Brevet FR2293286A1 — publié le 19760702

Depuis longtemps déjà, la fabrioation de matériels optiques fait appel à un ensemble de matériels et d'outillages dont il serait aisé d'établir une nomenclature. lais ceur-oi sont trop connus des techniciens pour qu'il apparaisse nécessaire de les décrire à nouveau et d'en dresser la liste. La fabrication des verres correcteurs (verres de lunettes) fait, lorsqu'il s'agit de verres minéraux, appel à des tôehniques connues qui peuvent se réunir an trois points 1)- l'ébauchage du verre 2)- son doucissage 3)- son polissage L'ébauchage consiste à obtenir un segment de sphère de rayon approprié à la puissance désirée, et actuellement on fait appel le plus souvent aux propriétés géométriques que possède une meule diamantée oir- oulaire, inclinée suivant un axe de référence, de générer an segment de sphère ;; l'inclinaison de cet axe de référence déterminait le rayon de la sphère à obtenir (Figure 1). Cette ébauche, qu'elle soit effectuée dans un matériau miné- ral comme le verre, ou dans un matériau organique tel que celui obtenu par polymérisation du diallyl glycol carbonate par exemple, ou du méthyl méthaorylate monomère, ou de tout autre matériau, doit nécessairement subir avant polissage un traitement dit de douci" consistait à affiner la surface obtenne. Cette seconde opération s'effectuant par abrasion consiste en l'opération dite wde doucissage". Le polissage, tant d'un matériau minéral que d'un matériau organique, consiste à obtenir une surface optique, au sens physique du terme, permettant de rendre au matériau ses propriété de transparence, et d'aboutir ainsi à l'obtention de surfaces optiques pouvant satisfaire aux exigences d'un matériel à usage optique. Il est connu que, outre les meules diamantées ou tout autre système permettant de conférer à un matériau à usage optique une géométrie sphérique, on fasse appel également à un ensemble d'outillages permettant d'obtenir le doucissage des surfaces ; le polissage de colles-oi s'efec- tuant ensuite à l'aide d'outils appropriés. De façon générale, les outillages destinés à affiner les surfaces optiques sont constitués de corps dont les oaractéristiques mécaniques sont choisies de façon telle que les abrasifs qu'ils entrassent soient susceptibles d'être pénétrés par eux. A titre d'exemple, on peut citer les outillages notamment destinés aux opérations de doucissage en cuivre, laiton, fonte douce, matériaux synthétiques, etc ... La fabrica- tion de ces outillages consiste généralement à obtenir une ébauche de 11 outil par fusion du métal choisi, ou par coulage du atérisu synthétique retenu dans un moule approprié. L'outil subit ensuite un travail mécanique, consistant à lui conférer la géométrie adéquate. Cette dernière opération s'effectue le plus souvent à l'aide d'un tour à tourner sphérique". Il est connu également que ces outillages de par l'ensemble des opérations de fonderie et d'usinage nécessaires, sont coûteux et relativement longs à obtenir. Pour fixer les idées, et pour rester dans le domaine de la lunetterie on se rendra mieux compte de l'importance de l'outillage lorsque, (toutes questions d'usure mises à part) il sera précisé que par dioptrie, et compte tenu de la nécessité de fournir des verres de 0,25 en 0,25 dioptrie, quatre outils par dioptrie seront nécessaires. En matière de lunetterie, les puissances focales allant de 0S25 dioptrie à environ 20 dioptries (en + ou en ), il sera donc, et ce uniquement pour l'opération de doucissage, nécessaire de disposer de 160 outils, essentiellement pour satisfaire à l'obtention des oculaires sphé- riques. Or, en matière de lunetterie, il convient d'ajouter à cets outillages ceux néésssires à la fabrication des oculaires toriques. Comme on le usait, un oculaire, quelle que soit sa puissance de base, peut avoir à répondre aua exigences de corrections d'astigmatisme. Un tore compris entre 0,25 et 6 -voire au-delà- devra donc nécessairement compléter la géométrie du verre pour satisfaire aux corrections d'astigmatisme les plus usuelles. La conséquence de ce qui vient d'être dit est que, conjointement aux outillages purement sphériques, il est nécessaire de mettre à la disposition de l'atelier de fabrication un ensemble d'outillages permettant de satisfaire aux besoins de la fabrication des verres pour astigmates. C'est donc, en gros, par le chiffre de 24 qu'il convient de multiplier le nombre d'outillages réservés uniquement aux verres sphériques pour disposer de l'ensemble de l'appareillage nécessaire, afin de satisfaire aux besoins courants de l'optique médicale. Conformément à l'invention, et compte tenu de ce qui a été dit précédemment, les nouvelles méthodes d'obtention d'outillages pour la fabrication de matériels optiques visent la fabrication commode, rapide et économique de l'ensemble de ces outillages, au départ d'uné ébauche obtenue par les moyens conventionnels. Afin de faire mieux comprendre le but visé par la présente inventions nous citerons une série d'exemples dont les descriptions seront de nature à mieux faire comprendre l'objet de la présente invention Avant de préciser ceux-ci, il n'est pas inutile de rappeler au lecteur la propriété géométrique fondamentale que possède un cercle, de délimiter un segment sphérique quel qu'il soit.Par exemple (voir Figure 2) l'anneau A repose en tous points sur le segment sphérique S de la sphère de rayon R. Cette propriété fondamentale, comme il a été dit plus haut, est mise à profit dans l'ébauchage des surfaces sphériques. Il a été dit également que les matériaux habituellement utilisés pour constituer les outillages de travail de ces surfaces optiques peuvent être le cuivre, le laiton, ete Quoique, conformément à l'invention un grand nombre de ma- tériaux puissent être utilisés à des fins semblables, les exemples oi après mentionnés ne feront état que de l'emploi de matériaux cupriques, ou du enivre lui-morne. Il est rappelé également que, par rapport à la "aurface travaillée", la "surface travaillante" n'es liée à celle-ci que par un coefficient d'usure. Pour préciser cette donnée, la surface optique travaillée ne nécessitera pas pour autant une surface travaillante de même grandeur, car il est bien connu que cette surface travaillante n'inter- vient dan. l'ablation de la surface travaillée que par l'intermédiaire d'un abrasif, celui-ci pouvant être de l'émeri, exyde d'alumine ou autre. Dans les exemples qui vont Suivre, et pour ne pas surcharger ceux-ci, le rappert surface travaillée/surface travaillante, n'aura mul besoin d'tre précisé car, ainsi qu'il est bien connu des spécialistes, un certain rapport dimensionnel partie travaillante/partie travaillée, n'obéit pas à des lois précises. Compte tenu des courbures et des xaohi- nes utilisées, en cherche toujours à obtenir le meilleur compromis, et le cheix de oelui-ci- peut Stre fait dans des limites très larges. EXEMPLE 1 Dans la partie concave d'uns ébauche, obtenue dans un tériau à usage optique de structure minérale ou organique, en place (voir Figure 3) une série de tubes de enivre disposés concentriquement. Pour aider à la mise on place de ces tubes en pourra employer une couche de cire, de pastiline ou tout autre matériau à plasticité permanente pour positionner ceux-ci. À cette fin, chaque tube de cuivre sera enfoncé à travers la couche de cire jusqu'à la surface de l'ébauche, la couche de cire assarant le maintien provisoire des tubes. Ces tubes seront ensuite solidarisés par un ciment plastique autopolymérisable par exemple, ou par tout autre moyen mécanique, le ciment plastique assurant également la liaison avec une pièce métallique standard (grain) recevant la flèche de la machine à surfacer. Le ciment ou la masse plastique ayant fait prise, et après avoir libéré l'ébauche en enlevant la couohe de eire, on disposera d'un outil parfaitement apte à assurer le travail de la surface sur laquelle il a été obtemn. EXEMPLE II Sur une ébauche convexe, comme le représente la Figure 4, on dispose une couche de cire ou d'un matériau quelconque à plasticité permanente, de façon à recouvrir l'ébauche sur une épaisseur de 3 à 4 mm. Une série de tubes de cuivre, do diamètre intérieur 12 em et de diamètre extérieur 14 mn, et de hauteur 15 me par exemple, est en- foncée à travers la couche de aire jusqu'au contact avec l'ébauche de façon à ce que chaque tube se touche un pou à la manière d'un nid d'abeilles. Après avoir solidarisé les tubes par coulage d'un ciment plastique autopolymérisablo par exemple, et fixation de cotte même masse au système d'entraînement propre à la machine, on disposera après la prise, d'un outil à surfacer robuste et économique. Le temps de fabrication d'un tel outil n'aura pas excédé une disaine de minutes. Un tel outil, obtenu dans les conditions des exemples pr- cités, présente outre les avantages de bas prix et commodité de fabrica- tion, l'avantage de retenir, de par les vides qu'il contiens l'abrasif qui l'accompagne. Cette expérience a démontré que pour des tubes présentant une hauteur de 15 mm, et dès leur mise en service, le respect absolu de la flèche des segments sphériques des surfaces travaillées a été obtenu. À titre indicatif, un outil fabriqué suivant l'exemple Il a permis de doucir plus de 300 surfaces de verre en utilisant de l'émeri comme abrasif. Un outil identique permet de doucir plus de 800 surfaces sur des matériaux organiques. Conformément à l'invention, il est précisé que l'obtention des outillages pour la fabrication de matériels optiques peut être agrément de tout système visant à- augmenter la résistance en flexion de ces mêmes outils, surtout lorsque, pour des besoins particuliers, on est amené à utiliser de fortes pressions de contact. C'est ainsi que les outils précédemment décrits peuvent recevoir une chape métallique suffisamment épaisse, en acier par exemple, solidarisée aux tubes par les matériaux de soudure (voir Figure 5). EXEMPLE III Sur une ébauche concave ou convexe (voir Figure 6), on place à la périphérie de celle-ci un tube de cuivre ou de laiton d'un diamètre approprié à celui de l'ébauche et aux conditions de travail. À l'intérieur de ce tube, formant frette extérieure, on dispose une série de tubes de petit diamètre de cuivre ou de laiton, # 4 x 6 mm par exemple, de façon à constituer un remplissage complet de la surface intérieure de la frette. Il est bien spécifié que chacun de ces tubes vient en contact par un de ses bords avec la surface de l'ébauche. Après remplissage de la frette, on procède, comme précédemment, à la soudure des tubes entre eux, soit dans les interstices extérieurs aux tubes, soit par bouchage de toute la surface intérieure de la frette. Dans le premier cas, on disposera d'un moyen d'arrosage ou aspersion interne aux tubes, cet arrosage véhiculant le produit d'abrasion. La fixation au système d'entraînement de la machine à surfacer steffec- tuant oomme précédemment. Conformément à l'invention, il est précisé que l'emploi de tubes do cuivre, d'alliage cuprique ou autre, n'est pas limitatif. n est préconisé également l'usage de produits pleins venant remplacer les tubes dans les emplois précédemment décrits. L'exemple qui suit fera mieux comprendre l'extension de la présente invention. wMPL1 IV Stir r une ébauche concave ou convexe, comme il a été décrit à l'exemple précédent, on dispose un tube jouant le rôle de frette. À l'intérieur do ce tube ou frotte, on dispose de façon jointive une série de petites barres pleines en cuivre ou en laiton (voir Figure 6), d'un diamètre de 4 mm par exemple, de façon à constituer un remplissage com- plot de la surface intérieure de la frotte. Comme dans l'exemple précé- dent, il est bien spécifié que chacune de ces barres vient en contact par un de ses bords avec la surface de l'ébauche. Comme préeédent, on procède à la soudure de l'ensemble. Ce dernier exemple met en relief la possibilité de consti- tuer, conformément à l'invention, des outils de surfaçage dont la surface travaillante peut être rendue aussi importante qu'en le souhaite, on ohoisissant à volonté le diamètre des barres pleines utilisées. C'est ainsi qu'à la limite, et pour un diamètre unitaire de barre infiniment petit, on aboutirait pratiquement à une surface Bans solution de continuité, mais comme il est connu, et pour des raisons technologiques classiques de ré- tention d'abrasif, il est souhaitable de disposer d'un certain nombre de cavités permettant la rétention de ces mêmes abrasifs. Conformément à l'invention, il est spécifié que les outils fabriqués suivant les méthodes préconisées par celle-oi ne se limitent pas à la fabrication d'outils utilisant des tubes ou barres pleines métalliques, à savoir tubes ou barres de cuivre, alliages cupriques, fonte, ete, mais s'appliquent également à l'emploi de matériaux synthétiques tels que les matières plastiques. C'est ainsi que tout en utilisant le même système conformateur aux ébauches, des tubes, barres ou autres profilés de matibres synthétiques constituées de polytétrafluoréthylène. polyamide, poly propylène, etc ... rentrent également dans le cadre de la présente invention. Il est spécifié également que, conformément à l'invention, Ces nouvelles méthodes d'obtention d'outillages destinés à l'usinage de matériaux optiques s'appliquent aussi à la fabrication d'outillages non sphériques. C'est ainsi qu'il est aisé d'obtenir également des outils des tinés au façonnage de verres minéraux ou organiques présentant deux axes différents (verres toriques). Afin de mieux faire comprendre le processus utilisé, il n'est pas inutile de rappeler succintement au lecteur en quoi consiste un verre torique. Si l'on considère la figure 7, les deux axes AB et CD se coupant au centre O n'ont pas, sur les élévations oorrespondantcas, le même rayon de courbure ; ainsi, le rayon Ro correspondant à l'axe AB est différent du rayon RI correspondant à l'axe CD. Géométriquement, ce verre est dit torique, et nous emploierons par la suite ce vocable pour décrire les dispositifs qui suivront. Si l'on considère (voir Figure 8) une plaque de faible épaisseur et de rayon Ri, la juxtaposition sur un mime plan de plaques identiques à celle-ci formera une portion de cylindre. Si on effectue la juxtaposition de ces mSmes plaques suivant un rayon Ry, By étant identique à Rx, on obtient une portion de sphère. Si, par contre, les même plaques se trouvent juxtaposées suivant un rayon Ez # de Rx, on obtiendra une infinité de combinaisons du rayon équatorial d'un tore qui aura Rx comme rayon de la section du tore. En d'autres termes, il sera donc aisé d1 obtenir, pour un rayon quelconque de la sphère de base Rx, une série d' outils couvrant les rayons toriques usuels on matière d'optique médicale. EXEMPLE V Un ensemble de plaques de cuivre, de laiton ou autre maté- riau de 1 mm d'épaisseur environ, est découpé comme le montre la Figure 9. Une lumière L, dans laquelle peut être placé un axe À terminé par deux embouts filetés, munis d'écrous, est également découpée dans chacune des plaques, et permet à celles-ci, après juxtaposition, d'être assemblées par chevauchement de l'axe AS celui-ci assurant le maintien de l'ensemble (Figure 10). Après montage lache des plaques jointives, un gabarit G, taillé au rayon extérieur du tore à obtenir, est placé sur le bloc de plaques, de façon que celui-si on épouse la forme comme le ferait un conformateur de profil (Figure il). Après blocage de l'ensemble à l'aide des écrous à l'extré- mité de l'axe, les plaques sont solidarisées entre elles définitivement à l'aide d'une soudure appropriée : soudure à l'étain, soudure à l'aide de matériaux plastiques, etc ... L'outillage ainsi obtenu peut servir au travail d'une surface torique correspondant aux deux axes du bloc-plaques. Comme il a été dit plus hait pour les outillages des sur- faces sphériques, l'outil qui vient d'être décrit pourra comporter en plis de plaques de consolidstion éventuelles, les supports intermédiaires de la machine sur laquelle il sera utilisé. La présente invention ne stipule pas expressément que, dans an tel bloc-plaques, tel que celui décrit dans le dernier exemple, le fraisage de canaux d'aspersion amenant l'abrasif soit effectué. La présence de tels canaux faisant l'objet de conditions spéciales de travail est laissée à l'initiative de l'utilisateur d'un semblable outil. Conformément à l'imvention, les nouvelles méthodes d'obtention d'outillages destinés à l'usinage de matériaux optiques, tant d'outillages sphériques, que plans ou toriques, s'étendent à l'obtention des outils utilisés dans la dernière phase de fabrication de matériel optique, le polissage, comne il a été précisé dès le débat de l'exposé. Les matériaux les plus divers, tels que tissus, tissus syn- thétiques, feutres, papiers, etc ... sont utilisés dans les techniques de polissage, tant des verres minéranx que des verres organiques. Ces polissoirs sont, conformément à l'invention, obtenus par conformage soit sur les ébaucdhes, comme dans le .as des outillages précédents, soit sur les ébauches doucies par les outils précédemment décrists. a cette fin, les eremples qui suivent feront mieux comprendre au lecteur les méthodes et techniques préconisées par la présente invention. EXEMPLE VI Sur une ébanche préalablement doucie par l'un Les outils précédemment décrits, on dépose, à l'aide d'un pinceau deux ou d'un pistolet à air comprimé, une solutien aqueuse L'alcool polyvinylique ou de gélatine, par exemple. AVant séchage complet de cette couche de verni, on applique par légère pression an disque de feutre ou du drap destiné au polissage. près séchage de quelques minutes à température ambiante, on dispose à la périphérie du disque un tube de cuivre, d'alliage cuprique ou autre, destiné à servir au moulage du polissoir proprement dit.On roule alors une résine synthétique Lu type époxy par exemple, chargée à 100 - 150% de charge minérale telle que silice, alumine, etc ..., et catalysée par un catalyseur convenant à ce type de résine. La réaction exothermique étant terminée, on élimine le moulage verre ou organique ayant servi à la prise d'empreinte, en aidant éventuellement l'opération par une immersion dans l'eau, afin d'éliminer le vernis ayant servi au maintien du feutre, ou du drap sur l'empreinte. Coi. dans les exemples précédents, la fixation mécanique ou par soudure des intermédiaires permettant la fixation du polissoir à la polisseuse sont fixés. Le polissoir se trouve ainsi prêt à l'emploi. Le support de poussoir ainsi obtenu permettra le changement du drap ou feutre de polissage chaque fois que celà@sera nécessaire, sans qu'il soit nécessaire à nouveau de tenir compte de l'épaisseur de celui-ci. EXEMPLE VII La méthode de conformation propre à l'obtention de l'outillage nécessaire au travail des surfaces toriques peut s'effectuer de façon identique à l'exemple précédent, en substituant à la résine époxy des lamelles métalliques, comme il a été décrit dans l'exemple V. À cette fin, les polissoirs toriques sont conformés soit sur ébanche, soit sur ébauche doucie à l'aide des outils décrits à l'exemple V d'après la technique suivante. EXESPLS VIII Dans une ébauche de verre minéral ou organique à géométrie torique on place l'élément de polissage feutres draps tissus synthéti- ques, etc ..., en contact avec la surface à travailler. On s'aidera éventuellement d'une légère couche de colle, comme l'exemple VI en fait men tisons en veillant toutefois à ne pas pénétrer trop profondément l'élément de polissage, pour ne pas nuire à la liaison avec son sapport. Comme dans l'exemple BI, les plaques de cuivres laiton, alliages cupriques ou autres, sont ensuite conformes directement sur le tissu à la surface duquel aura préalablement été déposée une couche légère de résine autopolymérisable. L'obtention définitive du polissoir à verres toriques s'effectuera comme elle a été précédemment décrite dans l'exemple VI. Ces nouvelles méthodes d'obtention L'outillages destinés à l'usinage de matériaux optiques peuvent etre appliquées dans tous les cas oùs disposant d'une ébauche préalablement taillée il est souhaitable d'établir rapidement et économiquement un outillage permettant l'affinage de cette ébauche et Sa finition. Ces méthodes peuvent être utilisées en laboratoire, dans les ateliers de fabrication de matériels d'optique à usage médical ou industriel, ainsi que pour divers travaux où les techniques Le travail par abrasion de matière sont nécessaire. REVENDICATIONS 10) Dispositif de montage de lattes ou tubes de polissage de pièces animé d'un double mouvement rotatif et oscillant permettant à l'outil de balayer la surface optique a traiter, caractérisé en ce que le porte-outil est constitué par une succession de tubes, de barres, ou de profilés métalliques. 2 )- Dispositif de montage selon revendication 1, caractérisé en ce que les tubes, barres ou profilés constituant le porte outil sont fixés sur le support rotatif et oscillant par coulée de résines synthétiques polymérisables ou autres pro cédés analogues. 30)- Dispositif de maltage selon une des revendications prdeédentes, caractérisé en ce que les profilés fixés sur le support peuvent être des lames minces. 40)- Dispositif de montage selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les profilés sont conformés avant leur fixation sur le support en fonction de la courbure de l'ébauche.