FR3158154A1

FR3158154A1 - Device for connecting two rails on an optical laws experiment bench allowing precise alignment and rotational movement between these two benches.

Info

Publication number: FR3158154A1
Application number: FR2400079A
Authority: FR
Inventors: Eric Lebrun
Original assignee: Promic SAS
Current assignee: Promic SAS
Priority date: 2024-01-05
Filing date: 2024-01-05
Publication date: 2025-07-11
Anticipated expiration: 2044-01-05
Also published as: FR3158154B1

Abstract

Dispositif de raccordement de deux rails sur un banc d’expérimentation des lois de l’optique permettant un aboutement précis et rigide des deux bancs, ainsi qu’une possibilité de rotation de -90° à +90° entre ces deux bancs, caractérisé par : d’un mécanisme goniométrique (a), d’un disque gradué indicateur angulaire (b) situés tous deux sous les rails, de queues d’aronde (c) faisant à la fois office de fixation et de liaison glissière avec les rails, de pièces de liaison entre les rails et le mécanisme goniométrique (d), d’une colonnette escamotable (e), de vis de serrage (f), de pieds de soutien (g). . Figure pour l’abrégé : [Fig 1]Device for connecting two rails on an optical laws experiment bench allowing precise and rigid abutment of the two benches, as well as a possibility of rotation from -90° to +90° between these two benches, characterized by: a goniometric mechanism (a), a graduated angular indicator disc (b) both located under the rails, dovetails (c) acting both as a fixing and sliding connection with the rails, connecting pieces between the rails and the goniometric mechanism (d), a retractable column (e), clamping screws (f), support feet (g). . Figure for the abstract: [Fig 1]

Description

Device for connecting two rails on an optical laws experiment bench allowing precise alignment and rotational movement between these two benches.

La présente invention se rapporte à un dispositif de raccordement de deux rails sur un banc d’expérimentation des lois de l’optique permettant un alignement précis et un mouvement de rotation entre ces deux bancs.The present invention relates to a device for connecting two rails on an optical laws experiment bench allowing precise alignment and rotational movement between these two benches.

Les outils didactiques ont principalement pour destination d’être employés dans les écoles pour la formation des lycéens, techniciens et ingénieurs. Ils sont pour la plupart des outils d’expérimentation de sujets physiques qui sont utilisés durant les cours. Sur ces bancs, sont installés des composants (source lumineuse, éléments de diffraction, outils de mesure, etc.) qui sont posés sur des éléments de fixation intermédiaire appelés cavaliers, et qui coulissent et se bloquent en position sur le banc (aussi appelé rail). Pour que les expérimentations se réalisent dans de bonnes conditions d’observation, il est nécessaire que le rail offre un guidage des éléments au moindre jeu possible, et que le couple rail/ cavalier ait un blocage permettant d’offrir la précision fonctionnelle attendue (précision par rapport à l’axe optique : absence de torsion et de déviation latérale, longitudinale ou verticale).The main purpose of teaching tools is to be used in schools for the training of high school students, technicians and engineers. They are mostly tools for experimenting with physical subjects that are used during lessons. On these benches, components (light source, diffraction elements, measuring tools, etc.) are installed which are placed on intermediate fixing elements called riders, and which slide and lock in position on the bench (also called rail). For experiments to be carried out in good observation conditions, it is necessary that the rail provides guidance for the elements with the least possible play, and that the rail/rider pair has a locking system that provides the expected functional precision (precision relative to the optical axis: absence of twisting and lateral, longitudinal or vertical deviation).

Dans le cas de la présente demande de brevet, quatre fonctions supplémentaires sont recherchées pour faire varier les expérimentations. Dans ce cadre, le dispositif doit être apte à étudier les lois de l’optique telles que la focométrie et la déviation de la lumière à travers un prisme. Pour ce faire il est nécessaire que le dispositif permette :
- une rotation de -90° à +90°,
- un aboutement des deux profilés en ligne,
- une rigidité de l’ensemble en position aboutée,
- et le tout en assurant une précision (comme nous l’avons vu, liée principalement à la rigidité du banc) dans n’importe quelle position.In the case of this patent application, four additional functions are sought to vary the experiments. In this context, the device must be able to study the laws of optics such as focometry and the deflection of light through a prism. To do this, it is necessary that the device allows:
- a rotation from -90° to +90°,
- a joint of the two profiles in line,
- rigidity of the assembly in the butted position,
- and all while ensuring precision (as we have seen, mainly linked to the rigidity of the bench) in any position.

É tat des sachant: L’état des connaissances peut être établi selon deux angles : State of knowledge : The state of knowledge can be established from two angles:

- le premier concerne l‘état de la technologie connue des dispositifs d’expérimentation des lois de l’optique,- the first concerns the state of known technology of devices for experimenting with the laws of optics,

- le second concerne d’autres dispositifs connus, qui permettent l’aboutement rigide, la rectitude et la rotation de deux éléments mécaniques séparés.- the second concerns other known devices, which allow the rigid joining, straightness and rotation of two separate mechanical elements.

Relativement aux appareils didactiques d’expérimentation des lois de l’optique : Rappelons que l’étude de l’optique a commencé dès l’Antiquité. Si les lois de la réflexion étaient connues d’Euclide (-330 av JC) et les lois de la réfraction ont été énoncées vers l’an 1000, les premiers instruments d’optique sont apparus au XVIIème siècle. Ils servaient principalement à l’étude de l’astronomie.Regarding educational devices for experimenting with the laws of optics: Let us recall that the study of optics began in Antiquity. While the laws of reflection were known to Euclid (-330 BC) and the laws of refraction were stated around the year 1000, the first optical instruments appeared in the 17th century. They were mainly used for the study of astronomy.

C’est à partir de 1850 que sont développés des appareils et accessoires destinés à produire les expériences des phénomènes d’optique devant un large auditoire. Notamment, les bancs d'optique qui sont des dispositifs utilisés en éducation pour enseigner les principes fondamentaux de l'optique, tels que la réflexion, la réfraction, la diffraction, l'interférence, etc. Notons les éléments optiques « Duboscq », ou encore les premiers bancs d’optique construit dans les années 1930 où l’on remarque pour la première fois la présence d’un rail métallique en forme de « U » d’une longueur approximative de 1,5m (ce qui deviendra un standard de taille).It was from 1850 that devices and accessories were developed to produce experiments on optical phenomena in front of a large audience. In particular, optical benches, which are devices used in education to teach the fundamental principles of optics, such as reflection, refraction, diffraction, interference, etc. Note the "Duboscq" optical elements, or the first optical benches built in the 1930s where we notice for the first time the presence of a "U" shaped metal rail with a length of approximately 1.5m (which will become a size standard).

Les bancs d'optique modernes sont conçus pour être faciles à utiliser et offrir une grande précision dans les mesures effectuées. Ils sont équipés de nombreux accessoires tels que des prismes, des lentilles, des miroirs, des filtres et des diaphragmes qui permettent de réaliser une large variété d'expériences. Certains bancs sont également équipés d'appareils de mesure tels que des échelles graduées, des micromètres et des interféromètres qui permettent de mesurer avec précision les angles, les distances et les longueurs d'onde.Modern optical benches are designed to be easy to use and provide high measurement accuracy. They are equipped with numerous accessories such as prisms, lenses, mirrors, filters, and diaphragms that allow for a wide variety of experiments. Some benches are also equipped with measuring devices such as graduated scales, micrometers, and interferometers that allow for precise measurement of angles, distances, and wavelengths.

Les principaux systèmes disponibles sur le marché comportent un rail (aussi appelé banc) d’un seul tenant de plus de 1.5m, ce qui les rend encombrants. Ils sont plus ou moins rigides en fonction de la forme utilisée. La forme du profilé est donc essentielle, tant dans sa conception que sa fabrication, pour garantir une rigidité à même de fournir des expérimentations précises.The main systems available on the market include a single rail (also called a bench) of more than 1.5m, which makes them bulky. They are more or less rigid depending on the shape used. The shape of the profile is therefore essential, both in its design and its manufacture, to guarantee rigidity capable of providing precise experiments.

Le présent demandeur avait d’ailleurs déposé un brevet n°FR299805 pour garantir cette nécessité. Dans ce brevet, la forme du profilé détermine la rigidité du banc et le positionnement du cavalier (supportant l’outil optique placé sur le banc) sur celui-ci.The present applicant had also filed a patent no. FR299805 to guarantee this necessity. In this patent, the shape of the profile determines the rigidity of the bench and the positioning of the rider (supporting the optical tool placed on the bench) on it.

Un fabricant de matériel destiné à la photographie panoramique propose un autre système de banc optique télescopique doté de plusieurs rails et des pièces d’accouplement entre les rails (« NODAL Ninja »®). Mais ces systèmes n’autorisent pas la rotation entre les deux morceaux de rails, nécessaire à l’étude de la déviation de la lumière.A manufacturer of panoramic photography equipment offers another telescopic optical bench system with multiple rails and coupling pieces between the rails ("NODAL Ninja"®). However, these systems do not allow rotation between the two pieces of rail, which is necessary for studying light deflection.

Les principaux fabricants proposent un système d’accouplement goniométrique (à l’exemple de la société « TWINSE ») qui permet de relier deux bancs entre eux, de leur donner un angle précis ceci afin de mesurer, par exemple, la déviation d’un faisceau lumineux qui a traversé un prisme. Mais ces systèmes, ne font pas partie intégrante des bancs. Ce sont des accessoires uniquement utilisés pour la déviation angulaire. Si bien qu’en ce qui concerne les bancs optiques, aucune solution ne satisfait au triple objectif réunit : d’assurer une liaison angulaire de deux rails tout en garantissant la rigidité et la précision de l’ensemble du système en position linéaire aboutéThe main manufacturers offer a goniometric coupling system (for example, the company "TWINSE") that allows two benches to be connected together, to give them a precise angle in order to measure, for example, the deviation of a light beam that has passed through a prism. But these systems are not an integral part of the benches. They are accessories used only for angular deviation. So much so that as far as optical benches are concerned, no solution satisfies the triple objective: to ensure an angular connection of two rails while guaranteeing the rigidity and precision of the entire system in a linear butted position.

Relativement aux appareils mécaniques qui permettent l’aboutement rigide, la rectitude et la rotation dans les deux sens de deux éléments mécaniques séparés sans jeux : De nombreux systèmes ont été développé permettant à la fois la rotation de deux profilés entre eux et leur blocage dans une position choisie.With regard to mechanical devices which allow the rigid joining, straightness and rotation in both directions of two separate mechanical elements without play: Many systems have been developed allowing both the rotation of two profiles between them and their locking in a chosen position.

Par exemple le compas de dessinateur, le système pour « casser » le fusil de chasse, les bras articulés utilisés pour les engins de chantier, etc… Le plus caractéristique de ces équipements et le plus proche de notre besoin est le système utilisé pour les échelles multifonctions.For example, the draftsman's compass, the system for "breaking" the hunting rifle, the articulated arms used for construction machinery, etc. The most characteristic of this equipment and the closest to our needs is the system used for multi-function ladders.

Il s’agit bien d’un mécanisme reliant deux profilés initialement distincts et qui permet d’obtenir à la fois l’aboutement linéaire et rigide des profilés (cas de l’échelle droite) ainsi que leur assemblage suivant un angle choisi (cas de l’échafaudage). Mais si ce système est suffisamment rigide pour supporter le poids d’un être humain, il n’apporte pas la précision requise pour l’étude des lois de l’optique. De plus la rotation permise par ce système mécanique n’est que de 180° dans le sens horaire ou le sens antihoraire mais pas les deux à la fois.It is indeed a mechanism connecting two initially distinct profiles and which allows to obtain both the linear and rigid abutment of the profiles (case of the straight ladder) as well as their assembly according to a chosen angle (case of the scaffolding). But if this system is sufficiently rigid to support the weight of a human being, it does not provide the precision required for the study of the laws of optics. In addition, the rotation allowed by this mechanical system is only 180° in the clockwise or counterclockwise direction but not both at the same time.

Ainsi, que ce soit dans le domaine de l’optique, ou dans un autre domaine d’activité, il n’existe aucun système identifiable pouvant répondre aux exigences de : rotation de -90° à +90°, possibilité d’abouter les deux profilés en ligne, rigidité de l’ensemble en position aboutée, et de précision du système dans n’importe quelle position.Thus, whether in the field of optics, or in another field of activity, there is no identifiable system that can meet the requirements of: rotation from -90° to +90°, possibility of joining the two profiles in line, rigidity of the assembly in the joined position, and precision of the system in any position.

Présentation de l’invention: l’invention est relative à un dispositif de raccordement de deux rails d’expérimentation des lois de l’optique permettant un aboutement précis et rigide des deux rails, ainsi qu’une possibilité de rotation de -90° à +90° entre ces deux rails. Presentation of the invention : the invention relates to a device for connecting two rails for experimenting with the laws of optics, allowing precise and rigid joining of the two rails, as well as a possibility of rotation from -90° to +90° between these two rails.

Ce dispositif est doté : d’un mécanisme goniométrique (a), d’un disque gradué indicateur angulaire (b) situés tous deux sous les rails, de queues d’aronde (c) faisant à la fois office de fixation et de liaison glissière avec les rails, de pièces de liaison entre les rails et le mécanisme goniométrique (d), d’une colonnette escamotable (e), de vis de serrage (f), de pieds de soutien (g).This device is equipped with: a goniometric mechanism (a), a graduated angular indicator disc (b) both located under the rails, dovetails (c) acting as both a fixing and a sliding connection with the rails, connecting pieces between the rails and the goniometric mechanism (d), a retractable column (e), clamping screws (f), support feet (g).

Ce dispositif fait appel à un procédé caractérisé en ce que les queues d’aronde (c) font office de liaison glissière, selon une première position d’aboutement des rails, ces liaisons renforcent la rigidité tridimensionnelle du banc ; tandis qu’en position distante des rails, les pièces de liaisons (d) maintiennent ces derniers dans une position éloignée permettant une possibilité de rotation de -90° à +90° entre ces deux rails.This device uses a process characterized in that the dovetails (c) act as a sliding connection, according to a first position of abutment of the rails, these connections reinforce the three-dimensional rigidity of the bench; while in a position distant from the rails, the connecting pieces (d) maintain the latter in a distant position allowing a possibility of rotation of -90° to +90° between these two rails.

Ce dispositif se différencie également des dispositifs conventionnels par l’absence de pièces du système dans la zone de contact entre les deux rails (cf.FIG. 1), le mécanisme goniométrique (a) et le disque gradué indicateur angulaire (b) étant situés sous les rails, et la colonnette (e) étant escamotable.This device also differs from conventional devices by the absence of system parts in the contact zone between the two rails (cf. FIG. 1 ), the goniometric mechanism (a) and the graduated angular indicator disc (b) being located under the rails, and the column (e) being retractable.

Cette configuration, pièces de liaison (d) plus queues d’aronde (c) et la possibilité de déplacer l’ensemble du système le long des rails (cf.FIG. 2), permet de garantir une rigidité tridimensionnelle absolue (en torsion, longitudinalement et latéralement) du banc assemblé et constitué des deux rails aboutés.This configuration, connecting pieces (d) plus dovetails (c) and the possibility of moving the entire system along the rails (cf. FIG. 2 ), guarantees absolute three-dimensional rigidity (torsional, longitudinal and laterally) of the assembled bench made up of the two butted rails.

En effet, la rigidité est obtenue par un des deux ensemble pièces de liaison et queues d’aronde(c) qui se positionnent dans les deux rails à la fois.In fact, rigidity is obtained by one of the two sets of connecting pieces and dovetails (c) which are positioned in both rails at the same time.

Si les dispositifs conventionnels permettent effectivement d’assurer la rotation ainsi que la précision de l’orientation du système dans un intervalle d’étude angulaire de -90° à +90°, le système conçut permet en plus d’abouter les deux rails en ligne tout en garantissant la rigidité nécessaire à l’étude des lois de l’optique.
If conventional devices effectively ensure rotation and the precision of the system's orientation in an angular study interval of -90° to +90°, the designed system also allows the two rails to be joined in line while guaranteeing the rigidity necessary for the study of the laws of optics.

FIG. 1Vue générale du dispositif dans une position propre à assurer un angle de rotation des deux rails.
FIG. 1 General view of the device in a position suitable for ensuring an angle of rotation of the two rails.

FIG. 2Vue générale du dispositif avec les deux rails aboutés pour constituer une droite. Notons qu’une queue d’aronde est positionnée dans les deux rails à la fois et que les vis de serrage (f) fixent les rails aboutés, le tout assurant une parfaite rigidité du banc. FIG. 2 General view of the device with the two rails butted together to form a straight line. Note that a dovetail is positioned in both rails at the same time and that the clamping screws (f) fix the butted rails, all ensuring perfect rigidity of the bench.

Glossaire :
(a) d’un mécanisme goniométrique,
(b) d’un disque gradué indicateur angulaire,
(c) de queues d’aronde,
(d) de pièces de liaison avec les rails,
(e) d’une colonnette escamotable,
(f) de vis de serrage,
(g) de pieds de soutien. Glossary :
(a) of a goniometric mechanism,
(b) a graduated angular indicator disc,
(c) dovetails,
(d) connecting parts with the rails,
(e) a retractable column,
(f) clamping screw,
(g) supporting feet.

Claims

Device for connecting two rails on an optical laws experiment bench allowing precise and rigid abutment of the two benches, as well as a possibility of rotation from -90° to +90° between these two rails, characterized by: a goniometric mechanism (a), a graduated angular indicator disc (b) both located under the rails, dovetails (c) acting both as a fixing and sliding connection with the rails, connecting pieces between the rails and the goniometric mechanism (d), a retractable column (e), clamping screws (f), support feet (g).

Method according to claim 1, characterized in that the dovetails (c) act as a sliding connection, in a first abutting position of the rails, these connections reinforce the three-dimensional rigidity of the bench; while in a position distant from the rails, the sliding connections maintain the latter in a distant position allowing a possibility of rotation of -90° to +90° between these two rails.