Brevet FR2591741A1 — publié le 19870619

=1 PROCEDE DE MESURE DE LA DIRECTION DES VIBRATIONS MECANIQUES La présente invention se rapporte à des moyens de mesure des gran- deurs mécaniques par un procédé optique et, tout particulièrement, elle concerne des procédés de mesure de la direction des vibrations mécaniques. La présente invention peut servir à mesurer et contrôler les paramè- tres de vibration lors des études et des réglages des machines vibrantes utilisées pour compacter le sol et des matériaux visqueux; pour enfoncer des pieux, transporter, laver, déshydrater, séparer par ordre de granula- tion et de masse des matériaux pulvérulents, procéder a un usinage et assurer d'autres processus technologiques. L'invention est également applicable aux vibromoteurs, aux outils vibrants, aux bancs de vibrations et au matériel de laboratoire destiné à la préparation des échantillons. On connalt actuellement un procédé de mesure de la direction des vibrations mécaniques qui consiste à fixer sur un objet vibrant une aiguil- le suspendue à un ressort, afin que cette aiguille trace la trajectoire des vibrations de l'objet vibrant sur une plaque de verre munie d'un revêtement et mise en place et immobilisée sur une ligne de base qui sert de ligne de référence lorsqu'on fait le relevé des angles. L'angle que fait la droite passant par les points extrêmes les plus éloignés de la trajectoire, avec la ligne de base, caractérise la direction des vibrations, cet angle étant mesuré à l'aide d'un goniomètre. Le procédé décrit ci-dessus, se révèle être d'une faible précision du fait des erreurs de mise en oeuvre du goniomètre par rapport à la ligne de base. Cette faible précision est également due à la dimension réduite de la base de mesure utilisée entre les points extrêmes de la trajectoire, et aux erreurs intervenant dans la définition des points extrêmes lorsque les vibrations sont elliptiques. L'erreur totale atteint alors + 6 . Un autre inconvénient réside dans le fait que ce procédé de mesure exige une main d'oeuvre importante en raison des difficultés qui apparaissent lorsqu'il faut fixer l'aiguille sur l'objet et mettre en place le verre sur le pied de support. En raison des inconvénients qui viennent d'être indiqués, l'applica- tion de ce procédé ne permet pas de réaliser de façon rapide et efficace un contrOle périodique de la direction des vibrations mécaniques, cette direction constituant l'un des principaux paramètres des machines vibran- tes, ni de régler avec une précision suffisante une machine vibrante afin qu'elle puisse fonctionner selon un régime optimal sur le plan technique en tenant compte de ce paramètre. La présente invention a pour but de créer un procédé de mesure de la direction des vibrations mécaniques dans lequel, grâce à l'effet strobosco- pique, l'observation visuelle des points d'un objet qui vibre se présente sous la forme de figures ou lignes figées, mettant en évidence leur disposi- tion réciproque, permettrait de régler de façon précise les paramètres de vibration d'une machine vibrante, en vue d'obtenir pour cette machine un régime de fonctionnement optimal en fonction des propriétés et de la quantité des matériaux à traiter. L'objet de la présente invention consiste dans le fait que, dans le procédé de mesure de la direction des vibrations mécaniques des machines vibrantes, selon l'invention, on trace sur la surface d'un objet destiné à vibrer un ensemble de points qui, tout en se trouvant sur un arc de cercle de rayon donné et répartis selon un pas sensiblement constant compris entre 1,2 et 1,8 fois l'amplitude des vibrations mécaniques, constitue une échelle circulaire et, lors de leur déplacement à la surface de l'objet vibrant, forment de façon visible, en fonction de la forme de la trajectoi- re des vibrations mécaniques, des segments de droite ou des figures sensi- blement identiques, figés par stroboscopie, on repère visuellement soit un groupe de segments de droite contigus formant entre eux la moindre épais- seur radiale, soit un groupe de figures à recouvrement maximum, le groupe de segments de droite ou de figures présentant un axe de symétrie disposé radialement, on définit le numéro d'ordre d'un ou deux segments de droite ou d'une ou deux figures qui sont traversés par l'axe de symétrie, et l'on procède à la mesure de la direction des vibrations mécaniques en indiquant l'angle qui correspond audit numéro d'ordre sur l'échelle circulaire. Dans le procédé de mesure de la direction des vibrations mécaniques des machines vibrantes, lorsqu'on mesure une direction des vibrations mécaniques qui est sensiblement égale à 90 , il est avantageux que, par rapport à la ligne de base, choisie d'avance et passant par le centre du cercle de l'échelle circulaire, l'échelle circulaire soit disposée de manière telle qu'au moins deux points extrêmes parmi les points formant les divisions de l'échelle, se trouvent places par rapport aux autres points, au-delà de ladite ligne de base. Le procédé de mesure de la direction des vibrations mécaniques, objet de la présente invention, permet de réaliser des mesures rapides et très précises. D'autres buts, avantages ou caractéristiques de l'invention apparat- tront à la lecture de la description de divers modes de réalisation, faite à titre non limitatif et en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente un ensemble de points qui sont répartis régulièrement sur un arc de cercle, en formant une échelle circulaire, et qui portent un numéro d'ordre et une indication d'angle en degrés, selon l'invention; la figure 2 représente un ensemble de segments de droite qui se forment à partir des points précédents lorsque les vibrations de l'objet sont rectilignes, selon l'inven- tion; - la figure 3 représente un ensemble d'ellipses qui se forment à partir des points précédents lorsque les vibrations de l'objet sont elliptiques, selon l'invention. Le procédé de mesure de la direction des vibrations mécaniques, utilisé pour l'étude et le réglage des machines vibrantes en vue de mesurer et de contrôler des paramètres de vibration, consiste en ce qui suit. On porte sur la surface d'un objet vibrant un ensemble de points 1 (figure 1) qui sont répartis sur un arc de cercle de rayon donné selon un pas h sensiblement constant compris entre 1,2 et 1,8 fois l'amplitude des vibrations mécaniques, et qui forment une échelle circulaire. On obtient le rayon du cercle en divisant par v le produit du pas h multiplié par le nombre de divisions de l'échelle (qui correspond au nombre de points 1). L'échelle comporte une ligne de base 2 qui, dans cette variante d'exécution, passe par le centre 3 du cercle, ainsi que par deux points complémentaires 4. Lors de leur déplacement avec l'objet en vibration et en fonction de la forme de la trajectoire des vibrations mécaniques, les points 1 forment (figure 2) des segments de droite 5 d'égale longueur et figés par strobos- copie, et lorsque les vibrations sont elliptiques, les points 1 forment des 259174 1 figures 6 en forme d'ellipses et qui seront dénommées ellipses dans la suite de l'exposé. L'échelle formée par les points I (figure 1) est portée, par exemple, sur une carte ou une plaque que l'on fixe sur l'objet vibrant. On réalise une carte avec une échelle analogique et on attribue à chaque point I de cette échelle un numéro d'ordre. Il est avantageux que le numéro d'ordre augmente en passant des extrémités de l'échelle vers son centre, comme on le voit sur la figure 1, c'est-à-dire du premier au vingtième numéro. La même échelle reçoit la désignation en degrés de chacun des points 1 représentant les divisions de l'échelle, le marquage se faisant à partir de la ligne de base 2, par exemple de 90 A l'une des extrémités de l'échelle à 0c au centre de l'échelle et de g900 à 180 à l'autre extrémité de ladite échelle. Quand les vibrations sont rectilignes, on repère visuellement un groupe 7 (figure 2) de segments de droite contigus 5 qui forment entre eux la moindre épaisseur radiale, ce groupe ayant un axe de symétrie radiale 8, représenté par une flèche. Il est facile de définir la position de l'axe de symétrie 8 en tenant compte de la longueur de recouvrement des segments de droite contigus 5 faisant partie du groupe 7. La figure 2 fait apparaître que l'axe de symétrie 8 passe sensiblement au centre de deux segments de droite 5 confondus en un seul par superposition. On détermine le numéro d'ordre de ces deux segments de droite 5 superposes, la lecture de l'échelle se faisant à partir de l'extrémité la plus proche, et on obtient la direction des vibrations mécaniques en mesurant sur l'échelle circulaire l'angle qui correspond au numéro d'ordre. La direction des vibrations mécaniques se définit comme étant l'angle + d'inclinaison des segments de droite 5 par rapport à la ligne de base 2 (figure 1). Comme il ressort de la figure 1, les segments de droite 5 qui se superposent (figure 2), portent les numéros d'ordre huit et neuf et la direction des vibrations mécaniques correspond à l'angle + = 620301'. Dans ce cas l'erreur de mesure se chiffre à +1 15', c'est-a-dire 1/4 de la division de l'échelle. Lorsque les vibrations mécaniques sont elliptiques, on repère visuel- lement le groupe 9 (figure 3) d'ellipses 6 contiguës à recouvrement maximum dont l'axe de symétrie, indiqué par la flèche 10, est disposé radialement. On peut définir sans difficulté la position de l'axe de symétrie 10 en se servant des contours, formés par les parties superposées des ellipses 6 contiguës dans le groupe 9. La figure 3 fait apparaître que l'axe de symétrie 10 passe par les ellipses 6 dont les numéros d'ordre sont huit et neuf; la direction des vibrations mécaniques est déterminAe comme indiqué ci-dessus et, là aussi, elle est égale à 62030' +1 15'. On prend de préférence comme intervalle ou "pas" entre les points, une valeur égale à la moitié du grand axe de l'ellipse. Quand on détermine une direction des vibrations mécaniques qui est égale à peu près à 900 , les points 1 (figure 1) se placent par rapport à la ligne de base 2 de façon telle qu'au moins deux points extrêmes parmi les points 1 formant les divisions de l'échelle (les numéros d'ordre de ces points extrêmes sont 1, si l'on compte à partir de l'extrémité gauche, et 1 et 2 si l'on compte à partir de l'extrémité de droite), soient disposés au-delà de la ligne de base 2 par rapport aux autres points 1. Par ail- leurs, le groupe 7 (figure 2) et le groupe 9 (figure 3) comportent respec- tivement les segments de droite 5 (figure 2) et les ellipses 6 (figure 3), formés lors des vibrations desdits points, tandis que l'axe de symétrie 8 (figure 2), 10 (figure 3) est proche de la ligne de base 2 (figure 1) choisie. Il est avantageux de choisir l'intervalle de l'échelle dans la gamme comprise entre 5 et 2,5 . Si l'intervalle de l'échelle est inférieur à 2, 5 , il se peut que l'erreur de mesure ne diminue pas du fait des difficultés rencontrées pour définir la symétrie des segments de droite ou des ellipses, disposés par paires. Le procédé de mesure de la direction des vibrations mécaniques consiste à déterminer sur l'échelle circulaire le point de croisement entre l'arc de cercle et la ligne figurant la direction des vibrations. Ce point de croisement est déterminé visuellement d'après la position de l'axe de symétrie des paires de segments de droite et des paires d'ellipses se recouvrant également et qui passe radialement par le point de croisement tout en étant perpendiculaire à la direction des vibrations. La précision avec laquelle on détermine la position de l'axe de symétrie, conditionne la précision de la mesure de la direction des vibrations mécaniques. Pour la ligne de base 2 (figure 1), il s'est révélé avantageux dans les variantes de réalisation présentées ci-dessus, de choisir soit une ligne horizontale soit une ligne sensiblement parallèle à la surface d'actionnement de la machine vibrante. 259 1741 Le procédé de mesure de la direction des vibrations mécaniques, conforme à la présente invention, permet des mesures d'une bonne précision, étant donné que dans ce cas il n'est pas nécessaire d'utiliser un goniomé- tre qui induit des erreurs quand on l'utilise pour des points très proches les uns des autres, surtout lors des oscillations elliptiques quand ces points ne sont pas évidents. Avec ce procédé l'erreur de mesure Ae égale à +1 15', est toujours la même, qu'il s'agisse de vibrations elliptiques ou de vibrations rectilignes. Le procédé, selon l'invention, est relativement rapide; ainsi on a constaté, par exemple, que les mesures sur un objet ne durent approxima- tivement qu'une minute. Pour pouvoir faire par la suite une analyse et disposer pour cela d'un document adéquat il est facile de prendre des photos des vibrations. Le procédé est simple et ne demande à un opérateur ni savoir faire particulier, ni qualification spéciale; il est réalisé sans aucune opération préparatoire spéciale et sans avoir recours à des appareils et dispositifs particuliers Une carte de contrôle munie d'une échelle et fixée à demeure sur la machine vibrante servira pendant longtemps à réaliser les contrôles ou diagnostics périodiques des vibrations subies par la machine. Les résultats des mesures, obtenus rapidement et avec une précision élevée, permettent de modifier à tout moment les paramètres de vibrations, en effectuant des réglages plus fins en vue de faire fonctionner une machine vibrante au voisinage de son régime optimal en fonction, par exemple, des propriétés et des dimensions des particules de matériaux pulvérulents traités par cette machine vibrante. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de mesure des vibrations mécaniques des machines vibran- tes, caractérisé en ce que l'on trace sur la surface d'un objet destiné à vibrer un ensemble de points (1) qui, tout en se trouvant sur un arc de cercle de rayon donné et répartis selon un pas sensiblement constant, compris entre 1,2 et 1,8 fois l'amplitude des vibrations mécaniques, i constituent une échelle circulaire et, lors de leur déplacement à la surface de l'objet vibrant, forment de façon visible, en fonction de la forme de la trajectoire des vibrations mécaniques, des segments de droi- te (5) ou des figures (6) sensiblement identiques et par stroboscopie, on repère visuellement soit un groupe (7) de segments de droite contigus (5), formant entre eux la moindre épaisseur radiale, soit un groupe (9) de figures (6) à recouvrement maximum, ledit groupe présentant un axe de symétrie (8, 10) disposé radialement, on définit le numéro d'ordre soit d'un ou deux segments de droite (5) soit respectivement d'une ou deux figures (6) qui sont traversés par l'axe de symétrie (8, 10) et l'on procède à la mesure de la direction des vibrations mécaniques en indiquant l'angle + qui correspond audit numéro d'ordre sur l'échelle circulaire. 2.- Procédé de mesure de la direction des vibrations mécaniques selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de la mesure d'une direc- tion des vibrations mécaniques qui est sensiblement à 90 , l'échelle circulaire est disposée, par rapport à la ligne de base (2) choisie d'avance et passant par le centre (3) du cercle de l'échelle circulaire, de manière telle qu'au moins deux points extrêmes parmi les points (1), formant les divisions de l'échelle circulaire, se trouvent placés par rapport aux autres points (1), au-delà de ladite ligne de base (2).