用于测量钟表游丝的力矩的方法和生产支持工具系统与流程

本发明涉及一种用于测量钟表振荡器的游丝的力矩的方法，该游丝围绕游丝轴线卷绕并且包括在其内端的内桩和在其外端的外圈，所述内桩包括孔，该孔的内表面包括对中表面，所述对中表面布置成与具有绕所述游丝轴线的回转形状的心轴配合并使所述游丝在该心轴上对中，并且在所述游丝的自由状态下限定通过直径。

本发明还涉及一种用于实施这种用于测量游丝的力矩的方法的生产支持工具系统，所述游丝尤其由可微加工材料或硅制成。

本发明涉及包括游丝且更具体地由可微加工材料或硅制成的游丝的钟表振荡器的制造和研发。

背景技术：

当前，在游丝力矩测量期间，通过圆柱形心轴保持硅或类似游丝的角向和竖向位置。该圆柱形心轴的直径被定义为内桩内接的内径的函数。在游丝力矩测量期间，通过将内桩夹紧在圆柱形心轴上来保持游丝内桩的角向和竖向位置。这种夹紧是通过内桩的弹性变形而实现的。夹紧力的值定义为心轴直径的函数。

然而，这种标准工作方法具有以下缺点：

-崩裂、即边缘上的微裂纹的危险。由于已知硅在机械应力下是非常脆的材料，因此在自动压配合过程中将硅游丝的内桩插到具有传统圆柱形轮廓的模拟心轴上会在游丝材料中产生应力，其中，该模拟心轴被限定为确保游丝在其力矩测量期间被保持在适当位置。这些有害应力可能会导致游丝崩裂和产品缺陷的风险。这种崩裂可能非常关键，因为它可能会导致内桩的早期裂纹和内桩断裂的危险，这将随后在其运动时被检测到；

-工具的圆柱形心轴的磨损和污染。圆柱形模拟心轴的原理在将模拟心轴插入游丝内桩和从其中移除期间会在内桩与模拟心轴之间产生摩擦。在自动化过程中，在多个游丝上的这种反复摩擦会导致磨损，该磨损可能是模拟心轴以及因此游丝受到污染的来源。就最终产品的质量而言，这种污染至关重要。这种反复的摩擦也将改变模拟心轴的轮廓，并在力矩测量期间直接影响到游丝的角向位置和竖向位置的保持，从而导致游丝力矩的测量精度损失；

-难以确保内桩与力矩测量系统之间的对准精度。圆柱形模拟心轴的原理要求在插入过程中保持游丝的夹具与模拟心轴之间进行高精度对准。错位的结果是，当将内桩插入到模拟心轴上时，会在内桩上形成并产生冲击或震动，从而存在很大的崩裂危险；

-难于以良好的角向和竖向基准正确地保持内桩。在圆柱形模拟心轴上，通过模拟心轴的特殊设计来实现游丝的角向和竖向的保持和参考，以确保内桩在模拟心轴上的夹紧力较小。在内桩中产生应力的这种夹紧力取决于模拟心轴和游丝内桩的制造公差的变化。此外，内桩多次插到圆柱形模拟心轴的危险在于，模拟心轴由于崩裂而磨损，从而在内桩与模拟心轴之间产生强制的角度取向和游隙，并且降低了测量精度。

欧洲专利文献no.ep2423764b1提出了一种解决方案，其通过使用开口心轴代替通常的圆柱形心轴来克服这些不同缺点：该开口心轴被夹紧以允许内桩插入，并在内桩的合适位置释放，以便测量通过开口心轴的弹性回复力保持的游丝的力矩。然而，内桩因此在力矩测量周期中承受进一步的应力，这会使该测量失真并且/或者可能导致崩裂。该原理还要求夹具的精确对准，以防止在测量轴线上变形，并因此防止测量干扰。

技术实现要素：

本发明提出开发一种在生产支持工具系统上测量钟表游丝且更具体地由可微加工材料或硅制成的游丝的力矩期间维持该游丝的内桩在重力场中的角向方向和竖向位置的方法，其中，该生产支持工具系统设计成用于自动化测量过程，除了由振荡产生的变形外，游丝的变形最小。

本发明提出的解决方案使用在内端保持游丝的静态原理。

因此，本发明涉及根据权利要求1所述的用于测量钟表振荡器的游丝的力矩的方法。

本发明还涉及根据权利要求21所述的用于实施用于测量游丝的力矩的方法的生产支持工具系统(productionsupporttooling)。

附图说明

在阅读下文参照附图的详细说明后，本发明的其它特征和优点将显而易见，在附图中：

-图1示出了根据本发明的呈方尖塔(obelisk)形式的模拟心轴的示意性透视图，该模拟心轴包括在布置成用于测量钟表振荡器的游丝的力矩的生产支持工具系统的主工具中。

-图2以类似于图1的方式示出了相同的模拟心轴，在该模拟心轴上承载有游丝的内桩，该游丝的外圈由布置成夹持该外圈的保持工具保持。

-图3示出了模拟心轴和承载游丝的保持工具以及另外的上部工具和下部工具的穿过图1的模拟心轴的轴线的示意性剖视图，上部工具和下部工具中的每个都布置成在游丝上施加轴向推力。

-图4示出了方尖塔形式的模拟心轴的示意性正视图，该模拟心轴在用于保持游丝的下柄部上以及用于插入游丝的上柄部都包括用于引导和/或驱动功能的倾斜平坦部分。

-图5表示方尖塔形式的模拟心轴的示意性正视图，该模拟心轴包括在用于保持游丝的下柄部上的倾斜平坦部分以及在用于插入游丝的上柄部上的螺旋沟槽。

-图6示出了承载有游丝的图5的模拟心轴的示意性局部俯视图。

-图7示出了承载有游丝的图4的模拟心轴的示意性局部俯视图。

-图8示出了类似于图5但具有代替平坦部分的直线型沟槽并且承载有游丝的模拟心轴的示意性局部俯视图。

-图9表示生产支持工具系统的示意性正视图，该生产支持工具系统包括图4的模拟心轴、图2的保持工具、图3的附加工具以及布置成操纵游丝的夹具。

具体实施方式

本发明涉及一种在生产支持工具系统上测量钟表游丝1的力矩期间维持游丝的内桩在重力场中的角向和竖向位置的方法，其中，该生产支持工具系统设计用于自动化测量过程，所述游丝特别是但不排他地由可微加工材料、硅和二氧化硅、dlc、金属玻璃、其它至少部分非晶态材料或类似材料制成，除了由振荡产生的变形外，游丝的变形最小。

本发明提出的解决方案使用在内端保持游丝的静态原理。问题是，消除由保持工具施加给游丝内桩的任何应力，并从而避免在游丝的工作线圈中产生不希望有的应力，并且避免改变游丝的实际工作长度。

本发明依赖于特定生产支持工具系统1000的使用，该生产支持工具系统包括主工具，该主工具代替传统的圆柱形心轴或开口心轴或弹性心轴而具有模拟心轴(mockarbor)10，该模拟心轴10特别地设计用于由夹具500或由操作者轻柔地放置这种游丝1的内桩2，以便使该内桩在模拟心轴10的轴线do上正确地对中，并且以最小的应力驱动模拟心轴10相对于保持工具旋转，该保持工具布置成夹持并保持该游丝1的外圈6。

模拟心轴10的轮廓优选地属于方尖塔类型，并且包括至少两个区域，每个区域在确保力矩测量过程的正确进行中具有明确的作用，从而具有最小的非期望应力。

模拟心轴10包括第一区域或“上部”区域。更具体地但非排他性地，该第一区域具有围绕轴线do的圆锥形部分；在其它变型中，它可以具有围绕该轴线do的回转形状的至少一部分，具有抛物线形、椭圆形或其它轮廓，或者组合多个围绕同一轴线do的回转表面。

该第一区域在一方面夹具500与另一方面第二区域之间形成接口/接合部位，夹具500也称为拾取和放置装置，其可以是机器人等，并布置成承载游丝1，第二区域是用于在力矩测量期间保持游丝1的区域。

显然，旨在实现最大限度的自动化的本发明也被设计用于实验室使用，其中，操作人员操作游丝1。这里没有详细描述该使用的变型方案，在这种情况下，夹具500通常包括一对镊子。以下描述使用广义上的夹具500。

第一区域具有两个主要功能：

-在不对游丝1的内桩2施加应力的情况下，将游丝1从夹具500更换并转移到模拟心轴10上；

-使游丝1在模拟心轴10上重新对中；该轮廓允许一定的定位范围，例如，夹具500上的游丝相对于模拟心轴10的最大可能的角度误差为 /-20°。

该第一区域在生产支持工具系统1000的下部通过第二区域或“下部”区域延伸，该第二区域具有特定形状，该特定形状具有限定成确保三个主要功能的轮廓：

-游丝1在游丝力矩测量站上的精确且可重复的定位；

-在模拟心轴10上进行游丝力矩测量过程中，维持游丝1的内桩2在重力场中的角向和竖向位置；

-游丝1的力矩测量精度。

因此，更具体地，本发明涉及一种用于测量钟表振荡器的游丝1的力矩的方法，所述游丝特别是由可微加工材料或硅或类似材料制成，该游丝1包括在其内端的内桩2和在其外端的外圈6。内桩2以常规方式具有孔3，该孔3在游丝1的自由状态下具有内表面4。更具体地，该内表面4包括至少一个平坦部分，或者具有围绕游丝1的游丝轴线ds的大致多边形形状，游丝1绕其轴线ds以多边形轮廓5卷绕，其中，该多边形轮廓5在游丝轴线ds上的投影中具有n条边。更一般地，孔3的内表面4包括对中表面41，对中表面41布置成与具有绕游丝轴线ds的回转形状的心轴配合并使游丝1在这种心轴上对中；这些对中表面在游丝1的自由状态下限定通过直径dp。更具体地，它们与限定该通过直径dp的具有绕游丝轴线ds的回转形状的几何圆柱体相切。

根据本发明：

-确定内表面4或通过直径dp的尺寸；

-根据这些尺寸来选择主工具，该主工具包括方尖塔形式的模拟心轴10，该模拟心轴10的横截面在工具轴线do上从其在下部的基部18朝向在上部的顶点19逐渐缩小。

该模拟心轴10在上部包括具有插入引导部12的第一上部区域，该插入引导部的每个区段在垂直于工具轴线do的平面上的投影位于内桩2的孔3中，特别是位于内表面4或多边形轮廓5中。插入引导部12布置成用于游丝1的内桩2的第一次对中，该内桩2在上部被放置在顶点19上，并被允许在自重的作用下沿着插入引导部12自由滑动。模拟心轴10具有沿着直线型的工具轴线do从上部的顶点19朝向其基部18连续扩大的横截面，在顶点19处，模拟心轴10的包络直径小于通过直径dp。

插入引导部12位于第二下部区域上方，该第二下部区域至少包括大致截锥形的下柄部11，该下柄部11布置成完成内桩2在工具轴线do上的自动对中，并且将游丝1无应力地保持在下柄部11上。“大致截锥形”是指下柄部11优选具有不必是完全回转形状的围绕工具轴线do的回转形状的表面，即，它们是有规律地角向布置的圆锥或类似形状的区段，或者甚至是有规律地布置的边；如上所述，图中所示的圆锥形形状是特定的形状，但轮廓可以是抛物线形、椭圆形或其它形状，或者甚至可以组合几种不同类型的曲线，重点是这些曲线相对于彼此的相切性好，以允许内桩2自由地滑过下柄部11，并允许内桩在工具轴线do上的自动对中。

在一个特定的实施例中，插入引导部12基本上内接在圆锥中，上圆锥角介于5°至45°之间，更具体地介于10°至20°之间，再更具体地介于14°至16°之间。

在一特定实施例中，下柄部11基本上内接在圆锥中，下圆锥角大于0°且小于10°，更具体地介于0.5°至3°之间，再更具体地介于0.5°至1.5°之间。

下柄部11包括驱动装置100，驱动装置100布置成与内桩2的内表面4配合，以便经由内桩2驱动模拟心轴10旋转而不滑动，或者反之；在所示的实施例中，这些驱动装置100或者是布置成与内桩2的内表面4配合的平坦部分，或者是布置成与内桩2的内表面4的多边形轮廓5的平坦部分配合的第一平坦部分110，或者是布置成与内桩2的内表面4的平坦部分配合的凹部，或者是布置成与内表面的轮廓或在适合时与多边形轮廓5的平坦部分配合的第一凹部210(例如纵向狭槽或沟槽)，以在向游丝1施加力矩时对其进行相对驱动。这些第一平坦部分110或第一凹部210或其它表面优选地都关于穿过工具轴线do的平面对称，并且形成驱动装置100的这些表面中的每个表面的交线在穿过工具轴线do的平面中相对于工具轴线do的角取向相同。

于是，工具轴线do在重力场中的竖向位置上对准。

接下来，用夹具500夹持游丝1，借助于夹具500将待测游丝1仅通过重力放置在插入引导部12上，并且游丝1单纯通过其重力作用掉落到下柄部11上，直到在称为“测量位置”的自对中轴向位置被停止。

然后在测量位置检查游丝1的游丝轴线ds和工具轴线do的同轴度。更具体地，当在测量位置游丝1的游丝轴线ds不与工具轴线do对准时，通过平坦的下部工具180沿着工具轴线do从基部18到顶点19向游丝1施加推力，或反之，以在其测量位置重新定位游丝，并且单纯通过其重量重复进行游丝的定位，直到游丝轴线ds与工具轴线do对准为止。

当在测量位置游丝1的游丝轴线ds与工具轴线do对准时，将布置成夹持游丝1的外圈6的保持工具20放置成与在工具轴线do上的测量位置齐平，并且将外圈6固定在保持工具20上。

然后，使用测量装置170，通过使主工具和/或保持工具20绕工具轴线do旋转而不向游丝1施加应力来测量游丝1的力矩。

测量位置可能包括内桩2与外圈6之间在重力场的竖向上的偏差：游丝1可以被有意地放置在“伞”位置，在该位置它具有大致圆锥形的包络线(envelope)，并且保持工具20为此目的可以在竖向上调节，从而允许将外圈6放置在内桩2的上方或下方，这取决于所选择的工作范围。根据要应用的测量范围，对保持工具20的竖向位置进行调节，以将游丝1保持在一个平面中，或根据小于游丝1的线圈高度的四倍的预定偏移值使其具有上升或下降的伞形。更具体地，根据小于或等于游丝1的线圈高度的预定偏移值来对保持工具20的竖向位置进行调节，以使所述游丝呈伞形。

根据所应用的测量范围，如有必要，将保持工具20定向成向游丝的外圈6施加预定值的轻微扭转。

更具体地，在测量之后，通过保持工具20平行于工具轴线do的平移，和/或通过主工具相对于保持工具20的平移，和/或通过用平坦的下部工具180将游丝1从基部18平行于工具轴线do推到顶点19，来将游丝1驱动到顶点19上方以便将其移除，然后用夹具500或任何其它合适的装置移除游丝1并关于所进行的力矩测量对游丝1进行识别。

更具体地，当内桩的内表面4具有多边形轮廓时，驱动装置100包括下柄部11的至少一个区段，该区段布置成在测量位置的至少n个点处与多边形轮廓5相切。

更具体地，驱动装置100包括至少一个摩擦表面，该摩擦表面布置成与内桩2的内表面4配合，以在将力矩施加到游丝1时通过摩擦相对驱动内桩2。

更具体地，插入引导部12是大致截锥形的上柄部，使得在垂直于工具轴线do的平面上的投影中，上柄部12的任何区段都位于内桩2的孔3中，特别是位于内表面4内，或者在适合的情况下位于多边形轮廓5中。

在另一变型中，一旦游丝1被放置在测量位置，就也可以使用靠近顶点19搁置在游丝1上的第三工具，或使用被单纯放置在游丝1上的自由配重，第三工具布置成在内桩2上施加轴向力以在力矩测量操作期间轴向保持内桩2。然而，很明显，本发明的主要优点是，可以在游丝上施加最小的应力的情况下进行游丝力矩测量，因此该变型适用于非常特殊的情况，例如，包括在多个平行平面上延伸的多个不同的线圈的多重螺旋游丝，或包括螺旋部分的游丝，或又一种构型，其中，在该构型中，正确地保持在模拟心轴10上的游丝的下部线圈不必平行于位于另一理论平面中的另一线圈，且其外圈6与保持工具20配合。

更具体地，主工具被选择成具有设置在其下柄部11上的n个第一平坦部分110或第一凹部210，其各自都关于穿过工具轴线do的平面对称并且更具体地在下柄部11呈圆锥形时以下柄部11的锥角对称，并且该主工具在第一平坦部分110的延伸范围内具有设置在其上柄部上的n个第二平坦部分120或第二凹部220，其各自关于穿过工具轴线do的平面对称并且更具体地在上柄部呈圆锥形时以上柄部的锥角对称。

并且，当游丝1被放置在上柄部12上和/或游丝1搁置在下柄部11上时，然后通过旋转游丝1和/或主工具来使内表面4或在适合的情况下多边形轮廓5的内平坦部分50一方面与第一平坦部分110或第一凹部210以及另一方面与第二平坦部分120或第二凹部220角向对准。

更具体地，主工具被选择为在其顶点19与设置在其上柄部12上的第二平坦部分120之间或者在其顶点19与设置在其下柄部11上的第一平坦部分110之间具有进入引导轮廓130或螺旋轮廓，以便引导内平坦部分50搁置在第二平坦部分120上或朝向第一平坦部分110。

更具体地，布置成实现经由重力将游丝1放置在插入引导部12上的夹具500被选择为真空夹具，其优点在于，一旦已进行力矩测量操作，夹具500就能够用于再次拾取游丝1。

更具体地，夹具500因此可以形成如在上文针对非常特定的情况所述的用于在力矩测量操作期间轴向保持内桩2的第三工具。

更具体地，在测量游丝1的力矩期间，保持工具20被固定地保持，并且模拟心轴10固定到托架(escapement-holder)上，该托架包括用于通过吹气来使游丝1旋转的气动装置190。

更具体地，保持工具20定向成使游丝1的外圈6至少稍微扭转以在游丝1中产生伞形效果。

更具体地，当游丝1被夹具500夹持时，光学和/或机械装置被用于将内表面4的平坦部分或在适合的情况下将多边形轮廓5的平坦部分定向为面向包括在模拟心轴10中的其它平坦部分110或凹部210。

更具体地，该方法被应用于具有三角多边形轮廓5的游丝1，并且模拟心轴10与内桩2的内表面4之间至少在六个同心点处接触。

更具体地，该方法被应用于具有三角多边形轮廓5的游丝1，并且模拟心轴10与内桩2的内表面4之间的接触被限制在六个同心点处。

本发明还涉及一种生产支持工具系统1000，该生产支持工具系统1000用于实施用于测量这种游丝1、特别是由可微加工材料或硅制成的游丝的力矩的方法，并且特别地但非排他地用于实施上述发明。

该生产支持工具系统1000包括至少一个主工具，该主工具包括方尖塔形状的模拟心轴10，该模拟心轴10具有从其在下部的基部18沿着工具轴线do朝向其在上部的顶点19逐渐缩小的横截面。

模拟心轴10具有沿着该直线型工具轴线do从其在上部的顶点19朝向其在下部的基部18的连续扩大的横截面，在顶点19处，模拟心轴10的包络直径小于游丝1的内桩的内表面4的通过直径dp，在基部18处，模拟心轴10的包络直径大于游丝1的通过直径dp。

模拟心轴10在上部包括至少一个插入引导部12，该插入引导部的每个区段在垂直于工具轴线do的平面上的投影位于内桩2的孔3中，特别是在游丝1的内桩2的内表面4的轮廓内，或多边形轮廓5内，视情况而定。

该插入引导部12布置成用于放置在上部上的游丝1的内桩2的第一次对中，游丝1的内桩2被允许在其自重作用下沿着插入引导部12自由滑动，并且插入引导部12至少位于如上所述大致呈截锥形的下柄部11上方，下柄部11布置成完成内桩2在工具轴线do上的自动对中，并在没有应力的情况下将游丝1保持在下柄部11上。

该下柄部11包括驱动装置100，该驱动装置布置成与内桩2的内表面4配合，以经由内桩2驱动模拟心轴10旋转而不滑动，或反之(即，经由模拟心轴10驱动内桩2旋转而不滑动)。

生产支持工具系统1000还包括：保持工具20，其布置成夹持游丝1的外圈6；以及测量装置170，其布置成对游丝1的力矩进行测量。

更具体地，模拟心轴10是刚性的。

在一特定实施例中，模拟心轴10包括至少下柄部11和唇部，唇部相对于工具轴线do至少在径向上是弹性的，该唇部布置成与内桩2的内表面4接触。

有利地，生产支持工具系统1000包括用于使保持工具20平行于工具轴线do平移的装置，和/或用于使主工具相对于保持工具20平移的装置，和/或用于推动游丝1的装置，该用于推动游丝1的装置包括可平行于工具轴线do移动的平坦的下部工具180。在一变型中，生产支持工具系统1000包括这样的平坦的下部工具180，其布置成可在工具轴线do的方向上在从基部18到顶点19的重力场的竖向上移动或反之，以便将游丝1定位在其测量位置。

更具体地，下柄部11的驱动装置100包括第一平坦部分110或第一凹部210，其布置成以互补方式与内桩2的内表面4或内部多边形轮廓5配合，以在向游丝1施加力矩时对其进行相对驱动。

更具体地，生产支持工具系统1000还包括第三工具，该第三工具布置成在内桩2上施加轴向力以在力矩测量操作期间对其进行轴向保持，和/或包括自由配重，该自由配重布置成在游丝1已被正确地定位在测量位置之后单纯放置在游丝1上。

生产支持工具系统1000有利地包括至少一个夹具500，其布置成夹持游丝1并将其放置在插入引导部12上和/或第一下柄部上。在一特定变型中，该夹具500是真空夹具，该真空夹具布置成将游丝1放置在所述模拟心轴10上和/或在测量之后移除游丝1。

更具体地，生产支持工具系统1000包括视觉装置(visionmeans)，其能够控制夹具500的角向定向，以在相对于保持工具20的唯一的分度角位置(uniqueindexedangularposition)将游丝1放置在主工具上。

在一变型中，保持工具20的竖向位置可在重力场中和/或通过扭转调节。

因此，通过保持游丝并避免任何强烈的局部力，并且由于在游丝在力矩测量操作期间被保持时除了游丝的实际重量外内桩上不存在应力，本发明提供了令人满意的对崩裂危险的响应。

由于消除了传统的圆柱状模拟心轴，因此消除了工具心轴的磨损和污染问题。

本发明的方尖塔形模拟心轴避免了内桩被强制插到模拟心轴上。游丝被自由释放在模拟心轴的顶部，没有任何压力。游丝因其自身的重量而在重力场中角向和竖向地定位在方尖塔形模拟心轴的轮廓上，这确保了内桩与力矩测量系统之间的对准精度。

最后，适合内桩轮廓的设计的特定方尖塔形轮廓允许游丝尤其是在六个接触点处的角向和竖向的保持和参考，这使得可再现和可重复地测量游丝的力矩，在将游丝插到模拟心轴上的自动化过程中具有更大的灵活性。

尽管本发明更具体地是为克服硅或类似的游丝的力矩测量所特有的问题而设计的，但是其优点使得它完全适用于由钢或专用于钟表游丝的其它合金制成的传统游丝的情形。

简而言之，与现有技术的方法和工具相比，本发明提供了许多优点：

-在测量游丝力矩过程中没有机械应力。没有内桩夹紧作用。游丝通过其自重保持在适当位置。

-在将游丝插到模拟心轴上的过程中没有机械应力，并且游丝通过其自重插入和定位。

-方尖塔类型的模拟心轴的特定轮廓形状，以确保测量的可重复性和可再现性。保证了游丝在模拟心轴上的角向和竖向参考。

-提高了效率。游丝的力矩测量没有出现崩裂的情况。

-由于在测量过程中没有摩擦，模拟心轴和内桩上没有灰尘或颗粒。

-模拟心轴的方尖塔设计克服了内桩的制造公差，尤其是在其内部尺寸方面。

-易于生产用于自动化控制和测量由可微加工材料制成的游丝的力矩的自动化设备。