Des chercheurs de l'Université de Keio ont développé une nouvelle méthode de génération de trajectoire d'outil pour piloter un servo d'outil rapide (FTS) contrôlé indépendamment pour l'usinage de surfaces de forme libre. Sans nécessité d'essais et d'erreurs, le procédé permet une fabrication rapide d'optiques de forme libre de haute précision.

Le programme de trajectoire d'outil a été généré en utilisant les méthodes d'anneau et de maillage au lieu de la trajectoire d'outil en spirale conventionnelle. La trajectoire de l'outil a été optimisée en analysant l'effet de l'erreur d'interpolation à l'aide de la prédiction d'erreur de forme.

L'optimisation de la disposition des points de contrôle comprend deux étapes. Dans un premier temps, le nombre de points de contrôle est déterminé. Ensuite, le rapport d'aspect optimal des paramètres de mise en page est déterminé. La validation expérimentale par usinage d'ondes sinusoïdales bidimensionnelles et d'un réseau de micro-lentilles a démontré l'efficacité de la méthode d'optimisation de trajectoire d'outil proposée dans cette étude. La méthode proposée a réduit l'erreur de forme du niveau submicronique au niveau de 10 nm pour l'onde sinusoïdale bidimensionnelle.

Le professeur Jiwang Yan a commenté que "le tournage au diamant basé sur FTS est une méthode étonnante pour fabriquer des surfaces de forme libre avec un rendement élevé, mais les unités FTS conventionnelles entraînées par des actionneurs piézoélectriques ont de très petites courses à l'échelle micrométrique, ce qui limite leurs applications."

"Ces dernières années, des unités FTS à longue course, équipées de roulements à air entraînés par bobine acoustique, ont été développées, ce qui permet des courses de travail au millimètre près, et à son tour, élargit considérablement les applications du tournage au diamant FTS. Pour améliorer la compatibilité du système et stabilité, ces unités FTS basées sur des bobines acoustiques sont pilotées indépendamment par des systèmes de contrôle séparés. Cependant, la méthode de génération de trajectoire d'outil pour de tels FTS n'a pas encore été établie, ce qui est considéré comme un goulot d'étranglement."

Yusuke Sato déclare que "cette étude vise à proposer de nouvelles méthodes pour générer et optimiser la trajectoire de l'outil pour le système de contrôle FTS indépendant afin de réduire l'erreur de forme d'une surface usinée causée par l'interpolation bidimensionnelle. Premièrement, les nuages ​​de points de contrôle sont pré-générés dans deux méthodes différentes, à savoir la méthode de l'anneau et la méthode du maillage."

"Sur la base de la répartition des points de contrôle, le profil final de la surface usinée est prédit et interpolé par simulation. Ensuite, en comparant la surface simulée à la surface conçue, l'erreur de forme est obtenue. En ajustant de manière répétitive les paramètres des points de contrôle, l'erreur de forme a été minimisée à la tolérance souhaitée."

Cette étude établit une base importante pour développer davantage les technologies d'usinage d'ultraprécision de l'optique de forme libre par tournage au diamant en utilisant une unité FTS avec un contrôleur séparé pour obtenir une grande précision sans nécessité d'essais et d'erreurs, ce qui contribue à la fabrication avancée de produits à haute valeur ajoutée.

Le professeur Yan déclare que "le système de génération/optimisation de parcours d'outil développé rend les unités FTS disponibles dans le commerce plus précises et plus puissantes. Il est particulièrement utile pour améliorer la productivité des optiques de forme libre qui sont largement utilisées dans divers produits tels que les systèmes VR/AR, les caméras , des scanners, des visiocasques et des composants utilisés dans l'ingénierie aérospatiale et biomédicale. La fabrication rapide de ces surfaces de forme libre pourrait modifier les concepts de conception de produits dans un proche avenir."

La recherche a été publiée dans le International Journal of Extreme Manufacturing . + Explorer plus loin

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