auquel le deuxième élément
articulé est fixé, l'organe mobile étant déplaçable par rapport à la surface
de
manière à permettre un positionnement du fil dans le plan selon l'inclinaison
du
fil mesurée par l'inclinomètre.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé une méthode pour aligner
au
moins un fil dans un plan se projetant d'une surface sur laquelle une
extrémité
du fil est ancrée, comprenant les étapes de:
attacher le fil à une attache disposée à une distance de la surface pour
tenir le fil en position tendue;
mesurer une inclinaison du fil tenu par l'attache avec un inclinomètre
solidaire de l'attache;
fournir un joint ayant des premier et deuxième éléments articulés l'un par
rapport à l'autre de manière à permettre un déplacement angulaire relatif des
éléments, le premier élément articulé étant solidaire de l'inclinomètre;
fournir une structure ayant un organe mobile auquel le deuxième élément
articulé est fixé; et
déplacer l'organe mobile par rapport à la surface de manière à
positionner le fil dans le plan selon l'inclinaison du fil mesurée par
l'inclinomètre.
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DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
Une description détaillée des réalisations préférées de l'invention sera
donnée
ci-après en référence avec les dessins suivants:
Figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif pour aligner
un
fil dans un plan vertical.
Figure 2 est une vue schématique en perspective d'un dispositif pour aligner
un
fil dans un plan vertical, avec un contrepoids.
Figure 3 est une vue schématique en perspective d'un dispositif pour aligner
un
fil dans un plan horizontal, avec un contrepoids.
Figure 4 est une vue schématique en perspective d'un dispositif pour aligner
deux fils en parallèle dans un plan vertical.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence à la Figure 1, il est montré un dispositif pour aligner un fil 2
dans
un plan 4 (montré partiellement en pointillé) se projetant d'une surface 6 sur
laquelle une extrémité du fil 2 est ancrée. Le dispositif comporte une attache
8
solidaire d'un inclinomètre 10 situé à une distance de la surface 6, fixant le
fil 2
à l'inclinomètre 10. Le dispositif comporte un joint 12 destiné à permettre à
l'inclinomètre 10 de s'orienter librement selon l'angle du fil 2, et une
structure de
support 14. L'inclinomètre 10 est capable de mesurer l'orientation du fil 2
tenu
par l'attache 8. Le joint 12 est un joint de cardan ayant deux éléments
articulés
16, 18 l'un par rapport à l'autre suivant des axes substantiellement
perpendiculaires à un axe dans lequel le fil 2 est tendu. L'élément articulé
16
est solidaire de l'inclinomètre 10, alors que l'élément articulé 18 est fixé à
un
organe mobile 20 de la structure 14. La structure 14 est telle que l'organe
mobile 20 est déplaçable par rapport à la surface 6 de manière à permettre un
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positionnement du fil 2 dans le plan 4 selon l'inclinaison du fil 2 mesurée
par
l'inclinomètre 10.
De préférence, l'attache 8, l'inclinomètre 10 et le joint 12 s'étendent dans
un
même axe, de manière à connaître précisément le positionnement de l'axe du
fil 2. Cependant, ils peuvent être disposés autrement si voulu, selon leurs
formes et constructions. Toutefois, il est à considérer que l'équilibrage
statique
de l'inclinomètre est susceptible d'influencer la précision du positionnement
du
fil 2 dans le plan 4.
Le modèle d'inclinomètre Schaevitz T435 fabriqué par la compagnie
Sherborne Sensors Limited peut avantageusement être utilisé comme
inclinomètre 10. Un tel modèle a une enveloppe réduite (40,6 mm de hauteur
par 37 mm de diamètre, ce qui permet de l'utiliser dans des espaces limités),
est très résistant (capable de résister à des chocs de 1500g), très précis
(résolution de 0,2 secondes d'arc), et peut être empilé pour mesurer
simultanément l'inclinaison en X et Y. D'autres types et modèles
d'inclinomètres
peuvent être utilisés si voulu, comme par exemple les inclinomètres de la
compagnie VTI technologies basés sur la technologie 3D-MEMS ("Three-
dimensional Micro-Electro-Mechanical-Systems"). De tels inclinomètres
conviennent aux conditions d'application prévue du dispositif car ils sont
hyper
résistants aux chocs (20000g), miniatures, peu couteux et compensés en
température à même la puce. Ces caractéristiques sont fort intéressantes
puisque l'inclinomètre 10 est susceptible de subir de fortes variations en
température et il peut aller sous l'eau. Dans le cas où l'inclinomètre 10
utilisé
nécessite d'être connecté par fils à une source d'alimentation et une unité de
lecture d'inclinaison externe (non illustrés), un passage (non illustré) peut
être
aménagé dans les éléments articulés 16, 18 afin d'acheminer les fils jusqu'à
l'inclinomètre 10 afin de réduire la transmission d'efforts sur le fil 2.
Les éléments articulés 16, 18 peuvent prendre la forme de fourches couplées
l'une à l'autre par un croisillon 22 ou un anneau ou un élément intermédiaire
similaire, à la manière d'un joint de cardan. Une telle configuration, de même
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que la forme et la disposition de l'attache 8 et de l'inclinomètre 10, est
particulièrement avantageuse lorsque le fil 2 doit être positionné dans un
plan 4
le plus parfaitement vertical, tel qu'illustré à la Figure 1, ou dans un plan
4 le
plus parfaitement horizontal tel qu'illustré à la Figure 3. Le joint de cardan
12
peut être remplacé par un joint sphérique (non montré) si voulu.
La structure 14 peut prendre la forme d'une table à cinq degrés de libertés,
tel
que représenté par le système d'axes et de rotation 26, pour déplacer l'organe
mobile 20 et permettre le positionnement vertical du fil 2 dans le plan 4 avec
précision. La table peut être déplacée au moyen d'un système de rails, de
plaques, d'organes de translation (e.g. vis, engrenages, etc.) et possiblement
d'organes de rotation (non illustrés), ou tout autre système approprié
permettant
de déplacer l'organe mobile 20 de manière suffisante pour permettre le
positionnement du fil 2 dans le plan 4 visé. Selon l'application, trois degrés
de
liberté (deux en translation, un en rotation) peuvent suffire.
L'attache 8 peut avantageusement être réalisée et fonctionner à la manière
d'un
mandrin ayant une surface crantée 32 pour assurer le serrage du fil 2 tout en
minimisant l'effet possible de l'attache 8 sur l'inclinaison (ou angle) du fil
2. Tout
autre type d'attache peut cependant être utilisé si voulu, comme une attache à
poulie(s), n'ayant préférablement pas d'effet ou un effet minime sur l'angle
du fil
2.
En référence aux Figures 2 et 3, le dispositif peut comporter un contrepoids
24
couplé au premier élément articulé 16 et se projetant entre l'organe mobile 20
et l'inclinomètre 10, pour diminuer l'effet possible du poids de
l'inclinomètre 10
sur l'angle du fil 2. Le contrepoids 24 et le premier élément articulé 16 ont
de
préférence des positions symétriques par rapport au croisillon 22. Cependant,
leurs positions peuvent être différentes selon leurs formes et leurs
constructions.
En référence à la Figure 4, le dispositif peut servir à aligner plusieurs fils
2, 2'
dans un même plan 4 représenté dans la Figure 4 par des axes X-Z, pour
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former par exemple un plan de référence. Dans le cas illustré, un fil
supplémentaire 2' a une extrémité ancrée sur la surface 6 à une distance d'un
point d'ancrage 28 de l'autre fil 2. Le dispositif comprend alors de plus une
attache supplémentaire 8', un inclinomètre supplémentaire 10', un joint
supplémentaire 12' ayant des premier et deuxième éléments articulés 16', 18',
à
l'image de ceux qui se rattachent l'autre fil 2. Le deuxième élément articulé
18'
du joint supplémentaire 12' est fixé à l'organe mobile 20 à une distance du
deuxième élément articulé 18 de l'autre joint 12. Dans ce cas, la structure 14
(illustrée à la Figure 1) comporte des organes de rotation (non illustrés)
pour
que l'organe mobile 20 soit pivotable au moins par rapport à l'axe Z dans
lequel
l'autre fil 2 est tendu de manière à permettre un positionnement du fil
supplémentaire 2' dans le plan 4 selon l'inclinaison mesurée par
l'inclinomètre
supplémentaire 10'.
Pour faciliter la création d'un plan de référence défini par les fils 2, 2',
le
dispositif peut être doté d'une plaque 30 ayant une surface 6, les extrémités
des
fils 2, 2' étant ancrées à la surface 6 de la plaque 30. Les distances entre
les
points d'ancrage 28, 28' des fils 2, 2' et entre les deuxièmes éléments
articulés
18, 18' peuvent être identiques (selon un degré de tolérance voulu, s'il y a
lieu)
de sorte que les fils 2, 2' s'étendent en parallèle lorsque les fils 2, 2'
sont
tendus.
Le dispositif permet ainsi d'aligner un ou plusieurs fils 2,2' en position
tendue
dans un plan 4 voulu, en particulier dans un plan pratiquement vertical ou
horizontal. Dans le cas d'un seul fil 2, il suffit donc d'attacher le fil 2 à
l'attache 8
disposée à une distance de la surface 6, de mesurer l'inclinaison du fil 2
tenu
par l'attache 8 avec l'inclinomètre 10, et de déplacer l'organe mobile 20 par
rapport à la surface 6 de manière à positionner le fil 2 dans le plan 4 selon
l'inclinaison du fil 2 mesurée par l'inclinomètre.
Dans le cas de deux fils 2, 2' (ou plus), il suffit d'attacher le fil
supplémentaire 2'
à l'attache supplémentaire 8' disposée à une distance de la surface 6, de
mesurer l'inclinaison du fil supplémentaire 2' avec l'inclinomètre
supplémentaire
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10' et de pivoter l'organe mobile 20 de manière à positionner le fil
supplémentaire 2' dans le plan 4 selon l'inclinaison mesurée par
l'inclinomètre
supplémentaire 10'. Le pivotement (ou la rotation) de l'organe mobile 20 se
produit autour de l'axe du fil 2. Ce pivotement implique la translation de
l'organe
mobile 20 au niveau où se trouve le fil supplémentaire 2'. C'est cette
translation
qui permet de positionner le fil supplémentaire 2' dans le plan 4. Il est
possible
de procéder en positionnant un des fils avant le positionnement de l'autre
(translation puis rotation de l'organe mobile 20), ou encore en positionnant
les
deux fils simultanément (translation et rotation de l'organe mobile 20).
Les opérations de mesure et de déplacement peuvent se faire en continu ou
par itération, jusqu'à ce que le ou les fils 2, 2' aient l'inclinaison voulue
et soient
dans le plan 4 visé. Le déplacement de l'organe mobile 20 peut se faire par
détermination numérique de la translation et la rotation selon les mesures
fournies par le ou les inclinomètres 10, 10'.
Du fait que le dispositif soit compact, il est possible d'aligner de multiples
fils 2,
2' rapprochés les uns des autres si voulu. Le dispositif permet aussi que les
fils
2, 2' soient tendus à des niveaux de tension beaucoup plus élevés que ceux
possibles avec un pendule, par exemple 200 livres comparativement à de 30 à
40 livres pour un pendule. La tension élevée dans les fils et l'absence de
poids
ou de flotteur sensibles aux perturbations de l'environnement rendent précise
la
mesure des inclinomètres 10, 10'. Le dispositif peut avoir une précision de
l'ordre de 1/10 000e de degré dans la disposition du ou des fils 2, 2'.
Bien que des réalisations de l'invention aient été illustrées dans les dessins
ci-
joints et décrites ci-dessus, il apparaîtra évident pour les personnes versées
dans l'art que des modifications peuvent être apportées à ces réalisations
sans
s'écarter de l'invention. Par exemple, bien que le dispositif soit
particulièrement
utile pour aligner des fils 2, 2' à la verticale ou à l'horizontale, il peut
être adapté
pour aligner des fils dans d'autres plans inclinés si voulu, en changeant la
disposition du contrepoids 24 (montré dans les Figures 2 et 3) ou la forme des
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pièces pour compenser leur effet sur les fils 2, 2' à l'inclinaison (ou
l'angle)
choisie.
