Brevet FR2688321A1 — publié le 19930910

Miroir déformable L'invention concerne un miroir dêformable comprenant un miroir en plaque sur la surface arrière duquel fait saillie au moins un tourillon en vue de sa fixation â un actionneur associé qui comporte un organe de fixation adapté par sa forme au tourillon pour donner au miroir en plaque la courbure désirée. Un miroir de ce type est connu par le document US-A-4 679 915 Il sert à influencer de façon voulue la focalisation d'un faisceau laser de forte énergie, la fixation des actionneurs sur les tourillons correspondants qui font saillie de la surface arrière du miroir étant réalisée dans ce miroir connu au moyen d'une colle appropriée. Dans le document GB-A-2 162 713 est décrit un miroir déformable prévu pour la poursuite d'une cible, et qui dans ce but peut être réglé de façon fine au moyen d'un dispositif de réglage approprié. Un miroir déformable dans lequel les organes de fixation des actionneurs sont vissés sur les tourillons qui font saillie de la surface arrière du miroir en plaque est connu par le document DE-A-35 02 024. Un dispositif de guidage de faisceau pour le traitement d'une pièce au moyen d'un laser est décrit dans le document DE-A-39 16 264. Dans tous ces miroirs dêformables, il peut s'agir de miroirs déformables dits à canal unique dans lesquels seul le centre du miroir en plaque et de ce fait le centre de la surface du miroir peut être plus ou moins fortement bombe à la suite d'une modification de longueur appropriée de l'actionneur qui est relié au miroir en plaque pour avoir une influence sur le foyer par un élargissement du faisceau Naturellement, il peut s'agir également dans le cas d'un miroir déformable de ce type d'un miroir déformable à plusieurs canaux ou à canaux multiples, dans lequel des régions diverses de la surface du miroir peuvent être déformées de façon diverses en fonction des besoins, de façon à obtenir par l'intermédiaire de la section du faisceau qui est réfléchi par le miroir, en particulier un faisceau laser, une distribution déterminée de l'énergie sur le site de travail par superposition d'effets de durées de parcours différentes Dans le cas mentionné en dernier, les différentes emplacements des déformations peuvent être dotés d'une caractéristique par une fréquence de Dither superposée à l'information de déviation, avec un modulateur monté en série avec un actionneur correspondant comme décrit dans le document US- A-4 679 915 susmentionné, ou avec un miroir modulateur prévu en outre sur le parcours du faisceau comme décrit dans le document DE-A-38 08 150. Il s'est avéré qu'avec les miroirs diformables de ce type, le ou chaque actionneur peut subir une fatigue de son matériau notamment après une durée d'utilisation importante, ce qui signifie qu'il est nécessaire de remplacer le ou chaque actionneur dans un cas extrême, c'est-à-dire de le remplacer par un actionneur neuf et non utilisé Quand il s'agit de miroirs déformables dans lesquels au moins un organe de fixation est collé sur le tourillon correspondant qui fait saillie de la surface arrière du miroir en plaque, ceci n'est possible qu'en ayant recours à des mesures très compliquées Les mêmes remarques sont valables quand le ou chaque organe de fixation est vissé au tourillon associé, car lorsqu'il s'agit d'une fixation par vissage, il faut en outre, pour réaliser une liaison par vissage fiable, avoir recours à un couple de rotation de serrage défini par lequel une déformation non voulue du miroir en plaque et de ce fait de la surface du miroir déformable ne peut être fiablement évitée Des déformations de ce type de la surface du miroir doivent être évitées, ce qui est coûteux et pèse sur les co Ots de fabrication d'un tel miroir déformable. L'invention a pour but de proposer un miroir déformable du type décrit dans le préambule dans lequel le remplacement du ou de chaque actionneur soit simple, sans problèmes et puisse être fait en peu de temps, et qu'en conséquence le miroir puisse être complété en un ensemble fonctionnel pouvant être utilisé de façon universelle mais puisse être également facilement à nouveau démontable. Avec un miroir selon l'invention et du type indiqué dans le préambule, ce but est atteint du fait qu'il est prévu sur l'organe de fixation du ou de chaque actionneur un élément de fixation constitué en un alliage à mémoire de forme approprié, l'élément de fixation maintenant à une température de fonctionnement normale l'organe de fixation fixé sur le tourillon associé au moyen d'une force de pression agissant en direction radiale, ou éliminant ladite fixation à une seconde température située au-dessous de la température de fonctionnement normale et établissant ladite fixation à une troisième température située au-dessus de la température de fonctionnement normale. Avantageusement, le ou chaque élément de fixation est constitué par un anneau ouvert ou par une bride de fixation ouverte en un alliage à mémoire de forme à effet bidirectionnel qui est de préférence un alliage Ni Ti. Pour le chauffer à la troisième température, le ou chaque élément de fixation peut être muni d'une résistance électrique chauffante pouvant être constituée sous forme d'une feuille chauffante maintenue à plat sur l'élément de fixation. Avantageusement, le ou chaque actionneur compren D un certain nombre d'éléments piézoélectriques qui sont empilés les uns sur les autres pour former une colonne et montés électriquement en parallèle, la colonne d'éléments piézoélectriques étant prévue entre un élément de butée et l'organe de fixation. De préférence, l'élément de butée comprend un canal d'entrée et un canal de sortie destinés à un agent de refroidissement prévu pour refroidir l'organe de fixation à une seconde température qui élimine la fixation. La colonne d'éléments piézoélectriques peut être entourée par une enveloppe qui est fixé par l'une de ses sections d'extrémités à l'élément de butée et par son autre section d'extrémité éloignée de la première à l'organe de fixation. L'enveloppe peut comprendre des fentes transversales écartées axialement les unes des autres, des fentes transversales voisines étant décalées les unes des autres en direction périphérique de l'enveloppe. L'enveloppe peut être entourée par une gaine étanche et flexible qui s'applique de façon étanche contre la première et la seconde sections d'extrémité de l'enveloppe. En constituant le ou chaque élément de fixation en un alliage à mémoire de forme approprié qui fixe au moyen d'une force de pression agissant en direction radiale l'organe de fixation sur le tourillon associé qui fait saillie de la surface arrière du miroir en plaque à une température de fonctionnement normale, ou qui élimine ladite fixation lorsqu'il est soumis à une seconde température située au-dessous de la température de fonctionnement normale et qui établit ladite fixation lorsqu'il est soumis à une troisième température située au- dessus de la température de fonctionnement normale, il est possible, en faisant simplement agir la température de façon appropriée sur ledit élément de fixation, de dégager la fixation mécanique entre le tourillon et l'organe de fixation correspondant, par exemple pour remplacer un actionneur dont le matériau est fatigué par un actionneur neuf et non utilise, sans avoir à craindre que des dégâts soient occasionnés au miroir en plaque. Il s'est avéré avantageux que le ou chaque élément de fixation soit constitué sous forme d'un anneau ouvert ou d'une bride de fixation ouverte en un alliage à mémoire de forme approprié Les alliages à mémoire de forme de ce type sont décrits par exemple dans le DE-Z "Magazin neue Wirkstoffe'1/87, pages 20 à 22, dans le périodique "JEE" de février 1984, pages 96 et suivantes ou dans le périodique d'entreprise de la société G Rau Gmbh & Co "Gedâchtnis- Effekt und technisch anwendbare Legierungen", et il est donc inutile de revenir sur eux de façon détaillée Lesdits alliages à mémoire de forme subissent, en raison d'une transformation thermoélastique de leur structure entre une structure austénitique et une structure martensitique et après un traitement mécanique approprié, une modification de forme correspondante qui dépend de la température Il est donc possible par une modification appropriée de la température de passer dans un sens ou dans l'autre à deux états de forme différents de l'élément de fixation en cause Pour fixer mécaniquement l'élément de fixation sur le tourillon associé du miroir en plaque, on utilise la mémoire de forme dite contrainte (constrained recovery) Si un élément de fixation déformé à l'état martensitique est empêché de revenir à sa forme d'origine par échauffement au-delà de ladite température de départ aust 9 nitique, il est alors question de la mémoire de forme contrainte mentionnée ci-dessus Quand il s'agit en particulier d'un élément de fixation en un alliage Ni Ti, il s'est avéré que grâce à la mémoire de forme contrainte mentionnée, on peut obtenir une force de fixation considérable. D'autres détails, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation du miroir déformable de l'invention représenté sur les dessins dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un miroir dêformable dit à canal unique; la figure 2 représente le détail II de la figure i en coupe sur une moitié, l'actionneur étant montré en partie et la représentation du tourillon qui fait saillie de la surface arrière du miroir en plaque ainsi que la représentation de l'enveloppe de l'actionneur ayant été laissées de côté; la figure 3 est une vue de l'organe de fixation et de l'élément de fixation, en direction de la flèche III de la figure 2 et par le bas; la figure 4 est une représentation schématique de la dépendance du diamètre de l'élément de fixation en un alliage à mémoire de forme approprié par rapport à la température T de l'alliage à mémoire de forme; la figure 5 est une vue latérale de l'enveloppe d'un actionneur, la gaine qui entoure l'enveloppe n'étant représente que partiellement; la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5; la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 5; et la figure 8 est une vue en coupe longitudinale de l'enveloppe selon la figure 5, la gaine qui entoure de façon étanche l'enveloppe n'étant dans ce cas également représente qu'en partie. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un miroir déformable 10 comprenant un miroir en plaque 12 qui est fixé par son bord périphérique 14 dans un boîtier 16 Le boîtier 16 est fermé par un couvercle 18 sur le côté qui est éloigné du miroir en plaque 12. Le miroir en plaque 12 comprend au moins un tourillon 24 sur sa surface arrière 22 qui est à l'opposé de la surface frontale 20 du miroir et qui fait saillie d'un seul tenant de la surface arrière 22 du miroir en plaque 12. Dans le boîtier 16 est prévu au moins un actionneur 26 qui est relié fonctionnellement au miroir en plaque 12 pour pouvoir déformer à volonté ce miroir en plaque 12 et avoir ainsi une influence sur le faisceau réfléchi par la surface 20 du miroir, en particulier un faisceau laser Le ou chaque actionneur 26 comprend une multiplicité d'éléments piézoélectriques de forme annulaire, empilés les uns sur les autres pour former une colonne 30 et reliés électriquement en parallèle, ce qui est représenté schématiquement par les arceaux 32 Si on applique une tension électrique appropriée aux éléments piézoélectriques 28, il en résulte une modification d'épaisseur correspondante de ces éléments piézoélectriques 28 et de ce fait une modification de la dimension axiale de la colonne 30, qui est montée entre un élément de butée 34 du couvercle 18 et un organe de fixation 36 adapté par sa forme au tourillon 24. Entre l'élément de butée 34 et l'organe de fixation 36 est déterminé par les éléments piézoélectriques de forme annulaire 28 un espace creux central 38 dans lequel est monté un tube de refroidissement central 40 qui fait saillie du miroir déformable 10 après avoir traversé l'élément de butée 34 et le couvercle 18 Un canal de sortie 42 destiné à l'agent de refroidissement est constitué dans ledit tube de refroidissement central 40 L'élément de butée 34 comprend en outre un canal d'entrée 44 pour l'agent de refroidissement, qui débouche dans le mode de réalisation du miroir déformable 10 qui est montré à la figure 1 dans l'espace creux central 38 De l'azote liquide peut être par exemple introduit par le canal d'entrée 44 dans l'espace creux central 38, ce qui est indiqué à la figure 1 par la flèche 46 L'agent de refroidissement remplit l'espace creux central 38 et s'écoule par le tube de refroidissement central 40, c'est-à-dire en ressortant du miroir déformable 10 par le canal de sortie 42, ce qui est indiqué à la figure 1 par la flèche 48 La fonction remplie par l'agent de refroidissement sera décrite plus loin en référence aux figures 2, 3 et 4. L'organe de fixation 36 comprend un fond 50 et une collerette à fentes 52 faisant saillie d'un seul tenant du fond 50, le diamètre interne de la collerette 52 étant adapté au diamètre externe du tourillon 24 qui fait saillie de la surface arrière 22 du miroir en plaque 12 Sur le côté extérieur de la collerette à fentes 52 est monté un élément de fixation 54 constitué en un alliage à mémoire de forme approprié et se présentant sous la forme d'un anneau ouvert comme on peut le voir à la figure 3 On peut voir également à la figure 3 la collerette 52 présentant les fentes 56. Le mode de fonctionnement de l'élément de fixation 54 se présentant sous la forme d'un anneau ouvert ou d'une bride de fixation ouverte et constitué en un alliage à mémoire de forme approprié va maintenant être expliqué ci-dessous en référence à la figure 4. La figure 1 et en particulier la figure 2 montrent la constitution de l'élément de fixation 54 qui comprend une résistance électrique chauffante 58 reliée à des conducteurs de raccordement 60, ces conducteurs de raccordement 60 comme on peut le voir à la figure 1 étant reliés de façon électriquement conductrice à des éléments de contact 62 qui font saillie hors du couvercle 18 Grâce à la résistance électrique chauffante 58, il est possible de chauffer l'élément de fixation 54 ouvert sur un côté à une seconde température 12,1 ou T 2,2 située au-dessus de la température ambiante T (voir figure 4) T 2,1 désigne la température pour laquelle la structure métallique de l'alliage à mémoire de forme de l'élément de fixation 54 commence à devenir austênitique T 2,2 désigne la température pour laquelle la structure d'ensemble de l'alliage à mémoire de forme est austénitique T 3,1 désigne à la figure 4 une troisième température située au-dessous de la température ambiante Tr et pour laquelle la structure cristalline de l'alliage à mémoire de forme de l'élément de fixation 54 commence à devenir martensitique, et T 3,2 désigne la troisième température au-dessous de la température ambiante TX pour laquelle l'ensemble de la structure cristalline de l'alliage à mémoire de forme de l'élément de fixation 54 est martensitique Il est clair à l'examen de la figure 4 qu'il est possible en agissant simplement sur une température appropriée T de faire passer le diamètre D de l'élément de fixation 54 d'un diamètre D 1 à un diamètre D 2 plus petit que ce dernier, et inversement. Pour fixer l'organe de fixation 36 (voir figure 1), c'est-à-dire sa collerette à fentes 52, sur le tourillon 24 qui fait saillie du miroir en plaque 12, l'élément de fixation 54 qui est ouvert sur un côté et dont le diamètre est D 1 (voir figure 4) à la température ambiante T, est chauffé à l'aide de la résistance électrique chauffante 58 à la température T 2,2, de manière que le diamètre de l'élément de fixation 54 soit réduit à la valeur D 2 Quand il s'agit d'un alliage à mémoire de forme Ni Ti, la température T 2,2 est d'environ 160 C Grâce à un chauffage de courte durée de l'élément de fixation 54 à la température T 2,2, il en résulte une diminution du diamètre D de l'élément de fixation jusqu'à la valeur D 2 jusqu'à ce que les tolérances de dimension ou d'adaptation entre le tourillon 24 et la collerette à fentes 52 soient dépassées ou éliminées La fixation entre la collerette à fentes 52 de l'organe de fixation 36 et le tourillon 34 au moyen de l'élément de fixation 54 est déterminée par la modification de forme contrainte Quand il y a refroidissement de l'élément de fixation 54 depuis la température T 2, 2 jusqu' à la température ambiante T, c'est-à-dire quand il y a refroidissement à la température de fonctionnement normale du miroir déformable 10, le diamètre plus petit et réduit D 2 se maintient et la force de pression radiale provoquée par ce rétreint est transmise par l'élément de fixation 54 à la collerette à fentes 52 et au tourillon 24, ce qui fait que l'organe de fixation 56 est fixé au tourillon 24. Quand il est nécessaire de remplacer un actionneur 26 par un actionneur neuf et non encore utilisé 26, on refroidit l'élément de fixation 54 depuis la température ambiante TI jusqu' à la température T 3,1 (voir figure 4) qui est d'un ordre de grandeur de moins 60 C pour un alliage à mémoire de forme en Ni Ti A cette température T 3,1 commence la transformation de la structure en une structure martensitique et l'annulation de la force de fixation entre l'organe de fixation 36 et le tourillon 24 Si on continue de refroidir l'élément de fixation 24 jusqu'à la température T 3,2, qui est d'environ -150 C pour ledit alliage à mémoire de forme Ni Ti, il en résulte une augmentation du diamètre de l'élément de fixation de D 2 à Dl, c'est-à-dire une ouverture totale de l'élément de fixation 54 et l'élimination de la force de pression agissant en direction radiale exercée par l'élément de fixation 54 par l'intermédiaire de la collerette à fentes 52 sur le tourillon 24, ce qui fait que l'actionneur 26 peut être retiré sans problème du tourillon 24 Le refroidissement de l'élément de fixation 54 à la température T 3,1 ou T 3,2 est obtenue en introduisant de l'azote liquide (flèche 46 à la figure 1) dans l'espace creux central 38, d'o résulte un envoi de froid correspondant vers l'élément de fixation 54 par l'intermédiaire de l'organe de fixation 36 Ainsi on évite simultanément des dégâts à l'élément de fixation 54 ou à la résistance électrique chauffante 58 prévue sur lui, par un choc réfrigérant. Le ou chaque actionneur 26 est constitué avec une enveloppe 64 qui entoure la colonne 30 d'éléments piézoélectriques 28 L'enveloppe 64 est fixée par une section d'extrémité sur le corps de butée 34 et par sa seconde section d'extrémité sur l'organe de fixation 36 On peut voir aux figures 5 a 8 que l'enveloppe 64 comprend des fentes transversales 66 et 67 qui permettent de la modifier dans sa dimension axiale d'une façon qui correspond à la dimension axiale de la colonne 32 d'éléments piézoélectriques 28 Les fentes transversales 66 et les fentes transversales 67 sont décalées les unes par rapport aux autres de 90 en direction périphérique de l'enveloppe 64 Pour rendre étanche une enveloppe 64 de ce type dont la dimension axiale est modifiable, on la recouvre avec une gaine étanche et flexible 68 qui s'applique de façon étroite et étanche contre la première et contre la seconde sections d'extrémité de l'enveloppe 64 En ce qui concerne cette gaine 68, il s'agit par exemple d'une gaine rétractable du commerce Une telle enveloppe 64 avec sa gaine 68 sert non seulement à protéger la colonne 30 d'éléments piézoélectriques 28 vis-à-vis de dégâts mécaniques ou analogues, mais également à rendre l'actionneur 26 étanche vis-à-vis de l'extérieur et empêcher ainsi fiablement que l'agent de refroidissement puisse sortir involontairement de l'actionneur 26 et pénétrer dans l'espace interne 70 du miroir déforuable 10 qui est entouré par le boîtier 16, le miroir en plaque 12 ainsi que le couvercle 18. La figure 2 montre un élément thermoélectrique 72 prévu sur l'élément de fixation 54, duquel partent des conducteurs de raccordement 74 qui sont reliés, comme les conducteurs de raccordement 60 des résistances électriques chauffantes 58, à des il 12 2688321 conducteurs de raccordement (non montrés) similaires aux conducteurs de raccordement 62 qui font saillie du couvercle 18 L'élément thermoélectrique 72 sert à déterminer la température T de l'élément de fixation 54, et de ce fait son état dimensionnel. Sur les figures, les mêmes détails sont désignés par les mêmes références, ce qui fait qu'il est inutile de décrire de façon détaillée tous ces détails en se référant aux figures individuelles. REVENDICATIONS 1 Miroir déformable comprenant un miroir en plaque ( 12) sur la surface arrière duquel fait saillie au moins un tourillon ( 24) en vue de sa fixation à un actionneur associé ( 26) qui comporte un organe de fixation ( 36) adapté par sa forme au tourillon ( 24) pour donner au miroir en plaque ( 12 > la courbure désirée, caractérisé en ce qu'il est prévu sur l'organe de fixation ( 36) du ou de chaque actionneur ( 26) un élément de fixation ( 54) constitué en un alliage à mémoire de forme approprié, l'élément de fixation ( 54) maintenant à une température de fonctionnement normale (Tl) l'organe de fixation ( 36) fixé sur le tourillon associé ( 24) au moyen d'une force de pression agissant en direction radiale, ou éliminant ladite fixation à une seconde température (T 3,1; T 3,2) située au-dessous de la température de fonctionnement normale et établissant ladite fixation à une troisième température (T 2,1; T 2,2) située au-dessus de la température de fonctionnement normale (T^). 2 Miroir dêformable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou chaque élément de fixation ( 54) est constitué par un anneau ouvert ou par une bride de fixation ouverte en un alliage à mémoire de forme à effet bidirectionnel. 3 Miroir déformable selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou chaque élément de fixation ( 54) est constitué en un alliage Ni Ti. 4 Miroir déformable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour le chauffer à la troisième température (T 2,11 T 2,2), le ou chaque élément de fixation ( 54) est muni d'une résistance électrique chauffante ( 58). Miroir déformable selon la revendication 4, caractérisé en ce que la résistance électrique chauffante ( 58) est constituée sous forme d'une feuille chauffante qui est maintenue à plat sur l'élément de fixation ( 54). 6 Miroir déformable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque actionneur ( 26) comprend un certain nombre d'éléments piézoélectriques ( 28) qui sont empilés les uns sur les autres pour former une colonne ( 30) et montés électriquement en parallèle, la colonne d'éléments piézoélectriques ( 30) étant prévue entre un élément de butée ( 34) et l'organe de fixation ( 36). 7 Miroir dêformable selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément de butée ( 34) comprend un canal d'entrée et un canal de sortie ( 44, 42) destinés à un agent de refroidissement prévu pour refroidir l'organe de fixation ( 54) à la seconde température (T 3,1; T 3,2) qui élimine la fixation. 8 Miroir déformable selon la revendication 6, caractérisé en ce que la colonne d'éléments piézoélectriques ( 30) est entourée par une enveloppe ( 34) qui est fixée par l'une de ses sections d'extrémités à l'élément de butée ( 34) et par son autre section d'extrémité éloignée de la première à l'organe de fixation ( 36). 9 Miroir déformable selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 64) comprend des fentes transversales ( 66, 67) écartées axialement les unes des autres, les fentes transversales voisines ( 66, 67) étant décalées les unes par rapport aux autres en direction périphérique de l'enveloppe ( 64). Miroir déformable selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 64) est entourée par une gaine étanche et flexible ( 68) qui s'applique de fagon étanche contre la première et la seconde sections d'extrémité de l'enveloppe ( 64).