Brevet FR2130698A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne un appareil de traitement de matières par un faisceau lumineux et plus spécialement, mais pas exclusivement, un appareil destiné à produire une configuration de perforations ou de soudures dans des matières en feuilles. Selon ses caractéristiques essentielles, la présente invention utilise toute source lumineuse convenable avec un milieu destiné à rendre la matière à traiter sensible à la lumière -utilisée si nécessaire. En particulier, l'appareil est destiné à être utilisé avec une source lumineuse du type laser. lie terme "lumineux" doit etre interprété comme couvrant un rayonnement électromagnétique ayant une longueur d'onde comprise dans les plages du spectre correspondant à l'ultraviolet et à l'infrarouge ainsi que la lumière visible. Selon l'invention, un appareil de traitement de matières par un faisceau lumineux comprend un dispositif pour positionner un corps de façon qu une partie de ce dernier à traiter se trouve dans un plan donné, plusieurs éléments de formation d'images disposés pour produire dans ledit plan plusieurs images d'une source lumineuse fixe dont l'intensité est suffisante pour réagir avec ladite partie du#corps, et un dispositif pour déplacer le corps et présenter différentes parties du corps pour les traiter. lie dispositif destiné à déplacer le corps peut être agencé de manière que les images forment une configuration désirée sur le corps. lies éléments de formation d'images peuvent comprendre un groupe de miroirs ou lentilles ou bien ils peuvent autre constitués par les franges individuelles d'un ologramme. Il est prévu de préférence un dispositif destiné à déplacer les éléments de forma-- tion d'images pour que las images forment une configuration désirée sur le corps. Au cas ou les éléments de formation d'images sont constitués par un groupe de miroirs ou de lentilles, le groupe peut être déplacé d'un seul bloc pour que les images tracent la configuration, les éléments individuels de formation d'images pouvant être agencés en outre de manière à être déplacés les uns par rapport aux autres. Au cas où les éléments de formation d'images -sont constitués par les franges d'un ologramme, c'est alors naturel lement l'ologramme qui doit autre mobile. Il peut autre également prévu un dispositif permettant de moduler l'intensité de la lumière émise par la source. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, un appareil de traitement d'une feuille ou bande de matière par un faisceau lumineux comporte un dispositif destiné à positionner une feuille à traiter de manière qu'une partie au moins de la feuille se trouve dans un plan donné, plusieurs éléments de formation d'images disposés de manière à produire dans le plan plusieurs images d'une source lumineuse fixe dont l'intensité est suffisante pour réagir avec la feuille, un dispositif pour contraindre les images à tracer une configuration désirée sur la feuille et un dispositif pour déplacer la feuille et présenter différentes parties de cette dernière pour les traiter. La feuille peut avoir la forme d'une bande continue de matière et le dispositif destiné à déplacer la feuille peut comporter des rouleaux agencés pour déplacer la bande dans la feuille d'une bobine d'alimentation à une bobine enrouleuse. Des exemples de traitement dans lesquels l'appareil peut autre utilisé comprennent la fusion localisée d'un corps, le soudage par points d'une feuille à une autre ou la production d'une configuration de perforations dans une feuille. D'autres traitements consistent à former des masques ou caches par des techniques photolithographiques ou une variation localisée de l'aptitude à la teinture d'étoffes. Dans chaque cas, il convient d'utiliser une source lumineuse présentant la répartition spectrale, l'intensité et la répartition dans l'espace appropriés. Une source du type laser convient pour le soudage ou la perforation de feuilles, tandis qu'une lampe à rayons ultraviole#s ou à la lumière visible convient pour des procédés photolithographiques. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, des formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins la figure 1 représente un schéma simplifié d'une forme de réalisation de l'invention la figure 2 représente un mode d'introduction de variations dans la configuration produite sur une feuille par la forme de réalisation de la figure 1 la figure 3 montre comment une seconde configuration peut être superposée à une première configuration la figure 4 représente une autre forme de réalisation de l'invention la figure 5 est une coupe longitudinale d'une partie de la forme de réalisation de la figure 4 ; et la figure 6 représente schématiquement une autre forme de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1, un faisceau lumineux 1 émis par un laser à anhydride carbonique d'une puissance comprise par exemple entre 100 et 1000 watts (et qui n'est pas représenté) est dirigé sur un miroir 2 à plusieurs facettes qui est monté pour tourner de manière à pouvoir balayer le faisceau lumineux 1 sur un ensemble 3 de miroiriconvergents 4 qui concentrent le faisceau 1 sur une pièce ou ouvrage 5. L'intensité du faisceau concentré 8 est suffisante pour vaporiser la matière qui constitue l'ouvrage 5 en formant ainsi une ligne de perforations dans ce dernier. Les miroirs 4 peuvent être de forme sphérique, toroïdale, cylindrique ou asphérique selon la forme des perforations que l'on désire produire. L'ouvrage 5 a la forme d'une bande de matière laminaire qui est avancée dans l'appareil par une série de rouleaux dont deux seulement, qui sont numérotés par 6 et 7 respectivement, sont représentés. lie rouleau 6 est placé de façon que lorsque l'ouvrage 5 passe sur lui, il se trouve dans le plan focal des miroirs 4. Afin de réduire le plus possible les aberrations optiques désaxées du faisceau concentré 8, le rouleau 6 qui place l'ouvrage 5 dans le plan focal des miroirs 4 doit avoir un diamètre aussi petit que possible, ce qui permet d'utiliser des miroirs ayant une courte distance focale avec une incidence presque normale. Le rouleau 7 constitue simplement un dispositif tendeur. lie mécanisme d'avance de la bande peut être agencé de manière à faire défiler la bande 5 dans le plan focal du miroir 4 soit encontinu, soit par intermittence en synchronisme avec chaque balayage du faisceau 1 sur l'ouvrage 5. Les perforations formées dans l'ouvrage 5 peuvent etre définies d'une manière plus précise en introduisant un obturateur dans le faisceau 1 avant qu'il atteigne le miroir rotatif 2 à plusieurs facettes et en synchronisant le fonctionnement de l'obturateur avec la rotation du miroir de façon que le faisceau l n'atteigne le miroir 2 que lorsqu'une des recettes est placée de manière à réfléchira le faisceau 1 au centre de l'un des miroirs 4. B'obtura- teur peut être du type mécanique ou électro-optique. En variante, le laser qui émet le faisceau 1 peut autre actionné dans un mode pulsé. Des configurations plus compliquées des perforations peuvent Etre produites en déplaçant les miroirs 4 de manière à contraindre la lumière qu'ils réfléchissent à tracer des configurations sur l'ouvrage 5. Bien qu'un mécanisme d'entraînement ne soit pas représenté sur la figure 1 du fait qu'il est classique, le groupe de miroirs 4 est monté mobile dans les directions indiquées par les flèches 9A Le mouvement rotatif est limité par le fait que le faisceau doit/maintenu concentré sur l'ouvrage 5.0n peut éventuellement introduire une autre modification permettant aux miroirs d'être mobiles à la fois individuellement et ensemble. La configuration des perforations produites dans l'ouvrage 5 peut titre également modifiée en modulant l'intensité du faisceau 1 de manière à faire varier ltoccurence ou la dimension des troue. Un mécanisme permettant de le réaliser est représenté sur la figure 2. Un codeur 20 de configurations produit un signal de commande représentant la variation désirée de ltoccurence ou de la dimension des perforations à produire dans l'ouvrage qui n'est pas représenté sur cette figure. Le signal de commande est appliqué à un ensemble pilote 21 qui actionne un modulateur 22 et un synchronisateur 23 qui fait varier à son tour la vitesse de rotation d'un moteur électrique 24 entraînant le miroir à plusieurs facettes 2. te modulateur 22 peut être situé dans la cavité du laser 25 qui constitue la source du faisceau 1 ou dans le faisceau 1 entre le laser 25 et le miroir 2. La figure 3 montre comment une configuration de grande dimension peut être superposée à une configuration do petite dimension. Un cache ou masque 31 en matière hautement réfléchissante de manière qu'elle ne soit pas trop chauffée, est placé sur l'ouvrage 5 et déplacé avec ce dernier. te cache peut Autre enroulé sur la bobine d'alimentation de la matière, il peut former une boucle séparée (entourant les miroirs 4 et 2) ou il peut zetre utilisé dans un procédé de production "par lots" dans lequel une certaine longueur de l'ouvrage 5 est traitée, et le cache 31 est ensuite placé sur un autre tronçon de l'ouvrage 5, etc. Dans la disposition particulière représentée sur la figure 3, l'ouvrage 5 ne passe pas sur un rouleau placé dans le plan focal des miroirs 4, mais le cache 31 est plat et comporte des guides 32 qui maintiennent l'ouvrage 5 aligné avec le cache31 et qui per de mettent également/ positionner correctement l'ouvrage dans le plan focal des miroirs 4. li'ensemble linéaire 3 des miroirs 4 peut #tre -éventuellement remplacé par un ensemble de miroirs disposés sous forme curviligne. Cette disposition a l'avantage de pouvoir réduire la distance de balayage du faisceau 1 sur les miroirs 4, en diminuant les aberrations optiques désaxées résultantes. En outre, des lentilles peuvent être utilisées comme éléments de formation d'images à la place des miroirs,comme on le voit sur les figures 4 et 5. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 4 et 5, le groupe des miroirs 4 est remplacé par deux groupes orthogonaux 40,40' de lentilles cylindriques.Du fait que les foyers des lentilles des groupes 40, 40' sont répartis sur une surface appréciable au lieu d'une ligne, l'ouvrage 5 est déplacé sur un guide par des rouleaux 42 et 42' au lieu de diriger le faisceau 1 sur la surface d'un seul rouleaucomme dans la forme de réalisation précédemment décrite. lie faisceau I est engendré par un laser 43 et est réfléchi par un miroir 44 sur un étaleur de faisceau 45 qui le dirige sur toutes les lentilles des groupes 40, 40' simultanément. Pour effectuer des perforations individuelles dans l'ouvrage 5, le laser 43 est actionné dans un mode pulsé, mais on pourrait utiliser un obturateur placé dans le faisceau 1.Le laser 43 est commandé par un ensemble pilote 46 qui actionne également un synchronisateur 47 commandant un moteur 48 qui entraîne le rouleau d'enroulement 42'. L'ensemble pilote 46 est sous la commande d'un ensemble 49. Comme précédemment, on peut prévoir un moyen pour déplacer les lentilles des groupes 4G, 40' de manière que les images tracent des configurations désirées sur l'ouvrage 5. La figure 6 montre très schématiquement une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle les miroirs ou lentilles sont remplacés par un ologramme réfléchissant 61 qui,en fait, est logé dans la cavité du laser de manière à autre placé entre deux miroirs totalement réfléchissants 62 et 62' de la cavité. Dans ce cas, la configuration et les formes des perforations ménagées dans l'ouvrage sont déterminées par l'information contenue dans l'ologramme 61. Dans ce cas également, l'ouvrage est exposé de manière discontinue au faisceau lumineux émis par le laser. Si l'intensité est suffisante pour que ltexposition soit assez courte pour permettre de définir nettement la configuration sur l'ouvrage 5, ce dernier peut être alors avance en continu sur un transporteur, sinon le mouvement de l'ouvrage doit être discontinu entre les expositions individuelles. Bien que les formes de réalisation de l'invention décrites utilisent un laser pour produire des perforations dans une pièce ou ouvrage, on peut utiliser des sources de moins grande énergie si l'on ne désire que provoquer une fusion locale de l'ouvrage ou le traiter d'une autre manière, par exemple par un procédé photolithographique. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées et est susceptible de recevoir diverses variantes en-#rant dans le cadre et l'esprit de l'invention. REVENDICAlTONS 1. Appareil de traitement de matières par un faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif pour positionner lin corps de façon qu'une partie de ce dernier à traiter se trouve dans un plan donné, plusieuriéléments de formation dtimages disposés pour produire dans ledit plan plusieurs images d'une source lumineuse fixe dont l'intensité est suffisante pour réagir avec ladite partie du corps, et un dispositif pour déplacer le corps et présenter différentes parties de ce dernier pour les traiter. 2. Appareil de traitement de matières par un faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif pour placer une feuille à traiter de manière qu'une partie de cette dernière se trouve dans un plan donné, plusieurs éléments de formation d'images disposés de manière à produire dans ledit plan plusieurs images d'une source lumineuse fixe dont l'intensité est suffisante pour réagir avec la feuille, un dispositif pour contraindre les images à tracer une configuration désirée sur la feuille et un dispositif pour déplacer la feuille et présenter différentes parties de cette dernière pour les traiter. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de formation d'images sont des lentilles disposées en un groupe au moins. 4. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de formation d'images sont des miroirs disposés en un groupe. 5. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de formation d'images sont les franges d'un ologramme. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à déplacer les éléments de formation d'images pour contraindre les images à tracer une configuration désirée sur le corps. 7. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les éléments individuels de formation d'images d'un groupe sont mobiles les uns par rapport aux autres. 8. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la feuille est une bande continue et en ce outil est prévu un dispositif pour faire avancer la bande dans l'appareil. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif pour moduler le faisceau lumineux émis par la source fixe. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que la source du faisceau lumineux est un laser.