Installation pour la mesure des caractéristiques dynamiques
d'une pièce d'horlogerie par voie opto-électronique
On connaît des appareils pour la mesure des caractéristiques dynamiques d'une pièce d'horlogerie à l'aide d'un faisceau lumineux renvoyé par deux stries gravées sur la serge du balancier. Ces appareils ne sont toutefois pas conçus pour permettre l'enregistrement des caractéristiques mesurées sous la forme de diagramme et de distinguer entre les deux alternances de l'oscillation.
La présente invention a précisément pour objet une installation pour la mesure des caractéristiques dynamiques d'une pièce d'horlogerie par voie opto-électronique, comprenant une tête de mesure montée sur un châssis orientable dans toutes les directions et comportant une source lumineuse, une base de support de la pièce à mesurer et un élément récepteur photomultiplicateur, des moyens pneumatiques d'entretien de l'oscillation du balancier de la pièce d'horlogerie, comportant un générateur réglable et contrôlé par un manomètre, des unités de comptage des impulsions émises par le récepteur photomultiplicateur, des moyens d'enregistrement des résultats des unités de comptage, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre des convertisseurs numériques-analogiques, un enregistreur analogique pour l'affichage de l'amplitude en fonction de l'une des alternances ou de la période,
ou de l'amplitude en fonction du temps, et un convertisseur linéaire-logarithmique auquel est appliqué le signal analogique émanant de l'un des convertisseurs numériques-analogiques pour l'affichage du facteur de qualité.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'invention.
La fig. 1 représente un schéma bloc de l'installation.
La fig. 2 représente une vue d'ensemble de l'installation.
La fig. 3 représente une vue en coupe de la tête de mesure.
L'installation décrite permet de réaliser les mesures suivantes - Amplitude en fonction du temps - Fréquence en fonction du temps - Facteur de qulaité en fonction du temps - Isochronisme en fonction de l'amplitude - Facteur de qualité en fonction de l'amplitude - Symétrie de deux demi-périodes au point de vue iso
chronisme et amplitude.
Le principe de la mesure est connu en soi. Deux stries séparées par un angle déterminé avec précision sont gravées sur le balancier 101 à étudier. Une source lumineuse constituée par un laser 102, alimenté par une source 103 envoie un faisceau de lumière parallèle 104 sur le balancier. Lors du passage d'une strie dans le faisceau, une partie de ce dernier est réfléchie en direction d'un détecteur constitué par un photo-multiplicateur de courant électrique 105. On obtient ainsi quatre impulsions par période. En effectuant un triage électronique approprié des impulsions, on peut mesurer la durée d'une demi-période T/2 et l'intervalle séparant deux impulsions successives a t. Il est alors aisé de déterminer l'oscillation sinusoïdale ainsi que l'amortissement.
Cet amortissement est donné par la courbe enveloppe de l'oscillation, et si l'on passe dans un diagramme semi-logarithmique, la pente de la droite obtenue permet de déterminer immédiatement le facteur de qualité 9.
Ce facteur de qualité peut être enregistré soit en fonction du temps, soit en fonction de l'amplitude d'oscillation.
En plus des éléments déjà décrits, la tête de mesure comprend une pince microphonique 106 pour la fixation de la platine du mouvement à mesurer, cette pince étant reliée à un préamplificateur 107 pour le contrôle de la marche des mouvements avec échappement. La tête comprend en outre un dispositif d'entretien de l'oscillation au moyen d'un jet d'air pulsé à basse pression dirigé sur le balancier par une buse 108 et contrôlé par une électro-vanne 109, la fréquence du jet d'air pulsé étant synchronisée avec la fréquence de l'oscillateur, l'électro-vanne 109 étant commandée à cet effet par un circuit de commande 8 recevant les impulsions, mises en forme, du capteur 105.
La plaque de base sur laquelle repose la plaque de travail est isolée thermiquement de son support. La température de cette plaque de base est contrôlée au moyen d'une sonde thermique 111 reliée à un préamplificateur
112 associé à un circuit de contrôle de la température 3 chargé de porter et de maintenir la plaque de base, c'est-à-dire la platine, à une température déterminée, par exemple au moyen d'éléments Peltier ou au moyen de chauffage et détente de C02 liquide. La faible inertie thermique de la plaque de base permet d'effectuer des essais aux chocs thermiques.
La tête de mesure est représentée à la fig. 3. Elle est montée sur un châssis (non représenté) orientable autour de deux axes de rotation perpendiculaires, ce mouvement de rotation étant assuré par deux moteurs électriques 113 et 114 placés sous le contrôle d'un circuit 2 contrôlant les moteurs par voie photo-électrique au moyen de deux disques perforés 115 et 116 associés à chacun des moteurs. On reconnaît le photo-multiplicateur 105, la plaque de base 117 et la pince à microphone 106 actionnée au moyen d'un levier excentrique 118. La pièce d'horlogerie à balancier-spiral à contrôler est montée et centrée sur la plaque 117. Cette dernière est réglable en rotation autour d'un axe 119 et dans deux axes horizontaux perpendiculaires au moyen de deux coulisses et de vis micrométriques 120.
L'axe du balancier doit être commun à l'axe de rotation de la table, de façon à pouvoir centrer la strie de référence sous l'axe optique. Les stries du balancier sont illuminées sous un angle défini, par un jeu de miroir réglable selon la hauteur de l'oscillateur et projetant, sans déformation ni réflexion secondaire le faisceau issu d'un laser He-Ne émettant un faisceau d'un diamètre de 1 mm. Ce faisceau est renvoyé par le flanc actif de la strie sur un miroir semi-transparent 121 à bande passante sélective. La partie réfléchie par le miroir 121 en direction du photo-multiplicateur 105 traverse tout d'abord un jeu de lentilles cylindriques et un diaphragme à lame définissant parfaitement les bords latéraux et longitudinaux de l'image. Le faisceau est ensuite redivergé par une lentille sur la cathode de photo-multiplicateur.
La partie du faisceau traversant le miroir 121 est renvoyée par un miroir de surface 122 vers un oculaire 123 réticulé portant le grossissement total à 15 fois. La mise au point du centrage de l'image agit simultanément sur l'objectif et sur le diaphragme du photo-multiplicateur. Deux polariseurs croisés placés dans le circuit optique permettent de régler l'intensité lumineuse de l'image de l'oculaire afin de préserver la rétine de l'observateur lors du réglage.
Un alésage 124 permet le montage de la tête de mesure sur le châssis orientable.
L'enregistrement des impulsions fournies par le photo-multiplicateur et leur transformation, la commande de l'entretien de l'oscillation et le contrôle de la température et, éventuellement, de la pression dans le cas où la mesure est faite dans une enceinte étanche, sont réalisés par des moyens connus.
En plus.des circuits 2, 3 et 8 déjà mentionnés, l'installation comprend un circuit de contrôle de la pression 4, un générateur d'air à faible pression 5 pour l'alimentation du dispositif d'entretien de l'oscillation du balancier, ce générateur étant réglable, contrôlé par un manomètre sensible, un circuit d'alimentation à haute tension 6 pour le photo-multiplicateur, un circuit de mise en forme 7 des impulsions reçues du photo-multiplicateur, comprenant des moyens de réglage de la sensibilité et du niveau de déclenchement, le niveau de l'information électrique provenant du photo-multiplicateur étant proportionnel à l'intensité lumineuse et indépendant de la vitesse de variation de celle-ci pour des temps de montée inférieure à 0,1 microseconde. Ce circuit comprend en outre un amplificateur recevant le signal du préamplificateur de la pince de microphone.
Le circuit 8 permet le réglage du début et de la durée de l'impulsion d'air pulsé et commande le verrouillage mécanique du balancier au moyen d'un relais 110 monté sur la tête de mesure. Ce circuit reçoit le signal provenant du circuit de mise en forme 7 en vue d'assurer l'auto-entretien synchrone du balancier.
L'installation comprend en outre un circuit de sélection des contrôles 9a associé à un oscilloscope 9b bicanal pour effectuer le centrage du balancier et la mise au point de l'image des stries du balancier. Cet oscilloscope permet également d'effectuer le contrôle, avec déclenchement avancé, des bruits d'échappement simultanément au contrôle des impulsions du photo-multiplicateur, permettant ainsi d'effectuer une mise au repère électrique.
Tous les circuits décrits jusqu'ici sont montés dans une première baie A (fig. 2). Les autres circuits sont groupés dans une baie de mesure B. La baie B comprend un second circuit de mise en forme avec contrôle des perturbations électriques 10, un sélecteur du nombre d'impulsions par cycle 11, manuel ou automatique, un sélecteur de cycle 12 permettant d'effectuer une mesure tous les c trains de n impulsions pour c compris entre 1 et 19 999 par saut de 1.
Cette baie comprend en outre un circuit de sélection 13 des sorties start et stop de 3 voies indépendantes de la niéme impulsion présentant un total de six sorties, un circuit de commande centrale 14 des programmes et des unités de comptage, des diviseurs de fréquence 15 pour le canal X, utilisés en base de temps, des unités de comptage 1 6a et 1 6b pour chacun des canaux X et Y mesurant les intervalles de temps et affichant numériquement les résultats des compteurs. Ces unités de comptage sont à 7 digits et permettent de mesurer les fréquences, les périodes, ainsi que d'effectuer des rapports.
La baie de mesure comprend en outre un dispositif d'impression des valeurs fournies par les compteurs 16a et 16b permettant soit une impression digitale avec imprimante, soit une perforation de bande ou toute autre mémorisation. Ces valeurs sont reprises point par point pour le calcul des fonctions amplitude en fonction du temps et facteur de qualité en fonction du temps , desquels on tire la courbe facteur de qualité en fonction de l'amplitude avec une précision de chaque point inférieur à 1 0/oxo.
L'installation permet en outre, et c'est là que réside son principal avantage, l'enregistrement analogique graphique selon deux coordonnées X et Y sur une table traçante 20. A cet effet, les résultats fournis par les compteurs 16a et 16b sont transformés en grandeurs analogiques par deux convertisseurs numériques analogiques 18a et 18b. En vue d'obtenir directement le coefficient de qualité Q fonction de la pente de la courbe amplitude en fonction du temps dans un réseau semilogarithmique comme décrit plus haut, la grandeur analogique fournie par le convertisseur 18a est transformée par un convertisseur linéaire-logarithmique 19 pour le canal Y.
L'installation décrite permet d'effectuer des mesures avec une précision jamais atteinte jusqu'ici. La sensibilité théorique de mesure d'isochronisme atteint par exemple environ 5.10-9, soit 0,5 milliseconde par 24 heures.