Mesurer la vibration des microsystèmes

Ressenti ou non par nos sens, tout mouvement vibratoire peut être mesuré par un vibromètre. Constitué d’un laser et d’un interféromètre, cet appareil permet de mesurer l’effet Doppler, c’est-à-dire le décalage de fréquence d’une onde entre la mesure à l’émission et la mesure à la réception.

Le vibromètre acquis en 2013 par l’Institut d’Horlogerie et Création de la Haute École Arc (IHC-Arc) est révolutionnaire, dans la mesure où il permet de mesurer le comportement vibratoire de composants micrométriques.

 

Polytec MSA-100-3D permet de mesurer, par exemple, le comportement vibratoire d’un spiral.

Composants horlogers

Auparavant, les vibromètres utilisaient trois faisceaux laser et n’offraient pas une résolution suffisante pour caractériser des microsystèmes. L’entreprise allemande Polytec (lire l’encadré) a réglé le problème, en développant une nouvelle génération de vibromètres capables d’effectuer des mesures en 3D avec un seul faisceau laser. D’un diamètre inférieur à 4 micromètres, celui-ci offre une résolution suffisante pour mesurer le comportement vibratoire des composants horlogers, par exemple.

L’IHC-Arc a eu le privilège de recevoir le premier exemplaire du Polytec MSA-100-3D. Mandaté par une manufacture de la région, le professeur Jean-Daniel Lüthi l’a notamment utilisé pour caractériser le timbre d’une montre à sonnerie. La mesure des vibrations de la lame métallique frappée par le marteau fournit une «image» du timbre de la sonnerie. Sur la base de ce diagnostic, les constructeurs de la manufacture pourront effectuer les réglages qui permettront de donner à la montre le timbre souhaité.

 

Système précédent.

Nouvelle solution.

 

Autres applications

Conçu principalement pour la mesure de composants micromécaniques, horlogers en particulier, le MSA-100-3D peut également être utilisé dans le domaine de la piézoélectricité (propriété que possèdent certains corps de se polariser électriquement sous l’action d’une contrainte mécanique et, réciproquement, de se déformer lorsqu’on leur applique un champ électrique). Sur les MEMS, par exemple, la vibrométrie laser à haute résolution permet de mesurer directement un déplacement en fonction d’un champ électrique appliqué et d’en déduire un coefficient piézoélectrique.

Le MSA-100-3D peut également mesurer le comportement des systèmes d’alimentation utilisant une plateforme vibrante pour déplacer des microcomposants destinés à être saisis par un robot. Voilà quelques applications possibles de la vibrométrie laser 3D à haute résolution.

 

Mesure de vibration 3D en temps réel et sans contact

Technique sans contact, la vibrométrie laser n’influence pas le comportement des objets à caractériser, ce qui permet de les mesurer facilement et rapidement. Fort d’une longue expérience en vibrométrie 3D, les ingénieurs de Polytec ont longuement étudié puis testé cette nouvelle solution, avant de se lancer dans le développement du MSA-100-3D.

Celui-ci permet de mesurer d’infimes vibrations dans les axes X, Y et Z avec une résolution en déplacement de quelques picomètres et une fréquence maximale de 25 MHz. Avec l’option de balayage, cet équipement permet d’obtenir la visualisation des modes propres sur la totalité de l’objet à caractériser.

 

Note:Les lecteurs intéressés par cette nouvelle technique ou d’une façon plus générale par les compétences de l’IHC-Arc peuvent prendre contact avec le professeur Jean-Daniel Lüthi:

jean-daniel.luethi@he-arc.ch

tél. 032 930 22 27

 

Trois mots concernant le matériel Le fabricant du système, Polytec, est une entreprise allemande créée en 1967. Située à Waldbronn, près de Karlsruhe, elle emploie 360 employés, dont 60 dans la recherche et le développement. Ses produits permettent aux ingénieurs du monde entier de mesurer des vibrations tant sur des ouvrages de génie civil distants de plusieurs centaines de mètres que sur des molécules à l’échelle nanométrique. Elle propose également des solutions de mesure de planéité de surface et de parallélisme.

Fournisseur du matériel:

B&K Messtechnik GmbH

8180 Bülach

Tél. 044 880 70 35

www.bkmt.ch

 

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* Haute Ecole Arc Ingénierie