Brevet FR2667733A1 — publié le 19920410

i Ensemble capteur-élément de réglage intégré pour le réglage du faisceau de lasers de forte puissance. L'invention concerne un ensemble capteur-élément de régla- ge, pour le réglage du faisceau de lasers de forte puissance pour l'usinage des matériaux, sur le trajet duquel il est placé, lequel ensemble est équipé d'une plaque-miroir munie de conduits de refroidissement et comportant une surface réfléchissante optique. Dans les différents modèles de dispositifs de réglage du fais- ceau des lasers mentionnés faisant partie de l'état de la technique, plu- sieurs ensembles capteur élément de correction séparés étaient tou- jours nécessaires jusque là, comme décrit par exemple dans les docu- ments DE-OS 31 34555 Ai, DE-OS 38 00 427 Ai ou le document DE- PS 32 02 432 C 2 appartenant à la déposante Outre la place requise, le travail nécessaire uniquement pour l'ajustage et la fixation de ces dif- férents éléments ou module est considérable. L'objectif de la présente invention est de créer un ensemble capteur élément de réglage du type mentionné en introduction, qui permette simultanément, en tant qu'organe unique, de détecter et de corriger les erreurs angulaires et les erreurs de focalisation des fais- ceaux de lasers de forte puissance. Le problème est résolu selon l'invention par le fait qu'un dé- tecteur à quadrants couplé en série à un hacheur de lumière, ainsi que deux ou plusieurs éléments de réglage de la plaque-miroir pour corri- ger la focalisation sont montés sur la plaque de base et de fixation d'un corps formant boîtier indéformable, résistant à la pression, sur le bord supérieur duquel est fixé un élément élastique annulaire servant de support à la plaque-miroir, dont la face arrière porte un motif opti- que holographique, qui réalise la focalisation de la fraction du fais- ceau laser détachée par des parties d'astigmatisme pour une courbure déterminée du miroir. Selon un mode de réalisation de l'invention, la plaque-miroir se compose d'un disque de silicium transparent à la surface duquel est appliqué un revêtement diélectrique, et sur la face arrière duquel sont fraisés des canaux de refroidissement. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le revê- tement diélectrique de la plaque-miroir réfléchit à 99 % le rayonne- ment laser de longueur d'onde 10,6 pm. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément holo- graphique est une plaque transparente comportant un motif holographi- que gravé, qui recouvre les canaux de refroidissement. L'invention est décrite de manière détaillée dans ce qui suit à l'aide d'un exemple de réalisation représenté de manière schématique, en vue en coupe, sur la figure unique du dessin. L'ensemble capteur élément de réglage décrit ci-après est placé en tant qu'unité complète sur la trajet du faisceau de systèmes à laser de forte puissance, utilisés pour l'usinage des matériaux, afin de détecter et de corriger les erreurs angulaires et les erreurs de focalisa- tion du faisceau d'usinage L'ensemble remplit simultanément les fonc- tions de détection et de correction La surface de la pièce frappée par les faisceaux laser est refroidie par un liquide de manière connue en soi. L'ensemble capteur élément de réglage se compose d'un corps 10 formant boîtier indéformable, résistant à la pression, de pré- férence cylindrique et d'une plaque de base et de fixation 11 indéfor- mable fermant le corps 10 à son extrémité inférieure Cette plaque sert d'une part à la fixation de l'ensemble dans une position déterminée à l'intérieur du conduit de transport du faisceau de l'installation d'usina- ge par laser, et d'autre part d'élément d'intégration pour un ensemble de composants, comme cela est décrit ci-après. A l'extrémité supérieure du corps 10 est fixé un élément élas- tique 12 annulaire, se présentant sous la forme d'un soufflet, qui sert de support à une fine plaque-miroir 13 munie intérieurement de canaux de refroidissement, qui est réalisée en silicium Une plaque-miroir de ce type a été divulguée par la déposante dans le document DE-PS 34 08 263 Cl La surface de la plaque-miroir 13 est revêtue ici d'une cou- che diélectrique, qui réfléchit une proportion élevée de manière ca- ractéristique 99 % du rayonnement laser de longueur d'onde 10,6 Hum. La fraction restante de 1 % est détachée du faisceau par un procédé analogue à celui décrit dans le document DE-PS 31 33 823 Cl apparte- nant à la déposante Sur la face arrière de la plaque-miroir 13 est ap- pliqué, par une technique de gravure par attaque chimique, un élément optique holographique 13 a, qui réalise une focalisation déterminée de la lumière détachée sur un détecteur à quatre quadrants 14 disposé sur la plaque de base 11 L'élément de focalisation holographique 13 a est réalisé de manière telle que la focalisation est obtenue par des parties d'astigmatisme. On détermine à l'aide d'une électronique 14 a, telle qu'elle est décrite par exemple dans la demande de brevet allemand P 40 12 927 6-33 déposée le 24 04 1990, l'écart angulaire et l'erreur de focali- sation du faisceau laser 20, 21 à partir des signaux du détecteur à qua- tre quadrants 14, et on dérive dans une électronique 14 a connue en soi les valeurs correspondantes que l'on envoie comme signaux de com- mande aux éléments de réglage 16, 12 etc décrits ci-après, pour la correction de l'écart angulaire ainsi que de l'erreur de focalisation La correction de l'écart angulaire est réalisée au moyen de deux ou plu- sieurs éléments de réglage 16, qui sont disposés sur la plaque de base et de fixation 11 et agissent par l'intermédiaire d'éléments élastiques 12 sur la plaque-miroir 13 pour obtenir à une position angulaire parti- culière Comme variante, les éléments de réglage 16 peuvent se pré- senter sous la forme d'actionneurs piézo-électriques ou magnétostric- tifs. La correction de la focalisation est réalisée par modification définie de la courbure de la plaque-miroir 13, par augmentation ou di- minution correspondante de la pression d'un gaz pénétrant à l'intérieur du corps 10 par l'arrivée de gaz 18 Le réglage de la pression théorique correspondante a lieu par l'intermédiaire du capteur de pression diffé- rentiel 17 et d'une vanne de commande (non représentée) intégrés dans la plaque de base et de fixation i 1. Le détecteur à quatre quadrants 14 est réalisé de préférence sous forme de détecteur pyro-électrique, devant lequel est placé un ha- cheur de lumière 15 mécanique afin de permettre son fonctionnement en mode de lumière alternative La correction décrite de l'erreur angu- laire et de l'erreur de focalisation est effectuée par un circuit de régla- ge ou un circuit de régulation ouvert Comme variante, l'ensemble peut également être utilisé dans un circuit de régulation fermé, dans lequel la correction est réalisée par des éléments de correction séparés, pla- cés sur le trajet du faisceau. REVENDICATIONS 1 Ensemble capteur élément de réglage pour le réglage du faisceau de lasers de forte puissance pour l'usinage des matériaux, sur le trajet duquel il est placé, lequel ensemble est équipé d'une plaque- miroir munie de canaux de refroidissement et comportant une surface réfléchissante optique, caractérisé en ce qu'un détecteur à quadrants ( 14) couplé en série à un hacheur de lumière ( 15), ainsi que deux ou plusieurs éléments de réglage ( 16) de la plaque-miroir ( 13) pour corri- ger la focalisation sont montés sur la plaque de base et de fixation ( 11) d'un corps ( 10) formant boîtier, indéformable, résistant à la pres- sion, sur le bord supérieur duquel est fixé un élément élastique ( 12) annulaire servant de support à la plaque-miroir ( 13), dont la face arriè- re ( 13) porte un motif optique holographique, qui réalise la focalisa- tion de la fraction du faisceau laser ( 21) détachée par des parties d'as- tigmatisme pour une courbure déterminée du miroir. 2 Ensemble capteur élément de réglage selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la plaque-miroir ( 13) se compose, de ma- nière connue en soi, d'un disque de silicium transparent sur la surface duquel est appliqué un revêtement diélectrique, et sur la face arrière duquel sont fraisés des canaux de refroidissement. 3 Ensemble capteur élément de réglage selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement diélectrique de la pla- que-miroir ( 13) réfléchit à 99 % le rayonnement laser de longueur d'onde 10,6 pm. 4 Ensemble capteur élément de réglage selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément hologra- phique ( 13 a) est une plaque transparente comportant un motif hologra- phique gravé, qui recouvre les canaux de refroidissement.