Brevet FR2635288A1 — publié le 19900216

L'invention concerne un procédé pour fabriquer un article possédant une configuration asphérique analoaue à un tore et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Plus particulièrement, la présente invention con- cerne un procédé et un dispositif convenant pour être utilisés dans la fabrication d'une lentille asphérique possédant une surface analogue à un tore, dans laquelle le rayon secondaire de la lentille asphérique varie en fonction de la position. Comme cela est décrit dans la demande de brevet japo- nais non examinée, publiée sous le N 62-203744, selon un pro- cédé typique connu pour fabriquer une lentille torique, on utilise un outil abrasif possédant une configuration complé- mentairee de la configuration de la lentille devant être ob- tenue. Le procédé est mis en oeuvre de manière que la len- tille soit formée par abrasion, c'est-à-dire en repoussant le verre contre l'outil d'abrasion moyennant l'insertion d'une poudre abrasive dans l'espace présent entre l'outil d'abra- sion et le verre. D'autre part, la demande de brevet japonais non exa- minée, publiée sous le N 62-176 747, décrit un procédé et un dispositif pour traiter une configuration torique moyennant la mise en oeuvre d'une combinaison de rotations autour de deux axes. Le procédé décrit dans la demande de brevet japonais non examinée publiée sous le N 62-203744 permet uniquement la fabrication d'une configuration torique, qui est représen- tée par une ligne formée de tirets sur la figure 2. D'autre part, on sait que, dans le cas de certaines utilisations de lentilles asphériques comme par exemple un composant optique d'une imprimante laser, il est possible d'améliorer fortement la qualité d'images optiques,en utilisant une lentille analo- que à une lentille torique, possédant une surface s'écartant légèrement de la forme torique. C'est pourquoi,- dans ce domai- ne industriel, il existe un besoin d'un procédé efficace per- mettant de fabriquer une lentille possédant une surface ana- logue à une surface torique. C'est pourquoi, un but de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication et un dispositif de fa- brication convenant pour fabriquer un article possédant une configuration ne présentant pas de symétrie axiale et dans laquelle le rayon secondaire varie - continûment en fonction de la position de telle sorte que l'écart de la configuration par rapport à la surface torique de base est égal au maximum à environ 100 microns. A cet effet, conformément à la présente invention, la position tridimensionnelle relative entre une pièce à usi- ner et une meule utilisée comme dispositif de fabrication, est commandée à grande vitesse selon un système de coordonnées polaires. De façon Dlus sDécifiaue, bien que la pièce à usiner soit entraînée en rotation à faible vi- tesse, la broche de meulage portant la meule utilisée comme dispositif de fabrication oscille le long d'une trajectoire courbe située dans un plan qui est perpendiculaire au sens de rotation de la pièce à usiner. La distance entre l'axe de rotation de la pièce à usiner et l'axe du mouvement oscilla- toire de la broche de meulage est modifiée en fonction-de l'an- gle de rotation de la pièce à usiner. Ainsi, conformément au procédé et au dispositif de fabrication mentionnés précédement, la meule réalise un meu- lage de la pièce à usiner, tandis que la distance entre l'axe de rotation de la pièce à usiner et l'axe d'oscillation de la broche de meulage est modifiée en fonction de l'angle de rotation de la pièce à usiner. En outre, la broche de meulage est légèrement déplacée pas-à-pas, moyennant un renouvelle- ment des données de la configuration asphérique chaque fois que la broche de meulage est déplacée, de sorte que l'on peut obtenir une surface analogue à une surface torique s'écartant légère- ment de la forme torique de base, c'est-à-dire possédant une configuration asphérique sans symétrie axiale.- D'autres caractéristiques et avantages de la présen- te invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 représente un dispositif pour la mise en oeuvre d'un mode d'exécution du procédé conforme à la pré- sente invention, servant à fabriquer une lentille asphérique; - la figure 2 représente une vue en perspective de la lentille asphérique devant être fabriquée; - la figure 3 montre une illustration de la relation géométrique entre une meule, une pièce à usiner, un axe d'os- cillation de la broche de meulage et un axe de rotation de la pièce à usiner; et - la figure 4 montre une illustration d'une autre forme de réalisation de la présente invention convenant pour meuler une surface concave. On va décrire une forme de réalisation en référence à la figure 1, qui représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé pour fabriquer une lentille asphérique, con- forme à la présente invention. Une pluralité de pièces à usi- ner 1 sont entraînées en rotation, au moyen d'un plateau ro- tatif 2, qui est entraîné en rotation par un moteur 12. Le plateau rotatif 2 est porté par une table à déplacement li- néaire 3, qui se déplace en va-et-vient le long d'un axe re- péré par X. La table à déplacement linéaire 3 est montée sur une base 18 par l'intermédiaire d'un guide 17. La table à dé- placement linéaire 3 est entraînée par un actionneur piézo- électrique 4. Une meule 5 servant à meuler la pièce à usiner 1 est fixée à une broche à commande pneumatique 6, qui tourne avec une grande précision à une vitesse de 10 000 tr/mn envi- ron. La broche à commande pneumatique 6 est agencée à la ma- nière d'un dispositif baladeur de manière à pouvoir osciller selon un déplacement courbe autour de l'arbre 9 d'entraîne- ment en oscillations de la broche à commande pneumatique, qui est parallèle à l'axe de rotation de la broche à commande pneu- matique 6,selonun angle désigné par 4, par l'intermédiaire d'une vis sans fin 7 et d'une roue à vis sans fin 8. Les deux ex- trémités de l'arbre 9 d'entraînement en oscillations de la broche à commande pneumatique sont supportées par deux paliers sur des cadres de support 20a et 20b. Avant de commencer l'explication du traitement per- mettant d'obtenir la configuration asphérique, on va décrire brièvement la fabrication d'une surface torique, étant donné que la configuration asphérique devant être obtenue est basée sur une surface torique. La figure 3 montre une relation de position entre l'axe C de rotation de l'arbre 9 d'entraînement en oscilla- tions de la broche à commande pneumatique et l'axe L de rota- tion du plateau rotatif 2, ainsi que la relation de position entre la pièce à usiner 1 et la meule 5. Comme on le voit sur cette figure, la position de l'axe de la broche à commande pneumatique 6 est déterminée de telle sorte que la distance entre la surface de la pièce à usiner 1 et l'axe L de rotation du plateau rotatif 2 est égale au rayon principal R de la lentille 16 (voir figure 2) , et que la distance entre l'axe C de l'arbre 9 d'entraînement en oscillations de la broche de commande pneumatique et la surface de la meule 5 est égale au rayon secondaire -r de la. lentille 16. Comme première étape du traitement, on fait tour- ner la vis sans fin 7 de manière à faire osciller suivant un arc la broche à commande pneumatique 6 afin d'amener la meu- le 5 au niveau de l'extrémité inférieure de la pièce à usiner 1, au niveau de laquelle le meulage doit commencer. Par ail- leurs, le plateau rotatif est entraîné en rotation à une fai- ble vitesse de quelques tours par minute. Alors, on commence à faire tourner la meule 5 tout en appliquant un liquide de meulage, et l'actionneur piézoélectrique 4 est excité par une tension électrique de manière à provoquer une avance de la table à déplacement linéaire 3. L'avance réelle de la table de déplacement linéaire 3 est mesurée par un capteur de dé- placement sans contact 15 de sorte que la profondeur de meu- lage est toujours commandée d'une manière précise en fonction d'une instruction de profondeur de meulage donnée. L'avance de la table à déplacement linéaire 3 amène la pièce à usiner 1 en contact avec la meule 5, ce qui provoque le meulage de la pièce à usiner. Etant donné que la pièce à usiner 1 est entraînée en rotation, la meule 5 meule une zone en forme de bande étroite de la pièce à usiner 1. Lorsque le meulage de la zone en forme de bande étroite est terminé pour toutes les pièces à usiner 1 situées sur le plateau rotatif 2 après une rotation complète de ce plateau, un signal impulsionnel pré- déterminé est appliqué au moteur pas-à-pas 14 de manière à provoquer une légère rotation de la vis sans fin 7, de sorte que la broche à commande pneumatique 6 oscille selon un fai- ble déplacement vers le haut. En effet la meule 5 est dépla- cée légèrement vers le haut sur un faible angle Ai le long de la surface correspondant au rayon secondaire r en étant en contact avec une nouvelle zone en forme de bande étroite de la surface de la pièce à usiner. Cette opération est répétée jusqu'à ce que la meule 5 meule la totalité des pièces à usi- ner 1 jusqu'à l'extrémité la plus haut de ces dernières. Par conséquent on obtient un meulage correspondant au rayon se- condaire r et simultanément un mélange correspondant au rayon principal R, ce qui a pour effet que la pièce à usiner reçoit une configuration torique représentée par les lignes formées de tirets sur la figure 2. On va décrire le procédé pour fabriquer la surface asphérique. Comme dans le cas de la formation de la surface torique expliquée précédemment, on déplace la meule 5 jusqu'à l'extrémité inférieure de la pièce à usiner 1, au niveau de laquelle le meulage doit commencer. Ensuite on fait tourner le plateau rotatif 2. Lors de l'obtention d'une configuration asphérique, l'angle de rotation 0 du plateau rotatif 2 est dé- tecté de façon précise à l'aide par exemple d'un codeur rota- tif 13 accouplé directement à l'arbre rotatif du plateau ro- tatif 2. D'autre part, on fait osciller pas-à-pas la broche à commande pneumatique 6 de manière à modifier sa position lors de l'achèvement de chaque rotation du plateau rotatif 2, comme dans le cas de la fabrication de la surface torique. C'est-à-dire qu'on modifie progressivement la position de con- tact de la meule 5 avec la pièce à usiner 1. Dans ce mode d'exécution, un groupe de données de traitement est préala- blement calculé et obtenu pour chacune des positions angulai- res 41,' 42'3' etc, atteintes pas-à-pas, moyennant l'utilisa- tion de l'angle de rotation 0 comme paramètre, et est mémori- sé dans une mémoire appropriée. En fonctionnement, les don- nées de traitement 11 sont lues à partir de la mémoire con- formément aux impulsions délivrées par le codeur rotatif 13 et représentant l'angle de rotation G du plateau rotatif 2. Les données de traitement 11 ainsi lues à partir de la mémoire sont envoyées à l'actionneur piézoélectrique 4 de sorte que ce dernier agit en entraînant de façon continue en va-et-vient la table de déplacement linéaire 3. Par conséquent, la pro- fondeur de meulage est modifiée successivement pour la meule pendant l'usinage de la pièce à usiner 1, pour chaque posi- tion angulaire de commande pneumatique 6, atteinte pas-à-pas. En effet, la profondeur de meulage est commandée en continu en fonction des données de traitement 11. Lorsque le plateau rotatif 2 a exécuté une rotation complète, la broche à commande pneumatique 6 pivote pas-a- pas sur un faible angle Ai, ce qui amène la meule 5 dans une nouvelle position par rapport à la pièce à usiner 1, de ma- nière à réaliser le meulage d'une nouvelle zone de la surface de la pièce à usiner. Simultanément, les données de traite- ment 11 correspondant à cette nouvelle position angulaire de la broche à commande pneumatique 6 sont lues à partir de la mémoire et l'opération de meulage décrite précédemment est exécutée avec la nouvelle donnée de traitement lue de cette manière. Cette opération est répétée jusqu'à ce que la meule achève le meulage jusqu'à l'extrémité la plus haute de la surface de la pièce à usiner, toutes les pièces à usiner étant meulées de telle sorte que chacune d'elles possède une surfa- ce asphérique, dont le diamètre secondaire r varie en fonc- tion de la position, c'est-à-dire une surface analogue à uii surface torique mais s'en écartant d'une grandeur représen- tée par d comme cela est représenté par des lignes formées de tirets sur la figure 2. Les données de traitement 11 men- tionnées précédemment sont des données numériques qui sont obtenues par subdivision de la surface de la lentille 16 en une pluralité de petites sections, pour chaque pas du dépla- cement angulaire fin Ai, dans la direction du rayon secondai- re r et pour chaque impulsion du codeur rotatif 13 dans la direction du rayon principal R, et calcul de l'écart d de cha- que section par rapport à la surface torique, à l'aide d'un ordinateur. En ce qui concerne le positionnement de la meule 5 par rapport à la pièce à usiner 1, on peut déplacer légère- ment la broche à commande pneumatique 6 à l'intérieur du sup- port 10 et modifier la distance entre l'arbre de la broche à commande pneumatique et l'arbre 9 de pivotement de cette broche. Les conditions décrites précédemment sont toujours satisfaites même lorsque le rayon r' de la meule 5 varie par exemple en raison du dressage de cette meule. En effet, sur la base de la relation R-r = L (constante), le plateau rota- tif 2 est toujours situé dans une position séparée par une distance J de l'axe de l'arbre 9 de rotation de la broche à commande pneumatique. Un gabarit de longueur R s'étend à par- tir de cette position, et la broche à commande pneumatique 6 est déplacée en direction de son arbre 9 d'entraînement en rotation, ce qui amène la meule 5 en contact avec le gabarit, et permet de satisfaire aux conditions indiquées précé- demment. Mais en réalité il existe un facteur de variation autre que la réduction du rayon r' de la meule. Plus spécifi- quement, chaque pièce à usiner 1 comporte une marge de meula- ge ú qui varie en fonction du degré du traitement préalable. Afin d'éliminer toute erreur imputable à cette-marge de fluc- tuation, lorsqu'on place la pièce à usiner 1 sur le plateau rotatif 2, l'extrémité du gabarit est réalisée sous la forme de la sonde d'un micromètre électrique et on mesure la dis- tance entre une position de référence et la surface de meula- ge sur la pièce à usiner 1 de manière à déterminer la marge de meulage. Ensuite, on rétracte le plateau rotatif 2 de la distance L, on le fixe dans la position rétractée et on règle la meule 5 de la même manière que cela a été décrit pré- cédemment, en réglant la longueur de gabarit à R + ú. C'est pourquoi il est possible de positionner aisément la pièce à usiner 1 et la meule 5 de manière à supprimer toute fluctua- tion imputable à la présence de la marge de meulage L.. Bien que l'on ait décrit une forme de réalisation convenant pour le traitement d'une surface convexe, la pré- sente invention peut être également appliquée au traitement d'une surface asphérique concave telle que représentée sur la figure 4. Sur ces figures, on utilise les mêmes chiffres de référence pour désigner les mêmes pièces ou éléments que ceux de la figure 1. Mais, dans ce cas, on utilise le plateau oscillant 17 à la place du plateau rotatif utilisé dans la forme de réalisation représenté sur la figure 1. Il apparaît également à l'évidence que l'invention peut être appliquée d'une manière effective non seulement à la fabrication de len- tilles, mais également à la fabrication de moules pour len- tilles. Dans les formes de réalisation décrites précédemment, la meule est agencée de telle sorte que l'axe, autour duquel' la meule oscille, est perpendiculaire à l'axe du plateau ro-. tatif. Cependant, un tel agencement n'est pas le seul et on peut obtenir le même effet en prévoyant que l'axe de la meule oscille dans un plan contenant l'axe de rotation. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un article possédant une configuration asphérique, caractérisé en ce qu'il consiste a: entraîner en rotation une pièce à usiner (1); faire osciller une broche (6) portant une meule (5) le long d'une trajectoire courbe située dans un plan conte- nant l'axe de rotation de ladite pièce à usiner; et amener ladite meule (5) à meuler ladite pièce à usi- ner (1), tout en commandant la relation tridimensionnelle en- tre ladite broche (6) et ladite pièce à usiner (1) en rapport avec la position angulaire en rotation de.ladite pièce à usi- ner, de manière à former une surface asphérique sur cette der- nière. 2. Procédé pour fabriquer un article possédant une configuration asphérique selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la broche (6) est disposée de telle sorte que son axe (C) est perpendiculaire au plan contenant l'axe de rotation de ladite pièce à usiner (1). 3. Dispositif pour fabriquer un article possédant une configuration asphérique, caractérisé en ce qu'il compor- te des moyens (2,12) servant à entraîner en rotation une piè- ce à usiner (1); une broche de meulage (6) portant une meule (5) servant à usiner ladite pièce à usiner; des moyens (7, 8,9) servant à faire osciller ladite broche de meulage le long d'une trajectoire courbe: et des moyens (3,4) permettant de modifier la distance entre l'axe (L) de rotation de ladi- te pièce à usiner et l'axe (C) de ladite broche de meulage (6) en rapport avec la position angulaire en rotation de la- dite pièce à usiner (1). 4. Dispositif pour fabriquer un article possédant une configuration asphérique, caractérisé en ce qu'il compor- te des moyens (2,12) servant à entraîner en rotation une piè- ce à usiner (1); une broche de meulage (6) portant une meule (5) servant à usiner ladite pièce à usiner; des moyens (7, 8,9) servant à faire osciller ladite broche de meulage le long d'une trajectoire courbe; et des moyens (3,4) permettant de modifier la distance entre l'axe (L) de rotation de ladite pièce à usiner et l'axe (C) de ladite broche de meulage (6); un détecteur servant à détecter la position angulaire en ro- tation de ladite pièce à usiner; des moyens pour détecter la position angulaire de ladite broche de meulage (6) sur la- dite trajectoire courbe; et des moyens de commande servant à lire les données de commande (11) préalablement mémorisées dans des moyens de mémoire conformément à deux positions an- gulaires détectées par lesdits détecteurs et à commander la- dite distance (R) entre l'axe de rotation (L) de ladite pièce à usiner et l'axe (C) d'oscillations de ladite meule, confor- mément aux données lues.