Brevet FR2729467A1 — publié le 19960719

Cette invention se rapporte à un procédé de mesure et à un dispositif de mesure destiné à mesurer le déséquilibre dynamique d' une sphère, et peut être utilise par exemple pour la mesure du déséquilibre dynamique de sphères fabriquées dans une matière magnétique telles que des billes dans un roulement à billes. Pour pouvoir utiliser un roulement à billes destiné à supporter une broche qui tourne à grande vitesse de telle sorte qu'il n'y a pas d'usure inégale des billes, des sphères dont le déséquilibre dynamique est faible doivent être utilisées dans les roulements à bille. Bien sûr, l'idéal est qu'il n'y ait pas du tout de déséequilibre. De plus, afin de fabriquer ce type de rouleent à billes, le déséquilibre dynamique des sphères, telles que des billes de roulement, doit être mesure de telle sorte que seules les sphères avec un faible déséquilibre dynamique sont fabriquées. Un dispositif de mesure destine à mesurer le déséquilibre dynamisque des sphères qui sont utilisées dans ce type d'application a été divulgué antérieurement par la première publication de brevet japonais Kokai S62297740. La figure 4 montre un ex le de ce dispositif connu antérieurement destine à mesurer le déséquilibre dynamique des sphères. Ce dispositif de mesure comporte un palier pneumatique 3. La partie supérieure de ce palier pneumatique 3 est ouverte et sa surface 1 présente une forme concave sphérique, et la surface interne de cette surface concave sphérique 1 supporte une sphère 2 de telle sorte qu'elle peut tourner librement. De plus, une buse 4 qui peut projeter librement de l'air comprimé se trouve au soEt de ce palier pneumatique 3. Lors de la réalisation de la mesure, l'air comprimé est pulvérise par cette buse 4 sur la sphère 2 supportée par le palier pneumatique 3 de telle sorte qu'elle tourne. Par ailleurs, des bobines de capteur magnétique 5a, 5b et 5c sont disposées de telle sorte que, si une ligne droite devait dépasser de manière respective de chacune de celles-ci, ces lignes se couperaient perpendiculairement au centre de la sphère 2 mentionnée ci-dessus (qui se trouve sur les axes X, Y et Z), et les détecteurs de ces bobines de capteur magnétique 5a, 5b, 5c se trouvent près de la surface extérieure de la sphère 2. Lors de la mesure du déséquilibre dynamique de la sphère 2, un point magnétique est fixé sur la sphère 2 avant de la placer dans la surface concave sphérique 1 mentionnee ci-dessus. De 1' air comprimé est alors délivré par un conduit d'alimentation en air 6, de telle sorte que la sphère 2 flotte et de l'air comprimé est projeté dessus par la buse 4 mentionnée ci-dessus. Il en résulte que la sphère 2 tourne autour d'un axe spécifié de rotation, et s'il n'y a pas de déséquilibre dynamique de la sphère 2, une précession apparaît dans cette sphère 2. L'emplacement et la vitesse de déplacement de cette précession sont détectés par le changement de densité de flux magnétique en utilisant les bobines de capteur 5a, 5b et 5c mentionnées ci-dessus. Si l'emplacement et la vitesse de déplacement de la précession sont trouvés à partir des valeurs mesurés des bobines de capteur magnétique 5a, 5b et 5c, il est alors possible de trouver la valeur de déséquilibre dynamique AI, c'est-à-dire la différence de moment d'inertie de la sphère 2, à partir de l'équation (1) ci- dessous. AI = Q.(I/0).cosJ (1) Dans l'équation (1) ci-dessus, Q est la vitesse angulaire de giration de 1'axe de rotation à un instant donné, et est trouvée à partir des valeurs mesurées des bobines de capteur magnétique 5a, 5b, 5c. De mêe, I est le moment d'inertie de la sphère 2, et est trouvé à partir de mesures réelles de la sphère 2, plus spécialement sa masse et son diamètre. De plus, est la vitesse angulaire de la sphère 2, et est trouvée à partir des valeurs mesurees des bobines de capteur magnétique 5a, 5b et 5c. Par ailleurs, P est l'angle entre l'axe principal d'inertie et l'axe de rotation, et est trouvé à partir des valeurs mesurées des bobines de capteur magnétique 5a, 5b et 5c. Dans le dispositif antérieur de mesure du déséquilibre dynamique d'une sphère construit coe cela a été décrit ci-dessus, il y a les problèmes suivants (1) et (2). (1) Il est nécessaire de répartir un flux magnétique tout autour de la surface de la sphère 2 afin de détecter la précession en utilisant les trois bobines de capteur magnétique 5a. 5b et 5c, mais dans le procédé utilisant un point magnétique, il est toutefois difficile de répartir uniformément le flux magnétique autour de la sphère 2 complète. Il est par conséquent facile de voir apparaître des erreurs lors de la mesure de la densité du flux magnétique, et il est facile de voir apparaître des erreurs dans les résultats de mesure du déséquilibre dynamique qui sont basées sur les résultats de la mesure de la densité du flux magnétique. (2) Lors de la mesure de la précession à partir du changement de densité du flux magnétique, il est très difficile de mesurer précisément des petits changements de densité du flux magnétique en utilisant les trois bobines de capteur magnétique, de sorte que la précision de mesure est médiocre. Un but de cette invention est de procurer un procédé de mesure et le dispositif destine à mesurer le déséquilibre dynamique qui résolvent les problmes mentionnés ci-dessus (1) et (2). Un autre but de cette invention est de procurer un procéde de mesure de déséquilibre dynamique d'une sphère fabriquée dans une matière magnétique, dans lequel un premier point sur la sphère est magnétisé, la sphere est supportée de façon librement rotative, la sphère est entraînée en rotation, avec le point placé sur l'axe de rotation, ce qui provoque une précession du fait du déséquilibre dynamique de la sphère, l'emplacement et la vitesse de déplacement du point dus à la précession sont mesurés, et le déséquilibre dynamique de la sphère est calculé sur la base des résultats de mesure. Maintenant, si un deuxieme point est magnétisé au niveau du pôle opposé de la sphere par rapport au premier point de sorte que 1'angle entre le deuxi point et le premier point n'est pas de 180 , il est également possible de calculer la vitesse de rotation de la sphère en observant le déplacement de ce deuxièe point. De plus, une autre caractéristique de l'invention est de procurer un procédé de mesure du déséquilibre dynamique d'une sphère fabriquée en matière non magnétique, dans lequel une matière magnétique telle qu'une peinture magnétique, un point magnétique, une feuille magnétique, un film magnétique, est fixe en un point ou en plusieurs emplacements pour la magnétisation sur la surface de la sphère, la sphère est supportée de façon librement rotative, la sphère est entraîne en rotation, avec le point placé sur l'axe de rotation, ce qui provoque une précession du fait du déséquilibre dynamique de la sphère, l'emplacement et la vitesse de déplacement du point dus à la précession sont mesurés, et le déséquilibre dynamique de la sphère est calculé sur la base des résultats de mesure. Par ailleurs, un autre but de la présente invention est de procurer un dispositif de mesure destiné à mesurer le déséquilibre dynamique d'une sphère fabriquée en matière magnétique comportant un palier pneumatique o la partie supérieure est ouverte et possède une surface concave sphérique dans laquelle la sphère ayant un point magnétisé sur la surface peut être supportée de telle sorte qu'elle tourne librement, plusieurs éléments de détection magnétique qui sont positionnes suivant un arc autour de la partie ouverte supérieure du palier pneumatique, une buse qui projette de l'air sous pression sur une partie de la sphère supportée dans le palier pneumatique, de telle sorte que la sphère tourne, et un circuit électrique destiné à obtenir les valeurs de mesure nécessaires pour le calcul du déséquilibre dynamique de la sphère sur la base des signaux de sortie des différents éléments de détection magnétique. Un autre but de la présente invention est de procurer une bague de retenue qui est fixée sur le bord supérieur autour de la partie ouverte supérieure d'un palier pneumatique, o la partie supérieure est ouverte et a une surface concave sphérique dans laquelle une sphère ayant un point magnétisé sur sa surface peut être supportée de telle sorte qu'elle tourne librement, de sorte que des éléments de détection magnétique comportant des éléments à effet Hall sont disposes suivant un arc semi-circulaire à intervalles égaux autour de la surface périphérique interne de la bague de retenue, et qu'une buse fait face à la sphère au-dessus de l'élément à effet Hall dans la position centrale circonférentielle et projette de l'air sous pression sur une partie de la sphère supportée dans le palier pneumatique. La figure 1 est une vue en coupe verticale d'une forme de réalisation de 1' appareil de mesure selon la présente invention. La figure 2 est une vue de dessus partielle de la forme de réalisation de la figure 1. La figure 3 est une vue le long de la ligne III-III de la figure 1. La figure 4 est une vue similaire à la figure 3 montrant un exemple de l'appareil de mesure de l'état de la technique. Les figures 1 à 3 montrent une forme de réalisation du dispositif de mesure destiné à mesurer le déséquilibre dynamique d'une sphère de cette invention. Il y a un élément de siège 8 qui est fixé sur la surface supérieure d'une base 7 de façon à y monter un palier pneumatique 11. Un boîtier cylindrique 9 avec un fond est fixé sur la surface supérieure de l' élément de siège 8. Le palier pneumatique 11 est construit à partir de ce boîtier 9 et d'une matière poreuse 10 qui est montée sur l'intérieur du boîtier 9. une surface concave sphérique ouverte vers le haut 12 est formée sur la surface supérieure de cette matière poreuse 10. Le rayon interne de cette surface concave sphérique 12 est légèrement plus grand que la rayon externe de la sphère 2 qui doit être mesuré. De ame, un trou d'alimentation en air 14 est formé sur la plaque de fond 13 du boîtier 9 et l'intérieur de l'élément de siège 8, et 1' extrémité supérieure du conduit pour ce trou d'alimentation en air 14 est reliée à un dispositif d'alimentation en air 15 tel qu'un compresseur. De l'air compriemé est délivré à 1' intérieur du boîtier 9 par ce dispositif d'alimentation en air 15 par 1' intermédiaire du trou d'alimentation en air 14, et rejeté par la surface interne de la surface concave sphérique 12, ce qui ame la sphère 2 à flotter de telle sorte qu'elle tourne librement. La sphère 2 est ainsi supportée. Il y a une bague de retenue circulaire 16 sur la surface supérieure du boîtier 9 qui constitue ce type de palier pneumatique. De m Pme, les éléments à effet Hall 17, 17a et 17b qui sont utilisée comme éléments de détection magnétique sont disposes autour de la moitié de la surface périphérique interne de cette bague de retenue 16. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure, les dix neuf éléments à effet Hall 17, 17a et 17b sont disposés à intervalles égaux afin d'être séparés par un pas angulaire de 10 , en formant un arc semi-circulaire. Le cercle inscrit maximum de ces éléments à effet Hall 17, 17a et 17b disposé selon ce type d'arc semi-circulaire a un diametre légèrement supérieur au diamètre extérieur de la sphère 2. Ces élements à effet Hall 17, 17a et 17b sont par conséquent face à la surface exterieure de la sphère 2 avec un très faible espace. De plus, les signaux de détection provenant de ces éléments à effet Hall 17, 17a et 17b sont entres dans un voltmètre 19 et un circuit d'addition 20 en passant par des lignes séparées 18. La valeur totale provenant de ce circuit d'addition 20 est affichée sur l'affichage 21. Le voltmètre 19 et le circuit d'addition constituent un circuit électrique utilisé afin d'obtenir les valeurs mesurées qui sont nécessaires pour le calcul du déséquilibre dynamique de la sphère 2 sur la base des signaux de sortie des elements à effet Hall 17, 17a et 17b. Par ailleurs, dans une partie de la bague de retenue 16, il y a une buse 22 (figure 2) qui se trouve au-dessus de l'élément à effet Hall 17a au niveau de leur position circonférentiellement centrale, et est utilisée afin de souffler de l'air comprime. L'ouverture de cette buse 22 est dirigée vers le sommet de la sphère 2. Il y a une soupape 24 qui se trouve le long du tuyau d'alimentation en air 23 qui délivre de l'air comprimé à la buse 22, et de l'air comprimé est soufflé sur le sommet de la sphère 2 par la buse 22 en ouvrant cette soupape 24. En soufflant de l'air coMrimn sur la sphro 2 clui est supp>ortée dclans la surface concave sphrircque 12 de ce palier pneuma-tique 11, la sphère 2 cOnce à tourner de telle sorte que son axe de rotation est parallèle à la ligne a qui coupe la paire d'éléments à effet Hall 17b et 17b qui se trouvent aux deux extrémités dans la direction circonférentielle des multiples éléments à effet Hall 17, 17a et 17b. Afin de mesurer le deséquilibre dynamique de la saphre 2 fabriquée en matière magentique en utilisant le dispositif de mesure construit comme cela est décrit ci-dessus, un premier point 25 est magnétisé sur la surface de la sphère 2 (par exemple le pôle Nord). La taille de ce point magnétisé doit être aussi faible que possible tant qu'il peut conserver une intensité magnétique correcte. De même, un deuxieme point 26 qui est sépare du premier point 25 est magnétisé sur le pôle opposé au premier point 25 (par ezple le pôle Sud), de telle sorte que l'angle entre le deuxieme point 26 et le premier point 25 (1'angle des lignes droites coupant les deux points à travers le centre de la sphère 2) n'est pas de 180 . La moitié inférieure de la sphère 2 est placée dans la surface concave sphérique 12 de telle sorte que le premier point 25 se trouve sur l'axe de rotation. De 1' air comprimé est délivré au boîtier 9 par l'intermédiaire du trou d'alimentation en air 14, de sorte que la sphère 2 flotte. Dans cette état, la soupape 24 est ouverte de sorte que de l'air comprimé est soufflé par la buse 22, et la sphère 2 commence à tourner. Si la sphère 2 n' a absolument pas de déséquilibre dynamique, la sphère 2 tourne alors simplement autour de l'axe de rotation et il n'y a pas d'autre déplacement. Toutefois, d'autre part, si la sphère 2 présente un certain déséquilibre dynamique, une précession apparaît en fonction de la valeur du déséquilibre dynamique. Plus spécialement, l'axe de rotation provoquée par l'air comprimé soufflé par la buse 22 ne se déplace pas, toutefois une précession de la sphère 2 apparaît. Il résulte de cette précession que le point 25 se déplace à l'écart de l'axe de rotation, et tourne autour de l'axe principal d'inertie afin de revenir à nouveau vers l'axe de rotation. L'emplacement et la vitesse de deplacement du point 25 qui sont basés sur ce type de précession peuvent être trouvés à partir du changement de signal de sortie des éléments à effet Hall 17a, 17b. En d'autres termes, lorsque le point 25 tourne autour de l'axe principal d'inertie, le point 25 se déplace à l'écart de l' élément à effet Hall 17b sur 1' extrémité de la direction circonférentielle et s'approche de l'un des autres eléments à effet Hall 17. L'emplacement peut alors être trouve à partir de celui des éléments à effet Hall 17 qu'approche le premier point 25, et la vitesse de déplacement peut être trouvée à partir du t as qu'il faut pour aller de l' élment à effet Hall 17 le plus proche vers l'élément à effet Hall 17 le plus proche suivant du fait de la précession. C'est-à-dire qu'il est possible de trouver la différence de temps entre un élément à effet Hall et un élément à effet Hall différent vers lequel se rapproche le point 25. Si 1'emplacement et la vitesse de déplaceent sont trouvés de cette manière, en utilisant le dispositif décrit ci-dessus, la valeur de déséquilibre dynamique AI de la sphère 2 peut être trouvée à partir de l'équation (1) ci-dessous. AI = Q. (I/D).coSp (1) Dans l'équation (1), Q est la vitesse angulaire de giration de l'axe de rotation et peut être trouvée à partir du temps qu'il faut pour que le point aille de l'élément à effet Hall le plus proche vers 1' élément à effet Hall le plus proche suivant core cela a été mentionné ci-dessus. De même, le moment d'inertie I de la sphère 2 peut être retrouvé à partir des valeurs de mesure réelles de la masse et du rayon de la sphère 2. De plus, w est la vitesse angulaire de la sphère 2 autour de l'axe de rotation et peut être détectée à partir des signaux de sortie des éléments à effet Hall générés par la rotation du point 25. Toutefois, si le point 25 est face à l'élément à effet Hall 17b sur l'extremité dans la direction circonfErentielle, en d' autres termes si le point 25 se trouve sur l'axe de rotation, les signaux de sortie des éléments à effet Hall générés par la rotation de la sphère 2 ne constituent pas une onde impulsionnelle, et la vitesse angulaire c> ne peut être trouvé_ un observant simplement les signaux de sortie des éléments à effet Hall générés par le premier point 25. Elle peut par conséquent être trouvée à partir des signaux de sortie à onde impulsionnelle des éléments à effet Hall 17, 17a qui sont générés par le passage du deuxième point 26. Par ailleurs, l'angle f entre l'axe principale d'inertie et l'axe de rotation peut être trouvé à partit de l'emplacement qui est basé sur les valeurs de mesure obtenues à partir des éléments à effet Hall 17, 17a. En rendant l'angle entre le premier point 25 et le deuxième point 26 autre que 180 , si il est impossible de mesurer la précession lorsque le premier point 25 est aligné avec l'axe d'inertie principal, le deuxième point 26 peut être utilisé afin de mesurer la précession, et la vitesse angulaire peut être trouvée à partir du premier point 25. Si un revêtement magnétique ou un point magnétique extrêmement léger d'une masse connue est fixé en un point ou en plusieurs emplacements sur la surface 1l d'une sphère fabriquée en matière non magnétique et ensuite magnétisé, et si la sphère est entraînée en rotation de telle sorte que les points magnétisés se trouvent au niveau de l'axe de rotation, il est possible de calculer le déséquilibre qui apparaît du fait de la fixation de cette peinture magnétique ou de ces points magnétiques, à partir de la masse fixée et de l'angle 0 entre 1' axe principal d'inertie et 1'axe de rotation, et il est possible à partir de cela de trouver avec précision la valeur de déséquilibre de la sphère elle- même. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure, les dix neuf eleients à effet Hall 17, 17a et 17b sont disposés à intervalles égaux de telle sorte que le pas angulaire central est de 10 , mais il est possible d'améliorer la précision de détection si le nombre d'éléments à effet Hall est augmenté. De plus, même avec les dix neuf eléments à effet Hall, si la sensibilité de tous les él&ments à effet Hall 17, 17a et 17b est la même, il est possible d'améliorer la précision de détection en comparant l' intensité des signaux de détection des éléments à effet Hall 17, 17a et 17b adjacents lorsque le point 25 passe entre les éléments à effet Hall 17, 17a et 17b adjacents, et en déterminant ainsi la position du point 25. Dans chaque cas, avec le procéde de mesure et le dispositif de mesure destiné à mesurer le déséquilibre dynamique d'une sphère de cette invention, lorsque la sphère 2 fabriquée en matière magnétique est magnétisée elle-même, il n'y a pas de changeent du déséquilibre dynamique de la sphère 2 du fait de la magnétisation. De plus, l'emplacement et la vitesse de déplacement de la précession de la sphère 2 sont obtenus en observant le point unique 25 qui est magnétisé, de sorte que les étapes de mesure sont réalisées avec précision sans être affectées par la distribution de la densité de flux magnétique. En d'autres termes, 1' emplacement et la vitesse de déplacement de la précession sont obtenus en observant le passage du point magnétisé ou point unique 25, de sorte que la précision de détection est améliorée comparée au procédé de mesure de la densité de flux magnétique qui varie en continu. Dans le procedé de mesure et le dispositif de mesure de cette invention destinés à mesurer le déséquilibre dynamique d'une sphère construit comme cela a été décrit ci-dessus, l'emplacement et la vitesse de déplacement de la précession de la sphère sont trouves en observant le point qui est magnétise sur la surface de la sphère sans être affectés par la distribution de la densité de flux magnétique, et le désequilibre peut être mesuré avec précision. En d'autres termes, l'emplacement et la vitesse de déplacement de la precession sont trouvés en observant le déplacement du point magnetisé, et ceci améliore la précision de la détection comparé au procéde de mesure de la densité de flux magnétique qui varie en continu. Par conséquent, le procéde de mesure et le dispositif de mesure destinés à mesurer le déséquilibre dynamique d'une sphère de cette invention permettent de mesurer avec précision le déséquilibre dynamique d'une sphère. Il en résulte que cette invention peut apporter une contribution au développement de dispositifs tournant à grande vitesse et à performances élevées, o des roulements à bille par exemple qui tournent normalement même à des vitesses élevées sont utilisés. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'un déséquilibre dynamique d' une sphère (2) fabriquée en matière magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à traiter une surface de la sphère (2) de telle sorte que la surface possede un premier point (25) magnétisé avec un pôle, à supporter de façon rotative la sphère (2), de telle sorte que la sphère (2) caomence à tourner avec le premier point (25) placé sur un axe de rotation de façon à provoquer une précession due au déséquilibre dynamique de la sphère (2), à mesurer l'emplacement et la vitesse de déplacement du premier point (25) du fait de la précession, et à calculer le déséquilibre dynamique de la sphère (2) sur la base des résultats de mesure de l'mplacement et de la vitesse de déplacement. 2. Procéde selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un deuxième point (26) est prévu sur la surface de la sphère (2) et magnétisé avec un pôle opposé au premier point (25) de telle sorte que 1' angle entre le deuxième point (26) et le premier point (25) est autre que 180 , de sorte qu'il est possible de calculer la vitesse de rotation de la sphère (2) en observant le déplacement du deuxième point (26). 3. Procédé de mesure du déséquilibre dynamique d'une sphère (2) fabriquée en matière non magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à amener une matière magnétique à adhérer sur une surface de la sphère (2) de telle sorte que la surface possède au moins un point magnétise avec un pôle, à supporter de façon rotative la sphère (2), de telle sorte que la sphère (2) commence à tourner avec le point placé sur un axe de rotation de façon & provoquer une précession due au déséquilibre dynamique de la sphère (2), à mesurer 1'oemplacement et la vitesse de déplacement du point du fait de la précession, et à calculer le déséquilibre dynamique de la sphère (2) sur la base des résultats de mesure de 1' emplacement et de la vitesse de déplaceent. 4. Procéde selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière magnétique est choisie dans le groupe composé de la peinture magnétique, du point magnétique, de la feuille magnétique et du film magnétique. 5. Procéde selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un élement de point magnétique est fixé au niveau du point de magnétisation sur la surface de la sphère (2) fabriquée dans une matière non magnétique. 6. Dispositif de mesure destiné à mesurer un déséquilibre dynamique d'une sphère (2), caractérise en ce qu'il comporte un palier pneumatique (11) ayant une partie supérieure ouverte afin de former une surface concave sphérique (12), dans laquelle la sphère (2) ayant une surface avec un point magnétise prévu dessus peut être supportée de façon rotative, plusieurs élements de détection magnétique (17, 17a, 17b) disposés suivant un arc autour de la partie ouverte supérieure du palier pneumatique (11) de façon à délivrer un signal, une buse (22) destinée à projeter de l'air sous pression sur une partie de la sphère (2) supportée de façon rotative dans le palier pneumatique (11), et un circuit électrique (19, 20) destiné à obtenir les valeurs de mesure nécessaires pour le calcul du déséquilibre dynamique de la sphère (2) sur la base du signal des éléments de détection magnétique (17, 17a, 17b). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une bague de retenue (16) ayant une surface périphérique interne est fixée sur la partie ouverte supérieure du palier pneumatique (11), les éléments de détection magnétique (17, 17a, 17b) se composent chacun d'un élément a effet Hall, et sont disposés suivant un arc à intervalles égaux autour de la surface périphérique interne de la bague de retenue (16), et la buse (22) est positionnée de façon à faire face à la sphère (2) au-dessus de l'élément à effet Hall (17a) dans une position centrale sur l'arc.