Les états de surface dans tous leurs états - Micronora

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Les états de surface
dans tous leurs états
MICRONORA 2008
XVII e Salon international des microtechniques
23 - 26 septembre - Besançon - France
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OUTILLAGE DÉCOUPAGE EMBOUTISSAGE ASSEMBLAGE
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L'innovation
é d i t o r i a l
au cœur de Micronora
Du 23 au 26 septembre prochain, à Besançon, se tiendra la 17 e édition de
Micronora, salon international des microtechniques et de la haute précision.
D’après la FIM, la précision est l’un des secteurs les plus dynamiques. Sans doute
est-ce une des raisons pour laquelle notre salon affiche complet… 8 mois avant
son ouverture ! De plus, des travaux dans les halls d’exposition ont permis la
progression de la surface d’exposition de + 5% par rapport à 2006.
Parmi les exposants, dont 36% étrangers, les donneurs d’ordres, en quête
d’innovations pour renforcer la compétitivité de leurs entreprises, découvriront
une offre large, de la R & D à la production, de toutes les technologies pour la
haute précision et la miniaturisation ; y-compris les nanotechnologies.
Les visiteurs peuvent s’inscrire d’ores et déjà sur notre site internet :
www.micronora.com afin de ne pas manquer ce grand rendez-vous. Ils peuvent
également consulter notre programme d’animations dédié, en partie cette
année, à la métrologie.
Ce numéro y consacre d’ailleurs une bonne part de ses articles.
Rien ne se fait plus dans l’industrie sans analyse des états de surface. L’arrivée
de la norme internationale ISO 25178 est un signe. Mais tout va très vite et le
4D s’annonce déjà avec la perspective de décrire le comportement dynamique
d’une surface au cours du temps. Et derrière le temps, ce sont les variations de
température, de pression, le champ magnétique qui se profilent… c'est-à-dire
tout le monde industriel.
Les profilomètres d’ultra haute précision commercialisés par Nanojura, en
partenariat avec le LNE, ont une précision de mesure d’états de surface
supérieure d’un facteur de 10 à 100 à celle des profilomètres classiques.
"La fabrication additive au service de l’innovation" fut le thème de la première
journée des 12 es assises européennes du prototypage et fabrication rapide.
Vous constaterez une fois de plus dans ce numéro que l’innovation est partout,
y-compris dans le secteur machines-outils.
Car sans innovation, point de salut !
■ Le Président, Michel GOeTZ
Sommaire
� Dossier : nanométrologie 2
� Métrologie / Temps-fréquence 11
� Prototypage rapide 17
� Microscopie optique 21
� Microscopie champ proche 23
� Micro-nanotechnologies 25
� Nanotechnologies 27
� Machines-outils 29
� Robotique / usinage 35
� Robotique / machines-outils 37
Photo de couverture :
Les images de topographie de surface
sont extrêmement utiles pour voir l’évolution
dans le temps des états de surface
des pièces de moteur.
Source : Digital Surf / PSA Peugeot
Revue du Salon International des Microtechniques
Administration : MICRONORA
BP 62125 - 25052 BESANÇON CEDEX 5
Tél. : 00 33 (0)3 81 52 17 35
Fax : 00 33 (0)3 81 41 30 89
Site : www.micronora.com
E-mail : contact@micronora.com
Trimestriel - Tirage 15 000 exemplaires
Directeur de la publication : Michel Goetz
Date de dépôt : juillet 2008
Conception et réalisation : Cactus/Besançon
Impression : Imprimerie de Champagne/Langres
Nous déclinons toute responsabilité pour les erreurs involontaires qui auraient
pu se glisser dans le présent document, malgré tous les soins apportés
à son exécution.(Jurisprudence Cour d’Appel de Toulouse 1887, de Paris 19.10.1901)
Tous droits de reproduction interdits.
Micronora inforMations - juillet 2008
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D O S S I E R
Mesurer en 2D, voir en 3D et
les états de surface dans tous
L’arrivée de la norme internationale ISO 25178 est un signe : la caractérisation des états de surface 3D
Mais tout va très vite et le 4D s’annonce déjà avec la perspective de décrire le comportement dynamique
Et derrière le temps, ce sont les variations de température, de pression, le champ magnétique qui se
nanoJura fabricant de profilomètres optiques propose également des mesures en prestation de service.
Source : nanoJura.
Le premier vrai profilomètre, le "TalySurf 1",
est né en 1941 en Angleterre chez Taylor
Hobson. Il s'agissait d'un instrument mesurant
la géométrie d'une surface en 2D,
à savoir un profil z en fonction d'une
position x. Aujourd'hui encore, la plupart
des mesures industrielles de l'état de surface
(EDS) se font en 2D, et notamment
tous les rugosimètres à pointe diamant
d'atelier, qui fournissent des paramètres
de rugosité (Ra). Dans les années 1980,
les progrès en électronique mais surtout
en informatique ont ouvert une nouvelle
dimension, à savoir l'évaluation en 3D de
l'état de surface. On passait alors d'un
profil z = f(x) à une surface ou topographie
z = f(x,y). Avec le 3D, la surface devient
visible et le profilomètre 3D se positionne
à l'intersection entre la profilométrie et la
microscopie. Plus récemment, des sociétés
comme Digital Surf ou Insidix ont lancé
la mesure de l'état de surface en 4D, avec
une mesure du type z = f(t,x,y) qui permet
de passer d'une description statique de la
surface à une description dynamique en
Micronora inforMations - juillet 2008
fonction du temps, de la température, ou
de toute autre contrainte variable imposée
à la surface.
Rien ne se fait plus
dans l'industrie sans analyse
des états de surface !
Christophe Mignot, dirigeant-fondateur de
Digital Surf, mentionne que "l'analyse de l'état
des surfaces est une obligation dans presque tous
les secteurs industriels : aéronautique, automobile,
medical devices, MEMS, électronique, métallurgie,
plasturgie, papiers et impression, cosmétique…
" Une tôle automobile obéit à des contraintes
sévères en matière de définition du
microrelief. Il faut une telle précision que la
société Sidmar (aujourd'hui Arcelor-Mittal)
a développé un système de gravure très
précis par faisceau d'électrons (EBT) d'un
dessin 3D sur les rouleaux pour le laminage.
L'industrie papetière a besoin également de
contrôler très précisément les paramètres
surfaciques, entre autre pour éviter qu’un
Si l'on désire connaître la rugosité ou la planéité des
faces supposées planes d'un composant mécanique,
l'opérateur "redressement-partition" du logiciel
Mountains apporte une solution rapide.
En un clic, il horizontale la face dont les limites
sont automatiquement identifiées par un algorithme.
Un second clic suffit alors pour confirmer
et afficher les paramètres d'état de surface
(rugosité, ondulation, planéité). Source : Digital Surf

comprendre en 4D :
leurs états !
est parvenue à maturité.
d'une surface au cours du temps.
profilent… C’est-à-dire tout le monde industriel !
billet de banque ne reste bloqué dans son
automate, ou une feuille dans son imprimante
ou son photocopieur. De même, le filigrane
d'un timbre obéit à des contraintes très
strictes. Quelques microns d'encre en trop
sur quelques milliards de timbres poste peuvent
représenter un gaspillage de plusieurs
centaines de milliers d'euros par an !
L'électronique est aussi une grande consommatrice
de mesures des micro-surfaces. Le
front-end l'utilise notamment pour contrôler
les gravures réalisées sur le silicium. Le
back-end est intéressé pour contrôler les
boîtiers, les connecteurs (coplanéité), les
soudures (BGA), l'épaisseur des pistes des
circuits imprimés.
Enfin, dans la plasturgie, l'aspect d'un téléphone,
d'un tableau de bord, d'un boîtier
d'écran d'ordinateur, dépend largement du
grainage qui est appliqué au moule utilisé
pour fabriquer la pièce par injection. Au
bout d'un certain nombre de cycles d'injection,
l'usure du moule impose son remplacement
ou une rénovation de sa texture.
Deux familles de profilomètres
à l'échelle "micro"
Il existe deux grandes familles de profilomètres
très complémentaires, les appareils
à "scanning" ou balayage, à capteur monopoint,
et les appareils "matriciels".
Les premiers utilisent un capteur qui mesure
le relief z en un seul point à la fois. Le profil
(2D) ou la surface (3D) sont obtenus par
balayage de la zone selon les axes horizontaux
X et Y. Cette famille comporte notamment
les rugosimètres 2D classiques à pointe
diamant (Mahr, Ametek-Taylor-Hobson,
Hommel-Etamic, Mitutoyo, Zeiss…). Elle
comporte également les appareils de topo-
n a n O M É T R O L O G I E
La Transformée de Karhunen-Loève (TKL)
La TKL a pour but d'extraire l'information
pertinente contenue dans une séquence
d'images (topographie, scène de thermographie
IR, scintigraphie…) variant au
cours du temps. L’outil est connu depuis
longtemps, mais il est nouveau pour l'analyse
topographique. Le principe consiste
à considérer chaque pixel d'une série de
N images changeant au cours du temps
comme un point de l'hyper-espace à N
dimensions, et donc toute la série d'images
comme un nuage de points dont on
recherche alors les directions principales.
Un changement de repère en faveur de
ces directions principales permet de compresser
énormément l'information, et
d’avoir un accès direct (sans contraintes
imposées) à l'information utile contenue
dans la scène. Les zones de la surface (ou
de la scène) qui se comportent différemment
sont identifiées automatiquement.
Les trois images du haut montrent un dépôt progressif de calamine moteur au cours du temps.
Celle de du bas permet d'identifier automatiquement les zones de la surface où la contamination
a progressé par rapport à celles qui n’ont pas évolué. Source : Digital Surf
graphie à scanning sans contact (nanoJura,
Taylor-Hobson, Altimet,…), dont la plupart
sont basés sur la technologie du capteur
confocal à codage chromatique.
Dans les appareils matriciels, on mesure au
contraire une image en une seule opération
au moyen d'une caméra CCD. Cette image ne
donne pas directement le relief mais en général
seulement des courbes de niveaux. On
doit alors balayer selon l'axe Z pour reconstituer
le relief à partir de ces courbes de
niveaux. Cette famille comporte notamment
les profilomètres basés sur l'interférométrie
en lumière blanche (Zygo, Veeco, Fogale
Nanotech), et ceux basés sur le principe du
microscope confocal (NanoFocus, Sensofar).
La profilométrie 2D traditionnelle
est encore très présente.
La profilométrie 2D est le sujet de nombreuses
normes nationales et internationales.
Ainsi l'ISO 12085 et l'ISO 13565 définissent
des paramètres qui sont utilisés pour la
caractérisation fonctionnelle des surfaces
mécaniques, notamment pour l'industrie
automobile.
suite page 5
Micronora inforMations - juillet 2008

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2D
3D contact
3D non-contact
SPM
4D
Les logiciels basés sur la technologie
Mountains sont compatibles
avec les rugosimètres 2D portables,
les profilomètres 3D avec ou sans contact,
et les microscopes SPM.
Ils permettent également l'analyse en 4D
de séries temporelles de mesures 3D.
Source : Digital Surf
Des progrès plus récents ont été réalisés avec
l'introduction de nouveaux types de filtrage,
notamment pour séparer la rugosité de l'ondulation.
Toutefois, la profilométrie 2D, qui ne
voit qu'une seule coupe verticale du relief de
la surface à la fois, n'est réellement pertinente
que pour les surfaces "isotropes"… qui ne
sont pas légion dans l'industrie !
Les surfaces anisotropes requièrent généralement
le passage à la profilométrie 3D,
qui fournit par ailleurs des renseignements
beaucoup plus riches sur les propriétés
fonctionnelles prévisionnelles de la surface.
La nouvelle norme 25178 qui vient de sortir,
spécifie des paramètres 3D, mais aussi des
procédures de contrôle par des procédés
sans contact : on a ainsi normalisé en même
temps le sans contact et le 3 D.
Le 3D puis le 4D …
comme un 3D qui bouge !
Pour Christophe Mignot, l'analyse 3D des
surfaces a atteint sa maturité en 2007, avec
l'arrivée de cette norme internationale ISO
25178 tant attendue. "Les nouveaux paramètres
d'analyse qui y sont définis permettent la caractérisation
de la géométrie du relief (amplitude,
pente, directionnalité…) mais aussi la prévision
du comportement de la surface. En particulier
la prévision du rodage, de la lubrification pour
les surfaces fonctionnelles des moteurs est une
application importante déjà connue en 2D mais
dont la méthode a été remise à jour et considérablement
améliorée en 3D dans la norme ISO
25178. Aujourd'hui, le passage de l'industrie du
2D au 3D s'accompagne le plus souvent par
le passage des capteurs à contact (diamant) au
capteur sans contact (optique)".
Le 4D ouvre de nouveaux horizons, car il
permet au delà des possibilités du 3D d'étudier
l'évolution d'une surface. L'altitude z est
fonction de la position x,y mais aussi d'une
quatrième dimension t, qui est le plus souvent
le temps, mais qui peut tout aussi bien être la
température, la pression, le champ magnéti-
n a n O M É T R O L O G I E
que, ou toute contrainte physique à laquelle
on désire soumettre un objet ou une surface
pour étudier sa réaction. "Les outils de visualisation
3D permettaient déjà de se promener
virtuellement au-dessus d'une nano-surface en
3 dimensions avec une visualisation 3D temps
réel de type simulateur de vol. Le 4D est encore
plus spectaculaire ! On peut toujours survoler la
surface en 3D, mais en plus, elle change pendant
le survol…" Mountains version 5 fournit, audelà
de l'aspect ludique et spectaculaire de la
visualisation 4D, de vrais outils pour la manipulation
et la quantification des séries 4D de
surfaces z = f(t,x,y)
"Pour arriver au 4D, nous avons commencé par
inclure dans notre logiciel une manipulation ergonomique
des données 4D. Pour étudier l'usure
d'une surface, au lieu d’avoir N images de topographie
non reliée entre elles, on les associe toutes
dans une seule séquence 3D animée. Mais à côté
des outils de manipulation et de visualisation, nous
avons ajouté dans la version 5 de Mountains de
vrais outils de calcul et d'analyse, comme la transformée
de Karhunen-Loève (TKL)".
Des applications potentielles
du 4D dans tous les secteurs
industriels
Mesurer pour voir et comprendre, disionsnous…
Parmi les applications envisageables,
on trouve le suivi de l'altération des surfaces
: corrosion, dépolymérisation aux UV des
époxys en surface d'un matériau composite,
perte de charge de traitement de surface
(galvanisation, peinture, vernis…), usure d'une
trame de fibres, dissolution ou éraflure d'une
couche à effet barrière… ou au contraire les
surfaces qui s'améliorent grâce à une "intelligence
locale" : nano-structures auto-assemblantes,
surfaces auto-cicatrisantes.
On peut citer aussi la mesure de la réponse
en déformation à une sollicitation, qu'elle soit
thermique (alliages à mémoire de forme),
en pression (réponse d'un capteur de pression,
d'une membrane…) ou mécanique
(étude dynamique d'un micro-système ou
d'un MEMS en fonctionnement).
La solution TDM de la société française
Insidix, premier vrai système de mesure 4D
natif, permet par exemple de bâtir un protocole
d’étude d’un boîtier électronique qui
se déforme en fonction de la température.
suite page 7
Micronora inforMations - juillet 2008

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n a n O M É T R O L O G I E
La TDM d’Insidix mesure les topographies et les déformations des systèmes électroniques
Représentation de la topographie d'un composant à différentes températures. Si au départ il est quasi-plan,
il prend avec le temps une forme convexe (bosse) à 245°C. En comparant l'état initial et l'état final,
on note que le composant présente un hysteresis. Source : Insidix
En tant que spécialiste des techniques non
destructive haute résolution, Insidix utilise
plusieurs techniques : la radiographie X
2D/3D (résolution au micron), la microscopie
acoustique (pouvoir séparateur de
quelques microns), la micro fluorescence
X (caractérisation de couches de quelques
nanomètres), la thermographie infra-rouge
haute résolution et la mesure de topographie
et déformation sous sollicitation thermomécanique
(TDM). La société iséroise
(basée à Seyssins) propose deux types
d’offres : d’une part des prestations de service
et études sur pièces client, d’autre part
la vente de machines adaptées aux besoins
des secteurs industriels où la défaillance
présente un risque de sécurité pour les
personnes ou des risques financiers significatifs
(micro-électronique, automobile,
électronique aéronautique et spatiale…).
La machine TDM (Topography and
Deformation Measurement) mise au point
et brevetée par Insidix, permet de chauffer
une pièce et de suivre les déformations
pendant la montée et la descente en température
(en standard de – 40°C à 260°C)
Vue en 3D d'un BGA après assemblage.
Source: Insidix
grâce à une caméra. Dans l’électronique, les
circuits imprimés PCB et les boîtiers BGA
sont la plupart du temps constitués d’un
ensemble de plusieurs matériaux assemblés
et d'inter-connexions. Lors de la montée en
température nécessaire à l’assemblage, les
différences de coefficient de dilatation vont
générer des déformations qui peuvent être
dommageables pour les matériaux et interfaces
du produit.
La démarche TDM intéresse les domaines
de l’électronique automobile, l’électronique
embarqué qu’il s’agisse de l’aéronautique,
des satellites ou des forages pétroliers ou
toutes autres industries où il y a assemblage
par brasage, collage, dépôt, bridage mécanique,
composants sous pression, batterie,
optiques subissant des cycles thermiques.
La machine TDM de mesure de topographie
et déformation sous sollicitation thermomécanique.
Source: Insidix
TDM innove sur le mode
topographie + déformation
"Les industriels nous contactent lorsque
leurs produits subissent des contraintes
thermiques (normales ou accidentelles)
et qu’ils sont détériorés ". Jean-Claude
Lecomte, directeur d’Insidix, poursuit
en notant que lorsque les clients
envoient un échantillon, ils veulent
comprendre pourquoi la pièce est
défaillante. "Nous savons solliciter la
pièce thermiquement et mécaniquement
et regarder les conséquences de ce
stress sur les variations de la topographie
en z et en xy. Avec cette machine
TDM brevetée, l’élément qui nous distingue
du marché tient au fait que là
où tout le monde parle de topographie,
Insidix innove en parlant de "topographie
+ déformation". Cela signifie
qu’avec cet outil, nous sommes capable
de créer une sollicitation (thermique,
électrique, mécanique) et simultanément,
nous savons mesurer à chaque
instant la variation des topographies des
pièces assemblées les unes par rapport
aux autres et individuellement, avec des
résolutions de l’ordre de quelques µm
(incluant une corrélation temps-sollicitation),
soit les déformations en z et en
xy. Au final, le client reçoit les images
dynamiques des déformations, l’interprétation
de ses images et les amplitudes ".
Lorsque la demande vient en amont,
au moment de la conception, Jean-
Claude Lecomte parle d’approche
globale prédictive de la défaillance.
Insidix peut coupler les techniques
non destructives : TDM, infra-rouge,
microscopie acoustique et radiographie
X pour un diagnostic plus précis
et plus complet des conséquences de
la déformation sur l’intégralité de la
pièce assemblée.
■
Jean-Yves Catherin
Micronora inforMations - juillet 2008

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n a n O M É T R O L O G I E
nanoJura lance la commercialisation
de ses profilomètres d'ultra-haute précision
Le Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE) et nanoJura,
fabricant de profilomètres d'état de surface, annoncent un accord de fabrication
et de commercialisation de profilomètres d'ultra-haute précision.
Principe
et architecture
du profilomètre
d'ultra-haute
précision du LNE.
Source : nanoJura
Les profilomètres d'ultra-haute précision
de nanoJura ont une précision de mesure
d'état de surface supérieure d'un facteur
de 10 à 100 à celle des profilomètres classiques.
Pour étalonner des étalons de rugosité
ISO 5436-1, le LNE vient d’ailleurs de
s’équiper d'un tel profilomètre qui permet
d'atteindre une incertitude de 16 nm sur
des Ra (moyenne arithmétique des écarts à
la moyenne du profil étudié) de 1 µm.
Une chaîne métrologique fermée
qui réduit les incertitudes
Les composants de base du profilomètre
comprennent une table de déplacement de
l'échantillon munie d'un plan de verre en
Zerodur. Un interféromètre laser mesure
le déplacement de cette table dans la direction
X (et Y). Le profil est relevé au moyen
d'un capteur inductif à contact. Un interféromètre
laser mesure le déplacement relatif
en Z entre le bras support du capteur
et la table en mouvement. La mesure de
ce déplacement relatif implique que les
erreurs répétables (liées à la mécanique
du profilomètre) et les erreurs non-répé-
tables (liées aux perturbations mécaniques
aléatoires telles que les vibrations) peuvent
être corrigées en temps réel en utilisant la
technologie brevetée Digital Surf.
L'intégration des capteurs additionnels, qui
fournissent l'information sur la position
du capteur de mesure par rapport à
l'objet mesuré, forme une chaîne métrologique
fermée et réduit les incertitudes.
L'architecture permet également l'étalonnage
in situ du capteur en prenant pour
Profilomètre d'ultra-haute précision utilisé par le LNE pour
la calibration des étalons de rugosité. Source : nanoJura
référence l'interféromètre laser, tout en
respectant le principe d'Abbe. Cette particularité,
qui n'est pas disponible sur un
profilomètre conventionnel, fournit une
traçabilité directe vis-à-vis de l'unité de
longueur et évite l'utilisation des étalons de
hauteur ou des cales étalons qui requièrent
un étalonnage additionnel, et qui ne sont
pas d'une utilisation simple de par leur géométrie
imparfaite. C'est pour cette raison
que cette conception est tout spécialement
adaptée à l'usage des instituts nationaux de
métrologie.
Mesure de rectitudes,
d'ondulation ou de petits motifs
nanoJura est fabricant de profilomètres 2D
et 3D d'ultra-haute précision sur la base des
technologies Volcanyon de Digital Surf. Les
profilomètres sont disponibles avec les deux
technologies de capteurs à contact (inductif)
ou optiques (confocal chromatique). L'analyse
des données (2D ou 3D) est réalisée par
l'intermédiaire du logiciel MoutainsMap. Les
profilomètres d'ultra-haute précision peuvent
être utilisés pour toute application qui
exige l'ultra-haute précision, par exemple
pour la mesure de rectitudes, d'ondulation
ou de petits motifs sur de plus larges
surfaces, tels des cratères sur des surfaces
(allant jusqu'à 100 mm de côté) et qui ne
peuvent être mesurés avec des profilomètres
conventionnels sans incertitude significative.
“Nous sommes heureux d'ajouter ces
profilomètres basés sur le savoir-faire du LNE
à notre gamme de produits” explique Anne
Calvez, gérante de nanoJura. “Ceci implique
que nanoJura est en mesure dès à présent de
fournir des profilomètres de surface d'ultra-haute
précision de manière exclusive à des clients dans
le monde entier.”. ■
Jean-Yves Catherin
Micronora inforMations - juillet 2008

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M É T R O L O G I E / T E M p S - f R É q u E n c E
Le Laboratoire Temps Fréquence
de Besançon parmi les meilleurs au monde
Le laboratoire commun LNE - FEMTO-ST fait désormais partie du Laboratoire Temps Fréquence
de Besançon (LTFB). En plus de ses travaux de recherche, son activité porte sur la conception
et la caractérisation d'oscillateurs de haute stabilité OUS (Oscillateurs Ultra Stables).
Système de mesure de bruit de phase.
Source : LTFB / FEMTO-ST
Le 1 er mars 2008, les laboratoires accrédités
de l'Observatoire de Besançon et
de FEMTO-ST ont fusionné au sein d'une
nouvelle structure, le Laboratoire Temps
Fréquence de Besançon (LTFB). Le LTFB
est donc dorénavant partenaire du LNE
(Laboratoire National de métrologie et
d'Essai) et comprend les deux laboratoires
accrédités par le COFRAC, auxquels
sont adjointes des activités de recherche
directement liées aux activités d'étalonnage.
Le LTFB compte une douzaine de
personnels permanents. Du 22 au 25 avril
2008, il a tenu un stand commun avec
FEMTO-ST au congrès Temps-Fréquence
Toulouse Space Show'08.
Qu’est-ce que le Temps-Fréquence ? Quand
on aura précisé que l’essentiel des clients
du LTFB est constitué par le CNES pour
les satellites et la DGA et Thales pour les
radars, on aura compris que le créneau est
étroit. D’ailleurs, Patrice Salzenstein, direc-
Instrumentation pour la mesure de stabilité court terme de fréquence. Source : LTFB / FEMTO-ST
teur adjoint du LTFB, compte ses homologues
sur seulement quelques mains.
Deux accréditations
COFRAC
Le LTFB est accrédité par le COFRAC
pour réaliser des étalonnages de dispositifs
temps-fréquence, fournissant un signal dans
une bande allant de 1 MHz à 18 GHz. Il
l’est également pour caractériser la stabilité
à court terme des signaux de fréquence
de 1 MHz à 1 GHz pour des temps d’intégration
de 0,2 s à 100 s. Ces étalonnages
permettent de caractériser les signaux, soit
dans le domaine temporel par la mesure
de l'instabilité de fréquence en fonction du
temps de mesure (tau) et la détermination
de la variance d'Allan (10 -3 s < tau

Multiplicateur
de fréquence et détail
de l'une des cartes
spécialement développée.
Source : LTFB / FEMTO-ST
Mesure du bruit de phase,
exactitude et stabilité
de la fréquence
Pour comprendre comment fonctionne
un oscilloscope, Patrice Salzenstein, prend
l’exemple d’un pendule comtois qui a une
fréquence d’oscillation propre, mais qui
perd de la puissance dans le temps à cause
de frottements divers. Pour le maintenir,
il faut lui communiquer de l’énergie. Un
oscillateur comprend donc un résonateur,
un amplificateur (qui compense les pertes),
un déphaseur et un coupleur directionnel
qui extrait une partie du signal hors de la
boucle d’amplification. Le résonateur est un
filtre passe bande, caractérisé par un coefficient
de qualité Q : s’il est bon, on aura
peu de bruit et une bonne stabilité. Pour
les résonateurs produits chez Oscilloquartz
(Neufchatel) à 5 MHz, à l’état de l’art international,
Q = 1,8 10 6 avec des fréquences
de coupure de l’ordre de 2 Hz et une
variance d’Allan avoisinant les 5. 10 –14 .
Banc d'étalonnage primaire du bruit de phase. Source : LTFB / FEMTO-ST
M É T R O L O G I E / T E M p S - f R É q u E n c E
Comme cela vient d’être dit, les oscillateurs
sont sujets à des variations qu’il est
important de repérer. "Le but de FEMTO-ST
est de caractériser l’exactitude et la stabilité
de la fréquence ainsi que le bruit de phase
du signal de l’oscillateur. Tout ce qui concerne
la puissance est pris en charge par le LNE de
Trappes".
Mesurer le bruit
de phase
Pour caractériser le bruit de phase, le LTFB
possède des bancs de mesure pour les
oscillateurs et synthétiseurs de fréquence.
La méthode la plus utilisée consiste à
utiliser l’oscillateur d’un client (couplé
avec un des oscillateurs du LTFB) ou deux
oscillateurs identiques et on étalonne la
paire d’oscillateurs en bruit de phase. Car
la mesure exige toujours deux oscillateurs
et s’il n’y en a qu’un, on le mesure par
rapport à une référence.
Comparaison internationale
de bruit de phase
Grâce au soutien du LNE, une comparaison
internationale en bruit de phase a été
lancée a l’initiative de FEMTO-ST en octobre
2005. Une collaboration a été mise
en place entre le département Temps-
Fréquence de l'Académie des Sciences
tchèque, impliquant également la société
Oscilloquartz, financée par le LNE en 2007
et en 2008. Prague a été choisi à cause
des conditions exceptionnelles de mesure
car le laboratoire a été construit pour le
Temps-Fréquence dans des blockhaus à
20 m sous terre (laboratoire sans vibration
et faradisé). Cette comparaison a réuni 10
entités : Oscilloquartz (Suisse), Timetech
(Allemagne), IPE (département TF de
Prague), des laboratoires français (CNES,
LAAS, Observatoire de Paris) et des industriels
dont AR Electronique. "Nous avons
utilisé des bancs à double mélangeur avec
3 oscillateurs à l’état de l’art, sans oscillateur
référent. En permutant les oscillateurs, on
obtient trois courbes et grâce à un traitement
mathématique, on arrive à déterminer le bruit
de chaque oscillateur. En termes de résultat,
nous étions inférieur à 5.10 –14 de 1 s à 100 s
et ce résultat est de l’ordre du jamais vu".
Le client veut savoir l’allure de la courbe
de bruit de phase de son oscillateur. "Dans
ce domaine, il y a pas d’étalon national, c’est la
méthode elle-même qui est étalon national, et
en bruit de phase, nous sommes la référence
nationale en France. Nous ne raccordons pas
les utilisateurs finaux mais ceux qui font des
étalonnages et qui viennent avec leurs références
(étalons secondaires)".
Le résultat donné aux clients est matérialisé
par une courbe donnant le bruit SΦ en
fonction de la fréquence de Fourier à une
fréquence, associée à une incertitude.
Mesurer la stabilité
de la fréquence
La stabilité est donnée par la mesure de
la variance d’Allan. Le client veut savoir de
combien son oscillateur bouge toutes les 0,1
seconde (ou plus) sachant que le LTFB est
accrédité de 0,1 à 100 secondes. suite page 15
Micronora inforMations - juillet 2008

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Premier laboratoire au monde
pour mesurer les résonateurs
Seuls deux laboratoires dans le monde
sont capables de mesurer un résonateur
non monté en oscillateur,
Femtoseconde (EU) et FEMTO-ST qui
obtient de meilleurs résultats. Pour
effectuer cette mesure, on utilise deux
résonateurs identiques (ou proches),
car pour en mesurer un, il faut mesurer
le bruit des deux résonateurs en
même temps. Pour cela, on utilise une
source de fréquence (par exemple un
synthétiseur). Une partie du signal en
quadrature (90°) sert de pompe vers
un mélangeur, l’autre partie est envoyée
sur les deux résonateurs, dont l’un
est déphasé de 180° par rapport à
l’autre. A la sortie des résonateurs, le
déphasage va superposer et annuler
les porteuses et il ne subsistera qu’un
signal faible constitué seulement par
le bruit qui sera fortement amplifié de
40 db avant de rencontrer la source (en
quadrature). On obtient une courbe qui
donne des informations sur la stabilité
du signal ainsi que l’écart à la porteuse.
"La difficulté, c’est que le Temps-fréquence est
un domaine assez particulier : l’état de l’art est
tel que les oscillateurs à 5 MHz sont stables à
5.10 -14 . Il y a peu de domaines où le rapport
d’aspect entre ce qu’on mesure (variation de
la fréquence) et la valeur qu’on récupère (sa
porteuse) est si grand et où l’on a de telles
résolutions : 5 MHz stable à 5.10 -14 , cela signifie
que c’est le digit du µHz qui peut bouger.
Or, un compteur commercial de fréquence a
seulement 9 digits". Lors de la mesure, le
compteur indiquera toujours 5 MHz, et il
Le LTFB a tenu un stand commun avec FEMTO-ST
au congrès Temps-Fréquence Toulouse Space Show'08.
Source : LTFB / FEMTO-ST
M É T R O L O G I E / T E M p S - f R É q u E n c E
Oscillateurs BVA Oscilloquartz à l’état de l’art 5 MHz. Source : LTFB / FEMTO-ST
faudra utiliser une astuce pour compenser
ce manque de résolution, astuce qui va
consister à transformer le signal en faisant
sauter le dernier digit de quelques cases
(pour le faire remonter de 10 5 ) de façon
à pouvoir le mesurer au compteur. "Pour
cela, nous utilisons un oscillateur de référence
asservi sur un césium et l’oscillateur à mesurer.
Les deux signaux sont envoyés sur un multiplicateur
d’écart (multiplié par 10 5 ) et nous
programmons le compteur avec un temps
d’intégration (entre 0,1 s et 100 s). Ensuite,
un traitement des données tient compte des
10 5 du multiplicateur d’écart et donne une
variance. Pour chaque point, nous avons choisi
512 fréquences et nous traçons une courbe.
C’est cette courbe donnée sur le certificat
d’étalonnage Cofrac qui indique au client la
stabilité court terme de fréquence associée à
des incertitudes".
Des oscillateurs
opto-électroniques pour
les très hautes fréquences
A Toulouse, le LTFB vient de présenter ses
travaux sur des oscillateurs opto-électronique.
"Les spectres de fréquence couverts
communément vont de 5 à 100 MHz et nous
travaillons pour le CNES et la Défense dans
les hyper-fréquences à 10, 12 et 17 GHz.
Mais la communauté internationale travaille
sur des fréquences encore plus élevées pour
lesquelles les oscillateurs opto-électroniques
sont une des réponses possibles". Dans ce
type d’oscillateur, le résonateur n’est plus
un quartz mais une bobine de fibre ou un
mini-résonateur optique. Le système comporte
un laser, un modulateur, un résonateur,
une photo-diode et un amplificateur
dans sa partie optique et une partie en
hyper-fréquence.
La porteuse optique est dans le domaine
du TeraHertz et la modulation possède un
filtre qui dicte la fréquence globale de l’oscillateur.
"Au niveau du banc de mesure, nous
sommes à l’état de l’art, comparable au Jet
Propulsion Laboratory de Pasadena (Nasa) et
au niveau oscillateur opto-électronique, nous
sommes juste derrière, dans les trois premiers
laboratoires mondiaux".
Plus globalement, les activités de recherche
portent sur le développement d’une
méthode d’étalonnage absolu pour la
mesure du bruit de phase, la fabrication
d'un amplificateur de distribution et d'un
prémultiplicateur d'écart de fréquence et
la mise en oeuvre d'un système de régulation
thermique de haute sensibilité pour
la réalisation d'oscillateurs cryogéniques
ultrastables. Elle porte également sur l’évaluation
et l’amélioration des planchers de
mesures et des limites de la confiance dans
la détermination de la variance d'Allan lors
de l'asservissement d'un oscillateur sur un
autre. ■
Yann Clavel
Micronora inforMations - juillet 2008

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p R O T O T y p a G E R a p I D E
L'AEPR 2008 met l'innovation
et la fabrication directe à l'honneur !
Les Assises Européennes de Prototypage & Fabrication Rapide de l'AFPR ont mis l'accent
sur l'innovation, la réduction des délais de mise sur le marché et la fabrication rapide,
à la fois pour la fabrication directe métallique et céramique et pour la filière plastique.
Les 12 es Assises Européennes du Prototypage
& Fabrication Rapide (AEPR) se sont tenus
les 4, 5 et 6 mars 2008 à l'Ecole Centrale de
Paris sur le thème "La fabrication additive
au service de l'innovation". La première
journée consacrée à la fabrication additive
comme outil d'innovation a fait le point sur
l'état de l'art dans le domaine des techniques
de fabrication additive. La seconde
journée sur la fabrication directe métal
et céramique a recensé les techniques de
fabrication additive permettant désormais
de fabriquer directement des pièces métalliques
denses ou des outillages. La troisième
journée sur la fabrication directe plastique,
a porté sur l’inventaire des machines et
matériaux, des études de cas avec des
témoignages industriels et le retour d'expériences
des sous-traitants spécialisés.
Le réflexe fabrication directe
dès la conception !
Au cours de ces journées AEPR 2008,
trois Trophées (décrits ci-dessous) sont
venus récompenser la meilleure pièce,
la meilleure étude, la meilleure application
de fabrication directe, ainsi qu’un
Prix spécial du jury. Mais au-delà des
pièces et des présentations techniques,
comment évolue le monde de la
fabrication rapide ? Sylvestre Nunes,
secrétaire AFPR, note que "la fabrication
additive n’est plus perçue seulement
comme la possibilité de concevoir un
produit et de se demander ensuite si cette
technique ne serait pas une solution de
production. Nous ne sommes plus du tout
dans la fabrication exclusive de prototypes,
mais dans les petites séries. Des industriels
qui avaient besoin de créer et de maintenir
des outillages pour des séries de 200
pièces contactent des sociétés de service et
constatent la qualité des pièces obtenues
en fabrication additive qui les dispense
ainsi de créer des outillages (gain de temps
et d’argent). Nous constatons également
des évolutions dans la fréquentation de
nos salons : avant, nous avions un public
orienté prototypage rapide, responsable
de prototypes, alors qu’aujourd’hui, nous
voyons venir des responsables de bureau
d’étude et des gens de la production.
Trophée de la meilleure pièce :
la fabrication de cette queue de carpe
a permis de produire 30 exemplaires
en 10 jours contre 4 mois avec l’ancien procédé.
Source : Dassault Aviation et BV Proto.
Les grandes entreprises envoient souvent
des binômes avec les deux profils".
Sur un plan plus technique, Sylvestre
Nunes note la présence de la société
Objet qui commercialise une machine
d’impression 3D bi-matériaux. Cette
machine et cette technologie attendue
permettent de travailler avec deux résines
et d’avoir en sortie un matériau plus
ou moins rigide. Dans le même process
de fabrication, on peut ainsi obtenir une
pièce qui soit rigide dans une partie et
souple dans une autre.
Meilleure pièce :
la "queue de carpe" en bronze
de BV Proto
Dassault Aviation a confié à BV Proto,
l’étude de faisabilité par fabrication additive
d’une buse de désembuage pour le
poste pilote du Rafale biplace, appelée
"queue de carpe". Fabriquée à 30 exemplaires
par an, cette pièce était jusqu’alors
réalisée en deux parties (Kevlar
et aluminium), collées et protégées par
oxydation anodique chromique puis
peintes.
BV Proto a choisi de fabriquer la pièce
en alliage bronze, en couches de 20 µm,
sur sa machine de fusion laser sélective
de poudres métalliques EOSINT M270.
suite page 19
Micronora inforMations - juillet 2008

MICRON
D’OR

Meilleure étude : l’Université de Technologie
d’Auckland a démontré à son client Spengler
qu’il est possible de réduire le temps de mise
sur le marché de ses appareils en fabricant
l’enveloppe du produit par procédé additif.
Source : Auckland University of Technologie et Spengler.
Le choix du positionnement de la
pièce pour optimiser les supports de
construction par couches successives
et le nombre de pièces réalisées par
fabrication, ainsi que la réalisation de
supports en nid d’abeille pour assurer
un bon maintien de la pièce pendant
sa fabrication, ont été la clé de la
réussite de cette fabrication. Résultat :
fabrication de 30 exemplaires en 10
jours contre 4 mois avec le procédé
précédent, pour un coût réduit par
deux et avec une meilleure précision
dimensionnelle.
Meilleure étude : un appareil
pour le Laboratoire
Cardiovasculaire Spengler
L'utilisation d’une véritable ingénierie
simultanée et du prototypage rapide en
Meilleure application de fabrication directe
par Dassault Aviation en collaboration avec AGTX
pour cette tubulure du F7X.
Source : Dassault Aviation et AGTX Rapid Prototyping.
vue du design (RPaD), combinée avec
la capacité d’intégrer effectivement les
technologies de prototypage rapides
augmente le potentiel de conception de
nouveaux produits de technologie de
pointe. Le Laboratoire Cardiovasculaire
Spengler présentait un projet complexe
sur le plan technologique impliquant
de l’électronique, de la physique, de
la mécanique, du prototypage et du
logiciel. La conception a été faite par
l’Auckland University of Technology
pour Spengler, par une équipe "collaborative"
travaillant simultanément dans
trois pays. Le produit a été développé
jusqu’au stade de la production en
moins de cinq mois par l'utilisation
intégrée du RpaD et de l'ingénierie
simultanée. Le process a tenu compte
d'une approche de design réitérative
rapide et d'un cycle de développement
de produit court.
Meilleure application :
qualification d'un procédé
pour l'aviation par AGTX
"Sur certaines pièces réalisées en composite
faisant appel à un outillage, un drapage, un
cycle d’étuvage et de finition, pourquoi ne
serait-il pas possible d’obtenir ces pièces en
fabrication directe ?" Cette question posée
il y a quatre chez AGTX, s’est traduite par
des premiers essais sur des protecteurs
puis sur des tubulures, en poudre ignifugée,
et ont permis de démontrer la validité du
process. Après une année de tests et de
développement en collaboration avec les
sociétés Dassault Aviation et EOS, AGTX
vient d’obtenir la qualification du procédé
p R O T O T y p a G E R a p I D E
Remise du trophée de la meilleure application
de fabrication directe. Source : AFPR
de fabrication directe pour l’aviation civile
et militaire. A partir des définitions numériques
Catia fournies par Dassault Aviation,
AGTX fabrique des séries de pièces. On
passe ici de la fabrication de prototypes à
la production de séries de pièces bonnes
matières. Ceci a nécessité une démarche
qualité et traçabilité de la part d’AGTX ,
c’est-à-dire le passage de prototypiste à
celui de sous-traitant en production.
Prix spécial du jury
pour le CLAD d’Irepa Laser
Le micro-rechargement laser est un
procédé de traitement de surface obtenu
par projection laser de poudres métalliques
qui permet l’élaboration de dépôts
denses et de petites dimensions. Une
buse de micro-rechargement coaxiale a
été développée par l’Irepa Laser afin de
réaliser des parois fines (500-600 µm)
ou plus épaisses (1500 µm) de manière
omnidirectionnelle, à faible puissance
(100 W) à l’aide d’un laser à fibre. A
partir de résultats d’essais et d’outils
de simulation numérique, le procédé a
été optimisé et permet aujourd’hui la
construction de petites pièces mécaniques
avec un rendement de déposition
atteignant 55%. Parallèlement à ces
développements, des travaux mettant
en œuvre une buse basée sur le même
principe, mais adaptée à la forte puissance
a permis de valider la faisabilité
du procédé pour la réalisation de pièces
de plus grandes dimensions, notamment
d’un point de vue technico-économique.
■
Stéphane Hardy
Micronora inforMations - juillet 2008

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L ’ I M A G I N A T I O N
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notre
documentation

Les micro-pointes optiques de LovaLite
explorent la matière
Les pointes de Lovalite produites à l'extrémité d'une fibre optique offrent des capacités de transmission
inégalées et donnent accès à une manipulation de la lumière de haute efficacité à l'échelle nanoscopique.
En septembre 2005, Lovalite remportait un
Photon de bronze sur le salon Opto pour
sa micro-pointe montée sur fibre microstructurée
Perfos. Créée dans l'Aube en
2004, cette start-up de 4 personnes issue
d'un transfert de technologie de l'Université
de Technologie de Troyes, s'est implantée
en Franche-Comté, dans la Maison des
Microtechniques. Et en 2007, elle a été
choisie pour participer avec une équipe de
FEMTO-ST à un programme sur les nano
antennes, financé par l’ANR. Ce programme
de trois ans a commencé en 2008 et vise à
mettre au point de nouveaux composants
pour analyser la lumière à l'échelle nanométrique,
encore plus performants que ceux
réalisés aujourd'hui.
Un signal très propre
pour la caractérisation de surfaces
La technologie exploitée par Lovalite permet
de fabriquer des micro-pointes à l’extrémité
d’une fibre optique grâce à une solution
polymère photosensible. Une goutte de ce
composé est déposée en bout d’une fibre
optique et un faisceau laser guidé par la fibre
va polymériser cette goutte en une pointe
de 3 µm de diamètre. Ces micro-pointes
Brahim Dahmani et un collaborateur devant
une installation expérimentale.
Source: Lovalite
sont surtout utilisées pour la microscopie
optique en champ proche grâce à leurs
caractéristiques uniques en termes de fiabilité,
de symétrie et de transmission de
lumière. Elles sont en effet caractérisées
par une très haute transmission optique
(> 80%) et une parfaite symétrie (Pertes
Dépendantes de la Polarisation < 0,1 dB).
Elles supportent une puissance maximum
de 50 mW et ont une ouverture numérique
disponible de 0.5 et 0.8. LovaLite propose
une gamme de pointes sur différentes fibres
dont le rayon de courbure à l’extrémité est
de l’ordre de 200 nm. Pour la microscopie
champ proche, ces pointes sont généralement
métallisées (dépôt d’aluminium ou
d’or) et percées à l’extrémité d’une ouverture
de 50 nm. D’autres pointes dont le
rayon de courbure peut être de 1 µm, 2µm
et 30µm sont montées sur fibre SMF28e et
utilisées pour les applications de couplage en
télécommunication optique.
Des applications multiples
en microscopie et micro optique
Brahim Dahmani, directeur-fondateur de
la société, explique que les produits développés
à l’aide de la technologie Lovalite
donnent accès à une manipulation de
la lumière de haute efficacité à l’échelle
M I c R O S c O p I E O p T I q u E
La technologie
de Lovalite donne
accès à une
manipulation
de la lumière de haute
efficacité à l’échelle
microscopique.
Source: Lovalite
microscopique. “Nos produits sont destinés
au marché de la microscopie champ proche
pour la recherche biomédicale et l’industrie
ainsi qu’au marché des interconnections optiques
pour les télécommunications dans les
composants complexes à forte intégration.
Ils sont utilisés dans la spectroscopie à haute
résolution spatiale et le couplage dans des
composants d’optique intégrée ". La technologie
Lovalite est également la seule
utilisable sur les fibres complexes (holey
fibre, photonic crystal fibre…).
"Nos clients nous reconnaissent trois expertises.
D’abord la fabrication et la vente de
micro-pointes (consommable) et de microcomposants
de couplage sous forme de
coffret. Ensuite, la vente de logiciels de modélisation
pour des systèmes optiques et micro
optiques. Enfin, des prestations de conseil et
de R&D dans des co-études de développement.
Lovalite distribue également des instruments
de microscopie (Microscopie Optique
de Champ Proche à Balayage) utilisant ces
micro-pointes comme consommables ainsi
que des produits logiciels permettant de
comprendre le comportement de la lumière
à cette échelle".
Le développement de Lovalite est surtout
international et son réseau de distribution
initialement tourné vers l'Asie s'est
maintenant étendu en Italie, en Grande
Bretagne et aux États-Unis. ■
Micronora inforMations - juillet 2008

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La rupture du verre vue
à l’échelle du nanomètre
M I c R O S c O p I E c h a M p p R O c h E
Comprendre les mécanismes de rupture des matériaux, c’est avoir accès à leur structure intime.
Pour étudier la propagation d’une fissure dans le verre, le CEA crée un dispositif expérimental
permettant de suivre cette propagation à l’aide d’un microscope à force atomique.
Propagation lente d’une fissure (vitesse moyenne de 40 picomètres par seconde) à la surface d’un verre de silice
(en corrosion sous contrainte) observée en temps réel à l’aide d’un AFM. L’échelle de couleur (à droite) traduit
la topographie de la surface observée. (paru dans Reflets de la Physique). Source : Gaël Pallarès CEA
La manière dont une fissure concentre les
forces dans sa pointe est aujourd’hui assez
bien comprise. Notamment par le biais de la
Mécanique Elastique Linéaire de la Rupture
(MELR) qui permet d’évaluer le flux d’énergie
mécanique en pointe de cette fissure. Par
contre, la manière dont la fissure s’étend en
réponse à ce flux pose encore de nombreuses
questions. Elisabeth Bouchaud, directrice
de recherche au CEA Saclay, s’intéresse aux
propriétés mécaniques des matériaux aux
échelles où ils ne peuvent pas être considérés
comme homogènes. Dans ce cadre, elle
étudie plus spécifiquement les propriétés de
rupture des verres de silice.
Même à la loupe, le verre semble homogène,
et il faut descendre à l’échelle de quelques
dizaines de nanomètres, voire du nanomètre,
pour voir que sa structure amorphe le rend
hétérogène. "A ces échelles, la microscopie
optique ne donne rien, car on est limité par la
longueur d’onde. La microscopie électronique
Image AFM de la surface de rupture de silice pure en
corrosion sous contrainte. Source : Gaël Pallarès CEA
à balayage arrive elle aussi à ses limites. Nous
sommes alors obligés de trouver d’autres techniques
pour voir et comprendre ce qui se passe".
A l'échelle "nano", la microscopie
en champ proche s'impose.
A l'échelle du nanomètre, les microscopes
à champ proche (SPM pour Scanning Probe
Microscopes) sont les seuls à pouvoir scruter
la surface. Ils sont essentiellement de
deux types : microscopes à force atomique
(AFM) et microscopes à effet tunnel (STM).
Ces deux types d’appareils ont en commun
d’utiliser des techniques basées sur le
balayage d’une surface avec une pointe.
L’AFM comporte une pointe très fine (rayon
de courbure de l’ordre d’une dizaine de
nanomètres) qui se trouve à l’extrémité d’un
levier (cantilever). En mode contact, cette
pointe suit les dénivellations de la surface
et fait fléchir le levier. Cette déflection est
amplifiée par le biais d’un laser qui vient
se refléter sur un miroir solidaire de la
pointe de l’AFM avant d’être renvoyé sur
une photodiode. L’amplification permet de
mesurer des variations extrêmement faibles
de l’ordre de l’Angström (0,1 nm) avec une
résolution latérale de 1 à 5 nm.
Les microscopes STM ont aussi une pointe,
Gaël Pallarès en train de régler un microscope AFM.
Source : Gaël Pallarès CEA
mais le mécanisme très différent fait que
celle-ci ne touche pas la surface. Ce ne
sont plus les déflections mécaniques d’une
tige que l’on mesure, mais l’effet quantique
d’un courant (le courant tunnel) qui passe
d’atome à atome de la surface jusqu’à la
pointe du microscope. C’est ce courant que
l’on mesure pour une différence de potentiel
que l’on impose, et qui traduit les variations
topographiques et chimiques à la surface.
La petite fissure qui avance
sur le pare-brise…
L’étude sur les verres a consisté à suivre
avec un AFM la pointe d’une fissure au
cours de sa propagation. Pour la suivre, il
a fallu créer des conditions pour qu’elle
se propage très lentement, grâce à un
mécanisme de "corrosion sous contrainte".
"Ce suivi en temps réel nous a permis de
comprendre que le front de fissure avance
par croissance et coalescence de cavités d’endommagement
de taille nanométrique et non
pas de manière régulière et continue comme
nous le pensions". Cette étude pourrait permettre
de mettre au point des verres plus
résistants à la corrosion sous contrainte…
qui est précisément celle qui fait avancer
lentement la fissure amorcée par un gravier
qui percute un pare-brise ! ■
Jean-Yves Catherin
Micronora inforMations - juillet 2008

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M I c R O - n a n O T E c h n O L O G I E S
L’Europe des micro et nanotechnologies
se renforce au sein de l’Alliance HTA
L’extension au VTT finlandais du partenariat européen Alliance pour les Technologies Hétérogènes
(HTA), incluant le CSEM, le CEA et le Fraunhofer Verbund Mikroelectronik, constitue une réponse
à la mondialisation croissante du secteur de la recherche dans le domaine des micro et nanotechnologies.
Le partenariat qui lie le CSEM, le CEA et
le Fraunhofer Verbund Mikroelectronik au
sein de l’Alliance pour les Technologies
Hétérogènes (HTA) est étendu au VTT,
Centre de Recherche Technique finlandais.
Rappelons qu’en janvier 2006, les
trois entités du HTA s’étaient regroupées
pour constituer une alliance dont le but
est de faciliter l’acquisition de projets de
recherche communs et de concevoir des
produits innovants pour l'industrie.
Partenariats stratégiques
et économie européenne
Le premier objectif de l’Alliance est de
développer des partenariats avec l’industrie
européenne, pour accroître la génération
d’innovation par le transfert de technologie
vers les applications industrielles. Il s’agit de
créer des solutions à l’état de l’art mondial
en offrant l’ensemble du savoir-faire tech-
Structures nanométriques en silicium obtenues
en combinant les techniques de séparation de phase
de mélange de polymères et les techniques
de gravure (attaque sèche). Source : CSEM
nologique et des capacités des partenaires
(lignes de production de technologies microélectroniques
silicium, installations de production
de microsystèmes, plates-formes
polymères, outils de caractérisation…).
Le deuxième objectif est le partage de l’information
stratégique et scientifique et le
développement de valeur grâce aux synergies
apportées par ce nouveau réseau.
Pour les 5 000 chercheurs et ingénieurs
travaillant au sein de l’Alliance, ce sont de
nouvelles opportunités d’apprentissage et
d’échanges dans un environnement riche
et stimulant.
Le regroupement stratégique d’aujourd’hui
permet d’enrichir l’Alliance en y ajoutant
le leadership technologique du VTT et son
réseau industriel. Côté VTT, on se réjouit…
"Nous sommes très heureux de rejoindre la
HTA, car le VTT considère l’Alliance comme un
acteur crucial pour améliorer la compétitivité
et accroître la génération d’innovation dans
le domaine des micro et nanotechnologies".
Intégration d’un DSP Macgic et de 16 blocs mémoire
sur une matrice silicium. Source : CSEM
Surface nanostructurée possédant des propriétés
hydrophobe et autonettoyante. Source : CSEM
Erkki Leppävuori, Président et CEO du
VTT poursuivit en précisant que selon lui
"il ne s’agit pas seulement d’un réseau d’organisations,
mais d’un système précurseur d’une
restructuration de la recherche en Europe".
Création de valeur économique
à partir d'activités de recherche
Les solutions innovatrices et les nouveaux
produits n’émergent que grâce à une très
large combinaison de technologies et compétences
interdisciplinaires. Aucun institut
de recherche à lui seul n'est capable de
couvrir le large éventail des technologies,
infrastructures ou compétences requises
et à en supporter les coûts inhérents.
L’Alliance couvre toute la chaîne de la
valeur, depuis la recherche jusqu’à la production,
en passant par l’ingénierie (preuve
de concept, maquettage, prototypage). La
combinaison des infrastructures technologiques
et des compétences des 5 000
chercheurs et ingénieurs permet à l’Alliance
HTA d’offrir un portail unique de
solutions à l’industrie automobile, aéronautique
et spatiale, et aux industries des
télécommunications et de l’information, de
la santé, de l’énergie et de l’environnement
et du contrôle industriel.
Et pour mieux cibler les marchés émergents,
les partenaires de l’Alliance ont décidé de
créer une entité commerciale commune qui
se concentrera sur l’acquisition de projets en
proposant la valeur ajoutée technologique
de l’ensemble des instituts. ■
Yann Clavel
Micronora inforMations - juillet 2008

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n a n O T E c h n O L O G I E S
Nano-strand pour "baliser" la R&D
et l’exploitation des nanotechnologies
Le développement des nanotechnologies va très vite et s’immisce dans tous les domaines.
Nano-Strand s’est fixé pour objectif d’identifier les besoins en termes de développement
et d’exploitation des nanotechnologies, et de définir des priorités en matière de recherche pré-normative.
Image STM de molécules aromatiques décorées
de 6 chaînes alkyles en épitaxie sur un graphite
hautement pyrolytique. Source: CEA
En mai 2004, La Commission européenne
adoptait une communication intitulée
"Vers une stratégie européenne en faveur
des nanotechnologies" qui recommandait
une stratégie sure, intégrée et responsable.
Depuis, plusieurs initiatives ont été concrétisées
et financées dans le cadre des 6 ème et
7 ème PCRDT, dont 14 projets de R&D pour
un montant de 32 millions d’euros auxquels
il faut ajouter 92 projets nationaux
financés par les différents états membres à
hauteur de 47 millions d’euros.
La normalisation dédiée à la R&D
des nanotechnologies
En marge de ces travaux de recherche,
le projet Nano-Strand intitulé "La normalisation
dédiée à la recherche et au
développement des nanotechnologies", se
proposait d’identifier les barrières existantes
au développement et à l’exploitation
des nanotechnologies, ainsi que les besoins
de nouveaux moyens de mesures et de
nouvelles normes et technologies qui les
supporteraient. Il se proposait également
de définir les priorités pour le développement
de la métrologie des nanosciences
et nanotechnologies, ainsi que les priorités
en matière de recherche pré-normative.
Ce projet a été confié au Laboratoire
National de Métrologie et d’Essais (LNE-
FR). Il implique cinq partenaires dont deux
laboratoires nationaux de métrologie : le
LNE et le NPL (Angleterre), l’organisme de
normalisation DIN (Allemagne), l’université
de technologie CTU (Tchéquie) et le
consultant Optimat Ltd (Angleterre). Il a été
conduit d’août 2006 à fin janvier 2008. Les
résultats de ces travaux qui paraîtront très
prochainement ont été validés et approuvés
par un Comité Consultatif composé des
présidents respectifs du CEN TC 352 et de
l’ISO TC 229 dédiés aux nanotechnologies,
ainsi que d’experts internationaux.
Des "roadmaps" pour baliser
le développement
des nanotechnologies
Ces résultats qui se présentent sous forme
de feuille de route tant pour la normalisation
que pour la recherche pré-normative
associée, hiérarchisent les besoins et travaux
à venir qui devraient contribuer au
développement durable des nanotechnologies
tout en répondant aux attentes sociétales.
Selon Jean-Marc Aublant, LNE, les
principaux enseignements de ces travaux
sont "le besoin de normes de vocabulaire et
Le SCP1000 est le meilleur choix pour les applications
où une longue durée de vie des batteries
et nécessaire. Source: VTI Technologies
Si les puces font toujours partie de la
"microélectronique", elles sont au cœur des mondes
"nano", puisque la commercialisation des puces
32 nanomètres devrait avoir lieu dès 2009. Source: CEA
de nomenclature spécifiques aux nanotechnologies,
ainsi que le besoin de normes et de
techniques de mesure et de caractérisation
des nano-matériaux, notamment la caractérisation
dimensionnelle (en 3D) et chimique des
nano-particules. La prééminence des besoins
sociétaux en termes d’environnement, de
santé et de sécurité, requiert que des recherches
pré-normatives soient conduites pour
mesurer et caractériser les nano-matériaux.
L’importance de l’évaluation et de la gestion
des risques liés aux nanotechnologies doit
être établie sur des bases scientifiques fiables
appuyées par des méthodes de mesures et
d’essais toxicologiques et éco-toxicologiques
adéquates. L’étude insiste sur la rupture technologique
qu’engendrent les nanotechnologies
et leur caractère pluri-disciplinaire, notamment
en regard de l’instrumentation de mesure. Elle
fait état du besoin de matériaux de référence
certifiés pour les techniques utilisées et futures
ainsi que le moyen d’assurer la traçabilité au
système international d’unités SI. Enfin, elle
rappelle la nécessaire démonstration de l’inter-comparabilité
des techniques de mesure
en référence notamment à la microscopie à
force atomique (AFM) ". ■
Yann Clavel
Micronora inforMations - juillet 2008

M a c h I n E S - O u T I L S
Tornos au mieux de sa forme au SIMODEC
SIMODEC 2008 a été une fois de plus un événement important pour l’industrie
du tournage de haute précision.
Tornos a marqué cet événement avec le lancement de produits exposés en première mondiale,
comme les nouvelles MultiSigma 8x24 et DECO 13e.
Le stand présentait également la Micro 8 et les dernières Micro 7 et Sigma 32…
Sans compter un beau match Micro 7- MS 7 !
Le climat économique plutôt porteur qui
règne dans la vallée de l’Arve a favorisé
le bon déroulement du SIMODEC, salon
international de la machine-outil de décolletage
qui s’est tenu à La Roche sur Foron
du 4 au 8 mars 2008. Les constructeurs de
machines-outils et d’embarreurs ont fait
part d’une activité en hausse par rapport à
2006. Tornos, l’un des leaders mondiaux de
la machine-outil était très présent sur ce
salon avec des innovations remarquées…
MultiSigma 8x24 : plus simple
et moins chère que la MultiAlpha
Avec le développement de MultiSigma
8x24, Tornos a créé une machine qui
apporte la qualité et la précision de la
gamme MultiAlpha à l’usinage de pièces
moins complexes (et avec un investissement
moindre). La série MultiAlpha est en
effet pourvue d’une ou deux contre-broches,
portant chacune cinq outils et donc
capable de produire des contre-opérations
complexes. Cependant, il existe des pièces
nécessitant des contre-opérations avec
Tornos est l’un des leaders mondiaux
de la machine-outil. Source : Tornos
Le tour MultiSigma dispose de huit motobroches et d’une ou deux contre-broches. Source : Tornos
moins d’outils. Le tour MultiSigma dispose
à l’instar de son grand frère, de huit motobroches
et d’une ou deux contre-broches.
Chaque contre-broche jouit d’une capacité
d’accueil de deux outils autonomes
(au lieu de 5). Pour des pièces simples,
un décolleteur astucieux utilisera ce tour
pour travailler en 2x4 motobroches plus
2x2 outils dans les contre-opérations, avec
une augmentation sensible de la productivité.
Bien entendu, ce tour se prête également
à la production de vis chirurgicales
par tourbillonnage.
DECO 13e : quand le 12 axes
n’est pas nécessaire
Le tour DECO 13a est connu dans tous
les ateliers des fabricants de pièces de
tournage à forte valeur ajoutée, dans des
domaines comme le médical ou le dentaire.
DECO 13e, construit sur la même
base, dispose des mêmes avantages que
DECO 13a, sauf que le quatrième système
d’outils indépendant comprenant
quatre broches pour les opérations en
bout et monté sur deux axes numériques
est supprimé et cette fonctionnalité est
remplacée par un support d’outils fixes
qui se monte sur un des deux chariots
croisés utilisés pour le travail à la barre.
Les huit axes linéaires de travail répartis
sur trois systèmes d’outils offrent de
bonnes possibilités de travail à la barre
comme en reprise et permettent toujours
autant de simultanéité dans les opérations
d’usinage à l’avant et à l’arrière
des pièces. Le transfert des programmes
de la version "avancée" 13a à la version
économique 13e est possible et l’utilisation
de tous les équipements, appareils et
autres accessoires utilisés actuellement
seront adaptables sur la nouvelle version.
Sigma 32 pour l’automobile
et à l’hydraulique
La gamme Sigma comporte des machines
dotées de six axes linéaires (comparés
à DECO qui elle en compte de 8 à 10)
destinées à la réalisation de pièces "plus
simples" que DECO.
suite page 31
Micronora inforMations - juillet 2008

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Sigma 32 est un tour automatique monobroche
à poupée mobile de capacité
32 mm. Il s’agit clairement d’un outil destiné
principalement à l’automobile et à
l’hydraulique. Cette machine à inauguré
la nouvelle cellule de Mise au Point du
constructeur suisse. Sous la responsabilité
d’un décolleteur doté d’une grande expérience
de la machine-outil, ce département
a testé deux machines durant six mois. Les
points forts principaux de la machine qui
ressortent sont l’ergonomie, la simplicité
de programmation et d’utilisation, la rigidité
et la stabilité.
Micro 8 : tolérance de ±1 micron
en production régulière
Une autre machine phare a été la Micro 8,
la seule machine capable de produire des
pièces dans une tolérance de ±1 micron
en production régulière. A Hanovre, elle
avait beaucoup fait parler d’elle (sous
son ancien nom, Sigma 8). En effet, la
machine travaille sans canon de guidage et
tous les hommes d’expérience savent que
cette solution n’est pas optimale… Alors
pourquoi est-il le tour le plus précis du
marché avec des résultats impressionnants
de 1,4 µm de tolérance en production ?
Finis les jeux de fonctionnement : un tour
Le tour le plus précis du marché avec des résultats
impressionnants de 1,4 µm de tolérance
en production. Source : Tornos
Tous les axes machine explicités sur une Sigma 20. Source : Tornos
automatique tel que Micro 8 est fait pour
fonctionner "sans jeux", au contraire des
tours à cames. Sur ces derniers, il n’était
pas possible de travailler sans canon avec
qualité. Micro 8 étant destiné à remplacer
les tours à cames pour la réalisation de
pièces courtes (jusqu’à 3 fois le diamètre),
il est logique que cette comparaison
soit faite. Mais elle s’arrête là ! Selon les
tests effectués par les clients du fabricant
suisse, Micro 8 dispose d’une supériorité
écrasante, en précision, en disponibilité,
en simplicité, en répétitivité… à tous les
niveaux ! Selon les clients, des hommes
d’expérience sur machines à cames sont
passés sur Micro 8 en une semaine, ils
étaient sidérés de la qualité, de la simplicité
et de la souplesse de tels moyens de
production.
Micro 7 contre MS 7 :
un match au sommet !
Tornos a vendu plus de 100 000 tours à
cames livrés dans le monde dont près de
40 000 qui sont toujours en activité. L’idée
de remplacer ces tours à cames par un
tour à CN a été tenté plusieurs fois par
de nombreux fabricants… et ne s’est pas
toujours soldé par de franches réussites.
Tornos a relevé ce défi au SIMODEC
et pour ce faire, le fabricant a choisi
d’opposer Micro 7 à MS-7, la référence !
M a c h I n E S - O u T I L S
De manière à disposer de faits avérés,
Tornos s’est associée à MGB, un des grands
spécialistes européens du décolletage. Ce
dernier apportait à ce comparatif toute
son expérience et son savoir-faire dans
l’utilisation de machines à cames, à tel point
qu’une machine MS-7 "améliorée MGB" a
été présentée sur le stand de Tornos en
confrontation directe à Micro 7.
Quels sont les facteurs qui influencent le
choix d’une machine-outil ? Bien entendu,
le prix ne plaide pas en faveur de la Micro 7,
mais de nombreux éléments entrent en
ligne de compte lors de la décision d’achat
d’un produit. Le match a donc été pensé
avec cette vision globale, en pondérant
différents critères comme la productivité
(stabilité en production, usure des outils,
temps de cycle, préréglage…), la précision
(± 2µm, vitesse, répétitivité, mise en
température…), l’innovation (puissance,
vitesse, modularité, suppression des reprises…),
l’ergonomie (réglage, lubrification,
accès, bruit, évacuation…), l’environnement
(difficulté de trouver des opérateurs
"à cames", accès à la formation, simplicité,
futur…).
Les deux machines ont été testées et
analysées sur tous ces points, chaque paramètre
a été pesé et évalué pour finalement
arriver à une notification qui démontre
que Micro 7 pourrait bien devenir le nouveau
numéro 1. ■
Jean-Yves Catherin
Micronora inforMations - juillet 2008

1 =
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Affolter, des centres de taillage
et de micro-usinage 8 axes
Affolter Technologies SA développe et produit des centres de taillage et des tours pour l'industrie
micro-mécanique. Les éléments stratégiques qui composent ces machines notamment les CNC,
les moteurbroche et les outillages sont également développés et fabriqués chez Affolter.
Un opérateur sur la machine AF 100. Source : Affolter
Chez Affolter Technologies SA, situé à
Malleray en Suisse, le développement des
commandes numériques CNC a débuté
sur des machines de production pour
l'horlogerie. " Les interfaces homme-machine
des commandes numériques ont été développées
en collaboration avec le savoir-faire
et les désirs des spécialistes en taillage qui
travaillent dans nos ateliers de production et
qui n'ont pas forcément de notions en code
ISO traditionnel. Nous avons mis en œuvre
une CNC simple et performante munie d'une
interface utilisateur conviviale en texte clair.
Nos CNC peuvent aussi être adaptées à
d'autres machines-outils telles que des tours
et des centres d'usinage". Yves Beguelin,
ingénieur de vente Affolter, poursuit en
Cinématique de l’AF 100. Source : Affolter
expliquant que la puissance de traitement
des commandes numériques permet d’interpoler
un maximum de 32 axes par
combinaison de huit circuits d'interpolation.
La vitesse de traitement instantané
des circuits hardware permet de rafraîchir
simultanément les 32 axes en un temps de
cycle de 70 ns.
Une gamme de moteurbroches
et de machines hyper-précises
Spécialement conçues pour le tournage,
le fraisage et le meulage d'applications
microtechniques ainsi que pour l'industrie
horlogère, les moteurbroches MB Affolter
sont hautement dynamiques : une broche
accélère de 0 à 20 000 min -1 en moins
de 500 ms, tout en étant précise afin de
répondre aux très hautes exigences des
applications.
En parallèle avec les commandes numériques
et les moteurbroches, Affolter développe
et fabrique des machines depuis
plus de 10 ans. Jusqu'à présent l'essentiel
de la production a été destiné aux ateliers
de production du groupe Affolter. Au travers
de deux nouvelles gammes, Affolter
Technologies se profile désormais comme
fabricant de machines.
Avec ses huit axes interpolés simultanément,
l'AF100 est capable de réaliser des
M a c h I n E S - O u T I L S
Exemples de micro-pièces tournées sur les machines
Gear d’Affolter. Source : Affolter
dentures d’engrenages droites, hélicoïdales,
coniques et bombées par génération ou
par division. La pièce est tenue entre pointes,
entraînée en direct par deux moteurbroches
indépendants. L’outil est entraîné
par un troisième moteurbroche. Ces trois
moteurbroches étant synchronisés électroniquement
à des vitesses de rotation
pouvant aller jusqu’à 16 000 min -1 .
D'autres variantes de machines basées sur
la technologie AF100 peuvent répondre
à des exigences d'applications dans les
domaines de l'industrie médicale (orthopédie
et implantologie), soit en micro-fraisage,
soit en meulage.
En termes de précision, les machines ont
une répétabilité de l’ordre de 1 µm dans le
déplacement des axes, une telle précision
se traduisant évidement par des résultats
de qualités exceptionnelles sur les pièces
usinées.
Une grande souplesse
de changement de production
Affolter a vendu récemment des centres
de taillage AF 100 aux USA, dans le
domaine high-tech de l’industrie aéronautique
(construction de cockpits et d'instruments
de bord). "Le client a de nombreux
engrenages et pignons de différents modèles
et dans des petites séries, il veut disposer
d’une grande souplesse avec sa machine en
termes de rapidité de changement de mise
en train (serrage de pièce, programmation…)
et ainsi accroître sa productivité". D'autres
machines ont été vendues en Asie à des
clients spécialisés dans la fabrication de
micro-moteurs. ■
Jean-Yves Catherin
Micronora inforMations - juillet 2008

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Le Cetim et Stäubli s’engagent
sur un projet innovant de robot-usineur
Depuis huit mois, Stäubli participe à un grand projet initié par le Cetim
(Centre technique des industries mécaniques) qui consiste à tester un robot en tant que solution d’usinage.
L’électrobroche Precise-Fisher
permet d’usiner des pièces
à 42000 tours/min.
Source : Staubli / Cetim
La cellule, conçue et fabriquée par Arck
Ingénierie, intègre un robot Staübli
RX170 HP équipé d’une électro-broche
Precise-Fisher de 17 KW, capable d’usiner
à grande vitesse (42 000 tr/mn). Ce projet
de robot-usineur a volontairement évité
la solution simpliste qui aurait consisté à
installer une électro-broche au bout d’un
bras robotisé. En effet, le robot intègre
l’électrobroche directement dans l’avantbras
et cette adaptation permet d’améliorer
considérablement la rigidité. De
plus, le harnais comprenant l’alimentation,
le refroidissement et la lubrification de
l’unité, passe complètement à l’intérieur
du bras, sans aucun conduit extérieur.
Le robot est également pressurisé, lui
permettant d’évoluer dans des conditions
difficiles.
Les entreprises collaborant sur ce projet
ont mené un vrai travail d’équipe :
la cellule rigide dans laquelle est
installé le robot réduit les vibrations
avec son bâti usiné, soudé et rempli
de sable. L’éditeur de logiciels Delcam
a travaillé sur la génération de la trajectoire
du bras en cinq axes, tandis qu’Alma
a converti en langage robotique les fichiers
FAO en validant les parcours.
Des objectifs technologiques
de haut de niveau
Le cahier des charges du projet comporte
le travail sur la commande numérique, la
mise au point des conditions de coupe, les
tests sur un grand nombre de matériaux
(bois, pierre, inox, aluminium, acier, composite,
résine, verre…), avec ou sans lubrification.
Avec cette opération, le Cetim
s’intéresse en premier lieu à la précision
d’usinage accessible par le robot. L’objectif
visé est de se rapprocher des +/- 0,04 mm
de répétabilité du robot RX170 HP standard
: un défi à relever au cours des
deux ans de tests qui se déroulent au
Cetim de Senlis. Avec ses caractéristiques
(17 kW, 42 000 tours/min), l’électrobroche
Precise-Fisher permet d’usiner des pièces
à très grande vitesse. Il est également
possible d’adapter des broches ayant des
caractéristiques techniques différentes en
terme de puissance et vitesse de rotation.
La cellule, conçue et fabriquée
par Arck Ingénierie,
intègre un robot Staübli RX170 HP.
Source : Staubli / Cetim
Des champs d’applications
très étendus
Outre ses performances, ce robot-usineur
sera très bien placé sur le marché, tant
en investissement qu’en exploitation. Cet
avantage permet en effet aux ateliers
d’envisager la réalisation de différentes
opérations d’usinage (contournage, détourage,
usinage de cordon de soudure, prototypage,
polissage, perçage, taraudage…).
Selon Jacques Dupenloup, responsable
de l’activité Machine-Outil chez Staubli
Robotics "il s’agit d’une solution évolutive qui
accompagne les changements d’application
dans la production". Lancé officiellement
sur le salon Industrie 2008 à Paris, ce
robot d’usinage trouvera sa place dans de
nombreux secteurs d’activité : industrie
automobile, horlogerie, usinage du verre,
le bois mais aussi dans le nucléaire (pour
les opérations de maintenance), l’aéronautique
ou le ferroviaire … "Avec son profil
polyvalent, ce robot-usineur apporte ainsi une
valeur ajoutée certaine dans les usines. A quoi
bon délocaliser puisque le robot, après retour
sur investissement, offre une qualité et un
rendement exceptionnels ? Cette alternative
ne peut que séduire les industriels désireux de
maintenir les emplois dans leur entreprise".
■
Jean-Yves Catherin
Micronora inforMations - juillet 2008

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Un nouveau mode d’auto-apprentissage
de trajectoires de robots chez ABB
L'opérateur ne réalise plus qu'un apprentissage des
points caractéristiques d'une trajectoire en déplaçant
le robot "à la main". Source : ABB
Le système modulaire “smart machine” a
pour objectif d’apporter de l’intelligence
dans le processus de fraisage. Il comprend
une offre de modules remplissant différentes
fonctions apportant des performances
accrues aux machines Mikron auxquelles
il est associé. Cette “intelligence” requiert
de créer une communication complète
entre l’homme et la machine pour mettre
à disposition de l’opérateur des informations
détaillées dont il a besoin pour
apprécier le processus de fraisage. Elle
nécessite également de soutenir l’opérateur
lors de l’optimisation du processus,
celle-ci permettant d’améliorer considérablement
la productivité.
Le module ITC (Intelligent Thermal Control)
permet à l’utilisateur de se concentrer uniquement
sur les exigences spécifiques à
l’outil (la machine dispose de connaissances
de processus thermique). Le module OSS
R O b O T I q u E / M a c h I n E S - O u T I L S
Dans les PMI, la robotisation est freinée
par la nécessité de générer les programmes
pour chaque pièce ainsi que par le coût
lié à cette programmation. De plus, l’autoapprentissage
des trajectoires par le robot
constitue un problème récurrent des opérateurs
qui fait perdre beaucoup de temps
lors des changements de campagne.
ABB présente une fonction brevetée
d'auto-apprentissage de trajectoire par
le robot pour les opérations d'ébavurage
ou de polissage (parachèvement). Cette
fonction combine le pilotage en effort du
robot associé à une interface utilisateur
simplifiée. L'opérateur ne réalise plus qu'un
apprentissage des points caractéristiques
d'une trajectoire en déplaçant le robot
"à la main" et non plus avec le pupitre de
programmation. L'apprentissage final de
la trajectoire est réalisé sur une pièce de
"Smart machine" pour plus d’intelligence
en fraisage chez Agie Charmilles
(Operator Support System) optimise le
processus d’usinage à l’aide d’une interface
intuitive permettant de modifier à tout
moment la priorité parmi les grandeurs
cibles entre vitesse, précision et état de
surface. Le système Sigma FM génère et
gère les données associées aux ordres de
référence avec l'outil final, en appliquant un
effort constant sur la pièce pour mémoriser
tous les points nécessaires à la trajectoire
finale. L’opérateur est en sécurité
pendant la phase d’apprentissage, car le
robot reste toujours en mode manuel sous
contrôle de l'opérateur. Cette fonction est
compatible avec les différents types de
robots ABB pouvant être utilisés (robots
de 5 à 650 kg), l’effort pour déplacer le
robot en mode d’apprentissage reste le
même pour l’opérateur (< 500 g).
La solution mise en œuvre se résume à
un capteur d’effort (6 axes) et un logiciel
d’interface homme-machine spécialisé. A
titre d’exemple, dans une petite fonderie
produisant des petites séries de pièces
complexes à ébavurer, avec des bavures
très variables, le gain de temps entre deux
lancements est de 60%. ■
Le module SPS (Spindle Protection System)
permet un contrôle en temps réel de la broche.
Source : Agie-Charmilles
fabrication destinés à une cellule d’usinage.
Il est directement installé sur la commande
principale et permet d’optimiser la gestion
des données, des pièces et des outils liés
aux ordres de fabrication ouverts. Avec le
module RNS (Remote Notification System),
il est possible d’obtenir, indépendamment
du lieu, des informations sur l’état de
fonctionnement du centre d’usinage ainsi
que sur le processus lui-même. Le module
SPS (Spindle Protection System) permet un
contrôle en temps réel de la broche. Enfin,
le module APS (Advanced Process System)
est un système de surveillance qui permet
(entre autre) de visualiser des vibrations
dues à un processus de fraisage en tant que
“charge G”. ■
Micronora inforMations - juillet 2008

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