Brevet FR2375961A1 — publié le 19780728

La présente invention concerne un procédé de traçage d'un motif prédéterminé sur la surface d'une pièce à l'aide d'un faisceau laser. Les procédés classiques de traçage comprennent celui dans lequel une pièce et un trusquin sont placés, par exemple, sur un arbre de telle sorte que la surface de la pièce est marquée par une pointe à tracer qui est montée sur le trusquin,et celui dans lequel un motif est tracé sur la pièce à l'encre de chine, au crayon ou à la craie. Tous ces procédés nécessitent de la main-d'oeu-re pour tracer des traits sur la surface de la pièce par contact avec elle, et ont un rendement médiocre. Un procédé de traçage efficace qui a récerrnent été mis au point consiste à revêtir la surface de la pièce d'une matière photosensible, et à y imprimer un motif par projection photographique. La figure 1 représente un schéma explicatif d'un procédé classique de traçage par pression photographique. Un rayon lumineux émis par une source de lumière 1 est condensé sur une lentille 2 et projeté sur une pellicule d'original 3 montée sur une porte-pellicule 4. Le flux lumineux qui traverse la pellicule 3 d'original est projeté sur la matière photosensible 6 par une lentille de projection 8, si bien que le motif de la pellicule 3 d'original est imprime sur la matière photosensible 6. Selon ce procédé de traçage par impression photographique, on peut modifier à volonté l'agrandissement du motif, d'une part, et aucun outil de traçage n'est mis en contact avec la pièce, ave ce résultat que la pièce ne bouge pas, ce qui a pour effet d'aucmenter la précision du traçage,d'autre part. Néanmoins, il est très peu commode et il faut beaucoup de temps pour revêtir la surface de la pièce avec la matière photosensible. Par ailleurs, à moins que la surface de la pièce soit extrêmement plane, les traits du motif sont flous. Un autre inconvénient encore de ce procedé tient au fait que les dimensions de la pièce utilisahle sont limitées par celles de la tireuse photograpnique. Un procédé de traçage à l'aide d'un faisceau laser est décrit dans "Lasers in Industry" , Francis P. Gaglians, Robert M. Lumley, IEEE, et Laurence S. Watkins ; réimpression de Proc. lEtE, Vol. 5;, pp. 114 à 147, février 1969. Dans ce prrcCé, en projetant on faisceau '-~er suivant un motif prédéterminé sur une plaquette de transistor, or -orm.e une rainure peu profonde, c'est-à-dire une entaille. On srEd=--ise la plaquette le long de l'entaille formée dans sa surface. Ce procéde nécessite un laser extrêmement puissant pour marquer la pièce, et ne peut être mis en oeuvre à une cadence très rapide. I1 ne convient donc pas dans le cas où la pièce à tracer a de très grandes dimensions. La présente invention a pour objectifs de procurer : un procédé et un appareil de traçage d'ne pièce sans difficulté, sans toucher la pièce quelles que soient les dimensions de la pièce ; un procédé et un appareil de tracage dans lesquels on modifie la couleur de la surface de la pièce en provoquant des modifications de ses propriétés sans former de rainure ou d'entaille dans la surface de la pièce ; un procédé et un appareil dans lesquels on procède au traçage à l'aide d'un générateur de laser à gaz ou à solide de puissance extrêmement faible. Sur les planches de dessins annexes la figure 1 est un schéma représentant le principe d'un procédé classique de traçage par impression photographique la figure 2 est une vue on perspective générale représentant une forme de généralisation du procédé de traçage selon l'invention la figure 3A est une viie de côté schématique représentant une forme de réalisation du procédé de traçage selon l'invention la figure 3B est une vue de côté schématique représentant une variante de la figure 3 A la figure 4 est une vue en perspective générale représentant une autre forme de réalisation du procédé de traçage selon l'in- vention ; et la figure 5 est un schéma synoptique représentant un appareil de mise en oeuvre du procédé représenté sur la figure 4. Le schéma de la figure 2 explique le procédé de traçage à l'aide d'un faisceau laser selon une forme de réalisation de la présente invention. Un générateur de faisceau laser a gaz carbonique, de faible pulssanoe7 d'environ 5 mW à 100 W, est monté sur un chariot vertical coulissant 12 que l'on peut fier à la hauteur voulue sur un arbre vertical 13.L'arbre vertical 13 est fixe sur un chariot horizontal 14 qui esft conçu pour coulisser le long d'un banc horizontal 17. te rayon lumineux engendré par le générateur 10 de faisceau laser du dispositif de traçage ainsi construit est projeté sur la pièce. Comme fisceau laser transporte de la chaleur, 7 partie de la surface de la pièce que frappe le faisceau laser change de propriétés et de couleur sous l'effet de la chaleur contenue dans le faisceau.Si c'est une plaque de fer que l'on utilise comme pièce, par exemple, la rouille d'oxyde ferrique brun qui se trouve éventuellement a sa surface se transforme en oxyde magnétique noir sous l'effet de la chaleur du faisceau laser. Ainsi, en déplaçant le générateur 10 du faisceau laser, il est possible de former un motif le long du lieu géométrique de déplacement du générateur 10. Le procédé de traçage à l'aide d'un faisceau laser selon cette forme de réalisation présente l'avantage que l'on effectue le traçage sans toucher la pièce et sans traiter la surface de la pièce avec une matière quelconque telle qu'une matière photosensible. La figure 3 représente un procédé de traçage à l'aide dZun faisceau laser selon une autre forme de réalisation de l'invention. Le faisceau laser 11 qui est émis par le générateur 10 subit une réflexion de 900 sur un prisme 17 et est projeté sur la pièce 7 de façon à produire une marque 16 de couleur différente de celle de la pièce. En déplaçant le prisme 17 dans le sens de la flèche A qui apparalt sur la figure 3A, on trace un trait latéral sur la surface de la pièce 7. En déplaçant l'ensemble 10A du générateur de faisceau laser en même temps que le prisme 17 dans la direction perpendiculaire à la planche de dessins, on forme sur la pièce un trait tracé dont la longueur est égale a la distance de déplacement. Comme le montre la figure 3B, un réflecteur supplémentaire 17A est ajouté à la forme de réalisation de la figure 3A. En faisant tourner le réflecteur 17A, on peut faire tomber le faisceau laser sur la pièce 7 quel que soit l'endroit où elle se trouve. Le trait tracé a une épaisseur égale au diamètre du faisceau laser, lequel est de 0,1 0,5 mm environ. Dans les procédés précédents, l'ensemble 10A du générateur de faisceau laser et le prisme 17 se déplacent en bloc tandis que la pièce 7 est immobile. Inversement, la source du faisceau laser pourraît être fixe tandis que la pièce 7 pourrait se déplacer horizontalement; le résultat serait alors le même. Etant donné que le prisme susmentionné 17 est un prisme carré,ilh y a peu de perte de lumière car la lumière se réfléchit totalement sur la surface de réflexion et-aussi car le prisme 17 est facilement maintenu en place. On peut cependant utiliser un réflecteur à la place du prisme 17.On déplace un certain nombre d'éléments de déviation optique dans les deux directions orthogonales, l'un par rapport à l'autre dans le même plan, si bien que le simple déplacement de ces éléments de déviation permet de tracer un trait suivant un motif compliqué dans la surface de la pièce 7. Le procédé de traçage à l'aide d'un faisceau laser selon la forme de réalisation considérée présente un double avantage premifirement, on trace le trait dans la surface de la pièce en déplaçant les éléments optiques de déviation du faisceau laser; et deuxièmement, on trace le trait dans la surface de la pièce en déplaçant la pièce sans déplacer le faisceau laser. Le schéma de la figure 4 explique un procédé de traçage à l'aide d'un faisceau laser selon encore une autre forme de: réalisation de l'invention. Le générateur 10 du faisceau laser est placé de façon à pouvoir se déplacer horizontalement et verticalement sur un trépied 20. L'échelle angulaire indiquant l'angle de rotation 9 du générateur 10 du faisceau laser est marquée sur le trépied 20. Lorsqu'on utilise l'ensemble a générateur de faisceau laser ae ce type, le générateur 10 du faisceau laser se trouve à une certaine distance de la pièce 7 si cette dernière est de grande dimension, ce qui permet de procéder au traçage sans avoir à remettre en place le générateur 10 du faisceau laser ou la pièce 7.Dans ce cas, on détermine l'épaisseur du trait en la calculant à partir des mesures de l'angle de rotation e du générateur 10 du faisceau laser, du centre de rotation du générateur 10 du faisceau laser, et de la distance entre les extrémités du trait tracé. La grande directivité d'un faisceau laser a pour avantage que le diamètre du faisceau laser qui est projeté sur la surface de la pièce n'est pas très agrandi même si le faisceau est projet depuis un point éloigne. La faible déperdition d'énergie dlun- faisceau laser permet de tracer un trait très net même si le générateur 10 du faisceau laser se trouve a une certaine distance de la pièce. Un autre avantage encore est que les Irrégularités vantelles de la surface de la pièce n'ont guère d'effet sur l'énalsseur du trait tracé. La tache ou le point projet par un faisceau laser a une répartition énergétique normale, l'intensIté du faisceau tant maximale au centre. pour cette rayon, rême dans le cas où la tache est agrandie du fait de l'élolqnerent ce la source de rayorne- ment, l'emploi d'un générateur de faisceau laser ayant une grande capacité d'émission d'énergic permet de marquer le centre de la tache. Xe procédé de traçage à l'aide d'un faisceau laser selon la forme de réalisation considérée est tel que l'on peut tracer un trait sur une pièce de grande dimension en modifiant la direction du faisceau projeté par le laser sans avoir à remettre. en place le générateur 10 du faisceau laser. Les résultats des expériences menées sur les conditions de la pièce elle-même et sur les conditions de la surface de la pièce marquée par projection d'un faisceau laser montrent que, dans le cas d'une surface brillante à finition de miroir de la pièce, il est difficile de la marquer par changement de couleur car une partie de l'énergie possédée par le faisceau laser se réfléchit sur cette surface. En revanche, ia surface d'une pièce non brillante, par exemple d'une plaque d'aluminium portant un film d'oxyde, permet un traçage suffisant. I1 est possible de tracer un trait sur la surface d'une plaque de fer ne portant pas de rouille, mais le trait tracé sur cette surface est plus net si on la laisse séjourner dans l'atmosphère pour qu elle se revête d'un peu de rouille. La rouille d'une pièce de fer (oxyde ferrique) a un point de fusion plus bas que le fer lui-mome et on peut donc plus facilement la marquer avec un générateur de faisceau laser à puissancerelativement faible. Par conséquent, avant de marquer la surface de la pièce avec un faisceau laser, il est préférable de faire subir à la surface métallique de la pièce un traitement préalable, par exemple un traitement d'oxydation. A part le métal, on revêt de préférence la surface de la pièce d'une matière, par exemple, d'une peinture indiquant la temperature, qui change de couleur en fonction de la température, si bien que l'on peut alors utiliser un générateur de faisceau laser de puissance moindre comme source de faisceau laser pour obtenir une vitesse de traçage plus grande. A titre d'exemple précis de la présente invention, on a projeté sur la surface légèrement -ouillée d'une plaque d'acier , un faisceau laser provenant du générateur 10 de faisceau laser ayant une puissance maximale de 100 X, en le déplaçant à une vitesse de 50 à 150 cm/mn. On a ainsi inscrit un net trait noir sur la surface brune de la plaque d'acier. Encore à titre d'exemple, on a projeté sur la surface d'une plaque de fer revêtue de zinc un faisceau laser provenant du e générateur de faisceau laser ayant une puissance maximale de 10G , la tache du faisceau se déplaçant a une vitesse de 50 150 cm/mn. On a ainsi trav trlt gris non brillanffi sur la surface blanche d'argent brillant da la pièce. Un autre exemple encore rot en jeu une plague d'acier revêtue d'une teinture colorée sensible à la température, par exemple la peinture "TEMP-ALARM" (marque déposée) fabriquée par la société TEMPIL CORPORATION, dont la surface a été irradiée avec un faisceau laser émis par un générateur de faisceau laser ayant une puissance maximale de 10 W, la tache du faisceau se déplaçant à la vitesse de 30 cm/mn. On a ainsi tracé clairement un trait noir dans la surface blanche de la pièce. La figure 5 est un schéma synoptique d'un appareil de mise en oeuvre du procédé de traçage selon la présente invention, représenté sur ia figure 4. Sur la figure 4, le générateur 10 du faisceau laser est destiné à être dévié d'un angle 8 dans le plan horizontal par le moteur d'entraînement 22, et dans le plan vertical par le moteur drentraînement 25. Les angles de déviation correspondants sont détectés par les détecteurs 23 et 26 qui sont respectivement reliés aux moteurs d'entraînement 22 et 25. Considérons la figure 5. Un motif que l'on veut tracer est appliqué à partir d'un terminal 27 d'introduction de motif et est produit par un ordinateur de commande 28 sous la forme de signaux d'ordre de déviation horizontale et verticale passant dans la ligne 29. Ces signaux d'ordre de déviation sont respectivement appliqués, par l'intermédiaire d'une section de commande 30 et dune section 31 de commande de moteurs1 aux moteurs d'entraînement 22 et 25 pour les entraîner. La section 31 est reliée à une alimentation électrique 32. Sous l'effet de son entraînement par les moteurs, le générateur 10 du faisceau laser est dévié et entraîné.Les angles de déviation du générateur 10 du faisceau laser sont détectés respectîvenent par les détecteurs 23 et 26. Les signaux issus des détecteurs 23 et 26 sont appliqués à un comparateur (non représenté) faisant partie de la section de commande, qui les compare aux signaux d'ordre de déviation. Un signal d'erreur qui est éventuellement emis à la suite de la comparaison, est appliqué aux moteurs d'entraînement 22 et 25 par l'intermédiaire de la section de commande des moteurs. Le générateur lO des faisceaux laser est dévié de l'anle de déviation correspondant à ce signal d'erreur o, en d'aut-es termes, cette déviation est corrigée par le signal d'erreur conformément à l'ordre. Le dispositif de commande d'entraînement qui est représenté sur la figure 5 est bien connu. Sur la figure, les traits interrompus désignent les liaisons mécaniques et les traits pleins, les liaisons électriques. Le faisceau laser est condensé par une lentille de telle sorte que l'on peut régler les dimensicns de la tache projetée sur la surface de la pièce, avec ce résultat que l'on obtient facilement un trait d'épaisseur voulue. Ainsi qu'on l'a expliqué plus haut, le procédé de traçage selon la présente invention a pour avantage que l'on trace facilement un trait dans la surface d'une pièce sans toucher cette surface quelles que soient les dimensions de la pièce. ET;INnICQIS I. procédé de traçage consistant former sur ia surface d'une pièce une couche d' > n matériau à point de fusion relativement has, à déplacer un générateur de faisceau laser, situé à une certaine distance de ladite surface de ladite pièce, par rapport à ladite surface en suivant un motif voulu, et à modifier les propriétés chimiques dudit matériau à bas point de fusion en l'irradiant avec ledit faisceau laser de manière a modifier la couleur dudit matériau. 2. Procédé de traçage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour former ladite couche de matériau à bas point de fusion, on forme un oxyde du métal de ladite pièce sur la surface de ladite pièce. 3. Procédé de traçage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour former ladite couche de matériau à bas point de fusion, on applique une Peinture thermosensible sur la surface de ladite pièce. 4. Procédé de traçage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on déplace ledit générateur du faisceau laser dans le plan parallèle à ladite surface, laquelle est maintenue fixe, ledit générateur du faisceau laser étant placé de façon à émettre un faisceau laser dans la direction perpendiculaire à ladite surface de ladite pièce. 5. Procédé de traçage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on déplace ledit générateur du faisceau laser en modidiant conformément au motif voulu l'angle d'incidence dudit faisceau laser sur ladite surface fIxe. 6. Procédé de traçage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient fixe ledit générateur de faisceau laser et on déplace ladite surface de ladite pièce dans un plan sensiblement perpendiculaire au faisceau laser émis par ledit générateur du faisceau laser.