Les micromoteurs pas à pas apportent de la précision aux images

En médecine et dans l’industrie, il apparaît évident que la tendance de ces dernières années est aux procédures de haute précision et à la miniaturisation. La chirurgie mini-invasive, la technologie dentaire comme l’industrie des microtechnologies en sont les principaux exemples. Malheureusement, cela demande un effort considérable d’identifier de petites structures à l’oeil nu. L’emploi de loupes, avec leur vision unidimensionnelle, est souvent problématique. Les microscopes stéréoscopiques stationnaires, peu maniables, ne sont pas non plus une solution, particulièrement dans le domaine de la médecine. Cependant, un nouveau type de système optique est en train de révolutionner le travail sur des structures microscopiques ; il se porte directement sur la tête.
Les moteurs pas à pas miniatures contrôlent l’agrandissement et la mise au point pour chaque oeil. Une vision limpide en 3D permet des opérations même sur les plus petits vaisseaux, ainsi que l’examen ou l’assemblage de structures microscopiques, et ce sans fatiguer les yeux.

Travailler avec des loupes et des microscopes limite grandement la liberté de mouvements. Avec des loupes, la distance à l’objet est fixe, et les microscopes sont généralement encombrants et inutilisables. En plus de cela, ces deux solutions offrent un champ de vision très restreint. C’est particulièrement préjudiciable en médecine. Après tout, il est bien connu que la nature a très peu de dimensions "standard", et le corps humain n’est pas une exception. Life Optics®, une société autrichienne de haute technologie spécialisée dans ce domaine, a découvert un remède très prisé: un nouveau microscope monté sur la tête. Cette solution novatrice offre une liberté de mouvement illimitée.
Ce système comporte une fonction autofocus, tout comme les caméras modernes. L’utilisateur n’est pas obligé de rester à une distance fixe, ce qui constitue un avantage majeur par rapport aux loupes. De plus, les deux systèmes d’objectif indépendant garantissent un champ de vision tridimensionnel.

En pratique

Le zoom variable à l’infini, l’autofocus et le contrôle parallaxe nécessitent une mécanique complexe pour ajuster la vision. Afin de fournir une solution compacte, fiable et légère, Life Optics® s’est associé à FAULHABER PRECIstep, société du groupe FAULHABER spécialisée dans les micromoteurs pas à pas. Le résultat: Une technologie de haute précision dans l’espace le plus restreint.
Dans sa version de base, disponible sous l’appellation Varioscope AF3, les utilisateurs peuvent bouger librement dans un périmètre de fonctionnement de 300 à 600 mm. La fonction zoom, actionnée par le pied, permet un grossissement continu de 3.6 à 7.2. le champ de vision s’étend de 30 à 144 mm, et la distance pupillaire peut être ajustée individuellement pour chaque utilisateur. Le Varioscope® M5 offre en plus un système optique modulaire ajustable. Des oculaires changeables élargissent le taux de grossissement possible, et un éclairage intégré résout le problème de la luminosité. Une possibilité supplémentaire d’ajustement à la vision de l’individu facilite son utilisation. Avec une caméra vidéo en option, l’utilisateur peut enregistrer avec précision ses actions. Lifeoptics a donc réussi à concevoir une solution évolutive adaptée pour un grand nombre d’exigences différentes. Et grâce à son design ingénieux, cet appareil peut sans effort être transporté d’un lieu de travail à un autre.

Le Varioscope® AF3
Précision dans l’espace le plus réduit

Le cœur de la mécanique

Ce système hautement complexe et pourtant transportable a été rendu possible en grande partie par l’utilisation des derniers micromoteurs pas à pas. Contrairement aux moteurs C.C., les moteurs pas à pas bougent par impulsions, d’un angle de rotation pré-établi selon sa construction. Ainsi, le nombre d’impulsions digitales donné correspond toujours à un mouvement de rotation défini. Des capteurs additionnels de position linéaire ou angulaire ne sont donc pas nécessaires. La construction de cet entraînement est plus petite, plus légère, et plus simple à contrôler. Le Varioscope® nécessite deux moteurs pour chaque oeil. Le AM 1020 d’un diamètre de 10 mm pour la mise au point et le AM 0820 d’un diamètre de 8 mm pour le zoom. L’entraînement utilisé pour la mise au point fonctionne plus ou moins en continu, puisqu’il doit compenser chaque mouvement de la tête.
Les systèmes de vision de cette taille sont des instruments de précision et requièrent précision absolue de positionnement.
Les problèmes d’imprécision dus au "jeu" dans la mécanique ont été résolus par FAULHBAER PRECIstep en utilisant une broche avec microdentelures. Avec une pente de 0.2 mm et conjointement avec les moteurs intégrés, il peut atteindre une résolution de 10 µm. La mise au point et le zoom sont tous deux réglés pour fonctionner sans à-coup et sans jeu, même à haute résolution. Pour cette raison, les arbres des broches reçoivent un fin patinage supplémentaire, un procédé qui n’est normalement utilisé que pour les montres de précision. Grâce à l’utilisation d’un lubrifiant spécial, le niveau de friction est considérablement réduit, ainsi que le couple de démarrage.
Les roulements à billes de précision précontraints par des ressorts à disques facilitent les mouvements sans jeu, avec un couple moteur pouvant atteindre 1 N, une valeur qui ne survient en pratique jamais.

Mighty minis

Les moteurs pas à pas sont adaptés pour de nombreuses tâches de positionnement, y compris les plus dynamiques. Grâce à des matériaux sélectionnés avec soin, ces unités miniatures peuvent accélérer jusqu’à 1200 rpm en un pas, et ce sans dépassement. Ces résultats ont été rendus possibles grâce à l’utilisation d’aimants NdFeB de haute qualité dotés une résistance thermale importante. En effet, ces moteurs peuvent fonctionner en continu pendant plusieurs jours, et sans rencontrer de problèmes, avec une température de 70 °C à l’intérieur du carter. La bobine peut alors atteindre 120 °C et l’aimant jusqu’à 100 °C, tout cela sans incidence sur la durée de vie ou l’efficacité du moteur.
En concordance avec ces spécificités, un lubrifiant spécial est utilisé, particulièrement stable face à la température et à l’usure du temps. De tels moteurs ont même déjà été envoyés dans l’espace, et on été certifié pour un fonctionnement à 4 °K. Ces moteurs sont capables d’atteindre les longueurs de pas les plus petites et les plus précises même après plusieurs mois d’inactivité (des tests après sept ans d’arrêt l’ont prouvé). Un autre avantage des micromoteurs est leur utilisation avec une tension de fonctionnement de 3 V. En comparaison, les moteurs C.C. traditionnels ont besoin d’une tension de commande de 5 V minimum pour les capteurs. Les "miniatures" sont disponibles avec des tensions de fonctionnement pouvant atteindre 12 V. La capacité à identifier et à agrandir des structures miniatures est devenue plus importante que jamais. La micromécanique moderne permet aujourd’hui, avec les micromoteurs pas à pas, une "liberté de mouvement" absolue. Grâce à des dimensions compactes, la vision tridimensionnelle reste nette même en mouvement, et ce sans que l’œil ne se fatigue. En médecine comme en techniques, de nombreuses possibilités restent encore insoupçonnées, et cela contribue grandement à nos garantis de qualités.

Le Varioscope® AF3