Procédé de contrôle de l'étanchéité d'une boîte de montre
L'importance des mesures d'étanchéité des boîtes de montres et montres s'est imposée dès le moment où les boîtes ont été conçues pour résister à la pénétration d'agents extérieurs, tels que poussières, humidité et liquides en général. A l'origine, l'étan- chéité était prévue pour conserver le mouvement de la montre dans un état de propreté favorable à sa bonne marche. Par la suite, on développa les moyens d'étanchéité pour leur permettre de résister aux pressions et aux dépressions atmosphériques et sousmarines auxquelles la boîte risquait de plus en plus d'être soumise, tant dans son utilisation sportive et industrielle, que dans son emploi professionnel.
Les mesures d'étanchéité des boîtes ont ainsi pris une importance prédominante pour le contrôle qualitatif de la production et le classement de valeur résultant de chaque qualité. Ces mesures doivent permettre de comparer des techniques de fabrication différentes et améliorer les moyens d'étanchéité utilisés.
On connaît jusqu'ici quatre méthodes de contrôle de l'étanchéité de boîtes :
Dans la première méthode connue, la boîte est plongée pour un certain temps dans de 1'eau en surpression, les fuites d'eau dans la boîte étant cons tatées visuellement. Ce test ne peut donner que des résultats qualitatifs et présente l'inconvénient de nécessiter l'ouverture et le nettoyage des boites imparfaitement étanches. Dans la deuxième méthode connue, les boîtes sont posées sur un coussin chauffant porté à une température de 40 à 50 C. On examine visuellement la buée formée sous le verre organique après un certain temps. Egalement de nature quali- tative, ce test présente les mêmes inconvénients que celui de la mise de la boîte en surpression dans l'eau.
Dans la troisième méthode connue, on introduit la boîte dans un récipient rempli d'eau, dont on abaisse progressivement la pression de 400 mm Hg.
L'émission localisée de bulles d'air ne révèle que des s imperfections d'étanchéité. Ce test, également de nature qualitative, révèle seulement le degré d'étan- chéité dans le sens intérieur-extérieur.
Enfin, dans la quatrième méthode connue, l'étan chéi, té est, comme dans la méthode de mise en dépression dans 1'eau, estimée de manière indirecte.
La boîte est introduite dans une enceinte étanche e dont l'air est aspiré par une pompe jusqu'à un vide déterminé. Après un certain temps, on mesure la pression de l'enceinte, dont la valeur est influencée par les fuites d'air provenant du boîtier. Cette méthode est peu sûre, en raison du fait que l'air enfermé dans le boîtier peut aussi s'échapper lors du pompage. Il en résulte qu'une très mauvaise boîte peut donner les mêmes résultats de mesures qu'une boîte étanche. Comme la troisième méthode mentionnée, cette méthode qui, cependant, est de nature quantitative, ne permet de mesurer l'étanchéité que dans le sens intérieur-extérieur alors qu'en fait c'est l'étan chéité dans le sens extériour-interieur qui est déterminant.
On a déjà proposé un procédé, de préférence continu, pour la détection des entrées d'air dans les appareillages sous vide, notamment les fours électriques sous vide, selon lesquels on mot en communication l'enceinte placée sous vide avec tout appareil, par exemple un appareil d'émission ou d'absorption de radiations électromagnétiques et règle ledit appareil sur les caractéristiques de l'argon et détecte les entrées d'air par évaluation d'une teneur en argon.
Un tel procédé qui a pour but la défection d'entrée d'air dans les enceintes placées'sous vide met essentielJement à profit la teneur relativement éle- vée de l'air en argon (0,9 /o). I1 prévoit en particulier l'utilisation, comme appareil détecteur, d'un spectromètre de masse qui est relié à l'enceinte par une série de sondes disposées en plusieurs points de celle-ci.
La mise en oeuvre de ce procédé, décrite de façon très sommaire est adaptée de façon spécifique à la détection de l'argon.
En outre, l'appareillage est conçu pour réagir à une quantité d'argon introduit dans 1'enceinte dépassant une valeur de seuil. La mise en oeuvre du procédé suppose une enceinte de dimension minimale.
On a, par ailleurs, proposé certains perfection nements aux détecteurs de fuites qui comprennent un spectromètre de masse constitué par une cellule engendrant un faisceau ionique venant frapper une cible associée, ces détecteurs étant utilisés pour le contrôle d'un corps plongé dans de l'hélium sous pression puis placé dans une enceinte sous vide.
L'hélium s'étant ini-tialement infiltré, ressue : > et sa présence est détectée.
La réalisation de ces détecteurs est relativement complexe. L'existence de diaphragmes permet d'ef- fectuer le filtrage du faisceau ionique et de ne permettre l'accès à la cible qu'aux ions d'hélium seulement.
On a, enfin, proposé un procédé pour contre- ler l'étanchéité d'une pièce close selon lequel l'on plonge ladite pièce à contrôler dans un gaz radioactif, en surpression, on retire cette pièce, nettoie sa surface extérieure puis détermine la radio-activité due à une fuite éventuelle.
Toutefois, un contrôle quantitatif industriel doit répondre à plusieurs exigences. D'une part, le test doit être assez simple, rapide et sensible et ne pas exiger l'ouverture de la boîte avant ou après l'opération et, d'autre part, les conditions physiques lors du test doivent être bien fixées, facilement contrôlables et doivent reproduire aussi fidèlement que possible les conditions réelles. Aucune de ces méthodes connues mentionnées ci-dessus ne permet de satisfaire à toutes ces exigences. Des recherches approfondies ont été conséquemment effectuées pour résoudre le problème du contrôle et de la classification des boîtes de montres au point de vue de leur étanchéité.
Ces recher- ches ont permis d'aboutir au développement de méthodes nouvelles et dont les résultats favorables laissent entrevoir une application industrielle à très grande échelle.
La présente invention qui met en oeuvre des moyens notablement différents de ceux décrits au préambule a précisément pour objet un procédé de contrôle de l'étanchéité d'une boîte de montre selon lequel on soumet la boîte à la pression d'au moins un gaz inerte.
Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on détermine, ensuite, la quantité d'au moins une partie de ce gaz au moyen d'un émetteur de rayons X qui agit sur les atomes de ce gaz et d'un récepteur du rayonnement résultant de l'action des rayons X sur lesdits atomes, de telle manière qu'à chaque degré de passage du gaz au travers des moyens d'étan- chéité de la boîte, corresponde une valeur mesurée bien définie de la quantité de gaz qui a traversé lesdits moyens d'étamchéité.
Le dessin annexé représente schématiquement, à titre d'exemple, deux formes d'exécution et une variante d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 en montre la première forme d'exé- cution.
La fig. 2 en montre la seconde forme d'exé- cution.
La fig. 3 est une variante de la forme d'exécution représentée en fig. 2.
Les fig. la, 2a et 3a représentent pour ces dif férentes formes d'exécution, la variante de l'inten- sité du rayonnement détecté en fonction de la proportion massique du Krypton.
D'une façon générale, trois modes d'application sont d'ores et déjà prévus dans le cadre du procédé.
Dans le premier mode d'application, on met la boîte en surpression contrôlée dans une atmosphère gazeuse pendant un temps déterminé, on nettoie éventuellement la surface de la boîte, on introduit celle-ci dans une enceinte de mesure, on excite le gaz introduit dans la boîte au moyen d'un tube à rayons X et on mesure les radiations de fluorescence du gaz au moyen d'un tube compteur, de manière à déterminer la quantité de gaz introduite dans la boîte.
Dans le deuxième mode d'application, on introduit la boîte dans une enceinte étanche, on met cette enceinte en surpression quasi instantanée, et on mesure l'intensité de rayons X traversant cette enceinte, de manière à déterminer la quantité de gaz introduite dans la boîte par la mesure de la diminution de la quantité de gaz initialement contenue dans l'enceinte.
Enfin, dans le troisième mode d'application, on met la boîte en surpression contrôlée dans une atmosphère gazeuse pendant un temps déterminé, on introduit la boîte dans une enceinte sous vide, et on mesure l'intensité des rayons X traversant cette enceinte, de manière à déterminer la quantité de gaz s'échappant de la boîte dans l'enceinte.
Dans tous ces modes d'application, les conditions suivantes sont respectées : 1. L'agent de mesure est un gaz. En effet, l'étan-
chiite est d'un intérêt pratique plus grand par
rapport à un gaz que par rapport à un liquide,
car si la montre est étanche vis-à-vis d'un gaz,
elle l'est vis-à-vis d'un liquide, alors que la réci
proque n'est pas vraie a priori.
2. Le gaz est incolore et inerte afin de ne pas exiger
l'ouverture de ta boîte après le test.
3. L'introduction du gaz dans la boite est faite par
une surpression aussi faible que possible, afin de
n'influencer que dans une faible mesure l'étan
chiite de la boîte.
4. La mesure de la qualité de gaz introduite, res
pectivement extraite de la boîte, est faite sans
nécessiter l'ouverture de la boîte.
En se référant à la fig. 1, on voit la forme d'exé- cution d'un dispositif pour la mise en oeuvre du premier mode d'application.
Un faisceau de rayons X, dit rayonnement primaire, provenant d'un tube cathodique 1, est dirigé sur la boîte 2, préalablement mise en surpression dans un gaz inerte, par exemple du Krypton.
Le faisceau de rayons X excite le gaz contenu dans la boîte et donne ainsi naissance à un rayonnement secondaire, dit de fluorescence.
Le rayonnement de fluorescence émanant du boîtier 2 est d'abord diffracté par un cristal analy- seur 3, puis mesuré par un tube compteur 4. On obtient ainsi une mesure de la quantité de gaz introduite dans le boîtier. Seul un gaz traceur lourd permet d'éviter une trop grande absorption par le verre organique de la boite et d'obtenir un bon rendement de fluorescence. Dans le cas d'utilisation de Krypton, le tube générateur de rayons X a de préférence une anticathode de Molybdène. Le tube compteur est précédé d'un collimateur 5.
Il convient ici d'illustrer par un calcul numéri- que le rapport d'intensités entre un rayonnement primaire monochromatique correspondant à la raie K du Molybdène, et le rayonnement de fluorescence produit par excitation du Krypton contenu dans la boîte.
Considérons une boite de dimensions moyennes (3 en3 de volume et 7 cm2 de surface), fermée avec un verre organique de 1 mm d'épaisseur. Supposons que la boîte vide soit soumise, avant la mesure à une surpression de 1 atm. pendant 10 minutes dans une enceinte contenant du Krypton.
L'intensité de rayonnement de fluorescence est donnée par la relation :
EMI3.1
dans laquelle
If. Kr. = intensité des radiations de fluorescence
du Krypton ! = intensité de rayonnement primaire de
longueur d'onde correspondant à la raie
Ka du Molybdène
K = rendement de fluorescence de la raie
Ka du Krypton excité par un rayonne
ment Ka du Molybdène b = épaisseur du verre organique a = angle d'incidence du rayonnement pri
maire up. Mo. = coefficient linéaire d'absorption du
verre organique pour la longueur
d'onde de la raie Ka du Molybdène Ftp. Kr.
= coefficient linéaire d'absorption du
verre organique pour la longueur d'onde
de la raie Ka du Krypton (Á/?)Kr.Mo = coefficient d'absorption massique du
Krypton pour la longueur d'onde de
la raie Ka du Molybdène Qnr = quantité du Krypton dans le boitier
Su = surface moyenne du boîtier
p. Mo. = 0,3 cm-1
Rp. Kr. = 1, 25 cm-1
On a par ailleurs
K = 0,7
(Á/?)Kr.Mo = 88 cm2/g
sin a = 0,706
b = 0,1cm
SB = 7 cm2
Introduisons ces valeurs dans la relation précédente : If.
Kr = 0, 563 (1e1798 QKr)
Exprimons maintenant la relation I@.Kr. et I@ en éva- luant l'ordre de grandeur de QKr pour deux cas extrêmes, correspondant respectivement à une montre de haute étanchéité et à une montre de mauvaise qualité.
Nous supposerons, pour la montre de très bonne qualité, que la quantité de gaz entrée est égale à la quantité de la vapeur d'eau introduite par diffusion pour un temps et une différence de pres
EMI3.2
<tb> sion <SEP> égaux. <SEP> Op-43 <SEP> mm <SEP> Hg
<tb> <SEP> <SEP> AP=43mmHg
<tb> <SEP> Q <SEP> = <SEP> 1,7. <SEP> 10-5 <SEP> g <SEP>
<tb> <SEP> ! <SEP> A <SEP> =10mn
<tb>
On en déduit par proportionnalité
EMI3.3
Q Kr. min. = 30,10-5 g
-5,34 10-3 If.Kr.min. = 0,563 (1-e)I?
If Kr. min. = 2, 94-10¯3Io
Nous supposons maintenant le cas d'une montre franchement mauvaise qui soit complètement remplie de gaz après 10 minutes de surpression. Un calcul simple montre d'ailleurs que cette hypothèse correspond à une montre dont on aurait enlevé le remontoir.
Pour de telles conditions :
QKr. ma.. = 11, 25. 10-3 g
If. Kr..=0,563(1-)1,
If Kr. max. = 1, 02. 10-1.
Finalement, pour une intensité primaire de 106 COUpS/ mn, les intensités de fluorescence seront dans ces deux cas extrêmes :
f. Er. min. 2. 940 c/mn It3ir ma. x = 102. 000c/mn
On voit donc que tous les cas intermédiaires devraient pouvoir être définis avec suffisamment de précision entre de telles. limites.
Des essais effectués au moyen d'un récipient d'essais reproduisant les caractéristiques principales d'une boîte de montre, à savoir l'enveloppe étanche et le verre organique, permettent de définir la courbe d'intensités 1 des radiations de fluorescence en fonction de la proportion massique du Krypton contenu dans le récipient. Sur la fig. la, la courbe est représentée pour une fonction du :
I=B.-..-.-+
i-y où A est la masse d'air dans le récipient, et B, ss, a et X sont des constantes obtenues par calculs et
K la masse de Krypton dans le récipient on a :
K
K+A qui est la proportion massique du Krypton.
On voit que le dispositif décrit permet de mesurer de manière satisfaisante il'étanchéité de boîtes de montres ou montres selon le premier mode d'ap plication du procédé. On peut, à la rigueur, prévoir une correction de la mesure pour de fortes variations de l'épaisseur du verre organique.
En se référant à la fig. 2, on voit la forme d'exé- cution d'un dispositif pour la mise en oeuvre du second mode d'application du procédé décrit. 6 désigne un générateur de rayons X, 7 un tube compteur à scintillations. La boîte de montre 8 est logée dans une enceinte étanche 9 communiquant par une ouvertu, re 10 avec une enceinte de mesures 11.12 est une ouverture pour l'entrée du gaz, 13 et 14 sont des fenêtres. 15 indique des conduites de refroidissement du générateur 6 et du compteur 7. Le boîtier 8 est placé dans 1'enceinte 9 et celle-ci avec l'enceinte 11, mise en surpression presque instantanée. On mesure l'intensité du rayonnement X traversant 1'enceinte 11.
L'intensité de rayonnement mesurée à la sortie de l'enceinte est proportionnelle à la densité selon la loi :
- (. Y
I = IOe 8
Avec
I = intensité de sortie
Io = intensité incidente
= coefficient d'absorption massique
Y = parcours du rayonnement dans 1'enceinte
densité du gaz contenu dans l'enceinte.
Si le détecteur est équipé d'un dispositif permettant de faire un enregistrement en fonction du temps, il fournira le diagramme de la fig. 2a sux lequel tao indique le seuil de mise en surpression et où la courbe ascendante vers la droite correspond aux fuites vers la montre.
Cette méthode donne des résultats intéressants et sa réalisation est relativement simple. Il es, t néces- saire, cependant, de tenir compte des variations de volume de la boîte introduite.
Dans la variante de ce dispositif, représentée en fig. 3, l'enceinte elle-même est utilisée comme tube compteur. Il suffit pour cela de prévoir une électrode portée à une différence de potentiel suffisante par rapport aux parois de l'enceinte pour qu'une véri- table chambre d'ionisation soit ainsi réalisée. 16 désigne le générateur à rayons X, 17 un amplificateur conduisant à un enregistreur, 18 est 1'enceinte étanche de la boîte 19 communiquant par l'ouverture 20 avec l'enceinte de mesure 21.22 est une fenêtre et 23 l'électrode centrale. Une telle chambre d'ionisation remplie avec un gaz noble comme le Krypton possède un très bon rendement quantique pour un rayonnement de longueur d'onde correspondant à la raie K du Molybdène.
Le premier problème posé par la construction de l'enceinte est le choix des dimensions optimales, en fonction de l'intensité primaire du faisceau des rayons X. Des calculs détaillés, qui ne sont pas mentionnés ici par souci de simplification, montrent t que l'accroissement I
I de l'intensitÚ est proportionnel Ó la longueur de la chambre, que le volume inutilisé de l'enceinte 9, de la fig. 2, doit être aussi faible que possible, que le rayon de l'enceinte 11, de la fig. 2 doit également être réduit à sa plus petite valeur possible, imposée par l'ouverture de la fenêtre 14 et par la focalisation du faisceau.
La longueur optimale de la chambre est déterminée en tenant compte de l'augmentation de la sensibilité de la mesure
I 1 avec la longueur de la chambre et de l'augmentation parallèle de la fluctuation statistique de comptage.
On a représenté sur le graphique représenté à la fig. 3a, la courbe de l'intensité détectée en fonction du temps, pour du Krypton à une pression initiale de 2 kg/cm2, une langueur d'enceinte de 6,6 cm et un diamètre d'enceinte de 1 cm. Dans ce graphique,
A représente 1'enceinte vide, B la mise en surpression, C la courbe correspondant à une boîte étanche de bonne qualité et D celle relative à une boîte étanche de mauvaise qualité.
Un dispositif du troisième mode d'application du procédé n'a pas été représenté. Les indications don- nées jusqu'à présent devraient cependant suffire à sa compréhension. Il convient d'ailleurs de préciser que cette méthode présente l'inconvénient de chiffrer l'étanchéité dans les deux sens : extérieur-intérieur.
Il faudrait en outre déterminer jusqu'à quelle limite les fuites de la boîte perturbent les mesures au moment de la création du vide.
D'une façon générale, le procédé décrit peut être envisagé pour des utilisations industrielles, les mesures pouvant par exemple être effectuées automatiquement et comparées à des valeurs de référence permettant le triage des boîtes répondant à des tolérances données de celles qui n'y satisfont pas, respectivement l'enregistrement du degré d'étanchéité correspondantà un certificat de type donné. A cet égard, le procédé décrit permet des contrôles scien tifiques, promotionnels et de hautes exigences.
Des variantes non mentionnées peuvent être utilisées. Par exemple, d'autres gaz nobles que le
Krypton pourraient notamment être utilisés, par exemple le Xénon.
Un tel procédé s'applique aussi bien à la mesure de l'étanchéité d'une boîte vide qu'à celle d'une boîte contenant un mouvement.