FR2823144A1 - Outil de polissage d'une surface optique et procede de fabricati0n d'une telle surface optique, comprenant une etape de polissage au moyen d'un tel outil - Google Patents
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Abstract
Outil (1) de polissage d'une surface optique (2) d'une lentille (3) présentant un diamètre (DL ) donné, ledit outil (1) comportant :- un support (5) rigide présentant une surface de support (6);- une première couche (7), dite tampon, réalisée dans un matériau élastiquement compressible, qui recouvre au moins en partie ladite surface de support (6) et qui présente : - une première surface (8) adhérant à ladite surface de support (6); - une deuxième surface (9) opposée à la première (8);- une deuxième couche (10), dite polissoir, recouvrant au moins en partie ladite première couche (7), cette deuxième couche (10) comprenant : - une première surface (11) adhérant à la deuxième surface (9) de la première couche (7); et - une deuxième surface (12), dite de polissage, opposée à la première (11), et apte à polir ladite surface optique (2) par frottement contre celle-ci.L'outil (1) présente, au moins au niveau du polissoir (10), un diamètre (Do ) tel que la valeur du rapport entre le diamètre (Do ) de l'outil (1) et le diamètre (DL ) de la lentille (3) est supérieur à 0, 8.Application au polissage de surface optiques asphériques, notamment progressives.
Description
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L'invention a trait au polissage de surfaces optiques.
Une lentille, notamment une lentille ophtalmique, comprend deux surfaces optiques opposées, reliées par une tranche généralement inscrite dans un cylindre à base circulaire.
Il est rappelé que l'on distingue à ce jour au moins quatre catégories de surfaces optiques distinctes, à savoir : - les surfaces sphériques, bien connues ;
- les surfaces asphériques, dérivées des surfaces sphériques, et parmi lesquelles les surfaces progressives ; - les surfaces toriques ; et - les surfaces atoriques, dérivées des surfaces toriques.
- les surfaces asphériques, dérivées des surfaces sphériques, et parmi lesquelles les surfaces progressives ; - les surfaces toriques ; et - les surfaces atoriques, dérivées des surfaces toriques.
L'invention concerne plus particulièrement un outil de polissage d'une surface optique d'une lentille.
L'on distingue deux catégories d'outils, aussi bien pour le doucissage que pour le polissage, à savoir, une première catégorie d'outils dont le diamètre est faible devant celui de la lentille ; et une deuxième catégorie d'outils dont le diamètre est voisin, éventuellement supérieur, à celui de la lentille. Ces deux catégories d'outils donnent lieu à des techniques de doucissage - respectivement, de polissage-totalement différentes.
Illustrant la première catégorie, on connaît du document japonais JP-09 396 666 un outil de doucissage conçu pour une lentille convexe asphérique, et qui comprend : un substrat de base ; un membre élastique, adhérant à la surface du substrat ; un membre de surface, adhérant à la surface du membre élastique.
La courbure d'une surface sphérique pour le substrat de base, le membre élastique et le membre de surface, est identique à une surface sphérique dont la surface de travail d'une lentille ayant une surface asphérique, est une approximation.
Lors du procédé de doucissage, la lentille est entraînée en rotation, et, simultanément, l'outil est entraîné de sorte à être appuyé contre la surface de travail.
Cet outil présente un certain nombre d'inconvénients.
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Du fait de sa taille, il est nécessaire de piloter la trajectoire de l'outil pour lui faire suivre la surface optique, ce qui requiert une machine de polissage sophistiquée, notamment à commande numérique : ceci se révèle lourd et onéreux.
Par ailleurs, les matériaux choisis pour la réalisation du polissoir ne lui confèrent pas une souplesse suffisante pour s'adapter de manière optimale à la surface optique de la lentille.
Il en résulte des défauts de forme sur la surface optique de la lentille.
L'invention vise à résoudre notamment les inconvénients précités, en proposant notamment un outil de polissage d'une surface optique d'une lentille, qui soit simple non seulement à réaliser, mais également à utiliser, et qui permette un polissage rapide, de qualité, sans déformer la surface optique de la lentille.
L'usinage des lentilles réalisées en verre minéral requiert un enlèvement de matière plus important que l'usinage des lentilles réalisées en verre organique et provoque l'apparition de micro-craquelures subsurfaciques qui, pour disparaître, nécessitent un temps de polissage plus long, ce qui entraîne des déformations et imprécisions dans la forme finale de la surface de la lentille.
L'invention est donc appliquée de préférence aux lentilles réalisées en verre organique, qui ne présente pas les inconvénients précités du verre minéral.
A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un outil de polissage d'une surface optique d'une lentille présentant un diamètre donné, ledit outil comportant : - un support rigide présentant une surface de support ; - une première couche, dite tampon, réalisée dans un matériau élastiquement compressible, qui recouvre au moins en partie ladite surface de support et qui présente : - une première surface adhérant à ladite surface de support ; - une deuxième surface opposée à la première ; - une deuxième couche, dite polissoir, recouvrant au moins en partie ladite première couche, cette deuxième couche comprenant : - une première surface adhérant à la deuxième surface de la première couche ; et
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une deuxième surface, dite de polissage, opposée à la première, et apte à polir ladite surface optique par frottement contre celle-ci, ledit outil présentant, au moins au niveau du polissoir, un diamètre tel que la valeur du rapport entre le diamètre de l'outil et le diamètre de la lentille est supérieur à 0,8.
Lors du polissage de la lentille, l'outil est appliqué contre la surface optique de la lentille, de sorte à recouvrir le sommet de celle-ci tout en étant en porte-à-faux par rapport à elle.
Dans cette disposition, la rotation de la lentille autour de son axe suffit à entraîner l'outil en rotation autour de son propre axe, en sens contraire.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, seules ou combinées : - la valeur du rapport entre le diamètre de l'outil et le diamètre de la lentille est inférieur à 1,1 ; - le diamètre de l'outil est égal au diamètre de la lentille ; - la surface de polissage est sphérique et présente un rayon de courbure Rp, - le polissoir présente, suivant la normale à sa surface de polissage, une épaisseur ep uniforme ; le tampon présente, suivant la normale à sa deuxième surface une épaisseur eT également uniforme.
- la deuxième surface du tampon et la surface de support de l'outil sont sphériques, et présentent des rayons de courbure respectifs RT et Rs vérifiant les relations suivantes :
RT = Rp + ep Rs= RT + eT.
RT = Rp + ep Rs= RT + eT.
L'outil qui vient d'être décrit peut être appliqué au polissage d'une surface optique asphérique d'une lentille réalisée de préférence en verre organique.
Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de fabrication d'une surface optique asphérique d'une lentille présentant un diamètre donné, procédé qui comporte une étape de polissage lors de laquelle est utilisé d'un outil de polissage tel que décrit ci-dessus, et lors de laquelle sont réalisés l'appui et le frottement relatifs de la surface de polissage et de la surface optique.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, seules ou combinées : - le procédé de fabrication comprend une étape préalable de détermination de la surface de polissage ;
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- en l'absence de contrainte, le rayon de courbure Rp de la surface de polissage est choisi égal au rayon de courbure d'une surface sphérique approchée de la surface optique de la lentille ; - cette surface sphérique approchée est obtenue par approximation de la surface optique au moyen de la méthode des moindres carrés ; - cette approximation est réalisée pour une partie seulement de la surface optique ; - cette partie est localisée en étant centrée par rapport à ladite surface optique ; - cette partie présente un diamètre dont la valeur est comprise entre 55 mm et
65 mm ; - cette partie présente un diamètre dont la valeur est égale à 60 mm.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend une étape préalable d'usinage de la surface optique de la lentille par enlèvement de matière en déplaçant un outil de coupe, selon une trajectoire continue dans une enveloppe de la surface optique à atteindre, pour former des sillons, deux sillons adjacents étant espacés d'un pas constant compris entre 0,01 mm et 1 mm, de façon à obtenir une rugosité arithmétique moyenne de la surface optique comprise entre 0, 05 lm et 0, 7 jj. m (on rappelle que 1). lm = 10-6 m).
Le polissage de la surface optique par le procédé selon l'invention permet alors de conférer à la surface optique initialement brute d'usinage une rugosité comprise entre 0, 004 um et 0, 008 m en un temps relativement faible, inférieur à trois minutes, et sans déformer la surface optique.
De préférence, l'outil de coupe est un outil de tournage.
Selon un mode préféré de réalisation, l'étape d'usinage de la surface optique comporte les sous-étapes suivantes : - une étape d'ébauche présentant les paramètres suivants : - le pas de la trajectoire de l'outil de tournage est de l'ordre de 0,2 mm ; - la profondeur de passe de l'outil de tournage est de l'ordre de 4 mm ; - la vitesse de rotation de la lentille est comprise entre 400 tr/min et 2000 tr/min, de préférence de l'ordre de 1200 tr/min ; une étape de finition présentant les paramètres suivants : - le pas de la trajectoire de l'outil de tournage est de l'ordre de 0,05 mm ;
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la profondeur de passe de l'outil de tournage est de l'ordre de 0, 1 mm ; la vitesse de rotation de la lentille est de l'ordre de 600 tr/min.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'élévation axiale d'un outil de polissage conforme à l'invention, dont la surface de polissage est concave ; - la figure 2 est une vue en perspective montrant une lentille présentant une surface optique convexe, ainsi qu'un outil de polissage selon l'invention, représenté en éclaté, et présentant une surface de polissage concave apte à polir la surface optique de la lentille ; - les figures 3 et 4 sont respectivement une vue en coupe d'élévation axiale et une vue schématique en plan de dessus illustrant le polissage d'une surface optique convexe d'une lentille montée sur un support rotatif, au moyen d'un outil selon l'invention, cet outil étant appliqué contre la surface optique de la lentille et maintenu en position au moyen d'un bras oscillant, l'outil étant décalé axialement par rapport à la lentille ; - la figure 5 est un organigramme d'un procédé de fabrication de la surface optique des figures 2 à 4, selon l'invention ; - la figure 6 est une représentation schématique partielle d'une machine d'usinage entrant dans la fabrication de la surface optique des figures 2 à 5 ; - la figure 7 est une vue en coupe de détail d'une partie de la surface optique, obtenue après usinage ; et - la figure 8 est une vue en coupe d'élévation axiale d'un outil de polissage selon l'invention, selon une variante où l'outil présente une surface de polissage convexe.
Sur la figure 1 est représenté un outil 1 de polissage d'une surface optique 2 d'une lentille 3 telle qu'une lentille ophtalmique réalisée de préférence en verre organique. La surface optique 2 de la lentille 3 est ici convexe, asphérique, notamment progressive.
Avant polissage, la surface optique 2 est usinée. Brute d'usinage, elle présente une rugosité moyenne arithmétique Ra que l'on souhaite diminuer afin
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de lui conférer un état de surface acceptable. L'usinage de la surface optique 2 sera décrit plus loin.
La lentille 3 présente en outre une tranche 4 inscrite dans un cylindre de révolution d'axe A1, appelé axe de la lentille, et de diamètre DL, appelé diamètre de la lentille.
L'axe A1 de la lentille coupe la surface optique 2 en un point appelé sommet de la surface optique, et noté SL. Le diamètre DL de la lentille 3 est usuellement compris entre 60 mm et 80 mm.
L'outil de polissage 1 comporte un support 5 rigide de forme sensiblement cylindrique de révolution d'axe A2, qui présente une surface d'extrémité 6, dite surface de support, sphérique, centrée sur l'axe A2 et présentant un rayon de courbure Rs (figure 1).
L'outil 1 comporte également une première couche 7, appelée tampon, réalisée dans un matériau élastiquement compressible, qui recouvre au moins partiellement la surface de support 6 du support 5.
Le tampon 7 présente une première surface 8 tournée vers le support 5, qui adhère à la surface de support 6 de celui-ci, ainsi qu'une deuxième surface 9, tournée à l'opposé de la première 8.
Cette deuxième surface 9 est de forme sphérique, centrée sur l'axe A2, et présente un rayon de courbure RT (figure 1).
L'outil de polissage 1 comporte en outre une deuxième couche 10, appelée polissoir, qui recouvre au moins en partie le tampon 7. Le polissoir 10 présente une première surface 11 tournée vers le tampon 7, et qui adhère à la deuxième surface 9 de celui-ci, ainsi qu'une deuxième surface 12, tournée à l'opposé de la première 11, appelée surface de polissage et apte à polir la surface optique 2 de la lentille 3.
La surface de polissage 12 est ici concave, sphérique, centrée sur l'axe A2 et présente un rayon de courbure Rp (figure 1). L'axe A2 de l'outil 1 coupe la surface de polissage 12 en un point appelé sommet de la surface de polissage 12, et noté So.
L'outil de polissage 1 présente une tranche 13 inscrite dans un cylindre de révolution d'axe A2 et de diamètre Do, appelé diamètre de l'outil 1.
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La fabrication de la surface optique 2 de la lentille 3 comporte trois étapes, à savoir :
1) une étape 1 d'usinage de la surface optique 2 ;
2) une étape II de détermination de l'outil de polissage 1 pour l'adapter au mieux à la surface de polissage 2 ; et
3) une étape III de polissage de la surface optique 2 au moyen de l'outil
1 déterminé à l'étape précédente.
1) une étape 1 d'usinage de la surface optique 2 ;
2) une étape II de détermination de l'outil de polissage 1 pour l'adapter au mieux à la surface de polissage 2 ; et
3) une étape III de polissage de la surface optique 2 au moyen de l'outil
1 déterminé à l'étape précédente.
L'usinage de la surface optique 2 sera décrit plus loin.
L'on décrit à présent l'étape II de détermination de l'outil 1, étape qui vise essentiellement la surface de polissage 12, dépend de caractéristiques géométriques de la surface optique 2 et comporte plusieurs sous-étapes.
Une première sous-étape 2a) consiste à choisir sur la surface optique 2, une zone localisée 14, appelée surface de calcul, centrée sur l'axe A1 de la lentille 3, et présentant un diamètre De inférieur ou égal au diamètre DL de celleci. Le diamètre Dc de la surface de calcul 14 est de préférence choisi égal à 60 mm.
Une deuxième sous-étape 2b) consiste, à partir de cette surface de calcul 14 et au moyen d'une méthode mathématique d'approximation, à déterminer une surface sphérique théorique approchée de la surface de calcul, cette surface sphérique approchée présentant un rayon de courbure noté RA.
La méthode mathématique mentionnée ci-dessus, qui est ici la méthode des moindres carrés, est appliquée : - soit à un certain nombre de points de la surface de calcul 14, dont la position est déterminée par des moyens métrologiques ; - soit à une (ou plusieurs) équation (s) mathématique (s) modélisant cette surface de calcul 14.
Une troisième sous-étape 2c) consiste à déterminer le rayon de courbure Rp de la surface de polissage 12, qui est choisi égal au rayon de courbure RA de la surface sphérique approchée, de sorte que la surface de polissage 12 correspond physiquement à la surface sphérique approchée.
La réalisation de l'outil de polissage 1 est effectuée en fonction de la détermination de la surface de polissage 12, par fabrication (usinage ou
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moulage) du support 5, puis collages ou surmoulages successifs du tampon 7 et du polissoir 10 sur le support 5.
Le tampon 7 et le polissoir 10 se présentent en couches. Le tampon 7 présente, en l'absence de contrainte, une épaisseur eT uniforme suivant la normale nT à sa deuxième surface. De même, le polissoir 10 présente, en l'absence de contrainte, une épaisseur ep uniforme suivant la normale np à sa surface de polissage 12.
Le support 5 est fabriqué avec un rayon de courbure Rs vérifiant la relation suivante :
Comme RT = Rs-eT, il en résulte que le rayon de courbure de la deuxième surface 9 du tampon 7 après collage ou moulage vérifie la relation suivante :
d'où il résulte, puisque Rp = RT-ep, que le rayon de courbure Rp de la surface de polissage 12 après collage du polissoir 10 est égal au rayon de courbure RA de la surface sphérique approchée :
d'où il résulte, puisque Rp = RT-ep, que le rayon de courbure Rp de la surface de polissage 12 après collage du polissoir 10 est égal au rayon de courbure RA de la surface sphérique approchée :
De la sorte, la réalisation de l'outil 1, notamment la réalisation de la surface de polissage 12, correspond bien à sa détermination, telle que décrite cidessus.
En outre, le diamètre Do de l'outil 1 est choisi en fonction du diamètre Db de la lentille 3.
Plus particulièrement, le diamètre Do de l'outil 1 est choisi pour que la valeur du rapport entre le diamètre Do de l'outil 1 et le diamètre DL de la lentille 3 soit supérieur ou égal à 0,8 :
De plus, le diamètre Do de l'outil 1 est également choisi pour que la valeur du rapport entre le diamètre Do de l'outil 1 et le diamètre DL de la lentille 3 soit inférieur ou égal à 1,1 :
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De préférence, le diamètre Do de l'outil 1 est choisi égal au diamètre Du de la lentille.
En ce qui concerne les matériaux employés pour la réalisation de l'outil 1, le support 5 est de préférence réalisé dans un matériau métallique, par exemple en aluminium, ou dans un matériau composite.
Le tampon 7 est de préférence réalisé dans une mousse de polyuréthane, présentant par exemple un taux de déformation supérieur à 5 % sous une pression de 0,04 Mpa, son épaisseur eT étant par exemple comprise entre 4 millimètres et 6 millimètres.
Le polissoir 10, quant à lui, est de préférence réalisé dans une mousse de polyuréthane, son épaisseur ep étant par exemple comprise entre 0,5 mm et 1,1 mm. L'on peut également utiliser un matériau tel qu'un feutre ou un tissu.
L'on décrit à présent l'étape III de polissage de la surface optique 2 au moyen de l'outil 1 qui vient d'être décrit.
La lentille 3 est montée sur un support 15, avec sa surface optique 2 brute d'usinage tournée à l'opposée du support 15, celui-ci étant lui-même monté pivotant par rapport au bâti 16 fixe d'une installation de polissage 17.
La lentille 3 présente une face 18 opposée à la surface optique 2, et qui coopère avec une surface complémentaire 19 du support 15 auquel est assujetti la lentille 3.
Le support de lentille 15 et la lentille 3 sont conjointement entraînés en rotation autour de l'axe A1 de la lentille 3.
Un fluide 20 chargé de particules abrasives est projeté sur la surface optique 2 par l'intermédiaire d'une buse 21 disposée en regard de celle-ci.
L'outil de polissage 1 est appliqué contre la lentille 3, avec la surface de polissage 12 du polissoir 10 plaquée contre la surface optique 2. Compte tenu de la compressibilité du tampon 7 et des capacités de déformation du polissoir 10, la surface de polissage 12 épouse la forme de la surface optique 2.
L'outil 1 est placé dans une position dite de polissage, illustrée sur les figures 3 et 4, où il se trouve décalé axialement, angulairement par rapport à la lentille 3, et où il chevauche partiellement celle-ci.
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Dans cette position, le polissoir 10 présente une partie 22, dite libre, en porte-à-faux par rapport à la lentille 3, ainsi qu'une partie 23 dite utile, qui recouvre partiellement la surface optique 2 de la lentille 3.
Les sommets respectifs sel, So de la surface optique 2 et de la surface de polissage 12 sont espacés d'une distance D appelée décentrage.
Le décentrage D est choisi pour que la partie utile 23 du polissoir 10 recouvre le sommet So de la surface optique 2.
L'outil 1 est maintenu dans sa position de polissage au moyen d'un doigt 24 en appui contre l'outil 1, et dont une extrémité 25 en forme de pointe coopère avec le sommet 26 d'une coupelle 27 conique pratiquée dans le support 5 de l'outil 1 du côté opposé au polissoir 10. Ce doigt 24 appartient à un bras 28 oscillant monté pivotant par rapport à un axe A3, sensiblement parallèle à l'axe Al de la lentille 3 lorsqu'elle est montée sur son support 15, et autour duquel ce dernier est entraîné en rotation.
Lors du polissage, le bras oscillant 28 est entraîné dans un mouvement oscillatoire centré sur l'axe A3, d'une amplitude 0.
L'outil 1 étant assujetti au bras oscillant 28 en étant maintenu serré entre le doigt 24 et la lentille 3, il suit ce mouvement oscillant, dont l'amplitude 0, d'une valeur de quelques degrés, est choisie pour que le sommet S, de la surface optique 2 soit toujours recouvert par la partie utile 23 du polissoir 10.
Afin de permettre le réglage du décentrage D, il peut être prévu sur le bras oscillant 28 des moyens de réglage de la position du doigt 24.
La lentille 3 est entraînée en rotation dans un sens donné, illustré par la flèche F1 sur la figure 4. Le frottement relatif de la surface optique 2 et de la surface de polissage 12 suffit à entraîner en rotation l'outil 1 autour de son axe A1 dans un sens contraire, illustré par la flèche F2 sur cette même figure.
Cette rotation relative de la lentille 3 et de l'outil 1 permet de réaliser le polissage de la surface optique 2.
L'on décrit à présent l'étape 1) d'usinage de la surface optique 2, qui vise à donner à cette dernière sa forme définitive en lui conférant une rugosité Ra suffisamment faible pour que le polissage soit effectué en un temps minimum sans la déformer.
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De préférence, la rugosité Ra de la surface optique après usinage est comprise entre 0, 05 um et 0, 7 lit, de sorte qu'un polissage tel que décrit ci- dessus, d'une durée ne dépassant pas trois minutes, confère à la surface optique 2, sans la déformer, une rugosité finale comprise entre 0, 004 m et 0, 008 m, ce qui correspond aux exigences actuelles du marché.
L'étape I d'usinage qui va être décrite peut être réalisé au moyen d'une machine-outil d'usinage à commande numérique telle que décrite dans la demande de brevet européen publiée sous le numéro 0 849 038, à laquelle on se reportera pour obtenir les détails de réalisation. Cette machine est commercialisée par la société SCHNEIDER sous l'appellation HSC 100 CNC.
Pour réaliser cet usinage, il est ici procédé par enlèvement de matière en déplaçant un outil de tournage 29 d'une machine-outil 30 d'usinage telle que mentionnée ci-dessus, et représentée sur la figure 6, selon une trajectoire continue dans une enveloppe de la surface optique 2 à atteindre, pour former des sillons 31 (voir la figure 7), deux sillons 31 adjacents étant espacés d'un pas P constant compris entre 0,01 mm et 1 mm, de façon à obtenir une rugosité arithmétique moyenne de la surface optique comprise entre 0, 05 jam et 0,7 film.
Pour déterminer la rugosité moyenne arithmétique Ra de la surface optique 2, il est avantageusement utilisé un profilomètre/rugosimètre FTS (Form Talysurf Series) commercialisé notamment par la société TAYLOR HOBSON.
Cet appareil comporte une tête laser (par exemple une tête ayant la référence 112/2033-308), un palpeur (référence 112/1836) de longueur 70 mm muni d'une tête sphéro-conique de rayon 2 film.
Cet appareil mesure, dans un plan de coupe choisi, un profil en deux dimensions X, Z. L'acquisition du profil, dans le présent cas, est réalisée sur 10 mm, ce qui permet d'obtenir une courbe Z = f (X).
De ce profil on peut extraire différentes caractéristiques de surface et notamment forme, ondulation et rugosité.
Ainsi, pour déterminer la rugosité Ra, le profil subit deux traitements différents, le retrait de la forme et un filtrage qui correspond au retrait de la ligne moyenne.
Les différentes étapes pour déterminer un tel paramètre Ra sont donc les suivantes :
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acquisition du profil Z = f (X), retrait de la forme, filtrage (retrait de la ligne moyenne), et détermination du paramètre Ra.
L'étape d'acquisition du profil consiste à déplacer, sur la surface optique 2 de la lentille 3, le stylet de l'appareil précité qui enregistre les attitudes Z de la surface en fonction du déplacement X.
Lors de l'étape de retrait de la forme, le profil obtenu à l'étape précédente est rapporté à une sphère idéale, c'est-à-dire une sphère pour laquelle les écarts de profil par rapport à cette sphère sont minimaux. Le mode choisi ici est LS arc, retrait du meilleur arc de cercle.
Cela permet d'obtenir ainsi une courbe représentative des caractéristiques du profil de la surface optique 2 en termes d'ondulation et de rugosité.
L'étape de filtrage permet de ne conserver que les défauts correspondant à certaines longueurs d'onde. En l'occurrence, on cherche à exclure les ondulations, défaut dont les longueurs d'onde sont plus élevées que les longueurs d'onde des défauts dus à la rugosité. Le filtre est ici du type Gaussien, la coupure utilisée est de 0,08 mm.
A partir de la courbe obtenue, la rugosité moyenne arithmétique Ra est déterminée selon la formule suivante :
où Zn est, pour chaque point, l'écart algébrique Z, par rapport à la ligne moyenne calculée au filtrage, et où N est le nombre de points où sont effectuées les mesures métrologiques sur la surface optique, au moyen du profilomètre/rugosimètre mentionné plus haut.
où Zn est, pour chaque point, l'écart algébrique Z, par rapport à la ligne moyenne calculée au filtrage, et où N est le nombre de points où sont effectuées les mesures métrologiques sur la surface optique, au moyen du profilomètre/rugosimètre mentionné plus haut.
Selon un mode préféré de réalisation : - la trajectoire de l'outil de tournage 29 est une spirale ; - la profondeur de passe de l'outil de tournage 29 est comprise entre 4 mm et
0.05 mm ; - la vitesse de rotation de la lentille est comprise entre 400 tr/min et 2000 tr/min.
0.05 mm ; - la vitesse de rotation de la lentille est comprise entre 400 tr/min et 2000 tr/min.
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Afin d'obtenir la rugosité voulue, l'étape d'usinage 1 de la surface optique 2 comporte de préférence les sous-étapes suivantes : 1 a) une étape d'ébauche présentant les paramètres suivants : - le pas de la trajectoire de l'outil de tournage 29 est de l'ordre de 0,2 mm ; - la profondeur de passe de l'outil de tournage 29 est de l'ordre de 4 mm ; - la vitesse de rotation de la lentille est comprise entre 400 tr/min et 2000 tr/min.
1 b) une étape de finition présentant les paramètres suivants :
- le pas de la trajectoire de l'outil de tournage 29 est de l'ordre de 0, 05 mm ; - la profondeur de passe de l'outil de tournage 29 est de l'ordre de 0, 1 mm ; - la vitesse de rotation de la lentille est de l'ordre de 600 tr/min.
- le pas de la trajectoire de l'outil de tournage 29 est de l'ordre de 0, 05 mm ; - la profondeur de passe de l'outil de tournage 29 est de l'ordre de 0, 1 mm ; - la vitesse de rotation de la lentille est de l'ordre de 600 tr/min.
Lors de l'étape d'ébauche 1a) et l'étape de finition 1 b), la trajectoire de l'outil de tournage 29 reste une spirale.
Lors de l'étape d'ébauche 1a), l'enlèvement de matière sur la surface optique à usiner est fixé par la capacité maximum de l'outil de tournage 29. Si cette capacité est inférieure à l'épaisseur de matière à retirer, il faut envisager d'exécuter alors plusieurs passes. Les enlèvements de matière à la surface optique à usiner lors de l'étape de finition 1 b), sont fixés en fonction des défauts créés sur ladite surface par l'outil de tournage 29 lors de l'étape d'ébauche 1a) précédente.
La machine 30 comporte un support 32 de lentille, qui peut être entraîné en rotation (matérialisée par la flèche Ri) autour de l'axe longitudinal X d'une broche 33 supportant le support 32.
Ici, l'axe longitudinal X de la broche 32 est un axe vertical. De plus, l'outil de tournage 29 est déplaçable en translation selon un axe X'parallèle à l'axe X.
Pour de plus amples détails, l'on se reportera au document EP 0 849 038.
L'outil de tournage 29 de la machine 30 mis en oeuvre à l'étape 1 peut être réalisé en différents matériaux, par exemple en diamant mono ou poly cristallin, ou en carbure de tungstène.
Au cours de l'étape 1 d'usinage, l'outil de tournage 29 est lubrifié pour éviter son échauffement. Cette lubrification est préférentiellement réalisée avec une émulsion qui est un mélange d'eau et d'huile (5 % d'huile). Cette lubrification
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est avantageusement directionnelle et sous pression pour provoquer un dégagement des copeaux réalisés lors de l'usinage et un nettoyage de l'outil de tournage 29.
A l'issue de l'étape d'usinage I, la surface optique brute d'usinage, représentée dans le détail sur la figure 7, comporte des sillons 31 formés par l'outil de tournage 29, deux sillons 31 adjacents étant espacés d'un pas P, qui est le pas de la trajectoire de l'outil de tournage 29.
Ces sillons 31 régulièrement espacés forment des ondulations sur la surface optique 2 brute d'usinage. La surface optique 2 brute d'usinage présente une rugosité (rugosité moyenne arithmétique Ra) générée par l'outil de coupe 29, qui est ici comprise entre 0, 05 um et 0, 7 um. En outre, le passage de l'outil de tournage 29 peut provoquer des fractures et endommagements subsurfaciques F, qui présentent une longueur maximum 1 de l'ordre de 5 um.
L'usinage de la surface optique 2 n'est pas limité au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais peut être réalisé au moyen d'une machine-outil d'usinage à commande numérique, telle que décrite dans la demande de brevet européen publiée sous le numéro 0 685 298 et commercialisée par la société SCHNEIDER sous l'appellation ALG 100-4, pour obtenir une rugosité comprise de préférence entre 0,05 um et 0, 7 um.
Par ailleurs, l'invention, qui vient d'être décrite en référence à une lentille présentant une surface optique convexe, et un outil de polissage présentant une surface de polissage concave, s'applique également au cas inverse où la lentille présente une surface optique concave, et/ou l'outil présente quant à lui une surface de polissage convexe, tel que représenté en variante sur la figure 8.
Claims (19)
1. Outil de polissage d'une surface optique (2) d'une lentille (3) présentant un diamètre (DL) donné, caractérisé en ce qu'il comporte - un support (5) rigide présentant une surface de support (6) ; - une première couche (7), dite tampon, réalisée dans un matériau élastiquement compressible, qui recouvre au moins en partie ladite surface de support (6) et qui présente : - une première surface (8) adhérant à ladite surface de support (6) ; - une deuxième surface (9) opposée à la première (8) ; - une deuxième couche (10), dite polissoir, recouvrant au moins en partie ladite première couche (7), cette deuxième couche (10) comprenant : - une première surface (11) adhérant à la deuxième surface (9) de la première couche (7) ; et - une deuxième surface (12), dite de polissage, opposée à la première (11), et apte à polir ladite surface optique (2) par frottement contre celle-ci ; ledit outil (1) présentant, au moins au niveau du polissoir (10), un diamètre (Do) tel que la valeur du rapport entre le diamètre (Do) de l'outil (1) et le diamètre (DL) de la lentille (3) est supérieur à 0,8.
2. Outil de polissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur du rapport entre le diamètre (Do) de l'outil (1) et le diamètre (dal) de la lentille (3) est inférieur à 1,1.
3. Outil de polissage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre (Do) de l'outil (1) est égal au diamètre (DL) de la lentille (3).
4. Outil de polissage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite surface de polissage (12) est sphérique.
5. Outil de polissage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit polissoir (10) présente, suivant la normale (np) à sa surface de polissage (12), une épaisseur (ep) constante, et en ce que le tampon (7) présente, suivant la normale (nT) à sa deuxième surface (9) une épaisseur (eut) également constante.
6. Outil de polissage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième surface (9) du tampon (7) et la surface de support (6) de l'outil (1) sont
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Où Rp est le rayon de courbure de la surface de polissage (12), ep l'épaisseur du polissoir (10), eT l'épaisseur du tampon (7).
sphériques, et présentent des rayons de courbure respectifs RT et Rs qui vérifient les relations suivantes :
7. Application d'un outil de polissage selon l'une des revendications 4 à 6 au polissage d'une surface optique (2) asphérique.
8. Procédé de fabrication d'une surface optique (2) d'une lentille (3), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de polissage lors de laquelle est utilisé un outil de polissage (1) selon l'une des revendications 1 à 6, et lors de laquelle sont réalisés l'appui et le frottement relatifs de la surface de polissage (12) et de la surface optique (2).
9. Procédé de fabrication d'une surface optique asphérique d'une lentille présentant un diamètre (DL) donné, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de polissage lors de laquelle est utilisé un outil de polissage (1) selon l'une des revendications 4 à 6, et lors de laquelle sont réalisés l'appui et le frottement relatifs de la surface de polissage (12) et de la surface optique (2).
10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de détermination de la surface de polissage (12).
11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce que, en l'absence de contrainte, le rayon de courbure (Rp) de la surface de polissage (12) est choisi égal au rayon de courbure (RA) d'une surface sphérique approchée de la surface optique (2) de la lentille (3).
12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite surface sphérique approchée est obtenue par approximation de la surface optique (2) au moyen de la méthode des moindres carrés.
13. Procédé de fabrication selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite approximation est réalisée pour une partie (14) seulement de la surface optique (2).
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14. Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite partie (14) est localisée en étant centrée par rapport à ladite surface optique (2).
15. Procédé de fabrication selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite partie (14) présente un diamètre dont la valeur est comprise entre 55 mm et 65 mm.
16. Procédé de fabrication selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite partie (14) présente un diamètre dont la valeur est égale à 60 mm.
17. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable d'usinage de la surface optique (2) de la lentille (3) par enlèvement de matière en déplaçant un outil de coupe (29), selon une trajectoire continue dans une enveloppe de la surface optique (2) à atteindre, pour former des sillons (31), deux sillons (31) adjacents étant espacés d'un pas (P) constant compris entre 0,01 mm et 1 mm, de façon à obtenir une rugosité arithmétique moyenne de la surface optique (2) comprise entre 0,05 um et 0, 7 um.
18. Procédé de fabrication selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'outil de coupe (29) est un outil de tournage.
19. Procédé de fabrication selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'étape d'usinage de la surface optique (2) comporte les sous étapes suivantes : - une étape d'ébauche présentant les paramètres suivants :
- le pas de la trajectoire de l'outil (29) est de l'ordre de 0, 2 mm ; - la profondeur de passe de l'outil (29) est de l'ordre de 4 mm ; - la vitesse de rotation de la lentille est comprise entre 400 tr/min et 2000 tr/min, de préférence de l'ordre de 1200 tr/min ; une étape de finition présentant les paramètres suivants : - le pas de la trajectoire de l'outil de tournage (29) est de l'ordre de
0.05 mm ; - la profondeur de passe de l'outil de tournage (29) est de l'ordre de
0,1 mm ; - la vitesse de rotation de la lentille est de l'ordre de 600 tr/min.
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| FR2823144B1 FR2823144B1 (fr) | 2003-09-12 |
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- 2001-04-10 FR FR0104873A patent/FR2823144B1/fr not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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|---|---|
| FR2823144B1 (fr) | 2003-09-12 |
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