Les montres mécaniques constituent en fait un anachronisme puisqu'elles ne sont plus vraiment nécessaires pour mesurer le temps. Toutefois, la demande reste élevée. De nombreux acheteurs recherchent un bijou de prestige pour leur poignet tout en appréciant profondément l'extrême raffinement de la mécanique de précision de leur montre. Ce raffinement repose sur un artisanat sophistiqué qui se transmet de génération en génération depuis des siècles, principalement en Suisse où se trouvent la plupart des grands noms de l'industrie horlogère.
Regroupement de technologies de pointe
Aujourd'hui, ces entreprises fabriquent leurs produits dans des quantités impossibles à traiter par un simple atelier artisanal – un horloger fabrique la montre entièrement, de A à Z. Bien que les étapes de travail les plus importantes soient encore réalisées manuellement, les tâches sont divisées en différents processus. Les opérateurs qualifiés sont assistés dans de nombreuses tâches par des machines qui permettent d'automatiser les processus dans une certaine mesure.
L'une de ces machines est le poste d'assemblage de Precitrame Machines. L'entreprise suisse est basée à environ 900 m au-dessus du niveau de la mer à Tramelan, une petite ville du Jura bernois située à proximité immédiate de quelques-uns des fabricants de montres les plus renommés au monde. La région regroupe également des champions cachés de la mécanique de précision, de la mécatronique et de la construction mécanique. Des dizaines d'entreprises impliquées dans la fabrication de montres, qui en sont issues ou en sont notamment fournisseurs, sont basées à proximité. Elles présentent les mêmes caractéristiques que les grands noms de l'horlogerie : des produits de la plus grande qualité et des technologies parmi les meilleures au monde dans leurs domaines respectifs.
Leader mondial dans le domaine de la technologie
Precitrame produit des machines pour le transfert rotatif et la finition pour tous les types de production mécanique de précision, ainsi que le poste d'assemblage pour l'horlogerie mentionné plus haut. Lorsque le carter de cette machine est fermé, on peut voir une surface de travail avec une petite ouverture ronde située dans la partie centrale à l'avant. C'est là que l'horloger reçoit le mouvement, le coeur de la montre, pour réaliser l'étape d'assemblage suivante. Une fois cette étape terminée, l'horloger replace le mouvement au même endroit. La pièce est alors acheminée à couvert et la suivante lui est présentée pour traitement.
Mini-usine sous le carter
Le capot recouvre quelque chose qui ressemble à la version miniature d'une usine d'assemblage. De nombreuses bandes transporteuses s'y côtoient. Elles permettent de faire avancer ou reculer les pièces, de les faire passer par plusieurs aiguillages et de les diriger ainsi vers différentes trajectoires en fonction de l'étape de production en cours.
Tous les mouvements arrivent à un moment ou un autre dans un chargeur situé à l'arrière du poste. Ce chargeur les soulève de la bande transporteuse pour les guider vers un processus automatisé. Le processus peut consister, par exemple, à appliquer une goutte d'huile microscopique à un endroit spécifique. La responsabilité principale de cette unité est néanmoins l'assurance qualité. Des systèmes sophistiqués permettent ici de vérifier que les processus d'assemblage ont été réalisés avec le niveau de précision voulu.
Des instruments de mesure optiques et acoustiques sont notamment utilisés pour mesurer la marche et l'amplitude de l'organe de réglage ou pour vérifier l'intégrité des composants. Les données de mesure sont enregistrées automatiquement, puis transférées au moyen du système de bus CANopen. Un petit code QR situé sur le support de la pièce permet de l'associer à une montre spécifique. Il est ainsi possible de documenter entièrement toutes les étapes d'assemblage réalisées à ce poste, pour chaque mouvement.
Accélération douce
Soulever une pièce de la bande transporteuse et la guider vers une étape de processus peut sembler facile, mais cette procédure représente un certain nombre de défis techniques. Les mouvements fragiles reposent sans attache sur leurs supports plats. Toute manipulation brusque risque de les faire tomber, de les endommager et d'interrompre le flux de processus. En même temps, les distances à parcourir sont considérables, compte tenu des petites dimensions. La course verticale du chargeur, par exemple, est supérieure à 20 centimètres. Le fonctionnement de ce chargeur ne doit évidemment pas retarder le cycle de la machine entière. Par conséquent, une exécution ralentie, et donc sûre, des processus individuels est ici insuffisante.
De plus, trois processus doivent être synchronisés précisément : Le déplacement horizontal de la palette avec la porte-pièce jusqu’au préhenseur. Le déplacement vertical du préhenseur avec le support vers sa position définie. Et enfin le déplacement horizontal de tout vers la station de mesure où des fonctions de mesures et de contrôle sont exécutées. Un profil coordonné avec précision est requis pour chacun de ces mouvements : démarrer lentement, accélérer doucement, freiner avec précaution, puis terminer le processus à vitesse réduite. FAULHABER a développé une solution sur mesure pour l'entraînement des trois axes.
Son coeur est composé d'un servomoteur C.C. sans balais avec technologie à 4 pôles de la série 2250 BX4. Un codeur intégré avec capteur à effet Hall envoie un signal de position précis à la commande et fournit ainsi la base de processus reproductibles. Le moteur pour l'axe vertical est quant à lui également équipé d'un frein en vue de réguler précisément la décélération qui suit l'accélération. Dans l'éventualité d'un dysfonctionnement de processus dû, par exemple, à une coupure de courant, le frein maintient également la position spécifiée et empêche le préhenseur de tomber.
Trois millions de cycles de test
Une vis-mère à profil de vitesse rapide développé spécialement pour cette application par la filiale de FAULHABER MPS permet de transférer la force du moteur sur toute la longueur. Des tests d'endurance complexes ont permis de déterminer le matériau idéal pour l'écrou qui va et vient sur la vis-mère : après trois millions de cycles, le thermoplastique PEEK ultrarésistant (également utilisé pour les implants médicaux) s'est avéré le matériau le mieux adapté.
L'exécution des mouvements individuels est assurée par le générateur de profil : un logiciel intégré au servo-entraînement des moteurs. Les paramètres ont été optimisés par les experts de FAULHABER directement à Tramelan pour cette application spéciale. Le servomoteur 2250 BX4 est le plus petit sur le marché capable de réaliser cette tâche complexe. Il satisfait également aux autres exigences techniques posées par le poste d'assemblage. Il est actionné par un MCBL 3002 S – un servo-contrôleur extrêmement compact pour les moteurs C.C. sans balais.
Grâce à sa conception compacte, un autre MCDC 3002 S est utilisé en tant que noeud de capteur CANopen supplémentaire.
Le moteur 2232 BX4 CxD a été utilisé pour les axes horizontaux. Ici, la totalité de la servo-électronique avec interface CANopen est déjà intégrée dans le même diamètre – une particularité dans la classe de 22 millimètres.
La machine entière correspond aux dimensions habituelles de travail de ce secteur et sa conception est donc compacte et filiforme. L'espace est d'autant plus restreint que la machine doit inclure jusqu'à trois chargeurs. L'unité de préhension qui se déplace sur les trois axes pèse néanmoins plus de 600 grammes. L'entraînement doit par conséquent fournir des performances maximales dans un volume minimal. Precitrame et ses clients finaux sont très satisfaits de la collaboration efficace avec le fournisseur des systèmes d'entraînements : « Les experts de FAULHABER ont fait preuve d'un grand engagement lors du développement de cette solution. Nous avons non seulement bénéficié d'un produit excellent, mais aussi d'une assistance technique parfaite. Ils nous ont aidé à faire de notre poste d'assemblage un modèle de réussite. »
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