Dispositif d'équilibrage d'une pièce tournante ou oscillante au moyen d'un faisceau laser
La présente invention a pour objet un dispositif permettant de supprimer le balourd d'un solide de révolution, par exemple un balancier de montre: la suppression du balourd se faisant par vaporisation de la quantité de matière nécessaire pour rétablir l'équilibre.
Cette évaporation est obtenue par un faisceau laser.
cette opération pouvant être effectuée en plusieurs fois.
On connaît des dispositifs permettant de supprimer le balourd d'un solide de révolution, par exemple un balancier de montre.
On connaît notamment un dispositif d'équilibrage de balancier de montre par enlèvement de matière par vaporisation à l'aide d'un faisceau laser. Le balancier est animé d'un mouvement de rotation autour de son propre axe, alors que le dispositif laser est fixe, son faisceau étant parallèle à l'axe du balancier et dirigé sur le balancier à équilibrer.
L'inconvénient de ce dispositif est qu'il nécessite un générateur laser émettant des impulsions lumineuses énergétiques très courtes.
On connaît aussi un dispositif pour l'équilibrage des pièces tournantes par projection de matières sur les pièces. Le dispositif comporte, d'une part, un support tournant portant la pièce à équilibrer et, d'autre part, un disque tournant muni d'une ouverture à travers laquelle un pistolet projette de la matière vers la pièce.
Dans ce dispositif, le pistolet est fixe par rapport au support et au disque, I'ouverture pratiquée dans le disque ne servant qu'à éviter que trop de matière soit projetée sur la pièce portée par le support.
Enfin, on connaît aussi un dispositif d'enregistrement de données sur un disque magnétique au moyen d'un faisceau laser, comportant des moyens permettant d'obtenir à partir d'un faisceau laser fixe un faisceau tournant autour de l'axe du faisceau fixe. Le faisceau tournant est dirigé sur le disque magnétique par un prisme tournant autour de l'axe de propagation du faisceau fixe. Dans ce dispositif, la tache lumineuse du faisceau laser sur le disque en rotation n'est pas fixe par rapport à un point du disque; en conséquence de quoi il est nécessaire, pour obtenir une inscription magnétique, que le générateur laser délivre des impulsions lumineuses les plus courtes possible.
La présente invention a pour but de réaliser un dispositif d'équilibrage d'une pièce tournante ou oscillante d'appareils horaires par enlèvement de matière au moyen d'une impulsion laser de longue durée ce qui permet, notamment, de réduire considérablement le prix de revient des dispositifs d'équilibrage de ces pièces tournantes ou oscillantes tout en obtenant néanmoins un aussi bon, sinon meilleur, résultat sur l'équilibrage de ces pièces.
La présente invention a pour objet un dispositif d'équilibrage d'une pièce tournante ou oscillante d'appareils horaires par enlèvement de matière comprenant un générateur laser d'un faisceau lumineux énergétique de même direction que celle de l'axe autour duquel est entraînée ladite pièce, un dispositif optique de déviation dudit faisceau, un moyen pour focaliser ledit faisceau sur l'endroit de la pièce où doit être vaporisée une partie de la matière la composant, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de couplage dudit dispositif optique avec ledit axe pour que ledit faisceau focalisé sur ladite pièce soit sensiblement immobile par rapport à ladite pièce en mouvement.
Le dispositif selon l'invention a pour avantage le fait que l'on peut utiliser un laser de durée d'impulsion variable et que les conditions de vitesse imposée à la pièce tournante n'ont aucune influence sur la précision de l'usinage obtenu par le dispositif.
Les avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante, dans un exemple d'exécution, description se référant aux dessins ci-annexés dans lesquels
la fig. 1 représente une partie du schéma de principe d'un dispositif selon l'invention;
la fig. 2 est une vue schématique du dessus de ce dispositif, et
la fig. 3 représente les indications fournies par le détecteur de la position angulaire instantanée du balourd et par le détecteur de la position angulaire instantanée du dispositif faisant tourner le faisceau laser.
ainsi que le signal élaboré pour commander le déclenchement du faisceau laser.
La fig. 1 représente schématiquement un dispositif qui comporte un laser 1 dont le faisceau lumineux est envoyé à l'entrée d'un dispositif optique permettant d'obtenir à la sortie un faisceau 8 parallèle au faisceau entrant 7, mais tournant autour de l'axe 2 avec une certaine vitesse angulaire oe2. Ce dispositif optique peut comprendre, par exemple, un bras ou support 3 monté sur un arbre 4 tournant autour de l'axe 2. Sur ce bras ou support 3 est monté un dispositif réflecteur constitué par un jeu de miroirs ou par un prisme tel que celui représenté en 5.
La pièce tournante dont on désire supprimer le balourd est représentée en 6. Cette pièce tournante est montée sur un arbre 6' tournant autour de l'axe 2.
La rotation du dispositif déviateur 3-4-5 permet ainsi d'obtenir un faisceau laser 8 tournant autour de l'axe 2: si la pièce 6 est fixe, le point d'impact 9 du faisceau 8 décrit un cercle sur la surface supérieure de la pièce 6. Dans le cas où la pièce 6 tourne aussi dans le même sens, le point d'impact 9 décrit sur cette pièce une trajectoire circulaire avec une vitesse angulaire égale à la différence des vitesses angulaires du plateau 3 et de la pièce 6.
Le dispositif est muni d'un circuit de commande de déclenchement du laser: ce circuit de commande comporte des moyens de détection de la position angulaire instantanée du balourd de la pièce tournante 6. La position et l'intensité du balourd sur la pièce 6 ayant été définies par un appareil connu d'un type quelconque, on marque la pièce tournante avec un moyen quelconque permettant le repérage de sa position instantanée pendant la rotation de la pièce 6. Par exemple, ce repérage peut être effectué par un marquage avec un repère ou une bande 10 de matériau réfléchissant ou en un matéirau absorbant la lumière. Lors de la rotation de la pièce 6 un détecteur 11 du type photo-électrique enverra une impulsion à chaque passage de cette bande réfléchissante ou absorbante.
Il est évident que tout autre type de détecteur peut être utilisé dans le cadre de la présente invention.
De la même façon, le plateau ou le bras 3 comporte un repère 12 disposé de façon à marquer la position angulaire du faisceau 8 sortant du dispositif optique 5.
Au repère 12 correspond un détecteur de passage 13, par exemple une cellule photo-électrique qui enverra à chaque passage un signal électrique.
Les sorties des détecteurs 11 et 13 sont reliées respectivement à deux entrées d'un circuit comparateur 14 qui transmet un signal à chaque fois que les signaux des détecteurs 11 et 13 sont en phase. Ce circuit comparateur peut comporter par exemple un circuit logique ET .
La sortie du circuit comparateur 14 est reliée au circuit de commande 18 du laser 1 par l'intermédiaire d'un ou plusieurs circuits retard tels que 15 et 16 dont la fonction sera définie plus loin.
Le fonctionnement du dispositif va maintenant être décrit en se référant aux fig. 2 et 3. Sur la fig. 2 on a représenté une vue de dessus, le support 3 du dispositif optique 5, la pièce tournante 6, une tache 9' représentant l'endroit où se trouve le balourd et la tache 9 formée par le faisceau laser 8 sur la pièce 6.
On suppose par exemple que le support 3 et la pièce 6 tournent dans le même sens, la vitesse angulaire ( 2 du support 3 étant supérieure à la vitesse angulaire w1 de la pièce 6. En supposant que, à un moment donné de chaque révolution, le laser 1 est déclenché pendant un temps très court, la tache 9 se rapprochera de la plage 9' avec une vitesse angulaire W w. > - w1. Par conséquent, il y aura coïncidence de la tache 9 avec la plage 9' avec une périodicité
2x At =
we (n
Grâce à la valeur relativement faible de la vitesse relative du support 3 et de la pièce 6, il sera donc possible d'utiliser un laser ayant une durée d'impulsion relativement grande.
Etant donné que la constante de temps des circuits de commande peut être relativement forte par rapport à la durée de l'impulsion, on peut supprimer toute incertitude en décalant le repère 10 marquant la position du balourd d'un certain angle connu.
D'autre part, on peut tenir compte de l'imprécision de la localisation du balourd en définissant une certaine plage 9' ayant une ouverture angulaire non nulle ss.
Ainsi, lorsqu'au temps t, on aura détecté la coïncidence du repère 12 avec le repère 10 décalé d'un angle *, on sait que la tache 9 atteindra la tache 9' au bout d'un temps
(1
Qat,=
w2 - w1 et que la tache 9 balaiera la plage p pendant un temps
Qat2=
W2 w1
On voit donc qu'il suffira de choisir un laser produisant une impulsion de durée inférieure à At2 pour attaquer la pièce 6 avec une précision suffisante.
Le dispositif électronique illustré sur la fig. 1 est capable d'effectuer la commande du dispositif en accord avec les explications données ci-dessus.
Sur la fig. 3, la ligne marquée 1 montre les impulsions envoyées par le détecteur 1 I à chaque passage du repère 10, la ligne marquée w. > montrant les impulsions envoyées par le détecteur 13 à chaque passage du repère 12.
Sur la ligne marquée w. > - w1 on a représenté à titre d'exemple les signaux transmis par le circuit comparateur 14. Ce circuit, qui peut comporter par exemple une porte ET, transmet une impulsion à chaque coïncidence entre les signaux émis par les détecteurs 1 1 et 13. Dans le cas où le détecteur 10 est angulairement décalé par rapport à la position du balourd, le laser doit être déclenché avec un retard Atl et pendant un temps At, ainsi que représenté sur la dernière ligne de la fig. 3.
Il est évident que la description du fonctionnement n'a été donnée ci-dessus qu'à titre d'exemple; on peut aussi bien travailler avec une vitesse o, inférieure à w1, ne pas décaler angulairement le repère 10, etc.
Le retard Atj commandant le déclenchement du laser est élaboré par exemple par un circuit connu représenté schématiquement en 15 sur la fig. 1.
D'autre part, on sait que l'attaque de la pièce 6 par le faisceau laser peut échauffer cette pièce afin de permettre à la pièce tournante de reprendre son équilibre thermique et dynamique après chaque vaporisation d'une partie de sa masse métallique, un circuit électronique 16 branché dans le circuit de commande du laser interdit à celui-ci d'être branché trop souvent en ne laissant passer l'ordre de déclenchement qu'à intervalles réguliers de l'ordre de la demi-minute; par exemple le circuit 16 peut être un dispositif de comptage ne laissant passer les impulsions de commande que toutes les n fois.
Il est évident que les circuits électroniques comportent des dispositifs de mise en forme de signaux et de comptage d'impulsions capables de ne détecter que les coïncidences vraies des impulsions fournies par les dé lecteurs 1 1 et 13.
Dans le cas où les vitesses de la pièce 6 et du support 3 sont suffisamment stables, on peut ainsi détecter la coïncidence vraie de la tache 9 avec la plage 9' et ne déclencher le laser que pendant la coïncidence suivante dont le moment exact est déterminé par le circuit électronique.
Dans certains cas, les vitesses des pièces 6 et 3 peuvent être relativement faibles, ce qui permet de coupler mécaniquement ou par tous autres moyens ces pièces pour que les variations éventuelles des vitesses se reproduisent sur les deux pièces tournantes.
A titre d'exemple, le dispositif tel que représenté schématiquement sur la fig. 1 peut s'appliquer à l'équilibrage de pièces, telles que des anneaux métalliques.
Généralement, ces pièces ont une masse concentrée sur la périphérie dans une partie annulaire, celle-ci étant reliée au palier central par quelques rayons de masse négligeable. Le balourd de ces pièces peut donc provenir d'une mauvaise répartition de la masse, ce qui entraîne un déplacement du centre de gravité. Pour rétablir l'équilibre, on élimine la quantité de matière en excès. Un tel procédé peut être appliqué à l'équilibrage des balanciers de montre. Les montres actuellement sont fabriquées en série. A la sortie de la chaîne de montage, il existe toujours un pourcentage important de montres dont le fonctionnement est incorrect, notamment du fait du balourd de certains balanciers.
C'est pourquoi, en combinant les techniques bien connues de la détection des balourds des balanciers de montre avec le procédé selon l'invention, on peut effectuer la correction du balourd sans avoir à effectuer le démontage de la montre. On place la montre dans le dispositif en positionnant le balancier par rapport au faisceau laser auquel on soumet un mouvement d'oscillation à la même vitesse que celle dudit balancier. Le dispositif comporte des moyens pour positionner le faisceau sur le balourd et des moyens permettant de régler le temps d'impulsion et l'énergie de sortie, nécessaires à la vaporisation de la quantité de matière entourant le balourd.
Dans le cas de l'équilibrage d'un balancier de montre, la vitesse de rotation du plateau 3 peut être par exemple de l'ordre de 9,99 t/s tandis que la vitesse de balancier peut être plus grande, 10 t/s par exemple. Il est en effet évident que le dispositif fonctionne de la même façon quand w1 est supérieure à 2. De même, on peut avoir avantageusement w1 égale à 2
Il est à noter que le dispositif décrit comporte en outre un dispositif quelconque connu, capable de détecter la présence et mesurer l'intensité du balourd.
Le dispositif détecteur peut être associé directement au dispositif décrit ci-dessus pour arrêter son fonctionnement dès que le balourd est supprimé : les indications du détecteur de balourd servent ainsi au réglage des circuits retard tels que 15 qui doivent tenir compte des paramètres tels que les angles a et p définis ci-dessus.