Brevet FR2765350A1 — publié le 19990101

i La présente invention concerne un dispositif permettant d'intervenir sur un rayon laser au moyen d'un miroir adaptatif placé dans le trajet du rayon selon le préambule de la revendication 1. Le document DE 41 08 419 A1 décrit plus ou moins un dispositif de ce type pour intervenir sur le front d'ondes et sur la géométrie en coupe transversale du rayon laser sur la pièce à traiter. A cet effet, on agence le plus près possible de la source de rayon laser un miroir de déviation ayant une surface réfléchissante, qui assure, par une course minimale d'un dispositif d'actionnement assurant la déformation du miroir, un grand élargissement du rayon afin de pouvoir maintenir constant le diamètre du spot focal ou adapter de manière souple le paramètre de traitement à l'objectif de traitement. Le dispositif d'actionnement se présente sous la forme d'un élément de réglage piézo- électrique, qui est agencé dans un bottier de miroir. L'élément de réglage piézo-électrique agit directement sur le verso du miroir si bien que l'on peut obtenir une orientation rapide et précise du miroir. Mais ces dispositifs ont cet inconvénient qu'il est particulièrement difficile d'obtenir une modification ou un réglage approprié(e) de la courbure de la surface du miroir, ce qui limite la qualité optique de ces systèmes. Cela est dû au fait que l'application de forces au verso du miroir pour assurer la courbure du miroir ne se fait que sur un point. Par suite, il est difficile d'atteindre une flexion ou une courbure de surface appropriée du miroir, si bien que l'aberration du miroir est renforcée. En outre, ces dispositifs ont cet inconvénient qu'il n'est pas possible d'effectuer un réglage amorti ou souple de la courbure du miroir. Lors de la commande du corps de réglage piézo-électrique, la modification de longueur se fait brusquement, c'est-à-dire que l'application de forces se fait aussi brusquement sur le verso du miroir, ce qui limite la qualité du système optique. Le document DE 41 37 832 A1 décrit un autre principe permettant d'intervenir sur un rayon laser au moyen d'un miroir adaptatif. Dans ce dispositif muni éventuellement du miroir adaptatif, la modification de la courbure de surface se fait selon le principe d'une plaque ronde qui est soumise à une pression hydrostatique. Cette pression est appliquée par un liquide de refroidissement au centre du miroir. Le liquide de refroidissement est évacué par des conduites d'évacuation agencées sur le bord du miroir. La commande de la pression du liquide de refroidissement se fait de manière avantageuse via des vannes électromagnétiques. Mais ces systèmes ont cet inconvénient qu'ils n'ont qu'une largeur de bande restreinte de la vitesse de réglage, qui est limitée par exemple à 50 Hz. Dans un grand nombre de cas d'utilisation, un tel système est trop lent. L'invention a pour but de procurer un dispositif permettant d'intervenir sur un rayon laser au moyen d'un miroir adaptatif placé dans le trajet du rayon, ledit dispositif permettant d'obtenir non seulement une qualité optique élevée, mais également une largeur de bande dynamique élevée des vitesses de réglage. Cet objectif est atteint par la partie caractérisante de la revendication 1. En raison de la combinaison selon l'invention des deux principes, c'està-dire de la déformation hydraulique du miroir et de la déformation piézo-électrique du miroir, il est possible d'obtenir un système optique de haute qualité et, simultanément, un système doté d'une grande largeur de bande dynamique de la fréquence modulable. En raison de la déformation du miroir sous l'effet de la pression hydrostatique par un dispositif de transmission de pression, on peut obtenir une application uniforme des forces et, par suite, une courbure harmonieuse du miroir. Comme la pression de déformation est appliquée via le dispositif de transmission de pression par un corps de réglage piézo-électrique, on peut obtenir une largeur de bande dynamique élevée pour modifier la courbure du miroir, car le dispositif de transmission de pression agit sur le verso du miroir indirectement ou directement. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, il est prévu que le dispositif de transmission de pression présente un corps intermédiaire largement incompressible et aisément déformable. Cela offre cet avantage que la modification précise et rapide de la course de réglage du corps de réglage piézo-électrique n'agit pas directement sur le verso du miroir, mais directement ou indirectement sur le corps intermédiaire si bien que l'on peut maintenir une déformation hydraulique modérée et, surtout, une application uniforme des forces pour assurer la courbure. Selon une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, il est prévu que le dispositif de transmission de pression présente un corps de transmission de pression qui agit sur le corps intermédiaire. Ce corps de transmission de pression s'étend avantageusement sur le diamètre ou presque sur le diamètre du corps intermédiaire. De la sorte, contrairement à la commande directe via un corps de réglage piézo-électrique, on peut obtenir que l'amplitude du point central de flexion soit sensiblement plus élevée que par une commande directe via le corps de réglage piézo-électrique. Cela est dû en particulier au fait que le volume du corps intermédiaire est déplacé dans une mesure considérable par le corps de transmission de pression, de préférence, dans la zone du bord. De la sorte, avec un plus petit corps de réglage piézo-électrique ayant une plus petite course de réglage, on peut obtenir une plus grande amplitude du point central du miroir ou de la courbure, car, du fait que le corps de pression a de grandes dimensions, on peut déplacer une grande quantité de liquide, si bien que l'on peut obtenir le renforcement de la courbure au point central du miroir. D'autres formes de réalisation et perfectionnements avantageux sont indiqués dans les autres revendications. Des formes de réalisation préférées sont représentées dans les dessins, dans lesquels: la Fig. 1 est une représentation schématique en coupe d'un dispositif selon l'invention, la Fig. 2 est une représentation schématique en coupe d'une variante de la forme de réalisation de la Fig. 1, la Fig. 3 est une représentation schématique en coupe d'une forme de réalisation modifiée de la Fig. 1, la Fig. 4 est une représentation schématique en coupe d'une variante des formes de réalisation des Fig. 1 et 2, et la Fig. 5 est une représentation schématique en coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention. La Fig. 1 montre un dispositif 11 selon l'invention permettant d'intervenir sur un rayon laser au moyen d'un miroir adaptatif 12. Le ou les miroirs adaptatifs 12 sont disposés dans le trajet d'un rayon laser pour effectuer une compensation du point focal, par exemple lors du traitement d'une pièce au moyen d'une tête de découpe laser 31. Cela signifie que le ou les miroirs adaptatifs 12 permettent de modifier non seulement la position du foyer dans la direction z, mais également le diamètre du foyer. C'est ainsi que l'on peut compenser les modifications du foyer dues aux diverses longueurs du rayon laser entre la source laser et la tête de découpe laser 31. Ces mesures de correction sont nécessaires, en particulier par exemple dans le cas de machines laser plates, qui ont une surface de traitement de, par exemple, 6 x 3 mètres. Le dispositif 11 comporte un boîtier de miroir 14, qui est raccordé à un miroir 12, pour former une unité de boîtier fermée. Cela peut se faire indirectement ou directement. Dans un espace interne 16 du boîtier de miroir 14 est monté, sur un fond 18, un corps de réglage 17 qui se présente, par exemple, sous la forme d'un dispositif d'actionnement piézo-électrique. Entre une extrémité du corps de réglage 17 tournée vers le miroir 12 et le miroir 12, il est prévu un dispositif de transmission de pression 19 qui transmet au miroir 12 la course de réglage, qui peut se situer par exemple dans une plage comprise entre 40 et um. Dans l'exemple de réalisation représenté dans la Fig. 1, le dispositif de transmission de pression 19 est constitué d'un corps de transmission de pression 21, qui agit sur une membrane malléable à la flexion 22, qui est tendue entre le miroir 12 et le boîtier de miroir 14. Grâce à cet agencement, on forme entre le miroir 12 et la membrane 22 ce que l'on appelle un corps intermédiaire 23 qui permet de transmettre la course de réglage du corps de réglage 17 par l'intervention du corps de transmission de pression 21 sur un verso 24 du miroir 12, ce qui permet de produire une courbure à la surface du miroir. Le corps intermédiaire 23 se présente avantageusement sous la forme d'un espace fermé qui adopte, de préférence, la forme d'un film de liquide relativement mince. Par exemple, le film de liquide peut avoir une épaisseur de 0,2 à 0,5 mm, cette épaisseur pouvant être également plus ou moins grande en fonction de la spécificité de l'application. Le corps de transmission de pression 21 se présente sous la forme d'un piston presseur qui présente des biseaux en direction de l'élément de réglage 17 de telle sorte que soit assurée une section transversale rigide à la flexion pour la transmission des forces. De préférence, le piston presseur se présente sous la forme d'un disque, comme représenté et décrit plus en détail dans la Fig. 5. En option, il peut être prévu également que le corps de transmission de pression 21 se présente sous la forme d'un champignon, sur la tige de pression duquel s'applique l'élément de réglage. De préférence, le diamètre de la tige de pression correspond au diamètre de l'élément de réglage 17. Dans le corps intermédiaire 23, qui se présente donc sous la forme d'un espace de pression, on peut introduire une matière liquide, huileuse ou gélifiée. De préférence, le fluide se trouvant dans l'espace de pression est de l'eau. En option, il peut également être prévu d'utiliser un disque aisément déformable et largement incompressible formé d'une matière plastique ou d'un matériau à base de caoutchouc. La membrane 22 est malléable à la flexion et peut être formée d'un matériau élastique à base de caoutchouc ou d'un matériau analogue, de telle sorte que le corps de transmission de pression 21, qui a de préférence un grand diamètre, puisse s'appliquer presque sur toute la surface de la membrane 22. La membrane 22 peut également être fixée d'une autre manière. Mais, dans cet exemple de réalisation, il faut tenir compte du fait que la chambre de pression, qui s'applique directement sur le verso 24 du miroir 12, est fermée et qu'il se forme une chambre de pression fermée. Le miroir 12 est refroidi par un agent réfrigérant acheminé dans des canaux d'agent réfrigérant 27. La déviation ou la courbure de la surface réfléchissante ou du miroir 12 repose sur le principe qu'une petite surface de pression du corps de réglage 17 agit sur une surface de diamètre sensiblement grand formée au verso du miroir 12 au moyen du dispositif de transmission de pression 19. En raison du déplacement de volume du corps intermédiaire 23, il se produit une espèce d'effet de levier qui permet d'amplifier la course de réglage relativement faible du corps de réglage 17. De la sorte, le corps de transmission de pression 21 présente un diamètre relativement grand et sa surface de pression correspond sensiblement au diamètre intérieur du boîtier de miroir 14. Simultanément, le film de liquide se présente avantageusement sous l'aspect d'un film mince. Lorsque le corps de réglage 17 est soumis à une tension, il dévie dans la direction du miroir 12, si bien que le corps de transmission de pression 21 sera déplacé vers le haut. La membrane fermant l'espace de pression est également déplacée dans la direction du miroir 12, si bien qu'il peut se produire une déviation du point central 26 du miroir. L'effet de levier permet de multiplier l'amplitude du point central 26 du miroir vis-à-vis de la course de réglage du corps de réglage 17. Mais, simultanément, les vitesses de réglage très élevées peuvent être absorbées et transmises. La commande du miroir adaptatif ou l'engagement du miroir adaptatif se fait comme suit: Une tête de traitement laser 31, à laquelle est affectée une pièce, présente une unité de mesure 32 pour les'longueurs des axes x, y de la tête de traitement laser 31 et un dispositif de mesure 33 dans la direction de l'axe z. Les dispositifs de mesure 32 et 33 transmettent les données détectées à une commande 34. On détermine de la sorte les données nécessaires à la modification de la position ou du diamètre du foyer. La commande 34 émet un signal correspondant vers une source de tension 36, qui est connectée au corps de réglage piézo-électrique 17 par une ligne électrique 37. On peut raccorder à la commande 34 d'autres miroirs adaptatifs 12. En détectant en permanence les valeurs de mesure au moyen des dispositifs de mesure 32, 33, on peut obtenir une commande permanente du miroir adaptatif 12. Par exemple, il est possible d'obtenir une largeur de bande d'une fréquence allant jusqu'à 2 kHz. Dans la Fig. 2 est représentée une variante de la forme de réalisation de la Fig. 1. Différemment de la Fig. 1, le corps intermédiaire 23 n'est pas rempli d'un liquide ou de quelque chose d'analogue, ni fermé par une membrane 22, mais présente un coussin de pression qui est tendu entre le verso 24 du miroir 12 et le corps de transmission de pression 21 du dispositif de transmission de pression 19. Le coussin de pression présente une membrane 42 fermée de toutes parts, de préférence élastique, qui reçoit dans son espace intérieur une matière liquide ou gélifiée 43. Une telle forme de réalisation présente l'avantage de simplifier le montage. En outre, le choix de la matière et du volume dans l'espace intérieur du coussin de pression permet une adaptation de la vitesse de transmission ou de la fréquence, ainsi que de la grandeur de l'amplitude. La Fig. 3 représente une autre forme de réalisation avantageuse d'un dispositif 11 conforme à l'invention selon la Fig. 1. Le corps intermédiaire 23 a, au verso 24 du miroir 12, une conformation en gradin, de manière à former une première section 46 de grand diamètre et une seconde section 47 de diamètre plus petit. Grâce à cet agencement en gradin du verso 24 du miroir 12, on peut augmenter les effets de levier. La réduction de l'épaisseur de paroi au point central 26 du miroir permet d'obtenir une courbure plus grande du miroir 12. Simultanément, la section 47 peut recevoir une plus grande quantité de liquide déplacée des zones de bord de la section 46, si bien que l'amplitude de déviation du miroir 12 ou d'augmentation de la courbure du miroir 12 peut être renforcée. En variante, il peut être prévu que le verso 24 du miroir 12 présente un agencement à gradins multiples, dans lequel les diamètres des sections 46, 47 diminuent vers le point central 26 du miroir. De même, il peut être prévu un rétrécissement conique ou une combinaison des deux. La Fig. 4 représente une autre variante de réalisation du dispositif 11 des Fig. 1 et 2. Différemment de la forme de réalisation de la Fig. 1, le dispositif de transmission de pression 19 comprend un corps de transmission de pression 21, qui présente dans sa zone de bord externe un élément de ressort élastique 51, qui ferme l'espace intermédiaire 23 ou l'espace de pression. L'élément de ressort 51 peut être bloqué entre le miroir 12 et le boîtier de miroir 14. En variante, il peut également être prévu que l'élément de ressort 51 s'applique sur une collerette annulaire 52 du miroir 12 et définisse un espace fermé du corps intermédiaire 23. L'élément de ressort 51 se présente avantageusement sous la forme d'un ressort à disques qui se termine en pointe à son extrémité libre dans la zone de bord. L'élément d'étanchéité ou l'élément de ressort 51 peut être formé d'une seule pièce avec le corps de transmission de pression 21 ou comme pièce rapportée. Le verso 24 du miroir 12 peut, en variante, être également conformé de la même manière que le verso 24' représenté dans la Fig. 3. La Fig. 5 représente une autre variante de réalisation du dispositif 11 selon l'invention. Dans cette forme de réalisation, il est prévu que, par exemple, trois corps de réglage 17, commandés de préférence conjointement via des lignes électriques 37 agissent sur le corps de transmission de pression 21. Les corps de réglage 17 sont avantageusement agencés uniformément séparés les uns des autres sur la périphérie selon un diamètre déterminé. En variante, il peut être prévu qu'il y ait également un seulement, deux ou plusieurs corps de réglage 17. Ces corps de réglage 17 agissent simultanément sur un corps de transmission de pression 21 en forme de disque rigide à la flexion, qui peut être déplacé dans le boîtier de miroir 14 le long de la course de réglage, perpendiculairement au point central 26 du miroir. Le corps de transmission de pression 21 ferme l'espace de pression de manière étanche au milieu. A cet effet, il est prévu entre le bord périphérique du corps de transmission de pression 21 et le boîtier de miroir 14 un élément d'étanchéité 56 qui se présente, de préférence, sous la forme d'un joint torique. Cette forme de réalisation permettant de former un espace de pression fermé est une variante de l'agencement qui met en oeuvre une membrane 22 selon les Fig. 1 et 3 ou un élément de ressort étanche selon la Fig. 4. On peut également prévoir, dans la forme de réalisation de la Fig. 5, au lieu de l'élément d'étanchéité 56 une membrane 22, un élément de ressort 51 ou un coussin de pression. L'échangeabilité des caractéristiques individuelles des formes de réalisation vaut également pour d'autres composants partiels de la construction. Toutes les formes de réalisation ont ceci en commun que la pression d'une surface relativement petite du corps du réglage 17 est transmise à une grande surface du corps de transmission de pression 21, ce qui permet à nouveau une grande surface d'intervention sur le verso 24 du miroir 12. Simultanément, grâce à la chambre de pression relativement peu profonde ou au film de liquide relativement mince, on peut obtenir un grand volume de déplacement, si bien qu'on peut obtenir une amplitude du point central 26 du miroir et, par suite, une courbure de la surface du miroir 12 relativement grandes. Simultanément, cette forme de réalisation des dispositifs selon l'invention permet d'obtenir non seulement une bonne qualité optique, mais également une largeur de bande élevée des fréquences pour l'adaptation du miroir 12. Par ailleurs, il peut être prévu selon l'invention un autre dispositif qui possède une chambre de pression tournée vers le verso du miroir, qui présente, par exemple, en l'observant dans l'axe longitudinal menant à travers le point central du miroir, une colonne de pression qui est raccordée à la chambre de pression et peut être alimentée via un piston intermédiaire. A l'extrémité opposée du piston intermédiaire peut agir un corps de réglage piézo- électrique qui déplace, par un mouvement de réglage, le piston intermédiaire dans la direction du point central du miroir, si bien que le volume de liquide ou de la matière se trouvant dans la chambre de pression peut être augmenté, ce qui a pour effet d'entraîner une courbure de la surface du miroir ou du miroir. On peut également envisager d'autres formes de réalisation qui comprennent une combinaison du dispositif de transmission de pression et d'un corps de réglage piézo- électrique. REVENDICATIONS 1.- Dispositif permettant d'intervenir sur un rayon laser au moyen d'un miroir adaptatif (12) disposé dans le trajet du rayon avec un corps intermédiaire piézo- électrique (17) agencé au verso du miroir (12), caractérisé en ce que, pour obtenir une déformation sans aberration du miroir (12) pour influencer la divergence du rayon entre le corps de réglage (17) et le verso (24) du miroir (12), il est prévu un dispositif de transmission de pression (19) qui agit sur une grande zone de la surface déformable du miroir (12). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de transmission de pression (19) présente un corps intermédiaire (23) largement incompressible et aisément déformable. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps intermédiaire (23) est une matière liquide, huileuse ou gélifiée se trouvant dans un espace fermé. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide se trouvant dans l'espace fermé est de l'eau. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de transmission de pression (19) présente un corps de transmission de pression (21) qui agit sur le corps intermédiaire (23). 6.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'espace fermé (23) est une chambre de pression contiguë au verso (24) du miroir (12), qui est délimitée par une membrane (26), de préférence malléable à la flexion. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le piston presseur du corps de transmission de pression (21) se présente sous la forme d'un disque rigide à la flexion qui s'applique sensiblement sur toute sa surface sur la membrane (26). 8.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps de transmission de pression (24) a un grand diamètre et présente une tige de pression de faible diamètre, qui entoure au moins en partie le corps de réglage piézo-électrique (17). 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'espace fermé est une chambre de pression contiguë au verso (24) du miroir (12), qui est délimitée par un élément de ressort élastique (51) agencé sur le corps de transmission de pression (21) et s'appliquant sur le bord de la chambre de pression, de préférence un ressort à disques agencé sur le corps de transmission de pression (21). 10.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps de transmission de pression (21) se présente sous la forme d'un disque et délimite la chambre de pression se trouvant au verso (24) du miroir (12). 11.- Dispositif selonlarevendication 10, caractérisé en ce qu'il est prévu, entre une surface périphérique du corps de transmission de pression (21) et un boîtier de miroir (14) entourant le corps de transmission de pression (21), un élément d'étanchéité (56), de préférence un joint torique. 12.- Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le corps de transmission de pression (21) est soumis à l'action d'au moins un corps de réglage piézo-électrique (17). 13.- Dispositif selonlarevendication 12, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans le cas o on utilise plusieurs corps de réglage piézoélectriques (17), une répartition uniforme sur la surface à solliciter du corps de transmission de pression (21). 14.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que le corps intermédiaire (23) conformé en chambre de pression présente au verso (24) du miroir (12) des sections de chambre de pression (46, 47) s'étendant du centre radialement vers l'extrémité et de plus en plus grandes en diamètre, de préférence en gradins. 15.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps intermédiaire (23) se présente sous la forme d'un coussin de pression, qui est formé d'une membrane élastique (42) fermée de toutes parts, dont l'espace intérieur est rempli d'une matière liquide, huileuse ou gélifiée (43). 16.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps intermédiaire (23) se présente sous la forme d'un disque mince aisément déformable et largement incompressible, de préférence en matière plastique ou en matériau de type caoutchouc. 17.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps intermédiaire (23) présente une épaisseur dans la plage des dizaines de millimètres. 18.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface du corps de transmission de pression (21) est au moins aussi grande ou plus grande que la surface de verso (24) du miroir (12) participant à la flexion. 19.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les corps de réglage piézo-électriques (17) sont connectés à des dispositifs sous tension, qui peuvent être commandés par une commande programmable (34). 20.- Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que la commande programmable (34) détecte, par un dispositif de mesure (32), la position d'une tête de découpe laser (31) vis-à-vis de la pièce à découper dans un plan X, Y et, par un autre dispositif de mesure (33), dans la direction Z et commande le miroir adaptatif (12) en fonction de la position détectée de la tête de découpe laser (31).