Brevet FR2839668A1 — publié le 20031121

R:\Brevets\20400\20466 doc - 18 novembrc 2002 - 22/23 La presente invention se rapporte, d'une part, a un procede de gravure d'un motif sur une piece de cuir ou simili cuir fixee sur un support mobile, a ['aide d'une tete d'emission laser monte sur une base mobile, et d'autre part, a un dispositif mettant en ceuvre ledit procede de gravure. Par "simili-cuir", on entend tout materiau, ou matiere, en feuille ou plaque, presentant visuellement ou au toucher certaines caracteristiques d'un cuir. Un "simili-cuir" peut etre obtenu par tout procede de synthese, de o transformation, ou autre, apparente par exemple a l'obtention de materiaux plastiques composites ou non, en feuilles. 11 est connu depuis fort longtemps de chercher a creer manuellement des motifs ornementaux sur des pieces de cuir qui peuvent etre utilisees par la suite pour s realiser notamment des sacs ou encore des vetements. Le brevet US 5, 990, 444 decrit un procede de gravure automatise d'un dessin ou motif sur une piece de cuir a ['aide d'un laser delivrant un faisceau laser a puissance continue. Dans l'un des modes de realisation presente, la piece de o cuir et le laser vent rattaches a des supports mobiles pouvant se deplacer dans des plans sensiblement paralleles. Le dessin a realiser sur la piece de cuir est transcrit en un signal numerique qui est analyse par un systeme de controle apte a commander le deplacement des deux supports mobiles. En fonction du graphisme a realiser, la poissance continue du laser est predeterminee de s fa,con a eviter la deterioration du cuir. Ce procede, qui convient pour realiser un dessin relativement simple par gravure dans une piece de cuir, presente cependant ['inconvenient de ne pas convenir lorsque l'on desire graver un motif elabore pour lequel des zones de la piece de cuir doivent etre gravees, par exemple, en degrade ou encore de fa,con a laisser de fines aretes intactes so donnant du relief au motif. En effet, compte tenu de la vitesse du deplacement de la piece par rapport au laser et du temps necessaire pour faire passer le faisceau laser de la valeur de puissance continue predeterminee a une valeur nulle, il n'est pas possible de faire varier la profondeur de gravure en jouant alternativement sur l'ouverture et la fermeture du faisceau laser. La presente invention a pour but de resoudre le probleme evoque precedemment, et concerne a cet effet un procede de gravure d'un motif sur une piece de cuir ou simili cuir fixee sur un support mobile, a ['aide d'une tete d'emission laser montee sur une base mobile, ledit motif etant transcrit en un signal numerique utilise pour assurer la synchronisation des deplacements du support mobile et de la tete mobile, caracterise en ce que, i) on transforme ce signal numerique en un signal analogique variable representatif de la quantite de matiere a enlever, ii) on transmet ce signal analogique a un laser pulse apte a delivrer un faisceau laser de puissance variable. Ainsi, le fait d'utiliser un laser pulse, qui peut emettre jusqu'a 10 000 impulsions par seconde, combine a un signal analogique couvrant toute la plage de puissance du laser pulse, permet une gravure particulierement fine. En effet, ce laser ayant re,cu une information extremement precise quant a la quantite de matiere a enlever en cheque point, un point devant etre compris au sens de la presente demande comme etant une zone de matiere possedant une surface minimale de l'ordre de 0, 25 um2, il est alors capable de delivrer a tout moment la puissance adequate par simple modulation du nombre d'impulsions delivrees. Dans un mode de realisation preferee, on enroule la piece de cuir autour d'un cylindre presentant un axe de rotation, et le laser pulse est apte a se deplacer parallelement a cet axe de rotation. o Preferentiellement, le signal numerique est realise sur la base d'un mode 1 bit ou d'un mode 8 bits. Le mode 8 bits est plus specialement prevu pour effectuer de la gravure en degrade. De plus, le signal analogique variable est avantageusement compris entre O et 10 Volts. Preferentiellement, au moins une lentille est prevue de fac,on a focaliser le faisceau laser delivre par le laser pulse. La presente invention se rapporte egalement a un dispositif comprenant un support mobile, une tete d'emission laser montee sur une base mobile et apte a graver un motif sur ladite piece, et un moyen d'encodage numerique apte a o transcrire le motif en un signal numerique utilise pour assurer la synchronisation des deplacements du support mobile et de la tete d'emission laser mobile, caracterise en ce qu'il comprend: i) un moyen d'encodage analogique apte a transformer le signal numerique en un signal analogique variable representatif de la quantite de matiere a enlever, ii) un laser pulse apse, en fonction du signal analogique qu'il re,coit, a delivrer un faisceau laser de puissance variable, repris par la tete d'emission. Preferentiellement, la piece de cuir est enroulee autour diun cylindre presentant un axe de rotation, et la tete mobile d'emission laser peut se deplacer parallelement a cet axe de rotation. s Avantageusement, le signal numerique est re,cu par un moyen de controle apte a assurer la synchronisation de la rotation du cylindre et du deplacement en translation de la tete mobile d'emission laser pulse. Cette derriere est avantageusement montee sur une vis d'entrarnement. o Preferentiellement, un jeu de miroirs est prevu pour guider le faisceau laser depuis la source laser jusqu'a la tete d'emission. Avantageusement, une lentille est prevue de fa,con a focaliser le faisceau laser delivre par le laser pulse. Avantageusement encore, le signal numerique est realise sur la base d'un mode 1 bit ou d'un mode 8 bits, le signal analogique variable est compris entre O et 10 Volts, et le laser pulse possede une puissance comprise entre O et 1500 Watts. Preferentiellement encore, le faisceau laser a puissance variable est genere a o ['aide d'un melange gazeux comprenant approximativement 5% de dioxyde de carbone et 95% d'helium et d'azote en proportions equivalentes. L'invention sera mieux comprise a ['aide de la description detaillee qui est exposee ci-dessous en regard du dessin annexe dans lequel: La figure 1 est une representation schematique d'un dispositif selon ['invention. La figure 2 est une representation schematique d'un signal numerique en mode 1 bit correspondent au motif a graver. La figure 3 est une vue partielle en coupe transversale d'une piece de cuir apres gravure selon ie mode 1 bit ou 8 bit. Le dispositif 1 selon ['invention, tel que represente schematiquement a la figure 1, est realise a partir d'un cylindre 2 solidaire en rotation d' un mandrin 3, une piece 4 de cuir ou simili cuir a graver enroulee, reperee et fixee, et d'une tete mobile d'emission d'un faisceau laser pulse a puissance variable. Plus precisement, le mandrin 3 est apte a tourner a vitesse sensiblement o constante autour d'un axe sous l'effet d'un premier systeme d'entranement 6 lui-meme relic a un premier encodeur 14 qui renseigne continuellement un systeme de controle 7 sur le positionnement en rotation du cylindre 2. Une source laser 8 genere un faisceau laser 20 de puissance variable qui est amene jusquia la tete 5 par l'intermediaire d'un jeu de miroirs 10. Cette tete 5 est montee sur une vis d'entranement 11 et peut se mouvoir en translation parallelement a l'axe a sous l'effet d'un second systeme d'entranement 12 lui s meme associe a un second encodeur 15 qui renseigne continuellement le systeme de controle 7 sur le positionnement de la tete d'emission 5 le long de la vis d'entranement 11. Plus precisement encore, la source laser 8 comporte, d'une part, des anodes et to cathodes situees dans chacun des huit tubes (non representes) generateurs du faisceau laser 20, et d'autre part, un melange gazeux circulant a grande vitesse dans ces tubes et comprenant approximativement 5% de dioxyde de carbone et % d'un melange d'helium et d'azote en proportions equivalentes. La tete d'emission 5 est munie d'une lentille 22 permettant de focaliser le faisceau laser 20 delivre par la source laser 8. Prealablement a la gravore proprement cite, a ['aide d'un logiciel de traitement d'image bien connu de l'homme du metier, un motif a graver sur cette piece 4 de cuir ou simili cuir est tout d'abord scanne, puis stocke sur le disque d'un o ordinateur sous la forme d'un fichier a base de donnees numeriques, qui est assimilable a un signal numerique. Ces donnees numeriques peuvent egalement etre entrees directement sans utiliser de scanner. Au sens de la presente demande, ce motif peut consister en un dessin selon au moins deux dimensions, par exemple longueur et largeur, et eventuellement une troisieme dimension, par exemple profondeur, qu'il faut graver, eVou en un rendu visuel faisant appel a des tons degrades se traduisant par des densites evolutives de zones marquees, a ['aide de la tete d'emission ou gravure 5. o Ensuite, au moyen de cartes electroniques egalement connues, ce signal numerique est. d'une part, transmis au systeme de controle 7 via une entree 13 de fa,con a synchroniser les mouvements de la tete d'emission 5 et du mandrin3, par l'intermediaire de leurs systemes d'entranement 6, 12 et de leurs encodeurs respectifs 14, 15, et d'autre part, convert) en un signal numerique 1 bit ou 8 bits selon la complexite de la gravure a realiser, et parallelement en un signal numerique generant un profil de gravure en trots dimensions. A la figure 2 est represente schbmatiquement un exemple de signal numerique en mode 1 bit correspondent a un dessin en forme de E que l'on souhaite graver sur la piece 4 de cuir. Cette derriere a ete pixelisee sous la forme d'une o matrice 16 comportant des cases 17 assimilables chacune a un point. Les cases 17 portent le chiffre 0 vent destinees a rester intactes, et par consequent, le faisceau laser 20 devra etre eteint lorsque la tete d'emission 5 les parcourra. En revanche, dans les cases 17 portent le chiffre 1, le faisceau laser 20 devra etre actif et delivrer une puissance adequate. Comme indique precedemment, s ce signal numerique doit done etre communique, d'une part, au systeme de controle 7 afin que la gravure soit effectuee a l'endroit desire de la piece 4 de cuir, et d'autre part, au laser pulse 8 afin que celui-ci puisse generer convenablement le faisceau laser 20 a puissance variable en tous points. o Pour ce faire, le signal numerique est traduit, a ['aide de cartes electroniques connues en elles-memes, en un signal analogique compris entre O et 10 volts qui permet de couvrir toute la plage de puissance du laser pulse 8, cette plage etant avantageusement comprise entre O et 1500 Watts. Ces differents niveaux de voltage vent alors convertis en niveaux de courant par l'intermediaire de cartes de regulation de courant connues de i'homme du metier. Celles-ci pilotent les electrodes situees dans chacun des huit tubes generateurs du faisceau laser 20, et l'intensite de la decharge electrique creee entre les anodes et les cathodes ionise le melange gazeux, circulant a grande vitesse dans les tubes, sous haute tension de l'ordre de 20 000 volts. Le laser pulse 8 est ainsi so apte a generer le faisceau laser 20 de puissance variable qui autorise la reproduction extremement fine du contour, du ton ou encore de la densite optique du dessin d'origine. Ce faisceau laser 20 est finalement guide grace au jeu de miroirs 10 jusqu'a la tete d'emission 5 ou il est focalise par la lentille 22 sur la piece 4 a graver. Compte tenu de cette focalisation, le faisceau laser 20 delivre possede en section une plus grande dimension de l'ordre de 0, 1 mm. Parallelement a cela, et de fa,con a ce que le faisceau laser 20 ainsi genere soit applique aux endroits souhaites, le systeme de controle 7 est informe des positions instantanees du cylindre 2 et de la tete d'emission 5 par le biais de leurs encodeurs 14, 15, et ce systeme de controle 7 peut alors agir sur les systemes d'entranement 6, 12 de ces derniers. Plus precisement, la tete o d'emission 5 est translatee sur la vis d'entranement 11 jusqu'a l'endroit desire et le cylindre 2 est entrane en rotation autour de l'axe A. Compte tenu de l'impossibilite de conferer au cylindre 2 une vitesse de rotation parfaitement constante, le moyen de controle 7 reajuste regulierement la vitesse de translation de la tete d'emission 5 par rapport a la vitesse de rotation du cylindre 2. Comme indique plus specialement en figure 2, le faisceau laser 20 a puissance variable balaye alors le cylindre 2 sur son perimetre en parcourant successivement des lignes notees A, B. C et D. Les zones de la piece 4 dans laquelle une gravare doit etre effectuee peuvent o done se definir comme etant chacune un assemblage de lignes paralleles situees sur le pourtour du cylindre 2 et devant etre parcourues par le faisceau laser 20 a puissance variable. II est ainsi possible de decomposer cheque cm2 de ces zones en un assemblage d'environ 100 lignes paralleles. 11 est a noter que, la gravure s'effectuant par sublimation du materiau soumis a l'energie tres elevee du faisceau laser 20, il ne reste plus apres gravure que quelques dechets sous forme de poussieres de materisu qui vent facilement evacuees par des procedes standards. Par ailleurs, sous l'effet de ce faisceau laser 20, les parties en contact peuvent changer de teinte en fonction du type so de tannins ou du type de materieux synthetiques utilises, ce qui accentue l'effet de relief du cuir ou du simili cuir grave. La figure 3 est une vue partielle en coupe transversale, apres gravure selon le mode 1 bit ou 8 bit, de la piece 4 possedant une epaisseur superieure a 1 mm. Apres balayage du faisceau laser 20, on constate qu'un point 18 presentant une surface de l'ordre de 0, 25 um2 est reste intact. Ce point 18 correspond a la face s superieure d'une tete de point 19, dotee d'une epaisseur e d'environ 0, 1 mm, qui est raccordee a une base 20 par l'intermediaire de talus 21. La plus petite distance d mesuree entre le point 18 et la base 20 est comprise entre 0.5 et 1.3 mm. Cette base 20 comprend les zones creusees correspondent aux cases 17 portent le chiffre 1 dans la figure 2, et dans lesquelles le faisceau laser 20 a o puissance variable a ete actif. En revanche, le point 18 correspond a une case 17 portent le chiffre 0 selon la figure 2. Sur la base du signal numerique generant le profil de gravure en trots dimensions et par modulation du nombre d'impulsions constituent le faisceau laser 20, cheque talus 21 est determine automatiquement par les cartes de regulation de courant et correspond s schematiquement a la transition entre deux cases 17 voisines portent respectivement les chiffres 1 et 0. Par ailleurs, le fait de creer un talus 21 evase, autour ou de part et d'autre de cheque tete de point 19, presente l'avantage de conferer a cette derriere une meilleure tenue mecanique au fil du temps. Par souci de simplification, la presente description est plus specialement basee sur un procede de gravure faisant appel a un signal numerique selon le mode 1 bit. Neanmoins, dans le cas ou le motif consiste en un rendu visuel comprenant des demi-tons ou degrades, le signal numerique utilise doit etre s preferentiellement realise selon le mode 8 bits. En effet, ce dernier offre 256 combinaisons numeriques qui, apres traduction en signal analogique, donnent naissance a 256 niveaux de gris ou dbgrade. ll est alors possible, aux endroits souhaites de la piece de cuir, de faire varier tres finement la densite et/ou la profondeur des zones marquees par le faisceau laser 20. Un procede de gravore selon ['invention presente par ailleurs de nombreux autres avantages. En effet, ce procede fonctionne sans necessiter de contact avec la piece a graver, et sans necessiter d'outillage specifique a chaque nouveau motif. De plus, il est possible de graver des pieces de tres grandes dimensions, jusqu'a 5 m en largeur et 1, 6 m en circonference, et cela tres rapidement. Par ailleurs, la gravure peut etre realisee a differents degree de profondeur. En effet, la pulsation modulable du laser peut se faire a de trds faibles niveaux de puissance comme a de tres forts niveaux, ceci dependent du niveau de o poissance choisi par l'operateur lors du reglage des parametres de gravure. Ainsi, a de faibles puissances, le laser pulse marque simplement la piece, sans lui donner veritablement de relief. A des puissances moyennes, le creux peut atteindre 1 mm de maniere constante et ceci avec une precision de l'ordre du dixieme. Enfin, a de fortes puissances, le laser peut perforer la piece de maniere tres precise pour lui donner un aspect en dentelle. De plus, il est possible de realiser sur le meme motif plusieurs profondeurs de gravure, selon un risque de decadrage maximal de l'ordre de 0, 1 mm, en effectuant plusieurs balayages a differents niveaux de puissance. Un motif comportant une zone perforce en parfait reperage avec une zone faiblement marquee peut done etre realise. Bien que ['invention ait ete decrite en liaison avec des exemples particuliers de realisation, il est bien evident qu'elle n'y est nullement limitee et qu'elle comprend tous les equivalents techniques des moyens decrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de ['invention. REVENDICATIONS s 1.- Procede de gravure diun motif sur une piece (4) de cuir ou simili cuir fixee sur un support mobile (2), a ['aide d'une tete d'emission laser (5) montee sur une base mobile, ledit motif etant transcrit en un signal numerique utilise pour assurer la synchronisation des deplacements du support mobile et de la base mobile, caracterise en ce que, i) on transforme ce signal numerique en un signal analogique variable representatif de la quantite de matiere a enlever, ii) on transmet ce signal analogique a un laser pulse (8) apte a delivrer un faisceau laser (20) de puissance variable. 2.- Procede de gravure selon la revendication 1, caracterise en ce que l'on enroule la piece (4) autour d'un cylindre (2) presentant un axe de rotation (), et en ce que l a tete d' em i ssi on laser (5) est a pte a se dep lacer paral lelement a cet axe de rotation. 3.- Procede de gravure selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracterise en ce que le signal numerique est realise sur la base d'un mode 1 bit ou d'un mode bits. 4.- Procede de gravure selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracterise en ce que le signal analogique variable est compris entre 0 et 10 Volts. 5.- Procede de gravure selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, o caracteri se en ce qu' a u moi ns u ne lenti l le (22) est prevue de facon a focal iser le faisceau laser (20) delivre par le laser pulse (8). 6.- Dispositif (1) comprenant un support mobile (2) destine a recevoir une piece (4) de cuir ou simili-cuir, une tete d'emission laser (5) montee sur une base mobile et apte a graver un motif sur ladite piece, et un moyen d'encodage numerique apte a transcrire le motif en un signal numerique utilise pour assurer la synchronisation des deplacements du support mobile et de la base mobile, caracterise en ce qutil comprend: i) un moyen d'encodage analogique apte a transformer le signal numerique en un signal analogique variable representatif de la o quantite de matiere a enlever, ii) un laser pulse (8) apse, en fonction du signal analogique qu'il rec,oit, a delivrer un faisceau laser (20) de puissance variable. 7.- Dispositif (1) selon la revendication 6, caracterise en ce que la piece (4) est s enroulee autour d'un cylindre (2) presentant un axe de rotation (), et en ce que la tete d'emission (5) du laser pulse (8) peut se deplacer parallelement a cet axe de rotation. 8.- Dispositif (1) selon la revendication 7, caracterise en ce que le signal o numerique est re,cu par un moyen de controle (7) apte a assurer la synchronisation de la rotation du cylindre (2) et du deplacement en translation de la tete d'emission (5) du laser pulse (8). 9.- Dispositif (1) selon la revendication 8, caracterise en ce que la tete s d'emission (5) du laser pulse est montee sur une vis d'entranement (11). 10.- Dispositif (1) selon la revendication 6, caracterise en ce qu'un jeu de miroirs (10) est prevu pour guider le faisceau laser (20) depuis la source laser (8) jusqu'a la tete d'emission (5). 1 1.- Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 6 a 10, caracterise en ce que le signal numerique est realise sur la base d'un mode 1 bit ou d'un mode 8 bits. 12.- Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 6 a 11, caracterise en ce que le signal analogique variable est compris entre O et 10 Volts. 13.- Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 6 a 12, caracterise en ce que le laser pulse (8) possede une puissance comprise entre 0 et 1500 Watts. 14.- Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 6 a 13, caracterise en ce qu'au moins une lentille (22) est prevue de fa,con a focaliser le faisceau laser (20) delivre par le laser pulse (8). 15.- Dispositif (1) selon la revendication 6, caracterise en ce que le faisceau laser (20) a puissance variable est genere a ['aide d'un melange gazeux comprenant approximativement 5% de dioxyde de carbone et un melange 95% d'helium et d'azote en proportions equivalentes.