Brevet FR2277334A1 — publié le 19760130

La présente invention concerne un procédé permettant d'ajuster automatiquement la longueur d'un barreau métallique, notamment ferromagnétique, pour obtenir une fréquence de vibration souhaitée, et elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. De tels barreaux vibrant mécaniquement sont utilisés notamment dans des oscillateurs ou des filtres de fréquence électromécaniques. On sait qu'un barreau ferromagnétique libre possède des fréquences de vibration mécanique parfaitement définies et formant une suite infinie de valeurs discrètes f1, 2 ...fn. Si n = 1 on aura la vibration fondamentale et le barreau vibrera en demi-onde, si n = 2 on aura l'harmonique d'ordre deux et le barreau vibrera en onde entière, et ainsi de suite pour n'importe quelle valeur de n. La fréquence de vibration du barreau dépend de ses paramètres géométriques et notamment de sa longueur lorsque le diamètre est faible par rapport à ladite longueur. Plus précisément, la fréquence de vibration est inversement proportionnelle à la longueur du barreau. Par conséquent, jusqu'ici pour obtenir une fréquence de vibration souhaitée, on calcule la longueur correspondante du barreau, on réalise une ébauche de dimensions approximatives puis on modifie la longueur par retouches successives, en mesurant la fréquence de vibration du barreau après chaque opération. Pour mesurer la fréquence on utilise habituellement le phénomène de magnétostriction et plus précisément l'effet direct appelé effet Joule longitudinal, suivant lequel toute application d'un champ magnétique ou variation du champ appliqué à un barreau ferromagnétique se traduit par une variation de longueur, ctest-à- dire une onde longitudinale de pression. Cet effet est utilisé notamment pour la production de sons ou d'ultrasons. Le barreau dont on souhaite mesurer la fréquence de vibration est soumis à un champ magnétique modulé avec une fréquen ce f variable. Par effet Joule le barreau se met à vibrer longitudinalement à la fréquence f. Lorsque cette fréquence f tend à coincider avec l'une des fréquences de vibration propres du barreau, on assiste à un phénomène de résonance et l'amplitude de vibration du barreau prend des valeurs beaucoup plus fortes (de 100 à 1000 fois) que celles dues à l'effet Joule. La valeur f du champ alternatif superposé donne alors la valeur de la fré quence mesurée. Si cette valeur ne correspond pas à la valeur souhaitée, la longueur du barreau doit de nouveau être modifiée et le processus de mesure est répété. Par conséquent, ce processus d'ajustage de la longueur d'un barreau est long, fastidieux et délicat en raison des difficultés rencontrées pour déceler de façon précise le phénomène de résonance. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients en fournissant un procédé permettant d'ajuster la longueur d'un barreau de façon à obtenir une fréquence de vibration souhaitée avec un contrôle permanent de la fréquence, de façon à arrêter automatiquement l'usinage du barreau lorsque la fréquence souhaitée est atteinte. Ce procédé permet donc de ne réaliser qu'une seule opération d'ajustage de la longueur du barreau et d'éviter les mesures de fréquence longues et délicates nécessaires jusqutici. Le procédé d'ajustage de la longueur d'un barreau ferromagnétique suivant l'invention est aussi basé sur le phénomène de magnétostriction mais utilise l'effet inverse de l'effet Joule longitudinal, à savoir l'effet Villari suivant lequel toute modification de la longueur naturelle d'un barreau ferromagnétique provoque l'aimantation de ce dernier. Cet effet est utilisé notamment pour la réception et la détection d'ultrasons. Dans ce cas, le barreau est placé dans un solénoïde ; l'onde de pression accompagnant l'onde ultrasonore exerce une traction alternative dont l'amplitude est égale à celle de l'onde de pression. En réponse aux variations de longueur résultantes, le barreau acquiert une aimantation alternative qui induit une tension alternative de meme fréquence dans le solénorde entourant le barreau. Pour ajuster la longueur d'un barreau ferromagnétique à l'état d'ébauche de façon à obtenir une fréquence de vibration souhaitée, le procédé suivant l'invention utilise cet effet d'une manière différente par le fait qu'il consiste à placer le barreau ferromagnétique en suspension libre dans un champ magnétique constant, à faire agir sur une de ses extrémités un outil enlevant de la matière, à détecter la fréquence de vibration du barreau résultant de l'action de l'outil, à comparer ladite fréquence de vibration à la valeur souhaitée, et à supprimer l'action de l'outil lorsque la fréquence de vibration devient égale à la valeur souhaitée. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, comporte un cylindre isolant vertical au centre duquel le barreau est maintenu en suspension libre et sur lequel est monté un solénoïde aux bornes duquel est détectée la fréquence de vibration du barreau, un outil d'abrasion, notamment une meule tournant dans un plan horizontal, disposé au voisinage de 1 'extrémité supérieure dudit cylindre, et un amplificateur sélectif branché aux bornes du solénoïde et alimentant un dispositif commandant l'interaction entre l'outil et 1'extrémité du barreau. Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, le dispositif commandant l'interaction entre l'outil et le barreau est un dispositif pneumatique qui applique au barreau une force possédant une première valeur élevée, maintenant ledit barreau dans une position haute dans laquelle il vient en contact avec l'outil, lorsque l'amplificateur fournit un signal de sortie inférieur à une valeur de seuil prédéterminée, et une seconde valeur faible, maintenant le barreau dans une position basse dans laquelle il est écarté de l'outil, lorsque l'amplificateur fournit un signal de sortie supérieur à ladite valeur de seuil. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un mode d'exécution particulier donné à titre d'exemple et représenté au dessin annexé dans lequel la figure unique est un schéma de principe d'une forme de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. On va d'abord décrire le dispositif, représenté schématiquement dans la figure, permettant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Le barreau 1 dont la longueur doit entre ajustée est disposé dans un cylindre isolant vertical 2 à l'intérieur duquel il peut coulisser sans frottement. Au-dessus de ce cylindre 2 est disposé l'outil 3 utilisé pour modifier la longueur du barreau. On utilise ici une meule tournante 3 montée sur l'arbre de sortie d'un moteur 4 tournant à vitesse oxwRaste. Dans une variante, on peut remplacer la meule par une surface lisse. La force maintenant le barreau 1 en suspension ou l'appliquant contre la surface abrasive de la meule 3 est fournie par un dispositif pneumatique comportant essentiellement une source d'air comprimé 6, dont le débit et la pression sont constants et peuvent être réglés à une valeur souhaitée, et un bloc de distribution 5 communiquant d'une part avec la source d'air comprimé 6 et d'autre part avec un système d'échappement débouchant dans l'atmosphère. Ce bloc de distribution 5 est monté sur la partie inférieure du cylindre isolant 2 par l'intermédiaire d'un élément de raccordement 7, comportant une cavité circulaire 8 dans laquelle débouche l'extrémité inférieure du cylindre isolant 2 et l'extrémité supérieure d'un ajutage central 9 et d'un ajutage latéral 10, tous deux ménagés dans le bloc de distribution 5.L'aJutage central 9 est vertical et aligné avec le centre du cylindre isolant 2, et se trouve de ce fait directement sous le barreau 1. L'ajutage latéral 10 est incliné latéralement et débouche sur la face supérieure du bloc 5 sur un côté de l'ajutage central 9. Les ajutages central et latéral 9 et 10 servent respectivement à l'arrivée et à l'échappement de l'air comprimé en provenance de la source 6. L'extrémité inférieure de l'ajutage central 9 débouche dans une cavité centrale Il au fond de laquelle est disposé un support 12 empêchant le barreau de tomber transversalement, en maintenant son extrémité supérieure engagée dans l'ajutage central, lorsque le barreau se trouve en position basse. Cette cavité centrale Il communique d'une part avec une première cavité latérale 13, par l'intermédiaire du conduit 14, et d'autre part avec un conduit 15 lui-même raccordé à une première conduite d'échappement 16 comportant un régulateur de débit 37. La cavité latérale 13 contient un dispositif de réglage de débit 18, représenté ici par une vis à pointeau, et communique, par l'intermédiaire d'un conduit 19, avec une conduite d'amenée 20 de l'air comprimé. L'ajutage latéral 10 communique, à son extrémité inférieure, avec une seconde cavité latérale 21 contenant un dispositif de réglage de débit 22 représenté par une vis à pointeau, qui communique avec une conduite 23 elle-même raccordée à une seconde conduite d'échappement 17. L'admission d'air comprimé se fait à partir de la source haute-pression 6, par l'intermédiaire d'une électrovanne 30 normalement ouverte à la sortie de laquelle est branché un filtre 31. La mise en marche et l'arrêt de l'ensemble du disposi tif se font par 1'intermédiaire de la connexion 30', représentée en pointillés, qui est en série avec un bouton marche-arrêt. Le filtre 31 est relié à un régulateur de pression 32, lui-même suivi d'un régulateur de débit 33. La pression existant dans la conduite d'amenée 20 est contrôlée par un manomètre 34. L'échappement se fait par l'intermédiaire d'une seconde électrovanne 35, normalement fermée, commandée de façon sélective comme on le verra ci-après, à laquelle aboutit une conduite d'échappement 36 formée par la réunion des conduites d'échappement 16 et 17. Un solénovde 40 disposé autour du cylindre isolant 2, dont l'alimentation n'est pas représentée, crée un champ magnétique constant autour du barreau 1. A ce champ magnétique constant se superpose le champ magnétique alternatif créé par la vibration du barreau lorsqu'il est en contact avec l'outil. Les bornes de sortie 41, 42 du solénoïde 40 sont raccordées aux entrées d'un amplificateur 43 dont la bande passante très étroite est centrée sur la fréquence que l'on souhaite obtenir. Cet amplificateur 43 est suivi d'un filtre passe-bande 44. Le signal de sortie du filtre 44 est appliqué à une entrée 45 d'un comparateur 48 dont l'autre entrée 46 reçoit un signal de référence fourni par une source de référence 47. Le signal de sortie du comparateur 48, apparaissant sur le conducteur 49, est utilisé pour la commande de la seconde électrovanne 35. Le dispositif comporte en outre des moyens de chargement du barreau, à sa longueur naturelle initiale, et de déchargement du barreau, à sa longueur finale, qui ne font pas partie de l'invention et qui ne seront pas décrits. Ayant décrit la structure du dispositif de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on va maintenant décrire son fonctionnement. Le barreau 1 dans le tube isolant 2 est soumis, à son extrémité inférieure, à une force de compression constante nécessaire et suffisante pour le maintenir appuyé contre la surface abrasive. L'intensité de cette forcé, due à l'air sous pression admis dans la cavité centrale 11, et appliqué sur l'extrémité inférieure du barreau par l'intermédiaire de l'ajutage central 9, est réglée au moyen des différents dispositifs de réglage 3?, 33, de la conduite d'amenée 20 et de la vis à pointeau 18. Sur 1 'extrémité supérieure du barreau 1, chaque grain abrasif de la meule, tant que le barreau est en contact avec celle-ci, exerce une force de pression que l'on peut admettre constante. Cependant, la composition de toutes ces forces individuelles donne une force résultante aléatoire qui varie suivant la composition du barreau. Du fait de cette force aléatoire, le barreau vibre sur un quelconque des multiples ou sous-multiples de la fréquence propre du barreau pour lequel apparat un noeud de vibration sur ladite extrémité du barreau. La fréquence de vibration varie en même temps que la longueur et de façon inversement proportionnelle. La vibration mécanique du barreau provoque une aimantation alternative de celui-ci, aimantation qui induit une tension alternative de même fréquence aux bornes du solénoïde 40 disposé sur le cylindre isolant 2. Lorsque cette fréquence, qui croit au fur et à mesure que la longueur du barreau diminue, atteint la valeur de seuil inférieur de l'amplificateur 43, celui-ci fournit un signal de sortie qui est transmis au filtre passe-bande 44 puis est appliqué sur l'entrée 45 du comparateur 48. Ce comparateur 48 reçoit d'autre part, sur sa borne 46, un signal de référence correspondant à la fréquence de vibration souhaitée. Tant que la fréquence de vibration reste inférieure à la valeur souhaitée, le signal appliqué sur la borne 45 reste inférieur à la valeur de seuil prédéterminée par la. source de référence 47 et le comparateur 48 ne fournit aucun signal de sortie sur la ligne 49. L'électrovanne 35 n'est donc pas commandée et reste fermée.Par conséquent, l'air comprimé arrivant par la conduite 20 ne peut pas s'échapper et continue à agir sur l'extrémité inférieure du barreau pour le maintenir en contact avec la surface abrasive. Dès que la fréquence de vibration devient égale ou supérieure à la valeur souhaitée, le signal de sortie du comparateur 48 n'est plus nul et commande l'ouverture de l!électrovanne 35. L'ouverturede cette électrovanne fait communiquer la conduite d'échappement 36 avec l'atmosphère. il en résulte une diminution importante de la force agissant sur l'extrémité inférieure du barreau puisque l'air sous pression peut maintenant s'échapper d'une part par l'ajutage latéral 10, la cavité latérale 21 et la conduite 17 et d'autre part par la cavité centrale 11, la conduite 15 et la conduite 16. Le barreau 1 passe donc dans une position basse pour laquelle il n'est plus en contact avec la surface abrasive. Dans une variante, non représentée, la force pneumatique à deux niveaux permettant de maintenir le barreau dans une position haute ou une position basse peut être obtenue en commandant ltélectrovanne d'admission 30 au moyen du signal de sortie du comparateur 9, de façon qu'elle applique une pression maintenant le barreau en position haute en l'absence de signal à la sortie du comparateur, et supprimant ladite pression à 1 'appari- tion d'un signal à la sortie du comparateur, de façon que le barreau passe en position basse, l'échappement se faisant à la pression atmosphérique ou non. Le procédé suivant l'invention permet donc un ajustage automatique simple de la longueur d'un barreau ferromagnétique pour obtenir une fréquence de vibration souhaitée. La fréquence de vibration du barreau correspond d'autant mieux à la valeur souhaitée que la bande passante de l'amplificateur sélectif est étroite. En outre, une bande passante étroite permet d'éviter qu'interviennent. dans la réponse de l'amplifica- teur les fréquences de vibration des autres modes de vibration possibles, à des fréquences qui sont des multiples de la fréquence centrale de la bande amplifiée. On obtient de ce fait un bon rapport signal-bruit, de l'ordre de 10, qui est suffisant en pratique. A titre d'exemple, non limitatif, le barreau ferromagnétique se présente sous la forme d'un cylindre possédant un diamètre de 4,5 mm et une longueur de 19 mm. La pression de la source d'air comprimé est égale à 2 Bars et l'échappement se fait à la pression atmosphérique. L'écart entre l'extrémité inférieure du tube .isolant et la face supérieure du bloc de distribution est de l'ordre de 1 mm. D'autre part, le jeu entre le barreau et le tube isolant est de l'ordre de 5/100 mm. Ce jeu peut être plus important si on le désire, sans toutefois excéder 0,2 mm. La vitesse de rotation du support de la meule et le diamètre de celui-ci doivent être réglés de façon que la vitesse de la meule au niveau du barreau soit comprise entre 1 m/s et 25 m/s, de préférence 23 m/s. Enfin, la bande passante à 3 db de l'amplificateur dépend de la précision souhaitée pour le réglage de la fréquence et correspond de préférence à 0,01% de la valeur de la fréquence souhaitée. Le procédé et le dispositif suivant l'invention permet tent la mise en évidence, et l'ajustage correspondant de la longueur du barreau, d'une fréquence quelconque de vibration par réglage de la fréquence centrale de la bande passante de l'amplificateur sélectif. Bien que l'invention ait été décritè à l'aide d'une forme de réalisation particulière, on comprendra que lton peut y apporter différentes modifications sans sortir du cadre de cette invention. On peut par exemple prévoir un échappement qui ne s'effectuerait pas à la pression atmosphérique ou modifier la structure du bloc de distribution du moment qu'il permet l'application d'une force à deux niveaux appropriée sur l'extrémité inférieure du barreau. REVENDICATIONS 1. Procédé pour ajuster la longueur d'un barreau métallique, notamment ferromagnétique, à l'état d'ébauche, de façon à obtenir une fréquence de vibration de valeur souhaitée, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer le barreau en suspension libre dans un champ magnétique constant, à faire agir sur une de ses extrémités un outil enlevant de la matière, à détecter la fréquence de vibration du barreau résultant de l'action de l'outil, à comparer ladite fréquence de vibration à la valeur souhaitée, et à supprimer l'action de l'outil lorsque la fréquence de vibration devient égale à la valeur souhaitée. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un cylindre isolant vertical au centre duquel le barreau est maintenu en suspension libre et sur lequel est monté un solénoTde aux bornes duquel est détectée la fréquence de vibration du barreau, un outil d'abrasion, notamment une meule tournant dans un plan horizontal, disposé au voisinage de l'extrémité supérieure dudit cylindre, et un amplificateur sélectif branché aux bornes du solé noide et alimentant un dispositif commandant l'interaction entre l'outil et ltextrémitd du barreau. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif commandant l'interaction entre l'outil et le barreau est un dispositif pneumatique qui applique au barreau une force possédant une première valeur élevée, maintenant ledit barreau dans une position haute dans laquelle il vient en contact avec l'outil, lorsque l'amplificateur fournit un signal de sortie inférieur à une valeur de seuil prédéterminée, et une seconde valeur faible, maintenant le barreau dans une position basse dans laquelle il est écarté de l'outil, lorsque l'amplificateur fournit un signal de sortie égal ou supérieur à ladite valeur de seuil. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit dispositif pneumatique comporte une source d'air comprimé, à débit et pression constants et réglables, et un bloc de distribution, raccordé à la partie inférieure du cylindre isolant contenant le barreau, et comportant un ajutage central d'arrivée d'air et un ajutage latéral d'échappement dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par le signal de sortie de l'amplificateur, par l'intermédiaire d'un comparateur, ledit ajutage d'échappement étant fermé lorsque le signal de sortie de l'amplificateur est inférieur à la valeur de seuil prédéterminée, et ouvert lorsque ce signal de sortie est égal ou supérieur à ladite valeur de seuil. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le cylindre isolant et le bloc de distribution sont réunis par l'intermédiaire d'un élément de raccordement comportant une cavité intérieure, de préférence circulaire, dans laquelle débouchent directement l'extrémité inférieure du cylindre isolant et l'extrémité supérieure de l'ajutage central et de l'ajutage latéral, l'extrémité inférieure de l'aJutage central débouchant dans une cavité centrale, ménagée dans le bloc de distribution, qui communique d'une part avec une première cavité latérale raccordée à la source d'air comprimé à pression constante et contenant un dispositif de réglage du débit, et d'autre part avec le système d'échappement, alors que l'extrémité inférieure de l'ajutage latéral débouche dans une seconde cavité latérale, ménagée dans le bloc de distribution, qui communique avec le système d'échappement et contient un dispositif de réglage de débit. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les dispositifs de réglage du débit sont constitués par des vis à pointeau. 7. Dispositif suivant les revendications 2 à 6 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que le solénoïde est monté sur la partie supérieure du cylindre isolant, dans une position correspondant à la position haute du barreau, et que l'ajutage latéral débouche dans une position qui définit la position basse du barreau.