Brevet FR2511523A1 — publié le 19830218

L'invention concerne l'enlèvement de matériau de la surface d'un élément, et plus particulièrement un procédé et un dispositif pour pratiquer, vérifier et régler la position de petits trous dans la surface d'un' élément tel qu'une plaque ou un élément de panneau. Des éléments sophistiqués d'atténuation du son, par exemple des panneaux d'insonorisation utilisés dans des moteurs à turbine à gaz comportent un ou plusieurs composants dans lesquels on aménage des ouvertures espacées, de taille et de forme spécifique Ces ouvertures peuvent être des perforations, des fentes, etc Les brevets des EUA no 3 542 152, 4 130 175 décrivent des exemples de tels éléments Fréquemment ces agencements comportent une ou plusieurs plaques par exemple sur un côté de ou dans la structure ou les deux, avec plusieurs trous, fentes, etc. de taille et de dispositions spécifiques choisies pour coopérer avec d'autres parties du panneau pour atténuer des ondes sonores prédéterminées Le brevet des EUA n O 3 704 194 décrit une telle plaque perforée en matière plastique renforcée; une autre est décrite dans le brevet des EUA N O 3 787 546 Comme décrit dans ces brevets, on a perforé les plaques de matière plastique en les pressant sur un mandrin D'autres moyens de perforation de tels éléments peuvent être le perçage mécanique et l'utilisa- tion de sources d'énergie élevée telles qu'un faisceau électronique ou un faisceau laser. La fabrication de ces plaques perforées compor- tant de très petits trous, très peu espacés, de forme régu- lière prédéterminée a été difficile et coûteuse: on s'est aperçu que le perçage par faisceau électronique de plaque stratifiée de matière plastique renforcée par de la fibre de verre oxydait le liant de la matière plastique, telle que la résine époxyde, au point que le matériau ne peut plus être considéré comme un stratifié On a utilisé un laser pour percer des trous dans différents matériaux Cependant, à cause de légères variatons de consistance et d'épaisseur inhérentes aux matières plastiques renforcées, il a été difficile de vérifier et de régler les configurations de trous pendant la fabrication de ces derniers Le brevet des EUA N O 3 192 318 décrit l'utilisation d'un faisceau d'exploration intermittent en coopération a Vec un faisceau électronique distinct pour le perçage Ce procédé et ce dis- positif emploient un moyen pour dévier le faisceau d'ex- ploration sur un schéma modèle avec les impulsions vidéo fournies par le faisceau d'exploration commandant l'inten- sité du faisceau électronique frappant la pièce. Cependant, un tel procédé utilisant une vérification inter- mittente après que l'on ait pratiqué une série de trous n'offre pas la possibilité de corriger la position incor- recte des trous au moment o ils sont effectués De plus il faut avoir un faisceau d'exploration distinct pour 'éclai- rer la surface de travail. L'objectif principal de la présente invention est de fournir un procédé pour vérifier et régler la position de trous dans la surface d'une pièce de travail au moment o ces derniers sont effectués par un faisceau étroit à énergie élevée. Un autre objectif de l'invention est de réaliser un dispositif amélioré pour mettre en oeuvre un tel pro- cédé comportant des moyens pour régler la position du fais- ceau à énergie élevée. En bref le procédé de la présente invention pour vérifier et régler la position d'une série de trous prati- qués par un faisceau à haute énergie, tel un faisceau laser, à travers la surface d'un élément, comporte la détermina- tion des positions relatives des trous effectués en utili- sant un moyen de détection de la lumière sensible aux éclairs lumineux provenant de la vaporisation du matériau de la plaque lorsque le faisceau à haute énergie ou laser " 1 perce" les trous, chaque éclair lumineux éclairant la configuration de trou réelle à proximité du trou d'o provient l'éclair On compare cette configuration réelle, au fur et à mesure que les trous sont effectués avec une configuration prédéterminée et on règle la position du faisceau si nécessaire pour corriger l'erreur gênante dans la configuration réelle. Le dispositif de la présente invention qui met en oeuvre ce procédé, comporte un moyen de détection de la lumière sensible à un éclair lumineux produit par le fais- ceau à haute énergie ou faisceau laser lorsqu'il vaporise le matériau de la plaque en perçant des trous Le moyen de détection de la lumière permet l'observation de la posi- tion relative des trous produits parce que l'éclair lumi- neux éclaire la configuration réelle à proximité des trous pratiqués Le dispositif comporte aussi un moyen de compa- raison de configuration pour comparer les signaux repré- sentafifs de la configuration réelle provenant du moyen de détection de la lumière avec une configuration prédé- terminée Il comporte aussi un moyen de transmission de signaux entre le moyen de détection de la lumière et le moyen de comparaison et des moyens de réglage de la posi- tion du faisceau à haute énergie si nécessaire pour corri- ger une erreur gênante dans la configuration réelle. La description qui va suivre se réfère aux figu- res annexées qui représentent respectivement: figure 1, une représentation schématique d'une réalisation du dispositif de la présente invention; et figure 2, une vue de côté schématique du tam- bour de la figure 1 utilisant le procédé de la présente invention. Une réalisation de panneau acoustique pour un moteur à turbine à gaz comporte une plaque interne ou intermédiaire ou "cloison" sous la forme d'un stratifié de fibre de verre comprenant une résine époxyde comme liant Dans le but d'atténuer les sons, on souhaitait faire des trous de 0,127 mm de diamètre espacés de 0,51 mm. Aussi fallait-il disposer d'un procédé et d'un dispositif de perçage très petit, précis et commandé avec précision pour percer les trous. Avant la présente invention, pour obtenir des trous de petit diamètre dans le matériau en fibre de verre de la cloison décrite ci-dessus on utilisait une machine à faisceau électronique comportant un canon à électrons et une chambre de travail sous vide Cependant on a remarqué que ce procédé par faisceau électronique avait pour résul- tat l'oxydation de la résine époxyde au point que le matériau de fibre de verre ne pouvait plus être considéré comme un stratifié De plus le procédé et le dispositif étaient con- teux. Lors de recherches utilisant un laser à gaz car- bonique, on a montré que l'on pouvait percer des trous de 0,127 mm de diamètre à travers le matériau de fibre de verre à une cadence très rapide, par exemple environ 400 trous par seconde De plus on a observé que lorsque le faisceau laser entrait en contact avec le matériau avec une intensité suffisante pour y faire un trou, il vapori- sait le matériau de là plaque en produisant un bref éclair lumineux La présente invention utilise cet éclair lumineux en coopération avec un moyen de détection de la lumière pour examiner la configuration, la comparer à un modèle et y faire des corrections, si nécessaire. En liaison avec la figure 1, on a représenté une réalisation du dispositif de la présente invention pour pratiquer, vérifier et régler la position d'une série de trous à travers la surface d'un élément, quand cet élément est une plaque ou un panneau, qui peut être plan ou courbé, cet élément étant appelé ensuite, par commodité, une plaque. Ce dispositif comporte un support d'élément tel que le tambour 10 sur lequel on a monté autour de la circonférence la plaque 12 On fait tourner le tambour 10 autour de son axe longitudinal, en utilisant par exemple une poulie 14, une courroie 16 et un moteur électrique 18, par exemple un moteur à vitesse variable pour régler la vitesse de rotation du tambour et de la plaque 12 qu'il supporte Le dispositif comprend un moyen de déplacement 20 pour dépla- cer le tambour et le moyen de rotation qui lui est associé le long de l'axe du tambour comme représenté figure 1 On peut utiliser pour cela une vis de commande de déplacement. Une source laser 22, telle par exemple un laser à gaz carbonique, disponible dans le commerce par exemple un laser Coherent Everlase 525, d'intensité suffisante pour vaporiser le matériau de la plaque en contact, envoie un faisceau laser, et de préférence deux faisceaux laser 24 et 26, vers et de préférence pratiquement perpendiculai- rement à la surface 28 de la plaque 12 si on souhaite avoir un trou circulaire On peut régler la position d'au moins un des deux faisceaux laser 24 et 26, par exemple en uti- lisant un servomécanisme représenté en 30 associé au fais- ceau laser 26 On relie le tambour 10 à un dispositif 32 émettant des impulsions dirigées vers la source laser 22 pour indiquer à cette dernière la cadence d'impulsions souhaitée des faisceaux laser en fonction de la rotation de la surface 28 de la plaque par rapport aux faisceaux laser 24 et 26 On peut placer sur l'arbre axial du tambour 10 pour qu'il tourne avec lui un dispositif 32 émettant des impulsions disponible dans le commerce sous le nom de codeur rotatif De cette manière on fait varier la cadence d'impulsions indiquée au laser 22 en fonction de la rota- tion de l'arbre Les faisceaux laser 24 et 26 sont espacés l'un de l'autre et par rapport à la surface 28 de la plaque de sorte qu'en coordonnant leur cadence d'impulsions avec la rotation et le mouvement axial de la surface de la pla- que on obtient la configuration souhaitée Bien que cette réalisation soit représentée avec deux faisceaux laser 24 et 26, l'homme de l'art comprendra que selon la présente invention, on peut utiliser un seul ou plus de deux fais- ceaux laser De même il est bien connu que l'on peut faire varier la durée et l'intensité des pulsations et utiliser d'autres types de laser pour enlever du matériau Ainsi que mentionné précédemment, lorsque le faisceau laser d'intensité suffisante pour enlever du matériau frappe la surface 28 de la plaque de manière à percer un trou dans ou à travers la plaque, le matériau de la plaque se vapo- rise en produisant un bref éclair lumineux qui n'éclaire pas seulement le trou en train d'être percé mais aussi les trous voisins Un moyen de détection de la lumière, tel une caméra vidéo 34, estorienté vers la partie de la surface 28 de la plaque que les faisceaux laser frappent Il est com- mode d'avoir les faisceaux laser et le moyen de détection de la lumière en position fixe et immobile quand la sur- face 28 de la plaque tourne et se déplace comme décrit ci- dessus On transmet un signal provenant du moyen de détec- tion de la lumière 34 à un moyen de comparaison de configu- ration, tel qu'un tube cathodique ou un écran de télévi- sion 36, pour comparer la configuration réelle produite avec une configuration prédéterminée Par exemple, on peut placer une diapositive 38 comme modèle de configuration de trou sur l'écran du moyen de comparaison 36 pour permettre un examen visuel par un opérateur Si l'opérateur aperçoit une erreur gênante entre la configuration réelle et le modèle, il peut effectuer un réglage manuel au moyen de la servocommande 40 qui coopère avec le servomécanisme 30 pour déplacer le faisceau laser 26 de manière à corriger l'erreur. Comme mentionné ci-dessus, un ou plusieurs faisceaux laser peuvent avoir une position variable de manière à corriger cette erreur On doit comprendre que, bien que cette réa- lisation comprenne une comparaison visuelle et une modifi- cation manuelle subséquente de la position du faisceau laser, la-présente invention envisage toute une diversité de moyens de détection de la lumière, de comparaison et de correction de position comprenant des fibres optiques, des capteurs photométriques, des moyens automatiques de chan- gement de position en réponse à un signal électronique de comparaison, etc. La mise en oeuvre de la méthode de la présente invention pour pratiquer, vérifier et régler la position d'une série de trous à travers la surface d'un élément consiste donc à diriger vers la surface de l'élément au moins un et de préférence plusieurs faisceaux laser tels que les faisceaux 24 et 26 de la figure 1 De tels fais- ceaux émettent des impulsions à une cadence prédéterminée et pendant une durée qui est fonction du type et de l'é- paisseur du matériau de la pièce àtravailler et de son déplacement par rapport aux faisceaux laser Ces faisceaux ont une intensité suffisante pour vaporiser le matériau de l'élément, avec pour résultat un éclair lumineux Quand on utilise plusieurs faisceaux, ils sont espacés les uns des autres pour réaliser une configuration prédéterminée. En même temps, on réalise un mouvement relatif entre la pièce de travail et les faisceaux laser suivant un trajet prédéterminé Ainsi l'émission d'impulsions des faisceaux laser et le mouvement relatif entre ces derniers et la pièce de travail sont coordonnés pour obtenir une configu- ration prédéterminée, uniforme sur la surface de la plaque. Selon la présente invention, la position rela- tive des trous produits est déterminée par un moyen de détection de la lumière sensible aux éclairs lumineux pro- venant de la vaporisation du matériau de la plaque lorsque' le faisceau laser produit les trous Chaque éclair lumineux éclaire la configuration réelle à proximité des trous o l'éclair est produit Le moyen de détection de la lumière, tel la caméra vidéo 34 de la figure 1, transmet le signal créé par l'éclair à un moyen de comparaison 36 tel l'écran vidéo d'un tube cathodique o l'on compare la configuration réelle avec une configuration prédéterminée Puis, s'il est nécessaire de corriger une erreur gênante on règle la posi- tion d'au moins un des faisceaux laser. La figure 2 est une représentation schématique du tambour 10 et de la plaque 12 comportant une configura- tion classique, très agrandie et espacée, pour montrer les positions relatives et l'orientation en spirale des trous percés Cette orientation est le résultat de la rotation de la pièce de travail, telle que la plaque 12 sur le tambour 10, lorsque les moyens représentés par la flèche 20 la déplacent La figure 2 représente une configuration classique que l'on peut obtenir commodément en utilisant une paire de faisceaux laser tels que les faisceaux 24 et 26 de la figure 1 Dans une réalisation, on peut diriger la caméra vidéo 34 vers le trou pratiqué parle faisceau laser 26, ce trou étant éclairé par l'éclair provenant du laser et apparaissant centré et image par image Cependant si on utilise un objectif de relativementgrande distance focale, on peut faire apparaître les trous pratiqués par le faisceau laser 24 légèrement décentrés et alignés de manière à déterminer la position relative de chaque trou pratiqué par le faisceau laser 26 par rapport à la ligne de trous-du faisceau laser 24 On peut utiliser un objectif approprié de manière à obtenir le champ de vision en entier, centré et image par image. Dans un exemple particulier, on monte comme pla- que 12 sur le tambour 10, une plaque de stratifié de tissu de fibres de verre d'environ 0,381 mm d'épaisseur, impré- gnée de résine époxyde lors de la préimprégnation, pour le perçage de trous de 0,127 mm de diamètre A cause des irré- gularités de fabrication de la fibre de verre qui peuvent être de l'ordre de 0,127 mm à 0,254 mm la surface n'est pas lisse On peut traduire cela sous forme de dégradation de configuration et de-là au besoin de détection instantanée de la configuration Comme indiqué précédemment la présente invention peut détecter soit une, soit deux, soit toutes les rangées de trous pratiqués, suivant l'équipement choisi. Dans le cas particulier choisi ici on détectait les trous pratiqués par le second faisceau laser 26 Chacun des deux faisceaux laser 24 et 26 émettait 250 fois par seconde, en déphasage A cause des irrégularités de surface du matériau de la pièce de travail des erreurs(dans la configuration) se produisaient et étaient observées sur un tube cathodique et comparées avec un modèle surimposé sur la surface du tube L'opérateur du dispositif corrigeait alors la posi- tion du faisceau laser 26 pour éliminer l'erreur gênante de la configuration Pendant le fonctionnement on observait en position arrêtée chaque trou produit par le faisceau laser 26 à cause de l'effet stoboscopique produit par l'éclair lumineux résultant de la vaporisation du matériau de la pièce de travail. Dans le dispositif de la présente invention, il est commode d'utiliser un tambour nervuré sur lequel on place une plaque, pour éviter un contact trop important entre les faisceaux laser et le tambour Le moyen émettant des impulsions était un codeur rotatif optique qui était glissé sur l'arbre Le codeur fournissait un signal infra- rouge au moyen de sections transparentes alternant avec des sections opaques Dans un dispositif de ce type, un photo- transistor capte le signal infrarouge, qui dépend de la rotation de l'arbre, et envoie ce signal à un enregistreur d'impulsions de la source laser qui transforme ce signal en cadence d'impulsions de laser. Ainsi la présente invention fournit un procédé et un dispositif pour pratiquer, de manière précise, une série de trous dans la surface d'une pièce Ces trous peu- vent être formés dans tout ou partie de l'épaisseur du matériau, cela dépend de l'intensité ou de la durée (d'émission) de la source d'énergie Tel qu'il est utilisé ici le mot "trou" représente toute forme de matériau enlevé d'une ou dans une pièce La présente invention prévoit la vaporisation de ce matériau pour obtenir un effet stroboscopique qui peut être utilisé pour détermi- ner les positions relatives des trous pratiqués On peut corriger des erreurs de position au moyen de comparaison et de réglage des faisceaux laser. Bien que la réalisation décrite ici concerne une pièce de travail tournante, on doit comprendre que la pré- sente invention envisage tout mouvement relatif approprié entre une surface de travail et un faisceau à haute éner- gie pour vaporiser du matériau par exemple un chariot de déplacement relativement plat, réglable de manière appro- priée et qui se déplace par translation pour produire la configuration souhaitée et permettre la correction des erreurs dans la configuration. REVENDICATIONS 1 Procédé de vérification et de réglage de la position d'une série de trous dans la surface ( 28) d'un élément ( 12) produits par un faisceau d'énergie ( 24, 26) suffisante pour vaporiser le matériau de la pièce de tra- vail et produire un éclair lumineux, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à: déterminer la position des trous pratiqués par un moyen de détection de la lumière ( 34) sensible à l'éclair lumineux résultant de la vaporisation du matériau de l'élément ( 12) quand le faisceau d'énergie ( 24, 26) perce chaque trou, chaque éclair lumineux éclairant une configuration de trou réelle à proximité du trou d'o provient l'éclair; comparer la configuration réelle avec une con- figuration prédéterminée; et régler la position du faisceau d'énergie ( 24, 26) si nécessaire pour corriger l'erreur gênante dans la configuration réelle. 2 Procédé selon la revendication 1 pour faire vérifier et régler la position d'une série de trous dans la surface ( 28) d'une plaque ( 12), caractérisé en ce qu'il consiste à: diriger vers la surface ( 28) de la plaque ( 12) une série de faisceaux laser ( 24, 26) qui émettent des impulsions à une cadence et pendant une durée prédétermi- nées et qui ont une intensité suffisante pour vaporiser le matériau de la plaque ( 12) et créer des éclairs lumi- neux, les faisceaux étant espacés les uns des autres, tout en réalisant un déplacement relatif entre la plaque ( 12) et les faisceaux laser ( 24, 26) le long d'un trajet prédé- terminé; l'émission d'impulsions des faisceaux laser et le déplacement relatif entre les faisceaux ( 24, 26) et la plaque ( 12) étant coordonnés pour obtenir une configura- tion de trou uniforme, prédéterminée sur la surface de la plaque ( 12); déterminer les positions des trous pratiqués par un moyen de détection de la lumière ( 34) sensible aux éclairs lumineux provenant du matériau de la plaque qui se vaporise quand le faisceau laser perce les trous, chaque éclair éclairant la configuration réelle à proximité du trou d'o il provient; comparer la configuration réelle avec une confi- guration prédéterminée; et ensuite régler la position d'au moins un des faisceaux laser si nécessaire pour corriger l'erreur gênante dans la configuration réelle. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque ( 12) est disposée sur le pourtour d'un support cylindrique ( 10) et en ce que le mouvement relatif entre la plaque ( 12) et les faisceaux laser ( 24, 26) est réalisé par la rotation du support cylindrique autour de son axe. 4 Procédé selon la-revendication 3, caractérisé en ce qu'on obtient une configuration en spirale par trans- lation du support cylindrique le long de son axe pendant sa rotation. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détection de la lumière ( 34) est une caméra de télévision et en ce qu'on effectue la comparai- son de la configuration réelle avec la configuration prédé- terminée en transmettant un signal provenant de la caméra de télévision ( 34) vers un écran vidéo ( 36) et en plaçant sur l'écran vidéo ( 36) la configuration prédéterminée. 6 Procédé selon la revendication 2 pour rapide- ment faire, vérifier et régler la position d'une série de trous dans la surface d'une plaque non métallique, ca-rac- térisé en ce qu'il consiste à: placer la plaque ( 12) sur le pourtour d'un support cylindrique ( 10); faire tourner le support ( 10) et la plaque ( 12) autour de l'axe longitudinal du support ( 10) à une vitesse pratiquement constante, tout en effectuant en même temps une translation du support ( 10) et de la plaque ( 12) le long de l'axe longitudinal à une vitesse pratiquement constante; diriger vers la surface de la plaque en rota- tion et en translation deux faisceaux laser qui émettent des impulsions à une cadence et pendant une durée prédéter- minée et qui ont une intensité suffisante pour vaporiser le matériau de la plaque ( 12) pour créer un éclair lumineux, les deux faisceaux ( 24, 26) étant espacés l'un de l'autre pour percer deux trous alignés en spirale dans la surface ( 28) de la plaque ( 12); déterminer les positions relatives des trous pratiqués en dirigeant une caméra de télévision ( 34) vers la surface de la plaque ( 12) vers laquelle on a dirigé les faisceaux laser ( 24, 26), cette caméra détectant l'éclair lumineux provenant de la vaporisation du matériau de la pla- que ( 12) chaque fois qu'un faisceau laser perce un trou, l'éclair lumineux éclairant la configuration réelle à proximité du trou pratiqué; transmettre un signal provenant de la caméra de télévision ( 34) vers un écran vidéo ( 36); comparer la configuration réelle avec une con- figuration prédéterminée en disposant sur l'écran vidéo ( 36) la configuration prédéterminée; et ensuite régler la position d'au moins un des faisceaux laser ( 24, 26) si nécessaire pour corriger l'erreur gênante dans la configuration réelle. 7 Dans un dispositif pour faire une série de trous dans la surface d'un élément, utilisant un faisceau à énergie élevée qui vaporise le matériau de l'élément pour produire un éclair lumineux, un dispositif pour véri- fier et régler la position d'une série de trous, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de détection de la lumière sensible à l'éclair lumineux produit par le faisceau d'énergie lorsqu'il vaporise le matériau de l'élément en perçant un trou, pour observer la position relative du trou pratiqué par rapport aux trous voisins et pour pro- duire un signal lorsque se produit l'éclair lumineux éclairant la configuration réelle à proximité du trou pra- tiqué; * un moyen de comparaison de configuration pour comparer le signal représentant la configuration réelle provenant du moyen de détection de la lumière avec une configuration prédéterminée; un moyen de transmission du signal entre le moyen de détection de la lumière et le moyen de comparai- son de configuration; et un moyen pour régler la position du faisceau à énergie élevée, si nécessaire pour corriger l'erreur gênante dans la configuration réelle. 8 Dispositif selon la revendication 7 pour faire, vérifier et régler la position d'une série de trous dans la surface d'une plaque, caractérisé en ce qu'il comprend: un support ( 10) de plaque ( 12); un moyen pour fixer la plaque ( 12) sur le sup- port ( 10); au moins une source laser ( 22) fournissant une série de faisceaux laser ( 24, 26), chacun d'intensité suf- fisante pour vaporiser le matériau de la plaque ( 12) pro- duisant ainsi un éclair lumineux, les faisceaux étant séparés les uns des autres et dirigés vers la surface de la plaque ( 12); un moyen pour fournir un mouvement relatif prédéterminé entre le support ( 10) et les faisceaux laser ( 24, 26); un moyen pour faire émettre des impulsions aux faisceaux laser ( 24,-26) à une cadence prédéterminée; un moyen de détection de la lumière sensible à l'éclair lumineux produit par le faisceau d'énergie lorsqu'il vaporise le matériau de l'élément en perçant un trou, pour observer la position relative du trou pratiqué par rapport aux trous voisins et pour produire un signal lorsque se produit l'éclair lumineux éclairant la configu- ration réelle à proximité du trou pratiqué; un moyen de comparaison de configuration pour comparer le signal représentant la configuration réelle provenant du moyen de détection de la lumière avec une configuration prédéterminée; un moyen de transmission du signal entre le moyen de détection de la lumière et le moyen de comparai- son de configuration; et un moyen pour régler la position du faisceau à énergie élevée, si nécessaire pour corriger l'erreur gênante dans la configuration réelle.