Brevet FR2623116A1 — publié le 19890519

La présente invention concerne un dispositif pour réaliser des découpes dans une matière en couche portée par un support. L'invention s'applique particulièrement, quoique non exclusivement, à la découpe d'un masque d'usinage en élastomère protégeant une pièce métallique. Dans ce cas, jusqu'à présent, la découpe est réalisée à l'aide de gabarits et de moyens mécaniques de découpe, tels que des stylets. De tels dispositifs, s'ils sont aisés à manipuler, présentent, cependant, l'inconvénient majeur de détériorer la pièce métallique supportant le# masque à découper, par marquage dû au frottement desdits moyens mécaniques de découpe. Un autre inconvénient de tels moyens de découpe connus réside dans l'usure rapide de ceux-ci entraînant une diminution de la qualité de la découpe et nécessitant un remplacement fréquent desdits moyens. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et concerne un dispositif pour réaliser des découpes dans une matière en couche portée par un support, dispositif qui ne marque pas ledit support et n'est pas sensible à l'usure. A cet effet, le dispositif pour réaliser des découpes dans une matière en couche portée par un support, est remarquable, selon l'invention, en ce qu'il met en oeuvre un faisceau laser de découpe dont la longueur d'onde est telle que ledit faisceau laser est apte à couper ladite matière en couche, mais est réfléchi par ledit support. Par ailleurs, l'énergie dudit faisceau laser peut être réglée, en fonction du taux de réflexion de celui-ci par ledit support, de façon que ledit faisceau laser ne puisse marquer ledit support. Comme on le conçoit, ces deux particularités de l'invention permettent de remédier aux inconvénients des dispositifs mécaniques de coupe antérieurs, indiqués cidessus. Dans le cas où le dispositif est destiné à la découpe d'un masque d'usinage en élastomère protégeant une pièce en alliage léger d'aluminium ou de titane, la longueur d'onde dudit faisceau laser est au moins sensiblement égale à 10,6 micromètres. En outre, dans le cas où il est destiné à coopérer avec un gabarit pour la découpe de ladite matière en couche, le dispositif comprend un outil mobile comportant une buse de sortie dudit faisceau laser, conçue pour pouvoir s'appuyer contre ledit gabarit. En particulier, ledit outil comporte un corps de préhension, et ladite buse est montée rotative sur ledit corps de préhension, autour de son axe confondu avec celui dudit faisceau laser. Le montage rotatif de la buse sur le corps de préhension rend plus facile de suivre, pour l'opérateur, le contour du gabarit. Avantageusement, ladite buse présente une face d'appui contre le gabarit. Cette face d'appui sert de référence permettant que la distance entre le centre du faisceau laser et la face correspondante du gabarit reste constante, en pouvant compenser ainsi des imperfections éventuelles de transmission du faisceau laser, en particulier de centrage de celui-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite buse est montée coulissante parallèlement à son axe, et un contacteur de commande du faisceau laser est actionné par le coulissement de ladite buse. De plus, le dispositif comporte un interrupteur de commande du faisceau laser dont l'organe de commande est monté sur ledit corps de préhension, ledit contacteur et ledit interrupteur étant montés électriquement en série. Avantageusement, ladite buse est montée de façon amovible sur ledit corps de préhension, par l'intermédiaire d'un porte-buse monté rotatif, et éventuellement coulissant, sur ledit corps de #préhension. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite face d'appui latérale de la buse contre ledit gabarit se trouve à une distance du plan médian longitudinal de la buse égale au rayon de la tache focale dudit faisceau laser. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ladite buse comporte un corps, réalisé en une matière antifriction, dans lequel est logée une bague résistante au faisceau laser. Par ailleurs, ledit corps et ladite bague présentent un orifice d'évacuation de gaz. Avantageusement, l'extrémité libre dudit corps de buse est arrondie. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie d'extrémité de la buse destinée à être montée sur le porte-buse est élastiquement déformable et comporte des moyens de verrouillage aptes à coopérer avec des moyens correspondants prévus sur ledit porte-buse. En particulier, ladite partie d'extrémité présente des fentes longitudinales et un bourrelet de verrouillage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ledit corps de préhension est constitué d'un organe tubulaire allongé, dont une extrémité est reliée aux moyens générateurs du faisceau laser et dont l'autre extrémité est apte à recevoir ladite buse. Avantageusement, des moyens de focalîsation du faisceau laser sont prévus entre lesdites extrémités du corps de préhension. Selon une autre caractéristique de l'invention, entre ledit corps de préhension et ledit porte-buse, est disposé un fourreau solidaire du corps de préhen#sion et par rapport auquel peut tourner le porte-buse. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique en perspective du dispositif pour réaliser des découpes selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique en perspective de l'outil mobile selon l'invention. La figure 3 montre l'outil de la figure 2 tenu à la main. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale de l'outil de la figure 1. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la buse de l'outil de la figure 4. La figure 6 est une vue selon la ligne VI-VI de la figure 5. La figure 7 est une vue de dessus de la buse de la figure 5. La figure 8 est une vue en coupe transversale selon la ligne Vili-Vili de- la figure 6. La figure 9 illustre le processus de découpe mis en oeuvre par l'outil de l'invention. La figure 10 est une vue en coupe selon la ligne X-X de la figure 9. Sur la figure 1, est représenté un générateur de faisceau laser 1 de type classique, relié par l'intermédiaire d'un bras optique 2, à renvoi à miroirs, muni d'un contre-poids 3, à un outil mobile 4, l'ensemble constituant le dispositif de découpe selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation représenté schématiquement sur la figure 2, l'outil mobile 4 comprend un corps de préhension allongé 5 dont une extrémité 6 présente des moyens de fixation 7, comme par exemple une bague filetée, à l'extrémité correspondante du bras optique 2, ainsi que des moyens de réception et de guidage 8 du faisceau laser. A l'autre extrémité 9 du corps de préhension 5, est montée, de façon amovible sur celui-ci, une buse 10 de sortie du faisceau laser, par l'intermédiaire d'un porte-buse 11 monté rotatif, autour de son axe X-X' confondu avec celui du faisceau laser, et coulissant sur le corps de préhension 5. L'outil mobile 4 peut être tenu à la main par un opérateur (figure 3), ou, éventuellement, être actionné par des moyens automatiques classiques (non représentés). En se référant maintenant à la figure 4, la buse 10, ainsi que le porte-buse 11, sont montés coulissants parallèlement à leur axe X-X', un contacteur de commande 12 du faisceau laser étant actionné par le coulissement du porte-buse 11 et de la buse 10. Par ailleurs, il est prévu un interrupteur de commande du faisceau laser, dont l'organe de commande 13 est monté sur le corps de préhension 5, le contacteur 12 et l'interrupteur étant montés électriquement en série dans un bottier 14 de commande du faisceau laser (fermé par un couvercle 14a), relié par des moyens appropriés (non représentés) au générateur 1. Le porte-buse 11, constitué d'un corps tubulaire allongé dans lequel est prévue une lentille de focalisation 15 du faisceau laser, est monté dans le corps de préhension 5 par l'intermédiaire d'un fourreau 16. Le fourreau 16 est rendu solidaire en rotation du corps de préhension 5, en le laissant relativement libre en coulissement, par une vis 17 dont l'embout est reçu dans une lumière longitudinale 18 du fourreau 16. Des roulements à billes 19 assurent la rotation du porte-buse 11 par rapport au fourreau 16. Par ailleurs, il est prévu un ressort 20 de maintien du fourreau 16 en position basse, ainsi que des vis 21, rondelles 22 et circlip 23 de butée, maintenant l'ensemble ressort 20, fourreau 16 et roulements 19. Le dispositif de l'invention est particulièrement destiné à la découpe d'un masque d'usinage, notamment en élastomère, protégeant une pièce en alliage léger à forte réflexion, par exemple d'aluminium ou de titane. Le dispositif met en oeuvre, de façon générale, un faisceau laser de découpe dont la longueur d'onde est telle que le faisceau laser est apte à couper ledit masque, mais est réfléchi par ladite pièce, et dont l'énergie est réglée, en fonction du taux de réflexion de celui-ci par la pièce, de façon que le faisceau laser ne puisse marquer la pièce. Dans le cas d'un masque en élastomère et d'une pièce en aluminium ou en titane, la longueur d'onde du faisceau laser est au moins sensiblement égale à 10,6 micromètres, qui peut être obtenue par un laser à gaz carbonique. Le dispositif de ltinvention est, en particulier, destiné à coopérer avec un gabarit 24 pour la découpe du masque 25 recouvrant la pièce 26 (figure 4). La buse 10 de sortie du faisceau laser est conçue pour pouvoir s'appuyer contre le gabarit 24. A cet effet, la buse 10 présente une face d'appui latérale 27 contre le gabarit 24. On se réfèrera maintenant aux figures 5 à 8 montrant plus en détail la buse 10, dont le corps 28 peut être réalisé en une matière antifriction, par exemple en Téflon (marque déposée), pour faciliter le glissement de celle-ci sur le masque 25 et contre le gabarit 24. A l'intérieur du corps 28, est logée une bague 29, qui peut être réalisée en alliage d'aluminium, afin d'éviter toute détérioration due aux réflexions parasites du faisceau laser. Par ailleurs, l'extrémité libre 30 de la buse 10 est arrondie pour éviter les vibrations lors des déplacements de la buse en appui sur le masque. Le corps 28 de la buse 10 et sa bague intérieure 29 comportent un orifice 31 d'évacuation de gaz, opposé à la face d'appui latérale 27 contre le gabarit. La face d'appui latérale 27 présente une forme correspondant à celle du gabarit utilisé.Elle a une dimension, mesurée suivant l'axe X-X', supérieure à l'épaisseur du gabarit et constitue une des faces de l'encoche 32 de passage du gabarit 24, dont l'autre face 33 est perpendiculaire à l'axe X-X'. La face 27 peut être constituée par deux génératrices 27a, 27b (figure 8) de la buse 10. Par ailleurs, on notera que l'extrémité 34 de la ba gue 29 est en retrait d'une certaine distance 35 par rapport à l'extrémité arrondie 30 du corps 28 de la buse, et d'une certaine distance 36 par rapport à la face dtappui latérale 27 du corps 28, de sorte que la bague intérieure 29 ne soit jamais en frottement ni sur le gabarit, si sur le masque d'usinage. De plus, le montage et le démontage rapides de la buse 10 dans le porte-buse 11 sont assurés grâce à l'élasticité radiale de la partie d'extrémité 37 de la buse, qui peut être obtenue grâce aux fentes 38. En outre, la partie d'extrémité 37 présente une surépaisseur 39 apte à coopérer avec un épaulement 40 correspondant du porte-buse il (figure 4). La mise en oeuvre du dispositif selon l'invention sera décrite plus particulièrement en référence aux figures 9 et 10. La commande du faisceau laser est assurée par deux actions simultanées effectuées par une seule main de l'opérateur, à savoir pression verticale sur le corps de préhension 5 qui agit par l'intermédiaire du fourreau 16 sur le contacteur de commande 12, et pression latérale sur 11 interrupteur 13. Le relâchement d'un seul desdits contacteur 12 et interrupteur 13 interrompt instantanément le faisceau laser. Dans l'exemple représenté, le dispositif de l'invention est destiné à la découpe d'un masque d'usinage 25 en élastomère protégeant une pièce 26 en un alliage d'alumi nium ou de titane, en suivant le contour d'un gabarit 24. La longueur d'onde du faisceau laser doit alors être au moins sensiblement égale à 10,6 micromètres. Le faisceau laser 41, focalisé par la lentille 15 sur la couche d'élastomère 25, découpe celle-ci alors que l'opérateur déplace l'outil 4 (la face d'appui latérale 27 de la buse 10 suivant le contour du gabarit 24), dans la direction de la flèche 42 par exemple. Pour un rendement maximum du faisceau laser, et comme cela est montré sur la figure 10, la face d'appui latérale 27 de la buse 10 doit se trouver à une distance 43 du plan médian longitudinal, de trace 44, de la buse 10 égale au rayon 45 de la tache focale 46 du faisceau laser. Au lieu d'être guidé manuellement par un opérateur, il est bien entendu que l'outil pourrait être guidé à l'aide de moyens automatiques appropriés connus. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour réaliser des découpes dans une matière en couche portée par un support, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un faisceau laser de découpe (41) dont la longueur d'onde est telle que ledit faisceau laser (41) est apte à couper ladite matière en couche (25), mais est réfléchi par ledit support (26). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie dudit faisceau laser (41) est réglée, en fonction du taux de réflexion de celui-ci par ledit support (26), de façon que ledit faisceau laser ne puisse marquer ledit support (26). 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, destiné à la découpe d'un masque d'usinage en élastomère protégeant une pièce en alliage léger d'aluminium ou de titane, caractérisé en ce que la longueur d'onde dudit faisceau laser (41) est au moins sensiblement égale à 10,6 micromètres 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, destiné à coopérer avec un gabarit pour la découpe de ladite matière en couche, caractérisé en ce qu'il comprend un outil mobile (4) comportant une buse de sortie (10) dudit faisceau laser (41) conçue pour pouvoir s'appuyer contre ledit gabarit (24). 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit outil (4) comporte un corps de préhension (5), et en ce que ladite buse (10) est montée rotative sur ledit corps de préhension (5), autour de son axe (X-X') confondu avec celui dudit faisceau laser (41). 6 - Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que ladite buse (10) présente une face d'appui latérale (27) contre le gabarit (24). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite buse (10) est montée coulissante parallèlement à son axe (X-X'), et en ce qu'un contacteur de commande (12) du faisceau laser est actionné par le coulissement de ladite buse (10). 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un interrupteur de commande du faisceau laser dont l'organe de commande (13) est monté sur ledit corps de préhension (5), ledit contacteur et ledit interrupteur étant montés électriquement en série. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que laditè buse (10) est montée de façon amovible sur ledit corps de préhension (5), par l'intermédiaire d'un porte-buse (11) monté rotatif, et éventuellement coulissant, sur ledit corps de préhension (5). 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ladite face d'appui latérale (27) de la buse (10) contre ledit gabarit (24) se trouve à une distance (43) du plan médian longitudinal (44) de la buse (10) égale au rayon (45) de la tache focale (46) dudit faisceau laser (41). 11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que ladite buse (10) comporte un corps (28), réalisé en une matière antifriction, dans lequel est logée une bague (29) résistante au faisceau laser. 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit corps (28) et ladite bague (29) présentent un orifice (31) d'évacuation de gaz. 13 - Dispositif selon la revendication 11 ou la revendication 12, caractérisé en ce que lwextrémité libre (30) dudit corps de buse (28) est arrondie. 14 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que la partie d'extrémité (37) de la buse (10) destinée à être montée sur le porte-buse (11) est élastiquement déformable et comporte des moyens de verrouillage (39) aptes à coopérer avec des moyens correspondants (40) prévus sur ledit porte-buse (11). 15 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite partie d'extrémité (37) présente des fentes longitudinales (38) et un bourrelet de verrouillage (39). 16 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 15, caractérisé en ce que ledit corps de préhension (5) est constitué d'un organe tubulaire allongé, dont une extrémité (8) est reliée aux moyens générateurs (1) du faisceau laser et dont l'autre extrémité (9) est apte à recevoir ladite buse (10). 17 - Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que des moyens de focalisation (15) du faisceau laser sont prévus entre lesdites extrémités (8, 9) du corps de préhension (5). 18 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisé en ce que, entre ledit corps de préhension (5) et ledit porte-buse (11), est disposé un fourreau (16) solidaire du corps de préhension (5) et par rapport auquel peut tourner le porte-buse (11). 19 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 18, caractérisé en ce que l'extrémité (34) de la bague (29) est en retrait d'une certaine distance (35) par rapport à l'extrémité arrondie (30) du corps de la buse (10). 20 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 19, caractérisé en ce que l'extrémité (34) de la bague (29) est en retrait d'une certaine distance (36) par rapport à la face d'appui latérale (27) du corps (28).