EP1525947B1 - Procédé de polissage de finition - Google Patents

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EP1525947B1
EP1525947B1 EP03292647A EP03292647A EP1525947B1 EP 1525947 B1 EP1525947 B1 EP 1525947B1 EP 03292647 A EP03292647 A EP 03292647A EP 03292647 A EP03292647 A EP 03292647A EP 1525947 B1 EP1525947 B1 EP 1525947B1
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EP
European Patent Office
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polishing
finishing
polished
polishing element
deformable
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EP03292647A
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EP1525947A1 (fr
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Jean-Jacques Fermé
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Europeenne de Systemes Optiques S E S O Ste
Original Assignee
Europeenne de Systemes Optiques S E S O Ste
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/015—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor of television picture tube viewing panels, headlight reflectors or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/02—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor by means of tools with abrading surfaces corresponding in shape with the lenses to be made
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories

Definitions

  • the present invention relates to a polishing method of finishing a surface with a polishing element and an abrasive.
  • polishing element for example a felt
  • abrasive for example of colloidal silica
  • the technique generally used is to stick the felt on a metal tool possibly interposing a flexible material such as foam. This technique has the disadvantage of deforming the surface to be polished, so that the results obtained are not optimal.
  • US-A-2002102925 discloses a method of finishing polishing a surface with a polishing member and a deformable support.
  • the support is brought into contact with the surface to be polished to conform to the contour, then the polishing element is interposed between the surface of the cured support and the surface to be polished and set in motion with respect to these two surfaces so as to perform finishing polishing.
  • the subject of the present invention is a method which makes it possible to remedy at least in part the aforementioned problem.
  • Said material is advantageously deformable by creep and / or curable. It may for example be pitch which is heated to a temperature which allows it to creep and which, after b and before c, is then cooled to obtain a hardening, or else an adhesive which is in the form of a gel which, after b, and before c is cured for example by polymerization or application of a particular ultraviolet radiation.
  • the material can also be plaster ..
  • the polishing element may be a felt or any polishing material suitable for finishing polishing leading to low roughness (of the order of 1 ⁇ to a few ⁇ for example).
  • the polishing material is advantageously carried by a polishing support.
  • Finishing polishing may in particular be carried out using a machine providing a relative translation displacement between the polishing element and the surface to be polished in two perpendicular directions and possibly rotating about an axis parallel to a said perpendicular directions.
  • the finishing polishing is particularly applicable to the case of surfaces having a generatrix, the surface being arranged in such a way that the direction of the generator is parallel to that of the two aforementioned directions which is parallel to the axis of rotation.
  • the method is particularly applicable to surfaces which before polishing finishing, have been previously subjected to a pre-polishing (or coarse polishing) and polishing itself.
  • the surface has a roughness of, for example, between 3 ⁇ and 15 ⁇ , then after finishing polishing, the roughness can be between 1 ⁇ and 5 ⁇ , and more particularly between 1 ⁇ and 3 ⁇ for glass, silica, silicon and ceramic surfaces (even between 1 ⁇ and 2 ⁇ for glass or silica surfaces) and between 3 ⁇ and 5 ⁇ for a nickel surface coated with a metal surface.
  • the invention relates to finishing polishing surfaces of low roughness (including mirrors) whose shape is for example rectangular. It is based on the use of polishing machines with kinematics with 2 perpendicular linear axes.
  • the shapes generated on surfaces can be planes, spheres, cylinders according to their large dimension (southern cylinder) or their small dimension (sagittal cylinder), mirrors with an elliptic or parabolic southern profile, parabolic or elliptical mirrors representing a piece a mirror of revolution.
  • One of the applications of these surfaces is the production of mirrors used to shape and focus the X-ray beams emitted by the synchrotron or free-electron laser light sources.
  • the polishing element 2 (of thickness for example between 0.1 mm and 2 mm) is glued on of the pitch 3 which is secured to a support 4 for example cylindrical which serves as a polishing tool.
  • the polishing element 2 may be a porous material such as a felt, in particular a microcellular polyurethane foam from RHODES (Bierkeek - Belgium) or a porous synthetic material ("Finishing Pad") from the Company -RODEL, or polishing supports (or "drops -") of the BUEHLER Company.
  • the tool 4 After heating the pitch until it gives a viscosity that allows it to flow without sinking (for example by heating it to a temperature of the order of 60 ° C.), the tool 4 is pressed onto a surface to be polished. the optical part 1 with sufficient pressure so that the creep deformation of the pitch allows the felt 2 in contact with the surface 6 to marry locally the shape of the surface 6.
  • the felt 2 which can be in one or more pieces a preferably a surface 5 equal to plus or minus 20% to that of the surface 6.
  • the pressure P applied during finishing polishing is of the order of 5 to 100 grams / cm 2 .
  • FIG. 1b illustrates the method in the case of a plane surface or a mirror having a generatrix G in the plane of section.
  • FIG. 2 represents a machine that can be used for carrying out the finishing polishing process, as well as for the preceding steps of grinding, pre-polishing and polishing proper.
  • Each of the sliders carries an arm 17 and 18 extending for example in a direction Y perpendicular to the direction X, with a height adjustment 17 ', 18' along Z (perpendicular to X and Y).
  • Each of the arms has a housing 19 and 20 for receiving an axis of rotation 21 and 22 of a workpiece holder 23 carrying the part 1
  • the tool 4 is disposed on a support 25 integral with a table 27 having means for translating the tool 4 and thus the felt 2 in the direction Y perpendicular to the direction X.
  • These translation means are for example slides 26.
  • the polishing rates in each of the X and Y directions can be chosen for example between 0.05 m / s and 0.5 m / s.
  • Figures 3a and 3b on the one hand and 4a and 4b on the other hand illustrate two modes of implementation of finishing polishing (after hardening of the support of deformable material such as pitch or glue).
  • the displacement along X (for example between 5 and 200 mm) allows a polishing parallel to the direction of the generatrices of the surface, while the translational movement along Y (for example between 1 and 100 mm) and the rotation along the axis (21, 22) allows the surface 6 to be polished to follow by turning the polishing element 2 as the displacement along Y.
  • the combination of these three movements (X translation, Y translation and rotation) allows to ensure the polishing of the surface on its contour and throughout its length.
  • the part 1 of cylindrical or planar section is carried by the workpiece holder 23 and the tool 4 is integral with the support 25.
  • the cylindrical or plane part 1 is integral with the support 25 and it is the tool 4 which is carried by the holder 23.
  • Shaping Element 2 improves performance over the surface with the nearest generator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de polissage de finition d'une surface à l'aide d'un élément de polissage et d'un abrasif.
  • Il est déjà connu de réaliser un polissage de finition d'une surface à l'aide d'un élément de polissage, par exemple un feutre, et d'un abrasif, par exemple de la silice colloïdale. La technique généralement utilisée consiste à coller le feutre sur un outil métallique en intercalant éventuellement un matériau souple par exemple de type mousse. Cette technique présente l'inconvénient de déformer la surface à polir, ce qui fait que les résultats obtenus ne sont pas optimaux.
  • Le document US-A-2002102925 divulgue un procédé de polissage de finition d'une surface à l'aide d'un élément de polissage et d'un support déformable. Dans une première étape, le support est mis en contact avec la surface à polir pour en épouser le contour, ensuite l'élément de polissage est interposé entre la surface du support durci et la surface à polir et mis en mouvement par rapport à ces deux surfaces de manière à effectuer un polissage de finition.
  • La présente invention a pour objet un procédé qui permette de remédier au moins en partie au problème précité.
  • L'invention concerne ainsi un procédé de polissage de finition d'une surface à l'aide d'un élément de polissage et d'un abrasif, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre :
    • a) avant ledit polissage, le collage de l'élément de polissage sur un support en un matériau déformable de manière permanente et ;
    • b) l'application d'une pression sur le support déformable une fois que l'élément de polissage est en contact avec la surface à polir de sorte que l'élément de polissage soit mis en forme pour épouser un contour de ladite surface,
    • c) réaliser le polissage de finition à l'aide de l'élément de polissage ainsi mis en forme.
  • Ledit matériau est avantageusement déformable par fluage et/ou durcissable. Il peut s'agir par exemple de poix qui est chauffée à une température qui permet son fluage et qui, après b et avant c, est ensuite refroidie pour obtenir un durcissement, ou bien encore d'une colle qui se présente sous forme d'un gel et qui, après b, et avant c est durcie par exemple par polymérisation ou application d'un rayonnement notamment ultra-violet. Le matériau peut être également du plâtre..
  • L'élément de polissage peut être un feutre ou tout matériau de polissage convenant à un polissage de finition conduisant à de faibles rugosités (de l'ordre de 1Å à quelques Å par exemple). Le matériau de polissage est avantageusement porté par un support de polissage.
  • Le polissage de finition peut être en particulier réalisé à l'aide d'une machine assurant un déplacement relatif de translation entre l'élément de polissage et la surface à polir selon deux directions perpendiculaires et éventuellement de rotation autour d'un axe parallèle à une desdites directions perpendiculaires. Le polissage de finition s'applique particulièrement bien au cas de surfaces ayant une génératrice, la surface étant disposée de manière telle que la direction de la génératrice soit parallèle à celle des deux directions précitées qui est parallèle à l'axe de rotation.
  • Le procédé s'applique notamment à des surfaces qui avant polissage de finition, ont été préalablement soumises à un pré-polissage (ou polissage dit grossier) et à un polissage proprement dit.
  • Après le polissage proprement dit qui peut être réalisé notamment par toute technique connue, la surface présente une rugosité comprise par exemple entre 3Å et 15Å, alors après polissage de finition, la rugosité peut être comprise entre 1Å et 5Å, et plus particulièrement entre 1Å et 3Å pour des surfaces en verre, en silice, en silicium et en céramique (voire entre 1Å et 2Å pour des surfaces en verre ou en silice) et entre 3Å et 5Å pour une surface en nickel revêtant une surface métallique.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins dans lesquels :
    • les figures 1a et 1b illustrent en coupe la mise en oeuvre du procédé de polissage de finition selon l'invention,
    • la figure 2 représente une machine assurant le polissage de finition d'une surface dans le cadre de la présente invention et les figures 3a et 3b d'une part et 4a et 4b d'autre part illustrent deux modes de mise en oeuvre de la machine.
  • L'invention se rapporte au polissage de finition de surfaces à basse rugosité (notamment des miroirs) dont la forme est par exemple rectangulaire. Il repose sur l'utilisation de machines de polissage ayant une cinématique à 2 axes linéaires perpendiculaires.
  • Les formes générées sur des surfaces peuvent être des plans, des sphères, des cylindres suivant leur grande dimension (cylindre méridional) ou leur petite dimension (cylindre sagittal), des miroirs à profil méridional elliptique ou parabolique, des miroirs paraboliques ou elliptiques représentant un morceau d'un miroir de révolution.
  • Une des applications de ces surfaces est la réalisation de miroirs utilisés pour mettre en forme et focaliser les faisceaux de lumière X émis par les sources de lumière de type synchrotron ou laser à électrons libres.
  • Les différentes étapes sont par exemple :
    1. 1. Ebauche : cette étape est conventionnelle pour le travail des matériaux de type verre ou céramique ou silicium et elle consiste à mettre en forme le support sur lequel sera réalisée la surface à basse rugosité.
      Pour cela on utilise des fraiseuses ou des centres d'usinage équipés d'outils spécifiques au travail de ces matériaux. Ces outils sont constitués habituellement d'un laiton sur lequel sont déposées de fines particules de diamant fixées sur l'outil par un liant. Ces opérations se font sous arrosage d'eau ou d'autres liquides en fonction des matériaux usinés. La mise en forme de la surface est aussi réalisée par cette technique.
    2. 2. Doucissage : on utilise pour cela des outils ayant la forme de plans ou de cylindre ou d'un profil complémentaire de la surface à polir.
      Les dimensions de ces outils sont proches de celle de la surface à polir. Ces outils peuvent être obtenus par un usinage traditionnel en mécanique. La matière utilisée peut être de l'aluminium, du laiton, et dans certains cas des morceaux de verre recollés sur un support mécanique.
      On procède à l'aide d'une machine de polissage ayant une cinématique à 2 axes linéaires, à la mise en forme relative de l'outil et de la surface à polir.
      Pour cela, on applique la surface à doucir sur l'outil et on induit un mouvement relatif entre la surface et l'outil parallèle à la grande longueur de la surface et un mouvement perpendiculaire pour la largeur.
      Soit l'outil soit la surface sont fixes et la pièce complémentaire est mobile et entraînée par les deux mouvements de translation. Alternativement l'outil est entraîné selon un mouvement de translation et la surface est entraînée selon le mouvement de translation perpendiculaire. De plus soit l'outil, soit la surface est libre de rotuler autour d'un axe parallèle à la grande longueur.
      L'opération de rodage utilise des abrasifs classiques de doucissage et l'on fait décroître la taille du grain jusqu'à obtenir une surface ayant l'aspect d'un douci fin.
      Durant toute cette phase, l'outil est retouché jusqu'à ce que l'on obtienne sur la surface à polir la forme géométrique finale à quelques microns près.
    3. 3. Pré-polissage à la poix ou au feutre de polissage grossier et un abrasif de polissage classique tel que l'oxyde de cérium en utilisant la machine décrite précédemment. Le mouvement suivant la longueur (direction X) a une amplitude comprise par exemple entre 5 et 200 mm, et suivant la largeur (direction Y), il a une amplitude comprise par exemple entre 1 et 100 mm.
    4. 4. Polissage proprement dit avec correction itérative de la forme jusqu'à obtenir les spécifications d'écart par rapport à la forme théorique. Le matériau de polissage est de la poix qui est coulée sur l'outil puis mise en forme avec la surface à polir par chauffage.
      Des dégarnis de la poix sont effectués localement là où des bosses on été mesurées. L'abrasif utilisé est par exemple de l'oxyde de cérium. Les pressions de polissage sont comprises entre 5 et 100 grammes par centimètre carré. Ce polissage est terminé lorsque la surface à polir a la bonne forme et qu'il n'y a plus de points ou de défauts correspondant aux étapes précédentes. La rugosité à ce stade est comprise entre 3 et 15Å pour des zones carré d'analyse de 1 à 1000 microns de largeur.
    5. 5. La finition super polie est faite en utilisant un abrasif de type silice colloïdale associé à un feutre.
      Cette opération, si elle est réalisée de manière classique, déforme généralement la surface à polir.
      Selon l'invention, on colle directement le feutre sur la poix et on met à profit son fluage pour mettre en forme la surface du feutre de façon à ce qu'elle soit complémentaire de la surface à polir. La mise en forme est effectuée en chauffant la poix, l'outil ou le substrat de la surface à polir, le moule étant la surface à polir elle-même. Ce chauffage est réalisé à une température de l'ordre de 60°C à laquelle la poix a une viscosité suffisante pour se déformer en fluant sans couler. Les mouvements et les pressions appliqués sont similaires à celles mises en oeuvre lors du polissage proprement dit (étape 4 ci-dessus), c'est-à-dire entre 5 et 100 g/cm2.
      L'état de l'art normalement connu pour cette phase est de coller le feutre sur un outil métallique en intercalant éventuellement un matériau souple de type par exemple mousse. L'avantage du procédé selon l'invention est de disposer d'un outil dur (poix à la température de 20°C) ayant un contour qui épouse la forme de la surface à polir. A ce stade, la rugosité obtenue est généralement comprise entre 1 et 2Å sur les matières de type verre et silice. Elle est généralement comprise entre 1Å et 3Å sur le silicium et les céramiques, et entre 3Å et 5Å sur les surfaces métalliques revêtues de nickel.
  • Selon la figure 1a, qui concerne le cas d'une pièce optique 1 à polir qui est un cylindre ou un tore, l'élément de polissage 2 (d'épaisseur par exemple entre 0,1 mm et 2 mm) est collé sur de la poix 3 qui est solidaire d'un support 4 par exemple cylindrique qui sert d'outil de polissage. L'élément de polissage 2 peut être un matériau poreux tel qu'un feutre, notamment une mousse de polyuréthane microcellulaire de la Société RHODES (Bierkeek - Belgique) ou un matériau synthétique poreux (« Finishing Pad ») de la Société -RODEL, ou des supports (ou « drops -») de polissage de la Société BUEHLER. Après chauffage de la poix jusqu'à lui conférer une viscosité lui permettant de fluer sans couler (par exemple en la chauffant à une température de l'ordre de 60°C), on appuie l'outil 4 sur une surface à polir 6 de la pièce optique 1 avec une pression suffisante pour que la déformation par fluage de la poix permette au feutre 2 en contact avec la surface 6 d'épouser localement la forme de la surface 6. Le feutre 2 qui peut être en un ou plusieurs morceaux a de préférence une surface 5 égale, à plus ou moins 20% à celle de la surface 6.
  • La pression P appliquée lors du polissage de finition est de l'ordre de 5 à 100 grammes/cm2.
  • La figure 1b illustre le procédé dans le cas d'une surface plane ou d'un miroir ayant une génératrice G dans le plan de coupe.
  • La figure 2 représente une machine utilisable pour la mise en oeuvre du procédé de polissage de finition, ainsi que pour les étapes précédentes de doucissage, de pré-polissage et de polissage proprement dit.
  • Elle présente deux barres de coulissement parallèles 11 et 12 le long de laquelle peuvent se translater dans une première direction X deux coulisseaux 14 et 15 reliés par une barre d'attelage 16. Chacun des coulisseaux porte un bras 17 et 18 s'étendant par exemple dans une direction Y perpendiculaire à la direction X, avec un réglage en hauteur 17', 18' selon Z (perpendiculaire à X et Y).
  • Chacun des bras présente un logement 19 et 20 permettant de recevoir un axe de rotation 21 et 22 d'un porte-pièce 23 portant la pièce 1
  • dont la surface 6 doit être soumise au polissage de finition. L'outil 4 est disposé sur un support 25 solidaire d'une table 27 présentant des moyens de translation de l'outil 4 et donc du feutre 2 dans la direction Y perpendiculaire à la direction X. Ces moyens de translation sont par exemple des glissières 26.
  • Les vitesses de polissage dans chacune des directions X et Y peuvent être choisies par exemple entre 0,05 m/s et 0,5 m/s.
  • Les figures 3a et 3b d'une part et 4a et 4b d'autre part illustrent deux modes de mise en oeuvre du polissage de finition (après durcissement du support en matériau déformable par exemple de la poix ou de la colle). Le déplacement selon X (par exemple entre 5 et 200 mm) permet un polissage parallèle à la direction des génératrices de la surface, alors que le mouvement de translation selon Y (par exemple entre 1 et 100 mm) et la rotation selon l'axe (21, 22) permet à la surface 6 à polir de suivre en tournant l'élément de polissage 2 au fur et à mesure du déplacement selon Y. Ainsi, la combinaison de ces trois mouvements (translation X, translation Y et rotation) permet d'assurer le polissage de la surface sur son contour et sur toute sa longueur.
  • Selon les figures 3a et 3b, la pièce 1 de section cylindrique ou plane est portée par le porte-pièce 23 et l'outil 4 est solidaire du support 25. Selon les figures 4a et 4b, la pièce 1 cylindrique ou plane est solidaire du support 25 et c'est l'outil 4 qui est porté par le porte-pièce 23.
  • Le procédé s'applique également à des surfaces ne présentant pas de génératrice. La mise en forme de l'élément 2 améliore les performances par rapport à la surface ayant la génératrice la plus proche.

Claims (13)

  1. Procédé de polissage de finition d'une surface (6) à l'aide d'un élément de polissage (2) et d'un abrasif, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre :
    a) avant ledit polissage, le collage de l'élément de polissage (2) sur un support (3, 4) en un matériau déformable de manière permanente et ;
    b) l'application d'une pression sur le support (3, 4) déformable une fois que l'élément de polissage (2) est en contact avec la surface (6) à polir de sorte que l'élément de polissage (2) soit mis en forme pour épouser un contour de ladite surface (6).
    c) réalisation du polissage de finition à l'aide de l'élément de polissage (2) ainsi mis en forme.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau (3) est déformable par fluage et/ou durcissable.
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit matériau (3) est de la poix qui est chauffée à une température permettant son fluage et qui après mise en forme de l'élément de polissage (2) est ensuite refroidie pour obtenir un durcissement.
  4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit matériau (3) est une colle de type gel qui après mise en forme de l'élément de polissage (2) est durcie par exemple par polymérisation ou application d'un rayonnement, notamment ultra-violet.
  5. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le matériau (3) est du plâtre.
  6. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de polissage (2) est un feutre.
  7. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau déformable (3) est porté par un support de polissage (4).
  8. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polissage de finition est réalisé à l'aide d'une machine comportant un dispositif de déplacement assurant un mouvement relatif entre l'élément de polissage (2) et la surface (6) à polir selon deux directions (X, Y) perpendiculaires.
  9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de déplacement est agencé pour produire également un mouvement de rotation relatif autour d'un axe (21, 22) parallèle à l'une desdites deux directions perpendiculaires.
  10. Procédé selon une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la surface (6) présente une génératrice dont la direction est parallèle à l'une desdites deux directions perpendiculaires.
  11. Procédé caractérisé en ce que la surface (6) sur laquelle le polissage de finition est réalisé a été préalablement soumise à :
    - un pré-polissage ou polissage grossier
    - un polissage.
  12. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'après polissage, la surface (6) présente une rugosité entre 3Å et 15Å et après polissage de finition, une rugosité entre 1Å et 5Å.
  13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite rugosité après polissage de finition est comprise entre 1Å et 3Å pour les surfaces (6) en verre, en silice, en silicium et en céramique, et entre 3Å et 5Å pour une surface (6) en nickel revêtant une surface métallique.
EP03292647A 2003-10-23 2003-10-23 Procédé de polissage de finition Expired - Lifetime EP1525947B1 (fr)

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