Brevet FR2608275A1 — publié le 19880617

PROCEDE DE MESURE DE L'AMPLITUDE DES VIBRATIONS MECANIQUES L'invention se rapporte aux moyens de mesure de paramètres mécaniques par un procédé optique et concerne plus particulièrement des procédés de S mesure de l'amplitude des vibrations mécaniques. L'invention peut être appliquée à la mesure et au contrôle des paramètres des vibrations lors des études et des réglages des machines vibrantes utilisées pour le compactage du sol et des matières visqueuses, pour l'enfoncement des pieux, le transport, le lavage, la déshydratation, le triage des matières pulvérulentes en fonction de la granulation et de la masse; les machines vibrantes et l'outillage de mise en vibration, ainsi qu'à d'autres processus techniques analogues. Les appareils électroniques connus, destinés par exemple à la mesure des amplitudes des irrégularités superficielles d'une route, demandent des aires d'appui pour supporter les accéleromètres et permettre leur étalon- nage et nécessitent un opérateur qualifie. Pour cette raison, leur utilisa- tion dans des conditions d'exploitation sévères n'est pas rationnelle. L'erreur de mesure est de l'ordre de + 10% (voir, par exemple, le catalogue de la Société "Schenck", Vibroport. RFA). On connalt un procédé de mesure des amplitudes des vibrations à l'aide de l'appareil dit "vibrographe", du type indicateur à action méca- nique de leviers et à enregistrement sur papier graphique (voir, par exemple, "Pribory i sistemy dlya ismerenia vibratsii, shuma i udara", ("Les appareils et les systèmes pour la mesure des vibrations, du bruit et des chocs"), Mémento, volume 1, Moscou, Mashinostroenie, 1978, page 439). La mesure au vibrographe exige que l'on fixe sur le corps de la machine vibrante des aires d'appui perpendiculaires aux directions principales des vibrations. L'imprécision du montage des aires d'appui (surtout dans le cas o les trajectoires des vibrations sont elliptiques), la présence d'une composante parasite à basse fréquence sur les vibrations de la machine et sur les mains de l'opérateur, ainsi que l'erreur de mesure conduisent à une importante erreur globale pouvant aller jusqu'à + 25%. Le procédé connu le plus proche de celui revendiqué consiste à porter sur la surface extérieure du corps de la machine vibrante une marque sous la forme "d'un coin de mesure". Cette marque crie au cours du mouvement plan et parallèle de la machine vibrante, grâce à l'effet stroboscopique de perception visuelle, une figure ou une image formée par les positions extrêmes du coin (voir, par exemple, Ju.N. Iorish Vibrometria (Vibrométrie) Moscou, 1963, page 469). L'amplitude des vibrations est déterminée par le repérage des positions extrêmes du coin à l'aide d'un étalonnage préalable. Le procédé de détermination des amplitudes au moyen d'un coin de mesure est' simple et rapide. Cependant, il ne permet de mesurer que les vibrations de forme rectiligne. Son autre inconvénient important réside dans la précision insuffisante de la mesure par suite du manque de netteté (flou) du point limite des contours disposés sous l'angle aigu du coin et dans le fait que le coin n'est pas disposé perpendiculairement à la direc- tion des vibrations. Cela aboutit à une erreur relative de + 15% et diminue l'efficacité du réglage de la machine vibrante pour le régime de fonction- nement optimal. L'invention a pour but de créer un procédé de mesure de l'amplitude des vibrations mécaniques qui assurerait, grâce au changement de la forme de la marque de mesure, un réglage précis des paramètres des vibrations de la machine vibrante pour le régime de fonctionnement optimal, en fonction de la quantité de matière traitée et des propriétés de cette matière. A cet effet, dans le procédé de mesure de l'amplitude des vibrations mécaniques dans les machines vibrantes qui consiste à porter sur la surface d'un objet oscillant des marques de mesure dont chacune forme, pendant la mise en vibration avec l'objet, sa propre image, la détermination de l'amplitude des vibrations mécaniques est effectuée en fonction de la forme de ces images et, conformément à l'invention, chaque marque de mesure est réalisée sous la forme d'une circonférence de mesure dont le rayon corres- pond aux diverses valeurs de la gamme des amplitudes des vibrations à mesu- rer, la mesure de l'amplitude des vibrations de l'objet s'effectuant en mesurant le rayon de la circonférence de mesure dont les parties visible- ment perceptibles se touchent, au cours de la mise en vibration, au centre de la figure formé par cette circonférence. Lorsque les vibrations de l'objet suivent une trajectoire circulaire, on mesure l'amplitude des vibrations en repérant le rayon de la circonfé- rence de mesure dont les parties visibles forment un point au centre de l'image correspondante. Si l'objet vibre selon une trajectoire rectiligne, on mesure l'amplitude des vibrations en déterminant le rayon de la cir- conférence de mesure qui forme une image o les parties figées par stroboscopie et diamétralement opposées de la circonférence de mesure, se touchent au centre. Si l'objet vibre en suivant une trajectoire elliptique, on peut mesurer les amplitudes des vibrations le long du petit et du grand axe de l'ellipse en déterminant les rayons des circonférences de mesure qui forment respectivement la plus petite et la plus grande image o les parties visibles de la circonférence de mesure se touchent au centre. Il est préférable que le rayon de chaque circonférence de mesure suivante dépasse celui de la précédente d'une valeur correspondant à une division de l'échelle de mesure. - La solution technique proposée permet d'augmenter la précision de la mesure de l'amplitude des vibrations mécaniques au minimum pour trois formes de vibrations: circulaires, rectilignes et elliptiques. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, o: - la figure i représente un jeu de marques de mesure, objet de l'invention, à porter sur une surface vibrante dont on désire mesurer les vibrations par le procédé selon l'invention; - la figure 2 représente un jeu de figures formées par les marques de mesure, conformément à l'invention, lorsque les vibra- tions présentent une forme circulaire; - la figure 3 représente un jeu de figures formées par les marques de mesure, conformément à l'invention, lorsque les vibra- tions présentent une forme rectiligne; - la figure 4 représente un jeu de figures formées par les marques de mesure, conformément à l'invention, lorsque les vibra- tions présentent-une forme elliptique. Le procédé de mesure de l'amplitude des vibrations mécaniques, utilisé pour la mesure et le contrOle des paramètres des vibrations au cours des études et mises au point des machines vibrantes, consiste en ce qui suit. On porte sur la surface de l'objet oscillant des marques de mesure sous la forme de circonférences de mesure 1 (figure 1). A cette fin, on fabrique par exemple une fiche comportant une représentation d'un jeu de circonférences de mesure 1 disposées en quatre rangs 2, 3, 4 et 5, de préférence en quinconce, ce qui facilite l'observation visuelle de chaque marque de mesure. Les rayons des circonférences de mesure 1 présentent des valeurs différentes et sont choisis en tenant compte de la gamme d'amplitude des vibrations à mesurer; c'est-à-dire que chaque rayon correspond à une valeur d'amplitude à mesurer. Il est avantageux que le rayon de chaque circonférence suivante 1 dépasse en valeur celui de la précédente; ainsi les rayons des circonfé- rences 1 augmentent dans chaque rang de 2 à 5 (voir la figure 1) dans le sens de la première à la dernière. En variante, les rayons des circonfé- rences 1 peuvent augmenter de la dernière à la première circonférence (cette variante n'est pas représentée sur le dessin). Si l'on admet que l'échelle de mesure est constituée par la diffé- rence entre les rayons de la première et de la dernière circonférences de mesure 1, la valeur d'une division de mesure est alors constituée par la différence entre les rayons de deux circonférences voisines 1. Au moment de la mise en vibration de l'objet portant des circonfé- rences de mesure 1, chaque point de la circonférence 1 effectue dans le cas des vibrations circulaires, un mouvement circulaire 6 (figure 2) dont la forme correspond à la forme des vibrations et dont l'amplitude est égale à l'amplitude des vibrations de l'objet. Grace à cette figuration visuelle des vibrations, l'opérateur observe l'image 7 formée par une accumulation plus dense des points en mouvement appartenant à la circonférence 1 et le nombre de ces images 7 est égal à celui des circonférences de mesure 1. Les images 7 diffèrent par leurs dimensions: plus le rayon de la circonférence 1 est grand, plus le rayon du contour extérieur de l'image 7 est important. Le rayon du contour intérieur de l'image 7 diminue au fur et à mesure de l'augmentation du rayon de la circonférence de mesure i et forme un point 8 au centre de l'image 7 qui correspond à la circonférence 1 dont le rayon est égal à l'amplitude des vibrations. Les images 7 suivantes présentent au centre une tache sombre 9 dont les dimensions augmentent dans le sens de l'image précédente 7 à l'image suivante. Ainsi, pour déterminer l'amplitude des vibrations mécaniques, il suffit de choisir dans le jeu des circonférences de mesure 1 celle qui Z260B8275 contient en son centre le point 8. En connaissant avec précision la valeur du rayon de cette circonférence 1, on définit la valeur de l'amplitude des vibrations qui est égale à ce rayon. A la mise en vibration de l'objet suivant une trajectoire rectiligne, chaque point de chaque circonférence 1 effectue des déplacements oscillants analogues en formant une image 10 (figure 3) dont le contour extérieur comprend des demi-circonférences dont le rayon est égal à celui de la circonférence de mesure 1 respective et des lignes droites dont les lon- gueurs sont égales au double de l'amplitude des vibrations. A l'intérieur de l'image 10, on voit les parties diamétralement opposées de la circonfé- rence de mesure respective 1 qui sont figées par stroboscopie. Au centre des images 10 qui correspondent à la circonférence 1 présentant un rayon inférieur à l'amplitude des vibrations, les parties figées de la circonférence se trouvent séparées et la distance qui les sépare diminue à mesure que le rayon de la circonférence 1 augmente. Au centre de l'image 10, formée par la circonférence 1 dont le rayon est égal à l'amplitude des vibrations, les parties figées de la circonfé- rence de mesure 1 se touchent (ce qui est indiqué par la flèche 11 à la figure 3). Au centre des images 10, qui correspondent à la circonférence 1 dont le rayon dépasse l'amplitude des vibrations, les parties figées de la circonférence 1 se croisent. A la suite de l'observation de l'image des vibrations du jeu de circonférences de mesure 1, on établit que l'amplitude des vibrations est égale au rayon de la circonférence 11 au centre de laquelle se touchent les parties visibles de la circonférence de mesure 1. La figure 4 présente des images de vibrations effectuant une trajec- toire elliptique. On y distingue les amplitudes des vibrations suivant le petit axe et le grand axe de l'ellipse. Les images 12 formées par les circonférences de mesure 1 mises en vibration comprennent un contour extérieur en forme d'ellipse et un contour intérieur formé par des parties diamétralement opposées 13 des circonfé- rences de mesure 1 (figure 1) qui sont figées par stroboscopie et des tronçons 14 contenant les accumulations les plus denses des points en mouvement de la circonférence de mesure 1. Au centre des images 12 correspondant à la circonférence de mesure 1 de rayon inférieur à l'amplitude des vibrations le long du petit axe de l'ellipse, les tronçons 14 se trouvent séparés; si le rayon de la circonférence de mesure 1 est égal à l'amplitude des vibrations le long du petit axe de l'ellipse, les tronçons 14 se touchent (flèche 15); lorsque le rayon de la circonférence augmente, les tronçons 14 divergent et la dis- tance qui les sépare devient plus grande. Lorsque le rayon de la circonférence de mesure est inférieur à l'amplitude des vibrations le long du grand axe de l'ellipse, les par- ties 13 des circonférences de mesure 1 sont séparées l'une de l'autre et au fur et à mesure de l'augmentation du rayon de la circonférence de mesure 1, elles se rapprochent d'une image 12 à l'autre, alors que lorsque le rayon de la circonférence de mesure est égal à l'amplitude des vibrations le long du grand axe de l'ellipse, les parties diamétralement opposées 13 se touchent au centre de l'image 12 (flèche 16). Si le rayon de la circonférence de mesure continue d'augmenter, jusqu'à dépasser l'amplitude des vibrations le long du grand axe de l'el- lipse, les parties 13 finissent par se croiser (flèche 17). Pour déterminer l'amplitude des vibrations le long du petit axe de l'ellipse, il suffit de choisir parmi toutes les images 12 formées celle à l'intérieur de laquelle les parties 13 de la circonférence de mesure 1 respective se touchent, l'amplitude est alors égale au rayon de cette circonférence. De la même façon, l'amplitude des vibrations le long du grand axe de l'ellipse est égale au rayon de la circonférence de mesure 1 à laquelle correspond l'image 12 pour laquelle les tronçons 14 se touchent. A titre d'exemple illustrant-le procédé revendiqué de mesure de l'amplitude des vibrations mécaniques, on se propose d'examiner un mode de réalisation o l'objet porte des circonférences de mesure 1 présentant les rayons suivants en ordre croissant. Au rang 2: 2,2 mm; 2,4 mm; 2,6 mm; 2,8 mm; au rang 3: 3,0 mm; 3,2 mm;. 3,4 mm; au rang 4: 3,6 mm; 3,8 mm; 4, 0 mm, 4,2 mm; au rang 5: 4,4 mm, 4,6 mm, 4,8 mm. L'échelle de mesure dans cet exemple est égale à 2,6 mm et la valeur d'une division est de 0,2 mm. Comme on le voit sur les figures 2 à 4, l'amplitude des vibrations qui suivent une trajectoire circulaire est égale à 4,0 mm; l'amplitude des vibrations qui suivent une trajectoire rectiligne est égale à 3,0 mm et l'amplitude des vibrations qui suivent une trajectoire elliptique est égale à 2,6 mm selon le petit axe et à 4,6 mm selon le grand axe. L'utilisation du procédé selon l'invention permet: - d'augmenter la précision de la mesure grâce à la netteté des images de vibrations formées, à l'insensibilité à la variation de l'angle de vibration et à l'influence des vibrations propres à basse fréquence de la machine vibrante qui apparaissent sous l'effet de choc de la matière traitée. L'erreur relative de mesure des paramètres de vibrations (par exemple, sur des cribleurs vibrants) ne dépasse pas + 5%; - d'élargir le champ d'application du procédé, ce qui donne la possibi- lité de mesurer les paramètres des trajectoires circulaires et elliptiques des vibrations; d'effectuer d'une façon simple et commode des mesures de l'amplitude des vibrations mécaniques dans des conditions d'exploitation sévères. Lorsqu'il est placé sur le corps d'une machine vibrante, le jeu de circonférences peut servir pendant longtemps au contrôle périodique et au diagnostic de la machine vibrante. Il est en particulier commode pour le controle simultané de plusieurs points de la machine lorsque celle-ci est soumise à un champ de vibrations hétérogène. Le procédé selon l'invention est relativement rapide. On a constaté qu'il suffisait d'une minute pour mesurer l'amplitude des vibrations en un point de l'objet. Il est d'autre part possible de photographier l'image des vibrations en vue d'une analyse postérieure et de l'archivage. Les résultats des mesures qui sont obtenus, selon le procédé de l'invention, rapidement et avec une haute précision permettent de faire varier en service les paramètres de vibrations en assurant une mise au point plus précise sur le régime de fonctionnement optimal de la machine vibrante conformément, par exemple, aux propriétés, à la composition et à la granulation des particules de matières pulvérulentes traitées par la machine vibrante. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés et 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 de l'amplitude des vibrations mécaniques des machines vibrantes qui consiste à porter sur la surface d'un objet oscil- lant des marques de mesure dont chacune forme, pendant la mise en vibration avec l'objet, sa propre image, la détermination de l'amplitude des vibra- tions mécaniques étant effectuée en fonction de la forme de ces images, caractérisé en ce que chaque marque de mesure (1) est réalisée sous la forme d'une circonférence de mesure dont le rayon correspond aux diverses valeurs de la gamme des amplitudes de vibration à mesurer, la mesure de l'amplitude des vibrations de l'objet s'effectuant en mesurant le rayon de la circonférence de mesure dont des parties visuellement perceptibles au cours de la mise en vibration (8, 11, 13 et 14) se touchent au centre de l'image (7, 10, 12) formée par cette circonférence. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque l'objet vibre en suivant une trajectoire circulaire, on mesure l'amplitude des vibrations en repérant le rayon de la circonférence de mesure (1) dont les parties visibles forment un point (8) au centre de l'image correspon- dante (7). 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque l'objet vibre en suivant une trajectoire rectiligne, on mesure l'amplitude des vibrations en déterminant le rayon de la circonférence de mesure (1) qui forme une image (10) o les parties de la circonférence de mesure (1), diamétralement opposées et figées par stroboscopie, se touchent au centre (11). 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque l'objet vibre en suivant une trajectoire elliptique, on mesure les ampli- tudes des vibrations le long du petit axe et du grand axe de l'ellipse en déterminant les rayons des circonférences de mesure (1) qui forment respec- tivement la plus petite (15) et la plus grande (16) image o les parties visibles (13 ou 14) de la circonférence de mesure (1) se touchent au centre. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rayon de chaque circonférence de mesure (1) suivante dépasse celui de la précédente d'une valeur correspondant à une division de l'échelle de mesure.