Brevet FR2675643A1 — publié le 19921023

La présente invention concerne un dispositif permettant de définir la position d'un faisceau laser de puissance dans l'espace. Dans l'industrie, les lasers de puissance sont principalement utilisés pour découper, percer et souder, étant associés à une unité mécanique codée en position qui permet de déplacer le faisceau laser par rapport à la pièce ou de déplacer la pièce par rapport au faisceau. Dans certains cas, la pièce et le faisceau sont tous les deux animés d'un mouvement A l'origine de chaque fabrication d'une série de pièces, la position spatiale originelle du faisceau laser est définie dans le repère d'espace chargé d'accueillir une pièce. à cette fin, quelques pièces d'essais sont mises en oeuvre. Pour que l'opération faite par le faisceau laser soit répétitive d'une pièce à une autre et en plein accord avec le réglage originel qui avait défini la position spatiale du faisceau laser dans le repère de la pièce, il est impératif que la position relative du faisceau par rapport à la pièce, corresponde au cours du temps, au réglage originel. Pour diverses raisons, comme par exemples, les conditions climatiques de l'environnement qui évoluent au cours du temps, ou suite à un acte de maintenance, la position relative originelle du faisceau laser par rapport à la pièce varie, ne permettant pas à l'unité de fabrication d'assurer la pérennité des conditions originelles de mise en oeuvre.La forte puissance lumineuse que véhicule un faisceau laser d'usinage et plus particulièrement, la densité de puissance très élevée lorsqu'il est focalisé par une lentille ou un miroir (en ordre de grandeur 6.103.W/mm2 à 6.105.W/mm2) et en général la longueur d'onde X située en dehors du spectre visible à l'oeil (à titre d'exemples X = 1,06 pm, X = 10,6pm) sur lequel il émet, ne permettent pas actuellement d'effectuer des mesures directement sur le point de focalisation pour connaître la nouvelle position spatiale relative entre lui-même et la pièce. La position est donc déterminée de façon approchée, donc entachée d'une erreur.La correction de la position relative du faisceau laser avec la pièce ne peut être faite que de manière incertaine sans redéfinir de nouvelles conditions originelles par la mise en oeuvre de pièces d'essais. Le dispositif selon l'invention permet de déterminer dans l'espace, la position du point focal de haute densité de puissance. L'invention a donc pour objet un dispositif qui permet de connaître la position d'un point de focalisation de haute densité de puissance en le faisant interagir avec un milieu gazeux environnant, l'absorbant partiellement ou totalement, et un faisceau laser de mesure de faible puissance se propageant orthogonalement à la direction de propagation du faisceau focalisé. L'interaction entre le point focal de haute densité de puissance et le milieu gazeux environnant modifie l'indice de réfraction de ce milieu. La distribution de la variation de l'indice de réfraction dans l'espace épousant la forme du point focal, le faisceau laser de mesure se trouve très légèrement dévié en passant transversalement dans le point focal. La déviation du faisceau de mesure étant directement associé à la position du faisceau de puissance, la position spatiale de ce dernier est parfaitement connue et exploitable dans toute installation industrielle qui nécessite de maintenir la pérennité du réglage originel. S'agissant ensuite, automatiquement ou manuellement de recaler la position du faisceau de puissance dans l'espace. L'invention a donc pour objet un dispositif caractérisé: - en ce qu'il est constitué selon une forme de réalisation préférentielle FIGURE 1, comprenant un laser de type semi-conducteur (1) qui émet un faisceau de très petit diamètre en direction d'un récepteur (2). L'émetteur (1) et le récepteur (2) sont fixes l'un par rapport à l'autre par fixation sur un socle (7). Le récepteur est relié à une électronique (3) de traitement du signal optique reçu par le détecteur (3) et converti en signal électrique. Les FIGURES 2, 3, 4, 5 montrent l'une des façons dont la mesure est faite, il s'agit dans ce cas de démonstration, d'un dispositif défini par les éléments (1), (2), (3) et d'un faisceau de haute densité de puissance qui se déplace transversalement au faisceau laser de mesure. La direction de propagation du faisceau de haute densité de puissance étant verticale dans cet exemple, qui n'est pas unique. La FIGURE 2 montre le faisceau laser de haute densité de puissance (5) situé à gauche du faisceau de mesure. Le milieu gazeux environnant étant perturbé par le faisceau de haute densité de puissance à un endroit de l'espace qui n'intercepte pas le faisceau de mesure (4), ce dernier est toujours centré sur le récepteur (2) et l'électronique (3) délivre un signal (6) de niveau haut qui est constant au cours du temps. Quand le faisceau laser de haute densité de puissance (5) commence à intercepter le faisceau de mesure (4) (FIGURE 3), l'indice de réfraction du milieu gazeux environnant change et le faisceau de mesure (4) se trouve dévié et donc commence progressivement à moins illuminer le récepteur (2). Le signal électronique (6) voit son niveau diminuer. En poursuivant son déplacement (FIGURE 4), le faisceau laser de haute densité de puissance (5) se trouve à un moment donné concourant et centré sur le faisceau de mesure (4) et le signal (6) atteint une valeur minimale. Le faisceau de haute densité de puissance (5) continuant de se déplacer (FIGURE 5), le faisceau de mesure (4) par raison de symétrie se trouve dévié à l'opposé de la première déviation et le signal (6) voit son niveau remonter jusqu'à la valeur d'origine. Au point bas du signal (6) correspond la position centrée du faisceau de haute densité de puissance. - selon une variante FIGURE 6, pour les installations dans lesquelles, le faisceau laser de haute densité de puissance est fixe dans l'espace et la pièce mobile, l'ensemble comprenant le laser de mesure (1) et le récepteur (2) est fixé sur une table de déplacement (8) actionnée par un moteur (9) dont la valeur du déplacement est connue grâce à un codeur de position (10). - selon une autre variante, pour définir la position suivant deux directions de l'espace orthogonales entre-elles, on associe deux dispositifs orientés orthogonalement: * si le faisceau de haute densité de puissance (5) est mobile, on emploie deux dispositifs fixes présentés à la FIGURE 1, * si le faisceau de haute densité de puissance est fixe, on utilise deux dispositifs présentés à la FIGURE 6. - selon une autre variante, pour connaître la position verticale du point focal on positionne le capteur sur une glissière (11) motorisée (12) avec un codeur de position (13) et placée verticalement FIGURE 7. - selon une autre variante FIGURE 8 où le faisceau de mesure se trouve diffusé par une cible (14) renvoyant un partie de la lumière vers le récepteur (15) positionné proche du laser de mesure. - selon une autre variante où la cible diffusante précédente est remplacée par un miroir. REVENDICATIONS 1 - Dispositif permettant de donner la position spatiale d'un faisceau laser focalisé de haute densité de puissance caractérisé en ce qu'il comprend un laser de mesure (i) associé à un récepteur (2) fixés sur un socle (7) et une électronique (3). 2 - Dispositif permettant de donner la position spatiale d'un faisceau laser focalisé de haute densité de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend deux ensembles fixés l'un à l'autre orthogonalement dans un plan orthogonal à l'axe optique de propagation du faisceau de haute densité de puissance, chaque ensemble comprenant un laser de mesure (1) associé à un récepteur (2) fixés sur un socle (7) et une électronique (3). 3 - Dispositif permettant de donner la position spatiale d'un faisceau laser focalisé de haute densité de puissance caractérisé en ce qu'il comprend un laser de mesure (1) associé à un récepteur (2) fixés sur un socle (7) lui-même maintenu sur une glissière (8) ayant un moteur (9) et un codeur de position (10) et une électronique (3). 4 - Dispositif permettant de donner la position spatiale d'un faisceau laser focalisé de haute densité de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend deux ensembles fixés l'un à l'autre orthogonalement dans un plan orthogonal à l'axe optique de propagation du faisceau de haute densité de puissance, chaque ensemble comprenant, un laser de mesure (1) associé à un récepteur (2) fixés sur un socle (7) lui-même maintenu sur une glissière (8) ayant un moteur (9) et un codeur de position (10) et une électronique (3). 5 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédente caractérisé en ce que une glissière (11) avec un moteur (12) et un codeur de position (13) sont rapportés en complément pour donner verticalement la position d'un point focal de haute densité de puissance. 6 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le récepteur (2) est remplacé par une cible diffusant le faisceau de mesure vers un récepteur (15). 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5 caractérisé en ce que le récepteur (2) est remplacé par un miroir réfléchissant le faisceau de mesure vers un récepteur (15).