Brevet FR2611044A3 — publié le 19880819

FR 2611044 A3 19880819 FR 8702338 A 19870212 "Dispositif d'évaluation de l'équilibre dynamique d'une raquette par une mesure de moment d'inertie" La présente invention se rapporte à un dispositif d'évaluation de l'équilibre dynamique d'une raquette de jeu de balle, par exemple d'une raquette de tennis, squash ou badminton, par la mesure du moment d'inertie de cette raquette par rapport à un axe vertical passant par le centre de la zone de préhension de celle-ci. Actuellement, une raquette de tennis est caractérisée par son poids, exprimé en grammes, ou par des sigles définissant sa catégorie de poids (L'SL, XSL, SL, L, LM, M, respectivement du plus léger vers le plus lourd), et par la position de son centre de gravité par rapport à l'extrémité de la raquette du côté du manche, cette position étant dénommée équilibre statique, et souvent improprement "équilibre". Cet équilibre statique est, en général, mentionné sur les catalogues mais pas sur les raquettes. Il varie généralement de 305 à 345 mm suivant les raquettes, la majorité d'entre elles ayant un équilibre statique situé entre 315 et 320 mm. En revanche, les sigles des catégories de poids sont indiqués sur la raquette, mais ils ne correspondent pas à des catégories de poids normalisées. I1 faut donc se reporter au catalogue du fabricant pour connaître précisément d'une part la correspondance entre la catégorie de poids et le poids réel, et d'autre part la valeur de l'équilibre statique de la raquette. Ces correspondances et valeurs sont variables selon les fabricants. En dehors du problème que peut poser cette absence de normalisation, le fait que seul le sigle de la catégorie de poids figure sur la raquette, sans préciser la position du centre de gravité, peut donner une mauvaise indication de la sensation de poids de la raquette (équilibre dynamique) ressentie par le joueur. Par exemple, si l'on tient deux raquettes pesant chacune exactement 334 grammes, si l'une a un équilibre statique de 305 mm et l'autre de 345 mm, la seconde, si on la tient en main par le manche, sera ressentie beaucoup plus lourde que la première. En effet, le moment d'inertie par rapport à l'axe de la seconde raquette est supérieur à celui de la première. I1 a été suggéré de remplacer ces notions de poids et d'équilibre statique par une seule et unique notion, plus représentative du comportement en jeu, qui est celle du moment d'inertie de la raquette mesuré par rapport à un axe vertical passant par le centre de la zone de préhension de la raquette. Certains laboratoires de recherche ont réalisé sur quelques raquettes cette mesure de moment d'inertie, en pendant la raquette et en la faisant osciller comme un pendule pesant autour d'un axe horizontal passant par le centre de la zone de préhension de la raquette.Le moment d'inertie I est alors lié à la période d'oscillation T de ce pendule, à sa masse m, à la distance a séparant le point d'oscillation de son centre de gravité, et à l'accélération de la pesanteur g, par la formule bien connue qui n'est applicable que pour des oscillations de faible amplitude impliquant Ce procédé s'est cependant révèlé de mise en oeuvre peu pratique, car il nécessite, pour obtenir le moment d'inertie, trois mesures sur la raquette : celle de la période T, celle de la masse m, et celle de la distance a, suivies d'un calcul. De plus, la formule n'étant valable que pour des oscillations de faible amplitude (angle à 2"), la valeur du moment d'inertie ainsi obtenue n'est pas fiable. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de mesure du moment d'inertie par rapport à un axe vertical passant par le centre de la zone de préhension d'une raquette de jeu de balle qui est de réalisation simple et d'utilisation pratique, ce dispositif ne mesurant, pour calculer ce moment d'inertie, qu'une seule grandeur, qui est une période d'oscillation. Ce dispositif comporte des moyens pour fixer la raquette, par l'endroit du manche qui correspond au centre de la zone de préhension de la raquette, sur un arbre vertical pouvant osciller de part et d'autre d'une position d'équilibre vers laquelle il est ramené, s'il en est écarté d'un côté ou de l'autre, par un dispositif de rappel élastique.Ces moyens sont agencés pour fixer la raquette avec son manche en position horizontale, le cadre de cette raquette étant, par exemple et préférentiellement, positionné dans le plan vertical. La raquette ainsi fixée est mobile en rotation autour de l'axe vertical de cet arbre, et elle constitue, en combinaison avec le dispositif élastique de rappel, un pendule de torsion dont la période T, indépendante de l'amplitude d'oscillation est donnée par la formule bien connue qui entraîne I étant le moment d'inertie de l'ensemble support + raquette et C la constante caractéristique du dispositif de rappel élastique, par exemple la constante de torsion s'il s'agit d'un ressort de torsion.Le dispositif est en conséquence muni de moyens de mesure de cette période T, ainsi que de moyens de calcul et d'affichage d'au moins une grandeur représentative du moment d'inertie I, celui-ci se déduisant d'une manière générale de la formule précédente par une loi de la forme I = kT2, où k est une constante dépendante du dispositif de rappel élastique.Si 1r est le moment d'inertie de la raquette et 10 le moment d'inertie du support, on aura 1r + 1o = kT2 soit I = kT - I r o L'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, au cours de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de ce dispositif, en référence aux dessins annexés dans lesquels Figure 1 est une vue d'ensemble en perspective de ce dispositif, avec une raquette fixée sur celui-ci, prête pour l'opération de mesure de son moment d'inertie Figure 2 est une vue latérale écorchée, selon F de la figure 1, du dispositif, avec coupe partielle selon II-II de la figure 1 Figure 3 est une vue latérale écorchée, selon f de la figure 2 Figure 4 est une vue très schématique de dessus, montrant la butée et les ressorts de rappel du pendule horizontal ; Figure -5 est un schéma synoptique du dispositif électronique de mesure et de calcul associé à ce dispositif. En se reportant aux figures 1 à 3, ce dispositif, qui est un modèle de table pour magasin d'articles de sport, comporte un socle 1 assez lourd pour être pQSé sur une table 2 par l'intermédiaire de quatre pieds de caoutchouc 3, et un capot thermoformé 4. Sur la face avant 5 du capot 4 sont visibles un interrupteur marche-arrêt 6, à voyant lumineux incorporé, un voyant lumineux 7 dont le rôle sera explicité ci-après, un dispositif d'affichage numérique 8, et un dispositif d'affichage 9 du type barre-graphe progressif. Sur le socle 1 est fixé un châssis 10 (figure 3) qui porte un corps cylindrique 11 d'axe vertical, ce corps cylindrique portant lui-même, par l'intermédiaire de paliers de roulement 12, un arbre vertical et coaxial 13, cet arbre 13 étant donc monté fou à l'intérieur du tube 11. Sur la base de l'arbre 13 est fixée, par des vis 15, une tige horizontale 14 qui dépasse de part et d'autre de l'arbre 13. La base de cet arbre 13 est aussi solidaire de l'arbre 16 d'un potentiomètre 17 dont le corps est fixé sur le socle 1. A une première extrémité 18 de la tige horizontale 14 sont fixées respectivement chacune des extrémités de deux ressorts hélicoidaux identiques 19 et 20, qui sont alignés et tendus pareillement entre le point 18 et deux points fixes 21 et 22, qui sont constitués par exemple par deux vis verticales fixées dans le socle 1, à égale distance du point 18 et de part et d'autre de ce dernier, I'axe longitudinal commun des deux resorts 19 et 20 étant perpendiculaire à la tige 14, du moins dans la position d'équilibre représentée au dessin. L'autre extrémité de la tige 14 porte une plaque de butée 23 qui est destinée à coopérer avec une butée 24, également visible sur le schéma de la figure 4.Cette butée 24 porte un commutateur électrique à bouton pression 26, qui est décalé dans le plan horizontal d'un angle par rapport à l'axe 25 de la tige oscillante 14 quand elle est en position d'équilibre. L'angle 04 est dans cet exemple de l'ordre de 45 degrés. Sur l'extrémité supérieure de l'arbre 13 est fixée une pièce 27 qui porte d'une part une plaque horizontale 28 dont la partie centrale forme une gouttière 29 profilée en forme de V, et d'autre part une tige horizontale 30, parallèle à la gouttière 29, qui porte une butée verticale 31, réglable en position axiale ou non. La distance d séparant la butée 31 et l'axe vertical 32 de rotation de l'arbre 13 est égale à la distance séparant l'extrémité 33 du manche 34 d'une raquette 35 du centre 36 de la zone de préhension de la raquette, ou autrement dit du point milieu de la prise de main. Cette distance d est la même pour toutes les raquettes de tennis, et de l'ordre de 10 cm pour ce genre de raquettes. La plaque 28 est apte à coopérer, par symétrie par rapport au plan horizontal, avec une autre plaque 37, identique à la plaque 28, mais placée (figure 2) au dessus de la plaque 28 de façon symétrique par rapport au plan horizontal: dans cette position, la gouttière 38 est parallèle à la gouttière 29, mais elle a une forme de V renversé. Les deux gouttières 29,38 sont conformées pour venir emprisonner entre elles respectivement les deux chanfreins inférieurs 39 et les deux chanfreins supérieurs 40 du manche 34 de la raquette de tennis 35 : on est assuré que, grâce à cette position de blocage, la raquette 35 a son manche rigoureusement horizontal, et que son cadre 41 est placé dans le plan vertical, ce qui correspond à la frappe de balle la plus courante.Bien entendu, deux attaches rapides, amovibles et réglables 42,43, sont prévues pour serrer et maintenir les deux plaques 28 et 37 contre le manche 34 de la raquette : ces deux attaches rapides s'insèrent par des fentes latérales 44,45 prévues à cet effet dans les plaques 28,37, et sont serrées par vissage au moyen des deux boutons molettés 46 et 47. De la butée-interrupteur 24 et du potentiomètre 17 partent des paires de fils électriques 48 et 49 qui aboutissent à un circuit électronique, porté par des cartes électriques fixées sur le socle 1, sous le capot 4, et non apparentes sur le dessin. Le fonctionnement de cet appareil est le suivant La raquette 35 étant fixée comme représenté sur la figure 1 et. décrit précédemment, l'appareil étant sous tension, la raquette 35 est écartée manuellement de sa position d'équilibre, par rotation de celle-ci autour de l'axe vertical 32, dans le sens indiqué par la flèche sur la figure 4. Lorsque la raquette a tourne de l'angle , la tige 14 vient enfoncer le bouton 26, de sorte que l'ensemble de mesure et d'affichage est remis à zéro, comme il sera expliqué plus en détails ci-après, et que le voyant 7 s allume, indiquant que la mesure peut être effectuée. On lâche alors la raquette, qui effectue des oscillations de va-et-vient autour de sa position d'équilibre de la figure 1. Le circuit électronique détecte le premier et le troisième passage par cette position d'équilibre et mesure l'intervalle de temps entre ces passages.Il en déduit la valeur du moment d'inertie, qui est affichée par une donnée numérique en 8 et par barre-graphe progressif en 9. Le chiffre en 8 donne le moment d'inertie, tandis que le barre-graphe e .9 donne directement non seulement la catégorie de la raquette (USL, XSL, SL, Lhl, ou hui), mais également sa position à l'intérieur de la catégorie établie par rapport à une gamme prédéfinie de moments dtinertie. Le schéma synoptique du circuit de mesure, et le fonctionnement de ce dernier, seront maintenant décrits en référence à la figure 5. Le potentiomètre 17 est branché entre la borne positive de la tension continue d'alimentation +V et la masse. Sur son curseur 50 existe donc une tension v qui est appliquée à une première entrée 51 d'un comparateur 52, qui reçoit sur son autre entrée une tension de référence Vr. La tension Vr est réglée pour correspondre à la valeur de la tension v lorsque la raquette est en son point d'équilibre de la figure 1. L'ensemble ayant été remis à zéro par l'action de la plaque de butée 23 sur l'interrupteur 26, lorsque, après que l'on eût lâché la raquette, celle-ci repasse une première fois par sa position d'équilibre, une impulsion 53 apparaît en sortie du comparateur 52. La sortie 54 de ce comparateur étant connectée à l'entrée de comptage d'un compteur binaire 55 à deux étages, la sortie 56 du premier étage de ce compteur passe de l'état "O" à l'état "1". Cette sortie 56 est reliée à la première entrée d'une porte "ET" 57, dont la deuxième entrée 58 est reliée à la sortie 60 du deuxième étage du compteur 55 par l'intermédiaire de l'inverseur logique 59. Cette sortie 60 étant alors au niveau logique "O", I'entrée 58 est au niveau "1", de sorte qu'un signal apparaît sur la sortie 61 de la porte 57.Cette sortie 61 étant connectée à l'entrée de basculement 62 d'une bascule bistable 63, la sortie 64 de cette dernière passe du niveau logique "O" au niveau "1", ce qui ouvre une porte "ET" 65, à laquelle sont appliquées les impulsions de sortie d'une base de temps 67, de fréquence prédéterminée et éventuellement réglable en fonction des différentes sortes de raquettes (tennis, squash, badminton,...). Les impulsions 66 sont appliquées à l'entrée de comptage d'un compteur 68, dont la sortie 69 est connectée à un microprocesseur 70, apte à calculer le moment d'inertie et à l'afficher en 8 et en 9, comme décrit précédemment. Au troisième passage de la raquette par sa position d'équilibre, les deux sorties 56 et 60 du compteur 55 passent à l'état "1", ce qui ouvre une porte "ET" 71, dont le niveau de sortie "1" est appliqué, à travers un circuit "OU" 73, à la borne de remise à zéro 72 du bistable 63. La sortie 64 de ce bistable repasse alors à l'état "O", ce qui referme la porte 65, et arrête le comptage des impulsions par le compteur 68. le nombre affiché dans le compteur 68 est alors exploité par l'unité de calcul 70, qui affiche la valeur mesurée du moment d'inertie en 8 (affichage numérique) et en 9 (affichage progressif donnant la catégorie de la raquette). Le calcul peut être déclenché par le signal de fermeture en 64 de la porte 65 par la connexion 76, ou être effectué en permanence après l'actionnement de l'interrupteur 26. L'appui ci-dessus mentionné sur cet interrupteur 26 remet à zéro le compteur 55 par sa connection de remise à zéro 71, et il en est de même pour le bistable 63, remis à zéro par le signal de remise à zéro appliqué en 74 sur l'autre entrée du circuit "OU" 73, et pour le compteur 68, par le signal appliqué sur son entrée de remise à zéro 75, les affichages 8 et 9 étant alors remis à zéro par exemple par l'intermédiaire du calculateur 70. Le dispositif de rappel élastique peut être d'autre sorte que celui décrit, et être par exemple constitué par un ressort spirale. En variante, le dispositif pourrait ne compter que deux passages par la position d'équilibre au lieu de trois, mais trois passages ou un nombre impair supérieur de passages sont préférables car ils permettent de s'affranchir de l'écart éventuel entre le point de mesure et le point réel d'équilibre. L'invention n'est bien évidemment pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, ni à son utilisation aux raquettes à cordage: elle peut aussi servir à mesurer, par exemple, le moment d'inertie des raquettes de tennis de tables, et plus généralement de tout engin dont le comportement peut être influencé par son équilibre dynamique. A titre d'exemple non limitatif, on peut citer les clubs de golf, les clubs de polo, les battes de base-ball, les skis, les pagaies, les javelots, les fleurets, épées, sabres, etc.... I1 conviendra alors d'adapter le dispositif de fixation de l'engin considéré. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'évaluation de l'équilibre dynamique, par exemple d'une raquette de jeu de balle, par la mesure du moment d'inertie de cette raquette, caractérisé: en ce qu'il comporte des moyens (28,37,31) pour, afin de mesurer le moment d'inertie par rapport à un axe vertical passant parle centre de la zone de préhension de la raquette, fixer la raquette (35), par l'endroit du manche (34) qui correspond à la zone de préhension, sur un arbre vertical (13), passant par le centre (36) de cette zone, qui peut osciller de part et d'autre d'une position d'équilibre vers laquelle il est ramené par un dispositif de rappel élastique (19,20), en ce que ces moyens sont agencés pour fixer la raquette avec son manche (34) en position horizontale, la raquette étant alors mobile en rotation autour de l'axe (32) de cet arbre vertical, et constituant, en combinaison avec le dispositif de rappel élastique (19,20!, un pendule de torsion, et en ce qu'il est muni de moyens (17,55,68) de mesure de la période (T) de ce pendule de torsion, ainsi que de moyens (70,8,9) de mesure et d'affichage d'au moins une grandeur représentative du moment d'inertie de la raquette. 2. Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que les moyens (31,28,37) de fixation du manche de la raquette comportent deux V réglables (29,38) aptes à emprisonner entre eux le manche de cette raquette, par les chanfreins (39,40) de ce manche. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ces moyens de fixation comportent une butée (31) destinée à positionner l'extrémité (33) du manche (34). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que cette butée (31) est réglable. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une butée (24) de limitation de l'écartement angulaire (oc) de la raquette par rapport à sa position d'équilibre, cette butée (24) portant un interrupteur contacteur électrique (26) de remise à zéro de tous les circuits de mesure et d'affichage (71,63,68,8,9). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'affichage comportent un barre-graphe progressif (9) qui affiche directement la catégorie de la raquette. 7. Procédé d'utilisation du dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste, après avoir fixé la raquette avec son manche (34) horizontal et son cadre dans le plan vertical, à écarter celle-ci de sa position d'équilibre jusqu'à l'amener contre une butée (26,24) de limitation d'angle bic), puis à lâcher la raquette pour la laisser osciller autour de sa position d'équilibre.