Mise en œuvre industrielle du procédé de lissage

Mise en œuvre industrielle du procédé de lissage Dans cette section, la mise en œuvre du procédé de lissage est présentée, en insistant sur la spécificité et la problématique du lissage d’une optique asphérique par rapport à une optique sphérique classique ainsi que les outils de modélisation présents dans la littérature.

Rappel des objectifs

L’objectif du lissage est d’atteindre la spécification sur les défauts hautes fréquences, tout en garantissant que les basses fréquences restent dans les capacités des procédés de finition. Cela signifie que :Fabrication optique – l’amplitude des défauts BF et MF à la fin du lissage doit rester compatible des taux d’enlèvements matière des procédés de finition – l’amplitude des défauts HF doit être compatible de la spécification sans aucune nouvelle retouche On appelle à cette étape « défauts HF » tous les défauts qui ne peuvent être corrigés par les procédés ultérieurs car leurs fréquences spatiales sont trop élevées. Les défauts HF sont donc en pratique déterminés par les capacités de correction des procédés de polissage et de finition qui sont à disposition dans l’atelier de fabrication : dans notre cas, le polissage MRF et l’usinage ionique. On cherche donc à corriger des défauts de période spatiale inférieure à 5 mm et ayant une amplitude de quelques dizaines de nanomètres PTV.

Lissage sphérique

Le cas sphérique est un cas favorable. Si on frotte deux pièces sphéroïdes rigides et complémentaires l’une contre l’autre avec un mouvement aléatoire pendant un temps infini, on obtient deux surfaces sphériques mathématiquement parfaites (Fig. 2.17). C’est ce qu’on appelle un effet de lissage naturel : les défauts présents sur la surface optique – ainsi que sur l’outil – sont naturellement retirés par usure lors du mouvement aléatoire de l’outil sur la pièce. Il est donc théoriquement toujours possible d’atteindre la spécification HF, si la granulométrie de l’abrasif choisi est suffisamment fine et le temps de lissage suffisamment long. Figure 2.17 – Lissage naturel par froement de deux pièces sphéroïdes l’une sur l’autre pendant une durée infinie. Grâce au phénomène de lissage naturel dans le cas d’une optique sphérique, les outils utilisés sont des outils pleine taille, permettant ainsi de maximiser l’enlèvement matière et donc réduire le temps de lissage nécessaire. Deux conditions sont nécessaires pour avoir un lissage efficace : – l’outil doit initialement avoir une forme complémentaire à celle de la 34 2.4. Mise en œuvre industrielle du procédé de lissage pièce – l’outil doit être rigide pour générer une surpression sur les défauts de la pièce. Il faut donc utiliser des matériaux qui ont la capacité de prendre la forme de n’importe quelle pièce sortant de doucissage ou pré-polissage tout en étant rigides lors du polissage. Les polisseurs se sont donc très rapidement tournés vers des matériaux viscoélastiques, ayant la particularité de se comporter comme des fluides aux longues échelles de temps et comme des solides rigides pour des échelles de temps beaucoup plus courtes. Les matériaux principalement utilisés sont actuellement des pads poreux en matière plastique et des poix de polissage [63]. Pour les applications de précision, la poix de polissage associée à des abrasifs de fine granulométrie permet d’obtenir les meilleurs résultats (Table 2.5). Les microrugosités obtenues sont de l’ordre de l’Å RMS, c’est-à-dire que tous les défauts de période de l’ordre du millimètre et inférieur sont réduits à une amplitude de quelques couches atomiques. Table 2.5 – Microrugosités obtenues pour diérents abrasifs utilisés avec un outil poix. type slurry oxyde de cérium silice colloïdale granulométrie (µm) 1.0 0.1 0.03 – 0.1 microrugosité (Å RMS) 3.0 – 5.0 2.0 – 3.0 1.0 – 2.0 Après une phase de mise en pression de l’outil sur la pièce (plusieurs heures) pendant laquelle la poix va prendre la forme de la pièce, la phase de polissage peut débuter. Si la poix n’a pas initialement exactement la forme de la pièce, il y a au début du procédé une détérioration de la forme et éventuellement de la microrugosité de la surface de la pièce, le temps que les deux surfaces s’ajustent. Cette dégradation du RMS va nécessiter un temps de correction important (Fig. 2.18). La phase de mise en pression est donc critique. Dans le cas des lentilles asphériques, on souhaite éviter l’effet de lissage naturel : si on frotte deux surfaces asphériques l’une contre l’autre, non seulement les défauts seront lissés, mais l’asphérisation aussi sera détruite. Il faut donc développer des outils spécifiques qui vont per35 2. Fabrication optique Figure 2.18 – Évolution des défauts HF en fonction de la mise en pression de l’outil. mettre de lisser les défauts sans perturber la forme asphérique générée en micro-rectification et MRF.

Lissage asphérique Spécificité d’une surface asphérique

Une surface sphérique est définie par un unique paramètre, son rayon de courbure, et sa symétrie de révolution en fait la surface la plus simple à réaliser. Une surface asphérique est une surface qui présente un écart à la sphère (Fig. 2.19), pouvant aller de quelques microns à plusieurs millimètres suivant le type d’optique. L’asphérisation peut être à symétrie centrale ou hors d’axe. Figure 2.19 – Coupe d’une surface asphérique. R est le rayon de courbure et z la flèche à une distance r de l’axe optique. 36 2.4. Mise en œuvre industrielle du procédé de lissage L’équation d’une surface asphérique généralisée à symétrie centrale s’écrit : z(r) = r 2 R  1 + q 1 − (1 + K) r 2 R2  + ∑ i air 2i (2.22) où les coefficients ai représentent l’écart par rapport à la conique définie par le rayon de courbure R et le paramètre K. (Table 2.6). Les ai sont les coefficients d’asphérisation généralisée.