Brevet FR2805486A1 — publié le 20010831

PROCEDE ET APPAREIL DE GRAVURE DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé destiné à graver des caractères, comme un numéro ou un nom d'identification, dans une surface d'une pièce à usiner fabriquée en métal, et elle concerne un appareil destiné à réaliser ce procédé. De manière plus spécifique, la présente invention concerne un procédé et un appareil préférables pour graver une pièce à usiner ayant un degré de dureté similaire ou supérieur à celui d'une pointe de crayon de l'appareil. L'art antérieur d'un appareil destiné à la gravure décrit ci-dessus est décrit, par exemple, dans la demande de brevet japonais mise à l'examen, deuxième publication nO Hei 03-27398. Cet appareil est doté d'un dispositif de contrôle de compression qui régule une pression atmosphérique de telle sorte qu'une pointe de crayon de l'appareil puisse maintenir une pression de compression constante appliquée à une surface à graver d'une pièce à usiner, afin d'éviter le risque de ne pas graver correctement des images de caractères souhaitées, tels que des numéros ou des noms d'identification, en raison des variations de la pression de compression de la pointe de crayon (style) afin de procéder à une gravure entre les parties peu profondes et les parties profondes d'une zone gravée au cas o la zone est importante. Cet appareil peut être utilisé pendant un long moment pour graver des caractères sur une pièce à usiner, si la pièce à usiner présente une dureté inférieure à celle de la pointe de crayon de l'appareil. Toutefois, dans le cas o l'appareil de l'art antérieur est appliqué sur une pièce à usiner présentant le même degré de dureté que celui de la pointe de crayon, il est possible d'obtenir une profondeur d'empreinte gravée par l'appareil sur la pièce à usiner de l'ordre de quelques dizaines de micromètres seulement, en général, et la pointe du crayon est capable d'effectuer à peu près trente mille frappes, ce qui correspond environ à 200 mots gravés par l'appareil. A savoir, dans le cas o l'appareil est utilisé pour graver une pièce à usiner présentant le même degré de dureté que celui de la pointe de crayon, la pointe de crayon sera usée dans un court laps de temps, ce qui provoque une diminution importante de résistance de l'appareil. Un objet de la présente invention est de proposer un procédé et un appareil de gravure qui peuvent éviter à une pointe de crayon de l'appareil d'être usée dans un court laps de temps de façon à prolonger la durée de vie utile de l'appareil, même si l'appareil est appliqué à une pièce à usiner présentant le même degré ou un degré de dureté plus grand que celui de la pointe de crayon. Afin de résoudre les problèmes décrits ci-dessus, la présente invention propose les procédés et appareils suivants. Un premier aspect de la présente invention propose un procédé qui utilise un appareil comprenant un crayon, dont la pointe est heurtée contre la pièce à usiner afin de graver des caractères, et une unité de positionnement destinée à déplacer la pointe du crayon vers une position dans laquelle la pointe du crayon peut graver des images de caractères souhaitées dans une partie de la pièce à usiner devant être gravée, dans lequel la partie de la pièce à usiner est ramollie, de préférence ramollie en irradiant la partie au moyen d'un faisceau laser, et la pointe du crayon est ensuite heurtée contre la pièce à usiner à l'état ramolli. Selon le premier aspect décrit ci-dessus, il est possible de réduire l'usure et l'endommagement de la pointe de crayon qui résultent du frottement entre la pièce à usiner et la pointe de crayon en diminuant la dureté de la partie devant être gravée avant d'appliquer la pointe de crayon sur la partie. Par conséquent, même si la dureté de la pièce à usiner est de degré similaire ou supérieur à celui de la pointe de crayon, il est possible d'empêcher l'usure et l'endommagement de la pointe de crayon dans un court laps de temps, de manière à prolonger la durée de vie utile de la pointe de crayon et améliorer la durabilité et l'efficacité de l'appareil. Un deuxième aspect de la présente invention propose un appareil de gravure, qui comprend un crayon dont la pointe frappe une partie d'une pièce à usiner devant être gravée, une unité de positionnement destinée à déplacer la pointe du crayon sur une surface de la pièce à usiner, et un dispositif servant à ramollir la partie destinée à la gravure qui diminue la dureté de la partie d'une pièce à usiner devant être gravée. Dans le second aspect, étant donné que l'appareil est équipé du dispositif servant à ramollir la partie destinée à la gravure de manière à ramollir la partie de la pièce à usiner devant être gravée, même si la pièce à usiner présente le même degré ou un degré de dureté plus grand que celui de la pointe de crayon de l'appareil, il est possible de diminuer la dureté de la partie avant que la pointe du crayon ne frappe la partie qui doit être gravée. De cette manière, il est possible de réduire de manière sûre l'usure et l'endommagement de la pointe de crayon provoqués par un frottement entre la pointe de crayon et la pièce à usiner, de manière à prolonger la durée de vie utile de la pointe de crayon, et d'obtenir alors le premier aspect décrit ci-dessus. Un troisième aspect de la présente invention propose un appareil de gravure, dans lequel le dispositif servant à ramollir la partie destinée à la gravure décrit ci-dessus comprend soit une première unité comportant un oscillateur laser et un premier système optique qui concentre le faisceau laser émis par l'oscillateur laser sur la partie à graver de la pièce à usiner, soit une seconde unité comprenant un oscillateur laser et un second système optique qui concentre le faisceau laser émis par l'oscillateur laser sur la partie à graver de la pièce à usiner par l'intermédiaire d'une fibre optique. Dans le troisième aspect, étant donné que le dispositif servant à ramollir la partie destinée à la gravure est équipé soit de la première unité soit de la seconde unité décrites ci-dessus, il est possible de ramollir de manière sûre et aisée la partie à graver de la pièce à usiner en concentrant le faisceau laser émis par l'oscillateur laser sur la partie destinée à la gravure. Un quatrième aspect de la présente invention propose un appareil de gravure, dans lequel au moins un des éléments parmi l'oscillateur laser, le premier système optique ou le second système optique décrits ci-dessus est équipé de manière à pouvoir se déplacer dans une direction d'irradiation du faisceau laser, et est doté d'un dispositif de commande du diamètre du faisceau laser qui commande le diamètre du faisceau laser concentré sur la partie à graver de la pièce à usiner. Dans le quatrième aspect, puisque l'appareil est construit de façon à être en mesure de commander le diamètre du rayon laser concentré sur la partie destinée à la gravure en fonction de la dureté et de l'épaisseur de la pièce à usiner, même si la pièce à usiner présente le même degré ou un degré de dureté plus grand que celui de la pointe de crayon de l'appareil, il est possible de réduire l'usure et l'endommagement de la pointe du crayon qui résultent du frottement entre la pointe du crayon et la pièce à usiner en diminuant le diamètre du faisceau laser. Ainsi, la pointe du crayon de l'appareil permet une utilisation prolongée. Un cinquième aspect de la présente invention propose un appareil de gravure, dans lequel le dispositif de commande du diamètre du faisceau laser comprend un contrôleur qui commande automatiquement une position du premier ou du second système optique décrits ci-dessus. Dans le cinquième aspect, il est possible de commander automatiquement le diamètre du faisceau laser concentré sur la partie destinée à la gravure de manière à ramollir avec précision la partie destinée à la gravure, en commandant la position du premier ou du second système optique grâce au contrôleur dont est équipé l'appareil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel illustrant un mode de réalisation préféré d'un appareil de gravure selon la présente invention, la figure 2 est un graphique illustrant des données mesurées par rapport à la profondeur d'empreinte et au nombre de caractères gravés selon les présents modes de réalisation ou l'art antérieur, et la figure 3 est un schéma fonctionnel illustrant un autre mode de réalisation d'un appareil de gravure selon la présente invention. Des modes de réalisation préférés de la présente invention vont être décrits ci-dessous en faisant référence aux figures 1 à 3. On comprendra néanmoins que la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation préférés suivants, mais que des composants et idées, quels qu'ils soient, des modes de réalisation peuvent être librement combinés. La figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un appareil destiné à la gravure selon la présente invention. Cet appareil comprend un crayon 3. Le crayon 3 présente une forme cylindrique, et est doté d'une pointe de crayon 2 à l'extrémité de pointe de ce dernier de façon à pouvoir se déplacer verticalement contre une pièce à usiner 1 devant être gravée. La pointe de crayon 2 est par exemple faite d'un matériau ultra dur, tel qu'un métal dur. La pointe de crayon 2 est configurée pour être en mesure de graver des caractères sur la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1, lorsque de l'air est fourni à l'intérieur du crayon 3 grâce à un circuit de génération de vibrations pour gravure 4 de manière à provoquer le déplacement vertical (vibration), à une vitesse élevée, contre et en direction de la surface destinée à la gravure qui doit être gravée. A savoir, la pointe de crayon 2 est construite pour vibrer dans la direction dans laquelle la partie de pointe de la pointe de crayon 2 est séparée de la face destinée à la gravure et dans la direction dans laquelle la partie de pointe de la pointe de crayon 2 s'approche de la surface destinée à la gravure. Le circuit de génération de vibrations pour gravure 4 est réglé pour faire vibrer la pointe de crayon 2, à une fréquence approximative de 300 Hz, par exemple, dans ce mode de réalisation. La fréquence de vibration de la pointe de crayon 2 peut être choisie de manière appropriée selon la dureté de la pièce à usiner 1. Cet appareil comprend également une unité de positionnement 5 qui déplace la pointe de crayon 2 dans une direction bidimensionnelle, perpendiculairement par rapport à la direction de vibration du crayon 3, sur la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1, de telle sorte que la pointe de crayon 2 puisse graver des caractères souhaités sur la pièce à usiner 1. L'unité de positionnement 5 comprend un circuit de commande de positionnement 51 et un mécanisme de positionnement bidimensionnel 52. Le mécanisme de positionnement bidimensionnel 52 est configuré pour faire en sorte que le crayon 3 se déplace dans la direction bidimensionnelle, perpendiculairement par rapport à la direction de vibration du crayon 3, sur la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1, conformément à une commande provenant du circuit de commande de positionnement 51 lors de la gravure. Par conséquent, le circuit de commande de positionnement 51 commande un entraînement du mécanisme de positionnement bidimensionnel 52 selon un programme préalablement introduit dans le circuit de commande de positionnement 51. le circuit de commande de positionnement 51 comprend une unité centrale de traitement (CPU) et des mémoires qui sont capables de mémoriser des programmes. Ainsi, lorsque la pointe de crayon 2 est appliquée sur la partie destinée à la gravure de la pièce à usiner 1, le mécanisme de positionnement bidimensionnel 52 commandé par le circuit de commande de positionnement 51 commande une position du crayon 3 en le déplaçant dans la direction bidimensionnelle, perpendiculairement par rapport à la direction de vibration du crayon 3, sur la surface destinée à la gravure de manière à graver des caractères, tels que des caractères alphanumériques, ayant les représentations souhaitées de motifs bidimensionnels. L'appareil est également doté d'un mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 afin de ramollir la partie destinée à la gravure de la pièce à usiner 1. Le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 comprend un oscillateur laser 61 qui génère un faisceau laser et un premier système optique 62 qui comprend un ou plusieurs condenseurs. Le premier système optique 62 est prévu au niveau d'une partie de sortie de l'oscillateur laser 61 et concentre un faisceau laser 7 provenant de l'oscillateur laser 61 sur la partie destinée à la gravure de la pièce à usiner 1 de manière à ramollir la partie destinée à la gravure. En outre, le premier système optique 62 de ce mode de réalisation est réglé pour concentrer le faisceau laser 7 qui est réglé pour permettre de focaliser une énergie de sortie d'un joule environ, à une longueur d'onde de 1000 nm environ, sur la partie destinée à la gravure de la pièce à usiner 1, d'un diamètre de 0,3 à 0,6 mm environ. L'énergie de sortie et la longueur d'onde décrites ci-dessus peuvent être réglées de manière appropriée selon une variété de pièces à usiner. Le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 est réglé de façon à être incliné vers le crayon 3, le faisceau laser 7 étant ainsi émis dans la direction d'inclinaison vers le crayon 3. En outre, le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 est doté, au niveau de la position médiane du crayon 3 d'un appui 8 de façon à pouvoir se déplacer conjointement avec le crayon 3 dans la direction parallèle à la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1. De plus, le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 est réglé pour condenser le faisceau laser 7 sur la partie destinée à la gravure, lorsque le crayon 3 est séparé de la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1. Par contraste, le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 est réglé pour arrêter l'émission du faisceau laser 7, lorsque le crayon 3 s'approche de la surface destinée à la gravure. Par conséquent, le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 peut concentrer le faisceau laser, à diamètre constant, sur la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1, de manière à graver les illustrations souhaitées sans produire d'effet sur la pointe de crayon 2. De plus, au lieu du premier système optique décrit plus haut, le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 peut comprendre un second système optique qui comporte un ou plusieurs condenseurs et une fibre optique. Le condenseur du second système optique est équipé, au niveau de la partie de sortie de l'oscillateur laser 61, d'une fibre optique qui n'est pas représentée, de telle sorte que le faisceau laser 7 provenant de l'oscillateur laser 61 soit concentré sur la partie destinée à la gravure par l'intermédiaire de la fibre optique. Un procédé préféré selon la présente invention est ensuite décrit cidessous en faisant référence à un déplacement de l'appareil destiné à la gravure décrit ci-dessus. La pointe de crayon 2 de l'appareil est réglée sur la partie destinée à la gravure de la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1, et on démarre ensuite le fonctionnement de l'appareil. Puis, le crayon 3 est positionné au niveau de la partie destinée à la gravure de la pièce à usiner 1 grâce à l'unité de positionnement 5, et on fait ensuite vibrer la pointe de crayon 2 contre la partie destinée à la gravure à une vitesse élevée, grâce au circuit de génération de vibrations pour gravure 4, de manière à ce que l'illustration souhaitée soit gravée sur la partie destinée à la gravure. A cette étape, la partie destinée à la gravure est ramollie par concentration du faisceau laser 7 émis par l'oscillateur de faisceau laser 61 du mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6. Par conséquent, il est possible de diminuer l'usure et l'endommagement de la pointe de crayon 2 en réduisant les frottements entre la pièce à usiner et la pointe de crayon, qui peuvent apparaître en raison de la gravure, de manière à empêcher l'usure et l'endommagement sur un court laps de temps, ce qui permet de prolonger la durée de vie utile de la pointe de crayon 2. Ainsi, on améliore la durabilité et la fiabilité de l'appareil. La figure 2 illustre des données mesurées en ce qui concerne à la fois la profondeur et le nombre de caractères gravés selon les présents modes de réalisation A et B qui possèdent le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 et l'art antérieur C qui ne possède pas le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6. Dans tous les présents modes de réalisation A et B, et l'art antérieur C, la pointe de crayon 2 utilisée est faite d'un métal ultra dur (carbure cémenté), et la pièce à usiner 1 utilisée est un acier inoxydable trempé présentant une dureté Rockwell (échelle C) de 65 environ. Sur la figure 2, la profondeur des caractères gravés selon l'art antérieur C était à l'origine d'environ 50 pm. Toutefois, le degré de profondeur a diminué par rapport à l'augmentation du nombre de caractères gravés, et a chuté jusqu'au niveau auquel les caractères gravés ne pouvaient pas être distingués, une fois que le nombre de caractères gravés atteignait environ 200 caractères. Par contraste, la profondeur des caractères gravés selon le présent mode de réalisation A, dans lequel le diamètre du faisceau laser concentré sur la partie destinée à la gravure de la pièce à usiner 1, a été fixé à 0,6 mm environ, était à l'origine d'environ nm. Puis, le degré de profondeur maintenue était sensiblement constant par rapport à l'augmentation du nombre de caractères gravés. En outre, même après que le nombre de caractères gravés a atteint plus de 300, le degré de profondeur a maintenu le niveau auquel les caractères gravés pouvaient clairement être distingués. De plus, le degré de la profondeur de gravure selon le présent mode de réalisation B, dans lequel le diamètre du faisceau laser condensé a été fixé à 0,3 mm environ, était à l'origine plus du double de celui de l'art antérieur C. Compte tenu des résultats représentés sur la figure 2, on prévoit que les présents modes de réalisation A et B nécessitent que la pointe de crayon 2, dont la durée de vie utile pour la gravure est généralement de l'ordre de quelques dizaines de milliers, doive être appliquée afin de graver plus de 000 caractères jusqu'à ce qu'elle soit usée au même degré que celle de l'art antérieur C utilisée pour graver 200 caractères environ. Par conséquent, les présents modes de réalisation A et B diminuent l'usure et l'endommagement des pointes de crayon 2, et peuvent graver distinctement des caractères sur une longue période, même si les pièces à usiner 1 présentent la même dureté que la pointe de crayon 2. Ainsi, l'appareil du présent mode de réalisation peut réaliser le procédé décrit ci-dessus de manière fiable, étant donné que l'appareil comprend le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 afin de ramollir la partie destinée à la gravure sur la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1 pendant la gravure par la pointe du crayon 2. En outre, le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure peut ramollir la partie destinée à la gravure 6 de manière sûre et aisée, car le mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 comprend soit une première unité qui comprend l'oscillateur laser 61 et le premier système optique 62 qui concentrent le faisceau laser 7 provenant de l'oscillateur laser 61 sur la partie destinée à la gravure sur la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1 soit la seconde unité qui comprend l'oscillateur laser 61 et le second système optique qui concentrent le faisceau laser 7 provenant de l'oscillateur laser 61 sur la partie destinée à la gravure par l'intermédiaire d'une fibre optique. La figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un appareil destiné à la gravure selon la présente invention. Les différences de cet appareil représenté sur la figure 3 par rapport à l'appareil montré sur la figure 1 sont les suivantes: le premier système optique 62 du mécanisme de ramollissement de la partie destinée à la gravure 6 est prévu de manière à pouvoir se déplacer dans la direction d'irradiation du faisceau laser 7, et un dispositif de commande de diamètre de faisceau laser est prévu. Le dispositif de commande de diamètre de faisceau laser comprend un contrôleur 63 qui commande la position du premier système optique 62. De manière spécifique, le contrôleur 63 déplace le premier système optique 62 pour que ce dernier s'approche de la surface destinée à la gravure et concentre le faisceau laser 7 sur la partie destinée à la gravure, lorsque le crayon 3 est séparé de la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1. Par contraste, le contrôleur 63 déplace le premier système optique 62 pour qu'il se sépare de la surface destinée à la gravure et arrête l'émission du faisceau laser 7, lorsque le crayon 3 s'approche de la surface destinée à la gravure. Par conséquent, le contrôleur 63 commande le diamètre du faisceau laser émis vers la partie destinée à la gravure de la pièce à usiner 1 de manière à ramollir la partie destinée à la gravure sans produire d'effet sur la pointe de crayon 2. Le reste de la composition de l'appareil représenté sur la figure 3 est le même que pour l'appareil représenté sur la figure 1 décrite plus haut. Selon ce mode de réalisation, il est possible d'obtenir les mêmes effets que ceux des modes de réalisation représentés sur la figure 1 décrite plus haut. En outre, il est possible de sélectionner le diamètre du faisceau laser 7 concentré sur la partie destinée à la gravure sur la surface destinée à la gravure de la pièce à usiner 1 en commandant la position du premier système optique 62 grâce au dispositif de commande de diamètre de faisceau laser, de manière à diminuer l'usure et l'endommagement de la pointe de crayon 2. De cette façon, même si la pièce à usiner 1 présente le même degré ou un degré de dureté plus grand que celui de la pointe de crayon 2, l'appareil peut être utilisé pendant un long moment dans le but de graver des caractères sur la pièce à usiner 1. Bien que ce mode de réalisation illustre le fait que le premier système optique 62 est configuré de manière à pouvoir être déplacé par le contrôleur 63, il est également possible de configurer l'oscillateur laser 61 ou le second système optique afin qu'ils soient amovibles pour permettre la commande du diamètre du faisceau laser 7 concentré sur la pièce à usiner 1 afin d'obtenir le même effet que celui décrit ci- dessus. REVENDICATIONS 1. Procédé de gravure sur une pièce à usiner (1) grâce à un appareil qui comprend un crayon (3) dont une pointe (2) est appliquée sur une partie de la pièce à usiner (1) devant être gravée et une unité de positionnement (5) destinée à déplacer la pointe de crayon (2) sur une surface de la pièce à usiner (1) devant être gravée, le procédé comprenant les étapes consistant à: ramollir la partie de la pièce à usiner (1) devant être gravée; et faire vibrer la pointe de crayon (2) contre la pièce à usiner (1) qui est ramollie. 2. Procédé de gravure selon la revendication 1, dans lequel la partie de la pièce à usiner (1) devant être gravée est ramollie par irradiation au moyen d'un faisceau laser (7). 3. Appareil de gravure qui comprend un crayon (3) dont une pointe (2) est appliquée sur une partie d'une pièce à usiner (1) devant être gravée, une unité de positionnement (5) pour déplacer la pointe de crayon (2) sur une surface de la pièce à usiner (1), et un dispositif de ramollissement de partie destinée à la gravure (6) qui diminue la dureté de la partie de la pièce à usiner (1) devant être gravée. 4. Appareil de gravure selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de ramollissement de la partie destinée à la gravure (6) comprend un oscillateur laser (61) et un premier système optique (62) qui concentre un faisceau laser (7) provenant de l'oscillateur laser (61) sur la partie de la pièce à usiner (1) devant être gravée. 5. Appareil de gravure selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de ramollissement de la partie destinée à la gravure (6) comprend un oscillateur laser (61) et un second système optique qui, par l'intermédiaire d'une fibre optique, concentrent un faisceau laser (7) provenant de l'oscillateur laser (61) sur la partie de la pièce à usiner (1) devant être gravée. 6. Appareil de gravure selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel l'un quelconque des éléments parmi l'oscillateur laser (61), le premier système optique (62) ou le second système optique est configuré de manière à pouvoir être déplacé dans la direction d'irradiation du faisceau laser (7), et est pourvu d'un dispositif de commande de diamètre de faisceau laser pour commander le diamètre du faisceau laser (7) concentré sur la partie de la pièce à usiner (1) devant être gravée. 7. Appareil de gravure selon la revendication 6, dans lequel le dispositif de commande du diamètre du faisceau laser comprend un contrôleur (63) qui est capable de commander la position du premier ou du second système optique.