CH703461B1 - Procédé et dispositif d'ajustement d'inertie, d'équilibrage ou de fréquence d'oscillation d'un ensemble balancier-spiral d'horlogerie. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un procédé d’ajustement en fréquence d’un ensemble balancier-spiral comportant un balancier et un ressort-spiral, liés par une virole. Il se caractérise en ce qu’on effectue un enlèvement de matière en transformant une partie de la matière dudit ensemble balancier-spiral (11) par sublimation, par un micro-usinage adapté. Pour ce micro-usinage un picolaser (2) effectue une micro-gravure sous l’effet d’impulsions dudit picolaser pour transformer directement la matière solide en un flux gazeux par sublimation, ces impulsions sont commandées par des moyens de pilotage (3) agencés pour générer, séquencer, interrompre toute impulsion dudit picolaser, et encore agencés pour piloter les mouvements d’un faisceau (20) issu dudit picolaser, et encore raccordés ou asservis à des moyens de mesure ou de comparaison (4). Lesdits moyens de pilotage (3) génèrent une série séquentielle à grande fréquence moyenne d’impulsions dudit picolaser (2). L’invention concerne encore un dispositif de mise en œuvre de ce procédé.

Description

Description

Domaine de l’invention

[0001 ] L’invention concerne un procédé d’ajustement d’un ensemble balancier-spiral d’horlogerie comportant au moins un balancier, lequel comporte une serge périphérique, et au moins un ressort-spiral, attachés l’un à l’autre au niveau d’une virole, ledit ensemble balancier-spiral étant mobile en pivotement autour d’un axe de balancier

[0002] L’invention concerne encore un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.

[0003] L’invention concerne le domaine de l’horlogerie, et plus particulièrement les ajustements et réglages d’organesréglants, et en particulier des ensembles balancier-spiral de montres ou de pièces d’horlogerie.

Arrière plan de l’invention

[0004] Malgré l’extrême précision des usinages et leur grande reproductibilité, des ajustements doivent presque toujours être opérés, lors d’une opération de réglage ou de mise au point, en particulier pour ajustement en fréquence, un réglage de balourd et un ajustement d’inertie dans le cas des pièces mobiles.

[0005] Il est toujours plus délicat, au stade assemblé, de parfaire l’appairage de certains composants qui, pris indépendamment, sont dans les tolérances d’usinage ou de réalisation, mais qui ne peuvent être assemblés purement assemblés purement et simplement en raison des contraintes de service propre à l’ensemble monté.

[0006] C’est en particulier le cas des organes réglants des pièces d’horlogerie, et tout particulièrement des ensembles balancier-spiral. Il apparaît en effet que les réglages de balourd et d’ajustement d’inertie, tant statique que dynamique, sont déjà très délicats au stade des composants individuels, et que ces opérations de mise au point se révèlent extrêmement complexes quand les composants sont assemblés entre eux. En particulier les réglages dynamiques se révèlent délicats à mettre en oeuvre, notamment l’ajustement en fréquence.

[0007] La situation est encore plus complexe quand un tel ensemble est déjà intégré à un ensemble supérieur, comme un mouvement de montre par exemple, en raison de la moindre accessibilité, mais aussi de la perturbation du bon fonctionnement du mouvement, induite par l’exécution d’une opération d’ajustement, de réglage ou d’équilibrage.

[0008] La difficulté est donc double, car il s’agit de pouvoir dominer des réglages et des ajustements dynamiques sur des composants qui sont:

- en mouvement, ou

- intégrés dans un mouvement d’horlogerie, ou

- en mouvement et intégrés dans un mouvement d’horlogerie.

[0009] On trouve peu de solutions à ce problème dans l’art antérieur. La problématique de l’équilibrage dynamique a suscité des solutions consistant à localiser des zones d’ajout ou d’enlèvement de matière, à quantifier ceux-ci, qui sont effectués après l’arrêt de la rotation de l’organe mobile à équilibrer, comme dans le document de brevet US 2 538 528 au nom de Kohlhagen. Dans une variante, comme dans le document de brevet DE 1 142 796 au nom de Hettich, des masses sont à positionner ou au contraire à chasser au niveau de trous pré-percés sur toute la circonférence d’un balancier de montre. Le brevet CH 367 444 au nom de OMEGA montre les inconvénients de l’enlèvement traditionnel par fraisage sur les balanciers de montres, et propose une solution d’ajout ou d’enlèvement de matière par voie électrochimique, ce qui permet d’assurer la correction de la masse et la précision de l’équilibrage.

[0010] Le brevet US 3 225 586 au nom de HAMILTON propose l’utilisation du microphone d’un appareil de type «Watchmaster», lié à l’équipage mobile dans sa rotation, pour déterminer très exactement l’ajustement de 4 vis en périphérie de la serge du balancier.

[0011 ] Pour améliorer ces procédés en deux étapes, mesure puis ajustement, un brevet CH 390 165 au nom de Zenger propose un procédé d’équilibrage par électro-érosion, en continu avec un très léger différé après une mesure stroboscopique, mais il nécessite une rotation dans un sens uniforme de ce balancier.

[0012] Le brevet CH 690874 au nom de Witschi décrit encore un procédé d’enlèvement ou d’apport de matière suite à une mesure préalable, avec un dispositif d’arrêt du balancier pour le maintenir face à des moyens d’enlèvement ou d’apport.

[0013] Le brevet CH 526097 au nom de la Compagnie Générale d’Electricité propose un équilibrage d’une pièce tournante ou oscillante par rayon laser parallèle à l’axe de pivotement de la pièce à équilibrer, comportant un dispositif optique de déviation du faisceau laser de façon à ce que celui-ci soit synchrone avec la pièce en mouvement, et à ainsi vaporiser la matière à l’endroit adéquat pendant toute la durée de l’impulsion émise par le laser. Cette technologie représente un progrès important par rapport à l’art antérieur, mais n’est pas bien adaptée à un composant monté dans un ensemble, en raison des déchets et de la pollution de l’ensemble.

[0014] Il en est de même d’un brevet FR 2 159 367 au nom de Les Fabriques d’Assortiments Réunies, qui propose un procédé par usinage avec minimisation du nombre d’opérations, mais où la position de la tête d’usinage dépend du défaut à corriger, ce qui n’est pas possible dans un ensemble monté.

2 [0015] En somme, les procédés connus capables d’effectuer une correction d’inertie, ou d’équilibrage, sur une pièce en mouvement sont rares et mal adaptés pour effectuer cette correction sur cette même pièce montée dans un ensemble. De plus, peu conviennent à un mouvement alternatif, qui est celui d’un balancier ou d’un ensemble balancier-spiral monté.

[0016] Seul le brevet US 6 534 742 au nom de ETA SA Fabrique d’Ebauches propose une méthode d’ajustement de la fréquence d’oscillation d’un balancier-spiral, par la mise en oeuvre d’un laser agissant sur le ressort-spiral pour réduire son couple élastique, en réduisant son épaisseur ou sa hauteur. Tout en représentant un progrès manifeste par rapport à l’art antérieur, cet enseignement ne résout pas tous les cas de figure, car il ne peut créer que du retard en affaiblissant le ressort. D’autre part il ne peut être utilisé qu’en-dehors du mouvement d’horlogerie, en raison de la pollution et des déchets générés par l’action du laser.

Résumé de l’invention

[0017] L’invention se propose de fournir une solution à ce problème, par la mise au point d’un procédé convenant aux réglages et ajustements dynamiques d’ensembles balancier-spiral mobiles en pivotement, et notamment dans des ensembles montés.

[0018] En particulier l’invention s’applique à proposer une méthode efficace, rapide et précise pour les réglages d’ajustement de fréquence, utilisable également pour les ajustements d’inertie, et les réglages d’équilibrage dynamique.

[0019] A cet effet, l’invention concerne un procédé d’ajustement d’un ensemble balancier-spiral d’horlogerie comportant au moins un balancier, lequel comporte une serge périphérique, et au moins un ressort-spiral, attachés l’un à l’autre au niveau d’une virole, ledit ensemble balancier-spiral étant mobile en pivotement autour d’un axe de balancier, caractérisé en ce qu’on effectue un enlèvement de matière en transformant au moins une partie de la matière dudit ensemble balancier-spiral par sublimation, par la mise en oeuvre d’un moyen de micro-usinage adapté, pour effectuer l’ajustement d’inertie, ou/et d’équilibrage, ou/et de fréquence d’oscillation, dudit ensemble balancier-spiral.

[0020] Selon une forme d’exécution de l’invention, on transforme au moins une partie de la matière dudit ensemble balancier-spiral, ou de composants que porte ledit ensemble balancier-spiral, par sublimation, et on choisit comme dit moyen de micro-usinage au moins un picolaser pour effectuer ledit enlèvement de matière par micro-gravure sous l’effet d’au moins une impulsion dudit picolaser de façon à transformer directement la matière solide en un flux gazeux par sublimation, et on commande ladite impulsion par des moyens de pilotage agencés pour générer, séquencer, interrompre toute impulsion dudit picolaser, lesdits moyens de pilotage étant encore agencés pour piloter les mouvements d’au moins un faisceau issu dudit picolaser, lesdits moyens de pilotage étant raccordés à des moyens de mesure ou de comparaison ou encore asservis auxdits moyens de mesure ou de comparaison.

[0021 ] Selon une autre forme d’exécution de l’invention, on choisit lesdits moyens de mesure ou de comparaison pour effectuer des mesures ou des comparaisons au moins d’inertie et de fréquence d’oscillation, et on les agence pour effectuer des mesures ou/et des comparaisons sur ledit ensemble balancier-spiral lors d’un mouvement dudit ensemble balancier-spiral.

[0022] Selon une autre forme d’exécution de l’invention, on met en oeuvre ce procédé pour effectuer l’ajustement en fréquence d’oscillation dudit ensemble balancier-spiral, et il comporte un premier processus selon lequel:

- on évalue l’avance ou le retard dudit ensemble balancier-spiral par rapport à ladite fréquence d’oscillation de consigne;

- on programme lesdits moyens de pilotage de façon à générer, selon le cas, une avance par une diminution d’inertie par enlèvement de matière sur ledit balancier, ou bien un retard par modification de la raideur dudit ressort-spiral par enlèvement de matière sur ledit ressort-spiral;

- on programme lesdits moyens de pilotage pour effectuer ledit enlèvement de matière, selon le cas sur ledit balancier ou sur ledit ressort-spiral, par génération d’au moins une série séquentielle à grande fréquence moyenne d’impulsions dudit picolaser pour créer, sur ladite zone, au moins une ligne d’impacts successifs du faisceau dudit picolaser afin d’y réaliser une micro-gravure par enlèvement localisé de matière par sublimation.

[0023] Selon une autre forme d’exécution de l’invention, on programme lesdits moyens de pilotage de façon à définir au moins une zone particulière sur laquelle de la matière doit être enlevée, selon le cas, dans une première alternative en cas de nécessité de création d’avance ladite zone étant définie au niveau de ladite serge dudit balancier ou de composants ou masselottes ou plots ou vis que porte ledit balancier, ou dans une seconde alternative en cas de nécessité de création de retard ladite zone étant définie au niveau d’au moins une spire dudit ressort-spiral, et on programme lesdits moyens de pilotage de façon à générer au moins une série séquentielle à grande fréquence moyenne d’impulsions dudit picolaser de façon à générer, sur ladite zone, au moins une ligne d’impacts successifs du faisceau dudit picolaser afin d’y réaliser une micro-gravure par enlèvement localisé de matière par sublimation.

[0024] L’invention concerne encore un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une source picolaser, des moyens de pilotage de ladite source agencés pour générer, séquencer, interrompre au moins une série séquentielle d’impulsions dudit picolaser, lesdits moyens de pilotage étant encore agencés pour piloter les mouvements d’au moins un faisceau issu dudit picolaser ou le mouvement de ladite source elle-même, des moyens de mesure et de comparaison interfaces avec lesdits moyens de pilotage, et des moyens de préhension et d’appui dudit ensemble balancier-spiral à micro-usiner.

3 Description sommaire des dessins

[0025] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés où: la fig. 1 représente un graphe avec, en ordonnée, la valeur algébrique de la position du centre de masse de la matière enlevée lors d’une opération de micro-usinage par ablation sous un faisceau de picolaser, en fonction de l’amplitude de la position angulaire d’un balancier d’horlogerie; la fig. 2 représente, de façon schématisée, un dispositif de mise en oeuvre de l’invention; la fig. 3 représente, de façon schématisée et partielle, l’intervention simultanée de deux picolasers en micro-usinage sur un ensemble balancier-spiral réduit sur la figure à son seul balancier; la fig. 4 représente, de façon analogue à la fig. 3, l’intervention différée de deux tels picolasers; la fig. 5 représente, de façon analogue à la fig. 3, l’intervention d’un seul tel picolaser.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

[0026] L’invention concerne le domaine de l’horlogerie, et plus particulièrement les ajustements et réglages d’organesréglants, et en particulier des ensembles balancier-spiral de montres ou de pièces d’horlogerie.

[0027] L’invention définit un procédé d’ajustement d’un ensemble balancier-spiral d’horlogerie comportant au moins un balancier, lequel comporte une serge périphérique, et au moins un ressort-spiral, attachés l’un à l’autre au niveau d’une virole, ledit ensemble balancier-spiral étant mobile en pivotement autour d’un axe de balancier.

[0028] De façon particulière et avantageuse, ce procédé est mis en oeuvre pour l’ajustement en fréquence d’oscillation d’un ensemble balancier-spiral d’horlogerie.

[0029] Selon l’invention, on effectue un enlèvement de matière en transformant au moins une partie de la matière de cet ensemble balancier-spiral par ablation, notamment par sublimation, par la mise en oeuvre d’un moyen de micro-usinage adapté, pour effectuer l’ajustement d’inertie, ou/et d’équilibrage, ou/et de fréquence d’oscillation, dudit ensemble balancier-spiral.

[0030] De façon avantageuse, on transforme au moins une partie de la matière de cet ensemble balancier-spiral, ou de composants que porte cet ensemble balancier-spiral, par sublimation, c’est-à-dire un passage direct de l’état solide à l’état gazeux, sans redéposition de déchets solides ni liquides sur le composant, et on choisit comme tel moyen de micro-usinage au moins un picolaser. On peut ainsi effectuer cet enlèvement de matière par micro-gravure sous l’effet d’au moins une impulsion de ce picolaser de façon à transformer directement la matière solide en un flux gazeux par sublimation. On commande cette impulsion, ou de préférence ces impulsions, par des moyens de pilotage qui sont agencés pour générer, séquencer, interrompre toute impulsion du picolaser. Ces moyens de pilotage sont encore agencés pour piloter les mouvements d’au moins un faisceau issu du picolaser. Ces moyens de pilotage sont interfaces ou raccordés à des moyens de mesure ou de comparaison. Dans une variante particulière, les moyens de pilotage sont asservis aux moyens de mesure ou de comparaison.

[0031 ] On choisit ces moyens de mesure ou de comparaison pour effectuer des mesures ou des comparaisons, au moins d’inertie et de fréquence d’oscillation, et on les agence pour effectuer des mesures ou/et des comparaisons sur cet ensemble balancier-spiral lors d’un mouvement de cet ensemble balancier-spiral.

[0032] Selon l’invention, on met ce procédé en oeuvre pour effectuer l’ajustement en fréquence d’oscillation dudit ensemble balancier-spiral, et il comporte un premier processus selon lequel:

- on évalue l’avance ou le retard de l’ensemble balancier-spiral par rapport à cette fréquence d’oscillation de consigne;

- on programme les moyens de pilotage de façon à générer, selon le cas, une avance par une diminution d’inertie par enlèvement de matière sur le balancier, ou bien un retard par modification de la raideur du ressort-spiral par enlèvement de matière sur le ressort-spiral;

- on programme les moyens de pilotage pour effectuer l’enlèvement de matière, selon le cas sur le balancier ou sur le ressort-spiral, par génération d’au moins une série séquentielle à grande fréquence moyenne d’impulsions du picolaser pour créer, sur cette zone, au moins une ligne d’impacts successifs du faisceau du picolaser afin d’y réaliser une microgravure par enlèvement localisé de matière par sublimation.

[0033] On comprend qu’on parle ici de grande fréquence moyenne d’impulsions du picolaser, car il n’est pas indispensable que la fréquence des impulsions soit constante, en particulier la génération des impulsions peut être de type aléatoire, ou suivre une règle particulière de variation.

[0034] Ce premier processus peut, mais non nécessairement, être un premier processus itératif jusqu’à l’atteinte d’une fréquence d’oscillation de consigne dans une tolérance donnée.

4 [0035] On programme les moyens de pilotage de façon à définir au moins une zone particulière sur laquelle de la matière doit être enlevée, selon le cas:

- dans une première alternative en cas de nécessité de création d’avance cette zone est définie au niveau de la serge du balancier ou de composants ou masselottes ou plots ou vis que porte ce balancier,

- ou dans une seconde alternative en cas de nécessité de création de retard cette zone est définie au niveau d’au moins une spire du ressort-spiral.

[0036] Dans un mode de réalisation préféré, on programme ces moyens de pilotage de façon à générer au moins une série séquentielle à grande fréquence moyenne d’impulsions du picolaser, pour générer, sur cette zone, au moins une ligne d’impacts successifs du faisceau du picolaser afin d’y réaliser une micro-gravure par enlèvement localisé de matière par sublimation.

[0037] On comprend que le procédé peut être mis en oeuvre de différentes manières:

- en traitement différé entre des phases de mesure ou/et de comparaison d’une part, et des phases de micro-usinage d’autre part, ou

- en traitement simultané, ou semi-simultané, avec l’exécution de certaines opérations de mesure ou/et de comparaison pendant l’exécution de certaines opérations de micro-usinage.

[0038] Dans un exemple de mise en oeuvre préféré, la fréquence moyenne des tirs est comprise entre 50 Hz et 500 Hz, et de préférence de l’ordre de 300 kHz.

[0039] La durée d’impulsion est de l’ordre de la picoseconde, soit 10<“12>seconde dans le cas d’un picolaser, dont la puissance moyenne est comprise entre 1 et 10 W, et, dans le cadre de l’invention, on utilise des durées d’impulsions de l’ordre de quelques picosecondes à quelques dizaines ou centaines de picosecondes.

[0040] Dans la première alternative on programme les moyens de pilotage de façon à créer de l’avance sur le balancier par la répétition des opérations de micro-gravure sur ces zones, de façon à atteindre une valeur de fréquence de consigne qui peut être contrôlée par les moyens de mesure ou de comparaison, et de façon à générer les opérations de microgravure sur les zones dans le respect de l’équilibrage de l’ensemble balancier-spiral par rapport à son axe principal d’inertie, relativement à une valeur de consigne qui peut être contrôlée par les moyens de mesure ou de comparaison.

[0041 ] Dans la seconde alternative on programme les moyens de pilotage de façon à créer du retard en modifiant la raideur du ressort-spiral, sans modification de sa structure cristalline ni de son coefficient thermique, par une microgravure effectuée sous l’action d’au moins une séquence d’impulsions d’au moins un picolaser, pour l’amincissement d’au moins une spire du ressort-spiral ou/et de la partie vrillée d’une partie terminale quand ce ressort-spiral en comporte une, toujours dans le respect de l’équilibrage de l’ensemble balancier-spiral par rapport à son axe principal d’inertie, relativement à une valeur de consigne qui peut être contrôlée par les moyens de mesure ou de comparaison.

[0042] Il est ainsi possible de créer du retard:

- en modifiant la raideur du ressort-spiral par amincissement d’au moins une spire de la partie spirale du ressort-spiral.

- en modifiant la raideur du ressort-spiral par amincissement d’au moins la partie vrillée d’une partie terminale quand le ressort-spiral en comporte une.

[0043] Dans un premier mode de réalisation, on dirige simultanément au moins deux faisceaux de mêmes caractéristiques en deux telles zones distantes l’une de l’autre, et radialement distantes de la même valeur de l’axe de balancier, ou bien par division du faisceau d’un unique picolaser, ou bien par synchronisation de deux picolasers recevant les mêmes instructions de la part des moyens de pilotage. De préférence on génère sur chacune de ces zones une telle série séquentielle d’impulsions identique à celle de l’autre zone. Si ce n’est pas possible, en raison de caractéristiques légèrement différentes de deux lasers par exemple, on veille à permuter les micro-usinages après la moitié de leur réalisation, de façon à équilibrer la matière réellement enlevée de part et d’autre.

[0044] Bien sûr, si l’exemple est donné ici avec deux picolasers, il est possible d’utiliser davantage de sources lasers. Toutefois, l’encombrement et l’accès à la zone de travail rendent souvent malcommode l’utilisation de plus de deux faisceaux sur le même ensemble.

[0045] Dans un mode particulier de réalisation, on dirige simultanément au moins deux faisceaux de mêmes caractéristiques en au moins deux telles zones de la serge ou de composants que porte le balancier, ou bien par division du faisceau d’un unique picolaser, ou bien par synchronisation de plusieurs picolasers recevant les mêmes instructions de la part des moyens de pilotage. Ces zones sont distantes l’une de l’autre, et radialement distantes de la même valeur de l’axe de balancier. Et on génère sur chacune de ces zones une série séquentielle d’impulsions identique à celle de l’autre zone. De façon plus générale, on peut effectuer des balayages avec une symétrie d’ordre n quelconque.

[0046] La division du faisceau peut être faite par un élément optique tel que miroir, prisme semi-réfléchissant, ou similaire.

[0047] Il est encore envisageable de faire varier la répartition des puissances entre les différents faisceaux, pour agir sur l’équilibrage de balourd, sous la commande des moyens de pilotage.

[0048] Dans un mode préféré de mise en oeuvre de l’invention, afin de minimiser le temps de traitement, le point d’ablation du picolaser reste fixe, ou éventuellement se meut dans une zone restreinte. De ce fait, il est possible de procéder à l’ablation de façon ininterrompue, ce qui minimise le temps de traitement.

5 [0049] Cependant, dans le cas général, un balourd non négligeable est créé. Toutefois, on montre ci-dessous qu’il est possible d’annuler ce balourd à condition que l’ensemble balancier-spiral ait une amplitude bien choisie. Cette stratégie est donc caractérisée par deux éléments:

- (a) ablation en continu dans une zone d’une taille de l’ordre de la largeur annulaire de la serge de balancier, ou bien, selon le cas, dans une zone d’une spire ou d’une courbe terminale du ressort-spiral, et

- (b) ensemble balancier-spiral possédant une amplitude bien choisie pour minimiser le balourd.

[0050] Dans un second mode de réalisation, on déplace le faisceau d’un picolaser unique d’une telle zone à une autre telle zone en symétrie de part et d’autre d’un plan passant par l’axe de balancier. On choisit de préférence ce plan à égale distance des amplitudes extrêmes de la course de pivotement de l’ensemble balancier-spiral. De préférence on génère alternativement sur chacune de ces zones, vers laquelle est alors focalisé ce faisceau, une telle série séquentielle d’impulsions identique à celle d’une autre zone la précédant ou la suivant directement dans la séquence de travail du picolaser. Dans un mode particulier, on peut choisir ces zones en symétrie axiale par rapport à l’axe de pivotement de l’ensemble balancier-spiral.

[0051 ] On comprend que, dans un mode comme dans l’autre, le déplacement du faisceau par rapport à la zone est un déplacement relatif: on peut tout aussi bien faire bouger le faisceau, voire la source, l’ensemble balancier-spiral, ou, de préférence, à la fois le faisceau et l’ensemble balancier-spiral.

[0052] Dans ce second mode, où on utilise un picolaser unique, avantageusement on peut utiliser des moyens de stabilisation d’amplitude pour maintenir le mouvement de pivotement de l’ensemble balancier-spiral dans une oscillation à amplitude constante pendant le déroulement de chaque série séquentielle d’impulsions. On stabilise cette amplitude à un angle d’une valeur de 137° ou de 316,5°. On peut, encore, utiliser des moyens de synchronisation pour synchroniser le mouvement du faisceau du picolaser au mouvement de pivotement de l’ensemble balancier-spiral pendant le déroulement de chaque série séquentielle d’impulsions. Là encore, on stabilise l’amplitude à un angle d’une valeur de 137° ou de 316,5°.

[0053] De façon préférée, pour une meilleure efficacité, on définit cette au moins une zone uniquement constituée de surfaces qui sont constituées par des surfaces métalliques, d’une part au niveau du balancier ou de composants ou masselottes ou plots ou vis réglantes que porte ce balancier, ou d’autre part au niveau d’une partie spirale ou d’une courbe terminale du ressort-spiral. En l’absence de telle surfaces métalliques permettant de corriger l’avance ou le retard si nécessaire, on met en oeuvre un second processus par lequel on modifie le réglage de balourd d’équilibrage de façon à recréer une capacité de correction, selon le cas, sur le balancier ou/et sur le ressort-spiral. Ce second processus peut être un second processus itératif, et par lequel on reprend le premier processus itératif, jusqu’à obtention de la fréquence d’oscillation de consigne dans sa tolérance.

[0054] Dans une variante particulière de mise en oeuvre du procédé, on asservit les moyens de pilotage aux moyens de mesure ou de comparaison.

[0055] De préférence, avant le démarrage du procédé, on effectue un équilibrage statique et dynamique préalable de l’ensemble balancier-spiral, pour faire coïncider son axe principal d’inertie avec l’axe de balancier, et pour atteindre une valeur de consigne d’inertie dans une tolérance donnée.

[0056] La stratégie d’ablation sur un ensemble balancier-spiral en mouvement, c’est-à-dire dans son mouvement de pivotement autour de l’axe du balancier, est précisée par le calcul qui suit.

[0057] L’invention se propose, grâce à la mise en oeuvre d’un procédé nouveau, d’effectuer l’ajustement en fréquence de cet ensemble balancier-spiral, mais aussi de permettre son ajustement en inertie et en équilibrage, afin de faire coïncider cet axe de pivotement de balancier avec son axe principal d’inertie.

[0058] La présente invention est développée pour être mise en oeuvre aussi bien au niveau d’un balancier seul, que d’un balancier-spiral assemblé, que d’un balancier-spiral intégré et monté dans un mouvement d’une pièce d’horlogerie.

[0059] Cette stratégie a pour effet d’optimiser le temps de traitement et le balourd créé.

[0060] Comme il sera détaillé ci-dessous, on stabilise alors cette amplitude à un angle d’une valeur de 137° ou de 316,5°. Pour stabiliser l’amplitude, différentes méthodes sont utilisables, seules ou en combinaison: choix d’un état d’armage particulier du barillet, asservissement d’amplitude en boucle fermée en réglant une source de couple externe sur la tige ou sur un des mobiles du mouvement tel qu’aiguille de seconde ou de minute ou autre, utilisation d’une source extérieur de stabilisation comme un souffle d’air en oscillation libre ancre enlevée, ou autre.

[0061 ] Dans le cas où on utilise un picolaser unique, on peut aussi utiliser des moyens de synchronisation pour synchroniser le mouvement d’au moins un faisceau issu du picolaser au mouvement de pivotement de l’ensemble balancier-spiral pendant le déroulement de chaque dite série séquentielle d’impulsions.

[0062] Pour synchroniser, il s’agit d’estimer la phase de l’oscillation du balancier, ou de l’ensemble balancier-spiral selon le cas, ce qui est possible par différentes méthodes, seules ou en combinaison: méthode acoustique par captation par microphone des bruits produits par l’échappement, méthode optique par détection de bras du balancier ou de la rugosité des bras, pour déterminer position, vitesse et accélération de la serge, ou tout autre méthode.

6 [0063] On détaille maintenant comment sont déterminées les amplitudes qui permettent de minimiser, voire d’annuler, le balourd.

[0064] Comme le point d’ablation ne change pas pendant que l’ensemble balancier-spiral se meut, l’enlèvement de matière se répartit le long de la serge, pas nécessairement sur tout le périmètre, selon l’amplitude de I’ ensemble balancier-spiral, ou bien se répartit le long d’une spire. Pour simplifier on assimile ici à la serge les éléments qu’elle est susceptible de porter, comme masselottes, plots, vis d’équilibrage ou/et de réglage. De même, on assimile à une spire du ressort-spiral les éléments rapportés que peut comporter ce ressort-spiral, comme courbe terminale, virole, ou autre. De plus, comme l’ablation se fait de préférence à fréquence de tir constante, mais que la vitesse de l’ensemble balancier-spiral varie, la quantité de matière enlevée, à une position angulaire Θ du balancier, varie également. Notre objectif est de trouver une amplitude d’oscillation de l’ensemble balancier-spiral qui annule le balourd, ou, de façon équivalente, conduit à un centre de masse de la matière enlevée se situant au centre de Γ ensemble balancier-spiral.

La position Xcmdu centre de masse de la matière enlevée est donnée par: „ / x dm

<Xcm =>jd™ l’intégration se faisant le long de la serge. Appelons f la fonction de Θ qui donne la distribution linéique (le long de la serge ou de la spire, selon le cas) de matière enlevée. Pour que le balourd créé par la matière enlevée soit nul, il faut donc que

/ x.dm

.άθ = 0.

[0065] Le fait de ne considérer que de s grandeurs linéiques vient de ce que l’on peut négliger la largeur de la zone de travail du picolaser par rapport à la taille l’ensemble balancier-spiral, ainsi que la composante du balourd selon l’axe de pivotement, et ceci bien que le fait que f varie en fonction de Θ résulte en une profondeur d’ablation non constante.

[0066] Considérons pour le moment uniquement le premier quart d’une seule période. La quantité dm de matière enlevée sur un intervalle d0 autour de Θ, l’a été durant un certain temps dt, et l’on a également dm = k dt, où k est le taux d’enlèvement de la matière. La fréquence de tir du picolaser étant de préférence constante et très élevée par rapport à la fréquence d’oscillation du balancier, on peut considérer que k est constant. On a donc k dt = f(0) d0.

[0067] Mais 0 = A(t), où A est la fonction qui donne la position angulaire du balancier au temps t, et donc d0 = À (t) dt, ce qui implique que m = k

Mt k

À ( -Ηθ))

[0068] En d’autres termes, la distribution de matière enlevée à la position Θ de la serge est inversement proportionnelle à la vitesse de l’ensemble balancier-spiral quand son extension angulaire vaut Θ.

[0069] Pour un temps de traitement de l’ordre de la seconde ou de la dizaine de secondes, l’oscillation de l’ensemble balancier-spiral est bien décrite par une évolution harmonique, A(t) = A0sin(cot).

[0070] Ainsi, en explicitant la dernière expression pour f, on trouve m = ce qui s’écrit finalement k

Aaω. cos(arcsin(0/^o)) m = k ω. ΐ-(Θ ο)<2>

[0071 ] Cette expression n’a pas de sens quand Θ > A0, mais on convient que, pour les valeurs de Θ plus grandes que A0, f vaut zéro, ce qui est normal, puisque le picolaser ne parvient pas à ces positions.

[0072] Pour arriver à ce résultat, nous nous sommes restreints à un quart d’oscillation de l’ensemble balancier-spiral.

[0073] L’expression finale pour f correspondant à une période complète s’obtient de celle valable pour le quart de période par symétrie. Toutefois, il n’est pas réellement nécessaire de les inclure effectivement. En outre, chaque période complète en plus n’augmente pas le balourd.

[0074] Pour comprendre pourquoi on peut se limiter au premier quart de période pour notre calcul, appelons Ox l’axe qui joint l’axe du balancier au point de travail du picolaser, et Oy l’axe perpendiculaire à Ox. En ajoutant la deuxième moitié de période à f, on ne change pas la coordonnée Xcmdu centre de masse de la matière enlevée, et l’on s’assure que la

7 coordonnée y sera nulle, par symétrie. En ajoutant le deuxième quart de période à f, on ne fait que multiplier f par deux, ce qui ne modifie en rien la condition pour que Xcm= 0. En conséquence, on étudie Xcmen fonction de f défini par l’équation (1 ). On a cos (0)./e

AaCÛ. l (β / AQ) permettant d’obtenir une solution de forme fermée de l’intégrale en jeu, on obtient les zéros du membre de droite de l’équation (2) ci-dessus de façon approchée, par intégration numérique.

Il s’agit enfin de déterminer les valeurs de déterminer les valeurs de AQ qui annulent Xcm. Comme il n’existe pas de primitive ordonnée, la valeur algébrique de la position du centre de masse Xcmde la matière enlevée, en fonction de l’amplitude A0de la position angulaire.

[0076] Dans la pratique, il n’est pas nécessaire que le picolaser reste absolument immobile. On peut par exemple lui faire faire un mouvement de va-et-vient radial, tout en restant sur la serge ou sur la spire selon le cas. On peut aussi lui faire suivre différentes figures, comme par exemple un cercle, un huit, un polygone. Mais pour autant que la zone balayée par le picolaser ait une extension typique de l’ordre de l’épaisseur de la serge ou de la largeur de la spire, le modèle théorique ci-dessus reste une excellente approximation, et ses conclusions restent valides.

[0077] Dans le raisonnement ci-dessus, nous n’avons pas considéré l’effet d’un déphasage. Sa contribution au balourd est toutefois négligeable, car chaque oscillation complète de l’ensemble balancier-spiral produit un balourd nul, donc le balourd associé au déphasage se monte au plus au balourd maximum créé durant une seule période incomplète.

[0078] Le calcul concret présenté ci-dessus a été mené quand l’évolution du mouvement de l’ensemble balancier-spiral possède une amplitude inférieure à 360°. Toutefois, rien n’impose de se limiter à ce cas. Par exemple, si un ensemble balancier-spiral devait avoir une amplitude supérieure à 360°, la fonction Α<-1>(θ) aura alors plusieurs solutions, même sur un quart de période, ce qui complique l’écriture des expressions, sans toutefois changer le raisonnement qui les sous-tend.

[0079] L’invention concerne encore un dispositif 1 de mise en oeuvre du procédé, qui comporte au moins une source picolaser 2 et des moyens de pilotage 3 de cette source agencés pour générer, séquencer, interrompre au moins une série séquentielle d’impulsions du picolaser 2. Ces moyens de pilotage 3 sont encore agencés pour piloter les mouvements d’au moins un faisceau 20 issu du picolaser ou le mouvement de cette source 2 elle-même. Le dispositif 1 comporte encore des moyens de mesure et de comparaison 4 interfaces avec ces moyens de pilotage 3, et des moyens de préhension et d’appui 5 d’un ensemble balancier-spiral 1 1 à micro-usiner. Les fig. 1 et 3 à 5, pour simplifier, ne représentent, de cet ensemble balancier-spiral 11 , que son balancier et sa serge 12.

[0080] Préférentiellement, ce dispositif 1 comporte encore des moyens d’entraînement en pivotement 6 d’un ensemble balancier-spiral 1 1 à micro-usiner, qui sont interfaces avec ces moyens de pilotage 3. Dans une autre variante, il est également possible de mettre en oeuvre le procédé de l’invention avec un ensemble balancier-spiral en oscillation libre, le dispositif 1 comporte alors des moyens d’impulsion pour sa mise initiale en oscillation.

[0081 ] Dans un premier mode de réalisation, tel que visible sur la fig. 2, le dispositif 1 comporte des moyens de division 7 du faisceau issu du picolaser 2. Les moyens de pilotage 3 sont agencés pour piloter chacun des faisceaux 20, 20A, issus de la division. Le dispositif 1 peut aussi comporter, en alternative ou en complément, tel que visible sur la fig. 3, plusieurs sources picolaser 2, 2A, les moyens de pilotage 3 sont alors agencés pour piloter chacun de leurs faisceaux 20, 20A vers des zones de micro-usinage 13, 13A définies par les moyens de pilotage 3.

[0082] La fig. 2 donne un exemple de pilotage de faisceaux 20 et 20A issus de la division et dont la trajectoire dans l’espace est définie par l’orientation de miroirs ou de prismes motorisés 21 , de préférence à un ou deux degrés de liberté en pivotement, qui sont pilotés par les moyens de pilotage 3. De tels miroirs ou prismes 21 peuvent aussi être incorporés dans un galvanomètre, ou être réalisés de toute façon connue dans la technique générale des lasers de puissance.

[0083] Avantageusement le dispositif 1 comporte des moyens de stabilisation d’amplitude 8 pour maintenir le mouvement de pivotement de l’ensemble balancier-spiral 1 1 à micro-usiner dans une oscillation à amplitude constante. Avantageusement le dispositif 1 comporte des moyens de synchronisation 9, de préférence débrayables, pour synchroniser le mouvement d’au moins un faisceau 20 issu du picolaser 2 au mouvement de pivotement de l’ensemble balancier-spiral 1 1 pendant le déroulement de chaque série séquentielle d’impulsions.

[0084] De façon préférée et avantageuse pour canaliser toute pollution ainsi que pour laisser le domaine de travail parfaitement propre, le dispositif 1 comporte des moyens d’évacuation 10 des gaz ou/et déchets liés à la sublimation, ces moyens d’évacuation fonctionnant de préférence par différence de pression. Ces moyens d’évacuation ont pour double fonction, d’une part d’éloigner les gaz issus de la sublimation du domaine de travail, et d’autre part de protéger les opérateurs dans le cas o’ces gaz peuvent présenter une toxicité.

[0075] Un graphe du membre de droite de l’équation (2) en fonction de A0est donné sur la fig. 1 , où est représentée en

8

Claims (24)

1. Revendications 1. Procédé d’ajustement d’un ensemble balancier-spiral d’horlogerie comportant au moins un balancier, lequel comporte une serge périphérique, et au moins un ressort-spiral, attachés l’un à l’autre au niveau d’une virole, ledit ensemble balancier-spiral étant mobile en pivotement autour d’un axe de balancier, caractérisé en ce qu’on effectue un enlèvement de matière en transformant au moins une partie de la matière dudit ensemble balancier-spiral par sublimation, par la mise en oeuvre d’un moyen de micro-usinage adapté, pour effectuer l’ajustement d’inertie, ou/et d’équilibrage, ou/et de fréquence d’oscillation, dudit ensemble balancier-spiral.
2. 2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’on transforme au moins une partie de la matière dudit ensemble balancier-spiral, ou dé composants que porte ledit ensemble balancier-spiral, par sublimation, et au moins un picolaser constitue un dit moyen de microusinage pour effectuer ledit enlèvement de matière par micro-gravure sous l’effet d’au moins une impulsion dudit picolaser de façon à transformer directement la matière solide en un flux gazeux par sublimation, et des moyens de pilotage agencés pour générer, séquencer, interrompre toute impulsion dudit picolaser, commandent ladite impulsion, lesdits moyens de pilotage étant encore agencés pour piloter les mouvements d’au moins un faisceau issu dudit picolaser, lesdits moyens de pilotage étant asservis à des moyens de mesure ou de comparaison.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure ou de comparaison effectuent des mesures ou des comparaisons au moins d’inertie et de fréquence d’oscillation, et sont agencés pour effectuer des mesures ou/et des comparaisons sur ledit ensemble balancier-spiral lors d’un mouvement dudit ensemble balancier-spiral.
4. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu’il effectue l’ajustement en fréquence d’oscillation dudit ensemble balancier-spiral, et qu’il comporte un premier processus selon lequel: - l’avance ou le retard dudit ensemble balancier-spiral est évalué par rapport à une fréquence d’oscillation de consigne; - lesdits moyens de pilotage sont programmés de façon à générer, selon le cas, une avance par une diminution d’inertie par enlèvement de matière sur ledit balancier, ou bien un retard par modification de la raideur dudit ressortspiral par enlèvement de matière sur ledit ressort-spiral; - lesdits moyens de pilotage sont programmés pour effectuer ledit enlèvement de matière, selon le cas sur ledit balancier ou sur ledit ressort-spiral, par génération d’au moins une série séquentielle à grande fréquence moyenne d’impulsions dudit picolaser pour créer, sur ladite zone, au moins une ligne d’impacts successifs du faisceau dudit picolaser afin d’y réaliser une micro-gravure par enlèvement localisé de matière par sublimation.
5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage sont programmés de façon à définir au moins une zone particulière sur laquelle de la matière doit être enlevée, selon le cas, dans une première alternative en cas de nécessité de création d’avance ladite zone étant définie au niveau de ladite serge dudit balancier ou de composants ou masselottes ou plots ou vis que porte ledit balancier, ou dans une seconde alternative en cas de nécessité de création de retard ladite zone étant définie au niveau d’au moins une spire dudit ressort-spiral, et lesdits moyens de pilotage sont programmés de façon à générer au moins une série séquentielle à grande fréquence moyenne d’impulsions dudit picolaser de façon à générer, sur ladite zone, au moins une ligne d’impacts successifs du faisceau dudit picolaser afin d’y réaliser une microgravure par enlèvement localisé de matière par sublimation.
6. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage sont programmés de façon à créer de l’avance sur ledit balancier par la répétition desdites opérations de micro-gravure sur desdites zones, de façon à atteindre une valeur de fréquence de consigne qui peut être contrôlée par lesdits moyens de mesure ou de comparaison, et de façon à générer lesdites opérations de micro-gravure sur lesdites zones dans le respect de l’équilibrage dudit de l’ensemble balancier-spiral par rapport à son axe principal d’inertie, relativement à une valeur de consigne qui peut être contrôlée par lesdits moyens de mesure ou de comparaison.
7. 7. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage sont programmés de façon à créer du retard en modifiant la raideur dudit ressort-spiral, sans modification de sa structure cristalline ni de son coefficient thermique, par une microgravure effectuée sous l’action d’au moins une séquence d’impulsions d’au moins un picolaser, pour l’amincissement d’au moins une spire dudit ressort-spiral ou/et de la partie vrillée d’une partie terminale quand ledit ressort-spiral en comporte une.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la modification de la raideur dudit ressort-spiral par amincissement d’au moins une spire de ladite partie spirale dudit ressort-spiral crée du retard.
9. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la modification de la raideur dudit ressort-spiral par amincissement d’au moins la partie vrillée d’une partie terminale quand ledit ressort-spiral en comporte une crée du retard.
10. 10. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que: - au moins deux faisceaux de mêmes caractéristiques sont dirigés simultanément en deux dites zones distantes l’une de l’autre, et radialement distantes de la même valeur dudit axe de balancier, ou bien par division du faisceau d’un unique picolaser, ou bien par synchronisation de plusieurs picolasers recevant les mêmes instructions desdits moyens de pilotage; 9 - une dite série séquentielle d’impulsions identique à celle de l’autre zone est générée sur chacune desdites zones.
11. 1 1. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que: - le faisceau d’un picolaser unique est déplacé d’une dite zone à une autre dite zone en symétrie de part et d’autre d’un plan passant par ledit axe de balancier; - sur chacune desdites zones vers laquelle est alors focalisé ledit faisceau est générée alternativement une dite série séquentielle d’impulsions identique à celle d’une autre zone la précédant ou la suivant directement dans la séquence de travail dudit picolaser.
12. 12. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que: - un picolaser unique est utilisé et des moyens de stabilisation d’amplitude sont utilisés pour maintenir le mouvement de pivotement dudit ensemble balancier-spiral dans une oscillation à amplitude constante pendant le déroulement de chaque dite série séquentielle d’impulsions.
13. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce ladite amplitude est stabilisée à un angle d’une valeur de 137° ou de 316,5.
14. 14. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que: - un picolaser unique est utilisé et des moyens de synchronisation sont utilisés pour synchroniser le mouvement de son faisceau au mouvement de pivotement dudit ensemble balancier-spiral pendant le déroulement de chaque dite série séquentielle d’impulsions.
15. 15. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite au moins une zone est définie uniquement constituée de surfaces qui sont constituées par des surfaces métalliques, d’une part au niveau dudit balancier ou de composants ou masselottes ou plots ou vis réglantes que porte ledit balancier, ou d’autre part au niveau d’une partie spirale ou d’une courbe terminale dudit ressort-spiral, et que, en l’absence de telle surfaces métalliques permettant de corriger l’avance ou le retard si nécessaire, un second processus modifie le réglage de balourd d’équilibrage de façon à recréer une capacité de correction, selon le cas, sur ledit balancier ou/et sur ledit ressort-spiral, et par lequel ledit premier processus est repris, jusqu’à obtention de la fréquence d’oscillation de consigne dans sa tolérance.
16. 16. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage sont asservis auxdits moyens de mesure ou de comparaison.
17. 17. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit premier processus est un premier processus itératif jusqu’à l’atteinte d’une fréquence d’oscillation de consigne dans une tolérance donnée.
18. 18. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que un équilibrage statique et dynamique préalable dudit ensemble balancier-spiral fait coïncider son axe principal d’inertie avec ledit axe de balancier, et avec une valeur de consigne d’inertie dans une tolérance donnée.
19. 19. Dispositif (1 ) de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une source picolaser (2), des moyens de pilotage (3) de ladite source (2) agencés pour générer, séquencer, interrompre au moins une série séquentielle d’impulsions dudit picolaser (2), lesdits moyens de pilotage (3) étant encore agencés pour piloter les mouvements d’au moins un faisceau (20) issu dudit picolaser (2) ou le mouvement de ladite source (2) elle-même, des moyens de mesure et de comparaison (4) interfaces avec lesdits moyens de pilotage (3), et des moyens de préhension et d’appui (5) d’un ensemble balancier-spiral à micro-usiner.
20. 20. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte encore des moyens d’entraînement en pivotement (6) d’un ensemble balancier-spiral à micro-usiner, qui sont interfaces avec lesdits moyens de pilotage (3).
21. 21. Dispositif (1) selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de division (7) dudit faisceau (20) issu dudit picolaser (2), lesdits moyens de pilotage (3) étant agencés pour piloter chacun des faisceaux (20; 20A) issus de la division, ou/et en ce qu’il comporte plusieurs sources picolaser (2; 2A), lesdits moyens de pilotage (3) étant alors agencés pour piloter chacun de leurs faisceaux (20; 20A).
22. 22. Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 19 à 21 , caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de stabilisation d’amplitude (8) pour maintenir le mouvement de pivotement dudit ensemble balancier-spiral dans une oscillation à amplitude constante à micro-usiner.
23. 23. Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de synchronisation (9) pour synchroniser le mouvement d’au moins un faisceau (20) issu dudit picolaser (2) au mouvement de pivotement d’un ensemble balancier-spiral à micro-usiner pendant le déroulement de chaque dite série séquentielle d’impulsions.
24. 24. Dispositif (1 ) selon l’une des revendications 19 à 23, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens d’évacuation (10) des gaz ou/et déchets liés à ladite sublimation, lesdits moyens d’évacuation fonctionnant par différence de pression. 10