Brevet FR2560799A1 — publié le 19850913

"Machine d'usinage ou de soudage de pièces au laser" L'invention concerne une machine d'usinage ou de soudage de pièces au laser, utilisant un laser à impulsions commandées par un circuit électronique, notamment pour le soudage de couvercles sur des boîtiers, dans laquelle un mouvement relatif du laser par rapport à la pièce est prévu. Les couvercles des boîtiers métalliques étanches utilisés en microélectronique professionnelle sont avantageusement sondés au moyen d'une telle machine. Dans ce type de machine on trouve deux commas des : une commande de mouvement relatif du laser par rapport à la pièce et une commande individuelle de chaque impulsion du laser. Ces deux commandes doivent être synchronisées afin d'assurer un espacement régulier des impacts du rayon laser sur la pièce, en fonction de la vitesse de déplacement entre autres. Une solution évidente consiste à utiliser une commande numérique des déplacements au moyen d'un calculateur qui actionne des moteurs pour assurer les déplacements et commande aussi le déclenchement de chaque impulsion. Des machines utilisant ce principe existent dans le commerce, par exemple chez les fournisseurs "J.K Laser" et "Posidata". Toutefois elle sont, de par leur complexité et leur prix, réservées à la fabrication de séries de pièces importantes.Dans le cas de séries limitées, il serait difficile de les amortir financièrement et des machines moins perfectionnées doivent être ut-i- lisées. Une autre machine connue est munie d'un lecteur optique pointé sur un modèle représentant la pièce à traiter, un mouvement relatif correspondant à celui du laser par rapport à la pièce étant également prévu entre le lecteur et le modèle. Une machine de ce type est décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n0 3 701 880. Dans cette machine la pièce et le modèle, tous deux de révolution, sont animés d'un même mouvement régulier de rotation hélicoïdale par rapport, respectivement, au laser et au lecteur optique, et le modèle comporte le dessin des plages à reproduire sur la pièce. Lorsque le lecteur optique est en face desdites plages il met en marche le laser. Il s'agit d'une mise en marche globale, et le problème du déclenchement individuel de chaque impulsion-laser n'est pas abordé en détail dans le document cité, qui indique seulement que le laser peut être interrompu à un rythme de 120 cycles/sec. Il est clair que c'est l'utilisation d'un balayage régulier et uniforme de la pièce qui permet d'utiliser avec succès des impulsions à fréquence de récurrence constante, ou même un débit de puissance continu. Toutefois, la machine décrite dans ce document est moins intéressante si les pièces ne sont pas de révolution. Pour des pièces telles que des boîtiers plats rectangulaires il faudrait remplacer le mouvement de rotation hé licoldal par un mouvement linéaire, par exemple du type "balayage de télévision, plus complexe à réaliser mécaniquement. Par ailleurs un autre désavantage de la machine en question est qu'elle perd du temps en balayant toute la surface de la pièce au lieu de balayer uniquement la surface des motifs utiles. Cet inconvénient est particulièrement sensible lorsque les motifs ne recouvrent qu'une faible portion de la surface des pièces, par exemple dans le cas d'un motif constitué de simples traits fins. L'invention se propose de fournir une machine bon marché (sans commande par calculateur) adaptée à des pièces plates, dans laquelle tout mouvement relatif laserpièce correspond à un tracé utile, et dans laquelle chaque impulsion du laser est commandée de façon à engendrer des impacts régulièrement espacés. Dans ce but, une machine selon l'invention est notamment remarquable en ce que le modèle présente une configuration de signes régulièrement espacés le long de la trajectoire du mouvement relatif lecteur-modèle et en ce qu'un circuit électronique relié au lecteur optique déclenche un nombre prédéterminé d'impulsions laser pour chaque signe détecté par le lecteur optique. Grâce à cette disposition, le problèle de l'espacement régulier des impacts est résolu puisque, si la vitesse du mouvement relatif varie, celle du déclenchement des impulsions varie de façon correspondante. La machine, qui présente des moyens pour lier entre eux les deux mouvements relatifs, comporte avantageusement un dispositif mécanique de guidage de l'un des mouvements, de façon à ce qu'ensemble les impacts du rayon laser sur la pièce et le pointage du lecteur optique sur le modèle suivent chacun une figure imposée par les moyens de guidage, l'ensemble pouvant alors très simplement être entraîné à la main par un opérateur. Pour lier entre eux les deux mouvements relatifs, il est avantageux que la pièce et le modèle soient supportés par un même support mécanique mobile, guidé par rapport au laser et au lecteur optique fixes. Cette forme de réalisation est particulièrement simple. Dans une autre forme de réalisation où l'on désire utiliser un modèle de dimension supérieure à celle de la pièce, ce qui facilite la réalisation du modèle et celle du lecteur optique et nécessite moins de précision mécanique globale, la machine est équipée d'un pantographe pour lier l'un à l'autre les deux mouvements relatifs. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés décrivant des exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 2 représente, en perspective, une machine selon l'invention. La figure 2 représente en plan une variante des moyens pour entraîner l'un des mouvements relatifs par rapport à l'autre. La figure 3 représente diverses forme de signes utilisables sur le modèle. La machine de la figure 1 comporte un bati 1 qui supporte une table à mouvements croisés 6, montée par exemple sur des glissières à billes, et sur laquelle peut être provisoirement attachée, par exemple par aspiration pneumatique ou par des moyens magnétiques, une pièce à souder 3, notamment un boîtier plat utilisé pour l'encapsulation étanche des microcircuits électroniques, recouvert de son couvercle que l'on désire souder au boîtier. Le bati supporte, au dessus de la table, un laser 2 à impulsions dont le rayon peut frapper la pièce 3. Le laser est fixé rigidement au bati, et la table à mouvements croisés 6 permet un mouvement relatif entre le laser et la pièce. Sur la table 6 est fixé un modèle 5 de la pièce, et un lecteur optique 4 fixé au bati est pointé sur le modèle 5. Puisque le modèle et la pièce sont portés par la même table, leurs mouvements sont liés et le mouvement relatif du modèle par rapport au lecteur correspond à celui de la pièce par rapport au laser. Dans le cas présent, non seulement le mouvement correspond, mais il est identique : ceci n'est pas toujours nécessaire. De même, dans l'exemple présent la pièce et le modèle sont mobiles respectivement par rapport au laser fixe et au lecteur fixe, mais il est bien évident que toute combinaison des pièces fixes et mobiles assurant les mêmes mouvements relatifs est possible et ne sort pas du cadre de l'invention. Une réalisalisation différente décrite plus loin en référence à la figure 2 en donnera un exemple. La table est déplacée sous le laser de façon telle que les impacts du rayon laser sur le couvercle du boîtier 3 décrivent un rectangle le long de la périphérie dudit boîtier. Lors de ce mouvement les impulsions du laser doivent être déclenchées par un circuit électronique de façon telle que les impacts soient régulièrement espacés le long du rectangle décrit à la périphérie du boîtier. Pour ce faire, le modèle présente une configuration de signes, ici des barres , régulièrement espacées le long de la trajectoire du mouvement relatif lecteur-modèle, c'est-à-dire ici le long d'un rectangle virtuel identique à celui décrit par les impacts du rayon laser sur la pièce, et un circuit électronique est relié au lecteur optique et déclenche un nombre prédéterminé d'impulsions laser pour chaque signe détecté par le lecteur optique. Les barres représentées sur le modèle 5 ne sont pas représentées à l'échelle, mais grossies Dour une meilleure clarté du dessin. De ce- fait, elles sont aussi moins nombreuses que dans la réalité. Pour chaque signe rencontré on peut déclencher une impulsion.Il est cependant possible que l'effet ainsi obtenu soit insuffisant, et dans ce cas on peut déclencher un plus grand nombre prédéterminé d'impulsions dans un temps très court de façon à ce qu'en fonction de la vitesse d'avance de la table, les impacts correspondant à ces impulsions tombent pratiquement tous au même endroit. Pour déplacer la table de façon adéquate, un dispositif de guidage est prévu. Il consiste en une gorge 7 fixe reproduisant le rectangle à décrire par les impacts du laser sur la pièce, gorge dans laquelle pénètre en ergot 8 relié à la table. La table peut dès lors être déplacée tout simplement à la main, et il importe peu que sa vitesse de déplacement soit irrégulière, puisque les impulsions seront déclenchées à la position voulue par le lecteur optique. Le raccordement du tracé lorsqu'on a décrit le rectangle complet et arrive à nouveau au point de départ ne pose pas de problème car il n'est pas gênant de repasser deux fois sur les mêmes points. Pour changer le type de pièce à souder, il suffit de changer le modèle 5 et l'élément mécanique comportant la gorge 7. Les barres dessinées sur le modèle doivent ici correspondre en vraie grandeur aux impacts du laser. Dans la pratique cela signifie quelles doivent être très fines et rapprochées, et que le lecteur doit avoir une grande précision, ainsi que la mécanique dela table pour assurer un suivi correct et maintenir en permanence une bonne mise au point optique du lecteur par rapport aux barres. Une autre solution qui est moins simple mais qui n'exige pas une aussi grande précision mécanique, est représentée par la figure 2. La table 6 est de dimensions réduites car elle ne supporte que la pièce à souder 3. Des glissières à billes identiques à celles de la figure 1, non représentées à nouveau sur la figure 2, peuvent être utilisées ici encore, pour permettre un mouvement de la table sans rotation. Le laser, non représenté pour ne pas cacher la table 6 et la pièce 3, est fixé au dessus de la pièce, le point 9 représentant un point d'impact du rayon laser. La table est entraînée en translation par un point 14 relié à un pantographe 11, articulé de façon connue autour d'un axe fixe 12. A l'extrémité menante du pantographe est fixé le lecteur optique 13, vu ici de dessus. Contrairement à l'exemple de la figure 1, ici c'est le modèle 5 qui est fixe et le lecteur optique qui est mobile. Ici les deux mouvements relatifs ne sont plus identiques, mais se correspondent. Le mouvement de la paè- ce est lié à celui du lecteur et, dans l'exemple de la figure 2, l'amplitude du mouvement relatif lecteur-modèle est plus grande que celle de mouvement relatif laser-pièce. Ainsi les barres dessinées sur le modèle peuvent être plus grandes et plus larges et la précision requise de la part du lecteur optique est moins grande. Les fonctions de guidage et de déclenchement des impulsions sont ici rassemblées : le dispositif de guidage est constitué par des rails 10 entre lesquels l'extrémité inférieure du lecteur est guidé, cependant que la configuration de signes 15 est placée entre les rails. Les signes utilisés peuvent prendre diverses formes, en particulier dans les angles ; il peut s'agir de barres ou de points. Différents exemples de formes possibles sont représentés de manière non liminative sur la figure 3. Dans la machine de la figure 1, on pourrait aussi prévoir que les barres soient dessinées dans le fond de la gorge 7, l'ergot 8 faisant en même temps fonction de lecteur optique à la place du lecteur 4, par exemple au moyen de fibres optiques placées à l'intérieur dudit ergot. Alors, de façon analogue au dispositif 13, 15 de la figure 2, le modèle est constitué par la gorge 7 et comporte ainsi des moyens de guidage pour constituer, avec le lecteur optique, le susdit dispositif de guidage. REVENDICATIONS 1. Machine d'usinage ou de soudage de pièces au laser, utilisant un laser à impulsions commandées par un circuit électronique, notamment pour le soudage de couvercles sur des boîtiers, dans laquelle un mouvement relatif du laser par rapport à la pièce est prévu, machine munie d'un lecteur optique pointé sur un modèle représentant la pièce à traiter, un mouvement relatif correspondant à celui du laser par rapport à la pièce étant également prévu entre le lecteur et le modèle, caractérisé en ce que le modèle présente une configuration de signes régulièrement espacés le long de la trajectoire du mouvement relatif lecteur-modèle en ce qu'un circuit électronique relié au lecteur optique déclenche un nombre prédéterminé d'impulsions laser pour chaque signe détecté par le lecteur optique. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que, les deux mouvements relatifs étant liés l'un à l'autre, elle comporte un dispositif mécanique de guidage de l'un des mouvements, de façon à ce qu'ensemble les impacts du rayon laser sur la pièce et le pointage du lecteur optique sur le modèle suivent chacun une figure imposée par les moyens de guidage. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce et le modèle sont supportés par un même support mécanique mobile guidé par rapport au laser et au lecteur optique fixes. 4. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un pantographe pour lier l'un à l'autre les deux mouvements relatifs. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 4, caractérisée en ce que le modèle lui-même comporte des moyens de guidage et constitue une partie dudit dispositif de guidage.