Brevet FR2748411A1 — publié le 19971114

Description L'invention concerne un dispositif de diagnostic d'une surface et d'enlèvement sélectif consécutif de couches de cette surface par irradiation avec un laser pulsé compre- nant un appareillage, muni des éléments optiques pour le diagnostic et une installation pour l'usinage consécutif de la surface avec le faisceau laser, selon lequel, a) la surface à diagnostiquer est irradiée par zone avec de la lumière ayant une composition spectrale prédéterminée et la lumière réfléchie est décomposée dans des plages spectrales dont on mesure les intensités, et les valeurs de mesure obtenues sont comparées avec des valeurs de ré- férences, puis b) suivant cette comparaison, on déclenche une ou plusieurs impulsions laser qui assurent l'enlèvement d'une couche de la zone de surface diagnostiquée, c) puis on répète les opérations a) et b) pour d'autres zones de surface suivant le modèle prédéterminé jusqu'à ce que toute la surface de couche à enlever ait été traitée. Selon les documents US-A-4 588 885 et US- 4 737 628, on connaît un procédé et un appareillage pour diagnostiquer une surface avant l'enlèvement sélectif à l'aide du rayonnement d'un laser pulsé. La surface à diagnos- tiquer est éclairée avec de la lumière ayant une composition spectrale connue. La lumière réfléchie par cette surface est décomposée en son spectre à l'aide d'un réseau de diffrac- tion. A partir de la composition spectrale de la lumière ré- fléchie, on peut, en comparant avec des spectres de comparaison obtenus préalablement, conclure aux caractéristi- ques de réflexion de la surface et ainsi à la couleur. Cela permet de décider si l'enlèvement de couches par le rayonne- ment a été suffisant ou s'il faut poursuivre l'enlèvement de couches. Dans ce procédé, il est important d'avoir un éclairage reproductible de la surface car ce n'est qu'alors que l'on peut comparer la lumière réfléchie par la surface, d'une manière assez précise, avec les références. Or, cette condition n'est pas nécessairement satisfaite si l'on choisit un dispositif comme celui présenté dans le document US-A- 4 588 885. L'inconvénient est alors surtout que le diagnostic peut être fortement perturbé par l'enlèvement lui-même. Lorsqu'on enlève des couches par un rayonnement laser pulsé, on produit à chaque impulsion un fort éclair de lumière dont la composition spectrale et la clarté dépendent fortement de la couche respective et agit comme un éclairage complémentaire pulsé, gênant. De plus, la vaporisation brusque des couches dé- veloppe à chaque impulsion un fort développement de fumée qui peut modifier la composition spectrale et l'intensité à la fois de la lumière d'éclairage et de la lumière réfléchie par la surface et cela d'une manière imprévisible. Cela est par- ticulièrement le cas si le laser est commandé à une fréquence de répétition élevée et si l'intervalle entre les impulsions ne suffit plus pour permettre l'aspiration complète de la fu- mée. En outre, malgré l'aspiration dans la zone d'usinage, le dépôt de la poussière encrasse très rapidement de sorte que les conditions d'éclairage peuvent varier d'une manière im- prévisible. Si l'aspiration et le diagnostic se font dans la même enceinte, il est pratiquement impossible d'optimiser ce domaine pour satisfaire aux deux exigences. Selon le document DE-44 26 490, on connaît un dispositif d'analyse de pièces métalliques déplacées par une unité de transfert et utilisant un faisceau laser. La pièce analysée est tout d'abord éclairée et un élément de prise de vue comme par exemple une caméra à CCD prend une image. Une unité d'exploitation détermine la zone de la pièce la plus claire et ainsi celle d'aspect métallique, puis le faisceau laser est dirigé sur cette zone la plus claire pour effectuer une spectroscopie par étincelle induite par laser. Même si, dans cette construction, la prise de vue et le faisceau laser arrivant sur la pièce analysée, ou le plasma créé à cet en- droit et qui émet également de la lumière, sont séparés loca- lement le long de l'unité de transfert, on ne peut exclure que les images prises ne soient pas influencées par la lu- mière laser ou par celle du plasma. La présente invention a pour but de perfectionner un procédé du type défini ci-dessus, permettant de respecter des conditions très strictes d'uniformité et de constance de l'éclairage. A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'appareillage qui se trouve dans le boîtier (12) et qui comporte les élé- ments optiques (18, 20) pour le diagnostic, est conduit à distance et de manière étanche à la poussière et à la lumière étrangère, devant l'installation (3, 4) effectuant l'irra- diation laser et en commun avec celle-ci sur la surface 5. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention le boîtier de l'appareillage de diagnostic est fixé à une tête d'usinage de l'installation pour l'irradiation par faisceau laser, la chambre de diagnostic et la chambre d'usinage par laser comportant des cloisons sépa- rées ayant des lèvres d'étanchéité appliquées contre la sur- face. Pour éviter de détériorer le diagnostic par le traitement avec des impulsions laser, on prévoit pour la plage de diagnostic et la plage de traitement: a) des plages strictement séparées dans l'espace et cela de manière imperméable et opaque, pour que les éclairs lumi- neux et la fumée développée par l'usinage ne puissent pas gêner le diagnostic, b) le diagnostic est exécuté à distance de l'usinage pour sa- voir, avant l'usinage, o et dans quelle mesure il faut enlever une couche. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre schématiquement en perspective un appa- reil pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 2 montre une coupe longitudinale centrale de l'appareil de la figure 1, - la figure 3 montre un modèle caractéristique de plages de surface pour le diagnostic, et qui seront alors à irradier, plages encore appelées " traces de pas ", - la figure 4 montre le modèle selon la figure 3 dans la zone de diagnostic du dispositif de la figure 1. L'appareil selon les figures 1 et 2 se compose d'une tête d'usinage 3 et d'un boîtier de diagnostic 12 con- duits en commun sur la surface 5 d'un substrat 10 à insoler, de façon que la zone d'irradiation laser 8 soit séparée dans l'espace et dans le temps de la zone o se fait le diagnostic par traitement laser. Le faisceau laser 1 d'un laser TEA-CO2 pulsé (non représenté) est renvoyé par un système de miroirs 2 dans la tête d'usinage 3. La tête 3 comporte un miroir os- cillant 4 qui guide le faisceau laser 1 sur la surface 5 dont on veut enlever une couche. L'importance de la zone de sur- face 7 irradiée par impulsion est fixée par la conduite et la géométrie du faisceau; elle doit correspondre localement à une zone de surface préalablement diagnostiquée (traces de pas) obtenue par un calculateur. La position de la zone de surface 7 dépend de la position du miroir oscillant 4 et de la position de la tête 3. Lorsque le miroir oscillant 4 bas- cule autour de l'axe 6, la zone 8 permet d'irradier une plage de basculement. Si, en plus, la tête 3 est déplacée dans la direction T perpendiculairement au plan du mouvement os- cillant S, selon un mouvement de translation au-dessus de la surface 5, on peut irradier, à la surface 5, un chemin 11 ayant la largeur de la plage de basculement de la zone d'irradiation 8. L'installation de diagnostic est logée dans un boîtier 12 fixé à la tête 3. La figure 2 est une coupe trans- versale de la tête 3 et du boîtier de diagnostic 12. Pour sé- parer de manière étanche à la poussière et à la lumière, la 3() chambre de diagnostic 13 de la chambre d'usinage 14 et de l'environnement, les parois limites 15 sont munies de lèvres d'étanchéité 16 qui s'appuient sur la surface 5. Le boîtier de diagnostic 12 est équipé d'une caméra en couleurs 18; celle-ci peut observer la zone de diagnostic 19 entre les lè- vres d'étanchéité 16. Dans le boîtier de diagnostic 12 se trouve une installation d'éclairage 20 qui éclaire de façon homogène la zone de diagnostic 19. La figure 3 montre à titre d'exemple un modèle 21 possible pour des zones de surface 7 irradiées successivement par le faisceau laser 1 après que le miroir basculant 4 ait exécuté un mouvement de basculement complet S et qu'en même temps la tête 3 ait effectué un mouvement de translation dans la direction T. Dans cet exemple, le mouvement de basculement S est plus rapide que le mouvement de translation de la tête d'usinage 3 dans la direction T. La figure 4 montre la projection du boîtier de diagnostic 12 sur le modèle 21. Si la caméra couleur 12 ef- fectue des prises de vue instantanées, elle peut prendre le modèle 21 formé d'un grand nombre de zones de surface 7, dans la mesure oû cela tombe dans la zone de diagnostic 19. Pour le mouvement de basculement S connu du miroir basculant 4, et le mouvement de translation de la tête 3 dans la direction T, on connaît l'intervalle de temps qui s'écoule entre les pri- ses de vue instantanées et les instants auxquels le pilotage du faisceau laser est défini par le mouvement de basculement du miroir oscillant 4 et le mouvement de translation de la tête 3, pour s'approcher de la zone de surface 7 correspon- dante du modèle 21. S'il réussit alors à exploiter suffisam- ment rapidement la prise de vue instantanée pour toutes les zones de surface dans la zone de diagnostic 19, on peut soit fermer soit déclencher l'impulsion laser pour chaque zone de surface 7 du modèle 21. Pour cela, il est avantageux de transmettre tout d'abord toutes prises de vue instantanées de la caméra dans une mémoire du calculateur (non représentée) puis de subdiviser dans la mémoire les différentes zones de surface 7 selon le modèle 21, et de comparer à une référence l'information de couleur de chaque zone de surface 7. Le blo- cage ou le déclenchement de l'impulsion laser est commandé par le calculateur suivant les indications fournies par la comparaison respective, dès que le guidage du faisceau laser se trouve sur la zone de surface concernée. NOMENCLATURE 1 Faisceau laser 2 Système de miroirs 3 Tête d'usinage 4 Miroir basculant Surface du support 10 6 Axe de basculement du miroir basculant 4 7 Plage de surface 8 Zone d'irradiation Substrat 11 Trajet 12 Boîtier de diagnostic 13 Chambre de diagnostic 14 Chambre de travail Paroi de limitation 16 Lèvres d'étanchéité 18 Caméra couleur 19 Zone de diagnostic 20 Installation d'éclairage 21 Modèle S Mouvement de basculement du miroir basculant 4 T Mouvement de translation de la tête d'usinage 3. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Dispositif de diagnostic d'une surface et d'enlèvement sélectif consécutif de couches de cette surface par irradia- tion avec un laser pulsé, comprenant un appareillage muni des éléments optiques pour le diagnostic, et une installation pour l'usinage consécutif de la surface avec le faisceau laser, selon lequel, a) la surface à diagnostiquer est irradiée par zones avec de la lumière ayant une composition spectrale prédéterminée, et la lumière réfléchie est décomposée dans des plages spectrales dont on mesure les intensités, et les valeurs de mesure obtenues sont comparées avec des valeurs de ré- férences, puis b) suivant cette comparaison, on déclenche une ou plusieurs impulsions laser qui assurent l'enlèvement d'une couche de la zone de surface diagnostiquée, c) puis on répète les opérations a) et b) pour d'autres zones de surface suivant le modèle prédéterminé jusqu'à ce que toute la surface de couche à enlever ait été traitée, caractérisé en ce que l'appareillage qui se trouve dans le boîtier (12) et qui com- porte les éléments optiques (18, 20) pour le diagnostic est conduit à distance et de manière étanche à la poussière et à la lumière étrangère, devant l'installation (3, 4) effectuant l'irradiation laser et en commun avec celle-ci sur la surface 5. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier de l'appareillage de diagnostic (12) est fixé à une tête d'usinage (3) de l'installation (3, 4) pour l'irradiation par faisceau laser, la chambre de diagnostic (13) et la chambre d'usinage par laser (14) comportant des cloisons (15) séparées ayant des lèvres d'étanchéité (16) ap- pliquées contre la surface (5).