|
(11) | EP 1 525 947 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
| (54) | Procédé de polissage de finition |
| (57) L'invention concerne un procédé de polissage de finition d'une surface (1) à l'aide
d'un élément de polissage (2) et d'un abrasif. Il est caractérisé en ce qu'il met
en oeuvre:
a) avant ledit polissage, le collage de l'élément de polissage (2) sur un support en un matériau déformable de manière permanente (3) et; b) l'application d'une pression sur le support déformable (3) une fois que l'élément de polissage (2) est en contact avec la surface à polir (1) de sorte que l'élément de polissage (2) soit mis en forme pour épouser un contour de ladite surface (1), c) réaliser le polissage de finition à l'aide de l'élément de polissage (2) ainsi mis en forme. |
[0001] La présente invention a pour objet un procédé de polissage de finition d'une surface à l'aide d'un élément de polissage et d'un abrasif.
[0002] Il est déjà connu de réaliser un polissage de finition d'une surface à l'aide d'un élément de polissage, par exemple un feutre, et d'un abrasif, par exemple de la silice colloïdale. La technique généralement utilisée consiste à coller le feutre sur un outil métallique en intercalant éventuellement un matériau souple par exemple de type mousse. Cette technique présente l'inconvénient de déformer la surface à polir, ce qui fait que les résultats obtenus ne sont pas optimaux.
[0003] La présente invention a pour objet un procédé qui permette de remédier au moins en partie au problème précité.
[0004] L'invention concerne ainsi un procédé de polissage de finition d'une surface à l'aide d'un élément de polissage et d'un abrasif, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre :
a) avant ledit polissage, le collage de l'élément de polissage sur un support en un matériau déformable de manière permanente et ;
b) l'application d'une pression sur le support déformable une fois que l'élément de polissage est en contact avec la surface à polir de sorte que l'élément de polissage soit mis en forme pour épouser un contour de ladite surface,
c) réaliser le polissage de finition à l'aide de l'élément de polissage ainsi mis en forme.
[0005] Ledit matériau est avantageusement déformable par fluage et/ou durcissable. Il peut s'agir par exemple de poix qui est chauffée à une température qui permet son fluage et qui, après b et avant c, est ensuite refroidie pour obtenir un durcissement, ou bien encore d'une colle qui se présente sous forme d'un gel et qui, après b, et avant c est durcie par exemple par polymérisation ou application d'un rayonnement notamment ultra-violet. Le matériau peut être également du plâtre..
[0006] L'élément de polissage peut être un feutre ou tout matériau de polissage convenant à un polissage de finition conduisant à de faibles rugosités (de l'ordre de 1Å à quelques A par exemple). Le matériau de polissage est avantageusement porté par un support de polissage.
[0007] Le polissage de finition peut être en particulier réalisé à l'aide d'une machine assurant un déplacement relatif de translation entre l'élément de polissage et la surface à polir selon deux directions perpendiculaires et éventuellement de rotation autour d'un axe parallèle à une desdites directions perpendiculaires. Le polissage de finition s'applique particulièrement bien au cas de surfaces ayant une génératrice, la surface étant disposée de manière telle que la direction de la génératrice soit parallèle à celle des deux directions précitées qui est parallèle à l'axe de rotation.
[0008] Le procédé s'applique notamment à des surfaces qui avant polissage de finition, ont été préalablement soumises à un pré-polissage (ou polissage dit grossier) et à un polissage proprement dit.
[0009] Après le polissage proprement dit qui peut être réalisé notamment par toute technique connue, la surface présente une rugosité comprise par exemple entre 3Å et 15Å, alors après polissage de finition, la rugosité peut être comprise entre 1A et 5A, et plus particulièrement entre 1Å et 3Å pour des surfaces en verre, en silice, en silicium et en céramique (voire entre 1Å et 2Å pour des surfaces en verre ou en silice) et entre 3Å et 5Å pour une surface en nickel revêtant une surface métallique.
[0010] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins dans lesquels :
- les figures 1a et 1b illustrent en coupe la mise en oeuvre du procédé de polissage de finition selon l'invention,
- la figure 2 représente une machine assurant le polissage de finition d'une surface dans le cadre de la présente invention et les figures 3a et 3b d'une part et 4a et 4b d'autre part illustrent deux modes de mise en oeuvre de la machine.
[0011] L'invention se rapporte au polissage de finition de surfaces à basse rugosité (notamment des miroirs) dont la forme est par exemple rectangulaire. Il repose sur l'utilisation de machines de polissage ayant une cinématique à 2 axes linéaires perpendiculaires.
[0012] Les formes générées sur des surfaces peuvent être des plans, des sphères, des cylindres suivant leur grande dimension (cylindre méridional) ou leur petite dimension (cylindre sagittal), des miroirs à profil méridional elliptique ou parabolique, des miroirs paraboliques ou elliptiques représentant un morceau d'un miroir de révolution.
[0013] Une des applications de ces surfaces est la réalisation de miroirs utilisés pour mettre en forme et focaliser les faisceaux de lumière X émis par les sources de lumière de type synchrotron ou laser à électrons libres.
[0014] Les différentes étapes sont par exemple :
1. Ebauche : cette étape est conventionnelle pour le travail des matériaux de type
verre ou céramique ou silicium et elle consiste à mettre en forme le support sur lequel
sera réalisée la surface à basse rugosité.
Pour cela on utilise des fraiseuses ou des centres d'usinage équipés d'outils spécifiques
au travail de ces matériaux. Ces outils sont constitués habituellement d'un laiton
sur lequel sont déposées de fines particules de diamant fixées sur l'outil par un
liant. Ces opérations se font sous arrosage d'eau ou d'autres liquides en fonction
des matériaux usinés. La mise en forme de la surface est aussi réalisée par cette
technique.
2. Doucissage : on utilise pour cela des outils ayant la forme de plans ou de cylindre
ou d'un profil complémentaire de la surface à polir.
Les dimensions de ces outils sont proches de celle de la surface à polir. Ces outils
peuvent être obtenus par un usinage traditionnel en mécanique. La matière utilisée
peut être de l'aluminium, du laiton, et dans certains cas des morceaux de verre recollés
sur un support mécanique.
On procède à l'aide d'une machine de polissage ayant une cinématique à 2 axes linéaires,
à la mise en forme relative de l'outil et de la surface à polir.
Pour cela, on applique la surface à doucir sur l'outil et on induit un mouvement relatif
entre la surface et l'outil parallèle à la grande longueur de la surface et un mouvement
perpendiculaire pour la largeur.
Soit l'outil soit la surface sont fixes et la pièce complémentaire est mobile et entraînée
par les deux mouvements de translation. Alternativement l'outil est entraîné selon
un mouvement de translation et la surface est entraînée selon le mouvement de translation
perpendiculaire. De plus soit l'outil, soit la surface est libre de rotuler autour
d'un axe parallèle à la grande longueur.
L'opération de rodage utilise des abrasifs classiques de doucissage et l'on fait décroître
la taille du grain jusqu'à obtenir une surface ayant l'aspect d'un douci fin.
Durant toute cette phase, l'outil est retouché jusqu'à ce que l'on obtienne sur la
surface à polir la forme géométrique finale à quelques microns près.
3. Pré-polissage à la poix ou au feutre de polissage grossier et un abrasif de polissage classique tel que l'oxyde de cérium en utilisant la machine décrite précédemment. Le mouvement suivant la longueur (direction X) a une amplitude comprise par exemple entre 5 et 200 mm, et suivant la largeur (direction Y), il a une amplitude comprise par exemple entre 1 et 100 mm.
4. Polissage proprement dit avec correction itérative de la forme jusqu'à obtenir
les spécifications d'écart par rapport à la forme théorique. Le matériau de polissage
est de la poix qui est coulée sur l'outil puis mise en forme avec la surface à polir
par chauffage.
Des dégarnis de la poix sont effectués localement là où des bosses on été mesurées.
L'abrasif utilisé est par exemple de l'oxyde de cérium. Les pressions de polissage
sont comprises entre 5 et 100 grammes par centimètre carré. Ce polissage est terminé
lorsque la surface à polir a la bonne forme et qu'il n'y a plus de points ou de défauts
correspondant aux étapes précédentes. La rugosité à ce stade est comprise entre 3
et 15Å pour des zones carré d'analyse de 1 à 1000 microns de largeur.
5. La finition super polie est faite en utilisant un abrasif de type silice colloïdale associé à un feutre.
[0015] Cette opération, si elle est réalisée de manière classique, déforme généralement la surface à polir.
[0016] Selon l'invention, on colle directement le feutre sur la poix et on met à profit son fluage pour mettre en forme la surface du feutre de façon à ce qu'elle soit complémentaire de la surface à polir. La mise en forme est effectuée en chauffant la poix, l'outil ou le substrat de la surface à polir, le moule étant la surface à polir elle-même. Ce chauffage est réalisé à une température de l'ordre de 60°C à laquelle la poix a une viscosité suffisante pour se déformer en fluant sans couler. Les mouvements et les pressions appliqués sont similaires à celles mises en oeuvre lors du polissage proprement dit (étape 4 ci-dessus), c'est-à-dire entre 5 et 100 g/cm2.
[0017] L'état de l'art normalement connu pour cette phase est de coller le feutre sur un outil métallique en intercalant éventuellement un matériau souple de type par exemple mousse. L'avantage du procédé selon l'invention est de disposer d'un outil dur (poix à la température de 20°C) ayant un contour qui épouse la forme de la surface à polir. A ce stade, la rugosité obtenue est généralement comprise entre 1 et 2Å sur les matières de type verre et silice. Elle est généralement comprise entre 1Å et 3Å sur le silicium et les céramiques, et entre 3Å et 5Å sur les surfaces métalliques revêtues de nickel.
[0018] Selon la figure 1 a, qui concerne le cas d'une pièce optique 1 à polir qui est un cylindre ou un tore, l'élément de polissage 2 (d'épaisseur par exemple entre 0,1 mm et 2 mm) est collé sur de la poix 3 qui est solidaire d'un support 4 par exemple cylindrique qui sert d'outil de polissage. L'élément de polissage 2 peut être un matériau poreux tel qu'un feutre, notamment une mousse de polyuréthane microcellulaire de la Société RHODES (Bierkeek - Belgique) ou un matériau synthétique poreux (« Finishing Pad ») de la Société RODEL, ou des supports (ou « drops ») de polissage de la Société BUEHLER. Après chauffage de la poix jusqu'à lui conférer une viscosité lui permettant de fluer sans couler (par exemple en la chauffant à une température de l'ordre de 60°C), on appuie l'outil 4 sur une surface à polir 6 de la pièce optique 1 avec une pression suffisante pour que la déformation par fluage de la poix permette au feutre 2 en contact avec la surface 6 d'épouser localement la forme de la surface 6. Le feutre 2 qui peut être en un ou plusieurs morceaux a de préférence une surface 5 égale, à plus ou moins 20% à celle de la surface 6.
[0020] La figure 1b illustre le procédé dans le cas d'une surface plane ou d'un miroir ayant une génératrice G dans le plan de coupe.
[0021] La figure 2 représente une machine utilisable pour la mise en oeuvre du procédé de polissage de finition, ainsi que pour les étapes précédentes de doucissage, de pré-polissage et de polissage proprement dit.
[0022] Elle présente deux barres de coulissement parallèles 11 et 12 le long de laquelle peuvent se translater dans une première direction X deux coulisseaux 14 et 15 reliés par une barre d'attelage 16. Chacun des coulisseaux porte un bras 17 et 18 s'étendant par exemple dans une direction Y perpendiculaire à la direction X, avec un réglage en hauteur 17', 18' selon Z (perpendiculaire à X et Y).
[0023] Chacun des bras présente un logement 19 et 20 permettant de recevoir un axe de rotation 21 et 22 d'un porte-pièce 23 portant la pièce 1 dont la surface 6 doit être soumise au polissage de finition. L'outil 4 est disposé sur un support 15 solidaire d'une table 27 présentant des moyens de translation de l'outil 4 et donc du feutre 2 dans la direction Y perpendiculaire à la direction X. Ces moyens de translation sont par exemple des glissières 26.
[0024] Les vitesses de polissage dans chacune des directions X et Y peuvent être choisies par exemple entre 0,05 m/s et 0,5 m/s.
[0025] Les figures 3a et 3b d'une part et 4a et 4b d'autre part illustrent deux modes de mise en oeuvre du polissage de finition (après durcissement du support en matériau déformable par exemple de la poix ou de la colle). Le déplacement selon X (par exemple entre 5 et 200 mm) permet un polissage parallèle à la direction des génératrices de la surface, alors que le mouvement de translation selon Y (par exemple entre 1 et 100 mm) et la rotation selon l'axe (21, 22) permet à la surface 6 à polir de suivre en tournant l'élément de polissage 2 au fur et à mesure du déplacement selon Y. Ainsi, la combinaison de ces trois mouvements (translation X, translation Y et rotation) permet d'assurer le polissage de la surface sur son contour et sur toute sa longueur.
a) avant ledit polissage, le collage de l'élément de polissage sur un support en un matériau déformable de manière permanente et ;
b) l'application d'une pression sur le support déformable une fois que l'élément de polissage est en contact avec la surface à polir de sorte que l'élément de polissage soit mis en forme pour épouser un contour de ladite surface.
c) réalisation du polissage de finition à l'aide de l'élément de polissage ainsi mis en forme.
- un pré-polissage ou polissage grossier
- un polissage.