Brevet FR2453432A1 — publié le 19801031

L'invention concerne un dispositif pour la décoration de boîtes embouties, par impression sur une plaque qui, après emboutissage,constitue la boîte à réaliser, d'une image prédéformée reproduisant, après ledit emboutissage, le motif à imprimer sur ladite boîte. La décoration de boites embouties peut être réalisée de deux façons - décoration par impression soit sur la boîte, soit sur une feuille de papier entourant la paroi latérale. - décoration préalable d'une image "prédéformée" sur la plaque å emboutir qui, après emboutissage, conduit au but recherché. Ce dernier procédé est préférable au premier pour des raisons d'économie d'impression. Cependant,lorsqu'on imprime sur une plaque métallique une figure composée de cercles concentriques, espacés régulièrement et qu'on l'emboutit, on observe deux phénomènes - une déformation générale de la figure avec augmentation de la distance entre deux cercles lorsqu'on va du fond de la boîte au haut de celle-ci (déformationisotrope), - la présence de quatre "cornes" dues en grande partie à la nature du métal (déformation anisotrope). Par ailleurs, le décorateur fournit au fabricant un décor plan, rectangulaire. Il convient donc, dans une opération pré alableJde transformer ce rectangle en une figure de symétrie axiale, limitée par deux cercles concentriques. Cette transformation peut être -réalisée å l'aide du montage présenté dans le brevet US 3.238.909 .La transformation optique ou anamorphose s'obtient à l'aide d'un système comprenant, d'une part, un dispositif d'anamorphose comportant un cylindre lumineux et translucide dont la section droite est géométriquement semblable à celle de l'embouti terminé et qui porte une reproduction transparente du sujet à imprimer et un réflecteur tronconique monté coaxialement avec le cy et lindre précédent ,/d' autre part un appareil photographique permet- tant d'obtenir l'image prédéformée. Ce dispositif présente l'inconvénient d'exiger une re et p#roduction transparente dusujet à imprimer,/il est difficile à réaliser avec précision et à conserver dans le temps, car il exige un miroir parfaitement réalisé en ce qui concerne la définition de la surface et la pureté du dépôt métallique réflecteur~ En cas de déformation, toute réparation s'avère impossible. Cette transformation peut également être réalisée à l'aide du montage présenté dans le brevet FR 1.590.126 où l'on remplace le miroir optique tel qu'utilisé dans le brevet US précité par un tronc de cône transparent percé selon une paroi intérieure constituant un cylindre de section droite géométriquement semblable à la section droite de la boîte à obtenir. Ce montage d'anamorphose comprend en outre une lentille correctrice dont le contour est géométriquement semblable à la section droite de la boite à réaliser et qui comporte des déformations déterminées graphiquement à partir d'une boîte expérimentale. La matière utilisée pour constituer le tronc de cône présente, de préférence, un indice de réfraction important. On cite,à titre d'exemple, un polymère à base de méthacrylate de méthyle dont le pouvoir de transmission est de 92% dans le spectre visible et dont l'indice de réfraction est de 1,493 pour la raie D du sodium à 200C. Il est également possible de réaliser la lentille correctrice sous forme de deux éléments accolés ou non, dont l'un réalise la correction d'anisotropie, l'autre celle de la non linéarité d'allongement. Les dispositifs d'anamorphose conformes à l'art antérieur utilisent un montage optique de conception relativement lourde et délicate car il y a lieu de positionner correctement, dans le cas par exemple du brevet FR 1.590.126 précité, le tronc de cône et la lentille correctrice l'un par rapport à l'autre. D'autre part, ces dispositifs ne permettent d'obtenir qu'une image de qualité moyenne car les rayons lumineux utiles émergeant du premier élément optique ne sont pas parallèles à l'axe du système.Il y a donc une influence certaine de la distance entre les deux pièces optiques sur la déformation recherchée. La presente invention permet de remédier aux inconvé- nients précités grace à un dispositif dans lequel on utilise uil seul élément optique pour l'anamorphose et où le faisceau lumineux/ émergeant de cet élément optique unique est constitué de rayons parallèles. La présente invention permet donc de simplifier le montage d'anamorphose utilisé classiquement et en outre d'obtenir une image prédéformée de qualité supérieure à celle obtenue dans un montage classique. La présente invention concerne un dispositif pour la décoration de boîtes embouties, par impression sur une plaque qui, après emboutissage, constitue la boîte à réaliser, d'une image prédéformée reproduisant, après ledit emboutissage, le motif à imprimer sur ladite boîte, ledit dispositif comprenant une source lumineuse, un système d'anamorphose et un appareil photographique disposés sur le même se optique, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le système d'anamorphose est constitué d'ua w seul élément optique agencé pour fournir un faisceau émergeant/de lumière parallèle et pour former sur la plaque de l'appareil photographique l'image prédéformée de la boîte à réaliser. La forme de la boîte à réaliser n'est pas critique; elle peut être de forme quelconquelpar exemple, et de préférence, une boîte cylindrique. Conformément à un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, la pièce optique est un cône déformé percé suivant son axe de manière à formefune paroi interne de forme géométrique semblable à la boîte à réaliser,laquel- le est alors introduite dans l'évidement formé, la forme de la paroi externe dudit cône déformé étant déterminée expérimentalement en fonction de la déformation du métal utilisé pour la réalisation de ladite boîte. Dans ce mode de réalisation, l'original à réaliser est disposé à l'intérieur dudit cône. Cet original peut être transparent ou opaque. S'il est transparent, la source lumineuse est située à l'intérieur de l'original, tandis que si l'original est opaque, la source se trouve à l'extérieur. Conformément à un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention, l'élément optique est une lame souple mobile réfléchissante, tournant sur l'axe du système optique autour de la boîte à réaliser, ladite lame engendrant > lors de sa rotation,une surface dont la forme est déterminée expérimentalement en fonction de la déformation du métal utilisé pour la réalisation de ladite boîte. Dans ce cas, également, l'original à réaliser peut etre transparent ou opaque et il est disposé sur l'axe optique du système.La position relative de la source est alors la meme que pour le premier mode de réalisation. Le choix de la source lumineuse n'est pas critique, la seule condition est qu'une telle source donne une luminosité suffisante pour impressionner la plaque photographique. A cet effet, il suffit de déterminer ce temps de pose permettant une bonne impression de ladite plaque. Le négatif obtenu représentant l'image prédéformée est utilisé ensuite par tout procédé connu tel que : l'héliogravure, l'offset, la xérographie ou similaire, de manière à imprimer sur les flans plans l'image souhaitée. Après emboutissage de ces flans, on obtient des boîtes dont les parois latérales représentent le sujet désiré. Si l'on utilise un métal dont la déformation est essen pratiquement tiellement isotrope et pour lequel on obtient une déformation/ parabolique de l'image lors de l'emboutissage, la paroi externe du cône déformé ou la surface engendrée lors de la rotation de la lame souple réfléchissante est une surface parabolique dont chaque génératrice a pour équation y = ax2 + bx, a et b étant des constantes spécifiques du métal utilisé. Cette surface parabolique est de révolution autour de l'axe optique du système. Dans la présente description,on désigne par génératrice l'intersection de la paroi externe du cône déformé avec un plan passant par l'axe de symétrie dudit cône déformé. Sur le plan pratique, la paroi externe de ce cône déformé est usinée et polie à l'aide d'un appareil fonctionnant en tenant compte des coefficients a et b correspondant au métal à emboutir. La détermination de l'équation parabolique sera exposée ci-dessous à titre d'exemple en référence aux dessins annexés. Conformément au premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, si le métal utilisé pour le façonnage des boîtes d'emballage est du type entraînant une déformation non isotrope, la paroi externe du cône déformé est une surface dont chaque génératrice a pour équation y = a' x + b'x, les coefficient a' et b' étant variables et spécifiques de l'anisotropie du métal utilisé. De la meme manière,si on opère avec la lame souple réfléchissante selon le second mode de réalisation du dispositif selon l'invention et si l'on utilise un métal dont la déformation est non isotrope,la surface. engendrée lors de la rotation de la lame souple est une surface , dont chaque généra trice a pour équation y = a 'x2 + b'x, les coefficients a' et b' étant variables pour chaque angle de rotation de ladite lame souple et spécifiques de l'anisotropie du métal utilisé. La définition du terme "génératrice" est la me me que celle mentionnée ci-dessus pour la surface parabolique avec métal à déformation isotrope. Lorsque > dans le dispositif selon l'invention, on utilise la lame souple réfléchissante, celle-ci tourne autour de l'axe optique du système à une vitesse qui n'est pas critique. La position de cette lame sur l'axe est définie par un jeu de deux cames, la première définissant l'inclinaison de ladite lame sur l'axe optique et la seconde définissant la concavité de ladite lame. La présente invention concerne également l'élément optique en forme de cône déformé, utilisé dans le présent dispositif. Cette pièce ou élément optique se présente sous la forme d'un c- ne déformé, évidé suivant l'axe dudit cône de manière à former une paroi interne de forme géométrique semblable à celle de la boîte à réaliser et ayant une paroi externe définissant une surface parabolique ou semi-parabolique. Dans la présente invention on désigne par surface semiparabolique une surface pour laquelle chaque génératrice a une équation du genre parabole, ladite parabole étant différente pour chaque angle de rotation de-la lame souple, comme cela sera explicité ci-dessous en référence aux figures. La suite de la description est faite à titre nullement limitatif en référence aux dessins sur lesquels Fig. 1 représente un dispositif d'anamorphose conforme à l'art antérieur. Fig. 2 représente le dispositif selon l'invention selon un premier mode de réalisation. Fig. 3 représente le dispositif selon l'invention selon un second mode de réalisation. Fig. 4 représente une génératrice de la paroi externe du cône déformé selon la figure 3. Fig. 5 représente la courbe de déformation du métal lors de l'emboutissage. Fig. 6 représente une génératrice du cône déformé. Fig. 7 représente l'approximation parabolique de la génératrice du cône de la figure 6. Fig. 8 représente une coupe faite suivant un plan perpendiculaire à l'axe optique du cône de la figure 2. Fig. 9 est une coupe faite suivant un plan perpendicu laire à l'axe optique du cône utilisé si on emboutit un métal dont la déformation n'est pas isotrope. L'appareillage représentatif de l'art antérieur représenté sur la figure 1 comporte un dispositif d'anamorphose comprenant un tronc de cône 2, une lentille correctrice 4 et un ap -pareil photographique 3. L'original (100),c'est-â-dire la paroi latérale de la boite à réaliser, est appliqué contre la paroi intérieure 22 du tronc de cône (2), puis photographié à travers la lentille correctrice (4) par l'appareil photographique (3). On obtient ainsi un négatif (110) qui est l'image prédéformée qu'il suffit alors d'utiliser par tout procédé connu. On imprime cette image prédéformée sur un flan plan et on emboutit ledit flan, de manière à obtenir une boîte dont la paroi latérale représente le sujet désiré. Le montage de la figure l permet de transformer une image rectangulaire en une image de symétrie circulaire déformée; dans ce mode de réalisationla la boîte à réaliser est cylindrique. La figure 2 représente le dispositif selon l'invention dans lequel on utilise un élément optique unique 10 constitué d'un cône comportant une paroi externe 11 ayant la forme d'une surface parabolique. Ce cône comporte un évidement 12 ayant la forme de la paroi latérale de la boite à réaliser. Sur cette figure,on considère une boîte de paroi cylindrique qu'on introduit dans cet évidement 12. La source utilisée (non représentée) est soit à l'intérieur de l'évidement 12 si l'o- riginal est transparent, soit à l'extérieur si l'original est opaque. L'objectif photographique 13 permet d'obtenir un négatif de l'image prédéformée. Ce négatif est ensuite imprimé par tout procédé connu sur le flan à emboutir. Après l'emboutissage on obtient une boîte dont la paroi latérale comporte le sujet désiré. La figure 3 représente un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention dans lequel on utilise une lame souple réfléchissante 15 tournant autour de l'axe optique 16 du système à une vitesse quelconque. L'original de la boite à réaliser 17 est placé sur l'axe optique, l'objectif photographique 18 permettant alors d'obtenir le négatif de l'image prédéformée. A partir de ce négatif, on opère comme pour la figure 3, à savoir qu'on imprime ce négatif sur le flan à emboutir, on emboutit la plaque métallique et on obtient la boîte avec le sujet désiré. Comme déjà mentionné ci-dessus, l'élément optique de la figure 2 est réalisable à l'aide d'une fraiseuse. On va maintenant décrire les moyens pour déterminer 1'équation mathématique de la paroi externe du cône déformé utilisé. En référence à la figure 4, on considère un repère orthogonal dont l'axe des x est un axe perpendiculaire à l'axe optique 15 de la figure 2 et l'axe des y est un axe parallèle à l'axe optique 15 se trouvant sur la paroi de l'évidement 12. La boîte à réaliser présente une paroi latérale cylindrique. 1. Relation entre équation génératrice du système optique (courbe r ) et la déformation de l'image. La définition du terme génératrice est la meme que celle mentionnée ci-dessus. Le problème à résoudre est de déterminer quel est le point Mo de coordonnées (0, yo) situé sur l'axe des y (et correspondant à un point de l'image rectangulaire de départ) dont 1 'i- mage donnée par le système optique utilisé est à l'infini.On désigne par M la transformée de Mo par ledit système optique, ledit point M étant situé sur la génératrice du cône utilisé et ayant pour coordonnées (x, y). On fait, pour ce calcul, l'hypothèse que l'image utile de Mo par P est à l'infini. Définitions 2 OC = - (t, X0) ss = (##, ###) Pour que le rayon émis par M0, arrivant en soit réfléchi verticalement, il faut que la condition 2 - &alpha;-ss = # 2 soit respectée, ce qui conduit à 2 G - '3 = Tf car a=G Comme 2. Déformation de l'image par l'emboutissage Partant de l'image sur une plaque métallique, on obtientJ comme précisé préalablement, une image déformée. Dans les essais, on a utilisé trois types de boîtes, des boîtes de gros diamètre (84 mm environ), des boîtes faites avec un métal de qualité T61 et de qualité T65 (diamètre 72 mm)(Qualités définies selon la norme I50-R ll 11 de Septembre 1969. On donne à titre d'exemple sur a ligure le résultat obtenu avec une boîte de qualité "Tu" dont la déformation est essentiellement de nature isotrope. (x1 désignant une coordonnée sur le flan à'emboutir et y1 désignant cette coordonnée après emboutissage. La figure 5 est donc une courbe expérimentale de déformation du métal. Une optimisation de la courbe expérimentale par une parabole a été réalisée et permet de montrer qu'avec une excellente précision, on peut conclure à une déformation parabolique de l'image lors de l'emboutissage. Dans le cas particulier présenté, partant d'une coordonnée xl, on obtient par emboutissage un point de coordonnée 2 Y1 = axl + bxl (F) avec al = 0,0124237 bl = 1,0069511 x1 mesuré en mm. 3. Calcul de la pièce optique dans le cas d'une déformation isotrope. En fait, partant d'une image rectangulaire normale 10 J le système optique qui déforme doit conduire à une image I1 dont ltem- boutissage devra conduire à une image identique à lo Il découle de cette remarque que, dans le cas d'une déformation quasi-isotrope, partant de 10 (points de coordonnée yO), on aura un point image I1 défini à partir de la fonction réciproque de F (soit F(-1) ). Pour déterminer l'équation de r , il convient de résoudre ou qui est une équation différentielle du ler ordre non résolvable analytiquement. En utilisant par exemple la méthode de détermination numérique de RUNGE & KUTTA définie comme suit dy = f (x,y) dx h = pas d'intégration ko = h.f (x,y) kl = h.f (x + h/2, y + ka/2) k2 = h.f (x + h/2, y + k1/2) k3 = h.f (x + h, y + kl) Yn +1 Yn + 6 (ko + 2k1 + 2k2 + k3) on obtient le résultat numérique représenté sur la figure 6. Remarque : approximation parabolique. Partant de 30 points de la courbe1 ainsi calculée, on a cherché l'équation de la parabole qui passait " au mieux" par ces points. Le résultat du calcul est illustré sur la figure 7 et conduit à y = ax2 + bx avec a = 0,0044732 b = 1,0007065 x = mesuré en mm Le calcul effectué à partir d'un métal ayant une déformation de nature isotrope, permet donc de déterminer l'équation mathématique de la paroi externe du cône déformé.A partir de ce calcul on effectue un façonnage point par point du cône déformé. Selon un mode de réalisation différent, on peut également introduire les données ainsi obtenues dans un calculateur, coupler ce cal- culateur à une fraiseuse et ainsi réaliser le cône déformé utili sable pour la qualité de métal pour lequel les déterminations ma est utilisé thématiques ont été effectuées. Le cône déformé ainsi obtenu/dans le montage de la figure 2. La figure 8 représente la coupe du cône déformé#utilisa- ble pour un métal présentant une déformation isotrope. Cette coupe faite suivant un plan perpendiculaire à l'axe optique 15 de la figure 2 montre que dans ce cas le cône présente une section parfaitement circulaire. Par contre si l'on utilise un métal de déformation non isotrope, la coupe du cône n'est plus circulaire (figure 9). Comptetenu de la forme parabolique, ce cône déformé présente des génératrices d'équation y = a' x + b'x, a' et b'étant des coefficients variables qu'il faut calculer pour chaque angle. En fait1 on déter O et mine ces coefficients a' et b' pour les angles compris entre/900 et on effectue une symétrie suivant les axes X et Y. Cette coupe montre bien la présence des quatre cornes spécifiques de la déformation anisotrope. Dans le cas du métal à déformation anisotrope, si on utilise la lame souple réfléchissante, deux cames sont nécessaires (en admettant que la lame sou#ple se déforme paraboliquement) pour modifier simultanément a' et b'. Le dispositif selon l'invention1 et en particulier l'élé- ment optique en forme de cane déformé,est réalisable concrètement compte tenu des enseignements de la présente #description par tout homme de l'art. Ce dispositif est utilisable pour la fabrication de boîtes embouties de forme quelconque, en particulier pour les boites de forme cylindrique. REVEND i CATI ONS 1. Dispositif pour la production d'une image intermédiaire déformée servant à la fabrication d'une plaque d'impression d'un flan avant emboutissage, comprenant une source lumineuse, un système d'anamorphose et un appareil photographique disposés sur le meme axe optique, caractérisé en ce que le système d'anamorphose est constitué d'un seul élément optique agencé pour fournir un faisceau émergeant utile de lumière parallèle et pour former sur la plaque de l'appareil photographique l'image prédéformée de la boîte à réaliser. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément optique est un cône déformé, percé suivant son axe de manière à former une paroi interne de forme géométrique semblable à la boîte à réaliser laquelle est alors introduite dans l'évidement formé, la forme de la paroi externe dudit cône déformé étant déterminée expérimentalement en fonction de la déformation du métal utilisé pour la réalisation de ladite boite. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément optique est une lame souple mobile réfléchissante, tournant sur l'axe du système optique autour de la boîte à réaliser, ladite lame engendrant lors de sa rotation une surface dont la forme est déterminée expérimentalement en fonction de la déformation du métal utilisé pour la- réalisation de ladite boîte. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la boite à réaliser est de forme cylindrique. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi externe du cône déformé ou la surface engendrée lors de la rotation de souple la lame/réf léchissante est une surface parabolique dont chaque génératrice a pour équation y = ax2 + bx, si l'on utilise un métal dont la déformation est essentiellement isotrope, a et b étant des constantes spécifiques du métal utilisé. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que, si l'on utilise un métal dont la déformation est non isotrope, la paroi externe du cône déformé est une surface dont chaque génératrice 2 a pour équation y = a' x + b' x, les coefficientta' et b' étant variables et spécifiques de l'anisotropie du métal utilisé. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que, si l'on utilise un métal dont la déformation est non isotrope, la surface engendrée lors de la rotation de la lame souple est une surface dont chaque génératrice a pour équation y = a' x2 + b'x, les-coefficients a' et b' étant variables pour chaque angle de- rotation de ladite lame souple et spécifiques de l'anisotropie du métal utilisé. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la lame souple mobile réfléchissante tourne selon une position définie par un jeu de deux cames, la pre mière définissant l'inclinaison de ladite lame sur l'axe optique et la seconde définissant la concavité de ladite lame. 9 Elément optique utilisable dans le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5 et 6, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un cône déformé, évidé suivant l'axe dudit cône de manière à former une paroi interne de forme géométrique semblable à celle de la boite à réaliser et ayant une paroi externe définissant une surface parabolique ou semi-parabolique.