Brevet FR2179744A1 — publié le 19731123

La présente invention a pour premier objet un procédé d'équilibrage et d'ajustage de la fréquence d'un système oscillant utilisé en horlogerie, composé d'un balancier et d'un spiral accouplés sans mesure préalable, mais provenant de séries telles que, compte tenu des tolérances des moments élastiques des spiraux et des moments d'inertie des balanciers, la marche soit toujours sur le retard, basé sur au moins trois mesures de marche faites en position verticale et effectuées à au moins trois angles bien définis par rapport à la position de repos dudit système oscillant et aboutissant à la modification du moment d'inertie du balancier et à la répartition de sa masse de façon à obtenir finalement une fréquence d'oscillation exacte et la superposition du centre de gravité et de l'axe du système oscillant.Le deuxième objet de la présente invention concerne un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. I1 est connu qu'en procédant à des mesures de marche du système oscillant dans un plan vertical à une amplitude différente de o 3.83 rad = 220 pour un minimum de 3 positions différentes définies dans ce plan, il est possible de déterminer la grandeur et la position des modifications de masse à effectuer sur le balancier pour réaliser la mise d'équilibre et l'ajustement de la fréquence. L'utilisation pratique de cette méthode directe se heurte toutefois à deux phénomènes qui en limitent la précision et en rendent son application difficile. Les balanciers et les spiraux sont fabriqués avec des tolérances qu'il est économiquement difficile de réduire dans l'état actuel de la technique. Ces tolérances du couple élastique des spiraux et du moment d'inertie des balanciers font qu'après un appairage au hasard de ces composants pour constituer le système oscillant, la fréquence de ce dernier varie dans de larges limites et que son ajustage par modification du moment d'inertie du balancier implique des variations de masse telles que la quantité de matière à enlever dans le volume limité imposé par les dimensions géométriques des balanciers nécessite des surfaces d'usinage importantes d'où il ressort qu'il devient difficile de contrôler avec une précision suffisante cette quantité de matière et qu'un ajustage suffisamment précis ne peut être atteint. D'autre part, on sait que l'effet sur la période du système oscillant d'une diminution du moment d'inertie est inversément pro portionnel au moment d'inertie du balancier et que dans le calcul du balourd à appliquer pour corriger le déséquilibre du balancier en fonction de la marche dans au moins trois positions intervient également le moment d'inertie du balancier. Ce dernier étant mal connu et variant dans les limites des tolérances, les résultats sont affectés d'une erreur non négligeable. La présente invention a pour but de remédier à ces défauts. Pour cette raison le procédé selon la présente invention est caractérisé par deux séquences d'opérations, dont la première comprend les mesures de marche, le calcul de la grandeur et de la position des corrections, l'exécution de ces corrections sous la forme de deux usinages de la serge du balancier, de part et d'autre de son axe, les centres de gravité de ces usinages étant situés dans un plan passant par l'axe du balancier, ledit plan étant décalé de quelques degrés par rapport au plan défini par l'axe et le centre de gravité du balancier, la grandeur des corrections étant telle que leur somme représente entre 70 et 95 % de la correction totale à appliquer au moment d'inertie pour ajuster la marche et leur différence le balourd nécessaire à la correction du défaut d'équilibre, la seconde séquence d'opérations comprenant les mesures de marche, le calcul de la grandeur et de la position des corrections dans lequel il est tenu compte du moment d'inertie réel du balancier déterminé à partir de l'effet des premiers usinages sur la marche, l'exécution de ces corrections sous la forme de deux usinages de la serge du balancier de part et d'autre de son axe, mais de section inférieure à ceux exécutés lors le la première séquence dont les centres de gravité sont situés dans le plan passant par l'axe et le nouveau centre de gravité du balancier, la grandeur de ces corrections étant telle que leur somme corresponde à la correction du moment d'inertie résiduel et leur différence au balourd nécessaire à la correction du défaut d'équilibre résiduel. Afin de pouvoir mettre en oeuvre ce procédé, le dispositif selon la présente invention est caractérisé par un posage pour tenir le balancier monté sur son coq en position verticale, ledit posage prenant place sur un plateau pouvant tourner en au moins trois positions verticales par le moyen d'un disque à encoches coopérant avec un levier à galet; par un moyen de faire osciller le système balancier-spiral à une amplitude déterminée et constante composé d'un générateur de couple piloté par les signaux fournis par deux traits repères marqués sur la serge du balancier dont le passage à une position fixe est détecté par un moyen optoélectronique, par une calculatrice permettant sur la base des mesures mises en mémoire des marches dans lesdites positions de calculer la grandeur et la position des corrections à effectuer au moment d'inertie du balancier; par un moyen de positionnement de la serge du balancier face à la tette d'usinage commandé par la calculatrice, par un moyen de soutien de la serge du balancier pendant l'usinage, par une tette d'usinage effectuant des enlèvements de matière dont le volume est déterminé à la fois par la forme de ladite tette et la profondeur de l'usinage, profondeur déterminée par une butée déplacée par un moteur commandé par la calculatrice. Une exécution particulière de ce dispositif est caractérisée par l'emploi d'un mouvement de galvanomètre à cadre mobile comme générateur de couple variable. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif objet de l'invention, ainsi qu'un balancier, faisant partie du système oscillant destiné à etre équilibré, et ajusté. La fig. 1 est une vue en perspective cavalière du dispositif selon l'invention. La fig. 2 est une vue en plan d'un balancier et la fig. 3 un détail du dispositif de la figure 1. Le balancier 1 est muni de son spiral 2 et est monté définitivement sur le coq 3. Cet ensemble est fixé sur le posage 4 qui comporte le palier inférieur 43 de l'axe avec son centre ld (fig. 3) du balancier 1 ainsi qu'un système 44 mécanique d'entretien des oscillations terminé par un axe de commande 45. Ce posage amovible vient prendre place sur le plateau 5 auquel il est solidarisé grace à des goupilles de positionnement 46. Le plateau 5 tourne sur un arbre 6 et est indexé dans (par exemple) 4 positions verticales au moyen du disque à encoches 7 coopérant avec un levier à galet 8. Sur le plateau 5 est fixé un capteur photoélectrique 9 travaillant en réflexion sur la surface supérieur lb de la serge la du balancier 1, sur laquelle sont gravés deux traits repères 10 et 11 produisant des signaux électriques lors de leur passage dans l'axe optique 9a du capteur 9 et permettant la mesure de la marche et de l'amplitude du balancier 1 par des moyens connus. Le trait repère 10 est orienté de telle sorte qu'il se situe sur l'axe optique 9a lorsque le balancier 1 est au point mort. Le capteur 9 est monté sur un levier 12 escamotable afin de permettre la mise en place aisée du posage 4 sur le plateau 5 auquel est également fixé un générateur de couple 13 en prise avec l'arbre de commande 45 du système d'entretien 44 (Fig. 3). Ce générateur de couple 13 est commandé par le dispositif d'asservissement 14 piloté par les signaux fournis par le capteur 9 et délivrant un signal de correction inversément proportionnel à l'amplitude du balancier 1 de manière à stabiliser cette dernière à une valeur déterminée différente de 2200. Dans l'exemple décrit, la marche est mesurée successivement dans 4 positions verticales indexées par le dispositif 7 - 8. Les signaux du capteur 9 sont envoyés dans les quatre compteurs à mémoire 15-16-17-18 qui enregistrent les marches G1 G2 G3 G correspondant chacune à une position précise du plateau 5. Ces mesures de marche servent à définir au moyen du calculateur 19 les grandeurs et positions des corrections de masse appliquées au balancier 1. Les corrections se font à la serge du balancier 1 par l'effet de fraisage en forme de feuille de sauge usiné par la fraise en bout 20 actionnée par le moteur 21. La fig. 2 montre le balancier 1 de dessous. On a indiqué en pointillés les deux lignes de repère 10 et 11, se trouvant sur la face supérieure lb de la serge du balancier. On reconnatt en particulier les quatres fraisures de correction 36, 37, 39 et 40 avec leurs centres de gravité respectives 36a, 37a, 39a et 40a, se situant sur les lignes 35 et 42 respectivement, lignes passant par le centre de l'axe de balancier ld. Le centre de gravité 33 initial du système balancier-spiral est également représenté, de même que la ligne 38 sur laquelle ce centre de gravité se situe. Le système mécanique d'entretien 44 des oscillations de l'ensemble balancier-spiral est représenté schématiquement à la fig. 3. On voit que le générateur de couple 13 agit par l'intermédiaire d'un accouplement à dents de scie 45a sur l'axe de commande 45 qui elle agit par l'intermédiaire d'un rouage 44 sur une ancre 44a sur le balancier 1. Le rouage 44, l'ancre 44a et le palier inférieur 43 du balancier sont montés sur le posage 4, représenté partiellement. Une première opération comportant deux fraisures 37 et 36 à la section maximum compatible avec les dimensions géométriques du balancier 1 a pour but de laisser subsister un défaut d'équilibre résiduel orienté d'environ 900 par rapport au défaut initial et de réduire l'écart de marche de 90 % environ selon le processus suivant: Le balancier 1 étant arrenté, il est orienté exactement au point mort par l'intermédiaire du ruban d'entrainement 22 monté sur les poulies 23 et 24 qui, par rotation du bras 32 autour de l'axe de la poulie 24, vient s'appuyer tangentiellement sur la face extérieure lc du balancier 1 et tourne sous l'effet du moteur pas à pas 25. La commande d'arrêt de la rotation au point mort est donnée par le passage du trait repère 10 devant le capteur 9. Le moteur pas à pas 25 entrain ensuite le balancier 1 de l'angle correspondant à la position du centre de gravité 33 (Fig. 2) par rapport à l'axe 20a de la fraise 20 auquel est ajouté un dé o calage s de 5 afin de créer un défaut d'équilibre résiduel dans une zone non fraisée. La butée 26 coulissant sur les tiges 27 vient se bloquer contre la goupille 28 et sert d'appui à la surface supérieure lb de la serge la du balancier 1. Le manchon 29 coulisse en sens contraire sur les tiges 27 et s'appuie avec une pression constante contre la surface inférieure lc de la serge la du balancier 1 assurant le maintien de ce dernier pendant le fraisage. La pénétration de la fraise 20 est limitée par la vis 30 dont la position est définie par le moteur pas à pas 31 lui-meme commandé par le calculateur 19. La profondeur de la première fraisure 37 correspond à la correction nécessaire à la mise d'équilibre plus la moitié de la différence entre la correction d'inertie nécessaire pour réduire 1'écart de marche de 90 % et la correction d'équilibre. Après titre libéré des organes de serrage 26 et 29, le balancier 1 est tourné de 1800 sous l'action du moteur pas à pas 25, et est à nouveau bloqué entre la butée 26 et le manchon 29 et subit une deuxième fraisure 36 dont la profondeur correspond à la moitié de la différence de la correction d'inertie pour réduire l'écart de marche de 90 % et la correction d'équilibre. Cette première séquence d'opérations achevée, il reste un défaut d'équilibrage dans une zone située aux environs de 900 de l'axe 35 (Fig. 2) passant par les deux fraisures 36 et 37 (Fig. 2) et la marche montre un retard correspondant approximativement au 10 % du retard initial. La deuxième séquence d'opérations commence par l'enregistrement des marches G5 G G7 G8 dont la moyenne est comparée à celle des marches initiales G1 G2 G3 G4. De cette différence et connaissant exactement la grandeur du moment d'inertie des premiers fraisures, il est possible de calculer le moment d'inertie exact du balancier 1 et de l'introduire dans le calcul des corrections finales d'équilibre et de marche. Ces corrections finales appliquées cette fois avec leurs grandeurs théoriques exactes sont faites selon le même processus que lors de la première séquence mis à part le fait que la surface des fraisures 39 et 40 est réduite d'environ cinq fois par une diminution de la pénétration radiale de la fraise 20, que leur axe 42 n'est pas décalé par rapport à la position angulaire du nouveau centre de gravité (41) du balancier. Ceci ayant pour effet d'augmenter la précision des corrections en réduisant l'influence des tolérances affectant la profondeur des frai sures. Revendications I. Procédé d'équilibrage et d'ajustage de la fréquence d'un système oscillant utilisé en horlogerie composé d'un balancier (1) et d'un spiral (2) accouplés sans mesure préalable, mais provenant de séries telles que, compte tenu des tolérances des moments élastiques des spiraux et des moments d'inertie des balanciers, la marche soit toujours sur le retard, basé sur au moins trois mesures de marche faites en position verticale et effectuées à au moins trois angles bien définis par rapport à la position de repos dudit système oscillant et aboutissant à la modification du moment d'inertie du balancier (1) et à la répartition de sa masse de façon à obtenir finalement une fréquence d'oscillation exacte et la superposition du centre de gravité (33) et du centre de l'axe du système oscillant (Id) caractérisé par deux séquences d'opérations, dont la première comprend les mesures de marche, le calcul de la grandeur et de la position des corrections, l'exécution de ces corrections sous la forme de deux usinages (36, 37) de la serge (la) du balancier (1), de part et d'autre de son axe avec son centre (ld), les centres de gravité (36a, 37a) de ces usinages (36, 37) étant situés dans un plan (35) passant par le centre de l'axe (nid) du balancier, ledit plan (35) étant décalé de quelques degrés par rapport au plan (38) défini par le centre de l'axe (ld) et le centre de gravité (33) du balancier (1), la grandeur des corrections (36, 37) étant telle que leur somme représente entre 70 et 95 % de la correction totale à appliquer au moment d'inertie pour ajuster la marche et leur différence au balourd nécessaire à la correction du défaut d'équilibre; et la seconde séquence d'opérations comprend les mesures de marche, le calcul de la grandeur et de la position des corrections dans lequel il est tenu compte du moment d'inertie réel du balancier (1) déterminé à partir de l'effet des premiers usinages (36, 37) sur la marche, l'exécution de ces corrections sous la forme de deux usinages (39, 40) de la serge (la) du balancer (1) de part et d'autre de son axe, mais de section inférieure à ceux exécutés lors de la première séquence et dont les centres de gravité (39a, 40a) sont situés dans le plan (42) passant par le centre de l'axe (ld) et le nouveau centre de gravité (41) du balancier (1), la grandeur de ces corrections étant telle que leur somme corresponde à la correction du moment d'inertie résiduel et leur différence au balourd nécessaire à la correction du défaut d'équilibre résiduel. II. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I caractérisé par un posage (4) pour tenir le balanciér (1) monté sur son coq (3) en position verticale, ledit posage (4) prenant place sur un plateau (5) pouvant tourner en au moins trois positions verticales par le moyen d'un disque à encoches (7) coopérant avec un levier à galet (8); par un moyen de faire osciller le système balancier-spiral à une amplitude déterminée et constante composé d'un générateur de couple (13) piloté par les signaux fournis par deux traits repères (10, 11) marqués sur la serge (la) du balancier (1) dont le passage à une position fixe est détecté par un moyen optoélectronique (9); par une calculatrice (19) permettant sur la base des mesures mises en mémoire des marches dans lesdites positions de calculer la grandeur et la position des corrections à effectuer au moment d'inertie du balancier; par un moyen de positionnement (22) de la serge (la) du balancier (1) face à la tete d'usinage (20) commandé par la calculatrice (19), par un moyen de soutien (26) de la serge (la) du balancier (1) pendant l'usinage, par une tette d'usinage (20) effectuant des enlèvements de matière (36, 37; 39, 40) dont le volume est déterminé à la fois par la forme de ladite tête (20) et la profondeur de l'usinage, profondeur déterminée par une butée (30) déplacée par un moteur (31) commandé par la calculatrice (19). III. Dispositif selon la revendication II caractérisé par l'emploi d'un mouvement galvanomètre à cadre mobile comme générateur de couple (13) variable.