Modélisation et caractérisation multiéchelle du processus de fabrication des lentilles ophtalmiques

Modelisation and multiscale analysis of the manufacturing process of ophtalmic lenses

• Auteur / Autrice : Stéphane Bessonnet
• Direction : Mohamed El Mansori, Sabeur Mezghani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
• Date : Soutenance le 10/11/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mechanics surfaces and materials processing - Mechanics surfaces and materials processing
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Dassenoy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed El Mansori, Pierre MONTMITTONNET, Frédéric HEIME, Luc Martin, Sébastien Pinault
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre MONTMITTONNET, Frédéric HEIME

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lentilles ophtalmiques

Thèses et écrits académiques

Procédés de fabrication

Mots clés libres

Modélisation et analyse multi-Échelle

Procédé de fabrication

Lentilles ophtalmiques

Tournage diamant

Modelisation and multiscale analysis

Manufacturing process

Ophtalmic lenses

Diamond turning

Résumé

Résumé: Les fonctionnalités optiques et cosmétiques des lentilles ophtalmiques sont générées par un chaînage stratégique de procédés soustractifs (fraisage, tournage et polissage) et de procédés chimiques (lavage et vernissage). La fonction optique concerne la formation de l’image avec une durabilité de l’élément optique. La fonction cosmétique (effets esthétiques) est relative au niveau d’acceptabilité des imperfections de surfaces des lentilles (rayures, piqûres, défauts d’aspect de traitement, etc.). L’objectif de ce travail de thèse est de comprendre les écarts de ces fonctionnalités en tenant compte des exigences fonctionnelles ainsi que des exigences de conceptions en lien avec les mécanismes physiques mis en jeu lors de la chaîne de transfert pour la fabrication de grandes séries. Pour cela, l’évolution de l’état de surface a été cartographiée à l’aide d’une analyse multiéchelle de surface qui caractérise les signatures des procédés : les amplitudes des défauts, les échelles locales de surfaces sollicitées, et les interactions de chaîne de transfert de fabrication. L’analyse de ces signatures et interactions, par exemple, entre le polissage et le vernissage a permis le développement d’une méthode de classification booléenne de l’état cosmétique d’une lentille après vernissage, à partir des paramètres topographiques d’une surface polie. De même, l’évolution de l’amplitude de la signature d’usure du tournage diamant de finition ou de déformations statiques de la géométrie des pièces ont été corrélés par l’instrumentation physique du procédé et le suivi des défauts de formes des surfaces qui correspondent aux défauts optiques. Ces observations expérimentales ont été couplées à des modèles de calculs d’erreur de forme afin de mieux comprendre les mécanismes d’usure des outils et leur interaction avec la calibration. La prise en compte de ces connaissances établies pourra répondre aux défis des variabilités du processus de génération des lentilles ophtalmiques en production industrielle dans l’amélioration continue de la qualité.Mots clés : analyse multiéchelle, ondelette, signature process, lentille ophtalmique, optique, cosmétique, tournage diamant

Abstract: The optical and cosmetic functions of ophthalmic lenses are produced by a strategic chaining of subtractive processes (milling, turning and polishing) and chemical processes (washing and coating). The optical function relies to the formation of the image with durability of the optical element. The cosmetic function (aesthetic effects) relies to the level of acceptability of the surface imperfections of the lenses (scratches, pitting, processing defects, etc.). The objective of this thesis work is to understand the induced variance of these functionalities, considering the functional requirements as well as the design requirements related to the physical mechanisms involved in the transfer chain for thigh-volume production. To this end, the evolution of the surface state was mapped using a multiscale analysis of the surface which characterizes the involved signatures of the processes: the amplitudes of the defects, the local scales of surfaces stressed, and manufacturing transfer chain interactions. On the one hand, the analysis of these signatures and interactions, for example, between polishing and coating allowed the development of a Boolean classification method of the cosmetic state of a lens after coating, from the topographic parameters of polished surface. On the other hand, the evolution of the amplitude of the wear signature of the finishing diamond turning or of static deformations of workpiece were correlated by the physical instrumentation of the process and the monitoring of the shape defects of surfaces corresponding to optical defects. These experimental observations were coupled with shape error calculation models in order to better understand the mechanisms of tool wear and their interaction with calibration. Considering this established knowledge will be able to respond to the challenges of variability in the generation process of ophthalmic lenses for industrial production in the continuous improvement of quality.Keywords : multiscale analysis, wavelets, process signature, ophthalmic lens, optical, cosmetic, diamond turning