Brevet FR2121434A1 — publié le 19720825

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour l'obtention d'éléments présentant une surface sensiblement parabolique. Des éléments présentant une surface parabolique sont utilises notjmrnent pai l'industrie optique pour éouiper des projecteurs, des condenseurs de microscopes et des télescopes. Une méthode connue pour réaliser ces éléments consiste à usiner une ébauche à l'aide d'un tour et à procÉder ensuite à des retouches locales à la " in en vue d'obtenir l'état de surface désiré. Cette méthode est evide.nent longue et très onéreuse. De plus, la précision d'usinage de la surface parabolique est rarement satisiaisante et dépend de l'habilité de d'opérateur. Un des buts de la présente invention est de mettre au point un procédé de farication ne présentant pas les inconvénients de la méthode ccnue décrite cidessus. Un autre but de l'invention est d'obtenir des surfaces paraboliques dont on peut feirs varier le paramètre. La présente invention a pour objet un procédé pour la réalisation d'éléments présesstant une surface sensiblement parabolique, de révolu'ion caractérisé par le faitqu'il consistc à disposer une substance liquide dans un récipient, à entrai- ner en rotation ledit récipient à une vitesse déterminée, et à provoquer la solidificationn d'au moins une partie de ladite substance liquide en gardant constante la vitesse de rotation du récipient. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour mettre en oeuvre le Procédé défini ci-dessus catactférisé par le fait qu'il comporta un récipient destiné à recevoir une substance liquide solidifiable, un dispositif d'entraînement en rotation dudit récipient autour d'un axe vertical comprenant un dispositif de régulation de la vitesse de rotation, et un moyen de commande de l'état de solidification. L'invention a aussi pour objet un éliment optique caractérisé par le fait que sa surface extérieure présente au moins une portion dont la courbure est calle de la surface libre d'une masse liquide entrafnée en rotation à vitesse constante autour d un axe passant par ladite masse liquide. L'invention a aussi pour objet un dispositif réflecteur optique à distance focale variable constitue par un récipient contenant un liquide formant avec l'at- mosphère ambiante u. dioptre réflféchissant les rayons lumineux, un dispositif d'entrainement en rotation à axe vertical dudit récipient au moins une partie du liquide tant traversée par ledit axe, et un moyen de commande de la vitesse de rotation dudit récipient. D'autres caractéristiques et avantages de la présents invention apparaILront eu cours de le description suivante, donne en regard du dessin annexé à titre illustracif mais nullement limitatif, dans lequel la figure a représente en élévation et en coupe schématique partielle un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente en élévation et en coupe hématique partielle un second exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 3 est una vue partielle en coupe d'un élément du dispositif il lustré par les figures 1 ou 2, illustrant le cas de réalisation d'une surface parab@lique convexe par le procédé selon la présamts invention. La figure 1 représente en élévation un exemple de realisation d"n disposi tif selon l'invention. L @ dispositif comprend un moteur électrique 1 fixe au sol par un support 2. L axe de rotation 3 du moteur i est orienté verticalement. Des moyens de commande électronique du électrumécanique. representés schématiquement par le bloc 4, sont reliés au moteur 1 pour permettre de faire varier la vitesse du moteur, ces moyens étant de préference tels que l'o;. puisse réaliser une va ration continue de la vitesse du moteur.Le moteur 1 possède un boiit d'arbre 6 fileta à son extranité qui supoorte un plateau horizontal 7 de forme circulaire. Le bout d'arbre 6 est vissé au centre du plateau le blocage de ces deux pièces étant réalisé à l'aide de l'écrou 8. Le plateau 7 possède sur sa face sylindrique verticale 9 une séria de traits régulièrement espacés pour permettre le mesure de la vitesse de rotation du moteur à l'aide d'un dispositif tel que par exemple un stroboscope représenté schémotiquement en 10, l'appareil de mesure O étant re lié au dispositif de commande de vitesse 4 pour créer ainsi un circuit de régu lation de la vitesse. Un récipient Il est fixé sur le plateau 7.Lorsque ce réci- pient Il contient un liquide, par exemple un métal tcl que le mercure, et lorsque le plateau 7 est entraîné on rotation avec le récipient 41, la surface de sépara- tion du liquide et de l'air ambiant prend alors la forme d'un paraboloide de révo- lution autour de l axe de rotation du récipient qui est confondu avec l'axe 3 du moteur I. Le parcmètre de ce parabololde est inversement proportionnel au carré de la vitesse angulaire du récipient. Pour obtenir un paraboloide de paramètre donné il suffit donc de régler la vitesse de rotation du mcteur 1 à une vitesse convenable, cette régulation étant effectuée par les mayens ue commande 4 et le moyes de mesure 10. Si la surfacs de @éparation du liquide possède des qualités suffisantes de réflexion de la lumière, -omme c'est le cas pour be mercure par exemple, l'élément formé par la surface parabolique du mercure peut être utilise directement dans un ensemble optique. Nous voyons donc que le dispositif décrit ci-dessus, contenant du mercure et dans lequel le récipient Il est en rotation autour de l'axe 3, constitue un dispo citif optique capable de réfléchir de rayons lumineux issus d'une source telle que par exemple un laser 21, de la même manière qu'un miroir parabolique solide connu Ce dispositif présente en outre la proprieté d'être un dispositif à dis tance focale commandable d'une manière continue La figure 2 représente un second exemple de réalisation d'un dispositif plus spécialement adapté à la fabricaticn d'éléments r surface parabolique à tartir d'n produit durcissable, par échauffement, par refroirlsseme-t. ou par réaction chimique. Ce dispositif comporte les memes elements que caux du dispositif illustré dans la figure 1 et comporte en outre un four. Ce four représenté schématiquement en 13 peut être un four dit à haute fréquence, ou un tour à induction, comportant des moyens tnDn représentés) pour ciéer un champ électrique ou un champ magnéti- que à l'intérieur du récipient 11.Comme illustra par le figure 2, le tour 13 peut être maintenu en pcsition auteur du récipient 11 à l'aide d'un support fixe 14 s dans le cas où le matcriau utilisé est un matériau durcissable par lefroidis- sement, au moyen de chauffage décrit ci-dessus on peut associer un système de refroidissement qui peut ctre constitué par exemple par une source de fluide sous pression 15 reliée par une canalisation à un injecteur 15a capable d'envoyer cur la surface extérieure du récipient 11 un jet de fluide de refroidissement lorsque le moyen de chauffage 13 est enlevé. Le fonctionnement du dispositif décrit par la figure 2 est le suivant On dispose dans le récipient 11 le matériau qui servira à la fabrication du corps à surface parabolique. Ce mater au peut être un matériau solide qui devient liquide pr action exterr, par exemple par chauffage ou fusion. Dans ce cas, dans une première étape on agit sur l'alimentation et la commande du moyen de chauffage 13 de manière à obtenir la liquéfaction du corps dispose dans le récipient 11. Ceci est le cas par exemple d'un métal que l'on peu fondre par chauffage à induction. c'est-à-dire en appliquant un champ magnétique induisant des courants qui produisent la fusion du métal par effet Joule. S'il s'agit d'une substance Jiélectrique, le four à induction peut être remplacé par un four appliquant n champ électrique à hayuta, fréquence à la matière dielectriqu qui est ainsi chauffée. I1 est aussi possible de mettre dans le récipient 11 une substance se trou vent normaleient à l'état liquide, et qui est capable de se solidifier p-ogressi- vement. Le récipient 11 contenant par conséquent une substance à ltétat liquide. on met ci marche le moteur 1 qui entraine le récipient 11 en rotatif autour de l@axe 3. La surface du liquide contenu dans le récipient 11 prend la forme d'une surface parabolique ainsi qu'explique ci-dessus avec référence à la figure S. La vitesse d rotation di récipient est maintenue constante jusqu'à ce que le liquide soit bien stabilisé dans le récipient. On procède ensuite à l'étape de solidification. La solidification progressive du liquide en rotation d@ns le récipient 1 peut être obtenue par des moyens très divers qui dépenuent de la substance utili sée. Dans certain cas on peut utiliser des rayonnements électromagnétique pre- duisant une action photochimique ou une action thermique.On peut aussi utiliser un mélange de corps réagissant chimiquement et donnant lieu à un corps en phase solide, cette réaction chimique pouvant être une polymérisation, une oxydtion, une cristal1isation etc Le durcisiement du liquide ou du mélange de liquides contenu dans le récipient 11 peut être aussi abtenu, favoris ou accéléré par des catalyssuls appropriés et ::iussi par les moyens décrits ci-dessus tels que les moyens de chauffage par action d'un rayonnement électromagnétique et pouvant produire ne action photocnimique uu thermique. Dans le cas où la solidification de la substance disposér dans le récipient 11 est créée par refroidissement, on met e:. oeuvre un sytème te) que le 3ystème 15-55a de la figure 2. Pendant l'étape de solidification, la vitesse de rotation du récipient Ii doit être maintenue aussi constante que possible pour éviter des défauts de la surface parabolique créée par la force centrifuge. il est à notcr que, ùans certains cds, il peut être avantageux de procéder en plusieurs étapes. Par exemple dans le cas d'une substance métallique utilisée à l'état fondu, dans une première étape on peut obtenir une surface parabolique présentant des défauts dûs aux réactiuns mécaniques de la masse en fusion placée en trop grande quantité dans le récipient 11.Dans ce cas on peut réaliser ne seconde étape consistent essentiellement à appliquer ou corps 16 présentant la surface parabolique nor parfaite, un champ magnétique dont la fréquence est talle que les courants de Foucault ne sont induits que sur une épaisseur relativement faible du métal : dans ce ces la majeure partie du corps 16 ne sera pas fondue, mais seulement une certaine couche peu épaisse de la surface périphérique, ce qui permet de rectifier éventuellement les qualités de cette surface par un second refroidissement. Selon une autre variante du procédé selon l'invention, on peut disposer dans le récipient Il une substance composée de deux corps liquides non miscibles ayant des densités difféiantes. Par exemple, l'un de ces deux corps peut être ur, corps solide à température normale et ayant une densité nettement plus faible que la densité de l'autre corps. L'autre corps peut être solide ou liquide à température ordinaire. Selon la présente invention illustrée par les figures 2 et 3, après fusion éventuelle du corps solide, la rotation du récipient 11 produit une séparation des deux corp-, le corps ayant la densité la plus grande prenant la position sa de la figure 3, tandis que le corps ayant la densité la plus faible prend la position 1. illustrée sur cette figure. La surface de séparation des masses 17 et 18 est une surface parabolique de révolution comme dans le cas précédent. I1 en est de même pour la surisce de sépa- ration entre la masse 17 et l'atmosphère. Après soliditacation de ces deux corps, outenue par l'un des moyens décrits ci-dessus, on effectue le démoulage de l'ensemble et la éparation de la russe 17 de la masse 18. On oLbient ainsi une mosse 17 qui présente deux surfeaes paraboli- quels de révolution la su.-rac le étant une surface concave tandis que la surface 20 est une surface Convexe. Selon une autre vaitantc, les liquides formant les masses 17 et 18 sont tels que la masse 17 peut être solidifiée par action de la temnérature ou car une autre action, tandis que la misse 18 reste, elle, à l'ptat liquide. Ceci est le cas, par exemple, si la masse 17 est formée par de la paraffine, tandis que la maCe 18 eFt formée par du mercure. Lc-sque i masse 17 cit refroidie il n'y a alors aucune difficulté puur séperar la masse 17 de la masse 18, la surface parabolique de révolution convexe 20 de la masse 17 présentant en outre l'avantage d'être polie. Lien entendu, à partir d'un élément présentant une surface parabolique concave realisée à l'aide du dispositif illustré par les figures 1 ou 2, il est possible de réaliser, par moulage par exemple, un élément présentant une surface parabolique convexe, et inversement. D'autre part, ces éléments peuvent, en vue de leur utilisation dans l'industrie optique, recevoir Si nécessaire ul, revêtement tréflé chiscant par des moyens connus tjas que dépôt sous vide, etc ... En résumé, on voit que les diverses variantes du procédé décrit ci-dessus, utilisant les dispositifs illustrés Far les figures 1, 2 ou 3, permettent de réo- user des éléments présentant au mnins une surface de forme paraboligue, Le procédé selnn l'inve;1tion est bien plus rapide et bien moins coûteux que la méthode employée classiquement pour réaliser de tels éléments. Le procédé selon l'invention permet de réaliser des éléments présentant un état de surface très satisfaisant, qui ne dépend pas du degré d'habilité d'un ouvrier hautement spécialisé, Ce precé- dé est particulièrement adapté à la réalisation de réflecteurs pressentant une grande surface de réflexion tels que ceux de, projecteurs de cinéma, et aussi à la réalisation de réflecteurs utilisés pour concentrer l'énergie d'un faisceau laser. REVENDICATIONS 1/ - Procédé pour la réalisation d'élément présentant une surface sensiblement parabolique de révolution, caractérisé p por le faiL qu'aï consiste à disposer une substance liquide dans un récipient, à entrefner en rotation 'adit récipient autour d'un axe vertical avec une vitesse déterminée, et à provoquer la bolidifica- tion d'au moins une partie de ladite substance liquide en gardant constance la vitesse de rotation du récipient. 2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé per le fait ue lddite substance liquide est composée de deux corps distincts non miscibles, un desdits corps ayant ne densité inferieure à celle de l'autre corps. 3/ - Procédé selon la revendicatioi, 1, caractérisé car le fait que ladite substan- ce liquide est obtenue par fusion d'au moins une partie d'une substance solide à tempéreLure ordinaire, la solidification étant réalisée par refreidissement do ladite substance. 4/ - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'au moins un desdits corps est un corps solide à température ordinaire, l'état liquide de ladite substance étant obtenu par fusion. 5/ - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit corps solide à température ordinaire est le corps ayant la plus petite enité. 6/ - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'un desdits corps est une matière organique, l'autre desdits corps cotant un métal liquide. 7/ - Procédé selon la reendication i, caractférisé par le fait que ladite substance liquide comporte uiie matière polymffirisable. 8/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite substance liquide est un mélange de corps susceptibles de réagir chimdquement pcur formcr un corps solide. 9/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qus ladite substance liquide est une matière organique thermodurcissablc. 10/ - Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un récipient destiné à recevoir une substance liquide solidifiuble, un dispositif d'entrainement en rotation- dudit récipient autour d'un axe vertical comportant des moyens de régulatiqn de la vitesse de lsta- tion, st un moyen de commande de l'étant de solidification dudit liquide. 11/ - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ledit moyen de commande de l'état de solidification est un dispositif de contrôle de l'atmosphère am;,iar,te 12/ - Dispositif selon la revendication 10, caraccér'sé par le fait quc ledit moyen de commande de l'état de solidification est un dispositif thermique de régulation de la température de la substance contenue dans ledit récipient. 13/ - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ledit moyen d commando de l'état de solidificstion est un four à induction. 14/ - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ledit moyen de commande de l'état de solidification est un four à hautc fréquence. 15/ - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que Desdit dispositif thermique comporte un four permettant le chauffage de la substance disposée dans ledit récipient et un dispositif de refroidissement agissant sur ladite substance par l'intermédiaire dudit récipient. 16/ - Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par le fait que ledit dispositif de refroidissement comporte des voyens pour injecter ur fluide de retroidissement sur la surface extérieure dudit récipient. 17i - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le rait que ledit moyen de commende de l'état de solidification est un dispositif d'injection d'un Catalyseur provoquant une réaction chimique entrainant la solidification de ladite substance. 18/ - Dispositif réflecteur optique à distance focale variable caractérisé par le fiait qu'il est constitué par un récipient contenant un 'iquide formant avec l'atmosphère ambiante un dioptre réfléchissant les rayons lumineux, un dispositif d'entranement en rotation à axe vertical, dudit récipient au moins une partie du liquide tant traversée par ledit axe, et un moyen de commande de 12 vitesse de rotation dudit récipient. 19/ - Eiément optique obtenu par le procédé selon la revendication 1, caractéri-4 par le fait que sa surface extérieure présente au moins une portion aont la cour- bure est celle de la surface libre d'une masse liquide entrair.e e rotation à vitesse constante autour d'an axe passant par ladite masse liquide.