Domaine technique de l'invention
[0001] La présente invention concerne de manière générale les procédés de mesure de dimensions
et/ou les procédés de détection de défauts appliqués à des pièces de l'industrie horlogère.
En particulier, l'invention concerne de tels procédés appliqués à des pièces horlogères
flexibles, comme par exemple des ressorts, en particulier des ressorts spiraux. Cependant,
l'invention peut concerner dans une plus large mesure des procédés de mesure ou de
détection de défauts pour des pièces qui peuvent se déformer si on leur applique une
excitation vibratoire, même si leur utilisation finale ne fait pas intervenir cette
propriété. Autrement dit, l'invention concerne les procédés de mesure de dimensions
et/ou les procédés de détection de défauts appliqués à des pièces de l'industrie horlogère
qui présentent au moins une portion flexible et/ou une portion qui peut entrer en
vibration si une excitation vibratoire est imposée à ces pièces.
État de la technique
[0002] Il est connu dans l'art antérieur des procédés de contrôle, de pouvoir imposer une
excitation vibratoire pour déterminer une raideur d'un ressort spiral horloger à l'aide
d'un modèle de prédiction, comme le divulgue le document
WO2022152857A1. Cependant, la méthode divulguée requiert une phase d'apprentissage qui nécessite
des essais physiques qui peuvent être longs et fastidieux. En effet, afin de garantir
une bonne précision ultérieure, de tels fabrications et essais préliminaires doivent
être conduits avec rigueur et avec des machines ou des mesures très précises. Dans
le cadre de fabrications avec plusieurs géométries de pièces (par exemple des ressorts
spiraux de raideurs différentes), il faut prévoir de réitérer les essais physiques
de la phase d'apprentissage pour chaque géométrie produite, ce qui constitue encore
un frein à la méthode divulguée dans le document susmentionné.
Exposé de l'invention
[0003] Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l'art antérieur
mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un procédé de mesure
ou un procédé de détection de défaut, applicable à une pièce horlogère flexible fabriquée,
simple et aisé à mettre en oeuvre, en particulier un procédé de mesure ou un procédé
de détection de défaut qui ne requiert pas d'essais préliminaires physiques ou de
recalage avec des mesures ou des essais à effectuer sur des pièces de référence.
[0004] Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un procédé de mesure d'une dimension
d'une pièce horlogère flexible, le procédé de mesure comprenant :
- A/ une phase préliminaire de prédiction d'un comportement vibratoire, comprenant les
étapes consistant à :
- a1 : conduire une série de simulations itératives en faisant varier de manière itérative
au moins une dimension d'une pièce horlogère flexible modélisée pour prédire pour
chaque configuration simulée, une réponse vibratoire de la pièce horlogère flexible
modélisée à une excitation vibratoire variable au cours du temps,
- a2 : construire un modèle de prédiction de réponse vibratoire en se basant sur la réponse
vibratoire prédite de la pièce horlogère flexible modélisée pour chaque configuration
simulée,
- B/ une phase de contrôle de production, comprenant les étapes consistant à :
- b1 : appliquer à une pièce horlogère flexible fabriquée une excitation vibratoire variable
au cours du temps pour couvrir une plage fréquentielle prédéterminée,
- b2 : identifier au moins une caractéristique d'une fréquence de résonance de la pièce
horlogère flexible fabriquée, telle qu'un pic de résonance, lors de ou en réponse
à l'excitation vibratoire sur la plage fréquentielle prédéterminée,
- b3 : soumettre au modèle de prédiction construit pendant la phase préliminaire A/ la
caractéristique de fréquence de résonance identifiée à l'étape b2- et donner en retour une valeur mesurée de la dimension à mesurer de la pièce horlogère
flexible fabriquée.
[0005] En résumé, le procédé selon la mise en oeuvre ci-dessus comprend une phase préliminaire
de prédiction d'un comportement vibratoire et une phase de contrôle avec une étape
d'excitation vibratoire, pour donner en retour une mesure d'une dimension, sans faire
de mesure optique ou mécanique directe sur la partie à mesurer. La valeur mesurée
retournée (une dimension géométrique) est donnée par la machine de prédiction qui
ne reçoit en entrée que des valeurs de fréquences de résonance, et qui n'a été entraînée
ou construite qu'à partir de données de valeurs de fréquences de résonance, elles-mêmes
simulées.
[0006] Plus en détail, le procédé selon la mise en oeuvre ci-dessus comprend une phase préliminaire
de prédiction qui permet de constituer un volume de données préliminaires suffisant
pour construire un modèle de prédiction. En particulier, ces données préliminaires
sont générées à l'aide de simulations itératives qui ne requièrent pas de fabrications
de prototypes ni de tests sur des pièces réelles et permettent de constituer un volume
de données préliminaires suffisant pour ensuite construire un modèle de prédiction.
En particulier, il est possible de faire varier l'épaisseur et/ou la hauteur d'une
portion flexible d'une pièce horlogère selon des incréments très faibles pour bien
simuler à chaque fois le comportement vibratoire. On peut envisager de faire varier
l'épaisseur et/ou la hauteur d'une portion flexible d'une pièce selon des incréments
de quelques millièmes, et/ou quelques centièmes, et/ou quelques dixièmes de millimètres,
si bien que l'on peut simuler de multiples cas de figures pour constituer une base
de données fiable et complète.
[0007] En alternative ou en complément, il est possible de faire varier une ou plusieurs
caractéristiques matière d'une pièce horlogère, et/ou la présence et/ou la position
et/ou la nature d'un défaut sur une pièce horlogère.
[0008] En plus de ne pas requérir de pièces prototypes et/ou de tests physiques, cette méthode
présente aussi l'avantage de réaliser des essais sur la pièce horlogère flexible seule,
c'est-à-dire qu'on peut tester les pièces horlogères flexibles de manière unitaire,
sans les accoupler à d'autres pièces du mécanisme horloger auquel les pièces sont
destinées. On comprend que l'on peut tester les pièces horlogères flexibles dès leur
fabrication unitaire, très en amont dans le processus de fabrication, et sans ajouter
de variabilité qui serait due à d'autres pièces ou à des pollutions / endommagement
apportés lors de manipulations ou assemblages. Autrement dit :
- les simulations de la phase préliminaire sont effectuées sur la pièce horlogère flexible
modélisée seule, avec une portion de base dont les déplacements sont bloqués et avec
une portion libre qui peut librement se déplacer, la pièce horlogère flexible comprenant
au moins une portion flexible ou déformable agencée entre la portion de base et la
portion libre, et/ou
- les essais vibratoires de la phase de contrôle sont effectués sur la pièce horlogère
flexible fabriquée seule, avec une portion de base dont les déplacements sont bloqués
(par exemple par un outillage) et avec une portion libre qui peut librement se déplacer,
la pièce horlogère flexible fabriquée comprenant au moins une portion flexible ou
déformable agencée entre la portion de base et la portion libre.
[0009] Selon un mode de réalisation, l'étape a
2 comprend une étape consistant à identifier dans la réponse vibratoire de chaque pièce
horlogère flexible modélisée, au moins une caractéristique d'une fréquence de résonance
de la pièce horlogère flexible modélisée, telle qu'un pic de résonance.
[0010] Selon un mode de réalisation, l'étape a
2 comprend une étape consistant à construire une base de données en enregistrant dans
ladite base de données, pour chaque configuration simulée, au moins une partie de
la réponse vibratoire de la pièce horlogère flexible modélisée, et/ou au moins une
caractéristique d'une fréquence de résonance de la pièce horlogère flexible modélisée,
telle qu'un pic de résonance.
[0011] Selon un mode de réalisation, la pièce horlogère flexible fabriquée comprend une
âme flexible recouverte par une couche de revêtement, et l'étape a
1 comprend une étape consistant à faire varier au moins une épaisseur de l'âme et/ou
une épaisseur de la couche de revêtement de la pièce horlogère flexible modélisée.
Cette mise en oeuvre est typiquement impossible ou très difficile à mettre en oeuvre
avec des pièces réelles. Typiquement, si la pièce est en silicium, on a une âme en
silicium, et une couche d'oxyde de silicium, et on peut par exemple aisément simuler
une même âme avec des épaisseurs d'oxyde variables, alors que s'il fallait fabriquer
ces pièces, plusieurs lots devraient être prévus, avec des délais de fabrication assez
longs.
[0012] Selon un mode de réalisation, l'excitation vibratoire est appliquée à la pièce horlogère
flexible fabriquée ayant une extrémité libre (par exemple typiquement la virole centrale
dans le cadre d'un ressort spiral) et une autre extrémité fixée à un outillage ou
à une plaquette de substrat (dans le cas d'une pièce en silicium par exemple). D'un
point de vue mécanique, on peut considérer schématiquement que l'excitation vibratoire
est appliquée à une masse suspendue reliée à un référentiel (une pince de préhension
pour une pièce horlogère flexible fabriquée seule, ou le reste d'un substrat ou d'une
plaque pour une pièce horlogère flexible fabriquée par exemple en silicium et pas
détachée) par un ressort (la partie élastique du spiral). L'excitation vibratoire
met en mouvement la masse suspendue.
[0013] Bien entendu, la plage fréquentielle du spectre obtenu ne dépend pas que de la source
d'excitation vibratoire mais aussi du capteur de l'instrument de mesure utilisé. Ainsi,
la plage fréquentielle est liée à la fois à la plage fréquentielle d'excitation et
à la plage fréquentielle sur laquelle l'instrument de mesure de l'amplitude d'oscillation
(vibromètre ou autre) est sensible. Cependant, la plage fréquentielle d'excitation
sera choisie de sorte à inclure au moins une fréquence de résonance de la pièce horlogère
flexible fabriquée.
[0014] Dans le procédé ci-dessus, la caractéristique d'une fréquence de résonance est une
caractéristique de la réponse oscillatoire mesurée sur une plage fréquentielle prédéterminée,
comprenant au moins une fréquence de résonance. Une telle caractéristique est typiquement
identifiée après traitement d'un signal brut de mesure (par exemple mesure des amplitudes
ou vitesses ou accélérations de déplacement de certains points de la pièce horlogère
flexible fabriquée), le traitement pouvant inclure par exemple une transformée de
Fourier pour identifier des pics de résonance et donc des fréquences de résonance.
[0015] Selon un mode de réalisation, à l'étape b
1, l'excitation vibratoire est appliquée simultanément à une pluralité de pièces horlogères
flexibles horlogères fabriquées. La rapidité est améliorée, car on peut typiquement
imposer l'excitation vibratoire à une plaquette en silicium supportant plusieurs centaines
de pièces horlogères flexibles horlogères fabriquées, qui seraient par exemple encore
attachées à la plaquette.
[0016] Selon un mode de réalisation, la plage fréquentielle est prédéterminée pour englober
au moins une plage de fréquences :
- centrée sur une fréquence de résonance prédéterminée, et
- d'une étendue d'au moins 30% de la fréquence de résonance prédéterminée, c'est-à-dire
±15% de la fréquence de résonance prédéterminée. Par exemple, si la fréquence de résonance
prédéterminée est de 1 kHz, alors la plage fréquentielle ira de 850 Hz à 1150 Hz.
[0017] Selon un mode de réalisation, la pièce horlogère flexible fabriquée présente au moins
deux fréquences de résonance prédéterminées, et la plage fréquentielle est prédéterminée
pour couvrir au moins les deux fréquences de résonance prédéterminées. En couvrant
ou balayant une large plage de fréquences, on peut mesurer plusieurs pics de résonance
(ou fréquences de résonance), ce qui peut apporter une meilleure précision. En particulier,
prendre en compte plusieurs pics de résonance (ou fréquences de résonance) peut permettre
d'améliorer la qualité du procédé de mesure, en éliminant une potentielle variabilité
due à la matière de la pièce horlogère flexible fabriquée. Également, prendre en compte
plusieurs pics peut permettre d'augmenter la sensibilité de la mesure vis-à-vis des
grandeurs recherchées (raideur ou dimension). En résumé, plus on va mesurer de pics,
plus la machine de prédiction sera précise.
[0018] Selon un mode de réalisation, l'étape b
1 comprend l'utilisation d'une source, telle qu'une source piézo-électrique, permettant
d'induire ou imposer une excitation acoustique sur une tranche d'une plaquette supportant
la pièce horlogère flexible fabriquée ou son ébauche, ou de manière préférée sur,
ou encore sous la pièce horlogère flexible fabriquée à exciter spécifiquement.
[0019] Selon un mode de réalisation, la source acoustique peut être accouplée à un cône
d'excitation choisi pour exciter au moins une pièce horlogère flexible fabriquée.
Préférentiellement, si une plaquette supporte plusieurs pièces horlogères flexibles
horlogères fabriquées, alors la source acoustique peut être accouplée à un cône d'excitation
choisi pour exciter au moins une partie et de préférence la totalité des pièces horlogères
flexibles horlogères fabriquées.
[0020] Selon un mode de réalisation, la source acoustique peut être choisie et/ou réglée
pour générer l'excitation vibratoire variable au cours du temps pour couvrir la plage
fréquentielle prédéterminée :
- avec une amplitude suffisante pour générer des vibrations de la pièce horlogère flexible
fabriquée d'amplitude suffisante pour être détectées par le moyen de mesure d'amplitude
ou de vitesse ou d'accélération de déplacement d'au moins un point de la pièce horlogère
flexible fabriquée et/ou
- pendant une durée suffisante pour en déduire des spectres vibratoires de la pièce
horlogère flexible fabriquée.
[0021] Selon un mode de réalisation, l'étape b
2 comprend l'utilisation d'un moyen de mesure optique, tel qu'un vibromètre laser par
effet Doppler.
[0022] Selon un mode de réalisation, l'étape b
2 est basée sur une mesure au cours du temps d'une amplitude ou d'une vitesse, ou encore
d'une accélération de déplacement d'au moins un point de la pièce horlogère flexible
fabriquée, effectuée de préférence au moins partiellement pendant l'étape b
1.
[0023] Selon un mode de réalisation, l'étape b
2 comprend :
- une étape d'identification d'une fréquence de résonance de la pièce horlogère flexible
fabriquée en fonction d'une déformée opérationnelle ou modale d'au moins un point
de la pièce horlogère flexible fabriquée. Une déformée opérationnelle ou modale est
typiquement définie par une amplitude ou vitesse de déplacement ou encore d'une accélération
et une direction d'oscillation (hors ou dans un plan particulier) en fonction de la
fréquence d'excitation. Bien entendu, on peut prendre en compte des accélérations
et/ou des amplitudes, et/ou des vitesses, et/ou des directions d'oscillations dans
plusieurs plans particuliers, pour tenir compte de possibles couplages.
[0024] Selon un mode de réalisation, la pièce horlogère flexible fabriquée est contenue
dans un plan de base, et l'étape b
2 comprend :
- une étape b2' de mesure d'une amplitude ou d'une vitesse ou d'une accélération de déplacement
d'au moins un point de la pièce horlogère flexible fabriquée selon une direction normale
au plan de base, et/ou
- une étape b2" de mesure d'une amplitude ou d'une vitesse ou d'une accélération de déplacement
d'au moins un point de la pièce horlogère flexible fabriquée selon une direction contenue
dans le plan de base.
[0025] Les mesures de déplacements ou de vitesses selon plusieurs directions permettent
de mieux identifier les pics et fréquences de résonance.
[0026] Selon un mode de réalisation :
- pour une première fréquence de résonance prédéterminée, seule l'étape b2' de mesure d'un déplacement ou d'une vitesse d'au moins un point de la pièce horlogère
flexible fabriquée selon une direction normale au plan de base est effectuée,
et/ou
- pour une deuxième fréquence de résonance prédéterminée, seule l'étape b2" de mesure d'un déplacement ou d'une vitesse d'au moins un point de la pièce horlogère
flexible fabriquée selon une direction contenue dans le plan de base est effectuée.
[0027] Selon la fréquence de résonance, on peut choisir de mesurer dans une direction et/ou
dans une autre, pour mesurer les plus grands déplacements ou vitesses possibles, de
sorte à minimiser l'erreur de mesure, et/ou de sorte à capter les fréquences les plus
sensibles aux grandeurs recherchées (raideur, dimensions). En effet, en fonction de
la géométrie de la pièce horlogère flexible fabriquée, le mode de vibration (typiquement
la direction de vibration) en réponse à l'excitation vibratoire peut varier.
[0028] Selon un mode de réalisation, l'étape b
2 comprend une étape de traitement du signal de mesure avec par exemple une transformée
de Fourier, pour identifier des pics de résonance d'amplitude de déplacement ou de
vitesse ou d'accélération, et/ou de phase, en fonction de la fréquence d'excitation.
[0029] Selon un mode de réalisation, l'étape b
2 comprend :
- une étape d'identification d'un pic de résonance de la pièce horlogère flexible fabriquée
en fonction d'une amplitude ou d'une vitesse de déplacement d'au moins un point de
la pièce horlogère flexible fabriquée.
[0030] Selon un mode de réalisation, la fréquence de résonance est identifiée sur la base
de la largeur du pic de résonance ou d'amplitude, à mi-hauteur de la valeur maximale
du pic de résonance d'amplitude. Cette méthode de traitement permet de limiter les
erreurs de calcul qui pourraient être effectuées en se basant uniquement sur l'identification
de la position fréquentielle du pic défini par sa valeur maximale.
[0031] Selon un mode de réalisation, l'étape b
3 comprend les étapes consistant à :
- choisir une configuration simulée à l'étape a1 avec une réponse vibratoire simulée ayant une caractéristique de fréquence de résonance
la plus proche possible de la caractéristique de fréquence de résonance identifiée
à l'étape b2-,
- effectuer une opération de recalage de la simulation en partant de la configuration
simulée choisie et en modifiant au moins une dimension de la pièce horlogère flexible
modélisée pour obtenir une réponse vibratoire simulée ayant la même caractéristique
de fréquence de résonance que la caractéristique de fréquence de résonance identifiée
à l'étape b2-,
- donner en retour la valeur modifiée de la dimension de la pièce horlogère flexible
modélisée en tant que valeur mesurée.
[0032] Selon un mode de réalisation, l'étape b
3 comprend les étapes consistant à :
- choisir deux configurations simulées à l'étape a1 avec deux réponses vibratoires simulées ayant chacune une caractéristique de fréquence
de résonance la plus proche possible de la caractéristique de fréquence de résonance
identifiée à l'étape b2- et de sorte à encadrer la caractéristique de fréquence de résonance identifiée à
l'étape b2-,
- effectuer une opération de pondération en partant des deux configurations simulées
choisies pour trouver une dimension pondérée de la pièce horlogère flexible modélisée,
- donner en retour la valeur pondérée de la dimension de la pièce horlogère flexible
modélisée en tant que valeur mesurée.
[0033] Selon un mode de réalisation, la machine de prédiction met en oeuvre à l'étape b
3 une classification effectuée par exemple par un réseau de neurones pour donner en
retour la valeur mesurée.
[0034] Selon un mode de réalisation, la machine de prédiction met en oeuvre à l'étape b
3 une classification basée sur un partitionnement en k-moyennes ou en k-médianes pour
donner en retour la valeur mesurée.
[0035] Selon un mode de réalisation, l'étape b
1 est précédée par une étape de bridage de la pièce horlogère flexible fabriquée dans
un outillage de mise en référence, l'outillage de mise en référence étant prévu pour
laisser libre au moins une portion flexible, et de préférence une portion flexible
reliée à une portion à mettre en vibration, de la pièce horlogère flexible fabriquée.
On peut prévoir une étape d'exposition de la pièce horlogère flexible fabriquée à
une source d'ondes sonores, comme des ondes ultra son par exemple.
[0036] Selon un mode de réalisation, l'étape b
1 est précédée par une étape de mise en regard d'une source sonore et/ou d'un capteur
de mesure de position ou de déplacement avec la portion flexible et/ou la portion
à mettre en vibration, de préférence avec l'outillage de mise en référence.
[0037] Un deuxième aspect de l'invention peut concerner un procédé de détection d'un défaut
d'une pièce horlogère flexible, le procédé de détection comprenant :
X/ une phase préliminaire de prédiction d'un comportement vibratoire, comprenant les
étapes consistant à :
- x1 : conduire au moins une simulation sur une pièce horlogère flexible de référence
modélisée, exempte de défaut, pour prédire une réponse vibratoire de la pièce horlogère
flexible de référence modélisée, à une excitation vibratoire variable au cours du
temps,
- x2 : conduire une série de simulations itératives en faisant varier de manière itérative
la présence et/ou la position et/ou la nature d'un défaut sur une pièce horlogère
flexible défaillante modélisée, pour prédire pour chaque configuration simulée une
réponse vibratoire de la pièce défaillante modélisée à une excitation vibratoire variable
au cours du temps,
- xs : construire un modèle de prédiction de réponse vibratoire en se basant sur la
réponse vibratoire prédite pour la pièce horlogère flexible de référence modélisée
et/ou sur la réponse vibratoire prédite pour chaque configuration de pièce horlogère
flexible défaillante modélisée,
Y/ une phase de contrôle de production, comprenant les étapes consistant à :
- y1 : appliquer à une pièce horlogère flexible fabriquée une excitation vibratoire variable
au cours du temps pour couvrir une plage fréquentielle prédéterminée,
- y2 : identifier au moins une caractéristique distinctive d'une fréquence de résonance
de la pièce horlogère flexible fabriquée, telle qu'un pic de résonance, lors de ou
en réponse à l'excitation vibratoire sur la plage fréquentielle prédéterminée,
- y3 : soumettre au modèle de prédiction construit pendant la phase préliminaire X/ la
caractéristique distinctive de fréquence de résonance identifiée à l'étape y2- et donner en retour une indication sur la présence et/ou la position et/ou la nature
d'un défaut de la pièce horlogère flexible fabriquée.
[0038] En résumé, le procédé selon la mise en oeuvre ci-dessus comprend une phase préliminaire
de prédiction d'un comportement vibratoire et une phase de contrôle avec une étape
d'excitation vibratoire, pour donner en retour si la pièce horlogère flexible fabriquée
présente un défaut de fabrication, sans faire de mesure physique (optique ou mécanique
ou encore par radiographie) directe sur la partie à mesurer. La présence et/ou la
position et/ou la nature d'un défaut retournée est donnée par la machine de prédiction
qui ne reçoit en entrée que des valeurs de fréquences de résonance, et qui n'a été
entraînée ou construite qu'à partir de données de valeurs de fréquences de résonance,
simulées.
[0039] Le procédé selon la mise en oeuvre ci-dessus comprend une phase préliminaire de prédiction
qui permet de constituer un volume de données préliminaires suffisant pour construire
un modèle de prédiction. En particulier, ces données préliminaires sont générées à
l'aide de simulations itératives qui ne requièrent pas de fabrications de prototypes
ni de tests sur des pièces réelles et permettent de constituer un volume de données
préliminaires suffisant pour ensuite construire un modèle de prédiction. En particulier,
il est possible de faire varier la nature d'un défaut et/ou sa position dans une pièce
selon des incréments très faibles pour bien simuler à chaque fois le comportement
vibratoire.
[0040] En plus de ne pas requérir de pièces prototypes et/ou de tests physiques, cette méthode
présente aussi l'avantage de réaliser des essais sur la pièce horlogère flexible seule,
c'est-à-dire qu'on peut tester les pièces horlogères flexibles de manière unitaire,
sans les accoupler à d'autres pièces du mécanisme horloger auquel les pièces sont
destinées. On comprend que l'on peut tester les pièces horlogères flexibles dès leur
fabrication unitaire, très en amont dans le processus de fabrication, et sans ajouter
de variabilité qui serait due à d'autres pièces ou à des pollutions / endommagement
apportés lors de manipulations ou assemblages. Autrement dit :
- les simulations de la phase préliminaire sont effectuées sur la pièce horlogère flexible
modélisée seule, avec une portion de base dont les déplacements sont bloqués et avec
une portion libre qui peut librement se déplacer, la pièce horlogère flexible comprenant
au moins une portion flexible ou déformable agencée entre la portion de base et la
portion libre, et/ou
- les essais vibratoires de la phase de contrôle sont effectués sur la pièce horlogère
flexible fabriquée seule, avec une portion de base dont les déplacements sont bloqués
(par exemple par un outillage) et avec une portion libre qui peut librement se déplacer,
la pièce horlogère flexible fabriquée comprenant au moins une portion flexible ou
déformable agencée entre la portion de base et la portion libre.
[0041] Selon un mode de réalisation, l'étape x
3 comprend une étape consistant à identifier dans la réponse vibratoire de la pièce
horlogère flexible de référence modélisée, et/ou dans la réponse vibratoire de chaque
pièce horlogère flexible défaillante modélisée au moins une caractéristique d'une
fréquence de résonance de la pièce horlogère flexible modélisée, telle qu'un pic de
résonance.
[0042] Selon un mode de réalisation, l'étape x
3 comprend une étape consistant à construire une base de données en enregistrant dans
ladite base de données, pour chaque configuration simulée, au moins une partie de
la réponse vibratoire de la pièce horlogère flexible de référence modélisée, et/ou
au moins une caractéristique d'une fréquence de résonance de la pièce horlogère flexible
de référence modélisée, telle qu'un pic de résonance, et/ou au moins une partie de
la réponse vibratoire de chaque pièce horlogère flexible défaillante modélisée, et/ou
au moins une caractéristique d'une fréquence de résonance de la pièce horlogère flexible
défaillante modélisée, et/ou au moins une différence entre la réponse vibratoire de
la pièce horlogère flexible de référence modélisée et la réponse vibratoire de chaque
pièce horlogère flexible défaillante modélisée.
[0043] Selon un mode de réalisation, le défaut est :
- un défaut de collage ou de pontage entre deux portions flexibles de la pièce horlogère
flexible,
- une porosité, locale ou non, de la matière de la pièce horlogère flexible, et/ou de
la matière d'une couche de revêtement de la pièce horlogère flexible,
- un défaut de régularité d'une épaisseur d'une couche de revêtement de la pièce horlogère
flexible,
- un défaut ou manque local de matière, comme par exemple un défaut d'infiltration pour
une pièce en silicium,
- un surplus de matière, lié par exemple à un défaut de masquage pour une pièce en silicium,
- une hétérogénéité de la matière,
- un défaut géométrique de la pièce horlogère flexible, comme un défaut de planéité
(lissage) des tranches latérales d'un barreau de silicium formant un spiral,
- un défaut géométrique de la pièce horlogère flexible, comme un défaut de verticalité
des tranches latérales d'un barreau de silicium formant un spiral (une dépouille ou
une contre dépouille des faces),
- une portion flexible de la pièce horlogère flexible déformée, ondulée ou décentrée
par rapport à une position théorique.
[0044] Selon un mode de réalisation, l'étape y
1 est précédée par une étape de bridage de la pièce horlogère flexible fabriquée dans
un outillage de mise en référence, l'outillage de mise en référence étant prévu pour
laisser libre au moins une portion flexible, et de préférence une portion flexible
reliée à une portion à mettre en vibration, de la pièce horlogère flexible fabriquée.
[0045] Selon un mode de réalisation, l'étape y
1 est précédée par une étape de mise en regard d'une source sonore et/ou d'un capteur
de mesure de position ou de déplacement avec la portion flexible et/ou la portion
à mettre en vibration, de préférence avec l'outillage de mise en référence.
[0046] Selon un mode de réalisation, la phase préliminaire et/ou la phase de contrôle de
production :
- est exempte,
- de toute étape de recalage du modèle de prédiction et/ou,
- de toute étape de mesure physique d'une dimension de la pièce horlogère fabriquée,
et/ou
- consiste à soumettre uniquement une ou plusieurs caractéristiques de fréquence de
résonance au modèle de prédiction.
[0047] Selon un mode de réalisation, l'étape b
2 ou respectivement y
2 comprend l'identification d'au moins une caractéristique de deux fréquences de résonance
distinctes, pour soumettre à l'étape b
3 ou respectivement y
3 les deux caractéristiques des deux fréquences de résonance distinctes, de sorte à
éliminer une variabilité potentielle de la matière, ou pour permettre d'augmenter
une sensibilité de la mesure vis-à-vis des grandeurs recherchées (raideur ou dimension).
[0048] Selon un mode de réalisation, l'étape b
3 ou respectivement y
3 comprend une étape consistant à soumettre à la machine de prédiction une valeur de
module d'élasticité de la matière de la pièce horlogère flexible, et/ou une matière
de la pièce horlogère flexible, et/ou une forme d'une partie déformable de la pièce
horlogère flexible, et/ou un paramètre de fabrication mesuré au cours de la fabrication
de la pièce horlogère flexible, comme un temps de mise en étuve d'oxydation.
[0049] Selon un mode de réalisation, la phase de contrôle de production comprend une étape
consistant à caractériser un paramètre physique de la matière de la pièce horlogère
flexible sur une éprouvette fabriquée simultanément à la pièce horlogère flexible.
[0050] Un troisième aspect de l'invention peut concerner un procédé de fabrication d'une
pièce horlogère flexible comprenant :
- la fourniture d'une pièce horlogère flexible fabriquée,
- la procédé de mesure selon le premier aspect, et/ou le procédé de détection selon
le deuxième aspect.
[0051] Selon un mode de réalisation, l'étape de fourniture de la pièce horlogère flexible
fabriquée comprend :
- une étape consistant à fournir une pièce horlogère flexible en silicium, de préférence
recouverte d'une couche d'oxyde de silicium, ou
- une étape consistant à fournir une pièce horlogère flexible métallique électrodéposée,
de préférence en nickel ou en alliage de nickel-phosphore, ou
- une étape consistant à fournir une pièce horlogère flexible métallique formée par
déformation plastique permanente.
[0052] D'une manière générale, on considère dans la présente demande un procédé pour mesurer
une dimension et/ou une caractéristique matière et/ou détecter la présence et/ou la
position et/ou la nature d'un défaut sur une pièce horlogère. La pièce horlogère est
une pièce que l'on peut considérer flexible. D'une manière générale, la pièce horlogère
peut comprendre au moins une portion fine, et/ou allongée, et/ou élancée, et/ou flexible
par rapport à au moins une autre portion pouvant être adjacente, et/ou plus massive,
et/ou moins allongée, et/ou moins fine, et/ou moins élancée, et/ou moins flexible.
A tout le moins, la pièce horlogère considérée peut comprendre au moins une portion
qui peut être mise en vibration et/ou en oscillation par rapport à une autre partie
fixe ou bloquée dans un outillage de bridage. Typiquement, toute pièce élastique,
comme un ressort, est bien adaptée au procédé selon l'invention. Cependant, on peut
envisager de manière non-limitative, de mettre en oeuvre l'invention avec :
- des roues qui auraient une jante ou une couronne reliée à un moyeu par des bras,
- des cliquets, des leviers, des bras qui ont tous par essence une portion allongée
qui forme une sorte de poutre qui pourrait être encastrée d'un côté et mise en vibration
de l'autre,
- des pièces avec une partie en porte-à-faux,
- des axes ou arbres, s'ils sont assez longs et/ou s'ils présentent un élancement suffisant
pour pouvoir être encastrés d'un côté et mis en vibration de l'autre...
Description des figures
[0053] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus
clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation
de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins
annexés, dans lesquels :
[fig. 1] représente un premier exemple de pièce horlogère flexible pouvant faire l'objet
de mesures selon le procédé de mesure selon l'invention ou l'objet d'une recherche
de défauts selon le procédé de détection selon l'invention ;
[fig. 2] représente un deuxième exemple de pièce horlogère flexible pouvant faire
l'objet de mesures selon le procédé de mesure selon l'invention ou l'objet d'une recherche
de défauts selon le procédé de détection selon l'invention ;
[fig. 3] représente une coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 1 ou
de la figure 2 pour montrer un exemple de structure interne du premier exemple de
pièce horlogère flexible ou du deuxième exemple de pièce horlogère flexible ;
[fig. 4] représente schématiquement un appareil et une méthode d'excitation vibratoire
de plusieurs pièces horlogères flexibles horlogères fabriquées à partir d'un même
substrat, pour identifier des caractéristiques de fréquences de résonance ;
[fig. 5] représente un exemple d'excitation vibratoire au cours du temps imposée par
l'appareil de la figure 4 ;
[fig. 6] représente un exemple de mesure des amplitudes de déplacement d'un point
d'une pièce horlogère flexible, en réponse à la plage fréquentielle imposée de la
figure 5 ;
[fig. 7] représente en détail un pic de résonance identifié à une fréquence particulière
sur la figure 6 ;
[fig. 8] représente un diagramme des étapes effectuées pour mettre en oeuvre le procédé
de mesure selon l'invention ou le procédé de détection selon l'invention.
Description détaillée de mode(s) de réalisation
[0054] La figure 1 représente une première pièce horlogère flexible 10 pouvant faire l'objet
de mesures selon le procédé de mesure selon l'invention ou l'objet d'une recherche
de défauts selon le procédé de détection selon l'invention. Dans ce premier exemple,
la première pièce horlogère flexible 10 est une ancre suisse d'un système d'échappement
pour une pièce d'horlogerie, comprenant notamment une fourchette 11, une baguette
12 et une ancre 13. La figure 1 montre l'ancre suisse sans ses palettes ni le dard,
telle qu'elle serait fabriquée par exemple à partir d'une plaquette en silicium, en
utilisant un procédé de gravure ionique réactive profonde (Deep Reactive-Ion Etching
en langue anglaise). Bien entendu, on peut prévoir d'autres matières et d'autres procédés
de fabrication.
[0055] La figure 2 représente une deuxième pièce horlogère flexible 20 pouvant faire l'objet
de mesure selon le procédé de mesure selon l'invention ou l'objet d'une recherche
de défauts selon le procédé de détection selon l'invention. Dans ce deuxième exemple,
la deuxième pièce horlogère flexible 20 est un ressort spiral d'un système oscillant
pour une pièce d'horlogerie, comprenant notamment une extrémité de pitonnage 21, un
barreau 22 et une virole 23. La figure 2 montre un ressort spiral horloger fabriqué
par exemple à partir d'une plaquette en silicium, en utilisant un procédé de gravure
ionique réactive profonde (Deep Reactive-Ion Etching en langue anglaise). Bien entendu,
on peut prévoir d'autres matières et d'autres procédés de fabrication.
[0056] La figure 3 représente une coupe transversale selon la ligne III-III de la figure
1 ou de la figure 2 pour montrer, un exemple de structure interne de la première pièce
horlogère flexible 10 ou de la deuxième pièce horlogère flexible 20, dans le cas où
elles seraient réalisées en silicium. La coupe transversale montre une section rectangulaire,
avec un coeur (ici en silicium) de hauteur H1 et de largeur e1, recouvert par une
couche externe (ici de l'oxyde de silicium) de dimensions externes H et e. bien entendu,
on peut prévoir d'autres matière, comme par exemple un coeur en métal, pouvant être
optionnellement recouvert par une couche de surface comme un plaquage en métal ou
encore synthétique ou une couche de surface autrement réalisée par tout autre traitement
de surface.
[0057] On peut noter que la première pièce horlogère flexible 10 ou la deuxième pièce horlogère
flexible 20 présentent chacune une portion pouvant être considérée comme une portion
flexible (la baguette 12 de la première pièce horlogère flexible 10 ou le barreau
22 de la deuxième pièce horlogère flexible 20) reliant deux autres portions de la
pièce considérée (l'ancre 13 et la fourchette 11 de la première pièce horlogère flexible
10 ou la virole 23 et l'extrémité de pitonnage 21 de la deuxième pièce horlogère flexible
20). En conséquence, on peut imposer une excitation vibratoire à l'une de ces deux
autres portions qui est laissée libre, si l'autre de ces deux autres portions est
encastrée (par exemple montée sur un touillage de bridage ou encore reliée à un substrat
lors de la fabrication). La portion flexible agencée entre la portion laissée libre
et la portion encastrée agit comme un ressort et devient un paramètre influent sur
la manière dont la portion libre va se déplacer en réponse à l'excitation vibratoire.
[0058] Par exemple, la figure 4 représente de manière schématique une plaquette de silicium
25 sur laquelle sont formées une pluralité de deuxièmes pièces horlogères flexibles
horlogères 20. Une source d'excitation vibratoire 200 est accouplée à la plaquette
25, de sorte à pouvoir imposer une excitation vibratoire. En conséquence, chaque deuxième
pièce horlogère flexible 20 va entrer en vibration, et un vibromètre laser 100, ici
focalisé sur un point de la deuxième pièce horlogère flexible 20 de droite va pouvoir
mesurer au cours du temps les amplitudes de vibration du point de mesure. On peut
prévoir de mesurer les déplacements selon une direction normale au plan de la plaquette
25, mais on peut tout aussi bien mesurer les déplacements selon une ou plusieurs directions
contenues dans le plan de la plaquette 25.
[0059] Une fois un point particulier étudié, on peut imposer un déplacement relatif entre
le vibromètre laser 100 et la plaquette silicium 24, pour passer sur un autre point
de mesure de la deuxième pièce horlogère flexible 20, ou passer à une autre deuxième
pièce horlogère flexible 20 de la plaquette 25. Selon une méthode préférée, on peut
déplacer la deuxième pièce horlogère flexible 20 par rapport au vibromètre laser 100
qui reste fixe.
[0060] On peut aussi envisager d'utiliser une source sonore ou ultra sonore en dessous de
la paquette 25 pour exciter en vibration une deuxième pièce horlogère flexible 20
particulière de la plaquette 25. On peut utiliser un cône de diffusion des ondes sonores
ou ultra sonores pour imposer une excitation vibratoire efficacement.
[0061] La figure 5 représente un exemple d'excitation vibratoire au cours du temps. Dans
l'exemple donné, la fréquence d'excitation peut varier au cours du temps, entre 0
Hz et 50 kHz, et on peut imposer une succession de fronts montants, chacun espacé
d'une période de repos sans excitation. Pour chaque point de mesure sur une deuxième
pièce horlogère flexible 20, on peut imposer une pluralité de front montants (entre
2 fronts montants et 60 fronts montants), chacun durant entre 0.5 s et 2 s par exemple.
[0062] On peut considérer plusieurs scénarios en fonction du domaine choisi préalablement
pour l'excitation :
- a. Mesures dans le domaine fréquentiel
- 1- variante avec excitation entretenue :
- i. Intégrer temporellement l'amplitude et la phase d'oscillation suffisamment longtemps
pour avoir une bonne résolution spectrale à la fréquence d'excitation f0,
- ii.Décaler la fréquence d'oscillation de delta f pour exciter à la fréquence f0 + Δf et répéter l'étape i d'intégration,
- iii.Reconstruire les spectres d'amplitude et de phase d'oscillation en fonction de
la fréquence d'excitation (possiblement avec plusieurs pics à plusieurs fréquences).
- 2- variante avec excitation dont la fréquence varie au cours du temps :
- i. Enregistrer temporellement l'amplitude et la phase d'oscillation au cours du balayage
fréquentiel de la plage fréquentielle,
- ii.Réitérer l'étape i- au moins une fois, de préférence au moins trois fois,
- iii.Reconstruire les spectres d'amplitude et de phase d'oscillation en fonction de
la fréquence d'excitation (possiblement avec plusieurs pics à plusieurs fréquences).
- b. Mesures dans le domaine temporel :
- i. Enregistrer le déplacement temporel du point de mesure selon X, Y et Z sur une
durée suffisamment longue de manière à obtenir un signal suffisamment représentatif,
comme par exemple quelques secondes.
- ii.On peut choisir d'enregistrer le signal pour en faire un signal de référence à
comparer avec d'autres signaux mesurés sur d'autres pièces. On peut aussi choisir
de faire un traitement du signal de type transformée de Fourier pour identifier des
fréquences de résonance dans le signal enregistré.
[0063] En conséquence, on peut identifier au moins un pic de résonance pour chaque pièce
horlogère flexible excitée, et il est proposé de déterminer la fréquence de résonance
non pas sur la base du sommet du pic de résonance, c'est-à-dire sur l'amplitude maximum,
mais plutôt sur une zone de la courbe située entre 25% et 75% de la valeur d'amplitude
maximale du pic de résonance, par exemple à partir de sa largeur à mi-hauteur. En
effet, cette méthode de traitement qui se focalise sur une partie de la courbe entre
25% et 75% de la valeur d'amplitude maximale du pic de résonance permet de limiter
les erreurs dues à la singularité du point d'amplitude maximum et aux calculs d'approximation
pour reconstruire la partie sommitale du pic de résonance. La zone de la courbe située
entre 25% et 75% de la valeur d'amplitude maximale du pic de résonance présente une
meilleure précision que la partie supérieure à 75% (typiquement le pic), ce qui offre
une meilleure précision sur la fréquence exacte de résonance déterminée. On peut prendre
par exemple le milieu du segment reliant les deux points à mi-hauteur du pic de résonance
pour déterminer la fréquence de résonance associée au pic en question.
[0064] La figure 6 représente un exemple de spectre vibratoire pour un point d'une deuxième
pièce horlogère flexible 20 de la figure 4, reconstruit à partir des mesures d'amplitude
de déplacement du point de mesure considéré en réponse à l'excitation vibratoire de
la figure 5, entre 10 kHz et 15 kHz. On peut noter la présence de trois pics d'amplitude,
à environ 11 kHz, 12.3 kHz, et 13.7 kHz. Bien que cela ne soit pas représenté, on
peut typiquement identifier entre 10 et 30 pics d'amplitude si l'excitation vibratoire
balaye une plage de fréquence comprise entre 0 Hz et 50 kHz. Chaque pic d'amplitude
possède une fréquence de résonance, et les amplitudes maximales varient fortement.
[0065] La figure 7 représente en détail le traitement que l'on peut faire sur un pic d'amplitude
pour une deuxième pièce horlogère flexible 20, celui à 11 kHz par exemple. Le but
est de trouver la fréquence de résonance et de lui donner une valeur aussi précise
que possible. Au lieu de baser ce traitement sur la valeur maximale du pic, la demanderesse
s'est aperçue qu'une meilleure précision pouvait être atteinte en déterminant la longueur
du segment reliant la partie montante et la partie descendante de la courbe, à mi-hauteur
du pic. La fréquence de résonance étant typiquement la valeur au milieu de ce segment.
Cependant, on peut effectuer une interpolation sur des points au voisinage du pic
de résonance pour améliorer la précision, et décaler le point choisi sur le segment,
qui ne sera pas le milieu, en particulier si la position réelle du pic de résonance
est décalée par exemple en raison de la fréquence d'échantillonnage choisie.
[0066] La figure 8 représente un diagramme des étapes effectuées pour mettre en oeuvre le
procédé de mesure selon l'invention ou le procédé de détection selon l'invention.
En partant du principe qu'il est possible d'imposer une excitation vibratoire à une
pièce horlogère flexible et que la réponse vibratoire (notamment les fréquences de
résonance) est conditionnée par la portion flexible, et en particulier par ses dimensions
et/ou sa matière et/ou la présence de défauts sur cette portion flexible, il est proposé
de construire un modèle de prédiction de réponse vibratoire et d'utiliser ce modèle
pour mesurer une dimension d'une pièce horlogère flexible fabriquée, ou de détecter
si un défaut affecte la pièce horlogère flexible fabriquée, à partir de mesures vibratoires
effectuées sur cette pièce horlogère flexible fabriquée.
[0067] La demanderesse s'est également aperçue qu'il était possible de construire le modèle
de prédiction de réponse vibratoire en effectuant des simulations numériques. En particulier
et en référence à la figure 8, une phase préliminaire de prédiction d'un comportement
vibratoire A/ peut être conduite en effectuant à une étape a
1 des simulations numériques S1, S2, ..., Si, ... SN qui visent à prédire une réponse
vibratoire R1, R2, ..., Ri, ..., RN de la pièce horlogère flexible modélisée à une
excitation vibratoire variable au cours du temps. Au sein de la réponse vibratoire
R1, R2, ..., Ri, ..., RN de la pièce horlogère flexible modélisée, on peut identifier
des caractéristiques de fréquences de résonance, comme par exemple des valeurs de
fréquence de résonance, ou des pics de résonance.
[0068] Pour constituer une base de données représentative d'une production de pièces horlogères
flexibles horlogères, on peut aisément prévoir de conduire plusieurs simulations numériques
itératives en faisant varier à chaque fois au moins une dimension ou un paramètre
du modèle numérique de la pièce horlogère flexible. On peut par exemple faire varier
des dimensions, en particulier des dimensions de la portion flexible, pour prédire
à chaque fois quelle est la réponse vibratoire de la pièce horlogère flexible modélisée
à une excitation vibratoire variable au cours du temps, et identifier des valeurs
de fréquence de résonance particulières, ou des pics de résonance particuliers. Dans
le cas de pièces horlogère flexibles ayant une âme revêtue avec une couche externe
(une pièce silicium avec une couche d'oxyde par exemple) ou comprenant une structure
interne composite, on peut prévoir de faire varier les dimensions de chaque couche,
ou de l'âme, ou de la couche de revêtement, pour bien identifier la contribution de
chaque élément dans la réponse vibratoire.
[0069] On peut aussi prévoir de faire varier des caractéristiques matière, en particulier
des valeurs de module d'élasticité de la matière de la pièce horlogère flexible, et/ou
une matière de la pièce horlogère flexible pour prédire à chaque fois quelle est la
réponse vibratoire de la pièce horlogère flexible modélisée à une excitation vibratoire
variable au cours du temps, et identifier des valeurs de fréquence de résonance particulières,
ou des pics de résonance particuliers.
[0070] On peut aussi conduire une série de simulations numériques en faisant varier de manière
itérative la présence et/ou la position et/ou la nature d'un défaut sur une pièce
horlogère flexible défaillante modélisée pour prédire pour chaque configuration simulée
une réponse vibratoire de la pièce défaillante modélisée à une excitation vibratoire
variable au cours du temps.
[0071] On peut aussi conduire des simulations en combinant une variation d'au moins une
dimension, avec une variation d'une caractéristique matière, et/ou avec la présence
d'un défaut.
[0072] A ce stade, on peut prévoir une étape qui consiste à comparer les réponses vibratoires
obtenues :
- en faisant varier une dimension seulement, ou
- en faisant varier une caractéristique matière seulement, ou
- en faisant varier seulement la présence et/ou la position et/ou la nature d'un défaut,
ou
- en faisant varier une dimension et une caractéristique matière simultanément, ou
- en faisant varier simultanément une dimension et la présence et/ou la position et/ou
la nature d'un défaut, ou
- en faisant varier simultanément une caractéristique matière et la présence et/ou la
position et/ou la nature d'un défaut, ou
- en faisant varier simultanément une dimension et une caractéristique matière et la
présence et/ou la position et/ou la nature d'un défaut.
[0073] Cela permet d'identifier l'influence des paramètres d'entrée (dimension, caractéristique
matière, défaut) sur les valeurs de fréquence de résonance, ou sur les pics de résonance,
et de choisir quelles valeurs de fréquence de résonance, ou quels pics de résonance
considérer pour donner en retour une dimension ou une caractéristique matière ou une
présence/absence de défaut. En d'autres termes, on peut prévoir d'identifier les valeurs
de fréquence de résonance, ou sur les pics de résonance particuliers qui sont sensibles
(ou pas) si une dimension varie, une caractéristique matière varie, un défaut apparaît,
et ces valeurs de fréquence de résonance particulières, ou ces pics de résonance particuliers
pourront alors être considérés comme de bons paramètres à prendre en compte ou pas
en fonction du résultat demandé. Par exemple, pour prédire une dimension, on pourra
prendre en compte les valeurs de fréquence de résonance, ou sur les pics de résonance
particuliers qui ne sont sensibles qu'à une variation de dimension, et pas à une variation
de caractéristique matière ou à une présence/absence de défaut. De manière avantageuse,
on pourra choisir de prendre en compte une pluralité de valeurs de fréquence de résonance,
ou de pics de résonance particuliers pour donner en retour une information demandée
fiable, qui sera indépendante des variations potentielles des autres paramètres pouvant
potentiellement influer sur la réponse vibratoire.
[0074] Une fois l'étape a
1 effectuée et en référence à la figure 8, on peut utiliser les réponses vibratoires
simulées pour, lors d'une étape a
2, construire un modèle de prédiction de réponse vibratoire M. Typiquement, le modèle
de prédiction de réponse vibratoire M :
- peut se baser sur un modèle mathématique (par exemple une loi polynomiale) reliant
une ou plusieurs fréquences de résonance à des paramètres intrinsèques comme les dimensions,
les caractéristiques matière, la présence et/ou la position et/ou la nature d'un défaut,
- peut utiliser un réseau de neurones pour recevoir en entrée des valeurs ou des graphes
tirés des spectres de mesures vibratoires pour donner en sortie les dimensions, les
caractéristiques matière, la présence et/ou la position et/ou la nature d'un défaut,
- peut mettre en oeuvre un système utilisant de l'intelligence artificielle qui utilise
en entrée les simulations S1, S2, ..., Si, ... SN et/ou les réponses vibratoires R1,
R2, ..., Ri, ..., RN simulées pour donner en sortie les dimensions, les caractéristiques
matière, la présence et/ou la position et/ou la nature d'un défaut.
[0075] Selon un mode de réalisation, le modèle de prédiction peut mettre en oeuvre une classification
effectuée par exemple par un réseau de neurones pour prédire des dimensions, des caractéristiques
matière, la présence et/ou la position et/ou la nature d'un défaut de la pièce horlogère
flexible.
[0076] Au terme de cette phase préliminaire A/, en ayant effectué les simulation itératives
à l'étape a
1 et la construction du modèle de prédiction à l'étape a
2, on peut noter les points suivants :
- aucun essai physique n'a été nécessaire, les simulations numériques donnant une réponse
vibratoire fiable,
- des configurations impossibles à réaliser physiquement ont pu être simulées, en particulier
des configurations avec des défauts comme des porosités, des brèches, des collages
entre parties adjacentes...,
- les configurations simulées ont pu être choisies en faisant varier des dimensions
avec des incréments choisis et non pas imposés par des contraintes de fabrication,
par exemple on peut prévoir de faire varier des dimensions par incréments de 1 micromètre
pour des pièces de faible taille, comme un ressort spiral d'oscillateur d'horlogerie.
[0077] Il ressort que les données utilisées pour construire le modèle de prédiction sont
très nombreuses et ont pu être simulées sur des configurations pertinentes en fonction
du retour d'expérience de production.
[0078] On peut noter qu'aucune mesure dimensionnelle physique n'est nécessaire à ce stade.
[0079] Une fois le modèle de prédiction construit et en référence à la figure 8, le procédé
selon l'invention peut comprendre une phase de contrôle de production B/, avec les
étapes suivantes :
- b1 : faire un test T(f) pour appliquer à une pièce horlogère flexible fabriquée une
excitation vibratoire variable au cours du temps pour couvrir une plage fréquentielle
prédéterminée,
- b2 : identifier au moins une caractéristique d'une fréquence de résonance Fr de la pièce
horlogère flexible fabriquée, telle qu'un pic de résonance, lors de ou en réponse
à l'excitation vibratoire sur la plage fréquentielle prédéterminée,
- b3 : soumettre au modèle de prédiction M précédemment construit la caractéristique de
fréquence de résonance Fr et donner en retour une valeur mesurée de la dimension à
mesurer (H, H1, e, e1 dans le cas de la pièce illustrée figure 3) de la pièce horlogère
flexible fabriquée.
[0080] En ce qui concerne l'étape d'excitation vibratoire b
1, on peut prévoir les mises en oeuvre suivantes :
- pour l'ancre suisse 10 de la figure 1, si cette dernière est libre, on peut bloquer
la fourchette 11, ou l'ancre 13 dans un outillage de bridage, et on peut mettre une
source d'ultra sons en regard de l'autre extrémité (l'ancre 13 ou la fourchette 11
respectivement) pour exciter l'ancre suisse 10, la baguette faisant office de ressort
élastique permettant une mise en vibration de la partie excitée,
- pour le ressort spiral 20 de la figure 2, si ce dernier est réalisé en silicium et
encore solidaire d'une plaquette de base via l'extrémité de pitonnage 21 comme dans
l'exemple de la figure 4, alors on peut mettre une source d'ultra sons en regard de
la virole 23, le barreau 22 faisant office de ressort élastique permettant une mise
en vibration de la virole 23. Si par contre le ressort spiral 20 de la figure 2 est
libre et détaché, alors on peut prévoir de bloquer l'extrémité de pitonnage 21 ou
la virole 23 dans un outillage de bridage, et on peut mettre une source d'ultra sons
en regard de l'autre extrémité (la virole 23 ou l'extrémité de pitonnage 21 respectivement).
[0081] On peut noter que des pièces de très faibles dimensions comme celles de la figure
1 ou 2, il peut être plus aisé d'imposer une excitation vibratoire sur ces pièces
horlogères flexibles horlogères fabriquées et identifier des fréquences de résonance
que de faire des mesures dimensionnelles directement sur ces pièces. En effet, le
risque de pollution, de casse, les problèmes d'accessibilité des parties à mesurer,
les faibles tolérances à considérer rendent ces mesures dimensionnelles compliquées
et risquées. Au contraire, le procédé selon l'invention ne requiert que peu de contacts
ou manipulations physiques, et en raison de la phase préliminaire A/ qui peut comprendre
une grande série de simulations numériques pour alimenter le modèle de prédiction,
la mesure dimensionnelle et/ou la caractéristique matière et/ou la présence/absence/nature/position
de défaut retournée par le modèle est d'une grande précision.
Application industrielle
[0082] Un procédé de mesure ou un procédé de contrôle selon la présente invention, sont
susceptibles d'application industrielle.
[0083] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme
du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention
décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention.
1. Procédé de mesure d'une dimension (H, H1, e, e1) d'une pièce horlogère flexible (10
; 20), le procédé de mesure comprenant :
A/ une phase préliminaire de prédiction d'un comportement vibratoire, comprenant les
étapes consistant à :
- a1 : conduire une série de simulations itératives (S1, ..., Si, ..., SN) en faisant
varier de manière itérative au moins une dimension (H, H1, e, e1) d'une pièce horlogère
flexible (10 ; 20) modélisée pour prédire pour chaque configuration simulée une réponse
vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) modélisée
à une excitation vibratoire variable au cours du temps,
- a2 : construire un modèle de prédiction (M) de réponse vibratoire (R1, ..., Ri, ...,
RN) en se basant sur la réponse vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) prédite de la pièce
horlogère flexible (10 ; 20) modélisée pour chaque configuration simulée,
B/ une phase de contrôle de production, comprenant les étapes consistant à :
- b1 : appliquer à une pièce horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée une excitation vibratoire
variable au cours du temps pour couvrir une plage fréquentielle prédéterminée,
- b2 : identifier au moins une caractéristique d'une fréquence de résonance de la pièce
horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée, telle qu'un pic de résonance, lors de ou en
réponse à l'excitation vibratoire sur la plage fréquentielle prédéterminée,
- b3 : soumettre au modèle de prédiction (M) construit pendant la phase préliminaire A/
la caractéristique de fréquence de résonance identifiée à l'étape b2- et donner en retour une valeur mesurée de la dimension (H, H1, e, e1) à mesurer
de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée.
2. Procédé de mesure selon la revendication 1, dans lequel l'étape a2 comprend une étape consistant à identifier dans la réponse vibratoire (R1, ..., Ri,
..., RN) de chaque pièce horlogère flexible (10 ; 20) modélisée au moins une caractéristique
d'une fréquence de résonance de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) modélisée, telle
qu'un pic de résonance.
3. Procédé de mesure selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape a2 comprend une étape consistant à construire une base de données en enregistrant dans
ladite base de données, pour chaque configuration simulée, au moins une partie de
la réponse vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) de la pièce horlogère flexible (10 ;
20) modélisée, et/ou au moins une caractéristique d'une fréquence de résonance de
la pièce horlogère flexible (10 ; 20) modélisée, telle qu'un pic de résonance.
4. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, la pièce horlogère flexible
(10 ; 20) fabriquée comprenant une âme flexible recouverte par une couche de revêtement,
dans lequel l'étape a1 comprend une étape consistant à faire varier au moins une épaisseur de l'âme et/ou
une épaisseur de la couche de revêtement de la pièce horlogère flexible (10 ; 20)
modélisée.
5. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape b
3 comprend les étapes consistant à :
- choisir une configuration simulée à l'étape a1 avec une réponse vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) simulée ayant une caractéristique
de fréquence de résonance la plus proche possible de la caractéristique de fréquence
de résonance identifiée à l'étape b2-,
- effectuer une opération de recalage de la simulation en partant de la configuration
simulée choisie et en modifiant au moins une dimension (H, H1, e, e1) de la pièce
horlogère flexible (10 ; 20) modélisée pour obtenir une réponse vibratoire (R1, ...,
Ri, ..., RN) simulée ayant la même caractéristique de fréquence de résonance que la
caractéristique de fréquence de résonance identifiée à l'étape b2-,
- donner en retour la valeur modifiée de la dimension (H, H1, e, e1) de la pièce horlogère
flexible (10 ; 20) modélisée en tant que valeur mesurée.
6. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape b
3 comprend les étapes consistant à :
- choisir deux configurations simulées à l'étape a1 avec deux réponses vibratoires simulées ayant chacune une caractéristique de fréquence
de résonance la plus proche possible de la caractéristique de fréquence de résonance
identifiée à l'étape b2- et de sorte à encadrer la caractéristique de fréquence de résonance identifiée à
l'étape b2-,
- effectuer une opération de pondération en partant des deux configurations simulées
choisies pour trouver une dimension (H, H1, e, e1) pondérée de la pièce horlogère
flexible (10 ; 20) modélisée,
- donner en retour la valeur pondérée de la dimension (H, H1, e, e1) de la pièce horlogère
flexible (10 ; 20) modélisée en tant que valeur mesurée.
7. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape b1 est précédée par une étape de bridage de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée
dans un outillage de mise en référence, l'outillage de mise en référence étant prévu
pour laisser libre au moins une portion flexible, et de préférence une portion flexible
reliée à une portion à mettre en vibration, de la pièce horlogère flexible (10 ; 20)
fabriquée.
8. Procédé de mesure selon la revendication 7, dans lequel l'étape b1 est précédée par une étape de mise en regard d'une source sonore et/ou d'un capteur
de mesure de position ou de déplacement avec la portion flexible et/ou la portion
à mettre en vibration, de préférence avec l'outillage de mise en référence.
9. Procédé de détection d'un défaut d'une pièce horlogère flexible (10 ; 20), le procédé
de détection comprenant :
X/ une phase préliminaire de prédiction d'un comportement vibratoire, comprenant les
étapes consistant à :
- x1 : conduire au moins une simulation sur une pièce horlogère flexible (10 ; 20) de
référence modélisée, exempte de défaut, pour prédire une réponse vibratoire (R1, ...,
Ri, ..., RN) de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) de référence modélisée à une
excitation vibratoire variable au cours du temps
- x2 : conduire une série de simulations itératives (S1, ..., Si, ..., SN) en faisant
varier de manière itérative la présence et/ou la position et/ou la nature d'un défaut
sur une pièce horlogère flexible (10 ; 20) défaillante modélisée pour prédire pour
chaque configuration simulée une réponse vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) de la pièce
défaillante modélisée à une excitation vibratoire variable au cours du temps,
- xs : construire un modèle de prédiction (M) de réponse vibratoire (R1, ..., Ri,
..., RN) en se basant sur la réponse vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) prédite pour
la pièce horlogère flexible (10 ; 20) de référence modélisée et/ou sur la réponse
vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) prédite pour chaque configuration de pièce horlogère
flexible (10 ; 20) défaillante modélisée,
Y/ une phase de contrôle de production, comprenant les étapes consistant à :
- y1 : appliquer à une pièce horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée une excitation vibratoire
variable au cours du temps pour couvrir une plage fréquentielle prédéterminée,
- y2 : identifier au moins une caractéristique distinctive d'une fréquence de résonance
de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée, telle qu'un pic de résonance,
lors de ou en réponse à l'excitation vibratoire sur la plage fréquentielle prédéterminée,
- y3 : soumettre au modèle de prédiction (M) construit pendant la phase préliminaire X/
la caractéristique distinctive de fréquence de résonance identifiée à l'étape y2- et donner en retour une indication sur la présence et/ou la position et/ou la nature
d'un défaut de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée.
10. Procédé de détection selon la revendication 9, dans lequel l'étape x3 comprend une étape consistant à identifier dans la réponse vibratoire (R1, ..., Ri,
..., RN) de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) de référence modélisée, et/ou dans
la réponse vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) de chaque pièce horlogère flexible (10
; 20) défaillante modélisée au moins une caractéristique d'une fréquence de résonance
de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) modélisée, telle qu'un pic de résonance.
11. Procédé de détection selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l'étape x3 comprend une étape consistant à construire une base de données en enregistrant dans
ladite base de données, pour chaque configuration simulée, au moins une partie de
la réponse vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) de la pièce horlogère flexible (10 ;
20) de référence modélisée, et/ou au moins une caractéristique d'une fréquence de
résonance de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) de référence modélisée, telle qu'un
pic de résonance, et/ou au moins une partie de la réponse vibratoire (R1, ..., Ri,
..., RN) de chaque pièce horlogère flexible (10 ; 20) défaillante modélisée, et/ou
au moins une caractéristique d'une fréquence de résonance de la pièce horlogère flexible
(10 ; 20) défaillante modélisée, et/ou au moins une différence entre la réponse vibratoire
(R1, ..., Ri, ..., RN) de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) de référence modélisée
et la réponse vibratoire (R1, ..., Ri, ..., RN) de chaque pièce horlogère flexible
(10 ; 20) défaillante modélisée.
12. Procédé de détection selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel le défaut
est :
- un défaut de collage ou de pontage entre deux portions flexibles de la pièce horlogère
flexible (10 ; 20),
- une porosité, locale ou non, de la matière de la pièce horlogère flexible (10 ;
20), et/ou de la matière d'une couche de revêtement de la pièce horlogère flexible
(10 ; 20),
- un défaut de régularité d'une épaisseur d'une couche de revêtement de la pièce horlogère
flexible (10 ; 20),
- un défaut ou manque local de matière, comme par exemple un défaut d'infiltration
pour une pièce en silicium,
- un surplus de matière, lié par exemple à un défaut de masquage pour une pièce en
silicium,
- une hétérogénéité de la matière,
- un défaut géométrique de la pièce horlogère flexible (10 ; 20), comme un défaut
de planéité (lissage) des tranches latérales d'un barreau de silicium formant un spiral,
- un défaut géométrique de la pièce horlogère flexible (10 ; 20), comme un défaut
de verticalité des tranches latérales d'un barreau de silicium formant un spiral (une
dépouille ou une contre dépouille des faces),
- une portion flexible de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) déformée, ondulée
ou décentrée par rapport à une position théorique.
13. Procédé de détection selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel l'étape y1 est précédée par une étape de bridage de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée
dans un outillage de mise en référence, l'outillage de mise en référence étant prévu
pour laisser libre au moins une portion flexible, et de préférence une portion flexible
reliée à une portion à mettre en vibration, de la pièce horlogère flexible (10 ; 20)
fabriquée.
14. Procédé de détection selon la revendication 13, dans lequel l'étape y1 est précédée par une étape de mise en regard d'une source sonore et/ou d'un capteur
de mesure de position ou de déplacement avec la portion flexible et/ou la portion
à mettre en vibration, de préférence avec l'outillage de mise en référence.
15. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 8, ou procédé de détection selon
l'une des revendications 9 à 14, dans lequel la phase préliminaire et/ou la phase
de contrôle de production :
• est exempte,
- de toute étape de recalage du modèle de prédiction (M) et/ou,
- de toute étape de mesure physique d'une dimension (H, H1, e, e1) de la pièce horlogère
fabriquée,
et/ou
• consiste à soumettre uniquement une ou plusieurs caractéristiques de fréquence de
résonance au modèle de prédiction (M).
16. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 8, ou procédé de détection selon
l'une des revendications 9 à 14, dans lequel l'étape b2 ou respectivement y2 comprend l'identification d'au moins une caractéristique de deux fréquences de résonance
distinctes, pour soumettre à l'étape b3 ou respectivement y3 les deux caractéristiques des deux fréquences de résonance distinctes.
17. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 8, ou procédé de détection selon
l'une des revendications 9 à 14, dans lequel l'étape b3 ou respectivement y3 comprend une étape consistant à soumettre à la machine de prédiction une valeur de
module d'élasticité de la matière de la pièce horlogère flexible (10 ; 20), et/ou
une matière de la pièce horlogère flexible (10 ; 20), et/ou une forme d'une partie
déformable de la pièce horlogère flexible (10 ; 20), et/ou un paramètre de fabrication
mesuré au cours de la fabrication de la pièce horlogère flexible (10 ; 20), comme
un temps de mise en étuve d'oxydation.
18. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 8, ou procédé de détection selon
l'une des revendications 9 à 14, dans lequel la phase de contrôle de production comprend
une étape consistant à caractériser un paramètre physique de la matière de la pièce
horlogère flexible (10 ; 20) sur une éprouvette fabriquée simultanément à la pièce
horlogère flexible (10 ; 20).
19. Procédé de fabrication d'une pièce horlogère flexible (10 ; 20) comprenant :
- la fourniture d'une pièce horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée,
- la procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 8 ou selon l'une des revendications
15 à 18, et/ou le procédé de détection selon l'une des revendications 9 à 18.
20. Procédé de fabrication selon la revendication 19, dans lequel l'étape de fourniture
de la pièce horlogère flexible (10 ; 20) fabriquée comprend :
- une étape consistant à fournir une pièce horlogère flexible (10 ; 20) en silicium,
de préférence recouverte d'une couche d'oxyde de silicium, ou
- une étape consistant à fournir une pièce horlogère flexible (10 ; 20) métallique
électrodéposée, de préférence en nickel ou en alliage de nickel-phosphore, ou
- une étape consistant à fournir une pièce horlogère flexible (10 ; 20) métallique
formée par déformation plastique permanente.