Étude de cas : répondre aux exigences d’un contrôle qualité de haute précision pour la fabrication de cylindres d’héliogravure chez Think Laboratory

Le processus de fabrication des cylindres d’héliogravure requiert un niveau de contrôle élevé d’une précision de l’ordre de 1 μm ou supérieur.

Les systèmes de fabrication utilisés servent principalement à graver des cylindres destinés à l’impression d’étiquettes et d’emballages de produits alimentaires, de confiseries et d’autres produits commerciaux. Depuis le lancement, en 1977, du système 77 de Think Laboratory pour la fabrication de plaques et de cylindres d’héliogravure, l’entreprise détient plus de 90 % des parts de marché dans ce secteur au Japon. Autrefois, la gravure des cylindres utilisés pour l’impression était confiée à des artisans ; toutefois, l’utilisation de plus en plus répandue des systèmes de fabrication de cylindres d’héliogravure conçus par Think Laboratory a permis une production très précise et entièrement automatisée à faible coût.

Représentation d’un système automatisé FX3 conçu par Think Laboratory pour la fabrication de cylindres d’héliogravure, installé sur le site d’un client (image reproduite avec la permission de Think Laboratory)

Les systèmes de fabrication de cylindres d’héliogravure de Think Laboratory utilisent la photolithographie pour produire les cylindres d’impression. Les plaques d’impression cylindriques permettent une exposition sans masque à la lumière, ou une exposition au laser. Le laser offre une résolution de 3200 dpi × 12 800 dpi, chaque faisceau étant focalisé sur un espace minuscule de 2 μm × 8 μm. Le niveau de précision requis est très élevé, soit de l’ordre de 1 μm ou supérieur. Le microscope numérique DSX1000 d’Olympus a été sélectionné pour assurer ce contrôle de haute précision. Shintaro Sugawara, directeur et chef du département du développement, explique les enjeux d’une vérification du contrôle qualité : « Par exemple, la plus petite des alvéoles recueillant l’encre présente une taille approximative de 100 μm × 100 μm. La moindre différence de taille entraîne des variations dans la concentration de l’encre. Les industries cosmétique et automobile exigent une qualité d’impression très élevée qui donne à leurs produits un aspect haut de gamme. Par conséquent, de légères variations de couleur causées par une différence de seulement 1 % dans la taille de l’alvéole sont rigoureusement contrôlées ».

À propos de Think Laboratory Think Laboratory Co., Ltd., situé dans la ville de Kashiwa, au Japon, est le concepteur et fabricant primé d’un système de fabrication de cylindres d’héliogravure entièrement automatisé, lequel constitue l’un des produits phares de l’entreprise. Fondée en 1966, l’entreprise est l’une des sociétés leaders dans le domaine de l’impression numérique au Japon et dans le monde entier, offrant des solutions flexibles en matière d’emballage à plus de 250 entreprises dans 38 pays. Ses clients incluent notamment des fournisseurs de cylindres d’héliogravure et des imprimeries. En 2016, Think Laboratory a intégré le microscope numérique DSX1000 d’Olympus à son processus de contrôle qualité pour répondre à ses exigences de haute précision. L’entreprise a le souci constant d’atteindre des niveaux de précision toujours plus élevés pour répondre aux exigences de ses clients en matière d’impression de haute qualité.

Think Laboratory Co., Ltd, Kashiwa, Japon

L’analyse d’échantillons avec le microscope DSX1000 favorise la qualité et la fiabilité

Si un défaut est détecté dans les échantillons imprimés avec les cylindres d’héliogravure produits par l’entreprise, celle-ci recueille le cylindre concerné et un échantillon d’impression chez le client pour déterminer la cause du problème. Grâce à son niveau de précision garantie et sa répétabilité de l’ordre de 1 μm sur l’axe Z*, le microscope numérique DSX1000 joue un rôle important dans la première étape de l’analyse. Au cours de l’analyse préliminaire, le défaut détecté est observé à l’aide du microscope DSX1000 afin d’effectuer une première identification de la cause, qui oriente l’analyse qui s’en suit par une observation à fort grossissement et une analyse élémentaire à l’aide d’un microscope électronique. Un rapport est ensuite transmis au client indiquant la cause identifiée du défaut.

Takashi Yoshioka analysant un échantillon d’impression à l’aide du microscope DSX1000, première étape du processus de contrôle qualité du Think Laboratory

Une différence de quelques micromètres seulement dans la gravure sur le cylindre peut entraîner l’impression floue de certains mots ou des erreurs de couleur, l’analyse est donc soumise à des normes très strictes. Takashi Yoshioka, du département du développement de Think Laboratory précise : « La demande pour des impressions de très grande qualité a fortement augmenté récemment, la nécessité de renforcer notre efficacité et la précision de nos analyses nous a donc conduits à nous équiper du microscope DSX1000 ».

Fonctions du microscope numérique DSX1000 qui ont permis d’optimiser le processus de contrôle qualité

Le microscope numérique DSX1000 offre des fonctions dont les microscopes numériques classiques ne disposent pas. M. Yoshioka, l’un des principaux utilisateurs du microscope DSX1000 chez Think Laboratory, en mentionne notamment deux qui l’ont impressionné : (1) la fonction permettant de passer d’une méthode d’observation à l’autre en un seul clic sans perdre de vue l’objet observé ou analysé, et (2) la fonction de prévisualisation multiple, qui permet de comparer les images des méthodes d’observation et de sélectionner la meilleure.

Bouton unique pour le passage d’une méthode d’observation à l’autre

Certains microscopes classiques offrent plusieurs méthodes d’observation, mais le microscope numérique DSX1000 peut prendre en charge jusqu’à six méthodes d’observation pour l’inspection de divers échantillons : en fond clair (BF), en oblique, en fond noir (DF), en combinaison, en polarisation et en contraste interférentiel différentiel.

Un même échantillon observé avec le même microscope peut fournir une image différente selon la méthode d’observation ou d’éclairage sélectionnée. Par exemple, la méthode BF en fond clair est adaptée à l’observation d’échantillons plats, tandis que la méthode DF en fond noir, dans laquelle la lumière irradiant l’échantillon selon un axe incliné est réfléchie ou diffusée, fait apparaître toute rayure sous forme vive dans le champ visuel sombre. L’utilisateur peut ainsi sélectionner la meilleure méthode d’observation du microscope DSX1000 parmi les six offertes. Il est possible de changer de méthode d’observation en appuyant simplement sur un bouton de la console, ce qui facilite l’utilisation par les opérateurs.

Fonction de prévisualisation multiple

En appuyant sur un seul bouton, vous pouvez visualiser simultanément à l’écran plusieurs échantillons d’images obtenues dans différentes conditions et les comparer. « La méthode qui convient le mieux à chaque échantillon peut être sélectionnée à partir des différentes images affichées. Cette fonction est très utile. L’utilisation de microscopes classiques nécessite d’adapter les conditions d’observation avec précision à chaque fois pour acquérir deux types d’images : une image centrée sur l’apparence visuelle afin d’être utilisée dans les rapports, et une autre image paramétrée pour l’analyse de défaillance. Le microscope DSX1000 a supprimé la nécessité de tous ces changements de réglages et nous a permis du gagner beaucoup de temps à chaque étape, de la réalisation des analyses à la production des rapports. L’environnement de travail a été amélioré sans que cet ajustement en particulier soit compromis », a-t-il indiqué.

Il est possible de choisir la méthode d’observation tout en visualisant les échantillons, augmentant ainsi l’efficacité des observations et des analyses

Objectifs haute performance conçus par un fabricant d’instruments d’optique

Le type d’objectif utilisé dans les travaux d’analyse varie selon l’échantillon à observer. M. Sugawara et M. Yoshioka se sont tous deux déclarés satisfaits des objectifs fournis par Olympus, notant qu’en tant que fabricant d’instruments d’optique, la société propose une large gamme d’objectifs de très haute qualité et d’un excellent rapport qualité-prix.

Le changement d’objectif sur certains microscopes numériques classiques requiert de retirer l’objectif à changer pour pouvoir installer le nouveau, ce qui peut être fastidieux et chronophage. Le microscope numérique DSX1000, en revanche, est doté d’une tourelle porte-objectifs coulissante et d’objectifs exclusifs, permettant de passer rapidement à l’objectif qui convient et de modifier le grossissement, de macro à micro.

M. Yoshioka apprécie la facilité d’utilisation de cette fonction par rapport aux microscopes numériques traditionnels : « Pouvoir remplacer l’objectif instantanément est pratique lorsque nous voulons ajuster le grossissement après avoir changé l’échantillon. Cette fonction est particulièrement efficace pour l’observation et l’analyse de différents échantillons, car une observation générale à faible grossissement peut être utile pour détecter rapidement un défaut. Sur un microscope numérique traditionnel, le remplacement de l’objectif est fastidieux et prend du temps, car celui-ci doit être vissé. Le mécanisme coulissant du microscope DSX1000 facilite le remplacement de l’objectif, et on ne risque pas de le faire tomber. »

Gamme de 17 objectifs

Tourelle porte-objectifs coulissante : déplacement de l’objectif d’avant en arrière Changement d’objectif.

La sauvegarde des paramètres d’observation permet de gagner du temps

Think Laboratory avait fait part d’exigences concernant une caractéristique spécifique du microscope DSX1000 : la fonction de récupération des conditions d’observation. La possibilité d’analyser différents échantillons en utilisant les conditions d’observation antérieures peut être très utile. Chaque fichier d’image acquis avec le microscope DSX1000 contient des informations sur les conditions d’observation, comme le grossissement, la méthode d’éclairage et les réglages de la caméra. Il suffit de cliquer sur l’image pour voir ces conditions. Cette fonction permet de ne plus avoir à rechercher à chaque fois les conditions d’imagerie optimales. Il permet également d’éviter que les images d’observation ne varient en fonction de l’opérateur, ainsi que la non-détection de défauts, ce qui améliore la qualité de l’analyse.

Résumé

L’intégration du microscope numérique DSX1000 au processus de contrôle qualité du cylindre d’héliogravure a ainsi permis à la société Think Laboratory de satisfaire ses exigences de précision et d’améliorer son efficacité. Malgré une légère hésitation au début à changer de fabricant de microscopes numériques, Think Laboratory a tout de même procédé à ce changement en se basant sur son expérience avec les produits Olympus, notamment ses vidéoscopes industriels et ses spectromètres de fluorescence des rayons X. L’entreprise est également très satisfaite du suivi après-vente assuré par Olympus, notamment de la série de sessions de formation qui ont été dispensées aux employés de Think Laboratory après l’installation.

*Pour que la précision soit garantie, l’étalonnage doit être effectué par un technicien Olympus ou un revendeur. Pour que la précision XY soit garantie, il est nécessaire d’effectuer l’étalonnage au moyen du DSX-CALS-HR (échantillon d’étalonnage). L’obtention de certificats de conformité d’étalonnage nécessite que la procédure soit réalisée par un technicien Olympus du service calibration. La répétabilité de l’ordre de 1 μm de l’axe Z est assurée lors de l’utilisation d’un objectif de 20X ou plus.