Brevet FR2780169A1 — publié le 19991224

PROCEDE ET APPAREIL POUR LA MESURE DU REPERE D'UN MOUVEMENT DE MONTRE MECANIQUE La présente invention concerne un procédé et un appareil la mesure du repère d'un mouvement de montre mécanique comprenant un balancier et un échappement formé d'une ancre munie de bras et d'une roue dotée d'une serge. s Dans une montre mécanique, on appelle repère la différence entre la durée des alternances paires et impaires du balancier. Ce paramètre permet de déterminer si l'impulsion motrice communiquée au balancier par l'échappement est donnée de manière optimale ou non, c'est- à-dire au voisinage du point mort. Plus la valeur du repère est élevée, plus on s'éloigne 1o de cet optimum. Jusqu'ici, le repère a généralement été mesuré de manière relative. Le procédé utilisé consiste à recueillir, au moyen d'un chronocomparateur, les signaux acoustiques émis par l'échappement et à les reporter sur une bande de papier entraînée de manière synchrone. Il en résulte deux traces parallèles dont la pente définit la marche de la montre alors que la distance les séparant donne le repère. Une telle solution permet un contrôle relatif, mais est mal adaptée à la détermination d'une valeur numérique. De plus, I'analyse doit se faire à partir d'un graphique, ce qui nécessite un temps de lecture important à la personne chargée de l'opération. Cela est coûteux et peu précis. En outre, lorsqu'on place plusieurs montres les unes à côté des autres, les sons qu'elles émettent peuvent se parasiter. Il a également été proposé d'utiliser des dispositifs optiques pour détecter les déplacements de l'échappement, par exemple celui décrit dans la demande de brevet FR 2 060 248. Dans ce dispositif, une lampe à incandescence émet un faisceau lumineux projeté sur le bord d'une pièce de l'échappement, par exemple sur le bord d'une dent de la roue ou d'un bras de l'ancre. Une partie 2 2780169 du faisceau est réfléchie vers un détecteur photoélectrique. Comme le faisceau de lumière est partiellement coupé, la quantité de lumière atteignant le capteur varie au moment o l'échappement se met en mouvement. Cette variation permet de générer un signal électrique traité par un circuit électronique. Pour effectuer des mesures avec un tel dispositif, chaque pièce doit être positionnée avec précision avant que la mesure ne puisse être entreprise. Si cette solution peut être envisagée en laboratoire, son application industrielle est, par contre, illusoire. La présente invention a pour but principal de fournir un procédé et un appareil io permettant de mesurer le repère, qui soit efficace, peu coûteux, précis et insensible aux perturbations par l'environnement. De façon plus précise, I'invention concerne un procédé pour la mesure du repère d'un mouvement de montre mécanique à balancier et échappement, avec une ancre comprenant des bras et une roue dotée d'une serge, caractérisé en ce qu'il consiste à: - diriger un faisceau de lumière cohérente sur une pièce de l'échappement dont la surface présente une rugosité sensiblement supérieure à la moitié de la longueur d'onde de ladite lumière, transformer le faisceau de lumière renvoyé par ladite pièce en un signal électrique, - mesurer le temps écoulé entre deux instants successifs auxquels ledit signal passe d'un niveau constant à un niveau variable, et - calculer la différence entre deux temps successifs afin d'en fournir une représentation comme valeur du repère du mouvement. De façon avantageuse, le procédé consiste, en outre, à additionner deux à deux lesdits temps successifs afin de fournir une représentation de cette somme comme valeur de la période du balancier du mouvement. De préférence, le procédé consiste, en outre, à mesurer le temps durant lequel la pièce de l'échappement est en mouvement puis à combiner cette valeur avec celles de l'angle de levée du balancier et de sa période pour fournir une représentation de la valeur de son amplitude. Les représentations des paramètres ci-dessus sont avantageusement des moyennes calculées sur plusieurs périodes du balancier. Enfin, le faisceau de lumière cohérente peut être dirigé soit sur la serge de la roue soit sur l'un des bras de l'ancre. L'invention concemrne également un appareil pour la mesure du repère d'un mouvement de montre mécanique à balancier et échappement, comportant: - un support destiné à recevoir ledit mouvement, - une source de lumière dirigée sur l'une des pièces de son échappement, - un détecteur photoélectrique disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux renvoyé par ladite pièce et produisant un signal électrique fonction de son intensité, et - un dispositif électronique de mesure et d'analyse dudit signal électrique, caractérisé en ce que ladite source de lumière est de type émettant un rayonnement cohérent et en ce ledit dispositif électronique est agencé pour effectuer les opérations de: - définition des instants durant lesquels le faisceau lumineux passe d'un niveau constant à un niveau variable, - mesure du temps écoulé entre deux desdits instants successifs, - calcul de la différence entre deux desdits temps consécutifs, et - affichage d'une représentation de ladite différence comme valeur du repère du mouvement. De préférence, I'appareil comporte une optique avec un miroir semi- transparent à 45 disposé entre la source de lumière et l'échappement du mouvement de manière à dévier le faisceau lumineux vers le détecteur photoélectrique. Selon une forme de réalisation avantageuse, I'appareil selon l'invention comporte: - un support destiné à recevoir plusieurs mouvements de montre, - plusieurs modules identiques, un pour chaque mouvement, comprenant chacun une source de lumière dirigée sur l'une des pièces de l'échappement dudit mouvement, un détecteur photoélectrique disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux renvoyé par ladite pièce et produisant un signal électrique fonction de son intensité, et un dispositif électronique de mesure et d'analyse du signal électrique provenant de chaque détecteur pour fournir une représentation de la valeur du repère du mouvement correspondant. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va i5 suivre, faite en regard du dessin annexé, dans lequel: - les figures 1 et 2 montrent de manière schématique respectivement un appareil selon l'invention et la structure du dispositif électronique de calcul et d'analyse dont il est doté; - la figure 3 est un diagramme explicatif du concept de repère; et - la figure 4 représente un appareil destiné à la mesure simultanée, en production, du repère de plusieurs mouvements de montre. L'appareil de mesure selon l'invention exploite un phénomène physique qui, en anglais, est appelé "speckling". Il se produit lorsqu'on projette un faisceau de lumière cohérente sur une pièce présentant une surface dépolie. On observe que la lumière diffusée par cette surface est distribuée de manière qui semble aléatoire, avec formation de taches claires et sombres. Si on place un détecteur photoélectrique dans le champ de la lumière diffusée et qu'on déplace la pièce, I'intensité lumineuse varie dans une forte proportion, généralement d'un facteur 2 à 3, mais qui peut parfois atteindre 10. Si, au contraire, la pièce est immobile, l'intensité lumineuse reste constante. Pour qu'un tel phénomène puisse être observé, il est toutefois nécessaire que la rugosité de la pièce soit supérieure à une demi longueur d'onde de la lumière cohérente du faisceau. En d'autres termes, les pièces polies ne permettent pas une telle observation. L'appareil représenté à la figure 1 comporte un bâti 10, un support 11, une source de lumière 12, une optique 13, un détecteur photoélectrique 14, un dispositif électronique 15, un affichage 16 et un écran 17. Le bâti 10 se présente sous la forme d'une potence, avec un plateau horizontal 18 sur lequel repose le support 11 et un pilier vertical 19 fixé au 0o plateau, qui porte, à sa partie supérieure, un premier bras horizontal contenant la source de lumière 12, I'optique 13 et le détecteur 14 et, entre ce premier bras et le plateau, un deuxième bras horizontal portant l'écran 17. Le support 11 est destiné à recevoir un mouvement de montre mécanique 21 afin d'en mesurer le repère. Il comporte des moyens de positionnement du mouvement, non représentés au dessin, mais bien connus de l'homme de l'art. La source de lumière 12 est formée d'une diode laser, par exemple celle vendue par Siemens sous la référence Coeherent VLM3, placée de manière à émettre un faisceau dirigé selon un axe vertical 22. L'optique 13 comporte un miroir semi-transparent 23, faisant un angle de 450 avec l'axe 22 et une lentille convergente 24, destinée à focaliser le faisceau ayant traversé le miroir sur une pièce de l'échappement du mouvement 21, en un endroit tel que ledit faisceau soit en permanence projeté totalement sur une face de cette pièce. Il peut s'agir de la serge de la roue d'échappement ou d'un bras de l'ancre. Le détecteur 14 est formé d'une cellule photoélectrique, par exemple celle vendue par Siemens sous la référence BPX61. Il est placé de manière à capter le faisceau lumineux renvoyé verticalement, selon l'axe 22, par la pièce de l'échappement et dévié à 45 par le miroir semi- transparent 23. Ce détecteur délivre un signal électrique dont l'intensité est représentative de celle du faisceau lumineux reçu. Le dispositif électronique 15 est relié électriquement au détecteur photoélectrique 14 et en reçoit les signaux de sortie qu'il traite pour définir les paramètres significatifs du mouvement. Il sera décrit de manière plus détaillée en référence à la figure 2. L'affichage 16 est relié à la sortie du dispositif électronique 15 et permet à l'utilisateur de lire une représentation de la valeur des paramètres mesurés. Il peut être un écran d'ordinateur ou une imprimante. Les résultats sont io présentés sous forme de diagrammes, d'indications d'acceptation ou de refus et/ou sous forme numérique. De tels affichages sont bien connus de l'homme de l'art et ne seront en conséquence pas décrits de manière plus détaillée. L'écran 17 permet d'éviter que la lumière ambiante ne vienne perturber la mesure. Il masque l'espace compris entre l'optique 13 et le mouvement 21. La figure 2 montre de manière plus détaillée la partie électronique de l'appareil. On peut y voir la source lumineuse 12, le détecteur 14, le dispositif électronique 15 et l'affichage 16. Le dispositif électronique 15 comprend un circuit d'analyse 30, une base de temps 31, un dispositif d'entrée de données 32 et une unité de calcul 33. Le circuit 30 est relié à la sortie du détecteur 14 pour recevoir le signal électrique produit en réponse au faisceau lumineux. Il I'analyse et génère de brèves impulsions chaque fois que le signal commence à varier et lorsqu'il redevient stable. L'unité 33 calcule les paramètres à mesurer sur la base des informations reçues du circuit d'analyse 30, de la base de temps 31 et du dispositif d'entrée de données 32. Avantageusement, le dispositif électronique 15 peut être un microordinateur de type PC, muni d'une carte d'acquisition apte à effectuer une mesure d'intervalles de temps, par exemple le modèle National DAQ PC- TIO, ou un microprocesseur spécialement programmé à cet effet. 7 2780169 Lors de la mesure du repère d'un mouvement de montre, le signal électrique issu du détecteur 14 est stable tant que l'échappement est immobile et varie dès qu'il entre en mouvement. Le circuit d'analyse 30 détecte le début et la fin de la période durant laquelle le signal varie et adresse à chaque fois une impulsion à l'unité de calcul 33. Celle-ci détermine les temps écoulés entre ces impulsions, à partir des informations données par la base de temps 31, moyenne les valeurs obtenues et calcule plusieurs paramètres, comme cela sera précisé plus loin. Pour bien comprendre la notion de repère, on se référera aux figures 3A, 3B io et 3C, qui représentent trois diagrammes montrant respectivement l'amplitude (D du balancier en fonction du temps t, I'intensité I du signal délivré par le détecteur 14 et les impulsions logiques engendrées par le circuit d'analyse 30. Sur la figure 3A, le temps t est en abscisse et l'amplitude O en ordonnée. Dans le mouvement de montre dont le fonctionnement est représenté sur cette figure, le balancier reçoit son impulsion de manière décalée par rapport au point mort. Le point médian de l'impulsion correspond à l'amplitude (D)m du balancier. De la sorte, et comme on peut le voir au dessin, I'angle parcouru par le balancier après avoir reçu une impulsion est plus grand lorsque I'amplitude est positive que lorsqu'elle est négative. L'intensité I du signal de sortie du détecteur 14 est représentée sur la figure 3B. Elle est constante durant la plus grande partie du temps mais se met à varier à l'instant t1, au moment o l'échappement est dégagé et commence à donner son impulsion motrice. L'intensité du signal redevient constante à I'instant t2, à la fin de cette impulsion. On relèvera en passant que si le signal reste constant entre deux impulsions motrices, son niveau peut être très différent d'une altemrnance à l'autre. Le balancier oscille ensuite librement puis revient et dégage à nouveau l'ancre pour donner une nouvelle impulsion motrice. On retrouve donc la même situation, le début et la fin du signal électrique étant respectivement 8 2780169 identifiés par t3 et t4. Le balancier continue son oscillation et, au retour, reçoit, entre les instants t5 et t5, une nouvelle impulsion, de même sens que celle comprise entre les instants t1 et t2. Le balancier continue ainsi d'osciller, générant le signal périodique de la figure 3B. Si l'on se réfère à la figure 3C, on constate que le circuit d'analyse 30 adresse une impulsion à l'unité de calcul 33 à chaque fois que le signal délivré par le détecteur 14 passe d'un état constant à un état variable et réciproquement, soit à chacun des instants t1. L'unité de calcul 33 peut ainsi mesurer les temps écoulés entre deux impulsions motrices données au balancier par o10 I'échappement. Sur cette figure, le temps T, marque l'intervalle entre les instants t, et t3 et le temps T2 I'intervalle entre les instants t3 et t5. Le repère est égal à la différence entre T1 et T2. Ainsi, on mesure le repère du mouvement en déterminant les temps Tj compris entre deux instants t et ti+2 et en calculant la différence entre deux temps successifs Tj et Tj+1. En se référant à la figure 3C, on constate que le temps écoulé entre des instants t et ti+4 est égal à une période du balancier. Ainsi, en additionnant dans l'unité de calcul 33, les temps T1 et T2, on obtient une représentation de la période T. Il est aussi possible de définir avec précision un temps -r, temps durant lequel l'échappement est en mouvement. Il est égal à la différence entre deux instants correspondant au départ et à l'arrêt de l'échappement. Si l'on connaît, par ailleurs, I'angle que parcourt le balancier durant ce temps, soit l'angle de levée 5, que l'on introduit dans l'unité de calcul 33 à l'aide du dispositif d'entrée de données 32, il est possible de définir sa vitesse et, par la même occasion, son amplitude D0, calculée selon la formule: (o = 6 / sin (r T / T), T étant la période du balancier déterminée par l'unité de calcul comme indiqué ci-dessus. 9 2780169 Afin d'augmenter la précision des mesures effectuées, I'unité de calcul peut, bien entendu, et de façon avantageuse, établir une moyenne sur une certaine durée des différents paramètre mentionnés ci-dessus. Les essais réalisés ont montré qu'une mesure effectuée sur une durée de 10 secondes permettait d'obtenir une précision suffisante pour l'ensemble de ces paramètres. Pour contrôler les mouvements de montres en fin de production, on utilise généralement des microphones sur lesquels les mouvements sont placés manuellement. Des mesures particulières doivent être prises pour éviter des interférences entre deux pièces voisines. o On se référera, pour terminer, à la figure 4 qui montre de manière schématique un appareil selon l'invention qui permet de mesurer simultanément les paramètres d'un ensemble de mouvements 44. Cet appareil comporte une base 40, une potence 41 et plusieurs modules de mesure 42. Un support 43, positionné sur la base 40, porte les mouvements. Chaque module 42 comporte, comme l'appareil de la figure 1, une source de lumière de type laser, une optique et un détecteur. Ce dernier est relié à un dispositif de mesure et d'analyse tel que décrit en référence à la figure 2, mais qui traite séquentiellement les informations provenant de chacun des détecteurs. L'appareil ainsi décrit peut avantageusement être complété par un écran masquant l'ensemble des mouvements et toute sa partie optique, de manière à éviter des perturbations dues à l'environnement lumineux. Un tel dispositif peut sans autre s'inscrire dans une chaîne de fabrication, les mouvements passant par groupes de dix sous l'appareil de mesure, entraînés dans la direction indiquée par une flèche par des moyens bien connus mais non représentés au dessin. 2780169 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la mesure du repère d'un mouvement de montre mécanique à balancier et échappement, avec une ancre comprenant des bras et une roue dotée d'une serge, caractérisé en ce qu'il consiste à: - diriger un faisceau de lumière cohérente sur une pièce de l'échappement dont la surface présente une rugosité sensiblement supérieure à la moitié de la longueur d'onde de ladite lumière, - transformer le faisceau de lumière renvoyé par ladite pièce en un signal électrique, - mesurer le temps (T) écoulé entre deux instants successifs (t, ti,2) auxquels ledit signal passe d'un niveau constant à un niveau variable, et - calculer la différence entre deux temps successifs (Tj, Tj1,) afin d'en fournir une représentation comme valeur du repère du mouvement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à additionner deux à deux lesdits temps successifs (Tj, Tj,1) afin de fournir une représentation de cette somme comme valeur de la période du balancier du mouvement. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à mesurer le temps durant lequel ladite pièce est en mouvement puis à combiner cette valeur avec celles de l'angle de levée du balancier et de sa période pour fournir une représentation de la valeur de son amplitude. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites représentations sont des moyennes calculées sur plusieurs périodes du balancier. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le faisceau de lumière cohérente est dirigé sur la serge de la roue. l l 2780169 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le faisceau de lumière cohérente est dirigé sur l'un des bras de l'ancre. 7. Appareil pour la mesure du repère d'un mouvement de montre mécanique à balancier et échappement, avec une ancre comprenant des bras et une roue dotée d'une serge, comportant: - un support (11) destiné à recevoir ledit mouvement (21) de montre, - une source de lumière (12) dirigée sur l'une des pièces de son échappement, - un détecteur photoélectrique (14) disposé de manière à recevoir le o10 faisceau lumineux renvoyé par ladite pièce et produisant un signal électrique fonction de son intensité, et - un dispositif électronique (15) de mesure et d'analyse dudit signal électrique, caractérisé en ce que ladite source de lumière (12) est de type émettant un rayonnement cohérent et en ce ledit dispositif électronique (15) est agencé pour effectuer les opérations de: définition des instants durant lesquels le faisceau lumineux passe d'un niveau constant à un niveau variable, - mesure du temps écoulé entre deux desdits instants successifs, - calcul de la différence entre deux desdits temps successifs, et - affichage d'une représentation de ladite différence comme valeur du repère du mouvement. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une optique (13) avec un miroir semi-transparent (23) à 45 disposé entre la source de lumière (12) et l'échappement du mouvement (12) de manière à dévier le faisceau lumineux vers le détecteur photoélectrique (14). 9. Appareil selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte: - un support (43) destiné à recevoir plusieurs mouvements (44) de montre, 12 2780169 - plusieurs modules identiques (42), un pour chaque mouvement, comprenant chacun une source de lumière (12) dirigée sur l'une des pièces de l'échappement dudit mouvement, un détecteur photoélectrique (14) disposé de manière à recevoir le faisceau lumineux renvoyé par ladite pièce et produisant un signal électrique fonction de son intensité, et - un dispositif électronique (15) de mesure et d'analyse du signal électrique provenant de chaque détecteur pour fournir une représentation de la valeur du repère du mouvement correspondant.