Brevet FR2054484A1 — publié le 19710423

La présente invention @ trait à un dispositif pour l'usin@- ge et le contrôle de surfaces aspheriques sur machine 7 taill@r. Habituellement le contrôle des surfaces asphériques s'effectue au moyen d'un sphéromètre à bague comprenant, en combin@ison un capteur de déplacement et des bagues de différents diamètres. Pour utiliser l'appar@il, en le place sur la surface asphérique à contröler, suivant l'axe de symétrie de celle-ci, puis successivement sur une ou plusieurs sphères de rayons connus. De la connaissance des rayons des sphères, des diamètres des bagues et des variations de flèche mesurées, on peut déduire les coordonnées cartésiennes de la surface asphérique dans un plan méridien. ais cette méthode est imprécise, car il existe une incerti- tude sur la voleur desr ruons dc courbure des sphères do référen- ce et sur le diamètre des bagues. D'autre part, la variation de la flèche est liée au rayon des sphères et à celui du diamètre des bagues et décroît rapidement lorsque le diamètre de la bague diminue. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de contrôle facilement adaptable à une machine à tailler les surfaces asphériques concaves et convexes. Le dispositif faisant l'objet de l'invention consiste en un appareillage comprenant: un plateau horizontal solidaire d'un arbre vertic@l pivotant dans des paliers et muni à sa base, d'une came; ledit plateau portant la broche d'entraînement en rotation à l'extrémité Je laquelle est montc le support de la lentille L tailler à partir d'un verre à face sensiblement sphérique, et ladite came, animée des mêmes mouvements angulaires que l'axe de ladite broche par rapport à l'axe de l'arbre verticul, agissant sur l'extrémité ("un levier pivotant autour d'un axe, ledit levier agissant, par l'un de ses points proches de son axe de pi votement, sur une platine mont@e sur glissière et pouvant recevoir, soit le support de l'outil do taille, soit le support d'un instrument de mesure des déplacements, cet appareillage de contrôle pour comparaison avec une sphère de rayon connu permet- tant, à la fois, d'obtenir des mouvements réduits et précis de l'outil de taille par rapport à la lentille à tailler et en fonotion de l'orientation du plateau porteur de cette dernière et de 11 broche, et de procéder à des mesures fréquentes de la surface concave ou convexe de la lentille, sur la mochine-même, sans démontage de ladite lentille ou de son support, lesdites mesures pouvant traduire en coordonnées polaires les déformations de la lentille par rapport à une sphère de référence de rayon connu grâc- à l'emploi d'un cylindre auxiliaire dont le rayon est connu au micron près. Les valeurs de la défermation entre la sphère de référence et la lentille peuvent ainsi être lues en fonction de l'azimut du plateau porteur de la broche et de la lentille par rapport à l'axe du l'outil ou du capteur de l'appareil de mesure et peu vent être ensuite comparées aux veleurs théoriques déterminées lors du calcul de la surface à obtenir ou de la came. La lentille tournant autour de l'axe de la breche est parfaitement de révolution autour de cet axe et le reste au cours du contrôle puisque ce dernier se fait sur la machine sans démontage. La position du sommet est déterminée en recherchant deux positions angulaires du capteur de déplacement donnant la même valeur. La position angulaire moyenne entre les deux précédentes correspond au sommet. Le dispositif de contrôle par rapport à la sphère de référence faisant l'objet de l'invention est décritci-apr8s en se référant aux dessins annexés dans lesquels: Firr. 1 est une vu schématique montrant le principe du dispositif d'usinage et de contrôle; Fig. 2 est une coupe de la lentille suivant l'axe a b le la figure 1; Fig. 3 montre en coupe un montage possible de la tCt d'une broche rotative et du porte-lentille monté à l'extrémité de cette dernière; Xir. 4 représente le mode de mise en place de l'outil et du capteur de déplacement;; Fig. 5 est une vue en perspective de l'intersection de la sphère de référence et de la lentille par un plan contenant l'axe . b sus-dit; Fig. 6 montre la méthode permettant de déterminer la position du sommet de la surface; Fig. 7 montre le cylindre de référence permettant de mes@- rer le rayon de la sphère d'ébauchage; Fig. 8 est un schéma explicatif de l'utilisation dudit cylindre de référence. Pour mieux faire comprendre l'objet de la présente inven- tion, il est nécessaire de rappeler qu'il est possible d'engendrer une surface asphérique en faisant tourner une calotte sphérique autour de deux axes perpendiculaires passant parson contre et en la déformant avec un outil lié à une de ces rotations. La figure 1 est unschém@@@idant à le compréhension du principe du dispositif d'usinage et de contrôlefaisant l'objet de l'invention. Une broche porte-verre 3, entreînée en rotation par un moteur non représenté, fait- tourner la lentille à usiner L autour de son axea b. La broche 3 est montée sur un plateau P porté par un arbre A capable de pivoter autour de son axe c d perpendiculaire à l'axe a b et cet axe a b peut ainsi se déplacer dans un plan perpendiculaire à la figure. Sur l'arbre A est c @ée une came C perpendiculaire à son txe c d. On voit aussitôt quel'ensemble des éléments L,B,P et C tournent autour de l'axe c d exactement du même angle. En pivotant, la came C déplace une platine P1 montée sur une glissière G@ et qui agit, à son tour , sur un levier R, en un point n de celui-ci. Le levier R, pivotant autour d'un point O, mit par son point m sur une autre platine P2 montée sur une seconde glissière G2, et sur laquelle l'outil D est fixé. Les deux points m et n se déplacent donc simultanément, mais les deux translations sont dans le rapport des bras de levier Om/On. En choisissant la forme de la came, on obtiont donc une li@ison entre le #x (Fig. 2) de l'eutil et l'@zimut #del'axe a b de la broche B. Le rapport Om/On des bras de levier est réglable et peut être égal à 1/100, par exemple. Dans ce cas, le déplacement de l'outil d est donc 100 fais plus petit que le déplacement du point n. L2 précision de la came peut donc ainsi être 100 fais plus potiteque la précision désirée sur la lentille. Pour que la@qu@ntité de matière à enlever seit minimale, il est préférable de partir d'une lentille sphérique p@ssant par l@ sommetetla couronne la plsu extérieure de la lentille asphéri que, c'est-7-dire la sphère d'éb@uchage de rayon R1 montree en figure2, le rrayon @1 de la lentille étant variable entre ledit sommet et ladite couronne, c'est-à-dire suivant les valeurs de #x. La coupe de la lentille L suivant l'axe a b et montrée sur figure 2, définit les paramètres #x, #1, R1, # et les axes x et y. Deux fraises sphériques ou coniques sont nécessiares pour ébaucher et doucir une surface et la broche B est adaptée aux travaux en série afin de permettre de réaliser successivement tous les ébauchages puis toutes les finitions. Pour cela, la pièce à usiner 1 peut cotre, par exemple, comme le représente la figure 3, sur un support ou listel 2 possédant une queue de centrage 3, l'ensemble étant entraîné dans un mouveulent de révolution auteur d'un axe. Cette aueue vient se placer dans une douille 4 complémentaire de la broche et centrée par rapport à l'axe de cette dernière. On peut ainsi monter et démonter le listel 2 tout en conservant un centrage parfait de la surface asphérique par rapport à l'axe de rotation de la broche B. L'ensemble est protégé par une enveloppe protectrice fixe 3 soliderisée du bati de la machine et comportant un coussinet ou un roulement à billeS ou rouleaux 6 dns lequel tourne la douille 4. lie contrôle de l'usinage de 1r. surface doit, bien entendu, se faire en mesurant l'écart # # x dc la figure L en fonction de lange #. etpar rapport à la sphère de rayon R1. Pour faire la mesure de # x, on remplace l'outil D par un instrument de mesure des déplacements ayant la sensibilité et la capacité nécessaires. lia mesure de l'angle de rotation de l'en semble supportant la broche B et tournant autour de l'axe c d est faite à ide de tous systèmes capables de mesurer une rotation. Par une méthode indiqué@ ultérieurement on détermine le rayon R1 de la sphère de base à partir de laquelle on mesure les déformations #x. On dispose ainsi de tous les éléments nécessaires pour le contrôle de la surface sur la machine et la compar@ison directe avec les valeurs théoriques déterminées lors du calcul de la surface ou de li came. Pour l'exécution pratique de la mesure, un capteur de déplacement 7 fixé sur un support 8, visibles tous deux en traits pleins sur la figure 4, est mis à la place de l'outil D porté par un support 9, représentés en traits mixtes sur ladite figure. Les déformations à mesurer sent situées dans un plan méri- dien passant par 1 axe a b (Fig.5) et perpendiculaire à l'axe c d (plan Q de la figure) et l'axe d'exploration du capteur doit être dans ce môme plan et passer également par l'axe c d. La hauteur du support 8 du capteur de déplacement 7 est telleque la mesure se fasse au niveau de l'axe a b de la brach 3. On peut utiliser tous types de capteurs de déplacement @@ @@@ à condition qu'ils présentent la canacité et la précision d@@@- rées. Les bases du support 9 de l'outil D et du support 8 du ca@ teur 7 sont identiques afin de pouvoir se placer dans le même logement aménagé dans la platine p2 de la glissière n de la machine. La position longitudinale du détecteur de déplacement dun son support ne demande pas une grande précision, la mesure de déformation étant différentielle. Il suffit de repérer la mesur@ quand le détecteur passe nu sommet de la surface, ce qui corres- nend à un extremum. Cependant, la fixation du support 8 du détecteur de dépl@@e- ent 7, et du support 9 de l'outil sur la glissière G2 doit être prévue de façon que les deux supports se placent exactement dans la même position et soient parf@itement fixes pendant le contrôle ou l'usinage. Cela peut être réalisé en plaçant dans le logement de la platine p2 de la glissière des butées sur lesquellesviennent s'appliquer les deuxsupports. Un bridage énergique évite tout déplacement ultérieur. Pendant la mesure il est nécessaire de supprimer le déplacement de la platine P2qui autrement se translate puisque le pointm du bras d@ levier suit la came C. Pour cela une petite butée auxilieire bloque le point m du bras de levier dans la position sor respondantau som@@t de la came. La mesure de l'angle de rotation peut être f@iteà l'aide de tous les dispositifs connus possèdent le cap@cité et l@ précision désirées, seitpar lecture directe sur un c@rcle gradué, soit par lecture sur un appareillage demesure @pproprié. La précision de lecture de l'angle est variable suivant @ type de surface à contrôler. Pour les sufaces peu déformées elle peut être très faible puisqu'à une grandevariation angulei ro correspond une petite variation du rayon polaire W petit). Par centre, pour les surfaces très différentes d'une sphère, à une faible rotation correspond un grand déplacement du détec- teur de déplacement (### grand). Il est donc impossible de chiffrer la précision nécessaire de la lecture angulaire puisqu'elle dépend de la surface. L'expérience a montré que pour certaines lentilles sphéroclliptiques ouvertes 7 F/1 il était nécessaire de mesurer l'angle s 20 secondes près pour avoir une erreur de lecture du détes- teur de déplacement inférieure au micron. Le sommet de (lt surface est déterminé en cherchant deux po sitions de part et d'autre de l'axe de la surface donnant la même déformation # X. Si #1 et #2 (Fig. 6) sont les deux lectures annulaires corresmondantes, le sommet correspond à la lecture #1 + #2 2 Il est nécessaire de connaître le rayon R1 de la sphère de base À cet effet, on réalise un listel spécial ou on adapte le listel suprortant la surface à usiner. Un cylindre 10 (Fig.7) ne servant qu'à la mesure de R1, ou à la fois t cette mesure et comme support de lentille, est parfaitement rectifié au diamètre D2 et porte une queue3' identique à celles des listels 2 précédemment décrits. On place dans son logement le capteur de déplacement monté sur son support. On peut alors (Fig.8) faire tourner de 1800 le plateau P (Fig.1) autour de l'axe c d et amener successivement deux points diamétralement opposés du cylindre 10 en contact avec le capteur de déplacement (positions I et II). Pour plus de commodités, il est préférable que le diamètre Dn soi-t voisin de 2 Rîq R1 étant le rayon de la sphère de base, bien que cela ne soit pas une nécessité. On repère les informations du capteur pour les deux posi- tions I et II de la broche 50 Ces valeurs peuvent être légère- ment différentes si l'axe du cylindre n'est pas confondu avec l'axe de la broche, ce qui n'affecte en rien la précision de procédé. Soit # la différence entre les deux lectures (Fig.8) et R3 le rayon de courbure correspondant à la plus petite information du capteur. On a la relation 2 R2 = 6 + 2 R3 Soit : 7 R2 et # étant connus, on peut en déduire aiseement R3. Si l'on avait adopté pour R3 i plus grande information du c-teur on @urait eu R3 = R2 2 On suit donc qu'à une certaine lecture du capteur de position correspond un r.yon de courbure R3. On conaît donc le ray- on de courbure correspondant à tout l'échelle du capteur de dé placement. Cette opération d'étalonnage se fait au dépârt, mais peut ôtre aisément contrôlée au cours de l@ fabrication. Apr8s cet étalonnage, le contrôle d'une surface asphérique se fait simplement par les opérations successives suivantes : 1 ) Enlever l'outil et son support. 20) Mettre le capteur et son support dans le logement de la glissière G2, sans déplacer la lentille. Quand la lecture passe par l'extremum du sommet, on mesure le rayon de courbure de la sphère de base qu'on pourra modifier en conséquence pourl'usinage suivant en déplaçantla fraise D. 30) Déterminer le sommet de la surface, comme indiqué pré cédemment n recherchant deux positions du détecteur de déplace- ment de part et d'autre de l'axe et donnant la même valeur. 40) Lire les valeurs de la déformation # x en fonction ('e l'azimut ç (fig. 2) et lcs comparer aux valeurs théoriques cal culées lors du calcul de la surface ou de la came. L'appareillage décrit ci-dessus et le mode de contrôle qu'il permet est applicable à toutes les machines à tailler et, plus particulièrement, à doucir les surfaces asphériques puisque les deux opérations usinage et contrôle sont effectuées suivant l@ même principe avec précision et facilité. REVENDICATION Dispositif pour l'usinage et le contrôle Re surfaces asphé- riques sur machine à tailler ou à doucir consistant en un appa-- treillage caractérisé en ce qu'il comprend: un plateau horizontal solidaire d'un arbre vertical pivotant dans des paliers et muni, à sa base, d'une came; ledit plateau portant 1-1 broche d'entra- nement en rotation à l'extrémité de laquelle est monté le support de la lentille à tailler à partir d'un verre à face sensiblement sphérique, et ladite came, animée des mêmes mouvements angulaires que l'axe de ladite broche par rapport à l'axe de l'arbre vertical, agissant sur l'extrémité d'un levier pivotant autour d'un axe, ledit levier agissant, pzr l'un de ses points proches de son axe de pivotement, sur une platine montée sur glissière et pouvant recevoir, soit le support de l'outil de taille, soit le support d'un instrument de m sure des déplacements, cet appareil- lage de contrôle différentiel par comparaison avec une sphère de rayon connu permettant, à la fois, d'obtenir des mouvements rc- duits et précis de l'outil de taille par rapport à la lentille à tailler et en fonction de l'orientation du plateau porteur de cette dernière et de la broche, et de procéder à des nesures fréquentes de la surface concave ou convexe de la lentille, sur la machine-même, sans démontage de ladite lentille ou de son support les dites mesures pouvant traduire en coordonnées polaires les déformations de la lentille par rapport à une sphère de réfé- rence de rayon connu grâce à l'emploi d'un cylindre auxiliaire dont le rayon est connu au micron près.