Verres Minéraux

Usinage en lunetterie

Les verres monocorrecteurs et solaires

L'usinage consiste à transformer le moulage brut initial en verre solaire ou correcteur ayant les caractéristiques optiques précises demandées par la prescription. Les surfaces ainsi réalisées sont sphériques, toriques, asphériques, plus rarement planes.
Cet usinage se fait soit en série, soit à la pièce.

Les trois phases de l'usinage

Chacune d'elles nécessite machines, outils et procédés particuliers.

L'ébauchage

Il se fait sur un moulage au diamètre exact requis et aux courbures et épaisseur approchées convenables. L'opération consiste à usiner le verre avec une fraise à couronne diamantée, pour lui donner l'épaisseur définitive et les rayons de courbure précis qui correspondent à la puissance de correction prescrite.

Le douci ou doucissage

Il consiste à élaborer, par rodage, les deux faces du verre ébauché, sans modifier les rayons de courbure, et à préparer la phase suivante. Le principe est d'abraser le verre sur une contre-forme en fonte douce qui a le même rayon ou les mêmes rayons de courbure que l'ébauche. Le verre et la contre-forme sont tous deux
animés d'un mouvement de rotation, tandis que de l'émeri, en suspension dans l'eau. arrose la lentille pendant toute l'opération.
Depuis quelques années, l'émeri a été progressivement remplacé par une pellicule abrasive fixée sur la contre-forme. Cette pellicule est composée de grains très fin de diamant noyés dans un liant de bronze fritté.
A la fin du doucissage, le diamètre, les courbures et l'épaisseur du verre ont tous la précision requise. Les deux faces du verre sont lisses mais dépolies. Leur polissage est nécessaire pour les rendre transparentes.

Le poli ou polissage

L'opération est identique dans son principe à la précédente. La contre-forme est recouverte d'un feutre à polir ou d'une pellicule en plastique spécial. L'émeri ou le diamant en grains sont remplacés par un abrasif encore plus fin, par exemple de l'oxyde de cérium ou de titane, mélangé à de l'eau.
Pendant le polissage, très peu de matière est enlevée. En même temps, il se produit un fluage : les bosses qui constituent le grain de la surface sont progressivement poussées dans les creux, de façon à lisser parfaitement cette surface.

Les surfaces réalisées

Les surfaces sphériques
Elles sont usinées suivant les trois phases décrites précédemment et sont utilisées pour les deux faces des verres solaires ou correcteurs sphériques.

Les surfaces toriques
Le tore est réalisé sur la face concave du verre. Le moulage est d'abord usiné sphérique sur sa face convexe. Un métal à bas point de fusion est ensuite coulé sous forme d'un bossage sur la partie centrale du convexe. Le bossage assure la fixation et le centrage pour l'ébauchage de la face concave et l'entraînement pour le frottement nécessaire au doucissage et au polissage.
L'ébauchage de la face concave se fait sur une machine à génération torique concave, munie d'une meule diamantée qui permet de générer une surface à deux rayons de courbure différents. Le douci et le poli se font sur des contre-formes convexes dont les rayons de courbure sont identiques à ceux de la surface concave
ébauchée. Les mouvements de rodage donnés à la lentille par rapport à la contre-forme sont tels que les axes et contre-axes de celle-ci restent constamment parallèles.

Deux formes d'usinage

L'usinage en série
Il concerne les surfaces les plus couramment utilisées en optique oculaire, qui peuvent être stockées et distribuées sur stock. C'est le cas de la plupart des surfaces sphériques et toriques.
On réalise également en série des semi-finis, c'est-à-dire des lentilles usinées sur une seule face (quasiment toujours la face avant) et qui sont finies, pièce par pièce, dans un atelier dit "de prescription".

L'usinage à la pièce
Il est réservé aux produits ne pouvant pas être surfacés de façon économique, c'est-à-dire en série, soit parce qu'ils sont de faible fréquence d'utilisation, soit parce qu'ils ont des caractéristiques optiques très particulières (asphériques, multifocaux, progressifs, ...).
Les semi-finis sont d'abord usinés en série côté convexe pour générer une surface soit sphérique, soit asphérique, soit bi ou trifocale, soit progressive.
Ensuite, ils sont usinés en atelier de prescription coté concave soit sphérique, soit torique, selon une gamme d'opérations identiques à celles de l'usinage en série des surfaces toriques concaves. Mais le bossage coulé sur la surface convexe est ici orienté en fonction des paramètres propres à chaque lentille (décentrement, axe de cylindre, valeur et direction du prisme, etc.).

Les verres multi correcteurs
Quand la presbytie affecte un système visuel, la correction optique qui donne une bonne vision de près ne permet pas de voir au loin, d'où l'obligation pour l'emmétrope de retirer ses lunettes ou de regarder au-dessus d'elles, quand il veut voir à des distances supérieures à celle de la lecture. L'amétrope, quant à lui,
doit avoir deux paires de lunettes qu'il utilise alternativement
Il existe plusieurs solutions pour remédier à cette incommodité : les verres bifocaux, les verres trifocaux lorsque l'addition est trop forte pour assurer une vision intermédiaire suffisante, et enfin les verres progressifs apparus sur le marché en 1959 (avec Varilux 1) qui assurent une vision nette à toutes les distances.

Les verres multifocaux fusionnés

Une invention américaine
C'est Benjamin Franklin, inventeur et homme d'état américain, qui eut le premier l'idée de concevoir des verres bifocaux dont la partie inférieure est utilisée pour la vision de près et la partie supérieure pour la vision de loin.
Ces premiers verres étaient formés par la juxtaposition de deux demi-verres. Bien qu'optiquement satisfaisants, ils étaient fragiles et inesthétiques.
L'étape suivante consista à coller, sur la partie inférieure du verre pour vision de loin, une petite lentille convergente pour la vision de près. Cette solution, plus élaborée que la précédente ne supprimait cependant pas la fragilité et l'aspect inesthétique de l'ensemble. On fabrique encore ce genre d'oculaire, mais il est taillé dans un seul bloc de verre.

La solution moderne :

les lentilles fusionnées
Le procédé actuellement le plus répandu consiste à fabriquer des lentilles fusionnes en "soudant" à chaud la lentille pour vision de près, dont l'indice de réfraction est plus élevé que celui du verre de base, dans la cavité creusée à cet effet dans la lentille pour vision de loin. Dans le cas d'un oeil emmétrope, la lentille pour vision de loin a une puissance nulle. Dans le cas d'un oeil amétrope, la lentille pour de loin est à la puissance requise pour la correction.
Après la "soudure", le verre ainsi obtenu est surfacé et poli afin de supprimer toute aspérité sur ses deux faces.
Ce procédé permet aussi de fabriquer des verres trifocaux, en combinant trois lentilles différentes, fusionnées selon le même principe. La lentille finie permet alors au porteur de voir nettement aussi bien en visions éloignée, moyenne et rapprochée.

L'usinage des verres bifocaux fusionnés
Nous allons décrire ici les différentes opérations nécessaires à la réalisation d'un bifocal fusionné à segment de vision de près courbe ou plat, les formes actuellement les plus répandues.

La préparation de la lentille brute
Cette lentille brute est un oculaire réalisé dans un verre d'indice de réfraction* n d = 1,523 qui aura comme puissance la correction nécessaire en vision de loin et qui est destinée à recevoir la lentille pour vision de près dans une dépression qu'il faut préparer suivant cinq opérations successives :

•  l'ébauchage de la face concave du moulage,
•  l'ébauchage de la dépression sur la face convexe,
•  le doucissage* de la dépression,
•  le polissage* de la dépression,
•  le pointage sur la dépression de la ligne de troncature de la lentille pour vision de près.

Usinage et soudure de la lentille pour vision de près
Cette lentille est réalisée à partir de deux segments :

• • un segment de complément, réalisé dans le même verre que celui utilisé pour la lentille correctrice de la vision de loin (indice n d = 1,523) ;
• • un segment d'addition, en verre Haut Indice, contenant du Baryum.

L'assemblage de ces deux segments et la préparation des segments
 assemblés nécessitent six opérations successives :

• l'ébauchage des lignes de soudure des deux segments,
• le doucissage* des lignes, - la soudure par réchauffage et ramollissement des deux lignes de soudure,
• l'ébauchage de la face à souder des segments assemblés,
• le doucissage* de la face à souder, - le polissage* de la face à souder.
• Assemblage, fusionnement et surfaçage

L'assemblage
Il consiste à mettre en place les deux segments fusionnés dans la dépression en interposant des cales cylindriques sous le segment supérieur pour assurer une stabilité de l'ensemble au cours des manutentions et éviter, lors du fusionnement, l'emprisonnement d'air dans l'interface.

Le fusionnement
Il consiste à souder, par réchauffage dans un four tunnel, les segments et la lentille.

Le surfaçage
Il se décompose en cinq temps :

• l'arasage par génération sphérique de la partie saillante du segment,
• la retouche du segment par doucissage progressif afin de lui donner les dimensions requises. Il est en effet nécessaire d'avoir des segments de même hauteur et de même largeur sur toutes les lentilles semi-finies, pour faciliter l'appairage oeil droit oeil gauche,
• le doucissage, puis le polissage de la face convexe de la lentille,
• le doucissage, puis le polissage de la face concave de la lentille (opérations nécessaires pour pouvoir effectuer visuellement les contrôles),
• le contrô1e de qualité de la lentille semi-finie (contrô1es mécaniques et optiques). Cette lentille semi-finie est prête pour être terminée sur sa face concave dans un atelier de prescription. Les particularités et la prescription sont obtenues, dans le cas où une correction du défaut d'astigmatisme est nécessaire, en positionnant au concave l'axe du tore par rapport à l'axe du segment d'addition.

Les verres progressifs
Apparus à la fin des années 50, les verres progressifs possèdent la particularité d'une variation de puissance continue entre la vision de loin et la vision de près.
Celle-ci permet aux presbytes de recouvrer une vision nette à toutes les distances.
L'esthétique du verre est parfaite, aucune séparation entre les différentes zones du verre n'est visible. Il existe deux techniques de fabrication des verres progressifs :

• la taille ou surfaçage,
• l'affaissage.

La technique de l'usinage mécanique
Elle consiste à copier, par surfaçage, un modèle de la surface progressive et comprend trois phases d'ébauchage, doucissage et polissage spécialement adaptées.

La technique d'affaissement par ramollissage
Son principe est de reproduire, par thermo- formage, la géométrie de la surface progressive préalablement réalisée dans un matériau réfractaire. Le palet de verre est chauffé et épouse en se ramollissant la forme de la surface progressive.