Brevet FR2527792A1 — publié le 19831202

La présente invention se rapporte à un disposi- tif' de déviation d'un faisceau laser destiné à effectuer des traitements thermiques superficiels sur des pièces canne- lées, c'est-à-dire despièces dont les zones à soumettre au traitement ont une forme sensiblement rectangulaire ou é- quivalente A titre d'exemple, les pièces précitées peuvent être constituées par des roues dentées, des arbres canne- lés, des crémaillères, des joints homocinétiques, etc, et el- les présentent des zones de travail qui exigent un accrois- sement localisé de la résistance à l'usure par rapport aux zones adjacentes Etant donné que les zones à soumettre au traitement ont en général une forme rectangulaire, ain- si qu'on l'a déjà dit, et étant donné que le faisceau la- ser engendré par la source d'émission possède une section transversale de préférence circulaire, on a construit des dispositifs de déviation aptes à transformer la zone de propagation du faisceau laser de la forme sensiblement circulaire à la forme sensiblement rectangulaire A cet effet, il est connu d'utiliser un prisme tournant présen- tant une pluralité de facettes latérales réfléchissantes. En particulier, le faisceau laser tombe avec un angle prédéterminé sur la face latérale du prisme, laquelle, en tournant autour de son axe, dévie le faisceau de maniè- re à faire décrire à ce dernier un segment dont la lon- gueur dépend de la distance entre le prisme et la pièce et du nombre de facettes constituant la surface latérale du prisme On a observé que le prisme tournant est par- ticulièrement coûteux, qu;'il ne peut pas être utilisé pour les hautes puissances (supérieures à 500 W) du faisceau laser et qu'il n'est pas bien adapté podr effectuer des trai- tements sur des zones de superficie très différentes entre elles; en outre, il ne permet pas de traiter des zones de superficie très réduite en ce sens qu'il devrait être réalisé avec un grand nombre de facettes et que ceci com- porte de notables difficultés de construction. Il est également connu d'utiliser des miroirs oscillants par l'intermédiaire desquels le faisceau laser est dévié de manière à provoquer le balayage cyclique d'une zone sensiblement rectangulaire Les procédés con- nus utilisés pour provoquer l'oscillation des miroirs précités prévoient l'utilisation de dispositifs de dévia- tion à champ magnétique, lesquels ne sont pas en mesure de garantir une utilisation prolongée suffisamment stable des miroirs oscillants eux-mêmes. Le but de l'invention est de réaliser un dis- positif de déviation d'un faisceau laser qui surmonte les inconvénients présentés par les dispositifs connus et spé- cifiés plus haut et qui, en même temps, puisse être mis en action à l'aide de moyens simples, fiables et écono- miques. Ce but est atteint selon la présente invention par le fait qu'elle est relative à un dispositif de dévia- tion d'un faisceau laser destiné à effectuer des traite- ments thermiques superficiels sur des pièces cannelées, caractérisé en ce qu'il comprend un premier miroir sur lequel peut tomber un faisceau laser engendré par une source correspondante et au moins un deuxième miroir sur lequel le faisceau laser réfléchi par le premier miroir tombe et est réfléchi de manière à être dirigé vers une zone prédéterminée de ladite pièce cannelée qui doit être soumise audit traitement thermique superficiel; le pre- mier et le deuxième miroirs tournant à une même vitesse angulaire, chacun autour de son axe de symétrie respectif-, par rapport auquel il est monté incli- né d'un angle de valeur prédéterminée, de manière que les faisceaux laser qui tombent sur lesdits premier et deuxiè- me miroirs décrivent sur la surface de ces derniers une trajectoire annulaire et que le faisceau laser qui frap- pe ladite zone prédéterminée de ladite pièce cannelée dé- crit au contraire une trajectoire annulaire aplatie sensi- blement assimilable à un segment de droite. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, feront mieux comprendre comment l'inven- tion peut être réalisée Sur ces dessins, la figure i est une vue schématique en perspec- tive d'un dispositif réalisé conformément à la présente invention; et la figure 2 est une vue en élévation du disposi- tif de la figure 1, accompagné de quelques détails de cons- truction. En se reportant à la figure 1, on a indiqué dans son ensemble par la référence 1 un dispositif de déviation d'ur faisceau laser 2 destiné à effectuer un traitement ther- mique superficiel sur une pièce cannelée 3 Dans cet exem- ple, la pièce 3 est constituée par une crémaillère ayant une série de dents 4 parallèles entre elles et qui s'éten- dent transversalement sur un segment d'amplitude "A". Chaque dent 4 présente deux surfaces latérales 5 reliées à leur extrémité supérieure par une surface sommitale 6 entre les dents 4 adjacentes, on a indiqué en 7 des sur- faces de raccordement. Selon l'invention, le dispositif 1 comprend un premier et un deuxième miroirs 11 et 12 respectivement, qui sont mis en rotation chacun par un arbre porteur res- pectif 13, 14, et un miroir fixe 15 qui reçoit le fais- ceau laser réfléchi par le miroir 11 et réfléchit ce fais- ceau vers la surface du miroir 12 Chaque miroir 11, 12, est partiellement incliné par rapport à son arbre 13, 1-4, de manière que les bords opposés du miroir 11 et du miroir 12 décrivent, dans le cours d'une rotation de 3600, deux circonférences respectivement indiquées par les référen- ces 16 et 17 pour le miroir 11 et 18, 19 pour le miroir 12 La zone dans laquelle se produit la réflexion du fais- ceau laser 2, en ce qui concerne les miroirs 11 et 12, est donc comprise entre les plans définis par les circon- férences 16 et 17 pour L'un et 18 et 19 pour l'autre -En particulier, en ce qui concerne le miroir 11, le faisceau 2 décrit sur la surface du miroir 1 i une trace annulaire indiquée en 21 En raison de la variation du niveau du plan de réflexion pendant la rotation de l'arbre 13, le faisceau décrit sur la surface du miroir 15 une trace en forme de circonférence, en particulier, le faisceau 2 est indiqué par un petit cercle qui migre dans le sens des aiguilles d'une montre le long de cette t-race 22, à la vitesse de rotation de-l'arbre 13. Du miroir 15, le faisceau est réfléchi sur la surface du miroir 12 et il intéresse une zone qui comprend sensiblement tous les points compris entre les cercles délimités par les circonférences 18 et 19 et par la cour- ronne annulaire définie par la réflexion de la trace circulaire 22 par le miroir 15 précité De cette façon, le faisceau 2 décrit sur la surface du miroir 12 une tra- jectoire annulaire-23 due à 'a combinaison du mouvement relatif du faisceau 2 et de celui de l'arbre 14 En faisant tourner les arbres 13 et 14 l'un en sens inverse de l'au- tre et avec une phase relative prédéterminée, il est possible d'obtenir que le faisceau laser réfléchit par le miroir 12 décrive une trajectoire annulaire fortement aplatie, indiquée par la référence 24 sur la figure 1, et qui est sensiblement assimilable à un segment de droite. Sur la figure 2, on retrouve sensiblement toutes. les parties du dispositif i décrit en regard de la figu- re 1 En particulier, on observe que la rotation de l'ar- bre 13 est commandée par un moteur 26, lequel transmet le mouvement à l'arbre 14, d'une façon connue, par l'inter- médiaire de quatre roues dentées 27, 28, 29 et 30-et d'une courroie 31, de manière que ce dernier arbre tourne en sens inverse de l'arbre 13, conformément à ce qui a été spécifié plus haut. L'accouplement entre chaque arbre 13, 14 et son miroir respectif 11, 12 s'effectue au moyen d'un groupe de fixation désigné dans son ensemble par 33 ou 34, qui assu- re la fonction de permettre le réglage de l'angle ( 900- Jet 900-t YJ que la surface réfléchissante du miroir 11, 12 respectivement forme avec l'axe de son arbre respectif 13, 14, ainsi que la fonction de réglage de la phase rela- tive entre les miroirs 11 et 12, en permettant de position- ner au moins l'un de ces miroirs avec un angle prédéterminé par rapport à son arbre 13, 14. Sur la figure 2, on a indiqué en outre, en "B", "C" et "D" respectivement la distance entre les arbres 13 et 14, la distance entre le centre du miroir 11 et la surface du miroir 15 et la distance entre le centre du miroir 12 et la surface d la pièce 3 En regard de ce mi- roir, on a indiqué finalement, outre la trace 24, quelques traces possibles que le faisceau réfléchi par le miroir 12 peut décrire sur la surface de la pièce 3 En particu- 0 lier, on a porté à côté de chaque trace (indiqué par une ligne tiretée) un nombre ( 00; 3600; 900; 1800; 2700) qui correspond à la phase relative des miroirs tournants 11 et 12. Le fonctionnement du dispositif 1 se produit * 15 d'une façon très simple Tout d'abord, on met les arbres 13, 14 en mouvement à une vitesse constante; de cette fa- çon, ainsi qu'on le voit clairement sur la figure 2, le faisceau laser 2 tombe sur une surface du miroir il qui se déplace avec une allure sinusoïdale entre une valeur maxi- mum et une valeur minimum de part et d'autre de la dis- tance indiquée par "C" Il se forme en conséquence sur le miroir 15 une trace 22, parcourue par le faisceau 2 dans le sens des aiguilles d' une montre à la vitesse déterminée par le moteur 26 De la même façon qu'on l'a décrit plus haut à propos du miroir 11, la surface du miroir 12 se dé- place également en suivant une loi de type sinusoîdal mais en décrivant une rotation en sens inverse de la rota- tion décrite par le miroir 11 En particulier, dans le cas o les déplacements de la zone 'réfléchissante du miroir il intéressée par le faisceau 2 se produisent avec une loi sinusoïdale et les déplacements de la zone analogue du mi- roir 12 intéressée par le faisceau 2 se produisent en sui- vant une loi de type cosinusoidal, on obtient que la com- binaison des réflexions donne sensiblement naissance à un segment de droite qui correspond au segment indiqué en 24 sur la figure 2 L'amplitude de ce segment peut être réglée en agissant sur les groupes de fixation 33, 34, de manière à faire varier les angles 6 et 2 cependant que la po- sition prise par ce segment peut être réglée, en agissant de la façon déjà indiquée par la phase relative des miroirs 11 et 12, au moyen des groupes de réglage 33 et 34. L ' orientation et la dimension du segment 24 étant établies, on peut déterminer la position exacte du segment par rapport à la pièce 3 (voir figure 1) en dé- plaçant le dispositif 1 par rapport à la pièce 3 ou inver- sement, de manière que la longueur du segment 24 coïncide avec la longueur "A" de la zone à soumettre au traite- ment. Les avantages que l'on peut obtenir ressortent de façon évidente de l'examen des caractéristiques du dis- positif 1 réalisé conformément à la présente invention. Tout d'abord, le dispositif 1 est d'une très grande souplesse d 'emploi en ce sens-qu' il permet de ré- gler de façon simple aussi bien l'amplitude que l'orienta- tion de la trace annulaire aplatie 24 En outre, les prestations du dispositif 1 sont stables dans le temps - puisque, en fait, elles dépendent uniquement de la géomé- trie du dispositif et du bon fonctionnement des parties mécaniques (roues dentées, courroie) ou électromécaniques (moteur) qui constituent les parties d'1 actionnement de ce dispositif On observe en outre que la répartition de la puissance le long du segment ou de la face annulaire 24 présente deux légers maxima aux extrémités et ceci est particulièrement avantageux dans le cas ou l Von doit trai- ter des pièces telles que celle représentée sur la figure 1 En effet, aux extrémités des dents 4, il existe une plus grande dispersion de chaleur de sorte que, pour obte-. nir un traitement uniforme, il est nécessaire de fournir une plus grande énergie thermique justement au droit de ces extrémités. Il va de soi qu'on peut apporter différentes modifications au dispositif qui vient d'être décrit unique- ment à titre d-'exemple non limitatif, sans pour cela sor- tir du cadre de l'invention Par exemple la présence du miroir fixe 15 n'est pas essentielle puisqu' on placer directement le miroir 12 à sa place, pourvu que soit res- pectées les conditions de rotation et d'linclinaison dé- crites plus haut. REVENDICATIONS 1 Dispositif de déviation d'un faisceau laser permettant d'effectuerdes traitements thermiques super- ficiels sur des pièces cannelées, caractérisé en ce qu' il comprend-un-premier miroir ( 11) sur lequel tombe un fais- ceau laser ( 2) engendré par une source correspondante, et au moins un deuxième miroir ( 12) sur lequel le faisceau laser réfléchi par le premier miroir ( 11)-tombe et est réfléchi de manière à être dirigé vers une zone prédéter- minée de ladite pièce cannelée ( 3) qui doit être soumise audit traitement thermique superficiel; lesdits premier et deuxième miroirs ( 11,-12) tournant à la même vitesse angulaire, chacun autour de son axe de'sy- métrie respectif, par rapport auquel chaque miroir est monté inc-iné-d 'un angle d'une valeur prédéterminée ( 90 O- C 1; 90 2)de manière que les faisceaux laser qui tom- 1 2 bent sur lesdits premier et deuxième miroirs ( 11, 12) dé- crivent sur la surface de ces miroirs une trajectoire-an- nulaire ( 21, 23) et que le faisceau laser qui frappe la- dite zone prédéterminée de-ladite pièce cannelée ( 3) défi- nisse une trajectoire annulaire aplatie ( 24) sensiblement assimilable à un segment de droite 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de ladite inclinaison de chacun desdits miroirs ( 11, -12) par rapport à son axe de rotation. 3 Dispositif selon 1 une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu ' il comprend des moyens de régla- ge-de la phase relative entre lesdits premier et deuxième miroirs ( 11, 12). 4 Dispositif selon 1 une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu ' il comprend un troisième miroir ( 15) qui reçoit le faisceau laser r J- fléchi par ledit premier miroir ( 11 il) et qui renvoie ce faisceau sur la surface dudit deuxième miroir ( 12) - 5 Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que lesdits premier et-deuxième miroirs ( 11, 12) sont commandés en rotation par deux arbres respectifs ( 13, 14) parallèles entre eux et en ce que ledit troisiè- me miroir ( 15) est disposé dans une position intermédiai- re et qui fait face auxdits premier et deuxième miroirs ( 11, 12).