Projet Arduino pour Horloger (amateur et peu fortuné)

Torzio a écrit:

Bonjour Cadrature,

Je n'ai aucune idée du capteur utilisé par Luthy. Mais comme il parle de l'état de surface du balancier, je pense qu'il s'agit d'un procédé optique.

Il y a de nombreuses années, il est paru, dans la revue Elektor, un long article sur la réalisation d'un chrono comparateur pour montres. C'était une vraie "usine à gaz" pour mon petit neurone. Cela fonctionnait par un système optique. Si mes souvenirs sont bons, il s'agissait de gérer la réflexion d'un rayon optique sur les bras du balancier.

@+
JC

Oui j'ai imaginé ça aussi.

Je pense que plusieurs techniques peuvent être utilisées pour détecter le bras du balancier sans contact, dans ton projet,
mais qu'il faut essayer:

- Induction très sensible (très fort gain, induction avec un courant de quelques mA, gros filtrage). C'est à essayer, mais
les perturbations risquent de poser problème.

- LoF Laser IR. C'est très efficace, mais je n'ai pas la réponse à ma question: Le retour de mesure est de 20ms est-il compatible avec une nouvelle mesure ou
le timeOut est toujours limité à 20ms dans une mesure continue (il faut que je fasse les tests) ?

- Rupture de faisceau lumineux laser ou normal, IR ou visible, codé ou non. Cela suppose un émetteur sur le bras du compteur
de spiraux et le spiral peut poser problème. Le codage évite les perturbations (un peu comme la télé avec télécommande IR qui ne s'allume pas parce qu'on allume le feu dans la cheminée)

- Réflexion de faisceau lumineux laser ou normal, IR ou visible, codé ou non. Cela suppose un émetteur sous la glace du compteur, et
une bonne réflexion du bras (je crois que c'est ce qu'ils font en disant que la serge doit être bien nette).

- Caméra grande vitesse et détection de mouvement. C'est possible, mais je ne domine pas. De plus de nombre d'images/seconde risque d'être trop important

- Je sèche.... Il faudrait voir les choix qui ont été faits par les ateliers qui font des balanciers complets. J'ai cru comprendre que certains
perçoivent une vibration très fine du pivot qui est à peine posé sur la glace, mais il est possible que je n'ai pas compris...

Pourquoi un système stroboscopique n'a pas fonctionné ? Après-tout c'est ce que faisaient les anciens :
- Sur machine à compter comparer les oscillations du balancier avec les oscillations du balancier étalon sous la glace
- Sur montre chronomètre pour les horlogers qui ne possédaient pas la machine (les plus nombreux j'imagine),
comparer les deux balanciers pendant plusieurs oscillations.

On peut imaginer un balancier artificiel sur un écran LCD sous la glace par exemple ;-)

 
Beau projet en tout ca ! Je suis de tout coeur avec toi pour t'encourager ;-)

Cadrature

@Cadrature,

J'ai 2 pistes :

1) le stroboscope. Je l'ai fabriqué mais cela ne fonctionne pas encore. 2 problèmes, je n'arrive pas, pour l'instant, à ajuster le période finement et de façon continue. Je vais ajouter un second potentiomètre pour ajuster le temps en microsecondes. Je ne sais pas si des LEDs haute luminosité peuvent convenir ou s'il est impératif d'avoir une lampe à éclat, ce qui compliquerait. Mais, à mon avis, le stroboscope serait idéal.

2) La résonnance. J'ai récupéré un vieux disque dur. J'y ai greffé un bras avec un aimant et un ressort de rappel. A un rythme défini, le plateau du disque dur va osciller. Avec 2 potentiomètres je vais faire varier finement la période. Lorsque la période sera égale à celle du balancier spiral posé sur le disque dur, il va avoir une oscillation maximum par résonance. 
C'est grâce à ce système que je me suis rendu compte que ma période variait par grands pas, en captant le bruit du retour avec mon Vibrograph. Je passais de - 2,5 mn à + 2,5. 

@+
JC

Torzio a écrit:

@Cadrature,

J'ai 2 pistes :

1) le stroboscope. Je l'ai fabriqué mais cela ne fonctionne pas encore. 2 problèmes, je n'arrive pas, pour l'instant, à ajuster le période finement et de façon continue. Je vais ajouter un second potentiomètre pour ajuster le temps en microsecondes. Je ne sais pas si des LEDs haute luminosité peuvent convenir ou s'il est impératif d'avoir une lampe à éclat, ce qui compliquerait. Mais, à mon avis, le stroboscope serait idéal.

Arduino,
- LED blanche
- clavier pour écrire en chiffres la fréquence voulue
- ecran LCD pour l'afficher

Il me semble que le quartz de l'Arduino suffirait pour quelques oscillations de balancier, sinon DS3231.

Il suffit de cadencer la LED par éclats à l'aide de millis(). C'est un programme très simple
je peux t'aider à l'écrire et à montrer le montage des composants.

Torzio a écrit:

2) La résonnance. J'ai récupéré un vieux disque dur. J'y ai greffé un bras avec un aimant et un ressort de rappel. A un rythme défini, le plateau du disque dur va osciller. Avec 2 potentiomètres je vais faire varier finement la période. Lorsque la période sera égale à celle du balancier spiral posé sur le disque dur, il va avoir une oscillation maximum par résonance. 
C'est grâce à ce système que je me suis rendu compte que ma période variait par grands pas, en captant le bruit du retour avec mon Vibrograph. Je passais de - 2,5 mn à + 2,5. 

Quelle bonne idée !
Vraiment on peut détecter la bonne longueur du spiral par effet de résonance ?
Ce sera assez précis ?


Pareil. Arduino pour balancer le machin avec une bonne cadence.
La partie mécanique m'échappe un peu, mais faire bouger un bras de disque dur à une bonne cadence me parait abordable.

Pour avoir une précision très fine, un DS3231 qui envoie des interruptions de calibrage au microcontroleur...
Pareil, je peux t'aider à l'écrire en temps voulu.




Cadrature

@Cadrature,

Mon sketch Arduino fonctionne bien. Je n'ai pas besoin de clavier, je règle la période, pour l'instant, avec un potentiomètre, mais la résolution n'est pas assez fine. Je vais rajouter un autre potentiomètre pour affiner à la microseconde.

Le quartz Arduino suffit. Je prévois une variable d'ajustement pour apporter une éventuelle correction de quelques microsecondes.

Une photo de mon DD transformé. Le sketch est presque identique à celui du stroboscope. C'est simplement la longueur d'impulsion qui change. A droite on voit le bras solidaire du disque et qui a un aimant collé au bout. En bas à droite un ressort de rappel. C'est impressionnant de voir le tracé parfaitement rectiligne sur le Vibrographe qui capte le bruit de l'aimant qui vient se plaquer sur la bobine sous l'effet du ressort de rappel à la fin de l'impulsion :




@+
JC

Une vidéo qui explique bien le procédé que je cherche à mettre en œuvre :



Je souhaite couvrir une large plage de périodes, de 14000 à 30000 alternances par heure.

J'attends mes potentiomètres. Si la météo est mauvaise le we prochain ça devrait être bon pour la finalisation de mon projet !
Ce sera bon pour le stroboscope et l'oscillateur mécanique, normalement. Juste quelques lignes de sketch à changer.

@+
JC

Bonjour,

Je viens vous montrer les premiers essais de ma machine à compter les spiraux par résonnance.

Vue de l'intérieure :



Une vidéo, un peu longue, mais sur laquelle on se rend bien compte que l'amplitude du balancier augmente lorsque le plateau à la même période que lui. L'amplitude est maxi vers 18856 A/H. Dès que je m'écarte de cette période, l'amplitude diminue. Il faut que j'étudie un système pour suspendre le balancier-spiral, comme sur un outil à compter les spiraux. J'ai essayé de poser l'outil sur mon disque dur, mais il est trop lourd. Il faut aussi que j'étalonne mon affichage. Il y a un écart entre le quartz de l'Arduino et la réalité, Il faut aussi que je tienne compte du temps d'exécution du programme. Mais je sui trop content de vous montrer mes premiers essais !
ICI la vidéo : https://sulka.fr/videos/Resbalspir.mp4

@+
JC

Bonjour JC

Félicitations pour ce projet !

Puis-je me permettre de faire quelques remarques ? Elles seront constructives je l'espère.
Le disque dur me semble un peu inadapté. Dans un premier temps je pensais que tu allais
utiliser la mécanique de tête de lecture, mais je ne suis pas sûr que son couple soit adapté
non plus.
Faire un plateau et y mettre un roulement à billes en son centre ne semble pas difficile, surtout pour toi
qui devra réaliser la potence pour terminer le compteur de spiral (beau projet d'outillage horloger).

J'ai reproduit ton expérience en utilisant un bête servo de modélisme:

Juste en collant une gousset avec du scotch sur un servo de récupération (un truc pour modélistes)
branché à l'Arduino (on fait mieux comme montage).
J'ai effectivement observé le rebâtement à 17800 pour une montre qui retarde un peu...
Le programme arduino demande une fréquence en A/H et fait faire des aller-retours au servo de 2 degrés.
C'est suffisant.

Voici le programme

Code:

#include <Servo.h>

#define LED 13
Servo myservo;
long d, f;

void setup(){
  pinMode(13, OUTPUT);
  myservo.attach(9);
  myservo.write(90);// move servos to center position -> 90°
  Serial.begin(9600);
}

void loop(){
  if (Serial.available() > 0) {
    // Donner le nombre d'A/h (ie 18000, 21600, 28800, 36000)
    long a = Serial.parseInt(SKIP_ALL, '\n');
    Serial.print("A/H: ");
    Serial.println(a, DEC);
    d = a / 7200; // d:Osc/h, a:A/h ; 7200 = 2 x 3600
    f = 1000 / d; // f:Hz
    Serial.print(1000/f, DEC);
    Serial.println("Hz");
    // Il faudrait ne pas utiliser delay() mais millis() ou micros()
    // pour avoir un calage d'horloge plus sérieux... A refaire...
    while(Serial.available() == 0) {  
      digitalWrite(13, !digitalRead(13));
      myservo.write(90);// move servos to center position -> 90°
      delay(f/2);
      digitalWrite(13, !digitalRead(13));
      myservo.write(92);// move servos +2°
      delay(f/2);
    }
  }
  delay(250);
}

Le servo ne supporte en revanche pas de fréquences élevées (au dessus de 4Hz, j'ai l'impression qu'il n'est pas fiable...)
, mais il existe des servos de modélisme très rapides (pour les hélicoptères d'après ce que j'ai compris).
Il existe aussi des actuators (servos) pour l'industrie éventuellement plus adaptées et sinon un bon solenoid avec un relais
comme tu as fait....

Enfin, j'ai l'impression que la dérive du quartz de l'Arduino n'est pas vraiment un problème pour compter les spiraux sur quelques
secondes. Sinon il existe une méthode très simple pour recaler l'horloge estimée de l'Arduino grâce à un quartz externe compensé
et très précis... C'est l'affaire de 5 minutes...

Si ça peut aider...
Cadrature

Bonjour Cadrature,
 
Grand merci pour cette réponse enrichissante et encourageante !
La solution du servo-moteur semble intéressante. J'ai choisi arbitrairement la solution du vieux DD car cela me paraissait la plus simple à mettre en œuvre selon mes disponibilités :




 
Toutefois, la solution avec servo sera plus puissante et me permettra de poser sur le plateau mon outil à compter les spiraux, ce qui n’est pas possible avec ma version, pas assez puissante.
 
Merci pour ton sketch, dès que possible, je le mets en œuvre.


Il faut que je trouve un nouveau DD pour le commander par un servo.
 
Pour info, 17800 au lieu de 18000, cela fait 16 mn/jour. Ce qui est trop. Il faut donc prévoir une variable d’ajustement pour tenir compte de l’imprécision du quartz Arduino et du « temps machine ».
 
@+

JC

Torzio a écrit:

Bonjour Cadrature,
 
Grand merci pour cette réponse enrichissante et encourageante !
La solution du servo-moteur semble intéressante. J'ai choisi arbitrairement la solution du vieux DD car cela me paraissait la plus simple à mettre en œuvre selon mes disponibilités :




 
Toutefois, la solution avec servo sera plus puissante et me permettra de poser sur le plateau mon outil à compter les spiraux, ce qui n’est pas possible avec ma version, pas assez puissante.
 
Merci pour ton sketch, dès que possible, je le mets en œuvre.

Oh non, il faut le réécrire correctement.
Pour que les temps soient bien comptés, il faut comparer un temps de durée avec micros() lancé une seule fois
et faire ce qu'il y a à faire avec une machine à états pour éviter les rebonds.
Ne pas utiliser delay() !

Citation :

Pour info, 17800 au lieu de 18000, cela fait 16 mn/jour. Ce qui est trop. Il faut donc prévoir une variable d’ajustement? pour tenir compte de l’imprécision du quartz Arduino et du « temps machine ».
 
@+

JC

Je comprends pourquoi je suis toujours en retard aux rv ;-)

Non sans blague cette montre doit être nettoyée et huilée, elle retarde bien de 5 à 10 mn par jour (peut-être 16) et est sous
beta-bloquants (amplitude rikiki).

Je n'ai pas insisté sur les essais, mais je comprends qu'il faut "seulement" trouver la longueur d'un spiral
pour ton projet.
Cela n'implique pas une grande précision car on devra ensuite régler la montre. Quelle est le
précision attendue après comptage du spiral ? Car il me semble que la méthode
de résonnance est assez peu précise tout de même (pas à +/-10 s/jour !).


Cadrature

C'est vrai que la méthode de résonnance ne semble pas très précise. Elle convient pour une première approche. Je l'ai trouvée séduisante c'est pourquoi je me suis amusé à la mettre en œuvre. Ce n'est pas de temps perdu, cela me donne des idées pour d'autres applications. Je vais essayer maintenant le stroboscope, qui devrait être beaucoup plus précis. L'idéal serait d'arriver à moins de 5 mn/jour et de reprendre ensuite l'ajustement avec le chronocomparateur. Il m'arrive rarement de devoir changer un spiral. Si toutefois cela m'arrive, je cannibalise l'ensemble balancier spiral du bon diamètre sur un mouvement épave et je refais l'axe.
J'ai une autre piste, c'est de d'automatiser l'outil à compter les spiraux en utilisant un servo avec un bras qui va appuyer sur le levier d'oscillation, à droite sur la photo :



Ainsi je bénéficierais de la résonnance, puis de la comparaison de fréquences. Cela me permettra aussi de vérifier si le balancier étalon de mon outil bat à la bonne fréquence. je n'ai jamais réussi à l'utiliser. C'est vrai qu'il faut un oeil très exercé pour savoir quel balancier va plus ou moins vitre que l'autre ! Ca va très vite !

@+
JC

J'espère que tu na vas canibaliser ce très joli outil qui mérite sa place dans
le cabinet de curiosités.

Le bouquin de Schultz montre un sport qui permettait certainement
aux horlogers anciens de rester en forme:

J'aime beaucoup la tournure: "Tout ceci se fait en moins de temps qu'il faut pour l'expliquer..."

A vos boules de cire !

@Cadrature,

Rassure toi, je ne vais pas cannibaliser mon outil à compter les spiraux. C'est un outil rare qui vaut cher. 
J'ai l'édition 4 du Shultz. C'est un super livre ou l'on trouve beaucoup d'astuces pour le rhabillage des montres anciennes. Ton édition doit être plus complète que la mienne car le remplacement d'un spiral est décrit dans le paragraphe 800 et quelques.
Aujourd'hui on peut remplacer les boulettes de cire par la pâte Rodico.
Les anciens rhabilleurs étaient des virtuoses.

@+
JC

Tiens si ça peut t'inspirer dans ton projet:

Rataspari:
https://www.youtube.com/watch?v=62u_7zDtwHc&t=125s

Greiner Vibrograph I:
https://www.youtube.com/watch?v=HNYgtDk3mPo&t=341s

Greiner Vibrograph II:
https://www.youtube.com/watch?v=c6wfsNCsWN8&t=152s

Un chronographe, une brucelle n°5, un strabisme divergent et un peu de patience ;-)
https://www.youtube.com/watch?v=Ye6i14NaWKI

Si je ne me trompe pas, on voit que les détections de comptage ont été les vibrations (vibrograph I et II)
et optiques (Rataspari) dans ces réalisations électroniques pour fabriques horlogères...

@Cadrature,

Merci pour toutes ces infos. J'ai aussi  découvert récemment le génial appareil de Rataspari :
http://www.rataspari.com/index.php/products/hairspring-tool sur la vidéo on voit bien la mise ne oeuvre. Si j'arrivais à faire un truc comme ça ce serait super ! On voit que le gars aligne le bras du balancier. Peut-être pour qu'il soit juste au dessus du capteur optique ?

Dans un premier temps je vais essayer la solution du stroboscope, il y a juste 2 lignes à changer sur mon sketch Arduino.

Pour la dernière méthode, c'est une approche grossière qui demande ensuite beaucoup de retouches.

Le problème c'est le manque de temps.

@+
JC

Torzio a écrit:

Si j'arrivais à faire un truc comme ça ce serait super ! On voit que le gars aligne le bras du balancier. Peut-être pour qu'il soit juste au dessus du capteur optique ?

Oui, c'est manifestement un capteur optique et on comprend bien le fonctionnemement de l'appareil
qui semble assez pratique tel qu'il est conçu.
Il est certainement de modèle déposé. Bof pour le "cloner"... Même si son acquisition s'entend pour
les petites fabriques (on voit d'ailleur Voutilainen s'y intéresser...)

Une autre idée pour ton projet: si tu gardes l'idée du stroboscope, on peut imaginer aussi un
cercle de petites diodes avec un éclat circulaire qui simule le balancement à 18000 B/h.
Après avoir fixé la fréquence désirée, un (autre) potentionmètre permettrait de modifier
la phase pour aligner l'éclat des diodes avec un bras du balancier et mieux voir le décalage avance ou retard.
C'est l'affaire d'un projet de lycéen avec un Arduino, un quartz compensé, un multiplexeur, quelques
dizaines de petites diodes et un circuit imprimé...La plus grosse difficulté est la création de la potence,
mais pour un horloger bien outillé...
Qu'en penses-tu ?

Je reviens à mes affaires pour un chronomachin de pendules. J'ai réalisé un ampli pour un capteur piezo
avec un double ampliop (pas encore parfait, mais presque) il entendra le tictac et les détentes de sonnerie.
J'attends des diodes IR pour faire un capteur optique et commencer quelques essais de ce coté là...
Bref j'avance à petits pas par manque de temps. Voilà la vrai constante: le manque de temps qui nous accable.
"vous avez les montres, nous, nous avons le temps"

J'ai une question...
Je reste tout de même interdit à l'idée qu'il existerait autant de fréquences de pendules que la combinatoire
des comptages des dents et ailes entre la roue des minutes et la roue d'échappement le permet.
Théoriquement il existe des milliers de possibilités sur quelques milliers de b/h. Bbref chaque pendule
aurait son battement propre...
Mais Les pignons des pendules sont de 7 ou 8 dents, mais pas 6 ou 32 non plus... Les roues d'échappement
font 40, 44 dents sur un mouvement de Paris mais pas 12 ou 15...
N'existe-t-il pas une liste de fréquences les plus utilisées des pendules de Paris, des comptoises, des coucous,
etc... sur laquelle je pourrais me reposer assez sûrement ?
 
Cadrature

Je ne pense pas que le modèle soit déposé pour 2 raisons. S'il l'était ce serait indiqué pour signifier une sorte d'exclusivité. Je ne pense pas que l'on puisse déposer un principe tout simple de comptage, même si les moyens mis en oeuvre utilisent des composants modernes. 

Pour les leds autour du balancier, cela peut-être un bon exercice. Il faudra voir à l'usage si c'est un plus. Je trouve que le stroboscope est facile à mettre en oeuvre, pas de mécanique et surtout on peut contrôler la fréquence du balancier in situ.

Pour les pendules il n'y a aucune normalisation. Par exemple, les pendules de Paris, à partir de 1850 environ, ont quasiment toutes la même configuration des rouages. De ce fait, la roue d'échappement fait presque toujours 120 tourd en 1 heure. Ensuite chaque fabricant faisait son habillage et calculait le nombre de dents de la roue d'échappement en fonction de la longueur possible du balancier.

Une petite anecdote, il y a quelques années un client m'a apporté une pendule à colonnes avec un mouvement de Paris qui avait été "restaurée" par un "horloger". Elle avançait et il n'était plus possible de rallonger le balancier. Au premier abord, je me suis dit que l'échappement était trop faible ou des dents étaient abimées. Rien de tout ça. En fait, j'ai recompté le rouage et je me suis rendu compte que la roue d'échappement n'avait pas le bon nombre de dents en rapport avec la longueur idéale du balancier. Le gugus avait bêtement remplacé la RE sans se poser question. J'ai retaillé une nouvelle RE correctement nombrée et cette belle pendule fonctionne correctement depuis.

@+
JC

Bonjour,

Je crois avoir trouvé l'origine de l'idée du Rataspari ici :  https://watchmaking.weebly.com/hairspring-vibrating-tool.html

Ce site est magnifique !

@+
JC

Merci pour ce très intéressant lien que je découvre.
Je n'ai pas encore lu, mais en parcourant rapidement
je vois que la détection se fait dans le cas présent avec une coupure de faisceau
limuneux qui vient d'un ch'tit LED au dessus.

Joli projet d'outillage horloger.

Cadrature

Je passe commande.

C'est  le principe de la souris, led et fréquence de rotation?

Optocoupleur?

Salut Jeff,

Ici le fonctionnement d'une souris optique : https://couleur-science.eu/?d=ebd68b--comment-fonctionne-une-souris-optique

Notre système est beaucoup plus simple, il mesure simplement le temps entre 2 coupures ou 2 réflexions d'un rayon lumineux sur un bras du balancier.

@+
JC

Le problème est probablement l'éloignement du couple led et récepteur?

fly back a écrit:

Le problème est probablement l'éloignement du couple led et récepteur?

Il ne semble pas y avoir de problème, ça semble fonctionner. Il y a un appareil qui est vendu 1000 € et l'autre 4000 . Ceux-ci semblent fonctionner par réflexion du faisceau lumineux sur un bras du balancier.

Le problème, s'il y a, est de trouver le temps de reproduire le principe avec nos petits moyens et pour "le fun".

C'est en bonne voie !

@+
JC

Bravo Jc, car ce serait un outil intéressant .

Torzio a écrit:

Bonjour,

Je crois avoir trouvé l'origine de l'idée du Rataspari ici :  https://watchmaking.weebly.com/hairspring-vibrating-tool.html

Ce site est magnifique !

@+
JC

Bonjour,

Merci pour ce lien Torzio. 
Très intéressant, je vais suivre vos avancées avec attention.